2012最值得期待的科技新趋

唐云江

唐云江《科学世界》主编

在电影《2012》的渲染下，即将来临的2012年多少带了点神秘色彩。尽管大多数人并不相信真有玛雅人预言的世界末日，但对于2012年，还是有一些科学技术值得人们期待的，“上帝粒子”、“人造细胞”、癌症治疗……它们激发了我们对未来的向往和关注。与其担心2012年会不会发生毁灭性自然灾难，不如关注一下明年科学技术会有哪些亮点和重大发展吧。

“上帝粒子”和超光速运动

物理学中近期一个最大的悬念就是希格斯玻色子，它是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，至今尚未在实验中观察到。它也是标准模型中最后一种未被发现的粒子，关乎着标准模型的“命运”，因而被称为“上帝粒子”。欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）一个主要任务就是找到希格斯粒子的证据。LHC在2011年初进行了短期的维修后，2月下旬开始进行7TeV能量的对撞实验，覆盖了更广泛的能量范围。到目前为止，仍未公布数据结果。LHC官方已宣布2012年继续实验，人们期待2012年在大量分析数据基础上发现希格斯粒子的踪迹。有可能2012年是“上帝粒子”之年，但如果2012年还没有确定结果，2013年会进行14TeV能量的对撞试验，届时就会见分晓了。

物理学上另一个引人注目的事件是超光速运动，英国《自然》杂志2011年9月22日报道说，意大利格兰萨索国家实验室下属的一个名为“OPERA”的实验装置接收了来自欧洲核子研究中心的中微子，两地相距730公里，中微子跑过这段距离的时间比光速还快了60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)。当然，这一事件引起很多科学家的质疑，因为这是关系到爱因斯坦相对论的根基问题。科学家们正着手进行详细调查，2012年就会有确定的结论。

热核聚变

在2011年初的实验中，美国国家点火装置（NIF）科学家获得了类似太阳的极端高温而且均匀、使标靶不会失形的压力。他们用一种直径2毫米的塑料小球代替了金质黑体辐射空腔，将192束激光聚集在含氦元素的塑料球上，所产生的巨大热量中近90%转换为X射线，使温度达到360万摄氏度。在这一温度和压力下，2毫米直径的塑料球各向均匀收缩为只有1/10毫米。新实验已经模拟出聚变反应发生的实验条件，2012年将正式使用含核聚变燃料氘和氚的小球，届时将会验证惯性核聚变的可行性，如果成功，会将惯性核聚变研究推进一大步。

空间探测

火星探测原本2012年会有一个小高潮，但由于俄罗斯的“福布斯—土壤”火星探测器变轨失败，搭载的中国火星探测器“萤火一号”也随之夭折。只有美国的“好奇”号火星车（2011年11月25日发射）2012年将到达火星。它是一辆核动力大型探测车，将扩大美国宇航局对火星的探索领域，并将有助于天文学家更好地了解这颗红色行星是否存在水。该火星车收集的数据，或许还有助于科学家弄清火星上是否存在生命，以及火星过去和现在的可居性问题。该火星车还将对这颗红色行星的气候及地质情况进行评估，为未来10年人类探索火星做准备。

合成生物学

美国文特尔研究所（JCVI）一直在进行合成基因组的工作。2010年，他们报告了从数字化的基因组信息开始，设计、合成和组装了一个具有1.08兆个碱基对的蕈状支原体基因组，将其移植进一个山羊支原体受体细胞，从而创造了一个仅由合成染色体控制的新的蕈状支原体细胞。新细胞内仅有的DNA具有预期设计合成的DNA序列的表型性质，有连续自我复制的能力。文特尔等将新细胞命名为JCVI-syn1.0，这是第一个人造细胞，标志人类可以合成生命了。

生物合成通过化学合成DNA，用标准化和自动化的过程，创造增强了特征或性能的生物体，或者直接创造全新的生物体，以满足人类各方面的需要。从10年前提出合成生物学概念以来，相关的论文数量激增，仅仅10年时间，人们不仅可以造出人造细胞，还利用合成途径改造生物体，催化化学反应，在能源制药等领域开始应用。近年来合成生物学发展迅猛，从模仿自然界简单的DNA开始，改造和重新设计组装我们需要的DNA。2012年及以后的几年内会有更多的成果，从单细胞向多细胞体延伸，有可能合成出高效的细菌等新的有用的生命体，在能源、制药、材料等将有广泛的应用。

