來源： 中國科技網(wǎng)   作者： 陳丹 張夢然

  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核工業(yè)重大災(zāi)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(qū)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(zāi)害，卻因為“核”這個敏感字眼，迅速演變?yōu)槿澜鐚用娴纳鐣C。有慘痛記憶在先，民眾的恐慌心理顯而易見。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，確實是不能承受之重。一直風(fēng)光無限的核能利用，再次面臨安全的拷問，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(yīng)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(dá)94%的反對聲浪徹底否決；而作為核能研究之“開山鼻祖”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(yīng)的核電顯然不可能。說到底，沒有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢，誰愿與危險共舞？不要說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(nèi)資源匱乏、極易受制于人的國家，更需指望核電來保其能源安全。另一方面，太陽能發(fā)電尚未走上平價之路，風(fēng)電存在不穩(wěn)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”暫時還撐不起臺面。核電進(jìn)程雖然一時遇阻，繼續(xù)發(fā)展實為大勢所趨。

    反觀這些核能大災(zāi)難，其實不難看出：核能利用的最大風(fēng)險不在于核本身，而在于管理和使用。如果以千萬生命的逝去為代價，換得世界對核能安全的關(guān)注，革新標(biāo)準(zhǔn)，開展嚴(yán)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(zhǔn)地輸送到人體器官是有效治病的重要環(huán)節(jié)，但大腦卻用自己獨特的血管系統(tǒng)構(gòu)筑起一堵“防火墻”，著實令科研人員大為神傷。

    這道血腦屏障可以保護(hù)大腦免受有毒物質(zhì)侵蝕，同時卻也將許多藥物分子拒之門外，導(dǎo)致腦內(nèi)無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，百年來科學(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(dāng)“木馬”的是實驗鼠體內(nèi)的一種運載蛋白——外來體，它由細(xì)胞天然產(chǎn)生，猶如體內(nèi)小小的穿梭巴士，能在細(xì)胞之間來回運送物質(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(dá)大腦這個目的地，還要借助一種從病毒中提取出來的蛋白質(zhì)靶。由于這種病毒能依附于大腦內(nèi)的特殊受體，研究人員讓經(jīng)過基因改造過的細(xì)胞也能夠表達(dá)其蛋白質(zhì)，自然而然地，這些細(xì)胞產(chǎn)生的外來體“木馬”不費吹灰之力就進(jìn)入了實驗鼠大腦。結(jié)果令人驚喜，BACE1基因的活動能力降低了60%。 

   一度固若金湯的血腦屏障被攻破了一道缺口，這并不意味著各種藥物就能趁勢“大舉入侵”，將困擾人類的多種頑疾一一擺平。但它代表了一個平臺技術(shù)，為掃除中樞神經(jīng)疾病的治療障礙提供了方法，毫無疑問，一系列重大醫(yī)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現(xiàn)　可極大增強量子計算機的功能

    數(shù)據(jù)存儲的規(guī)模不可能比這更小了：德國馬普學(xué)會量子光學(xué)研究所的研究人員成功演示了這樣一個量子存儲裝置的最為基本的形式——將單個光子的量子態(tài)寫入一個銣原子中，經(jīng)過180微秒后再將其讀出。這是兩個不同的微觀物理系統(tǒng)之間的量子信息交換，并且是單個光子和單個原子的一對一“互動”，對于推動遠(yuǎn)距離量子通信和大尺度量子計算來說意義非凡。

   量子計算機處理的信息就是以量子態(tài)存儲于單個原子或光子這樣的微觀物理系統(tǒng)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(tǒng)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)有很長的退相干時間，可用來存儲量子態(tài)。將二者結(jié)合，是實現(xiàn)對微觀量子態(tài)的操縱的方案之一。不過，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(xiàn)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(shù)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90%，而傳統(tǒng)不基于量子效應(yīng)獲取的保真度僅為67%；且180微秒的存儲時長不亞于以前基于多個原子方法獲得的量子存儲時間。

