來(lái)源： 中國科技網(wǎng)   作者： 陳丹 張夢(mèng)然

  1.日本福島核電站放射物質(zhì)泄漏　引發(fā)全球核電生產(chǎn)安全大討論

   在美國三里島和烏克蘭切爾諾貝利之后，日本福島成為第三個(gè)核工業(yè)重大災難的代名詞。

    3月11日大地震引發(fā)的海嘯橫掃日本東海岸，福島核電站所在區域也不可避免地遭到巨大沖擊與破壞。這原本是百年一遇的自然災害，卻因為“核”這個(gè)敏感字眼，迅速演變?yōu)槿澜鐚用娴纳鐣?huì )危機。有慘痛記憶在先，民眾的恐慌心理顯而易見(jiàn)。福島“50死士”的悲壯之舉縱然令人扼腕，但技術(shù)失控之下的核能瞬間變臉，確實(shí)是不能承受之重。一直風(fēng)光無(wú)限的核能利用，再次面臨安全的拷問(wèn)，前行之路似乎舉步維艱。

    在日本，民眾對核電的支持率迅速下降，政府2030年前再建成14座核反應堆的計劃自然難以為繼；瑞士隨即作出在2034年前逐步廢棄核電站的決定；意大利的核電站更新計劃也被高達94%的反對聲浪徹底否決；而作為核能研究之“開(kāi)山鼻祖”的德國人，在經(jīng)歷了切爾諾貝利事故之后早已是杯弓蛇影，此番更是信心盡失，立馬宣布永久關(guān)閉正在使用中的9個(gè)核電站，“棄核”態(tài)度堅定。

    但在能源危機日益逼近的背景下，要斷然放棄已經(jīng)占到全球14%電力供應的核電顯然不可能。說(shuō)到底，沒(méi)有經(jīng)濟上的優(yōu)勢，誰(shuí)愿與危險共舞？不要說(shuō)極為倚重核電的美國和法國做不到壯士斷腕，像日本這樣國內資源匱乏、極易受制于人的國家，更需指望核電來(lái)保其能源安全。另一方面，太陽(yáng)能發(fā)電尚未走上平價(jià)之路，風(fēng)電存在不穩定性，水電則涉及興建大壩和大舉移民，有勞民傷財、破壞環(huán)境之嫌，這些能源“新貴們”暫時(shí)還撐不起臺面。核電進(jìn)程雖然一時(shí)遇阻，繼續發(fā)展實(shí)為大勢所趨。

    反觀(guān)這些核能大災難，其實(shí)不難看出：核能利用的最大風(fēng)險不在于核本身，而在于管理和使用。如果以千萬(wàn)生命的逝去為代價(jià)，換得世界對核能安全的關(guān)注，革新標準，開(kāi)展嚴格的安全檢驗，又何嘗不是后世的福祉。

   2.神經(jīng)藥物首次突破血腦屏障　治療阿爾茨海默病、帕金森病有新希望

  將藥物高度精準地輸送到人體器官是有效治病的重要環(huán)節，但大腦卻用自己獨特的血管系統構筑起一堵“防火墻”，著(zhù)實(shí)令科研人員大為神傷。

    這道血腦屏障可以保護大腦免受有毒物質(zhì)侵蝕，同時(shí)卻也將許多藥物分子拒之門(mén)外，導致腦內無(wú)法形成有效的血藥濃度，阿爾茨海默病、帕金森氏癥等頑疾便是在這道屏障的庇佑之下，始終得不到根本性地治療。為了突破這道防線(xiàn)，百年來(lái)科學(xué)家一直在嘗試各種方式，試圖“翻墻”而入，而英國牛津大學(xué)的科學(xué)家在最新研究中所用到的便是一招“特洛伊木馬”。

