改變未來(lái)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)

　　預(yù)言人類(lèi)的未來(lái)是件相當(dāng)艱難的事情，但有一點(diǎn)確定無(wú)疑的是，未來(lái)都是從今天開(kāi)始的。英國(guó)學(xué)者保羅·帕森斯博士對(duì)最近科學(xué)界眾多的重大研究計(jì)劃進(jìn)行了大盤(pán)點(diǎn)，從中選出了十個(gè)最有可能在未來(lái)幾十年中對(duì)人類(lèi)生活產(chǎn)生最大沖撞和影響的科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。毫無(wú)疑問(wèn)的是，一旦這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)取得成功，必將使人類(lèi)文明步入新的階段，使我們的未來(lái)變得更加美好。
　　能夠植入人體的智能膠囊
　　請(qǐng)想象一種智能膠囊，它可以像電極或芯片一樣植入你的身體皮膚下，具有探測(cè)人體疾病的功能，一旦“嗅”出人體出現(xiàn)某種疾病的早期癥狀，它就會(huì)在第一時(shí)間釋放出針對(duì)該疾病的藥劑，將疾病“殺死”于萌芽階段。
　　現(xiàn)在。這樣的智能膠囊并非紙上談兵的夢(mèng)想，美國(guó)加利福尼亞州艾米斯研究中心太空生物科學(xué)部的專家正在研發(fā)這種智能膠囊。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)不同的威脅釋放出相應(yīng)的藥劑來(lái)增強(qiáng)人體的免疫和防衛(wèi)能力。
　　智能膠囊的設(shè)計(jì)者戴衛(wèi)·洛夫圖斯博士說(shuō)：“膠囊內(nèi)的細(xì)胞會(huì)釋放出治療性分子，它們能夠擴(kuò)散并逸出膠囊壁?！边@種智能膠囊不久將用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，然后將被用于人體實(shí)驗(yàn)。
　　能從大氣層中吸收二氧化碳的機(jī)器
　　當(dāng)世界各國(guó)政府仍在繼續(xù)為全球變暖問(wèn)題而爭(zhēng)論的時(shí)候，加拿大卡爾加里市的碳工程公司已經(jīng)在全力研究一種能從大氣層中吸收二氧化碳的神奇機(jī)器。全球變暖的主要原因是人類(lèi)現(xiàn)代工業(yè)和運(yùn)輸系統(tǒng)排放出了大量的二氧化碳?xì)怏w，形成了溫室效應(yīng)。加拿大碳工程公司希望能通過(guò)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(guò)一種氫氧化物溶液，將空氣中的二氧化碳以固體碳酸鹽的形式沉淀下來(lái)。2011年，碳工程公司建造的機(jī)器設(shè)備完成了初步測(cè)試，該機(jī)器在長(zhǎng)達(dá)500小時(shí)的實(shí)驗(yàn)里從空氣中成功提取出了大量二氧化碳。另一項(xiàng)時(shí)長(zhǎng)數(shù)千小時(shí)的實(shí)驗(yàn)將于2012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(cè)試計(jì)劃。每臺(tái)“二氧化碳吸收機(jī)”有望每年從大氣層中移除100萬(wàn)噸的二氧化碳。由于人類(lèi)文明每年要向地球大氣層中排放300億噸的二氧化碳?xì)怏w，所以理論上需要3萬(wàn)臺(tái)“二氧化碳吸收機(jī)”同時(shí)工作，才能徹底抵消人類(lèi)文明對(duì)地球氣候造成的不利影響。
　　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(lái)工具。由于這種材料的電阻趨近于零，從理論上來(lái)說(shuō)，在超導(dǎo)體電線圓環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流將會(huì)永遠(yuǎn)循環(huán)下去，所以超導(dǎo)體可以用來(lái)制造沒(méi)有任何電力損失的電網(wǎng)電纜和電池，以及其他各種超級(jí)節(jié)能設(shè)備。如果用超導(dǎo)體材料制作超導(dǎo)電線和超導(dǎo)變壓器，將可以把電力幾乎毫無(wú)損耗地輸送給用戶，而用目前的銅、鋁導(dǎo)線輸電，每年至少有15％的電能會(huì)損耗在線路上。然而，開(kāi)發(fā)超導(dǎo)體的唯一問(wèn)題是，所有現(xiàn)今已知的超導(dǎo)體都只能在低于-163℃的低溫環(huán)境下才能工作，所有超導(dǎo)體首先必須通過(guò)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(wèn)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(guò)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(lái)說(shuō)實(shí)在太難了。不過(guò)，澳大利亞悉尼大學(xué)和美國(guó)科羅拉多州國(guó)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?？茖W(xué)家建立和模擬量子粒子之間的交互作用，并簡(jiǎn)單算出那些交互作用的結(jié)果。悉尼大學(xué)的研究人員邁克爾·J，比爾庫(kù)克博士說(shuō)：“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(wèn)題帶來(lái)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(lèi)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’這三種基本力以及組成所有物質(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(wàn)有理論，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證據(jù)顯示，標(biāo)準(zhǔn)模型還無(wú)法解釋一些極端高能量的現(xiàn)象，譬如它無(wú)法解釋引力作用和宇宙正在加速膨脹的事實(shí)。因此，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(lái)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用方面的革命，盡管我們不能預(yù)先知道它會(huì)帶來(lái)哪些應(yīng)用革命。
