2012最值得期待的科技新趨

唐云江

唐云江《科學世界》主編

在電影《2012》的渲染下，即將來臨的2012年多少帶了點神秘色彩。盡管大多數人并不相信真有瑪雅人預言的世界末日，但對于2012年，還是有一些科學技術值得人們期待的，“上帝粒子”、“人造細胞”、癌癥治療……它們激發了我們對未來的向往和關注。與其擔心2012年會不會發生毀滅性自然災難，不如關注一下明年科學技術會有哪些亮點和重大發展吧。

“上帝粒子”和超光速運動

物理學中近期一個最大的懸念就是希格斯玻色子，它是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子，至今尚未在實驗中觀察到。它也是標準模型中最后一種未被發現的粒子，關乎著標準模型的“命運”，因而被稱為“上帝粒子”。歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）一個主要任務就是找到希格斯粒子的證據。LHC在2011年初進行了短期的維修后，2月下旬開始進行7TeV能量的對撞實驗，覆蓋了更廣泛的能量范圍。到目前為止，仍未公布數據結果。LHC官方已宣布2012年繼續實驗，人們期待2012年在大量分析數據基礎上發現希格斯粒子的蹤跡。有可能2012年是“上帝粒子”之年，但如果2012年還沒有確定結果，2013年會進行14TeV能量的對撞試驗，屆時就會見分曉了。

物理學上另一個引人注目的事件是超光速運動，英國《自然》雜志2011年9月22日報道說，意大利格蘭薩索國家實驗室下屬的一個名為“OPERA”的實驗裝置接收了來自歐洲核子研究中心的中微子，兩地相距730公里，中微子跑過這段距離的時間比光速還快了60納秒(1納秒等于十億分之一秒)。當然，這一事件引起很多科學家的質疑，因為這是關系到愛因斯坦相對論的根基問題。科學家們正著手進行詳細調查，2012年就會有確定的結論。

熱核聚變

在2011年初的實驗中，美國國家點火裝置（NIF）科學家獲得了類似太陽的極端高溫而且均勻、使標靶不會失形的壓力。他們用一種直徑2毫米的塑料小球代替了金質黑體輻射空腔，將192束激光聚集在含氦元素的塑料球上，所產生的巨大熱量中近90%轉換為X射線，使溫度達到360萬攝氏度。在這一溫度和壓力下，2毫米直徑的塑料球各向均勻收縮為只有1/10毫米。新實驗已經模擬出聚變反應發生的實驗條件，2012年將正式使用含核聚變燃料氘和氚的小球，屆時將會驗證慣性核聚變的可行性，如果成功，會將慣性核聚變研究推進一大步。

空間探測

火星探測原本2012年會有一個小高潮，但由于俄羅斯的“福布斯—土壤”火星探測器變軌失敗，搭載的中國火星探測器“螢火一號”也隨之夭折。只有美國的“好奇”號火星車（2011年11月25日發射）2012年將到達火星。它是一輛核動力大型探測車，將擴大美國宇航局對火星的探索領域，并將有助于天文學家更好地了解這顆紅色行星是否存在水。該火星車收集的數據，或許還有助于科學家弄清火星上是否存在生命，以及火星過去和現在的可居性問題。該火星車還將對這顆紅色行星的氣候及地質情況進行評估，為未來10年人類探索火星做準備。

合成生物學

美國文特爾研究所（JCVI）一直在進行合成基因組的工作。2010年，他們報告了從數字化的基因組信息開始，設計、合成和組裝了一個具有1.08兆個堿基對的蕈狀支原體基因組，將其移植進一個山羊支原體受體細胞，從而創造了一個僅由合成染色體控制的新的蕈狀支原體細胞。新細胞內僅有的DNA具有預期設計合成的DNA序列的表型性質，有連續自我復制的能力。文特爾等將新細胞命名為JCVI-syn1.0，這是第一個人造細胞，標志人類可以合成生命了。

生物合成通過化學合成DNA，用標準化和自動化的過程，創造增強了特征或性能的生物體，或者直接創造全新的生物體，以滿足人類各方面的需要。從10年前提出合成生物學概念以來，相關的論文數量激增，僅僅10年時間，人們不僅可以造出人造細胞，還利用合成途徑改造生物體，催化化學反應，在能源制藥等領域開始應用。近年來合成生物學發展迅猛，從模仿自然界簡單的DNA開始，改造和重新設計組裝我們需要的DNA。2012年及以后的幾年內會有更多的成果，從單細胞向多細胞體延伸，有可能合成出高效的細菌等新的有用的生命體，在能源、制藥、材料等將有廣泛的應用。

