10大能改变未来的科学实验
发布时间：2012-7-16 11:56
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科学实验
预言人类的未来是件相当艰难的事情，但有一点确定无疑的是，未来都是从今天开始的。英国学者保罗·帕森斯博士对世界科学界最近的众多重大研究计划进行了大盘点，从中选出了10个最有可能在未来几十年中对人类的生活产生最大冲撞和影响的科学实验计划。在这10大能够改变人类未来的科学实验中，一些实验已经处于起步和进行之中，但还有一些实验仍处于计划阶段，不过毫无疑问的是，一旦这些科学实验取得成功，必将使人类文明步入新的阶段，使我们的未来变得更加美好。
“二氧化碳吸收机”模拟图。 
直线加速器原型部件。 
墨西哥科学家希望改善麦子的光合作用效率，使麦子的产量增加50%以上。 
“托卡马克”的圆环状受控热核反应装置。 
“遮星”太空船。 
核磁共振图像显示，缩小的橙色区域则是“老年痴呆症”患者的脑组织。 
“马刀”火箭引擎。 
斯凯伦”太空船。 
DNA编辑机。 能够植入人体的智能救命胶囊 请想象一种智能胶囊，它可以像电极或芯片一样被植入你的身体皮肤下，这种“智能胶囊”具有探测人体疾病的功能，一旦它“嗅”出人体出现某种疾病的早期症状，也许在你还没有出现任何不适症状前，它就会在第一时间释放出针对该疾病的治疗药剂，将疾病“杀死”于萌芽阶段。这样的智能胶囊将可以拯救无数人的生命，尤其是那些糖尿病患者，一旦“智能胶囊”测出患者血糖超标，将会立即释放出胰岛素等降低血糖的药剂。 美国加利福尼亚州NASA艾米斯研究中心太空生物科学部的专家们目前正在发明这种“智能设备”，他们已经使用碳纳米管制造出了一种小型“智能胶囊”，它可以被植入宇航员的皮肤下。该“智能胶囊”包含一些可以对各种威胁——包括增强的太空辐射水平做出反应的“生物学细胞”，它们可以针对不同的威胁分泌释放出相应的药剂来增强人体的免疫和防卫能力。一旦成功，“智能胶囊”将首先应用于国际空间站的宇航员身上，然后再应用于普通患者的身上。 能从大气层中吸收二氧化碳的机器 加拿大碳工程公司希望能通过一种机器，用化学方法从大气中吸走有害的二氧化碳，从而依靠人工方法改造地球的气候。 加拿大碳工程公司如今正在制造一种机器设备，它能吸取空气然后通过一种氢氧化物溶液，空气中的二氧化碳通过这种溶液后，能以固体碳酸盐残渣的形式沉淀下来，这些碳酸盐残渣可以埋葬和封存到地底下，也可以被用作其他工业原料。去年，碳工程公司建造的机器设备完成了初步测试，该机器在长达500小时的实验中从空气中成功提取出了大量二氧化碳，另一项时长数千小时的实验将于今年夏天举行，加拿大碳工程公司希望2013年就能启动商业性的测试计划。每个 “二氧化碳吸收机”将会有点类似核电站的巨大冷却塔，它每年有望从大气层中移除100万吨的二氧化碳。 研制出一种实用的超导体 超导体将是电力输送和储存的未来工具，由于这种材料的电阻趋近于零。然而，开发超导体的唯一问题是，所有如今已知的超导体都只能在低于零下 163摄氏度的低温环境下才能工作，所有超导体首先必须通过能量被冷却，这将排除任何潜在节能的可能性，使得超导体缺乏任何现实实用性。 全球科学家都在寻找能在更高温度下工作的超导体材料，而解决这一问题和量子物理学法则密切相关，科学家首先需要通过电脑模拟亚原子粒子的“习性”，然而，这项工作对于目前的普通计算机来说实在太难了。