    這是首次以可控方式實現(xiàn)了在單個原子中存儲量子信息，這種技術(shù)原則上可以用于設(shè)計功能強大的量子計算機。不過，對于普羅大眾來說，量子計算機的名頭雖響，其所謂的超強計算能力卻仍不過是紙上談兵，到目前為止問世的量子計算機都只能說是個玩具，不僅價格不菲、體格龐大，而且只能處理幾個量子比特的信息，稍一升溫就會當(dāng)機，基本上不具實用性。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被讀出）還不到10%，這回是不是又在拿量子計算機當(dāng)“噱頭”，只能由時間說了算。

   4.廣義相對論兩大猜想獲實驗證實　“引力探測器B”功不可沒

    美國斯坦福大學(xué)5月5日宣布，其與國家航空航天局（NASA）通過對“引力探測器B”衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，已證實了愛因斯坦廣義相對論中兩項重要預(yù)測——測地線效應(yīng)與慣性系拖曳效應(yīng)，從而為這項史上延續(xù)時間最長（從產(chǎn)生設(shè)想到送入軌道耗時41年）的空間項目畫上了句號。

    廣義相對論，對于任何一個不曾學(xué)習(xí)或研究它的人來說，它的標(biāo)準(zhǔn)釋義看了和沒看一個樣。因為在解釋該詞條時，至少又用了4組不被常人所理解的詞匯。其內(nèi)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，它至今仍被稱為現(xiàn)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(zhǔn)原理之后）。

   廣義相對論幾乎在其有生以來的每個星期，都要遭受或正兒八經(jīng)或怪力亂神的挑戰(zhàn)，但迄今為止，天文學(xué)觀測數(shù)據(jù)與其預(yù)測值的相符程度遠(yuǎn)高于其他競爭理論，“挑戰(zhàn)”皆成“驗證”。當(dāng)一顆耗資高達(dá)7億美元的“猛砸錢”衛(wèi)星把技術(shù)升級到當(dāng)今極致時，人們看到該理論仍是解釋大尺度結(jié)構(gòu)時的不二選擇，不愧為撐起現(xiàn)代物理學(xué)這座大廈的支柱。

   如果說，今年9月份那項爭議非常的實驗——“中微子超光速”勉強算是給了以相對論為基礎(chǔ)的主流物理學(xué)當(dāng)頭一棒，但仍沒有任何理由阻止你向愛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驗驗證和修補，我們從不說它“完美”，但它是根基；它也可經(jīng)修正，但仍未被顛覆。

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

    當(dāng)人類向著超高速信息處理的美好年代投去憧憬一瞥時，前方出現(xiàn)的曼妙身影將會是人們現(xiàn)在并不熟稔的量子網(wǎng)絡(luò)和光子元件，此緣已注定。而此時此地陪伴著我們的電子設(shè)備，多數(shù)將黯然退場。

    不過，相比于電子，讓光子聽由我們的安排可是困難重重。也是這個原因，人們目前的路由器幾乎全都是用電子元件架構(gòu)。然而，量子隧道的一個重要要求是粒子能在長距離上分發(fā)數(shù)據(jù)，光子“天生”能比原子等其他量子系統(tǒng)行進(jìn)更遠(yuǎn)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，用光子做路由器是奔向量子網(wǎng)絡(luò)途中不得不邁過去的坎兒。

   8月22日，美國物理學(xué)家組織網(wǎng)的一則消息稱，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)和西班牙國家研究委員會的科學(xué)家聯(lián)合研制的路由器，僅由一個“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(dá)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(tuán)隊成員已成功演示內(nèi)嵌于一條傳輸線中的該路由器如何將單個光子從一個輸入端口運送至兩個輸出端口中的一個，其切換時間僅為幾納秒。而該路由器很容易就能擴(kuò)展更多輸出端口，這對它用作量子點必不可少，未來其可作為量子信息網(wǎng)絡(luò)中的量子節(jié)點，提供基本的數(shù)據(jù)處理和路由。

