对比起网络，人类大脑的复杂度有过之而无不及，很多科学家将其看成是科学领域的“终极挑战”。其实，大脑的基本单位是神经元，人脑拥有1000亿个神经元，每个神经元每秒会执行数十亿次计算，以此“涌现”出让所有机器都相形见绌的超级能力。现在，瑞士洛桑联邦综合理工学院的Henry Markram，正携手英国剑桥大学的科研团队，精确到单个神经元细胞的程度，让全球功能最强大的超级计算机变身为人脑。
该模拟“大脑”位于德国的一个研究机构内，众多的三维图像组成一个半圆形的大脑“座舱”，将迄今所有与大脑运行的未解之谜的信息结合在一起，科学家能虚拟地“飞行于”不同的大脑区域并观察这些神经元之间的相互连接。在此之前的15年中，Markram领导的研究团队曾成功地用计算机模拟出了大脑皮质柱，也模拟出了实验鼠的部分大脑。现在，他们计划用12年的时间辛勤耕耘，完成模拟人类大脑的壮举。
Markram表示：“数十亿个神经元相互连接的人脑极其复杂，使神经科学家很难真正理解大脑的工作原理，而模拟大脑将使我们能操纵并测量大脑的各个方面。如果我们取得成功，会让全球约20亿脑部受损者受益，同时将洞悉人类思考的秘密，为研发出更智能的机器人和计算机开辟新路。”看来，Markram正在用自己的方式，诠释出“涌现”理论的实践意义。
如果运气足够好，有时候还能亲自观察到微物质“涌现”为新物质的奇妙过程。法国国家科学研究中心的研究人员Nicolas Zhuseppo和Bernard Du Dinuo就经历了这样令人不可思议的时刻，只有几纳米厚的分子线会在一道光的触发下“自组装”为高导可塑纤维！
研究人员也是无意中发现合成分子“三芳胺”的这一神奇特性的。当时他们只是要试图修改“三芳胺”的化学分子式，但却惊讶地观测到，在光照下和溶液中，他们新合成的分子能有规律地自动叠加，形成由几千个分子组合的“超分子”体，即微型纤维。敏感的科学家立刻意识到这一现象蕴含的重大意义，在实验中再接再厉，又给这些微型纤维加上了电极，结果是继续见证着“奇迹”出现：在一道光的触发下，这些纤维在电极之间又开始自组装，更让人惊喜的是，这些自组装的，像塑料一样轻软的纤维居然能够输送与铜线相仿的电流密度！只有几个纳米厚，像塑料一样既轻又软，而导电性能堪比金属，如此优良的特性让它有可能成为下一代IT微型器件的材料首选。
2012年之初，美国网站“前沿”曾向全球的科学家征集这样一个问题：哪一个科学理论既深奥、又简洁、还精美？在公布的答案中，鼎鼎大名的进化论和相对论拔得头筹。但同时，科学家也提出了一个公众并不常见的“最美”答案——系统理论中的“涌现”理论，给我们提供了一个饶有兴趣的了解科学的独特视角。其实细想起来，“涌现”理论在我们生存的这个世界中无处不在，它显得陌生，只是因为我们还远远未认识到其真正的价值所在。
8 物质探测背后的工具故事
科学工具作为人的感官延伸，在强大的技术支持下，已越来越具备"超级"能力，它不仅在辅助科研的成功，更会在某种程度上改变科学，为科研项目重新定性：即研究的新对象是什么、有什么新问题及有何新答案。熠熠生辉的科学发现背后，无不闪耀着科学工具的光芒。
2011年5月，美国国家航空航天局（NASA）的研究人员就通过“引力探测器B”，证实了爱因斯坦广义相对论中两项最深奥的预测，从而为这项史上延续时间最长的空间项目画上了一个句号。
此次验证的第一个理论是测地线效应，该理论认为时间和空间会因为地球等大质量物体的存在而弯曲。验证的第二个理论是惯性系拖曳效应，即质量物体的旋转会拖动周围时空结构发生扭曲。科学家早在1959年就产生了通过制造引力探测器B验证这两大设想的想法，NASA从1963年开始启动项目，但直到41年后，耗资高达7亿美元的引力探测器B才被送到了距离地球约640千米的极地轨道上。在那里，4个超高精度的回转仪远离一切可能的扰动，提供了一个近于完美的时空参考系，测量出了地球自身质量以及自转给时空造成的弯曲和扭曲效应，成为迄今为止对广义相对论最精确的实验验证。
