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据 中 国 消 息， 当 美 国 《科 学》 杂 志 评 选 出 一 年 一 度 的 "十 大 突 破"时，中 国 颇 有 民 间 声 望 的 《南 方 周 末 报》 特 邀 十 位 中 国 科 学 家 予 以 评 述 -- 透 视 2001 十 大 科 学 突 破
纳 米 计 算 电 路 初 展 魔 力
对 于 美 国 《科 学》 杂 志 一 年 一 度 评 选 出 的 "十 大 科 学 突 破"， 有 人 将 其 称 为 "科 学 奥 斯 卡" 奖。 2001 年 度 "科 学 奥 斯 卡" 的 最 佳 主 角 是 纳 米 计 算 电 路。 在 这 个 领 域 中， 科 学 家 们 正 在 演 绎 着 一 个 逼 近 神 奇 的 微 型 计 算 机 -- "分 子 计 算 机" 梦 想 的 故 事。
当 人 类 刚 刚 进 入 计 算 机 时 代， 计 算 机 不 过 是 些 重 如 大 象、 慢 如 蜗 牛 的 家 伙， 然 而 早 在 那 时， 科 学 家 们 就 已 经 为 美 好 的 未 来 浮 想 联 翩 了。 1974 年， 美 国 IBM 公 司 两 位 研 究 人 员 就 提 出 利 用 单 个 分 子 制 作 元 器 件， 然 后 组 成 极 微 小 和 极 快 速 的 "分 子 计 算 机"。 但 是 多 年 来， 由 于 受 到 技 术 的 限 制， 这 种 设 想 只 能 是 "空 中 楼 阁"。
2001 年， 科 学 家 们 不 懈 的 努 力 开 始 得 到 回 报。 来 自 美 国 哈 佛 大 学、 朗 讯 公 司 贝 尔 实 验 室、 IBM 公 司、 荷 兰 Delft 大 学 等 研 究 单 位 的 科 学 家 们， 将 一 些 纳 米 级 (一 纳 米 等 于 一 米 的 十 亿 分 之 一) 的 电 子 器 件 连 接 成 可 以 工 作 的 电 路。 《科 学》 杂 志 认 为， 这 一 突 破 有 可 能 为 未 来 诞 生 极 微 小 和 极 快 速 的 分 子 计 算 机 铺 平 道 路， "成 为 今 后 几 十 年 科 技 突 破 的 一 大 动 力"。 纳 米 电 路 还 可 能 被 应 用 到 各 种 各 样 的 复 杂 仪 器 中， 例 如 制 造 出 "钻" 进 人 体 内 诊 断 疾 病 的 微 型 仪 器。
评 述 (复 旦 大 学 纳 米 技 术 发 展 中 心 华 中 一 教 授) ： 科 学 家 们 在 考 虑 分 子 电 子 器 件 制 作 的 同 时， 还 提 出 了 一 些 可 能 的 组 装 方 法， 以 便 最 终 实 现 拼 接 纳 米 计 算 机 结 构 的 目 标。 但 是， 严 格 说 来， 这 些 还 只 是 初 步 的 尝 试， 还 只 是 "分 子 尺 寸 的 器 件"， 而 不 是 "单 分 子 器 件" (目 前， 中 国、 美 国、 日 本、 印 度 等 国 都 在 开 展 "单 分 子 器 件" 的 研 究)。 实 际 上， 纳 米 电 子 学 (包 括 分 子 电 子 学 在 内) 的 主 要 困 难 恐 怕 还 在 于 同 外 部 世 界 的 连 接。 即 使 有 了 比 较 可 行 的 器 件 方 案， 如 何 快 速 组 装、 廉 价 和 达 到 分 子 级 精 度， 都 是 大 问 题。 所 以， 分 子 计 算 机 的 实 现 还 不 是 短 期 的 事 情。 有 人 说 过 ： "纳 米 电 子 学 是 物 理 学 家 的 梦 想， 同 时 又 是 工 程 师 的 梦 魇"。 要 早 日 摆 脱 那 些 梦 魇 而 实 现 梦 想， 尚 需 大 家 不 断 努 力。
除 了 纳 米 电 子 学 领 域 取 得 的 突 破 外， 2001 年 12 月 21 日 出 版 的 《科 学》 杂 志 同 时 公 布 了 2001 年 度 另 外 9 项 科 学 突 破 (排 名 不 分 先 后)。
基 因 组 测 序 成 果 丰 硕
今 年 2 月， 人 类 基 因 组 草 图 的 公 布 成 为 世 界 各 大 媒 体 纷 纷 报 道 的 头 条 新 闻。 目 前， 已 经 有 60 多 种 生 物 的 基 因 组 序 列 被 测 定。
评 述 (中 科 院 遗 传 与 发 育 生 物 学 所 薛 勇 彪 研 究 员) ： 测 出 这 些 序 列 只 能 说 是 "万 里 长 征 第 一 步"， 要 了 解 基 因 的 功 能， 不 仅 需 要 精 确 的 基 因 组 序 列， 更 需 要 各 个 学 科 的 科 学 家 们 共 同 参 与。 我 国 虽 然 具 备 测 定 基 因 组 序 列 的 能 力， 但 我 们 的 研 究， 尤 其 在 基 因 组 功 能 研 究 领 域， 还 明 显 落 后 于 美 国 等 西 方 国 家。
抗 癌 新 药 物 出 现
