預(yù)言人類的未來是件相當(dāng)艱難的事情，但有一點(diǎn)確定無疑的是，未來都是從今天開始的。英國學(xué)者保羅·帕森斯博士對(duì)世界科學(xué)界最近的眾多重大研究計(jì)劃進(jìn)行了大盤點(diǎn)，從中選出了10個(gè)最有可能在未來幾十年中對(duì)人類的生活產(chǎn)生最大沖撞和影響的科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。在這10大能夠改變?nèi)祟愇磥淼目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)中，一些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)處于起步和進(jìn)行之中，但還有一些實(shí)驗(yàn)仍處于計(jì)劃階段，不過毫無疑問的是，一旦這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)取得成功，必將使人類文明步入新的階段，使我們的未來變得更加美好。
“二氧化碳吸收機(jī)”模擬圖。
直線加速器原型部件。
墨西哥科學(xué)家希望改善麥子的光合作用效率，使麥子的產(chǎn)量增加50%以上。
“托卡馬克”的圓環(huán)狀受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置。
“遮星”太空船。
核磁共振圖像顯示，縮小的橙色區(qū)域則是“老年癡呆癥”患者的腦組織。
“馬刀”火箭引擎。
斯凱倫”太空船。
DNA編輯機(jī)。 能夠植入人體的智能救命膠囊 請想象一種智能膠囊，它可以像電極或芯片一樣被植入你的身體皮膚下，這種“智能膠囊”具有探測人體疾病的功能，一旦它“嗅”出人體出現(xiàn)某種疾病的早期癥狀，也許在你還沒有出現(xiàn)任何不適癥狀前，它就會(huì)在第一時(shí)間釋放出針對(duì)該疾病的治療藥劑，將疾病“殺死”于萌芽階段。這樣的智能膠囊將可以拯救無數(shù)人的生命，尤其是那些糖尿病患者，一旦“智能膠囊”測出患者血糖超標(biāo)，將會(huì)立即釋放出胰島素等降低血糖的藥劑。 美國加利福尼亞州NASA艾米斯研究中心太空生物科學(xué)部的專家們目前正在發(fā)明這種“智能設(shè)備”，他們已經(jīng)使用碳納米管制造出了一種小型“智能膠囊”，它可以被植入宇航員的皮膚下。該“智能膠囊”包含一些可以對(duì)各種威脅——包括增強(qiáng)的太空輻射水平做出反應(yīng)的“生物學(xué)細(xì)胞”，它們可以針對(duì)不同的威脅分泌釋放出相應(yīng)的藥劑來增強(qiáng)人體的免疫和防衛(wèi)能力。一旦成功，“智能膠囊”將首先應(yīng)用于國際空間站的宇航員身上，然后再應(yīng)用于普通患者的身上。 能從大氣層中吸收二氧化碳的機(jī)器 加拿大碳工程公司希望能通過一種機(jī)器，用化學(xué)方法從大氣中吸走有害的二氧化碳，從而依靠人工方法改造地球的氣候。 加拿大碳工程公司如今正在制造一種機(jī)器設(shè)備，它能吸取空氣然后通過一種氫氧化物溶液，空氣中的二氧化碳通過這種溶液后，能以固體碳酸鹽殘?jiān)男问匠恋硐聛恚@些碳酸鹽殘?jiān)梢月裨岷头獯娴降氐紫拢部梢员挥米髌渌I(yè)原料。去年，碳工程公司建造的機(jī)器設(shè)備完成了初步測試，該機(jī)器在長達(dá)500小時(shí)的實(shí)驗(yàn)中從空氣中成功提取出了大量二氧化碳，另一項(xiàng)時(shí)長數(shù)千小時(shí)的實(shí)驗(yàn)將于今年夏天舉行，加拿大碳工程公司希望2013年就能啟動(dòng)商業(yè)性的測試計(jì)劃。每個(gè) “二氧化碳吸收機(jī)”將會(huì)有點(diǎn)類似核電站的巨大冷卻塔，它每年有望從大氣層中移除100萬噸的二氧化碳。 