不过，澳大利亚悉尼大学和美国科罗拉多州国家标准和科技学会的研究人员已经发明出了一种由铍金属离子按晶体栅格方式组成的“量子模拟器”，该计算设备能确保科学家建立和模拟量子粒子之间的交互作用，并简单算出那些交互作用的结果。悉尼大学研究人员迈克尔·J·比尔库克博士说：“在我们的实验中，我们制造了一个可控系统，它的动力学符合量子物理学法则。因此，我们的实验能够模拟自然发生的量子系统的习性。”一旦科学家发明研制出一种具有实用性的超导体，必将给电力输送和储存问题带来巨大的革命。 创造一套完美的粒子物理学模型 粒子物理学的标准模型是目前帮助人类理解亚原子粒子习性的最好框架，它是一套描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论，可以正确描述基本粒子之间的相互作用。但是标准模型还不是一套万有理论，因为实验证据显示，标准模型还无法解释一些极端高能量的现象，譬如它无法解释引力作用和宇宙正在加速扩展的事实。 创造一套能够解释所有我们希望解释的物理学现象的模型，将会成为一项重大的科学突破，它的重要意义将丝毫不亚于发现相对论或量子理论。创造一套完美的粒子物理学模型，必将不可避免地带来现实应用方面的革命。 据科学家称，要了解粒子物理学真相偏离“标准模型”的预测有多远，单靠法国和瑞士边境的大型强子对撞机实验根本无法解决，因为大型强子对撞机碰撞的是错误种类的粒子——质子，最好的选择是同时碰撞电子和正电子。可是，在大型强子对撞机的环型轨道中碰撞电子和正电子会遭遇所谓的“同步加速器辐射”影响，使实验功亏一篑。唯一的解决方法是在直线加速器中对电子和正电子进行加速碰撞。目前，包括美国加州理工学院巴里·巴利希教授在内的科学家正在加入一个由“国际未来加速器委员会”发起的“国际直线加速器”计划，该计划的目标是建造一个世界上最强大、长达50公里的直线加速器。 发现太阳系外的外星生命 自从1995年天文学家发现了第一颗环绕太阳系外恒星运转的行星后，迄今为止，世界各地的天文学家已经发现了至少760颗太阳系外行星的存在。随着新发现的天外行星数目的不断增加，科学家最想知道的是，在那些和地球非常相似的太阳系外行星上，是否可能存在着外星生命。 尽管天文学家们希望从这些太阳系外行星上寻找外星生命的痕迹，然而唯一的问题是，如果这些行星距它们恒星的距离和地球距太阳的距离一样远，那么通过天文望远镜根本无法清楚地观测这些天外行星，因为它们会被彻底“淹没”在自己恒星的光芒里。针对这一问题，美国科罗拉多大学天体物理学教授威布斯特· 卡什提议发射一艘名叫“遮星”的太空船，它可以悬浮在太空中的天文望远镜前面，挡住某颗恒星的光芒，从而确保天文望远镜能清晰观测到围绕该恒星运转的行星，包括研究这些行星的光谱学，让天文学家们能推算它们的化学组成成分。 直接飞入“地球轨道”的超级火箭引擎 从地球表面飞入地球轨道是一项巨大挑战，它意味着需要将发射速度加速到音速的25倍。在过去，太空船飞入地球轨道，通常必须使用多级运载火箭发射升空的方式来完成，多级火箭发射方法所携带的燃料具有一枚小型核武器的爆炸潜能，不但相当危险，并且每公斤载荷发射升空的代价高达数万美元，代价可说相当高昂。 不过，英国牛津反应引擎公司目前正在研制发明一种新的超级火箭引擎，它可能会让这一现状彻底得到改变，使太空船像飞机一样直接飞入地球轨道。据悉，该公司目前正在研制一种可以循环使用的“斯凯伦”太空船，它拥有的“超级引擎”能够载着宇航员从地球上的飞机跑道直接飞入太空中，而太空船并不需要安装任何额外的引擎或携带任何多余的燃料箱。