　　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(cè)有多遠(yuǎn)，單靠大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)根本無(wú)法解決，因?yàn)榇笮蛷?qiáng)子對(duì)撞機(jī)碰撞的是錯(cuò)誤種類(lèi)的粒子——質(zhì)子，最好的選擇是同時(shí)碰撞電子和正電子?？墒?，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的環(huán)形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(guó)加利福尼亞洲理工學(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(guó)際未來(lái)加速器委員會(huì)發(fā)起的“國(guó)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(zhǎng)達(dá)50千米的直線加速器。建造這個(gè)直線加速器將耗資lOO億美元，但如果通過(guò)它的實(shí)驗(yàn)真能發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造一套完美的粒子物理學(xué)理論，那么所有這些費(fèi)用都是完全值得的。
　　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)至少有超過(guò)2600萬(wàn)人正在飽受老年癡呆癥的折磨，到2050年，全球老年癡呆癥患者的人數(shù)將會(huì)至少翻倍。老年癡呆癥的癥狀是記憶和認(rèn)知功能喪失，然而，該病的根本病因卻迄今仍是一個(gè)謎，科學(xué)界既沒(méi)有根治方法，也少有減輕癥狀的療法。
　　關(guān)鍵問(wèn)題在于，科學(xué)家無(wú)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?lèi)是目前已知唯一患有老年癡呆癥的生物種類(lèi)。所以，為了找到解開(kāi)老年癡呆癥之謎的辦法，英國(guó)劍橋大學(xué)和美國(guó)加利福尼亞洲大學(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(guò)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)家希望通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)找出一些老年癡呆癥形成的重要線索，從而找出根治老年癡呆癥的方法。
　　劍橋大學(xué)研究人員里克·利弗賽稱，一些實(shí)驗(yàn)藥物在未來(lái)3年～5年內(nèi)就可能在患者身上進(jìn)行測(cè)試。一旦科學(xué)家發(fā)明克服老年癡呆癥的良藥，將會(huì)成為全球數(shù)千萬(wàn)老年人的福音。
　　發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)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(yáng)系外恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星后，世界各地的天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了至少760顆太陽(yáng)系外行星的存在。隨著新發(fā)現(xiàn)的行星數(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(yáng)系外行星上，是否存在著外星生命。
　　盡管天文學(xué)家希望從這些太陽(yáng)系外行星上尋找外星生命的痕跡，然而唯一的問(wèn)題是，如果這些行星距它們恒星的距離和地球距太陽(yáng)的距離一樣遠(yuǎn)，那么通過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡根本無(wú)法清楚地觀測(cè)這些天外行星，因?yàn)樗鼈儠?huì)被徹底淹沒(méi)在自己恒星的光芒里。針對(duì)這一問(wèn)題，美國(guó)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(cè)到圍繞該恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星?？ㄊ步淌谡f(shuō)：“通過(guò)‘遮星’的幫助，天文望遠(yuǎn)鏡將可以告訴我們那些天外行星是否具有大氣層以及它的重要成分，它甚至可能會(huì)探測(cè)出大氣層中的水蒸氣，從而預(yù)示這些行星上是否存在海洋。即使當(dāng)我們知道宇宙中只存在一些最簡(jiǎn)單的微生物，也將徹底改變我們對(duì)夜空的看法。”
　　能直入地球軌道的超級(jí)火箭引擎
　　從地球表面飛人地球軌道是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，它意味著需要將發(fā)射速度加速到音速的25倍。在過(guò)去，太空船飛人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(lái)完成，不但相當(dāng)危險(xiǎn)，并且代價(jià)相當(dāng)高昂。
　　不過(guò)，英國(guó)牛津反應(yīng)引擎公司目前正在研制一種新的超級(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，并且無(wú)須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”，是一種強(qiáng)效的吸氣式火箭引擎?！榜R刀”能從空氣中吸取它需要的氧氣，當(dāng)它剛剛飛離地面時(shí)，將先使用一種新穎的冷卻系統(tǒng)將吸入的空氣從1000℃降至-140℃，然后通過(guò)壓縮方法增加氧氣的密度，供火箭燃料燃燒使用。當(dāng)“斯凱倫”太空船抵達(dá)28千米的高空時(shí)，液態(tài)氧系統(tǒng)才會(huì)接管后面的火箭燃料燃燒工作。
