改變未來的科學實驗

　　預言人類的未來是件相當艱難的事情，但有一點確定無疑的是，未來都是從今天開始的。英國學者保羅·帕森斯博士對最近科學界眾多的重大研究計劃進行了大盤點，從中選出了十個最有可能在未來幾十年中對人類生活產生最大沖撞和影響的科學實驗計劃。毫無疑問的是，一旦這些科學實驗取得成功，必將使人類文明步入新的階段，使我們的未來變得更加美好。
　　能夠植入人體的智能膠囊
　　請想象一種智能膠囊，它可以像電極或芯片一樣植入你的身體皮膚下，具有探測人體疾病的功能，一旦“嗅”出人體出現某種疾病的早期癥狀，它就會在第一時間釋放出針對該疾病的藥劑，將疾病“殺死”于萌芽階段。
　　現在。這樣的智能膠囊并非紙上談兵的夢想，美國加利福尼亞州艾米斯研究中心太空生物科學部的專家正在研發這種智能膠囊。他們已經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各種威脅——包括增強的太空輻射水平——做出反應的“生物學細胞”，它們可以針對不同的威脅釋放出相應的藥劑來增強人體的免疫和防衛能力。
　　智能膠囊的設計者戴衛·洛夫圖斯博士說：“膠囊內的細胞會釋放出治療性分子，它們能夠擴散并逸出膠囊壁。”這種智能膠囊不久將用于動物實驗，然后將被用于人體實驗。
　　能從大氣層中吸收二氧化碳的機器
　　當世界各國政府仍在繼續為全球變暖問題而爭論的時候，加拿大卡爾加里市的碳工程公司已經在全力研究一種能從大氣層中吸收二氧化碳的神奇機器。全球變暖的主要原因是人類現代工業和運輸系統排放出了大量的二氧化碳氣體，形成了溫室效應。加拿大碳工程公司希望能通過一種機器，用化學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器設備，它能吸取空氣然后通過一種氫氧化物溶液，將空氣中的二氧化碳以固體碳酸鹽的形式沉淀下來。2011年，碳工程公司建造的機器設備完成了初步測試，該機器在長達500小時的實驗里從空氣中成功提取出了大量二氧化碳。另一項時長數千小時的實驗將于2012年夏天舉行，加拿大碳工程公司希望2013年就能啟動商業性的測試計劃。每臺“二氧化碳吸收機”有望每年從大氣層中移除100萬噸的二氧化碳。由于人類文明每年要向地球大氣層中排放300億噸的二氧化碳氣體，所以理論上需要3萬臺“二氧化碳吸收機”同時工作，才能徹底抵消人類文明對地球氣候造成的不利影響。
　　研制出一種實用的超導體
　　超導體將是電力輸送和儲存的未來工具。由于這種材料的電阻趨近于零，從理論上來說，在超導體電線圓環內的感應電流將會永遠循環下去，所以超導體可以用來制造沒有任何電力損失的電網電纜和電池，以及其他各種超級節能設備。如果用超導體材料制作超導電線和超導變壓器，將可以把電力幾乎毫無損耗地輸送給用戶，而用目前的銅、鋁導線輸電，每年至少有15％的電能會損耗在線路上。然而，開發超導體的唯一問題是，所有現今已知的超導體都只能在低于-163℃的低溫環境下才能工作，所有超導體首先必須通過能量被冷卻，這將排除任何潛在節能的可能性，使得超導體缺乏任何現實實用性。
　　全球科學家都在尋找能在更高溫度下工作的超導體材料，而解決這一問題和量子物理學法則密切相關——科學家首先需要通過電腦模擬亞原子粒子的習性。然而，這項工作對于目前的普通計算機來說實在太難了。不過，澳大利亞悉尼大學和美國科羅拉多州國家標準和科技學會的研究人員已經發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”，該計算設備能確保科學家建立和模擬量子粒子之間的交互作用，并簡單算出那些交互作用的結果。悉尼大學的研究人員邁克爾·J，比爾庫克博士說：“在我們的實驗中，我們制造了一個可控系統，它的動力學符合量子物理學法則。因此，我們的實驗能夠模擬自然發生的量子系統的習性。”一旦科學家研制出一種具有實用性的超導體，必將給電力輸送和儲存問題帶來巨大的革命。
　　創造一套完美的粒子物理學模型
　　粒子物理學的標準模型是目前幫助人類理解亞原子粒子習性的最好框架，它是一套描述強力、弱力及電磁力’這三種基本力以及組成所有物質的基本粒子的理論，可以正確描述基本粒子之間的相互作用。但是標準模型還不是一套萬有理論，因為實驗證據顯示，標準模型還無法解釋一些極端高能量的現象，譬如它無法解釋引力作用和宇宙正在加速膨脹的事實。因此，創造一套能夠解釋所有我們希望解釋的物理學現象的模型，將會成為一項重大的科學突破，它的重要意義將絲毫不亞于發現相對論或量子理論。創造一套完美的粒子物理學模型，必將不可避免地帶來現實應用方面的革命，盡管我們不能預先知道它會帶來哪些應用革命。