这种革命性的“超级引擎”名叫“马刀”，它是一种强效的“吸气式”火箭引擎。燃烧任何东西都需要氧气，常规火箭燃烧液态氢的速度非常快速，所以常规火箭需要携带自己的液态氧。然而“马刀”火箭引擎却能从空气中吸取氧气。 改善麦子光合作用效率 全世界的科学家都希望能找到更有效的产粮方法，从而能让未来的世界远离饥荒的阴影。墨西哥“国际玉米和麦子改良中心”麦子产量协会的研究专家相信，转移潜在饥荒阴影的方法之一，就是改善麦子的光合作用效率，在未来的25年中使麦子的产量增加50%以上。光合作用是植物吸收水、太阳光和大气中的二氧化碳后进行的一系列生化处理过程，并将其转换成碳水化合物食品和氧气。墨西哥科学家计划通过转基因法和传统的杂交法相结合的办法来增强麦子的光合作用效力，从而增加麦子的产量。墨西哥麦子产量协会的科学家已经在墨西哥索诺拉沙漠中的研究基地中展开了一些试验。 在培养皿中培育“老年痴呆症”脑细胞 如今全世界范围内至少超过2600万人正在饱受“阿尔茨海默”老年痴呆症的折磨。然而，该病的根本病因却迄今仍是一个谜，科学界既没有根治方法，也少有减轻症状的疗法。 因为关键的问题是，科学家无法从一个活着的病人身上提取受感染的脑组织进行研究，同时动物研究也不在考虑范围内，因为人类是已知唯一患有老年痴呆症的生物种类。所以为了找到解开老年痴呆症之谜的办法，英国剑桥大学和美国加州大学的科学家如今正在进行一项先锋性研究，希望能通过皮肤细胞提取出干细胞，然后用干细胞在实验室的培养皿中培育出大脑细胞，最后目睹那些大脑细胞如何逐渐演变成“老年痴呆症”脑细胞，科学家希望能通过这一实验找出一些“老年痴呆症”形成的重要线索，从而力求最后能够找出根治老年痴呆症的方法。 发明安全清洁“核聚变”能源 一项名叫“国际高热原子核实验反应堆”的实验，将会使未来的人类拥有更加清洁和安全的受控“核聚变”能源，这项位于法国卡达拉舍地区的核聚变反应堆实验一旦取得成功，将一劳永逸地解释人类几千年的能源问题，同时不会带来任何核污染副作用。今天所有的商业核反应堆都是核裂变能源，核裂变废料在数千年时间中都具有高放射性，所以必然导致代价高昂的核废料处理问题。 核聚变正是使太阳发光发热的能量来源，而科学家在能够完全利用核聚变能源之前，首先必须解决的问题是如何控制超热的核聚变燃料温度——产生核聚变的条件是需要创造1.5亿摄氏度的高温等离子区。这样高温度的等离子体，显然用什么材料做容器都承受不了。不过，“国际高热原子核实验反应堆”研究小组将会尝试在一个名叫“托卡马克”的圆环状受控热核反应装置中，利用强大磁场的帮助将高温等离子体约束在反应堆中间，而不让它们接触到反应器的“墙壁”，从而希望借此方法解决核聚变超热温度的控制问题。 建造出能“修改”人类DNA的机器 美国麻省理工学院和哈佛大学的科学家已经建造了一台能够编辑“修改”DNA的机器，这台名叫“MAGE”的“DNA编辑机”有点类似电脑文字处理系统中的“剪切和粘贴”工具，不过它处理的不是电脑文字，而是DNA基因。这台“DNA编辑机”的诞生，意味着医生们很快将有能力“修改”人类基因组中遗传病的DNA编码，或者可以让人类的身体能对像艾滋病或流感这样的病毒彻底免疫。“DNA编辑机”的好处显然远不止于此，如果科学家能对细菌的DNA进行修改，就能将这些微生物转变成一个“药物工厂”，甚至能将它们变成一种新的“能源”。 文/深圳特区报 |
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