研制出一種實(shí)用的超導(dǎo)體 超導(dǎo)體將是電力輸送和儲(chǔ)存的未來工具，由于這種材料的電阻趨近于零。然而，開發(fā)超導(dǎo)體的唯一問題是，所有如今已知的超導(dǎo)體都只能在低于零下 163攝氏度的低溫環(huán)境下才能工作，所有超導(dǎo)體首先必須通過能量被冷卻，這將排除任何潛在節(jié)能的可能性，使得超導(dǎo)體缺乏任何現(xiàn)實(shí)實(shí)用性。 全球科學(xué)家都在尋找能在更高溫度下工作的超導(dǎo)體材料，而解決這一問題和量子物理學(xué)法則密切相關(guān)，科學(xué)家首先需要通過電腦模擬亞原子粒子的“習(xí)性”，然而，這項(xiàng)工作對(duì)于目前的普通計(jì)算機(jī)來說實(shí)在太難了。不過，澳大利亞悉尼大學(xué)和美國科羅拉多州國家標(biāo)準(zhǔn)和科技學(xué)會(huì)的研究人員已經(jīng)發(fā)明出了一種由鈹金屬離子按晶體柵格方式組成的“量子模擬器”，該計(jì)算設(shè)備能確保科學(xué)家建立和模擬量子粒子之間的交互作用，并簡單算出那些交互作用的結(jié)果。悉尼大學(xué)研究人員邁克爾·J·比爾庫克博士說：“在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們制造了一個(gè)可控系統(tǒng)，它的動(dòng)力學(xué)符合量子物理學(xué)法則。因此，我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚰M自然發(fā)生的量子系統(tǒng)的習(xí)性。”一旦科學(xué)家發(fā)明研制出一種具有實(shí)用性的超導(dǎo)體，必將給電力輸送和儲(chǔ)存問題帶來巨大的革命。 創(chuàng)造一套完美的粒子物理學(xué)模型 粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型是目前幫助人類理解亞原子粒子習(xí)性的最好框架，它是一套描述強(qiáng)力、弱力及電磁力這三種基本力及組成所有物質(zhì)的基本粒子的理論，可以正確描述基本粒子之間的相互作用。但是標(biāo)準(zhǔn)模型還不是一套萬有理論，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證據(jù)顯示，標(biāo)準(zhǔn)模型還無法解釋一些極端高能量的現(xiàn)象，譬如它無法解釋引力作用和宇宙正在加速擴(kuò)展的事實(shí)。 創(chuàng)造一套能夠解釋所有我們希望解釋的物理學(xué)現(xiàn)象的模型，將會(huì)成為一項(xiàng)重大的科學(xué)突破，它的重要意義將絲毫不亞于發(fā)現(xiàn)相對(duì)論或量子理論。創(chuàng)造一套完美的粒子物理學(xué)模型，必將不可避免地帶來現(xiàn)實(shí)應(yīng)用方面的革命。 據(jù)科學(xué)家稱，要了解粒子物理學(xué)真相偏離“標(biāo)準(zhǔn)模型”的預(yù)測有多遠(yuǎn)，單靠法國和瑞士邊境的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)根本無法解決，因?yàn)榇笮蛷?qiáng)子對(duì)撞機(jī)碰撞的是錯(cuò)誤種類的粒子——質(zhì)子，最好的選擇是同時(shí)碰撞電子和正電子。可是，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的環(huán)型軌道中碰撞電子和正電子會(huì)遭遇所謂的“同步加速器輻射”影響，使實(shí)驗(yàn)功虧一簣。唯一的解決方法是在直線加速器中對(duì)電子和正電子進(jìn)行加速碰撞。