　　據科學家稱，要了解粒子物理學真相偏離標準模型的預測有多遠，單靠大型強子對撞機實驗根本無法解決，因為大型強子對撞機碰撞的是錯誤種類的粒子——質子，最好的選擇是同時碰撞電子和正電子。可是，在大型強子對撞機的環形軌道中碰撞電子和正電子，會遭遇所謂的“同步加速器輻射”影響，使實驗功虧一簣。唯一的解決方法是在直線加速器中對電子和正電子進行加速碰撞。目前，包括美國加利福尼亞洲理工學院巴里·巴利希教授在內的科學家正在加入一個由國際未來加速器委員會發起的“國際直線加速器”計劃，該計劃的目標是建造一個世界上最強大、長達50千米的直線加速器。建造這個直線加速器將耗資lOO億美元，但如果通過它的實驗真能發現和創造一套完美的粒子物理學理論，那么所有這些費用都是完全值得的。
　　在培養皿中培育“老年癡呆癥”腦細胞
　　如今全世界范圍內至少有超過2600萬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將會至少翻倍。老年癡呆癥的癥狀是記憶和認知功能喪失，然而，該病的根本病因卻迄今仍是一個謎，科學界既沒有根治方法，也少有減輕癥狀的療法。
　　關鍵問題在于，科學家無法從一個活著的病人身上提取受感染的腦組織進行研究，同時動物研究也不在考慮范圍內，因為人類是目前已知唯一患有老年癡呆癥的生物種類。所以，為了找到解開老年癡呆癥之謎的辦法，英國劍橋大學和美國加利福尼亞洲大學的科學家如今正在進行一項先鋒性研究，希望能通過皮膚細胞提取出干細胞，然后用干細胞在實驗室的培養皿中培育出大腦細胞，最后目睹那些大腦細胞如何逐漸演變成老年癡呆癥腦細胞。科學家希望通過這一實驗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。
　　劍橋大學研究人員里克·利弗賽稱，一些實驗藥物在未來3年～5年內就可能在患者身上進行測試。一旦科學家發明克服老年癡呆癥的良藥，將會成為全球數千萬老年人的福音。
　　發現太陽系外的外星生命
　　自從1995年天文學家發現了第一顆環繞太陽系外恒星運轉的行星后，世界各地的天文學家已經發現了至少760顆太陽系外行星的存在。隨著新發現的行星數目的不斷增加，科學家最想知道的是，在那些和地球非常相似的太陽系外行星上，是否存在著外星生命。
　　盡管天文學家希望從這些太陽系外行星上尋找外星生命的痕跡，然而唯一的問題是，如果這些行星距它們恒星的距離和地球距太陽的距離一樣遠，那么通過天文望遠鏡根本無法清楚地觀測這些天外行星，因為它們會被徹底淹沒在自己恒星的光芒里。針對這一問題，美國科羅拉多大學天體物理學教授威布斯特·卡什提議發射一艘名叫“遮星”的太空船，它可以懸浮在太空中的天文望遠鏡前面，擋住某顆恒星的光芒，從而確保天文望遠鏡能清晰觀測到圍繞該恒星運轉的行星。卡什教授說：“通過‘遮星’的幫助，天文望遠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，它甚至可能會探測出大氣層中的水蒸氣，從而預示這些行星上是否存在海洋。即使當我們知道宇宙中只存在一些最簡單的微生物，也將徹底改變我們對夜空的看法。”
　　能直入地球軌道的超級火箭引擎
　　從地球表面飛人地球軌道是一項巨大的挑戰，它意味著需要將發射速度加速到音速的25倍。在過去，太空船飛人地球軌道通常必須使用多級運載火箭發射升空的方式來完成，不但相當危險，并且代價相當高昂。
　　不過，英國牛津反應引擎公司目前正在研制一種新的超級火箭引擎，它可能會讓這一現狀徹底得到改變，使太空船像飛機一樣直接飛入地球軌道。據悉，該公司目前正在研制一種可以循環使用的“斯凱倫”太空船，它擁有的超級引擎能夠載著宇航員從地球上的飛機跑道直接飛入太空，并且無須安裝任何額外的引擎或攜帶任何多余的燃料箱。這種革命性的超級引擎名叫“馬刀”，是一種強效的吸氣式火箭引擎。“馬刀”能從空氣中吸取它需要的氧氣，當它剛剛飛離地面時，將先使用一種新穎的冷卻系統將吸入的空氣從1000℃降至-140℃，然后通過壓縮方法增加氧氣的密度，供火箭燃料燃燒使用。當“斯凱倫”太空船抵達28千米的高空時，液態氧系統才會接管后面的火箭燃料燃燒工作。