合成生物学在满足人类需要的同时，也必然会存在一定的风险，创造出的新的生命体可能会危及人类的生存，风险控制是科学家面临的重大课题。

细胞调控

干细胞命运调控及诱导多能干细胞仍是近年来研究的热点。动物个体发育是受精卵沿着一套编排好的程序经过一系列增值和分化形成的，这一过程在自然条件下是一个不可逆的过程，由此产生构成个体的所有成体细胞。干细胞理论上可以分化为各种细胞，通过人为调控可以获得人们需要的细胞分化；体细胞也可以通过人为重新编程转变为诱导多能干细胞，可以用于修复人体组织和器官，并可依此开发新的治疗性药物。2012 年及以后几年内预计会有突破性应用成果。

癌症治疗

癌症治疗是医学上一大难题，之前的手术治疗、放射疗法和药物治疗都有较大缺陷，目前研究热点是目标明确的定点治疗方法，近几年突起的免疫疗法有望取得较满意的效果。后者是癌症疫苗，前者是在体外“训练”免疫细胞，如树突状细胞，然后放回体内定向攻击癌细胞，有望短时间内成为常规高效的癌症治疗手段。

太阳能电池

能源问题一直是人们关注的焦点，关系到人类可持续发展问题。过去，许多制造太阳能电池的方法非常耗时，材料和工艺成本过高，还会对环境造成污染。美国俄勒冈州立大学的科学家2011年使用喷墨打印技术成功地制造出了铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池，新方法使原材料浪费减少了90%，并通过使用一些富有潜力的化合物显著降低了太阳能电池的制造成本。借助该项技术，科学家最终能制造出性能极佳、能被快速制造、成本超低的薄膜太阳能电子设备。今后几年内印刷太阳能技术会有较大发展，太阳能利用会普及到生活的各个方面。

氢燃料

氢燃料是理想的动力源，但氢的储存和运输一直是个难题。2011年，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家设计出了一种新的储氢纳米复合材料，它由金属镁和聚合物组成，其由金属镁纳米离子散落在一个聚甲基丙烯酸甲酯（同树脂玻璃有关的聚合物）基质组成。新材料在常温下就能快速地吸收和释放氢气，在吸收和释放氢气的循环中，金属镁也不会氧化。这是氢气储存和氢燃料电池等领域取得的又一个重大突破。

光解水制氢

与氢储存技术突破的同时，氢来源技术也在加紧研究，利用太阳能的光催化分解水的技术进展较快，从TiO2为基础的系列光催化剂到半导体光催化剂，以及可见光催化剂都有较大发展，目前大部分光催化剂主要对紫外线敏感，但到达地球的太阳能大部分集中在可见光，可见光波段的光催化剂更显重要。哈工大理学院化学系陈刚课题组在开展硫化物光催化剂研究中，制备出由金属硫化物固溶体纳米棒自组装而成的分级纳米结构光催化剂，并研究了该材料微纳结构的形成机制。实验结果表明，在可见光下，该催化剂无需借助铂等贵金属，即可大幅度提高光能制氢的转化效率，表现出优异的光解水制氢活性。高效光催化剂有望近几年内取得突破，突破之后，能源问题则无忧。

云计算和物联网

云计算和物联网是近几年的热点。2011年第十三届中国国际高新技术成果交易会的主题就是云计算和物联网。物联网是利用互联网、传统电信网等把能够被独立寻址的设备或物体连接起来。物联网不仅仅把传感器连接起来，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以实现用户不同的需求。云计算和物联网技术不仅应用于我们熟知的交通、物流、金融领域，在工业控制、环境保护、医疗卫生、公共安全、国防军事等领域也已开始应用。不用多久，智能的物联网就会触到我们生活的各个角落。

全能手机

手机不仅仅是一个通讯设备，其智能化程度也越来越高，已经逐渐演变成一台随身携带的终端设备。配备易携带的薄膜显示器可以成为电脑或电视，配备便携的虚拟键盘可以提高使用的舒适度。不远的将来可以实现“一机行天下”了。