http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-12-31
《环球科学》评选2011全球十大科学新闻
瑞士大型强子对撞机。2011年9月23日，欧洲研究人员发现了难以解释的中微子超光速现象。东方IC供图
2011年即将过去，但这一年里发生的科学事件却将产生持续影响：超光速粒子实验如果得到证实，物理学根基将被撼动；日本大地震引发的核危机，促使人们反思核电站安全；航天飞机的退役标志着一个时代的终结，却也意味着航天事业新时代的开始……
《环球科学》杂志日前根据专家团队、专业编辑和网络投票三方意见，评选出了本年度全球十大科学新闻。
超光速粒子挑战爱因斯坦相对论
入选理由：一个可能撼动现代物理学根基的惊人实验。
2011年9月23日，欧洲核子研究所公布了一个震惊世界的研究结果：中微子的运行速度可能超过光速。这项研究是由欧洲核子研究所的超级质子同步加速器产生高强度、高能量的μ子型中微子束，发送到730千米外的意大利格兰·萨索国家实验室，以便检测中微子振荡现象。研究人员发现，中微子到达格兰·萨索的时间比预期早了60纳秒，这可能意味着中微子的运行速度比光速还快。
根据爱因斯坦的狭义相对论，光速是宇宙中的速度极限，不可超越。如果此次研究结果被证实，意味着奠定现代物理学基础的爱因斯坦相对论将遭到严重挑战。不过，不少科学家对这一结果表示怀疑，仍需进一步研究的证实。
日本大地震引发核危机
入选理由：核电安全引起全球高度关注。
2011年3月11日13时46分，在日本本州东海岸附近海域(北纬38.1度，东经142.6度)发生9级地震并引发海啸，造成超过2万人死亡和失踪。地震发生后，福岛第一核电站的核反应堆自动停止运行，由于冷却设备也停止运行，12日15时30分左右，1号机组发生爆炸，接着3号和4号机组也连续发生核泄漏。大量放射性物质泄漏到核反应堆外部，日本各地均监测到超出本地标准值的辐射量，大范围海域也受核污水的污染。
2011年4月12日，日本原子能安全保安院根据国际核事件分级表，将福岛核事故定为最高级7级。这次事故也让全球多个国家重新考虑本国的核电计划。
航天飞机退役
入选理由：航天事业里程碑式的拐点，载人航天的平民化时代或将到来。
航天飞机是太空时代的象征，它承载着人类的梦想和骄傲。2011年7月21日，随着美国航空航天局(NASA)的“亚特兰蒂斯”号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆，航天飞机时代拉下帷幕，一个时代就此终结。
今后，美国空间站的补给及宇航员的输送，一部分将通过租用俄罗斯的“联盟号”飞船进行，另一部分则有赖于一些私营公司。包括波音公司在内的其他企业也在摩拳擦掌，准备进入商业载人航天领域。一旦太空旅行实现商业化，载人航天的平民化时代就将到来。
IBM研制出首款石墨烯集成电路
入选理由：迈向石墨烯芯片的关键一步。
2011年6月，IBM托马斯·沃森研究中心的科学家在《科学》上发文宣布，他们研制出了首款由石墨烯圆片制成的集成电路，向开发石墨烯计算机芯片前进了一大步。这块集成电路建立在一块碳化硅上，并且由一些石墨烯场效应晶体管组成。最新的石墨烯集成电路混频最多可达10千兆赫兹，而且可以承受125℃的高温。这块集成电路还可以运行得更快，未来可用石墨烯圆片来替代硅晶片。届时，由这类集成电路制成的芯片可以改进手机和无线电收发机的信号，使得手机或许能在通常认为无法接收信号的地方工作。
基因大规模变异速检技术问世
入选理由：为检测遗传疾病、识别突变细菌和开发新疫苗打通了一条捷径。
如何对付耐药性越来越强的“超级病菌”，是医学界面临的重大挑战之一，因为病菌的突变速度，总是领先于抗生素的研发进程。2011年4月，美国马萨诸塞大学医学院的丹尼尔·玻仑在《美国国家科学院院刊》上发表文章称，为了解决这个问题，他和同事开发了一种名为EMPIRIC的技术，可在试管中人为地让基因产生几乎所有可能的突变，然后在同一试管中，对这些可能的突变进行检测、分析，看这些突变会引起什么后果。