    充當“木馬”的是實(shí)驗鼠體內的一種運載蛋白——外來(lái)體，它由細胞天然產(chǎn)生，猶如體內小小的穿梭巴士，能在細胞之間來(lái)回運送物質(zhì)；而藏身其中的利器是一段遺傳代碼，它可以關(guān)閉一種同阿爾茨海默病有關(guān)的基因BACE1。為了讓“木馬”能夠順利將藥物送達大腦這個(gè)目的地，還要借助一種從病毒中提取出來(lái)的蛋白質(zhì)靶。由于這種病毒能依附于大腦內的特殊受體，研究人員讓經(jīng)過(guò)基因改造過(guò)的細胞也能夠表達其蛋白質(zhì)，自然而然地，這些細胞產(chǎn)生的外來(lái)體“木馬”不費吹灰之力就進(jìn)入了實(shí)驗鼠大腦。結果令人驚喜，BACE1基因的活動(dòng)能力降低了60%。 

   一度固若金湯的血腦屏障被攻破了一道缺口，這并不意味著(zhù)各種藥物就能趁勢“大舉入侵”，將困擾人類(lèi)的多種頑疾一一擺平。但它代表了一個(gè)平臺技術(shù)，為掃除中樞神經(jīng)疾病的治療障礙提供了方法，毫無(wú)疑問(wèn)，一系列重大醫學(xué)進(jìn)展的序曲已經(jīng)奏響了。

   3.單原子量子信息存儲首次實(shí)現　可極大增強量子計算機的功能

    數據存儲的規模不可能比這更小了：德國馬普學(xué)會(huì )量子光學(xué)研究所的研究人員成功演示了這樣一個(gè)量子存儲裝置的最為基本的形式——將單個(gè)光子的量子態(tài)寫(xiě)入一個(gè)銣原子中，經(jīng)過(guò)180微秒后再將其讀出。這是兩個(gè)不同的微觀(guān)物理系統之間的量子信息交換，并且是單個(gè)光子和單個(gè)原子的一對一“互動(dòng)”，對于推動(dòng)遠距離量子通信和大尺度量子計算來(lái)說(shuō)意義非凡。

   量子計算機處理的信息就是以量子態(tài)存儲于單個(gè)原子或光子這樣的微觀(guān)物理系統之中的。在對量子態(tài)的傳輸、操縱和存儲等操作中，不同的物理系統有不同的優(yōu)勢。光子飛行速度快，與環(huán)境耦合作用小，是量子通信中最好的信息載體，但卻很難被存儲；相比而言，原子態(tài)有很長(cháng)的退相干時(shí)間，可用來(lái)存儲量子態(tài)。將二者結合，是實(shí)現對微觀(guān)量子態(tài)的操縱的方案之一。不過(guò)，光子和原子之間的作用非常微弱，很難吸引對方的“注意”，即使出現了信息交換，也是少量、不完全的。

    研究人員利用鏡子增強了束縛在光腔中的銣原子和光子之間的相互作用，并用激光控制銣原子吸收和釋放光子，也就是存儲信息和讀出信息。這種方法效果驚人：在大多數情況下，讀出的量子信息同最初存儲的信息一致，即保真度超過(guò)90%，而傳統不基于量子效應獲取的保真度僅為67%；且180微秒的存儲時(shí)長(cháng)不亞于以前基于多個(gè)原子方法獲得的量子存儲時(shí)間。

    這是首次以可控方式實(shí)現了在單個(gè)原子中存儲量子信息，這種技術(shù)原則上可以用于設計功能強大的量子計算機。不過(guò)，對于普羅大眾來(lái)說(shuō)，量子計算機的名頭雖響，其所謂的超強計算能力卻仍不過(guò)是紙上談兵，到目前為止問(wèn)世的量子計算機都只能說(shuō)是個(gè)玩具，不僅價(jià)格不菲、體格龐大，而且只能處理幾個(gè)量子比特的信息，稍一升溫就會(huì )當機，基本上不具實(shí)用性。鑒于此次研究成果的效率（受到照射的光子中有多少能被存儲接著(zhù)被讀出）還不到10%，這回是不是又在拿量子計算機當“噱頭”，只能由時(shí)間說(shuō)了算。

   4.廣義相對論兩大猜想獲實(shí)驗證實(shí)　“引力探測器B”功不可沒(méi)

