SpaceX的“龍”號航天器

                       

                               QB辦公型機器人

    科技是一種迷人的信仰。它的有力，就仿佛是眼前的攀繩，每刻都引人前行。這幾乎是我們能找到的唯一一件“錯誤也意味著(zhù)進(jìn)步”的事物——即便是理論的崩塌、技術(shù)的匱乏，卻能在卷土重來(lái)后因趨利避害而更為接近真相。“試圖用能給世界一些新意的眼光來(lái)看世界，試圖尋找令人信服的價(jià)值。”這原本不像在說(shuō)杰克·凱魯亞克的旅程，而像是描述那根堅實(shí)的索繩。握之于手，拾階而上，2011年，我們已伴隨科技在路上。 

    首個(gè)地球“兄弟”被發(fā)現，機器人化身崛起，商業(yè)太空飛行向前邁出重大步伐，以上這些進(jìn)展或將在2011年的科學(xué)報道中緊緊抓住你的眼球。

    一年之前，《新科學(xué)家》雜志曾對2010年最令人期待的科學(xué)進(jìn)展進(jìn)行了預測。部分預測已真切地發(fā)生了：創(chuàng )建首個(gè)帶有人工基因組的細胞，以及尼安德特人基因組草圖的完成。但也有關(guān)于美國國家航空航天局（NASA）航天飛機退役的預測并未成真，“發(fā)現”號沒(méi)能在2010年完成它的絕唱。

    而今，《新科學(xué)家》雜志決定與美國哈佛醫學(xué)院的塞繆爾·阿博斯曼合作，以期對2011年的科學(xué)進(jìn)展作出更為準確的預測。阿博斯曼是新型科學(xué)計量學(xué)的先驅者，科學(xué)計量學(xué)是一個(gè)力求對科學(xué)進(jìn)展進(jìn)行計量的新研究領(lǐng)域，研究預測新發(fā)現會(huì )在何時(shí)發(fā)生。

    阿博斯曼在2010年9月曾根據已知的外星世界特性作出了一項著(zhù)名的預測——在2011年5月前，人們有50%的機會(huì )發(fā)現首顆適宜生命存活的系外行星。預測出臺幾個(gè)星期后，這樣的一顆行星就疑似出現了，這顆位于所在恒星系統的“宜居帶”系外行星被認為有適合生命存在的條件。除此之外，阿博斯曼使用這一科學(xué)計量法，預測了2011年其他科學(xué)發(fā)現，并精確計算出這些新發(fā)現的發(fā)生時(shí)間。

    現在還不會(huì )有“幻數”元素

    計算表明，在2042年前，人們尚無(wú)法到達傳說(shuō)中的元素周期表最深處的“穩定島”。

    目前尚不清楚制造一種雙幻超重同位素所需的粒子數目，但理論認為，其應當包含184個(gè)質(zhì)子和114個(gè)、120個(gè)或126個(gè)中子?，F已制造出包含114個(gè)質(zhì)子、但中子數仍不足的原子。2011年，我們能否期待首個(gè)雙幻島元素的橫空出世？

    預測：逼近穩定島

    穩定的超重元素應該是存在的，但這個(gè)“穩定島”又存在于元素周期表的哪里？要花多久才可能創(chuàng )建出第一個(gè)“島民”？

    我們已能獲得包含114個(gè)質(zhì)子、但中子數仍不足的元素，這看起來(lái)已是一路領(lǐng)先了。事實(shí)上要將114號元素的中子數提高到184并非易事。當一種元素的原子向另一種元素的原子團“開(kāi)火”時(shí)，其會(huì )融合形成一個(gè)更大的原子。但制造帶有114個(gè)質(zhì)子和184個(gè)中子的原子，則需要一個(gè)強烈的放射性原子束，而這又是現有技術(shù)所無(wú)法產(chǎn)生的。