无疑，成功背后的工具—“引力探测器B”是关键的重中之重。长达半个世纪以来，“引力探测器B”的成长可谓一波三折，命运多舛，曾因技术、经费、甚至政治上的争论而多次面临下马的困境，正是在项目主持人、美国斯坦福大学的物理学家Francis Everitt恒久不懈的坚持中，才最终拨云见日。在这一“持久战”中，“引力探测器B”除了验证广义相对论的正确性，同时开发并完善了至少十几种新技术，使之在空间科学方面的影响日益深远。例如，它所激发的GPS定位技术可以让飞机在无需塔台的情况下自行着陆；一种附加技术为“宇宙大爆炸理论”提供了支撑；最重要的是，它实现了对微波背景辐射的精确测量，使宇宙学进入了“精确研究”的时代，并将NASA的科学家John Mather送上了2006年的诺贝尔物理学奖的领奖台。
由于爱因斯坦理论对当代物理学研究的重要意义，在探索更广阔的未知领域之前首先确保理论基础的正确性至关重要。而和美国科学家相映生辉的是，欧洲的科学家使用大型强子对撞机(LHC)，对和广义相对论一样闻名遐迩的“弦理论”的某些方面进行了首次实验性检验。
LHC规模最大的实验——大型离子对撞机(ALICE)实验最近的结果表明，铅原子核碰撞在一起产生的小火球的粒子运动中，某些夸克向外飞出，但其他夸克却飞入火球中，尽管火球的尺寸极小，却似乎吸收了这些夸克。英国伯明翰大学物理学家David Evans说：“激动人心的部分是，用‘弦理论’来描述夸克如何穿过这个灼热的等离子体是最为合适的。如果真是这样，这将是我们能使用‘弦理论’的首个实验。”
虽然“弦理论”被认为是超越爱因斯坦理论的关于自然之力的“统一大理论”，并在理论建模上取得了高度成功，但在这之前，尚没有实验证据能支持“弦理论”的预测，“弦理论”更像是“玄理论”。由40国共同出资合作兴建、耗资达80亿美元的LHC一“出世”即被在“弦理论”的验证上寄予厚望，鉴于“弦理论”的重要地位，即便是测试“弦理论”的“可能性”都将是基础物理学最重大的突破之一，此次实验确实给了人们一个惊喜。
2011年5月8日的英国《星期日泰晤士报》用“准备好，我们或许很快会进入一个新的宇宙”为题报道了这次重要的成果。同“引力探测器B”一样，LHC也是备受争议的“高消费科学设备”，更长时间受到“对撞产生黑洞可能最终会危及地球”的“安全性”质疑，建造过程也是磕磕绊绊，几停几启，充满了戏剧性的冲突。好在现在它们都度过了最艰难的时期，用实验结果证明了自己是“不枉此生”。
在有关科技工具的历史中，显微镜的发明是一个里程碑事件，从此之后，人类便走入了现代科学中的“微世界”的大门。时至今日，显微镜的性能还在不断地进步。德国夫琅禾费应用光学与精密工程研究所最近就研制出一种厚度仅5.3毫米、分辨率达5微米的超薄显微镜，这种新型显微镜可以对大如火柴盒的观察面积一次清晰成像，对于皮肤癌的观测非常实用（传统显微镜要么只能一次观察一片很小的区域），也大大扩展了显微镜的使用范围。
近20年，最有效的科学工具当属计算机的应用。除了强大的计算能力，计算机的智力水平的发展也使人类受益良多。美国德克萨斯大学研究生Uli Gerry Mann和导师Cristo Mikulaien设计了计算机“明辨”来模仿大脑中多巴胺的过度释放——如果“明辨”学习速度太快，就会像精神分裂患者那样，出现了精神分裂中的幻觉——出现反常语言，而正常大脑的一种重要机制是忽视事物，“明辨”支持了“过度学习”的假有望为精神类病患找到合适的临床疗法。
探测物质结构要借助科学工具。越是深入，越需要相应的工具以获取信息。但有些人认为，高深的理论研究与日常生活关系不大，提出了发展“高消费科学设备是否必要”的质疑。由于筹集科学资金需要民众的支持，这种言论往往会减弱他们的热情。也许这种说法不无道理，但人们也应同时看到，作为工具的科学仪器的发展和创新往往是催生科技，并潜在促进社会文明的进程的重要因素。