    美國斯坦福大學(xué)5月5日宣布，其與國家航空航天局（NASA）通過(guò)對“引力探測器B”衛星數據進(jìn)行分析，已證實(shí)了愛(ài)因斯坦廣義相對論中兩項重要預測——測地線(xiàn)效應與慣性系拖曳效應，從而為這項史上延續時(shí)間最長(cháng)（從產(chǎn)生設想到送入軌道耗時(shí)41年）的空間項目畫(huà)上了句號。

    廣義相對論，對于任何一個(gè)不曾學(xué)習或研究它的人來(lái)說(shuō)，它的標準釋義看了和沒(méi)看一個(gè)樣。因為在解釋該詞條時(shí)，至少又用了4組不被常人所理解的詞匯。其內涵和外延涉及甚廣，似乎非論文形式不能描述。在此，我們只需知道，它至今仍被稱(chēng)為現代引力理論研究的最高水平、在“你最該知道的十大科學(xué)定理”排行榜中位列第二（僅排在海森堡測不準原理之后）。

   廣義相對論幾乎在其有生以來(lái)的每個(gè)星期，都要遭受或正兒八經(jīng)或怪力亂神的挑戰，但迄今為止，天文學(xué)觀(guān)測數據與其預測值的相符程度遠高于其他競爭理論，“挑戰”皆成“驗證”。當一顆耗資高達7億美元的“猛砸錢(qián)”衛星把技術(shù)升級到當今極致時(shí)，人們看到該理論仍是解釋大尺度結構時(shí)的不二選擇，不愧為撐起現代物理學(xué)這座大廈的支柱。

   如果說(shuō)，今年9月份那項爭議非常的實(shí)驗——“中微子超光速”勉強算是給了以相對論為基礎的主流物理學(xué)當頭一棒，但仍沒(méi)有任何理由阻止你向愛(ài)因斯坦他老人家致敬——相對論，它曾經(jīng)且正在接受近百年間大量的實(shí)驗驗證和修補，我們從不說(shuō)它“完美”，但它是根基；它也可經(jīng)修正，但仍未被顛覆。

   5.首個(gè)單光子路由器研制成功　可作為量子網(wǎng)絡(luò )重要設備

    當人類(lèi)向著(zhù)超高速信息處理的美好年代投去憧憬一瞥時(shí)，前方出現的曼妙身影將會(huì )是人們現在并不熟稔的量子網(wǎng)絡(luò )和光子元件，此緣已注定。而此時(shí)此地陪伴著(zhù)我們的電子設備，多數將黯然退場(chǎng)。

    不過(guò)，相比于電子，讓光子聽(tīng)由我們的安排可是困難重重。也是這個(gè)原因，人們目前的路由器幾乎全都是用電子元件架構。然而，量子隧道的一個(gè)重要要求是粒子能在長(cháng)距離上分發(fā)數據，光子“天生”能比原子等其他量子系統行進(jìn)更遠的距離，在量子信息網(wǎng)絡(luò )中，光子做信息載體的效果毋庸置疑。這也可說(shuō)，用光子做路由器是奔向量子網(wǎng)絡(luò )途中不得不邁過(guò)去的坎兒。

   8月22日，美國物理學(xué)家組織網(wǎng)的一則消息稱(chēng)，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)和西班牙國家研究委員會(huì )的科學(xué)家聯(lián)合研制的路由器，僅由一個(gè)“人造原子”制成，是首塊在單光子層面工作的路由器，其消光效率可達99.6%，表明光子可有效地耦合到路由器上并被很好地控制。

    這批了不起的團隊成員已成功演示內嵌于一條傳輸線(xiàn)中的該路由器如何將單個(gè)光子從一個(gè)輸入端口運送至兩個(gè)輸出端口中的一個(gè)，其切換時(shí)間僅為幾納秒。而該路由器很容易就能擴展更多輸出端口，這對它用作量子點(diǎn)必不可少，未來(lái)其可作為量子信息網(wǎng)絡(luò )中的量子節點(diǎn)，提供基本的數據處理和路由。

    除了應用于遙遙在望的量子網(wǎng)絡(luò )中，這種路由器其實(shí)還可用來(lái)將單光子源的光子分發(fā)到同一塊芯片上的幾個(gè)實(shí)驗中，讓科學(xué)家使用同束光線(xiàn)進(jìn)行更多實(shí)驗——換句話(huà)說(shuō)，就像現在駕馭電一樣，人們在逐步實(shí)現去控制和引導光。
 