    相比之下，通過(guò)原子融合倒有可能創(chuàng )造出120號和126號元素的幻數同位素，不過(guò)到目前為止還只能用較輕的重元素來(lái)實(shí)現。

    那么，完成這一壯舉離我們有多近呢？研究人員對所有原子序數大于100的人工合成同位素的創(chuàng )建成功率進(jìn)行了檢視。隨著(zhù)老技術(shù)潛力的耗盡和新技術(shù)的不斷涌現，這是一個(gè)相當坎坷的歷程。盡管如此，研究人員還是確定了一種通用模式，使質(zhì)子數和中子數隨時(shí)間的推移不斷增長(cháng)。推算結果表明，120號元素的幻數同位素將在2042年完成，而126號元素的幻數同位素則在2052年面世。

    所以，在2011年發(fā)展一名“島民”的前景還是樂(lè )觀(guān)的。2011年的收獲更可能會(huì )在設法挖掘現有超重原子的化學(xué)性上，這些超重原子也許能給穩定島身處何處提供些許線(xiàn)索。

    期待地球的孿生星球

    地球人一定為發(fā)現他們的行星兄弟而感到激動(dòng)：計算表明此項發(fā)現有可能會(huì )在2011年發(fā)生。

    2010年，每隔4天左右就會(huì )發(fā)現一個(gè)新的系外行星，到2010年年底，已發(fā)現的系外行星總數超過(guò)了500個(gè)。但在9月，一項無(wú)與倫比的發(fā)現打斷了系外行星發(fā)現的穩健步伐：首次發(fā)現了其表面或可適宜生命生長(cháng)的地外星球。

    這顆名為Gliese 581g的行星是有史以來(lái)所發(fā)現的最類(lèi)似地球的系外行星，由美國加州大學(xué)史蒂文·沃格領(lǐng)導的研究團隊發(fā)現。該行星位于圍繞其宿主恒星的“宜居帶”，所謂“宜居帶”指的是位于該區域的行星氣候不會(huì )太冷也不會(huì )太熱，有形成海洋、湖泊和河流的液態(tài)水。Gliese 581g的質(zhì)量是地球的3.1倍至4.3倍，主要由巖石構成。雖然第二個(gè)天文學(xué)家小組未能利用他們的信號找到其蹤影，但一旦它的存在被證實(shí)，這將是人類(lèi)迄今找到的最適合居住的系外行星。

    也許，有更大的獎項正等著(zhù)我們，那就是一個(gè)與我們的地球具有同樣尺寸和溫度的星球。我們的地球絕不是唯一，地球之外也一定有我們的“兄弟”。那么，這樣的發(fā)現會(huì )在2011年到來(lái)嗎？

    預測：準備迎接“孿生兄弟”

    就像突然遇見(jiàn)了失散多年、你不曾知道的孿生兄弟一樣，地球人也一定會(huì )對發(fā)現第二個(gè)地球感到興奮不已。

    為了預測這個(gè)重要的時(shí)刻，研究人員轉向利用阿博斯曼和加州大學(xué)圣克魯茲分校格雷格·拉芙林在2010年早些時(shí)候設計的“地球類(lèi)似性”測量手段，這個(gè)“宜居指數”是根據行星的平均溫度和尺寸來(lái)進(jìn)行估測的。“熱木星”圍繞其宿主恒星旋轉一周的時(shí)間僅為短短幾天，其得分接近于零，而與地球特性相似星球的得分則為1。

    2010年9月，研究人員根據已發(fā)現的每個(gè)系外行星的日期標注了其宜居指數，并推導繪制出了指數曲線(xiàn)，由此推測出類(lèi)地行星將在2011年5月被發(fā)現。兩個(gè)星期后，這樣的一顆行星gliese 581g就橫空出世了，當然其是否真正宜居還有待進(jìn)一步確認。

    目前，研究人員利用相同指數曲線(xiàn)，推導出gliese 581g的宜居指數為0.4，并作出了一個(gè)新的預測。研究人員的數據表明，在2011年發(fā)現地球的真正孿生兄弟的機會(huì )為82%。