　　由于減少了液態氧的攜帶，太空船發射時的重量會大大降低。英國牛津反應引擎公司的設計者相信，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。該公司的科學家希望，到2020年年初，這種無人太空船就可以正式投入使用，引發航天界的革命。
　　改善麥子的光合作用效率
　　要喂飽全球70億人口的嘴巴，已經需要像南美洲面積那樣大的農業耕地，而到2050年，全世界人口還有望再增加26億，全世界的科學家都希望能找到更有效的產糧方法，從而能讓未來的世界遠離饑荒的陰影。
　　墨西哥“國際玉米和麥子改良中心”的研究人員相信，轉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，在未來的25年中使麥子的產量增加50％以上!光合作用是植物吸收水、太陽光和大氣中的二氧化碳后進行的一系列生化處理過程，并將其轉換成碳水化合物食品和氧氣。墨西哥科學家計劃通過轉基因法和傳統雜交法相結合的辦法來增強麥子的光合作用效力，從而增加麥子的產量。該計劃目前仍在尋求資金贊助，不過科學家已經在墨西哥索諾拉沙漠中的研究基地展開了一些實驗。一旦這項實驗取得成功，未來的地球顯然將會更少受到饑荒問題的困擾。
　　發明安全清潔的受控“核聚變”能源
　　1956年，英國在坎布里亞的卡德豪爾地區建造了全世界第一座核電站，核能源從此被視為人類未來豐富的能量來源。然而從那以后，在美國賓夕法尼亞洲三英里島、蘇聯切爾諾貝利核電站和日本福島核電站相繼發生的核泄漏事故，已經屢屢向世人敲響警鐘，證明核裂變能源具有太大的危險性。不過，一項名叫“國際高熱原子核實驗反應堆”的實驗，將會使未來的人類擁有更加清潔和安全的受控核聚變能源。這項位于法國卡達拉舍地區的核聚變反應堆實驗一旦取得成功，將一勞永逸地解決人類幾千年的能源問題，同時不會帶來任何核污染。
　　“國際高熱原子核實驗反應堆”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生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核。同時釋放出巨大的能量。核聚變既沒有鏈式反應，也不會產生任何長期的放射性廢料，同時自然界中存在大量的核聚變燃料(氘和氚)。
　　事實上，核聚變正是使太陽發光發熱的能量來源，而科學家在能夠完全利用核聚變能源之前，首先必須解決的問題是如何控制超熱的核聚變燃料溫度——產生核聚變的條件是需要創造1.5億攝氏度的高溫等離子區。在這種環境下，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，“國際高熱原子核實驗反應堆”研究小組將會嘗試在一個名叫“托卡馬克”的圓環狀受控熱核反應裝置中，利用強大磁場的幫助將高溫等離子體約束在反應堆中間，而不讓它們接觸到反應器的“墻壁”，從而解決核聚變超熱溫度的控制問題。
　　建造出能“修改”人類DNA的機器
　　美國麻省理工學院和哈佛大學的科學家已經建造了一臺能夠修改DNA的機器。這臺“DNA編輯機”有點類似電腦文字處理系統中“剪切和粘貼”的工具，不過它處理的不是電腦文字，而是DNA基因。“DNA編輯機”的誕生，意味著醫生很快將有能力修改人類基因組中遺傳病的DNA編碼，或者可以讓人類的身體對像艾滋病或流感這樣的病毒徹底免疫。“DNA編輯機”的好處顯然遠不止此，如果科學家能對細菌的DNA進行修改，就能將這些微生物轉變成一個“藥物工廠”，甚至能將它們變成一種新的“能源”。
　　“DNA編輯機”的主要功能是，當生物細胞自然地進行自我復制時，該機器能夠“劫持”DNA的自我復制程序，將一些“密碼子”轉換成新的合成DNA的“密碼子”。一個密碼子由三個相鄰的核苷酸編成一組，每個密碼子代表某種類型的氨基酸，當這些氨基酸序列組合在一起時，就會形成一個蛋白質分子，并在細胞中履行某種特殊功能。
　　哈佛大學的喬治·丘奇希望能用這一技術來修改人類的細胞DNA，他相信該技術將會給人類帶來巨大的益處。請想象一下，如果可以用該技術移除那些能引發唐氏綜合征或亨汀頓病等遺傳疾病的基因，或者可以通過該技術設置一道“基因防火墻”來保護你的身體細胞，使它們對各種病毒免疫，那么可想而知，該技術將會對人類的發展和進化帶來怎樣巨大的影響和沖