   6.“中微子超光速”撲朔迷離　狹義相對論受到挑戰

   9月23日，攪動(dòng)物理學(xué)一池平靜春水的歐核中心（CERN）與大型中微子振蕩實(shí)驗（OPERA）項目組，在位于日內瓦邊境的CERN發(fā)射出一束中微子，其來(lái)到732公里外的意大利格蘭薩索國家實(shí)驗室，在實(shí)驗誤差不超過(guò)10納秒的情況下，行進(jìn)速度竟比光還快了58納秒。

    這就是問(wèn)題所在——自1905年愛(ài)因斯坦的狹義相對論建立以來(lái)，“任何物質(zhì)的速度不會(huì )超過(guò)光速”的原理顛撲不破，而目前出現的結果，極有可能撼動(dòng)當前物理學(xué)的根基。

   CERN與OPERA選擇了第一時(shí)間將結果公之于眾，以請全球科學(xué)家來(lái)驗證。幾乎瞬時(shí)間，大批物理學(xué)家集體表示懷疑，學(xué)界外的范圍，更是鮮見(jiàn)的在一條辭藻艱辛的科學(xué)原理新聞之下不斷涌現出“求科普”“求真相”者——就連那好似滿(mǎn)眼鬼畫(huà)符的原論文，也被翻出來(lái)討論，一時(shí)間竟有全民科普的大好態(tài)勢。

  待到11月17日，依然是原班人馬，再次以新數據確認了“超光速”結果，且稱(chēng)這是針對先前質(zhì)疑進(jìn)行了設備修正后的結論。但短短四天后，格蘭薩索實(shí)驗室的另一個(gè)小組獨立重復該實(shí)驗后，又認為中微子比光快還是個(gè)謬誤。反反復復中，無(wú)論是該實(shí)驗本身還是其結論，愈發(fā)撲朔迷離。

  這無(wú)疑成為本年度誕生的一場(chǎng)科學(xué)謎案，其謎底怕是要歷久經(jīng)年才會(huì )揭曉。人們常說(shuō)科學(xué)無(wú)疆界，不僅指地域，亦指思維?？茖W(xué)的寬容度，允許任何尊重科學(xué)精神的觀(guān)點(diǎn)，自然，也包括失誤。比起遭人詬病的那句詼諧之語(yǔ)“足球的魅力就是誤判”，其實(shí)，科學(xué)的魅力才在于“誤判”——這幾乎是人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)后更為接近真相，就像在科學(xué)史上，每一處廢墟都意味著(zhù)一座新的大廈拔地而起。

   而以上，即便數年之后“超光速實(shí)驗”被證偽，其仍舊在科學(xué)探索的道路上充滿(mǎn)意義的原因。

   7.中國“天”“神”太空對接　空間技術(shù)水平進(jìn)一步提升

   對于人類(lèi)航天事業(yè)而言，2011年的關(guān)鍵詞，無(wú)疑是傳統雙雄的“停滯”與中國的“突破”。

   隨著(zhù)亞特蘭蒂斯號完成最后一次飛行任務(wù)，在半個(gè)多世紀的時(shí)間里一直扮演人類(lèi)航天事業(yè)標志性符號的航天飛機，就這樣結束了自己的輝煌時(shí)代，也令長(cháng)期傲然走在太空探索領(lǐng)域前列的美國航天暫時(shí)陷入了低谷。無(wú)獨有偶，另一家傳統航天強國俄羅斯在2011年的運勢同樣并不通暢，一連串的嚴重事故，讓前蘇聯(lián)航天事業(yè)的繼承者不得不再次審視自己漏洞百出的監管體制。