    這一預測結果是相當令人興奮的，不過(guò)也會(huì )受到不確定性的影響，因為系外行星的發(fā)現日期是唯一已知的因素，更何況，宜居指數并沒(méi)有考慮到行星的大氣層。

    系外行星的發(fā)現在2011年2月會(huì )有一個(gè)爆發(fā)，因為其時(shí)美國國家航空航天局的開(kāi)普勒望遠鏡將發(fā)布潮水般的數據。即使地球的孿生兄弟到時(shí)并沒(méi)有現身，還會(huì )有很多其他的系外行星搜索任務(wù)可以完成此項使命。

    百萬(wàn)美元求解的數學(xué)問(wèn)題

    2010年，科學(xué)家發(fā)布了一個(gè)解決“P對NP”數學(xué)難題的論文草稿，“一石激起千層浪”，該論文迅速成為學(xué)界關(guān)注和討論的熱點(diǎn)，但隨后遭遇了大量的質(zhì)疑。那么，“P對NP”會(huì )在2011年得到完美的解決方案嗎？

    美國惠普實(shí)驗室數學(xué)家維奈·迪奧拉里卡于2010年8月6日在網(wǎng)上提交的關(guān)于論證“P對NP”問(wèn)題的論文草稿，就像是一場(chǎng)旋風(fēng)，立刻在互聯(lián)網(wǎng)上掀起了一場(chǎng)軒然大波。雖然其間三易其稿，迪奧拉里卡對自己的證明也作出了解釋?zhuān)珯嗤茖W(xué)家從最初的樂(lè )觀(guān)，到懷疑，再到發(fā)現其中的漏洞（即他把兩個(gè)沒(méi)有在論文中被嚴格定義出來(lái)的直觀(guān)概念混淆在一起，從而作出了不完善的論證）。不幸的是，迪奧拉里卡的工作并沒(méi)有最終被認可。

    不過(guò)，這場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)爭論旋風(fēng)倒是向人們揭示了一種解決數學(xué)問(wèn)題的新方法，那就是通過(guò)博客和維基產(chǎn)生了解決該問(wèn)題的大量新思想。

    “P對NP”問(wèn)題是數學(xué)家和計算機科學(xué)家斯蒂芬·庫克于1971年首先提出來(lái)的。2000年，美國克雷數學(xué)研究所挑選出現代數學(xué)前沿的七大公認最困難最有意義的問(wèn)題，各懸賞百萬(wàn)美元尋求正解，P對NP問(wèn)題就是其中之一，同時(shí)也是計算機科學(xué)領(lǐng)域的最大難題，關(guān)系到計算機完成一項任務(wù)的速度到底有多快。要解決NP問(wèn)題往往頗費周折，如發(fā)現幾個(gè)城市之間的最短路徑——盡管它很容易證明可能的解決方案是否正確。

    如果P=NP，計算機也許最終能夠解決從蛋白質(zhì)折疊到分解大數等大量的復雜問(wèn)題，解決因式分解問(wèn)題則關(guān)系到我們依賴(lài)的互聯(lián)網(wǎng)的安全。目前加密系統的破解就相當于要將一個(gè)整數分解為幾個(gè)因數的乘積，正是其求解過(guò)程的繁瑣，才能杜絕黑客的入侵。大多數人都假設P≠NP成立，而這也正是迪奧拉里卡所要證明的。

    2011年，會(huì )有人最終拿到克雷數學(xué)所懸賞的百萬(wàn)美元獎金嗎？

    預測：解決“P對NP”的時(shí)刻尚未到來(lái)

    與科學(xué)領(lǐng)域的其他許多問(wèn)題不同的是，像“P對NP”這樣高度理論性的謎題很少會(huì )零零碎碎地加以解決。相反，它們傾向于很多年都得不到解決，但突然不知從哪兒冒出來(lái)，問(wèn)題一下解決了。

