《大众科学》2007年最值得期待的七大科学突破

（转自新浪科技讯, 任秋凌）

据大众科学网2007年元月7日报道，在刚刚过去的2006年，科学家们创造了令人眼花缭乱的一个又一个成就，在新的一年里，同样会出现许许多科学突破，而以下七大研究项目最值得期待（2007-Your guide to the year in science）。

解答宇宙之谜的对撞机

1．解答宇宙之谜的机器将启动

科学家预言，世界上功能最为强大的物理实验室将会解答很多我们想都不敢想的问题。今年晚些时候，这项耗资八十亿美元、名为大型强子对撞机(LHC)的科学实验将开始陆续发现物理学史上几个最难解之谜的线索。

物理学界在十年前提出了一系列难解的问题：物质为何会有质量？每个粒子是否有一个看不见的“伴侣”？但在这十年里，物理学家提出了很多有关宇宙如何形成的理论。如果一切进展顺利，大型强子对撞机或能揭开众多令人吃惊现象之谜，从而验证宇宙起源和结构的新理论正确与否。大型强子对撞机埋在瑞士日内瓦地下100米深的一条长16.8英里的环形隧道中。

美国加州大学欧文分校理论物理学家乔纳森·冯表示，大型强子对撞机的碰撞可能会产生神秘、无形的暗物质。天文学家认为，宇宙中80%的物质都是暗物质。大型强子对撞机项目规划者最初肯定没有意识到暗物质这个问题。乔纳森教授表示：“在大型强子对撞机项目提出之时，科学家当时对这种机器有助于解答这个宇宙哲学问题完全没有任何概念。”

这同样适用于寻找多余的空间维数。多年来，寻找多余的空间维数被认为已超出了现代实验技术能力范围。尽管如此，理论学家日前讨论了通过大型强子对撞机发现间接证据的可能性。佛罗里达大学物理学家康斯坦丁·马切夫说：“大家不会看到额外的维数。”他解释说，诸如电子等粒子在穿过多出来的空间时，会忽然间变得大而重。马切夫及同事将会为那些搬弄是非的“重量增加”探寻相关数据。

　　即便大型强子对撞机未能揭开上述物理现象之谜，它仍旧会被视作具有里程碑意义的成功。按照大多数物理学家的说法，“希格斯玻色子”(亦称“上帝粒子”，可能形成了物质的质量)的发现就几乎确保了这种成功。更为重要的是，大型强子对撞机将会产生宇宙大爆炸之后便不复存在的条件和能量水平。这意味着大型强子对撞机也许能产生连物理学家想都没想到的现象。乔纳森说：“科学的最大奥妙在于，你永远不知道大自然将来向我们展示它的哪一面。”

国际空间站的部分构件

2. 扩建空间站进入关键时期

当“哥伦比亚”号航天飞机于2003年空中解体时，国际空间站只有49%硬件到位。航天飞机将在2010年退役，在此之前，航天飞机需要向空间站运送大量物资和设备。如果要把空间站建成世界级的研究室和科学家所预想的、二十年后成为飞往火星和月球的中转站，2007年的扩建工作将会十分忙碌。

为完成该计划，美国宇航局预计进行14次装配任务，其中今年进行五次。如果五次全部成功，到十二月为止这个人类太空中唯一的前哨站将增重30%，并增加五千平方英尺的面积，发电能力提高至目前的三倍，最值得注意的是增加两个一流的科学实验室。

欧洲的哥伦布实验室和日本的实验舱是今年运送任务的重中之重。这些耗资30亿美元、公共汽车大小的太空舱将大大增强空间站在地形学方面的研究实力(例如药物和气象研究)，更为重要的是为长期执行月球和火星任务做好准备，比如太空用药和防辐射。此外还有加拿大制造的一个名为戴克斯特瑞(Dextre)的特种用途操纵器，它将用其11.5英尺长、有7个关节的附肢来完成以往需要太空行走才能进行的复杂的修理任务，使宇航员有更多的时间来做实验。

今年的一系列发射任务是有史以来最具挑战性的一年。美国宇航局的发言人阿拉德 ·布泰尔(Allard Beutel)说：“甚至比阿波罗号还要复杂。”鉴于国际空间站和航天飞机麻烦不断，许多人怀疑美国宇航局是否能按期完成任务。美国行星学会主任路易斯·弗雷德曼(Louis Friedman)警告说：“如此密集的发射任务每次都成功不太可能，如果真是这样，那我们的运气就太好了。”我们将看到麻烦缠身的国际空间站将成为下一代太空游客的培训基地。另外，本年度还有很重要的五次发射值得关注：