   美俄兩國的近況暗淡，既受當前全球經(jīng)濟低迷的拖累，更是世界航天格局漸漸深入走向多極化格局的寫(xiě)照。而恰恰在這種背景下，一直在航天領(lǐng)域緊追不舍的中國人于2011所取得的成就，便顯得格外閃亮。今年11月3日凌晨1時(shí)44分，中國首艘用于空間站建設研究的目標飛行器“天宮一號”與“神舟八號”追蹤飛行器順利實(shí)現首次交會(huì )對接，這意味著(zhù)繼美國和俄羅斯之后，中國成為世界上第三個(gè)完全獨立掌握太空交會(huì )對接技術(shù)的國家。如果從1999年“神舟一號”的發(fā)射升空開(kāi)始算起，中國人只用了十二年的時(shí)間便“修習”完美俄摸索積累了幾十年的探索教程，并且還在保持這種速度繼續前進(jìn)！

   有必要說(shuō)明的是，中國人取得的這些成績(jì)經(jīng)得起任何質(zhì)疑與檢驗。實(shí)際上從上世紀建國之后開(kāi)始，在包括航天在內的諸多重要工業(yè)領(lǐng)域，鮮有外援的中國一直依靠的是艱苦奮斗與自力更生。政府的高度重視，科研人員的智慧和愛(ài)國熱忱以及這個(gè)民族對科學(xué)、知識的一貫尊重，共同促生了這些令不了解內情的外人倍感驚訝的豐碩成果。

   當然，公平地說(shuō)，“天宮一號”的對接成功盡管對中國航天意義重大，但放眼世界，也只是做了美國人和蘇聯(lián)人40年前做過(guò)的事情。就行業(yè)的整體水平而言，中國與前兩者的差距更絕非一日可以趕上。然而，勤奮而沉默的中國人，總值得人們賦予更高、更大的期待。

   8.超強吸光材料吸光率達99％　可用于研制新型太空涂層材料

   “沒(méi)有最黑，只有更黑”，在超強吸光材料的競技場(chǎng)上，紀錄再次被改寫(xiě)。目前的霸主之位榮歸美國國家航空航天局科學(xué)家新研制的碳納米管纖薄涂層，其平均吸光率高達99%。

   相比2008年美國賴(lài)斯大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的在可見(jiàn)光波段光線(xiàn)反射率達0.045%并為此申報吉尼斯世界紀錄的最黑材料，這種新材料在可見(jiàn)光波段的光吸收率也達到了99.5%，可以說(shuō)是打了個(gè)平手。但后者還有個(gè)“通殺”的本領(lǐng)，除了可見(jiàn)光，紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)以及遠紅外線(xiàn)都無(wú)法逃脫，吸收率均能達到98%至99%。在多個(gè)波段都獲得幾近完美的吸收效果，這才是前所未有的創(chuàng )新。其光吸收能力是目前吸收能力最強材料的50多倍，航空航天、太空探測、天文觀(guān)察領(lǐng)域都可能因此步入一個(gè)新時(shí)代。

   可以說(shuō)，新超黑材料已經(jīng)極度接近人類(lèi)一直追求的黑體了。黑體是由物理學(xué)家定義的一種理想物體，其吸收比為1，這意味著(zhù)，在任何溫度下，它可將入射的任何波長(cháng)的電磁波全部吸收，沒(méi)有一點(diǎn)反射；而在相同溫度下，它所發(fā)射出的熱輻射比任何其他物體都強。其實(shí)競賽到這個(gè)份兒上，吸光率也算到頂了，再提高意義不大，如何降低成本才是下一步主攻的方向。

   9.干細胞人造血首次輸入人體　作用等同于真正的血液

   目前，有三撥科學(xué)家正在從不同的角度、采用不同的方法研制人造血：一撥人研究氟碳化合物；另一撥人把目標瞄準人造血紅蛋白；還有一撥人則專(zhuān)攻干細胞。

   從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，前兩者只能算是血液代用品，這是由于血液的成分太過(guò)復雜，開(kāi)發(fā)出完全替代血液的物質(zhì)難度極大，研究人員只能著(zhù)眼于血液中最主要成分——血紅蛋白，制造能夠模擬其功能的產(chǎn)品，讓氧氣在人體內循環(huán)，同時(shí)將二氧化碳帶出體外。