这种技术为系统性地鉴定病原体的耐药突变、开发新疗法和新疫苗提供了一条捷径。新方法还有助于科学家深入理解其他一些生物学问题，比如环境压力怎样在基因层面影响进化，哪些突变可能引起遗传疾病，如何筛查可能产生具有耐药性的病毒变种等。
英特尔研制出3D结构晶体管
入选理由：晶体管技术的革命性突破，或将延续摩尔定律。
2011年5月4日，英特尔公司宣布3D结构晶体管首次问世。在新的三栅极3D晶体管中，传统的2D平面栅极被硅基体上垂直竖起的3D硅鳍状物所代替。鳍状物的每一面都有一个栅极，而不是像2D平面晶体管那样，只在顶部有一个栅极。更多的控制可以使晶体管在“开”的状态下让尽可能多的电流通过，而在“关”的状态下尽可能让电流接近零，同时还能在两种状态之间迅速切换。与32纳米平面晶体管相比，22纳米三栅极3D晶体管在低电压下的性能提高了37%，在相同性能的情况下功耗减少50%，而造价仅提高了2%～3%。它们将是未来小型手持设备的理想选择。
磁性和超导性首次被证实可相容
入选理由：超导抗磁性定律被打破。
2011年9月5日，美日两国科学家在《自然·物理学》杂志上报告称，他们将薄薄的一层铝酸镧放置在一个钛酸锶基座上，结果发现，在这两种复合氧化物的接触界面上，原子层产生磁性，同时在接近绝对零度的温度下，电流能毫无电阻地流过界面——这表明，该原子层也具有超导性。
在正常情况下，超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，而这项研究首次证实了超导性和磁性可以相容并存。这为科学家“研制出具有令人惊奇新特性的新材料，以及研究磁性和超导性等在正常情况下不兼容状态之间的相互作用提供了新的可能性”。
中国成功发射“天宫一号”
入选理由：中国成为第三个掌握空间交会对接技术的国家。
2011年9月29日，中国首个目标飞行器(交会对接实验中的被动目标)“天宫一号”发射升空。2011年11月1日，中国再次发射“神舟八号”无人飞行器。“神舟八号”在太空中与“天宫一号”成功完成两次对接，这标志着中国成为了世界上第三个掌握空间交会对接技术的国家。
“天宫一号”与“神舟八号”的成功对接，标志着中国迈入“三步走”战略的第二步第二阶段(即掌握空间交会对接技术及建立空间实验室)，同时也是中国空间站的起点，标志着我国已经拥有建立初步空间站，即短期无人照料的空间站的能力。
无稀土磁铁诞生
入选理由：有助于全球高科技产业减少对稀土资源的依赖。
2011年3月，日本东北大学研究生院等科研机构团体宣布，成功开发出了一种无需稀土即可获得强磁力磁铁的基础技术。此次研制成功的强磁性氮化铁所需原料由生产磁性材料的户田工业提供，合成技术则由日本东北大学研究生院的高桥研等教授开发。
全球稀土资源分布极不平均，稀土资源供应缺口一直是笼罩在高新技术产业之上的阴云。这种“无稀土磁铁”主要由铁和氮物质合成，磁性可与采用稀土材料的钕磁铁等相匹敌，预计2025年前能走向实用。
最有说服力的暗物质证据现身
入选理由：暗物质是否存在的争论或将画上句号。
2011年10月，美国科学家在arXive网站上发表文章称，利用费米伽马射线空间望远镜，他们在银河系中心发现了关于暗物质粒子的最有说服力的存在证据。
费米伽马射线空间望远镜于2008年升空，两年多时间里，它主要扫描了银河系的高能活跃区，即暗物质最倾向聚集之地。通过分析费米伽马射线空间望远镜传回的数据，科学家发现了一种可能是由两个暗物质粒子相撞、湮灭时释放出的伽马射线。除了暗物质以外，研究人员也考虑过观测到的伽马射线来源于其他物质，然而据已掌握的知识，其他物质根本无法解释该现象。
[北京日报]
相关报道
2011年科学新闻年终盘点
上周五出版的美国《科学》杂志盘点了2011年全球范围内具有一定影响力的科技发展新闻，我国“蛟龙”号载人潜水器挑战深海以及“天宫一号”和“神舟八号”空中对接榜上有名。
□方陵生 编译
科学的发展往往出乎我们的意料——美《科学》杂志主编点评本年度十大科技突破