西弥斯探测器：1月21日，美国宇航局将发射五个小型飞船进入地球磁气圈磁干扰最强的中心地带，其目标是研究该区的磁暴是如何产生炫目的北极光的。

中国嫦娥一号：4月17日发射的中国第一个探月卫星将展示中国月球计划的雄心。在进入轨道后，该卫星将探测月球表面，为将来的中国的探测器登陆月球做准备。

黎明号飞船：6月21日，美国宇航局离子动力“道恩”号将飞往火星和木星间的小行星带，在那里它将研究我们太阳系质量较大的两颗小行星灶神星和谷神星(Vesta and Ceres)，最近依照新的行星定义，它们被划成为矮行星行列。

凤凰号火星探测器：这个低成本的美国宇航局飞船将于8月份抵达火星的北极，寻找该行星冰层下的生命迹象。

格拉斯特天文望远镜：10月7日，伽玛射线大区域太空望远镜(GLAST)将发射升空，用以观察宇宙中最迷人的现象，包括黑洞、类星体和中子星。

干细胞

3. 培育干细胞

干细胞究竟能治疗哪些重大疾病，目前仍然不是很清楚：用干细胞治疗糖尿病、帕金森氏症甚至是癌症的研究仍然进展不大。承担30亿美元干细胞研究项目的加州再生医学研究院(California Institute for Regenerative Medicine，CIRM)在去年10月份估计，完全用干细胞治疗疾病还需十年时间。为什么还需要等待？科学家需要进一步了解细胞生物学，尽管美国的法律禁止在国家投资的实验室用人类胚胎干细胞进行研究，但是未来几年在该方面的研究力度将会加大。

　　最吸引人的进展是成人干细胞研究，成人干细胞很难转化成其它组织细胞，它通常会修复和替代受损的细胞。但现在发生了变化，去年，加州大学洛杉矶分校的研究人员将成人的窗体顶端窗体底端

脂肪细胞转化成了肌肉细胞。该进展将有助于人类修复动脉和膀胱。

　　日本京都大学的两名科学家的研究有了更惊人的发现，去年8月就有报道称，他们成功地使从人类皮肤上提取的胚胎细胞培育成老鼠尾巴。他们首先隔离人类胚胎细胞中的四个基因而不是隔离成人细胞。当成人细胞受到这四个基因的化学刺激后，转化成区别于其它细胞的胚胎细胞。如果他们的研究在人类身上也能成功，将在科学界产生革命性影响。加州大学的玛丽·马克松说：“这意味着可以用取自你皮肤的细胞重新排列其内核，形成胚胎干细胞生产线，其治疗效果不可限量。”

水源短缺

4.战胜水危机

美国也人感受到了下世纪可能主导世界的水战争。灌溉用水被削减以保护被克拉马斯人视为神鱼的亚口鱼，随之而来的干旱引发了农场主和部落成员的冲突。水成为乌兹别克斯坦和加沙地区的谈判筹码，黎巴嫩、尼泊尔、达尔富尔的军事目标，导致索马里、中国、印度和巴基斯坦冲突的催化剂。环境专家彼德·格里克(Peter Gleick)说：“这些地区一直以来就存在因为水而产生的冲突，但现在这种紧张情况正在加剧。”

联合国估计到2025年全球79亿人中将有50亿缺乏安全饮用水。尽管大多数可怕的冲突在我们的边境以外，但当时美国的人口将达到3亿，山顶的积雪将因气候变暖而融化，人们比世界其它地区的人用水更多(每天100加仑)，产生冲突的条件完全成熟。我们的地下水使用比注入得更快并且更多，从南达科他州延伸到德克萨斯州的奥加拉拉的水量下降到150英尺。7个西部州正设法在干涸的科罗拉多河抽取更多的水，该河流的水量较同期到达加利福尼亚湾下降了0.1%。

脱盐。位于德州的埃尔帕索耗资8700万美元、日产淡水2750万加仑世界上最大的内陆淡化水厂将于今年开始淡化含盐的地下水。同时，位于佛罗里达州坦帕、日产淡水2500万加仑的大型淡化水厂也开始投产。为减轻科罗拉多河的损失，亚利桑那州正在测试是否重开开尤马的淡化工厂，在加州有多达20个淡化水项目正在被讨论。位于卡尔斯拜德和亨廷顿海滩的两个5000万加仑的淡化水厂的命运将在今夏决定。