   氟碳化合物的攜氧能力可達到真血的兩倍，在臨床上也得到了安全應用，但它缺乏（白細胞）對抗疾病以及（血小板）讓血液凝結成塊的能力。人造血紅蛋白可從過(guò)期的捐獻血液、牛的血液甚至植物和真菌中萃取，然后加以改良，但離開(kāi)了紅血球的保護環(huán)境，血紅蛋白會(huì )產(chǎn)生自由基，損傷心臟和其他器官，早期實(shí)驗就不乏多次導致患者死亡的教訓，研究人員至今尚未掌握使血紅蛋白的毒性盡可能減小的技巧。

   而干細胞造血技術(shù)則是用人工的方式培養天然血液，在“雞尾酒”混合生長(cháng)因子的激發(fā)下，造血干細胞能夠順利地生長(cháng)為紅細胞。目前美國和英國都已經(jīng)成功實(shí)現了干細胞向血液細胞的轉化，但在人體試驗方面，卻被法國搶了先。他們從一位志愿者的骨髓中抽取出造血干細胞，培育成紅細胞后注射回了捐獻者體內，并取得了成功。這100億個(gè)細胞（相當于2毫升血液）不僅正常存活，運送氧氣的功能也不輸真血。

   不過(guò)，就此斷言血荒終結的那一天可能馬上就要來(lái)臨了還為時(shí)尚早。干細胞人造血也秉承了天然血液的缺陷，那就是保存時(shí)間有限；而且本次實(shí)驗中的輸血量?jì)H相當于一名普通病人每次輸血量的1/200，這跟造血干細胞數量極少、分離純化存在一定難度不無(wú)關(guān)系。在短時(shí)間內，三種人造血技術(shù)各有所長(cháng)，無(wú)法偏廢，而在臨床上大規模應用人造血也非朝夕之事。

   10.美發(fā)現溫度“宜人”的類(lèi)地行星　表面可能有巖石和水

   近年來(lái)，我們探測到的小行星不在少數，但其中能像葛利斯-581d那樣被譽(yù)為“新地球”候選者的，鳳毛麟角（何況葛利斯-581d是否真的存在還在激烈爭執中）。大多數發(fā)現的小行星都是死氣沉沉，地表環(huán)境 “生人勿進(jìn)”——譬如12月初公布的開(kāi)普勒-21b，身處這顆行星會(huì )和身在烤箱沒(méi)啥區別，那1627攝氏度的炙烤，就算是對生活狀態(tài)不可捉摸的“外星人”來(lái)講，也實(shí)在太高了點(diǎn)。

   但幾天后公布的新消息稱(chēng)，開(kāi)普勒天文望遠鏡又發(fā)現了一顆宜居類(lèi)地行星，其表面溫度是溫和的22攝氏度，十分難得。該小行星被命名為開(kāi)普勒-22b，寬度約為地球的2.4倍，質(zhì)量據推測應至少小于地球質(zhì)量的36倍——這個(gè)范圍意味著(zhù)，該行星表面可能有很多巖石并可能有水。

   更重要的是，開(kāi)普勒-22b位于能為生命提供最好生存環(huán)境的范圍內——剛巧位于其恒星宜居帶的正中，這一“地理位置”也加大了行星表面存在液態(tài)水的幾率，并使其表面“溫度宜人”。鑒于所有潛在的可能，科學(xué)家會(huì )在2012年中進(jìn)行地面觀(guān)測，以確定其質(zhì)量以及組成。

   該消息公布時(shí)，開(kāi)普勒-22b還是“迄今發(fā)現的最小類(lèi)地行星”，不過(guò)就在12月末，勤勞的望遠鏡又發(fā)現了兩顆與地球大小近似的行星開(kāi)普勒-20e和開(kāi)普勒-20f，前者甚至比地球略小，因而成為截止到目前的、在太陽(yáng)系外發(fā)現的最小類(lèi)地行星。不過(guò)呢，這兩顆行星固執的朝向它們的恒星，導致表面都有一半處于恒久的光明之中，另一半則是永遠的黑暗，可能不適于生命存在。但接連刷新的發(fā)現，一次次的表明人類(lèi)可以探測到其他星系中存在的與地球大小近似的行星。更讓人們相信，一顆真正的“第二地球”出現，為時(shí)不遠。（記者 陳丹 張夢(mèng)然）(中國科技網(wǎng))