被列为2011年十大科技突破榜首的是HPTN052的HIV研究项目——早期口服抗逆转录病毒药物(ARVs)预防HIV感染，研究对1700多对异性伴侣中其中一位感染了人类免疫缺陷病毒(HIV)的感染者进行了实验，其中一半感染者服用了这种抗逆转录病毒药物，而另一半人则当他们的免疫系统下降到危险的程度时才给予治疗，结果发现早期治疗者伴侣受感染的比例大为降低，受感染者本身的情况也有所改善。可以相信，ARVs与之前其他效果较好的临床治疗方法相结合，可以一年前不可想象的方式阻止全世界艾滋病疫情的泛滥。“在下一代人中消除艾滋病的远大目标可有望实现，”美国国务卿希拉里·克林顿在上个月对科学家们如此说道。
这并不是说，我们要放弃寻找艾滋病疫苗，ARVs作为一种预防性治疗手段，并无法承诺在一夜之间改变艾滋病疫情蔓延的严峻形势，但它让我们看到了攻克艾滋病的希望，并在2011年十大科技进展中名列榜首。
本年度榜上有名的另外九大科技突破也令人兴奋，大多数科技领域都取得了稳步进展，这也正符合了科技进步的总趋势。目前已有迹象表明，2012年将是一个令人兴奋的科学年，欧洲粒子物理研究所的科学家有可能发现一直以来令人难以捉摸的希格斯玻色子存在的迹象，这是一种解释其他粒子如何获得质量的假想中的基本粒子，它将成为来年科学界重大突破之一，我们期待这一成果的最新报道。但是，未来科学的发展往往总是出乎我们的意料，未来一年必定会给我们带来更多令人眼花缭乱的惊喜。
但是，今年科学界的新闻并非都是喜讯，遗憾的是，我们生活在一个“否定科学”已成为一种时尚的时代，例如在美国，许多政界人物迫于种种压力，不愿意公开支持关于气候变化的科学事实。为了应对这种“否定科学”现象，正如我一直反复强调的那样，科学界需要更重视科学教育，不是简单地将所知道的知识传授给学生，同时还要将科学家推理和解决问题的能力赋予所有的学生，也许有一天，科学教育在提高学生动手能力和探索世界能力方面所取得的显著成果也将成为年度重大科技突破之一。
——布鲁斯·艾伯茨
相关链接 2011年十大科学突破
近期美国《科学》杂志公布了其评选的本年度十大重要科学突破，一项大规模艾滋病临床试验成果被列为本年度最重要的科学突破，其他九项突破涉及行星科学、考古学、生命科学、天文学和化学等。
艾滋病防治获重大进展
令人信服的一些新证据显示，口服抗逆转录病毒药物(ARVs)可有效预防异性伴侣间的艾滋病传染。
小行星尘埃带回地球
2011年人类首次将另一个行星体的尘埃样本带回地球。日本“隼鸟”号飞船带回地球小行星的尘埃样本是人类在35年中对行星体的第一次直接采样。分析证实，地球上所发现的最常见的球粒陨石来自于石质小行星。
发现现代人类拥有古人类DNA
2011年，在非洲南部出土的一具200万年前的完整化石中，发现了南方古猿的DNA痕迹。
发现光合蛋白结构
2011年，研究人员确定了好几种重要蛋白质的晶体结构，而一种叫做光合系统II(PSII)的蛋白质结构无疑是其成为生命催化剂的关键。
天文学家发现太空原始气体
2011年的两项新发现表明，宇宙中还存留有未被触及的原始区域，令天文学家对宇宙中恒星的构成重新思考。这两项发现分别是：11月公布发现了原始氢气云，另一项是在银河系的光晕环带中发现了“金属”(指比氦重的物质)含量大约只有太阳万分之一的一颗小恒星。
人体微生物、饮食和疾病关系新发现
欧洲的一个研究团体发现了人体微生物存在的普遍模式，每个人体内都有一种起主导作用的细菌群落：拟杆菌、普氏菌属或瘤胃球菌属，这三种类型人体微生物在能量处理和维生素产生方面都各有不同，由此对人类宿主的健康产生影响，但这一模式与人们的年龄、体重、性别和国籍无关。另一研究小组发现人体主要微生物的类型还与饮食有关。
RTS,S疟疾疫苗开发成功
一项大规模疟疾疫苗研究显示，新开发的RTS,S的疟疾疫苗可大幅度减轻严重疟疾患儿的痛苦。
发现太阳系外奇怪行星系统
2011年2月，美国宇航局的开普勒天文台首次发现了由六颗巨大行星构成的奇怪行星系统，其中至少有三颗像木星那样的巨大气体星，围绕着一颗离地球约2000光年被称为开普勒11的恒星旋转，六颗行星中的五颗离恒星极近，比水星与太阳的距离还近。
