改变未来的科学实验

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·帕森斯博士对最近科学界众多的重大研究计划进行了大盘点，从中选出了十个最有可能在未来几十年中对人类生活产生最大冲撞和影响的科学实验计划。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。

能够植入人体的智能胶囊

请想象一种智能胶囊，它可以像电极或芯片一样植入你的身体皮肤下，具有探测人体疾病的功能，一旦“嗅”出人体出现某种疾病的早期症状，它就会在第一时间释放出针对该疾病的药剂，将疾病“杀死”于萌芽阶段。

现在。这样的智能胶囊并非纸上谈兵的梦想，美国加利福尼亚州艾米斯研究中心太空生物科学部的专家正在研发这种智能胶囊。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释放出相应的药剂来增强人体的免疫和防卫能力。

智能胶囊的设计者戴卫·洛夫图斯博士说：“胶囊内的细胞会释放出治疗性分子，它们能够扩散并逸出胶囊壁。”这种智能胶囊不久将用于动物实验，然后将被用于人体实验。

能从大气层中吸收二氧化碳的机器

当世界各国政府仍在继续为全球变暖问题而争论的时候，加拿大卡尔加里市的碳工程公司已经在全力研究一种能从大气层中吸收二氧化碳的神奇机器。全球变暖的主要原因是人类现代工业和运输系统排放出了大量的二氧化碳气体，形成了温室效应。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，将空气中的二氧化碳以固体碳酸盐的形式沉淀下来。2011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小时的实验里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2012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。每台“二氧化碳吸收机”有望每年从大气层中移除100万吨的二氧化碳。由于人类文明每年要向地球大气层中排放300亿吨的二氧化碳气体，所以理论上需要3万台“二氧化碳吸收机”同时工作，才能彻底抵消人类文明对地球气候造成的不利影响。

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，从理论上来说，在超导体电线圆环内的感应电流将会永远循环下去，所以超导体可以用来制造没有任何电力损失的电网电缆和电池，以及其他各种超级节能设备。如果用超导体材料制作超导电线和超导变压器，将可以把电力几乎毫无损耗地输送给用户，而用目前的铜、铝导线输电，每年至少有15％的电能会损耗在线路上。然而，开发超导体的唯一问题是，所有现今已知的超导体都只能在低于-163℃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。悉尼大学的研究人员迈克尔·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’这三种基本力以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膨胀的事实。因此，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，尽管我们不能预先知道它会带来哪些应用革命。

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形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，包括美国加利福尼亚洲理工学院巴里·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50千米的直线加速器。建造这个直线加速器将耗资lOO亿美元，但如果通过它的实验真能发现和创造一套完美的粒子物理学理论，那么所有这些费用都是完全值得的。

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有超过2600万人正在饱受老年痴呆症的折磨，到2050年，全球老年痴呆症患者的人数将会至少翻倍。老年痴呆症的症状是记忆和认知功能丧失，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。

关键问题在于，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，因为人类是目前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利福尼亚洲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。科学家希望通过这一实验找出一些老年痴呆症形成的重要线索，从而找出根治老年痴呆症的方法。

剑桥大学研究人员里克·利弗赛称，一些实验药物在未来3年～5年内就可能在患者身上进行测试。一旦科学家发明克服老年痴呆症的良药，将会成为全球数千万老年人的福音。

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，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，是否存在着外星生命。

尽管天文学家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。卡什教授说：“通过‘遮星’的帮助，天文望远镜将可以告诉我们那些天外行星是否具有大气层以及它的重要成分，它甚至可能会探测出大气层中的水蒸气，从而预示这些行星上是否存在海洋。即使当我们知道宇宙中只存在一些最简单的微生物，也将彻底改变我们对夜空的看法。”

能直入地球轨道的超级火箭引擎

从地球表面飞人地球轨道是一项巨大的挑战，它意味着需要将发射速度加速到音速的25倍。在过去，太空船飞人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，不但相当危险，并且代价相当高昂。

不过，英国牛津反应引擎公司目前正在研制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，并且无须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”，是一种强效的吸气式火箭引擎。“马刀”能从空气中吸取它需要的氧气，当它刚刚飞离地面时，将先使用一种新颖的冷却系统将吸入的空气从1000℃降至-140℃，然后通过压缩方法增加氧气的密度，供火箭燃料燃烧使用。当“斯凯伦”太空船抵达28千米的高空时，液态氧系统才会接管后面的火箭燃料燃烧工作。

由于减少了液态氧的携带，太空船发射时的重量会大大降低。英国牛津反应引擎公司的设计者相信，使用“马刀”的太空船可以将15吨重的载荷一次性送入地球轨道。该公司的科学家希望，到2020年年初，这种无人太空船就可以正式投入使用，引发航天界的革命。

改善麦子的光合作用效率

要喂饱全球70亿人口的嘴巴，已经需要像南美洲面积那样大的农业耕地，而到2050年，全世界人口还有望再增加26亿，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”的研究人员相信，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。该计划目前仍在寻求资金赞助，不过科学家已经在墨西哥索诺拉沙漠中的研究基地展开了一些实验。一旦这项实验取得成功，未来的地球显然将会更少受到饥荒问题的困扰。

发明安全清洁的受控“核聚变”能源

1956年，英国在坎布里亚的卡德豪尔地区建造了全世界第一座核电站，核能源从此被视为人类未来丰富的能量来源。然而从那以后，在美国宾夕法尼亚洲三英里岛、苏联切尔诺贝利核电站和日本福岛核电站相继发生的核泄漏事故，已经屡屡向世人敲响警钟，证明核裂变能源具有太大的危险性。不过，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，将一劳永逸地解决人类几千年的能源问题，同时不会带来任何核污染。

“国际高热原子核实验反应堆”研究的是核聚变能源，它主要是由氘和氚原子在一定条件下发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核。同时释放出巨大的能量。核聚变既没有链式反应，也不会产生任何长期的放射性废料，同时自然界中存在大量的核聚变燃料(氘和氚)。

事实上，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。在这种环境下，带正电的氘核和氚核才得以克服静电斥力互相碰撞。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修改DNA的机器。这台“DNA编辑机”有点类似电脑文字处理系统中“剪切和粘贴”的工具，不过它处理的不是电脑文字，而是DNA基因。“DNA编辑机”的诞生，意味着医生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”。

“DNA编辑机”的主要功能是，当生物细胞自然地进行自我复制时，该机器能够“劫持”DNA的自我复制程序，将一些“密码子”转换成新的合成DNA的“密码子”。一个密码子由三个相邻的核苷酸编成一组，每个密码子代表某种类型的氨基酸，当这些氨基酸序列组合在一起时，就会形成一个蛋白质分子，并在细胞中履行某种特殊功能。

哈佛大学的乔治·丘奇希望能用这一技术来修改人类的细胞DNA，他相信该技术将会给人类带来巨大的益处。请想象一下，如果可以用该技术移除那些能引发唐氏综合征或亨汀顿病等遗传疾病的基因，或者可以通过该技术设置一道“基因防火墙”来保护你的身体细胞，使它们对各种病毒免疫，那么可想而知，该技术将会对人类的发展和进化带来怎样巨大的影响和冲撞。

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