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

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

    這就是問題所在——自1905年愛因斯坦的狹義相對論建立以來，“任何物質(zhì)的速度不會超過光速”的原理顛撲不破，而目前出現(xiàn)的結(jié)果，極有可能撼動當(dāng)前物理學(xué)的根基。

   CERN與OPERA選擇了第一時間將結(jié)果公之于眾，以請全球科學(xué)家來驗證。幾乎瞬時間，大批物理學(xué)家集體表示懷疑，學(xué)界外的范圍，更是鮮見的在一條辭藻艱辛的科學(xué)原理新聞之下不斷涌現(xiàn)出“求科普”“求真相”者——就連那好似滿眼鬼畫符的原論文，也被翻出來討論，一時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(shù)據(jù)確認(rèn)了“超光速”結(jié)果，且稱這是針對先前質(zhì)疑進(jìn)行了設(shè)備修正后的結(jié)論。但短短四天后，格蘭薩索實驗室的另一個小組獨立重復(fù)該實驗后，又認(rèn)為中微子比光快還是個謬誤。反反復(fù)復(fù)中，無論是該實驗本身還是其結(jié)論，愈發(fā)撲朔迷離。

  這無疑成為本年度誕生的一場科學(xué)謎案，其謎底怕是要歷久經(jīng)年才會揭曉。人們常說科學(xué)無疆界，不僅指地域，亦指思維。科學(xué)的寬容度，允許任何尊重科學(xué)精神的觀點，自然，也包括失誤。比起遭人詬病的那句詼諧之語“足球的魅力就是誤判”，其實，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，卻能在卷土重來后更為接近真相，就像在科學(xué)史上，每一處廢墟都意味著一座新的大廈拔地而起。

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

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

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

   隨著亞特蘭蒂斯號完成最后一次飛行任務(wù)，在半個多世紀(jì)的時間里一直扮演人類航天事業(yè)標(biāo)志性符號的航天飛機，就這樣結(jié)束了自己的輝煌時代，也令長期傲然走在太空探索領(lǐng)域前列的美國航天暫時陷入了低谷。無獨有偶，另一家傳統(tǒng)航天強國俄羅斯在2011年的運勢同樣并不通暢，一連串的嚴(yán)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(jiān)管體制。

   美俄兩國的近況暗淡，既受當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)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44分，中國首艘用于空間站建設(shè)研究的目標(biāo)飛行器“天宮一號”與“神舟八號”追蹤飛行器順利實現(xiàn)首次交會對接，這意味著繼美國和俄羅斯之后，中國成為世界上第三個完全獨立掌握太空交會對接技術(shù)的國家。如果從1999年“神舟一號”的發(fā)射升空開始算起，中國人只用了十二年的時間便“修習(xí)”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(xù)前進(jìn)！

   有必要說明的是，中國人取得的這些成績經(jīng)得起任何質(zhì)疑與檢驗。實際上從上世紀(jì)建國之后開始，在包括航天在內(nèi)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國熱忱以及這個民族對科學(xué)、知識的一貫尊重，共同促生了這些令不了解內(nèi)情的外人倍感驚訝的豐碩成果。

   當(dāng)然，公平地說，“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(dá)99％　可用于研制新型太空涂層材料

   “沒有最黑，只有更黑”，在超強吸光材料的競技場上，紀(jì)錄再次被改寫。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(dá)99%。

   相比2008年美國賴斯大學(xué)研究人員開發(fā)的在可見光波段光線反射率達(dá)0.045%并為此申報吉尼斯世界紀(jì)錄的最黑材料，這種新材料在可見光波段的光吸收率也達(dá)到了99.5%，可以說是打了個平手。但后者還有個“通殺”的本領(lǐng)，除了可見光，紫外線、紅外線以及遠(yuǎn)紅外線都無法逃脫，吸收率均能達(dá)到98%至99%。在多個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、天文觀察領(lǐng)域都可能因此步入一個新時代。