　　由于減少了液態(tài)氧的攜帶，太空船發(fā)射時(shí)的重量會(huì)大大降低。英國(guó)牛津反應(yīng)引擎公司的設(shè)計(jì)者相信，使用“馬刀”的太空船可以將15噸重的載荷一次性送入地球軌道。該公司的科學(xué)家希望，到2020年年初，這種無(wú)人太空船就可以正式投入使用，引發(fā)航天界的革命。
　　改善麥子的光合作用效率
　　要喂飽全球70億人口的嘴巴，已經(jīng)需要像南美洲面積那樣大的農(nóng)業(yè)耕地，而到2050年，全世界人口還有望再增加26億，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(lái)的世界遠(yuǎn)離饑荒的陰影。
　　墨西哥“國(guó)際玉米和麥子改良中心”的研究人員相信，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(lái)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(yáng)光和大氣中的二氧化碳后進(jìn)行的一系列生化處理過(guò)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(guò)轉(zhuǎn)基因法和傳統(tǒng)雜交法相結(jié)合的辦法來(lái)增強(qiáng)麥子的光合作用效力，從而增加麥子的產(chǎn)量。該計(jì)劃目前仍在尋求資金贊助，不過(guò)科學(xué)家已經(jīng)在墨西哥索諾拉沙漠中的研究基地展開(kāi)了一些實(shí)驗(yàn)。一旦這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)取得成功，未來(lái)的地球顯然將會(huì)更少受到饑荒問(wèn)題的困擾。
　　發(fā)明安全清潔的受控“核聚變”能源
　　1956年，英國(guó)在坎布里亞的卡德豪爾地區(qū)建造了全世界第一座核電站，核能源從此被視為人類(lèi)未來(lái)豐富的能量來(lái)源。然而從那以后，在美國(guó)賓夕法尼亞洲三英里島、蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站和日本福島核電站相繼發(fā)生的核泄漏事故，已經(jīng)屢屢向世人敲響警鐘，證明核裂變能源具有太大的危險(xiǎn)性。不過(guò)，一項(xiàng)名叫“國(guó)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(lái)的人類(lèi)擁有更加清潔和安全的受控核聚變能源。這項(xiàng)位于法國(guó)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，將一勞永逸地解決人類(lèi)幾千年的能源問(wèn)題，同時(shí)不會(huì)帶來(lái)任何核污染。
　　“國(guó)際高熱原子核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆”研究的是核聚變能源，它主要是由氘和氚原子在一定條件下發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核。同時(shí)釋放出巨大的能量。核聚變既沒(méi)有鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，也不會(huì)產(chǎn)生任何長(zhǎng)期的放射性廢料，同時(shí)自然界中存在大量的核聚變?nèi)剂?氘和氚)。
　　事實(shí)上，核聚變正是使太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的能量來(lái)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(wèn)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)。在這種環(huán)境下，帶正電的氘核和氚核才得以克服靜電斥力互相碰撞。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(guò)，“國(guó)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(chǎng)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”，從而解決核聚變超熱溫度的控制問(wèn)題。
　　建造出能“修改”人類(lèi)DNA的機(jī)器
　　美國(guó)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)能夠修改DNA的機(jī)器。這臺(tái)“DNA編輯機(jī)”有點(diǎn)類(lèi)似電腦文字處理系統(tǒng)中“剪切和粘貼”的工具，不過(guò)它處理的不是電腦文字，而是DNA基因。“DNA編輯機(jī)”的誕生，意味著醫(yī)生很快將有能力修改人類(lèi)基因組中遺傳病的DNA編碼，或者可以讓人類(lèi)的身體對(duì)像艾滋病或流感這樣的病毒徹底免疫?！癉NA編輯機(jī)”的好處顯然遠(yuǎn)不止此，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”。
　　“DNA編輯機(jī)”的主要功能是，當(dāng)生物細(xì)胞自然地進(jìn)行自我復(fù)制時(shí)，該機(jī)器能夠“劫持”DNA的自我復(fù)制程序，將一些“密碼子”轉(zhuǎn)換成新的合成DNA的“密碼子”。一個(gè)密碼子由三個(gè)相鄰的核苷酸編成一組，每個(gè)密碼子代表某種類(lèi)型的氨基酸，當(dāng)這些氨基酸序列組合在一起時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)蛋白質(zhì)分子，并在細(xì)胞中履行某種特殊功能。
　　哈佛大學(xué)的喬治·丘奇希望能用這一技術(shù)來(lái)修改人類(lèi)的細(xì)胞DNA，他相信該技術(shù)將會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)巨大的益處。請(qǐng)想象一下，如果可以用該技術(shù)移除那些能引發(fā)唐氏綜合征或亨汀頓病等遺傳疾病的基因，或者可以通過(guò)該技術(shù)設(shè)置一道“基因防火墻”來(lái)保護(hù)你的身體細(xì)胞，使它們對(duì)各種病毒免疫，那么可想而知，該技術(shù)將會(huì)對(duì)人類(lèi)的發(fā)展和進(jìn)化帶來(lái)怎樣巨大的影響和沖