    預測這些突破似乎是不可能的，但研究人員設計了一種方法，來(lái)估計在2011年解決“P對NP”問(wèn)題的可能性。研究人員就其“年齡”或該問(wèn)題從提出到解決的時(shí)間與其他長(cháng)期懸而未決的數學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了比較。

    首先，研究人員比較了“P對NP”與其他18個(gè)數學(xué)難題，這些數學(xué)難題都是在其“降生”百年后才得以破解，其中包括費馬大定理、龐加萊猜想等。這使得“P對NP”問(wèn)題在2011年（其時(shí)才40歲）找到最終解決方案看上去為時(shí)過(guò)早：其他問(wèn)題中，只有22%在40歲時(shí)得以解決?；谕瑯拥倪壿?，在2024年，我們應能看到“P對NP”問(wèn)題破解的曙光。彼時(shí)，它已53歲了，在研究人員檢視的數學(xué)問(wèn)題中，有50%在50歲時(shí)已找到解決方案。

    讓我們祈禱“P對NP”問(wèn)題的解決時(shí)間不要超過(guò)“蜂窩猜想”吧。四世紀古希臘數學(xué)家佩波斯提出，蜂窩的優(yōu)美形狀，是自然界最有效勞動(dòng)的代表。他猜想，人們所見(jiàn)到的、截面呈六邊形的蜂窩，是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建造成的。也就是，如果你需要將一個(gè)表面分成大小相等的平面形狀，那么六邊形是分割線(xiàn)長(cháng)度最小的形狀。這個(gè)問(wèn)題的證明時(shí)間超過(guò)了1500年。

    研究人員還將“P對NP”問(wèn)題與其他26個(gè)尚未解決的問(wèn)題進(jìn)行了比較，2011年，“P對NP”的年齡要比其中81%還年輕。

    網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的頂峰已近在眼前

    互聯(lián)網(wǎng)在幾十年的時(shí)間里已將觸角伸向世界各個(gè)角落，但在2011年新增用戶(hù)會(huì )比2010年更少嗎？

    在芬蘭、西班牙和愛(ài)沙尼亞，互聯(lián)網(wǎng)已被視為非常重要的法定權利。網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展潛力仍在不斷增長(cháng)中。2010年，蘋(píng)果iPad和其他觸摸屏電腦的發(fā)布，使得網(wǎng)絡(luò )沖浪更具娛樂(lè )性、也更直觀(guān)，而一些智能手機操作系統，尤其是谷歌安卓系統的啟動(dòng)，延伸了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的覆蓋面。

    盡管互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)達國家中日益普及，但在發(fā)展中世界，互聯(lián)網(wǎng)的普及率僅為20%。設備的日益廉價(jià)，可通過(guò)手機網(wǎng)絡(luò )接入互聯(lián)網(wǎng)，再加上寬帶覆蓋范圍的提高，將確保全球處于聯(lián)機狀態(tài)的人口數量在未來(lái)幾十年里繼續保持不斷上升。

    但是，用戶(hù)的絕對數量并不是唯一令人感興趣的互聯(lián)網(wǎng)數據點(diǎn)。下面，研究人員使用了互聯(lián)網(wǎng)接入的增長(cháng)率，對互聯(lián)網(wǎng)的近期發(fā)展做出一些預測。

    預測：凈增長(cháng)放緩

    對于某些人來(lái)說(shuō)，互聯(lián)網(wǎng)仍然是很新鮮的玩意。事實(shí)上，網(wǎng)上的實(shí)際人數數十年來(lái)并不平穩。網(wǎng)絡(luò )發(fā)展已進(jìn)入成熟期，在線(xiàn)人數的增長(cháng)很快就會(huì )放緩。作為一個(gè)轉折點(diǎn)，每年新增用戶(hù)的數量開(kāi)始減少而不是增多。