此外，2011年发现的奇怪行星还有HAT-P-6b，一颗以相反方向围绕某个双星系统运行的巨大气体星。另外研究人员还发现了10颗在太空中自由飘浮的行星，附近没有任何恒星，这些行星可能脱离了原来形成时的恒星系统。
“量身定做”多种人工合成沸石
韩国的研究人员合成了一种结合了大小孔隙的沸石，可用于许多种大型分子的催化剂。西班牙和中国的实验室将有机材料和无机材料结合在一起，根据需要引导合成拥有较大或较小孔隙结构的沸石。此外，法国和德国的研究人员开创了以更经济方式生产催化剂的途径。美国明尼苏达州的研究人员还开发出了超薄沸石薄膜，可广泛用于各种化学过滤筛选。一系列新的沸石合成奇迹展现了化学领域常新不衰的神奇创造力。
衰老细胞可有望清除
实验显示，从实验鼠体内清除衰老细胞或已停止分裂的细胞，可延缓白内障、肌无力等与老化有关的疾病。
1月
哥伦比亚消息：世界卫生组织筹措1.75亿美元，以应对东南亚日趋严峻的抗疟药物耐药性问题。
美国马里兰贝塞斯达消息：在美国国立卫生研究院(NIH)建立一个新的国家转化科学促进中心(NCATS)的提议，引起了长达一年的辩论。
2月
秘鲁消息：因借走印加文物近百年不还，秘鲁将耶鲁大学告上法庭，最近耶鲁大学同意归还这批文物，并帮助建立博物馆，这场百年之争自此结束。
美国洛杉矶消息：IBM超级电脑“沃森(Watson)在美国最受欢迎的智力问答节目“危险边缘”中，以绝对优势战胜两位长胜纪录保持者的人类选手。
3月
日本福岛消息：日本大规模地震海啸造成福岛核电站的核反应堆融化。
4月
海地消息：联合国的一个调查小组确认，维和部队是规模最大的一次霍乱爆发事件的根源。
法国夏维特消息：德国著名导演沃纳·赫尔佐格的史前艺术三维纪录片《被遗忘之梦的洞穴》正式开播。
美国佛罗里达消息：美国在国际空间站安装了价值20亿美元的α磁谱仪。
5月
美国华盛顿消息：新一代抗丙肝药物的两种新药获得批准。
瑞士日内瓦消息：世界卫生大会决定，将决定是否销毁天花病毒样本的最后期限推迟到2014年，以便研究人员可以寻找更有效的疫苗和治疗手段。
德国消息：有关当局关闭了一家有争议的干细胞治疗诊所。
瑞士消息：世界卫生组织宣布使用手机“可能具有致癌风险”。
6月
美国华盛顿消息：霍华德·休斯医学研究所引进了15名植物生物学家，拓展了其研究范围，增强了精英研究人员的力量。
比利时消息：比利时科学家因参与破坏试验田转基因土豆而被解雇。
日本神户消息：日本RIKEN高级计算机科学研究所的超级计算机 “京”(KComputer)，其计算性能高达8petaflop/s(千万亿次/秒)，超过去年11月时位于榜首的中国超级计算机(见左图)。
意大利罗马消息：联合国宣布意大利牛瘟已被彻底扑灭。
德国消息：有机豆芽被宣布是德国致命大肠杆菌疫情爆发的罪魁祸首。
7月
美国华盛顿消息：美国联邦地区法院法官与之前下达的禁令背道而驰，转而支持干细胞研究。
中国消息：中国“蛟龙”号载人潜水器在试潜中抵达5000米海深。
美国佛罗里达消息：美国航天局航天飞机第135次飞行任务是其最后一次“告别之旅”。
美国亚利桑那州消息：美国“生物圈2号”实验室获2000万美元支持，重新焕发生机。
美国波士顿消息：美国哈佛大学认知心理学家马克·豪瑟因涉嫌造假学术不端行为而辞职。
8月
土耳其安卡拉消息：政府接管土耳其学术机构引发大规模辞职潮，并导致产生一些新的学术机构。
美国华盛顿消息：美国国立卫生院(NIH)发现，在美国的非洲裔科学家申请资助成功的概率低于白人申请者。
9月
美国华盛顿消息：美国专利法有重大修改，将现有的“发明优先制”转变为大部分国家所采用的“申请优先制”。
荷兰消息：荷兰蒂尔堡大学心理学家狄德里克·斯坦普因伪造数据被开除(见右图)。
美国伊利诺伊消息：费米实验室关闭了该实验室的一万亿电子伏质子加速器(见左图)。
意大利大萨索消息：意大利科学家称检测到超光速中微子。
美国华盛顿消息：奥巴马政府推迟实施限制臭氧空气污染的措施。
10月
瑞士消息：美国免疫学者拉尔夫·斯坦曼成为首个去世后被授予诺奖的科学家，他在被选中和正式颂奖期间逝世。
