穷天人之际 解科学之谜2010重大科技突破解读(图)

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2010年，很多国家把科技创新作为应对当前世界经济面临重大挑战的关键。通过科研人员的不懈努力，生物技术、粒子物理、信息技术、航空航天等各领域硕果累累，其中 大型强子对撞机成功对撞、首例人造细胞诞生等重大突破，“意义堪比上世纪的原子弹爆炸”。 　　11月19日进行首次结构测试的美国“追梦者”航天飞机预计2014年能把游客送至国际空间站。

　　探索世纪之谜——

　　大型强子对撞机成功对撞

　　3月30日，欧洲大型强子对撞机成功实施了总能量达7万亿电子伏特的质子束流对撞，这意味着人类在探索宇宙的奥秘方面取得重要进展。诺贝尔物理学奖获得者李政道指出，21世纪科学的最大谜题是解释暗物质和暗能量。宇宙中暗物质和暗能量占97％之多，而人类已经认识的常规物质和能量只占3％。暗物质的构成和普通物质不同。暗能量更是奇妙，它可以使物质的质量全部消失，完全转化为能量。因此，对暗物质和暗能量的研究，将给21世纪科学研究带来意想不到的重大发现。而大型强子对撞机的成功对撞有助于人类理解暗物质的构成。

　　这台目前世界最大、能量最高的粒子加速器主要包括：一个圆周为27公里长的地下圆形隧道；隧道中有两条由超导磁铁包覆的质子束加速管；4个碰撞点及其附近的偏向磁铁和聚焦磁铁，5台大型探测器。它的主要任务就是寻找希格斯玻色子，解释质量的起源。

　　众所周知，宇宙中所有普通物质都是由原子构成的，而原子是由质子和中子组成的核子，及绕着核子运动的电子构成的。质子和中子又都是由夸克组成的。上世纪60年代英国物理学家希格斯推断，存在一个质量之源，它是夸克等粒子获得质量的基础。这就是希格斯玻色子。大型强子对撞机通过将两束质子分别加速到极高能量状态并使之对撞，使其接近宇宙大爆炸后不久的状态,产生的瞬间高温是太阳内部温度的10万倍。科学家们希望在这种状态下能够发现希格斯玻色子。

　　如果能揭示质量的起源，更多的宇宙奥秘将随之解开。这是牛顿未完成的工作。届时，人类将可能合成反物质，甚至合成微型黑洞。反物质拥有令人难以置信的力量，仅仅一小块反物质的能量就可以与几百万吨当量的核弹相提并论。它将解决人类面临的能源危机，并且成为太空旅行和星际旅行的首选燃料。对撞机实验还可能发现高能粒子束与云的形成的关系，人们将来也许能通过控制宇宙射线来改变气候。 一款可以代替所有手指的仿生手今年4月诞生。人民图片

　　“人造生命”现身——

　　合成生物学神通广大

　　生命的构成永远是人类面临的最大谜团。美国生物学家克雷格·文特尔5月份宣布，在实验室中制造出世界首个人造生命细胞。英国《经济学家》杂志认为此成果堪比上世纪的原子弹爆炸。以文特尔为首的科研团队把生物支原体作为研究对象，在分析自然基因组的脱氧核糖核酸序列、研究其基因结构和相互关系的基础上，用计算机设计出相似但不同的一个新基因组，然后将该基因组插入到山羊支原体的细胞中。这一人工合成的基因组替换了原来的自然支原体基因组，“接管”了细胞的所有活动，不但存活并能不断繁殖。

　　文特尔说：“这是世界上第一个人造细胞。我们称它为"人造儿"，因为这个细胞完全来自于合成的染色体，是用4瓶化学物质在一个化学合成器中制造出来的。这是地球上第一个父母是电脑、却可以进行自我复制的物种。” 这项历时15年、耗资4000万美元的科研成果，是生命科学史上一个里程碑。自20世纪70年代以来，科学家已经人工合成了各种有机组织。但把基因组整体移植，将一种微生物转化为另一种微生物，这在科研史上还是第一次。它将在多方面改变医学和生命科学，对人类社会产生重大影响。

　　生物进化用了几十亿年时间，而现在的设计与合成则把生物进化的时间大大缩短了。“人造儿”为今后人造微生物的应用研究铺平了道路。通过对现有生物系统的分析和研究，完全可以重新设计、制造新的生物系统。21世纪人类所面临的种种问题，如资源耗竭、气候变暖等，或许能由人造微生物来解决。例如，运用专门的人造生物，将二氧化碳转化为甲烷。这样的新能源生产方式将取代传统的以石油为中心的化石能源工业体系。科学家还可以制造出环境友好型“人造生命”，监测土壤、工厂、河流、海洋和大气中的污染，并分解这些污染物。