合成生物學在滿足人類需要的同時，也必然會存在一定的風險，創造出的新的生命體可能會危及人類的生存，風險控制是科學家面臨的重大課題。

細胞調控

干細胞命運調控及誘導多能干細胞仍是近年來研究的熱點。動物個體發育是受精卵沿著一套編排好的程序經過一系列增值和分化形成的，這一過程在自然條件下是一個不可逆的過程，由此產生構成個體的所有成體細胞。干細胞理論上可以分化為各種細胞，通過人為調控可以獲得人們需要的細胞分化；體細胞也可以通過人為重新編程轉變為誘導多能干細胞，可以用于修復人體組織和器官，并可依此開發新的治療性藥物。2012 年及以后幾年內預計會有突破性應用成果。

癌癥治療

癌癥治療是醫學上一大難題，之前的手術治療、放射療法和藥物治療都有較大缺陷，目前研究熱點是目標明確的定點治療方法，近幾年突起的免疫療法有望取得較滿意的效果。后者是癌癥疫苗，前者是在體外“訓練”免疫細胞，如樹突狀細胞，然后放回體內定向攻擊癌細胞，有望短時間內成為常規高效的癌癥治療手段。

太陽能電池

能源問題一直是人們關注的焦點，關系到人類可持續發展問題。過去，許多制造太陽能電池的方法非常耗時，材料和工藝成本過高，還會對環境造成污染。美國俄勒岡州立大學的科學家2011年使用噴墨打印技術成功地制造出了銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池，新方法使原材料浪費減少了90%，并通過使用一些富有潛力的化合物顯著降低了太陽能電池的制造成本。借助該項技術，科學家最終能制造出性能極佳、能被快速制造、成本超低的薄膜太陽能電子設備。今后幾年內印刷太陽能技術會有較大發展，太陽能利用會普及到生活的各個方面。

氫燃料

氫燃料是理想的動力源，但氫的儲存和運輸一直是個難題。2011年，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家設計出了一種新的儲氫納米復合材料，它由金屬鎂和聚合物組成，其由金屬鎂納米離子散落在一個聚甲基丙烯酸甲酯（同樹脂玻璃有關的聚合物）基質組成。新材料在常溫下就能快速地吸收和釋放氫氣，在吸收和釋放氫氣的循環中，金屬鎂也不會氧化。這是氫氣儲存和氫燃料電池等領域取得的又一個重大突破。

光解水制氫

與氫儲存技術突破的同時，氫來源技術也在加緊研究，利用太陽能的光催化分解水的技術進展較快，從TiO2為基礎的系列光催化劑到半導體光催化劑，以及可見光催化劑都有較大發展，目前大部分光催化劑主要對紫外線敏感，但到達地球的太陽能大部分集中在可見光，可見光波段的光催化劑更顯重要。哈工大理學院化學系陳剛課題組在開展硫化物光催化劑研究中，制備出由金屬硫化物固溶體納米棒自組裝而成的分級納米結構光催化劑，并研究了該材料微納結構的形成機制。實驗結果表明，在可見光下，該催化劑無需借助鉑等貴金屬，即可大幅度提高光能制氫的轉化效率，表現出優異的光解水制氫活性。高效光催化劑有望近幾年內取得突破，突破之后，能源問題則無憂。

云計算和物聯網

云計算和物聯網是近幾年的熱點。2011年第十三屆中國國際高新技術成果交易會的主題就是云計算和物聯網。物聯網是利用互聯網、傳統電信網等把能夠被獨立尋址的設備或物體連接起來。物聯網不僅僅把傳感器連接起來，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制。物聯網將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以實現用戶不同的需求。云計算和物聯網技術不僅應用于我們熟知的交通、物流、金融領域，在工業控制、環境保護、醫療衛生、公共安全、國防軍事等領域也已開始應用。不用多久，智能的物聯網就會觸到我們生活的各個角落。

全能手機

手機不僅僅是一個通訊設備，其智能化程度也越來越高，已經逐漸演變成一臺隨身攜帶的終端設備。配備易攜帶的薄膜顯示器可以成為電腦或電視，配備便攜的虛擬鍵盤可以提高使用的舒適度。不遠的將來可以實現“一機行天下”了。