寻找暗物质、万能流感疫苗、气候危机，未来10年有哪些科学突破？

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科学前沿观天下 笃学明理洞寰宇

从希格斯玻色子的发现到使用CRISPR进行基因编辑，过去十年，科学领域取得了革命性的进步，人们不禁对未来充满期冀。那么，21世纪20年代可能会有哪些重大的突破呢？

气候变化：能源系统转型

过去十年中，海平面上升和更多极端气候事件揭示了我们美丽的星球是多么的脆弱。未来十年又会怎样？美国大气科学家Donald Wuebbles认为：“预计能源和交通系统向可再生能源的转型将顺利进行，并且将开发出新的方法和技术以替代传统的化石能源。此外，极端天气或海平面上升带来的与气候相关的影响日益增加，最终引起了人们的关注，并真正开始认真对待气候变化。”

这是件好事，但基于最近的证据还存在着一种更可怕、更具投机性的可能性：科学家可能低估了气候变化对本世纪及以后的影响！宾州州立大学杰出的气象学教授迈克尔·曼（Michael Mann）说：“我认为在应对气候变化方面我们将取得突破，但是我们需要能够加速这一转变的政策。”

粒子物理学：寻找轴子

在过去的十年里，最大的新闻莫过于希格斯玻色子的发现，这个神秘的“上帝粒子” 赋予了其他粒子质量。随着希格斯玻色子的发现，许多其他不为人所知的粒子开始占据中心位置。而未来的十年，将有机会找到难以捉摸且至今仍是假想粒子的“轴子”。

轴子不一定是单个粒子，而是一类很少与普通物质相互作用的粒子。诺贝尔物理学家弗兰克·威尔泽克（Frank Wilczek）说：“找到轴子在基础物理学中是一个非常伟大的成就，特别是获取观察“暗物质”的宇宙轴子背景。”随着轴子暗物质实验（Axion Dark Matter Experiment，ADMX）和欧洲轴子研究中心太阳望远镜等这些雄心勃勃的实验计划在世界范围内蓬勃发展，很有可能在未来5到10年内实现这一目标。当然，也有可能探测到宇宙最早时期产生的引力波或者弱相互作用质量粒子（WIMP）。

系外行星：类地球大气

1995年10月6日，当一对天文学家宣布发现了第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星时，我们的宇宙变得更大了！这颗被称为51Pegasi b的行星呈现出一个优神奇的公转轨道——只有4.2个地球日，而质量约为木星的一半。根据NASA的说法，这一发现永远改变了“我们看待宇宙的方式和我们在宇宙中的位置”。

现在，天文学家们已经确认了4104颗环绕太阳系外恒星运行的行星，这是二十年前不为人知的世界。随着詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）于2021年发射，科学家将首次在红外波段“看到”系外行星，这意味着我们甚至可以发现远离恒星轨道的小行星。因此，未来十年对于天文学和系外行星科学来说将是一个巨大的变化，将打开一扇了解外星世界特征的新窗口，将能够探测到小行星上的水蒸气，最终目标则是找到一个拥有类似地球大气层的世界，换句话说——找到一个具备维持生命条件的“另一个地球”。
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医学：通用流感疫苗

未来10年内可能出现数十年来一直困扰着科学家的通用流感疫苗，这将是一项真正的突破性医学进步。从理论上讲，通用流感疫苗将为人类提供长期保护，并且无需每年接种流感疫苗。流感病毒的某些部分在不断变化，而其他部分则基本保持稳定，所以通用流感疫苗的方法就是针对变异性较小的病毒部分研制。

2019年，美国国家过敏和传染病研究所（NIAID）开始了通用流感疫苗的首次人体试验，旨在诱导针对流感病毒可变异性较小部分的免疫反应。第一阶段的研究将着眼于实验疫苗的安全性以及受试者对它的免疫反应。研究人员希望在2020年初报告研究的初步结果。以色列公司BiondVax制造的另一种通用疫苗候选药物目前正在进行第3阶段试验，这是研究该疫苗是否真正有效的高级试验阶段。针对不同流感病毒株之间的差异性，这种候选疫苗包含了来自流感病毒各个部位的九种不同蛋白质。目前，科学家们已经招收了12000多志愿者，预计到2020年底会有结果。

神经科学：更大、更好的小脑

在过去的十年里，科学家们成功地从人类干细胞中培育出了被称为“器官样体”的微型大脑，这些干细胞可以分化成神经元并组装成三维结构。宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院神经科学教授宋宏军博士说，到目前为止，脑类器官只能在胎儿早期发育中生长成类似于大脑的小块。但这一现状可能在未来10年发生变化。未来科学家不仅可以对细胞类型的多样性进行建模，还可以对大脑的细胞结构进行建模，成熟的神经元在大脑中排列成层、列和复杂的回路。

?有了大脑的微型模型，科学家们可以帮助推断神经发育障碍是如何发展的；神经退行性疾病是如何分解脑组织的；不同人的大脑对不同的药理学治疗的反应，甚至可能能够生长神经组织的“功能单元”来替换大脑受损的区域。

责编/朱张航宇

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