　　超算格局改变——

　　中国超级计算机夺魁

　　2010年全球超级计算机500强排行榜11月在美国新奥尔良会议中心正式揭晓，由中国国防科学技术大学研制的“天河一号”二期系统超级计算机排名第一，美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”和中国曙光公司研制的“星云”紧随其后，其他排名前10强的超级计算机分别属于日本、法国、德国和美国。在此次世界500强超级计算机中，中国有5部超算系统跻身前100名，并至少有40部入围前500名。在前10强和前500强中，美国超级计算机都占据了半壁江山。

　　早在上世纪90年代美国就提出了研制千万亿次巨型计算机的目标，但直到2007年才实现。2009年中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”一期系统诞生，成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。“天河一号”二期系统由140个机柜组成，总重量约160吨。它采用了14396颗英特尔处理器，7168块英伟达高性能计算卡。此次测试中，“天河一号”以峰值速度4700万亿次、持续速度2566万亿次每秒浮点运算的优异性能位居世界第一。

　　超级计算机500强排行榜主要编撰人之一、美国田纳西大学计算机学教授杰克·唐加拉评价说，“中国的大学基于自己的技术研制出了"天河一号"，其中的互联技术令人非常感兴趣”。虽然“天河一号”二期系统的处理器仍主要采用美国产品，但其互联芯片已全部替换为中国自主研制的产品。互联芯片主要涉及处理器之间的信息流动，对于超级计算机的整体性能起到关键作用。“天河一号”的互联芯片具有世界最先进的水平。

　　超级计算机是“计算机领域的珠穆朗玛峰”，代表着世界信息技术的战略制高点，它能有力推动国家科技创新能力的提升，是一个国家科技发展水平和综合国力的重要标志。作为国家超级计算天津中心的业务主机，“天河一号”已在石油勘探、高端装备研制、生物医药、动漫设计、工程设计与仿真分析、气象预报、遥感数据处理、金融风险分析等方面获得成功应用，为20多家用户单位提供了高性能计算服务。 集约化、智能化、精确化成为2010年军事科技发展的基本方向。三者相辅相成，缺一不可。世界军事科技发展的突破方式发生了重大变化，既不再以单独一个学科或技术领域的突破为标志，也不再以阶段的质变性革命为特征，而是越来越强调多学科多领域先进技术的综合集成，重大科技创新大都发生在交叉融合之中。美军目前已建立了具有强大作战空间态势感知优势的多传感器信息网，利用一些便于快速机动部署的地面传感器，与设在卫星、飞机、舰艇上的所有传感器进行有机融合，形成全方位、全频谱、全时域的多维侦察监视预警体系。

　　太空、深海、网络等成为军事科技竞争的重点领域。这些领域既是世界大国和强国展示创新能力的舞台，也是军事科技竞争的焦点。在信息化条件下，太空控制能力、深海利用能力、网络攻防能力成为夺取军事优势的战略制高点。特别是在太空领域，军事科技竞争日益激烈。全球国防开支的大部分都用于发展能够提供通信、情报、侦察、导航和武器制导应用等服务的卫星系统。4月，美国成功试飞的世界上第一架空天飞机X-37B，代表了航天运载技术的重要发展方向，具备成为未来控制空间、争夺制天权关键武器装备的潜力。随着各国“网络司令部”成为作战实体，网络军备竞赛正在无声地展开，网络攻击可能成为有效威慑的“网络核武器”。

　　激光、无人机技术等成为军事科技创新的主要热点。2010年军事科技发展仍以信息科学技术创新为主轴，但随着生物技术、激光技术以及新能源技术、新材料技术的飞速发展和不断成熟，多个学科领域正在孕育新一轮革命性变化，一些新概念武器装备正在逐步走出实验室甚至投入战场进行实战检验。它们不仅将引领一场真正意义的科技革命，并将同时推进作战理念、作战样式和作战方法的根本改变。美军2月份先后组织了3次激光反导试验和2次激光反卫星试验，击毁了2枚探空火箭、1枚从海上发射的液体燃料短程弹道导弹。（作者为中国军事科学院科研指导部副部长） “量子鼓”的启示：美国物理学家设计了一个由半导体材料制作的“量子鼓”。研究人员可令其处在振动和不振动的叠加状态。实验证明，量子力学原理既适用于一般物体的运动，又适用于原子和亚原子颗粒的运动。它为人们朝着完全控制物体量子级振动的方向迈出关键性一步。

　　“宜居”行星未必少：天文学家们今年最令人兴奋的发现是首颗在“宜居带”围绕母星旋转的太阳系外行星，该区域不太冷也不太热，适合生命存活。那里或许还有更多类似的星球存在，可能很快就会被找到。

　　月球水比想象的丰富：美国国家航空航天局的月球陨坑观测和传感卫星对月球南极附近区域实施了“双星撞月”任务，并对撞击产生的羽尘进行了分析，结果发现月球水的含量比天文学家预计的多出约50%，月球的湿润程度几乎是撒哈拉沙漠的两倍。