目前，包括美國加州理工學(xué)院巴里·巴利希教授在內(nèi)的科學(xué)家正在加入一個(gè)由“國際未來加速器委員會(huì)”發(fā)起的“國際直線加速器”計(jì)劃，該計(jì)劃的目標(biāo)是建造一個(gè)世界上最強(qiáng)大、長達(dá)50公里的直線加速器。 發(fā)現(xiàn)太陽系外的外星生命 自從1995年天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第一顆環(huán)繞太陽系外恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星后，迄今為止，世界各地的天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了至少760顆太陽系外行星的存在。隨著新發(fā)現(xiàn)的天外行星數(shù)目的不斷增加，科學(xué)家最想知道的是，在那些和地球非常相似的太陽系外行星上，是否可能存在著外星生命。 盡管天文學(xué)家們希望從這些太陽系外行星上尋找外星生命的痕跡，然而唯一的問題是，如果這些行星距它們恒星的距離和地球距太陽的距離一樣遠(yuǎn)，那么通過天文望遠(yuǎn)鏡根本無法清楚地觀測這些天外行星，因?yàn)樗鼈儠?huì)被徹底“淹沒”在自己恒星的光芒里。針對(duì)這一問題，美國科羅拉多大學(xué)天體物理學(xué)教授威布斯特· 卡什提議發(fā)射一艘名叫“遮星”的太空船，它可以懸浮在太空中的天文望遠(yuǎn)鏡前面，擋住某顆恒星的光芒，從而確保天文望遠(yuǎn)鏡能清晰觀測到圍繞該恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星，包括研究這些行星的光譜學(xué)，讓天文學(xué)家們能推算它們的化學(xué)組成成分。 直接飛入“地球軌道”的超級(jí)火箭引擎 從地球表面飛入地球軌道是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)，它意味著需要將發(fā)射速度加速到音速的25倍。在過去，太空船飛入地球軌道，通常必須使用多級(jí)運(yùn)載火箭發(fā)射升空的方式來完成，多級(jí)火箭發(fā)射方法所攜帶的燃料具有一枚小型核武器的爆炸潛能，不但相當(dāng)危險(xiǎn)，并且每公斤載荷發(fā)射升空的代價(jià)高達(dá)數(shù)萬美元，代價(jià)可說相當(dāng)高昂。 不過，英國牛津反應(yīng)引擎公司目前正在研制發(fā)明一種新的超級(jí)火箭引擎，它可能會(huì)讓這一現(xiàn)狀徹底得到改變，使太空船像飛機(jī)一樣直接飛入地球軌道。據(jù)悉，該公司目前正在研制一種可以循環(huán)使用的“斯凱倫”太空船，它擁有的“超級(jí)引擎”能夠載著宇航員從地球上的飛機(jī)跑道直接飛入太空中，而太空船并不需要安裝任何額外的引擎或攜帶任何多余的燃料箱。這種革命性的“超級(jí)引擎”名叫“馬刀”，它是一種強(qiáng)效的“吸氣式”火箭引擎。燃燒任何東西都需要氧氣，常規(guī)火箭燃燒液態(tài)氫的速度非常快速，所以常規(guī)火箭需要攜帶自己的液態(tài)氧。然而“馬刀”火箭引擎卻能從空氣中吸取氧氣。 改善麥子光合作用效率 全世界的科學(xué)家都希望能找到更有效的產(chǎn)糧方法，從而能讓未來的世界遠(yuǎn)離饑荒的陰影。墨西哥“國際玉米和麥子改良中心”麥子產(chǎn)量協(xié)會(huì)的研究專家相信，轉(zhuǎn)移潛在饑荒陰影的方法之一，就是改善麥子的光合作用效率，在未來的25年中使麥子的產(chǎn)量增加50%以上。光合作用是植物吸收水、太陽光和大氣中的二氧化碳后進(jìn)行的一系列生化處理過程，并將其轉(zhuǎn)換成碳水化合物食品和氧氣。墨西哥科學(xué)家計(jì)劃通過轉(zhuǎn)基因法和傳統(tǒng)的雜交法相結(jié)合的辦法來增強(qiáng)麥子的光合作用效力，從而增加麥子的產(chǎn)量。