   可以說，新超黑材料已經(jīng)極度接近人類一直追求的黑體了。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，在任何溫度下，它可將入射的任何波長的電磁波全部吸收，沒有一點反射；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。其實競賽到這個份兒上，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(xì)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(biāo)瞄準(zhǔn)人造血紅蛋白；還有一撥人則專攻干細(xì)胞。

   從本質(zhì)上來說，前兩者只能算是血液代用品，這是由于血液的成分太過復(fù)雜，開發(fā)出完全替代血液的物質(zhì)難度極大，研究人員只能著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(nèi)循環(huán)，同時將二氧化碳帶出體外。

   氟碳化合物的攜氧能力可達(dá)到真血的兩倍，在臨床上也得到了安全應(yīng)用，但它缺乏（白細(xì)胞）對抗疾病以及（血小板）讓血液凝結(jié)成塊的能力。人造血紅蛋白可從過期的捐獻(xiàn)血液、牛的血液甚至植物和真菌中萃取，然后加以改良，但離開了紅血球的保護(hù)環(huán)境，血紅蛋白會產(chǎn)生自由基，損傷心臟和其他器官，早期實驗就不乏多次導(dǎo)致患者死亡的教訓(xùn)，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(xì)胞造血技術(shù)則是用人工的方式培養(yǎng)天然血液，在“雞尾酒”混合生長因子的激發(fā)下，造血干細(xì)胞能夠順利地生長為紅細(xì)胞。目前美國和英國都已經(jīng)成功實現(xiàn)了干細(xì)胞向血液細(xì)胞的轉(zhuǎn)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(xì)胞，培育成紅細(xì)胞后注射回了捐獻(xiàn)者體內(nèi)，并取得了成功。這100億個細(xì)胞（相當(dāng)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，就此斷言血荒終結(jié)的那一天可能馬上就要來臨了還為時尚早。干細(xì)胞人造血也秉承了天然血液的缺陷，那就是保存時間有限；而且本次實驗中的輸血量僅相當(dāng)于一名普通病人每次輸血量的1/200，這跟造血干細(xì)胞數(shù)量極少、分離純化存在一定難度不無關(guān)系。在短時間內(nèi)，三種人造血技術(shù)各有所長，無法偏廢，而在臨床上大規(guī)模應(yīng)用人造血也非朝夕之事。

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

   近年來，我們探測到的小行星不在少數(shù)，但其中能像葛利斯-581d那樣被譽為“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(zhí)中）。大多數(shù)發(fā)現(xiàn)的小行星都是死氣沉沉，地表環(huán)境 “生人勿進(jìn)”——譬如12月初公布的開普勒-21b，身處這顆行星會和身在烤箱沒啥區(qū)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”來講，也實在太高了點。

   但幾天后公布的新消息稱，開普勒天文望遠(yuǎn)鏡又發(fā)現(xiàn)了一顆宜居類地行星，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普勒-22b，寬度約為地球的2.4倍，質(zhì)量據(jù)推測應(yīng)至少小于地球質(zhì)量的36倍——這個范圍意味著，該行星表面可能有很多巖石并可能有水。

   更重要的是，開普勒-22b位于能為生命提供最好生存環(huán)境的范圍內(nèi)——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)家會在2012年中進(jìn)行地面觀測，以確定其質(zhì)量以及組成。

   該消息公布時，開普勒-22b還是“迄今發(fā)現(xiàn)的最小類地行星”，不過就在12月末，勤勞的望遠(yuǎn)鏡又發(fā)現(xiàn)了兩顆與地球大小近似的行星開普勒-20e和開普勒-20f，前者甚至比地球略小，因而成為截止到目前的、在太陽系外發(fā)現(xiàn)的最小類地行星。不過呢，這兩顆行星固執(zhí)的朝向它們的恒星，導(dǎo)致表面都有一半處于恒久的光明之中，另一半則是永遠(yuǎn)的黑暗，可能不適于生命存在。但接連刷新的發(fā)現(xiàn)，一次次的表明人類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(xiàn)，為時不遠(yuǎn)。（記者 陳丹 張夢然）(中國科技網(wǎng))