　　合成第117号元素：俄美科学家利用粒子加速器，成功将锫和钙同位素合成为一种拥有117个质子的新元素Ununseptium，它可能就是科学家一直寻找的第117号元素。

　　合成生物学：研究人员组合了一个合成基因组，取代了细菌的核糖核酸，生产出一组新的蛋白质，从而转变了一种细菌的身份特性。该研究成就促使美国国会召开了关于合成生物学的听证会。研究人员预计，未来量身定制的合成基因组可用来产生生物燃料、医药品或其他有用的化学制品。

　　衰老是基因作祟：英国研究发现，拥有某基因副本的人，其端粒的长度与年长他们三四岁但不携带这一基因的人差不多，换句话说，他们比实际年龄老了三到四岁。而另一项研究表明，研究人员通过开启过早衰老的老鼠体内的一个端粒酶基因，扭转了老鼠的衰老进程。（摘自美国《时代》、《科技》杂志） 2010年，世界经济在坎坷中孕育希望。这希望，在很大程度上源于各国以科技革命带动产业革命进而实现经济增长的信心。一年来，各国摩拳擦掌，各显神通，纷纷将科技创新和科技发展作为“救命稻草”，不断加大科研投入，推动战略性新兴产业发展，全力刺激经济增长，提振人们对经济复苏的预期。

　　美国在经历金融危机洗礼之后更加重视科技创新的作用。奥巴马政府扛起“再工业化”大旗，于1月27日提出“国家出口倡议”，决定以生物技术、风力发电、纳米技术、空间技术、电动汽车等高新技术来改造传统制造业，并且大力支持新兴技术和产业发展，如通过能源先进研究计划局支持了120余项合作型、周期长、高风险、高回报的能源技术开发，制定了《2010—2014年智能电网研发跨年度项目规划》，欲通过促进智能电网领域的技术研发和应用，增加就业，创造新的经济增长点。

　　欧盟在应对金融危机中再度转型，于3月3日颁布了“欧盟2020战略”，计划将研发投资提高到国内生产总值的3%，并推行“创新联盟”、“欧洲数字化议程”等行动，推动欧盟向灵巧经济、可持续经济和包容性经济转型，提高就业率和生产力水平；欧盟还于7月19日推出史上最大规模科研和创新年度投资计划，将在2011年投资64亿欧元用于科研和创新领域，以促进科技进步，创造就业。

　　日本坚持科技创新立国战略，2010年科技预算实现了近两年来的首次增长，并围绕建设环境、能源和健康大国的目标，以绿色技术和生命科学技术为两大创新重点，制定了第四期科学技术基本计划（2011—2015年）草案，计划到2020年将研发投资提高到国内生产总值的1%，提出要以技术革新为重点，提高潜在增长力。

　　韩国的《绿色增长国家战略及5年计划》在2010年进入具体实施阶段，努力向低碳经济转型；韩国知识经济部还于1月公布了由政府以及三星、LG等73家韩国大企业和中小企业共同参与研发的绿色能源技术开发战略路线图，确定了2030年前重点研发的15个“朝阳领域”，以此进行产业结构调整，推进中小企业转型。

　　除此之外，印度、俄罗斯、巴西等国家在2010年也不甘落后，纷纷加快了在科技创新与科技发展道路上的脚步。可见，无论是发达国家还是新兴经济体，在“后金融危机时代”均将科技创新作为经济复兴的突破口，全力改造传统产业，竞相角逐新兴产业，为世界经济注入了新活力。

　　科技是第一生产力。各国在科技创新和科技发展的推动下，相关产业得到了快速发展，经济增长预期被普遍调高，世界经济随之开始走出低谷。2010年，美国经济实现了衰退结束后的首个年度增长，国际货币基金组织预测美国经济年增长率将达到2.6%；欧盟委员会于9月将2010年经济增长预测调高到1.8%；日本政府于6月将全年经济增长预期上调至2.6%。新兴经济体群体性崛起，被广泛看好，成为世界经济增长的主力军，世界银行于11月调高中国经济增长预期至10%；印度储蓄银行于7月表示经济年增长率有望达到8.5%；巴西央行于5月提高经济增长率至6.3%。

　　尽管很难计算出科技创新和科技发展对世界经济增长的实际贡献率，但从各国对科技创新的热情来看，对其刺激经济复苏的功能和作用却是深信不疑。当前，世界正处在新一轮科技革命和产业革命的前夜，经济正在复苏，但基础仍然比较脆弱，各国需要进一步加大科技创新投入，推动科技革命和产业革命，从而为世界经济走上正轨做出更大贡献。（作者为中国科学技术发展战略研究院研究员） (来源：人民网)

伤我心太深

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