　　脱盐厂正在经济上变得越来越可行：可以每天产生1万加仑的水，而上世纪90年代只能生产5000加仑。但专家警告：淡化只是通过供应来解决需求问题。他们还在考虑，淡化水所需的高昂成本和对环境产生的环境(会杀死海洋生物和排放高浓度盐水)是否使这一行动成为可能。事实上，解除水危机最好的办法是大量采用节水厕所和抗旱植物，特别在发展中国家，因为那里建设淡化工厂的资金和水一样稀缺。

新型核电厂

5.新核能

美国的第一个核电厂发电已经33年了，这种情况很可能在今年晚些时候发生变化，因为美国核能管理委员会可能会批准在美国本土新建一个反应堆。受政府支持以及环保人士提出核能可成为化石燃料的没有污染的替代品，15家电力公司宣布有意近年内在美国兴建新的核电厂。

核能现在占美国所产电力的五分之一，但美国对电力的需求日益增长，有人预计到2030年电力消耗量将增加40%，而美国的核电厂却在老化。新的反应堆将满足新增需要并填补部分电厂退役的空缺。新设计的反应堆的主要特点就是安全。今年5月，美国能源部将选择三个新设计中的一个来做为下一代的核电厂，其目标是在2021年前投入商业运行。但麻省理工大学的核工程师安德鲁·科达克说：“我们现在正经历能源危机，我们必须停止使用传统燃料，不能一直等到2021年。”

甲烷释放

6.应对碳的堂兄----甲烷的危害

一项关于永久冻土带融化的新的发现可能不久以后会改变全球的气候。当科学家们飞到遥远的西伯利亚研究永久冻土带时，他们发现了一处一直在膨胀的北极湖。听起来很好，但这些水却很危险。随着地下冰层的溶化，这个世界上最大的冻土带有三分之一的地区被这样的湖水覆盖，而且湖水的水量在不断增长。尽管它们的溶化是全球变暖的标志，但最大的担忧是一种无形的危险物质：随着地下远古动植物解冻并腐坏，这些湖会喷出大量甲烷。

甲烷也是一种温室气体，并且其导致全球变暖的效力是二氧化碳的二十倍。根据2006年的最新发现，现在排入大气的甲烷是过去所认为的五倍。事实上，更高的温度导致更多的冻土溶化并产生更多的甲烷，以致于整个地球都会因此变暖。目前采取的两个重要措施是：第一，极地研究团体联合起来，统一研究到底永久冻土带中存有多少碳。(他们希望在今年底公布这一数字。)

同时，气象学家将开始尝试进行永久冻土带的融化对地球气候产生影响的模拟实验。佛罗里达大学的生态学家泰德·舒尔(Ted Schuur)说：“明年我们将在全球气象模型中加入永久冻土带模拟，这标志我们对如何理解气候产生变化将产生一重大改变。”今年和其后的一段时间有可能会专注于被舒尔称为的“灾难性溶化”——大面积冻土一次全部溶化。他说：“就像南极洲的冰架一样，我们不知道它们会破碎并发出巨响，但它的确发生了。没有理由说明它明年不会发生。”

新药物治疗大脑成瘾

7.新药物治疗大脑成瘾

对瘾君子们来说，这是一个好消息：长期被认为是道德弱点的毒瘾正被科学家和内科医师重新定义为是一种复发性慢性病，可以通过药物进行治疗。

今年，我们会发现一种全新的治疗方法----免疫疗法是否会发挥威力。抗瘾疫苗将产生抗体，它能发现毒品的分子，并绑定这些分子，将其逐出大脑，阻断这些分子所产生的舒适感。首先是抗烟瘾的疫苗，在早期研究中有40%的人接种疫苗(被称为NicVAX)后不再吸烟并没有复发的迹象。今年将进行更多的实验，如果疫苗效果良好，预计很快就会批准上市。

然而，最重要的还是研究出帮助人们戒毒的药物。马上要进行针对五十个酗酒病人临床药物实验。一个有力证据是利莫那班(rimonabant)，它被批准在欧洲用于减肥。研究人员正在对它的戒酒和戒烟效果进行研究。

　　一种药物怎么会对不同的瘾产生效果呢？因为许多种让人成瘾的东西都是通过同样的大脑路径发挥作用的。今年上半年，这方面的研究将发现针对烟瘾和酒瘾的不同基因，找到更多的治疗成瘾的方法。

（转自新浪科技讯, 任秋凌）