墨西哥麥子產(chǎn)量協(xié)會(huì)的科學(xué)家已經(jīng)在墨西哥索諾拉沙漠中的研究基地中展開了一些試驗(yàn)。 在培養(yǎng)皿中培育“老年癡呆癥”腦細(xì)胞 如今全世界范圍內(nèi)至少超過2600萬人正在飽受“阿爾茨海默”老年癡呆癥的折磨。然而，該病的根本病因卻迄今仍是一個(gè)謎，科學(xué)界既沒有根治方法，也少有減輕癥狀的療法。 因?yàn)殛P(guān)鍵的問題是，科學(xué)家無法從一個(gè)活著的病人身上提取受感染的腦組織進(jìn)行研究，同時(shí)動(dòng)物研究也不在考慮范圍內(nèi)，因?yàn)槿祟愂且阎ㄒ换加欣夏臧V呆癥的生物種類。所以為了找到解開老年癡呆癥之謎的辦法，英國劍橋大學(xué)和美國加州大學(xué)的科學(xué)家如今正在進(jìn)行一項(xiàng)先鋒性研究，希望能通過皮膚細(xì)胞提取出干細(xì)胞，然后用干細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)皿中培育出大腦細(xì)胞，最后目睹那些大腦細(xì)胞如何逐漸演變成“老年癡呆癥”腦細(xì)胞，科學(xué)家希望能通過這一實(shí)驗(yàn)找出一些“老年癡呆癥”形成的重要線索，從而力求最后能夠找出根治老年癡呆癥的方法。 發(fā)明安全清潔“核聚變”能源 一項(xiàng)名叫“國際高熱原子核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆”的實(shí)驗(yàn)，將會(huì)使未來的人類擁有更加清潔和安全的受控“核聚變”能源，這項(xiàng)位于法國卡達(dá)拉舍地區(qū)的核聚變反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)一旦取得成功，將一勞永逸地解釋人類幾千年的能源問題，同時(shí)不會(huì)帶來任何核污染副作用。今天所有的商業(yè)核反應(yīng)堆都是核裂變能源，核裂變廢料在數(shù)千年時(shí)間中都具有高放射性，所以必然導(dǎo)致代價(jià)高昂的核廢料處理問題。 核聚變正是使太陽發(fā)光發(fā)熱的能量來源，而科學(xué)家在能夠完全利用核聚變能源之前，首先必須解決的問題是如何控制超熱的核聚變?nèi)剂蠝囟取a(chǎn)生核聚變的條件是需要?jiǎng)?chuàng)造1.5億攝氏度的高溫等離子區(qū)。這樣高溫度的等離子體，顯然用什么材料做容器都承受不了。不過，“國際高熱原子核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆”研究小組將會(huì)嘗試在一個(gè)名叫“托卡馬克”的圓環(huán)狀受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中，利用強(qiáng)大磁場的幫助將高溫等離子體約束在反應(yīng)堆中間，而不讓它們接觸到反應(yīng)器的“墻壁”，從而希望借此方法解決核聚變超熱溫度的控制問題。 建造出能“修改”人類DNA的機(jī)器 美國麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)建造了一臺(tái)能夠編輯“修改”DNA的機(jī)器，這臺(tái)名叫“MAGE”的“DNA編輯機(jī)”有點(diǎn)類似電腦文字處理系統(tǒng)中的“剪切和粘貼”工具，不過它處理的不是電腦文字，而是DNA基因。這臺(tái)“DNA編輯機(jī)”的誕生，意味著醫(yī)生們很快將有能力“修改”人類基因組中遺傳病的DNA編碼，或者可以讓人類的身體能對(duì)像艾滋病或流感這樣的病毒徹底免疫。“DNA編輯機(jī)”的好處顯然遠(yuǎn)不止于此，如果科學(xué)家能對(duì)細(xì)菌的DNA進(jìn)行修改，就能將這些微生物轉(zhuǎn)變成一個(gè)“藥物工廠”，甚至能將它們變成一種新的“能源”。 文/深圳特區(qū)報(bào) |