    為了搞清楚互聯(lián)網(wǎng)的這種情形是否會(huì )在2011年發(fā)生，研究人員繪制了自1990年以來(lái)世界在線(xiàn)人口的增長(cháng)比例曲線(xiàn)，其似乎與對數曲線(xiàn)相一致。對數曲線(xiàn)常用來(lái)為從細菌數量到腫瘤增長(cháng)等各種現象建模。

    通過(guò)假定互聯(lián)網(wǎng)采用率的不斷增長(cháng)遵循此一對數曲線(xiàn)，研究人員就能估測出采用率達到50%的時(shí)間。在一條對數曲線(xiàn)中，這往往對應著(zhù)拐點(diǎn)。計算表明，互聯(lián)網(wǎng)會(huì )在2013年達到此一數值。所以，如果你現在就想讓上網(wǎng)的人數立馬下降，2011年還為時(shí)尚早一些。

    此項估計假設，互聯(lián)網(wǎng)人口比例最終將會(huì )達到100%。如果只按80%（美國目前的互聯(lián)網(wǎng)接入率）來(lái)估算，世界將在2012年到達這一拐點(diǎn)。

    汽車(chē)的插電式生活

    或許，“電動(dòng)汽車(chē)之年”正式到來(lái)了。制造商們在經(jīng)過(guò)無(wú)數次測試和技術(shù)升級后，終于使一批插電式電動(dòng)汽車(chē)行駛到了條條大路上。

    促使電動(dòng)汽車(chē)大量進(jìn)入市場(chǎng)，或者說(shuō)未來(lái)走入主流的兩個(gè)因素是：高容量電池的出現，及美國傳統汽車(chē)產(chǎn)業(yè)近乎崩潰的局面。該行業(yè)不得不感謝經(jīng)濟的沖擊，是其迫使汽車(chē)商轉向生產(chǎn)能與國外供應商競爭的小型汽車(chē)。

    而目前阻礙電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的最大障礙仍是成本。電動(dòng)汽車(chē)的身量被歸為小型車(chē)，造價(jià)卻相當于豪華車(chē)。部分國家地區即使給予減稅政策，也只能說(shuō)帶來(lái)一定的推動(dòng)作用。如要使電動(dòng)汽車(chē)快速替代傳統汽車(chē)，還要對其成本下工夫，一句話(huà)，必須大幅下降。不過(guò)，電池、動(dòng)力傳動(dòng)系統的競爭力和創(chuàng )新速度，應該讓這一天來(lái)得不會(huì )太久。

    預測：電動(dòng)車(chē)走入主流隊伍

    2011年，將出現越來(lái)越多的電動(dòng)汽車(chē)，代替傳統燃油汽車(chē)，最終它們也加入成為新一代實(shí)用交通工具的隊伍。  

    目前市面上價(jià)格最高的是雪佛蘭沃特（Volt）。該車(chē)配備了一塊16千瓦時(shí)的電池和一臺110千瓦的電動(dòng)發(fā)電機，單次充電可行駛60公里的性能足以應付工作日代步和周末短途外出的需求。作為混合動(dòng)力的佳作，該車(chē)在電池用完時(shí)，將轉換使用1.4升的汽油發(fā)動(dòng)機，亦因此不能說(shuō)其是完全成熟的電動(dòng)汽車(chē)。盡管如此，據稱(chēng)隨著(zhù)該車(chē)需求的增加，美國部分供應商已經(jīng)開(kāi)始提價(jià)，最高標價(jià)已達40280美元。

    此外，日產(chǎn)尼桑Leaf、福特電動(dòng)?？怂挂约袄字ZFluence等汽車(chē)都將在2011年得到廣泛應用。甚至三菱迷你型的i-MiEV，發(fā)動(dòng)機為47千瓦，單次行駛里程160公里，已于2009年在日本上路了，2011年后將分別在英國和美國銷(xiāo)售。