国际消息：全球人口估计已达70亿。
德国柏林消息：全欧50多个科研和基金组织的代表在柏林宣布成立名为“科学欧洲”的科学机构。
美国消息：“炭疽”邮件袭击事件十年之后，投资了600亿美元的美国生物安全防御措施受到质疑。
11月
太空消息：一个直径400米的小行星(2005YU55)在离地球35万公里处与地球近距离接触，是自1976年以来同等大小天体与地球最接近的一次。
国际消息：2010年全球温室气体排放猛增6%，远超IPCC预期。
中国消息：“神舟八号”和“天宫一号”在空中“相吻”，中国因此成为飞行器在太空中完美对接的第三个国家。
智利消息：天文学家对观察宇宙冷物质的阿塔卡玛大型毫米/次毫米阵列进行测试。
美国佛罗里达消息：“火星科学实验室”飞往火星，“好奇漫游者”将于2012年8月登陆火星。
俄罗斯消息：俄罗斯“福布斯-土壤”号火卫一无人探测器任务因明显的软件问题被困在地球轨道，导致发射失败。这是俄罗斯自1960年以来21次火星探测尝试的第17次失败。
12月
比利时消息：欧盟为ITER核聚变反应堆工程额外投入17亿美元(见左下图)。
美国华盛顿消息：美国卫生和福利部(HHS)部长否决了美国食品及药品管理局(FDA)准备扩大提供避孕药丸B计划的决定。
瑞士消息：欧洲粒子物理研究所(CERN)的科学家发现“希格斯玻色子”存在的证据，虽然目前还无法确定它是否真的存在(见右下图)。
2012年科学热点展望 干细胞的新陈代谢
干细胞利用能量和中间代谢物的方式也许有助于确定它们何时开始细分为各种不同功能的细胞，以及它们将成为何种类型的细胞。
2012年，研究人员将对干细胞的新陈代谢进行大规模的研究，以期进一步了解干细胞是如何在体内进行自我调节的，科学家们又将如何在实验室里或临床实验中利用和操纵这一机制呢？对此我们将翘首以待。
超光速中微子
2011年，物理学家用OPERA粒子检测器发现了中微子的超光速现象，他们在报告中称，一种叫做中微子的亚原子粒子，从瑞士的欧洲粒子物理实验室，穿越730公里的距离到达意大利格兰萨索国家实验室，所花的时间比光速快了60纳秒。
2012年初，研究人员将在minos实验中，将伊利诺斯州巴达维亚的费米实验室生成的中微子束流，穿越735公里的距离，发射到明尼苏达州北部的苏丹矿，看是否会再次重现中微子超光速现象。
基因体流行病学
不久以前，一个简单的细菌基因组测序也要花上几年时间，如今只需要一天就能完成。科学家正在利用这种基因测序的强大力量，比以往更深入地跟踪了解病原体的活动。全基因组测序将迅速确定新的疾病源，微生物是否对某种抗生素产生了抗体，以及它们是如何在人群中传播的等等。基因测序还有助于破解历史上的流行病之谜。
治疗智力缺陷
雷特氏症、脆性X染色体综合征、唐氏综合征等先天性智力缺陷一直被认为是不可逆转的，由于基因“故障”，大脑在出生前就发育不良。但最近的小鼠实验表明，某些认知和行为症状有可能得到逆转。
针对大脑生长因子和神经传递受体的治疗方法如今正处于人体临床实验中，2012年可望取得这一实验的初步成果。
“好奇漫游者”将登陆火星
美国宇航局(NASA)将拨款26亿美元以上，实施“火星科学实验室(MSL)”任务，该任务计划于2012年8月登陆这颗红色行星。
MSL新的“减速着陆系统”——将重达900公斤的核动力“好奇漫游者”在火星表面轻轻着陆——对于NASA将火星岩石样本带回地球的宏伟计划至关重要。按照计划，这次火星探险任务是在火星表面精确着陆，在火星预定地点收集所需要的样本，然后带回地球。
希格斯玻色子
2012年，长期以来令物理学家迷惑不解的希格斯玻色子将被揭开其神秘的面纱，或发现它存在的证据，或证明它并不存在。如果能证明其存在，它将成为一个事实，而不仅仅是一种科学猜测。
世界上最大的原子轰击器——欧洲粒子物理实验室的大型强子对撞机，正在以惊人的速度产生数据，届时，希格斯玻色子或者无可辩驳地闪亮登场，或者将注定要黯然退出人们关注的视线。希格斯玻色子存在还是不存在，2012见分晓。
[新浪网-文汇报]