美 国 食 品 和 药 物 管 理 局 (FDA) 批 准 诺 华 公 司 治 疗 一 种 慢 性 白 血 病 的 新 药 "格 列 卫" (Gleevec) 上 市。 这 是 世 界 上 第 一 个 在 了 解 癌 症 病 因 后 合 理 设 计 开 发 出 的 口 服 抗 肿 瘤 药 物， 它 为 未 来 的 癌 症 治 疗 提 供 了 一 种 模 式， 即 只 攻 击 疾 病 的 根 源， 而 不 伤 害 健 康 的 细 胞。
评 述 (中 科 院 副 院 长 陈 竺 院 士) ： 我 喜 欢 用 "有 的 放 矢" 来 描 述 药 物 开 发 ： 药 物 在 体 内 都 有 作 用 靶 点， 即 致 病 基 因 编 码 的 蛋 白 质， 靶 点 相 当 于 "的"， 药 物 相 当 于 "矢"。 我 相 信， 在 基 因 组 时 代， 像 格 列 卫 这 样 的 好 药 会 大 量 出 现。
RNA 地 位 上 升
2001 年， 一 场 "核 酸 风 波" 使 得 许 多 中 国 百 姓 知 道 所 谓 "核 酸 营 养" 并 无 科 学 依 据， 同 时 也 开 始 了 解 核 酸。 而 科 学 家 们 对 RNA(核 糖 核 酸) 的 了 解 更 是 在 不 断 深 入。 长 期 以 来， RNA 被 认 为 在 细 胞 中 只 传 递 信 息 和 氨 基 酸， 但 最 近 因 其 多 功 能 而 颇 受 瞩 目。 例 如， 1995 年 中 国 留 美 研 究 生 郭 苏 及 其 导 师 研 究 表 明， 小 分 子 RNA 能 够 关 闭 一 种 线 虫 中 的 基 因， 与 植 物 中 已 知 的 "基 因 沉 默" 相 似， 科 学 家 随 即 认 识 到 基 因 功 能 研 究 将 因 这 种 "RNA 干 扰" 而 得 益， 对 RNA 的 兴 趣 飙 升。 2001 年， 科 学 家 又 发 现 "RNA 干 扰" 也 能 在 鼠 和 人 的 细 胞 中 阻 遏 基 因 的 活 力。
评 述 (中 科 院 生 化 与 细 胞 生 物 学 所 王 恩 多 研 究 员) ： RNA 在 生 物 体 的 作 用 大 大 超 过 人 们 的 意 料。 早 先 的 研 究 已 表 明， RNA 主 要 参 与 蛋 白 质 的 生 物 合 成， 而 最 近 的 研 究 又 表 明， RNA 有 越 来 越 多 的 生 物 功 能， 例 如 调 节 基 因 的 表 达 和 某 些 酶 的 活 性 等。
了 解 神 经 信 号 传 递 机 制
科 学 家 们 进 一 步 认 识 了 神 经 纤 维 导 向 的 分 子 机 理。
评 述 (中 科 院 神 经 科 学 所 客 座 研 究 员 饶 毅) ： 神 经 系 统 中 有 电 线 一 样 的 结 构， 称 为 神 经 纤 维。 脑 中 有 许 多 神 经 细 胞， 一 个 细 胞 的 神 经 纤 维 如 何 选 择 连 接 到 那 么 多 细 胞 中 哪 一 个 上 去 呢 ？ 这 涉 及 到 一 个 重 要 问 题 ： 神 经 纤 维 的 导 向 机 理。 神 经 纤 维 导 向 错 误 也 可 以 说 成 是 中 国 俗 话 "搭 错 了 神 经" 的 发 育 基 础。 过 去 10 年 来 科 学 家 们 对 神 经 纤 维 导 向 的 分 子 机 理 有 较 多 的 理 解， 今 年 更 是 在 《科 学》、 《细 胞》、 《自 然》 等 刊 物 发 表 了 一 系 列 重 要 论 文。 对 神 经 纤 维 导 向 的 研 究 不 仅 有 助 于 了 解 基 础 原 理， 而 且 可 以 提 示 人 们 如 何 使 断 了 的 神 经 纤 维 再 生， 具 有 治 疗 意 义。
揭 示 中 微 子 失 踪 之 谜
在 位 于 加 拿 大 安 大 略 省 地 下 2000 米 处、 体 积 相 当 于 一 座 10 层 大 楼 的 一 个 镍 矿 中 建 造 的 "萨 德 伯 里 中 微 子 观 测 站" (SNO)， 揭 开 了 科 学 家 们 心 中 的 一 个 谜 团。 中 微 子 是 一 种 不 带 电、 质 量 极 小、 穿 透 力 极 强 的 基 本 粒 子， 它 有 三 种 类 型， 分 别 是 电 子 中 微 子、 μ (缪) 子 中 微 子 和 τ (涛) 子 中 微 子。 太 阳 的 热 核 反 应 会 释 放 出 大 量 的 电 子 中 微 子。
30 多 年 前， 科 学 家 计 算 出 从 太 阳 流 失 的 中 微 子 数 量， 比 实 际 探 测 到 的 数 量 少， 即 太 阳 中 微 子 失 踪 之 谜。 2001 年， SNO 的 观 测 结 果 终 于 证 实 了 早 先 一 些 实 验 得 出 的 假 设 ： 中 微 子 事 实 上 没 有 失 踪， 只 是 在 离 开 太 阳 后 转 化 成 μ 子 和 τ 子， 躲 过 了 此 前 的 探 测， 这 间 接 证 明 中 微 子 具 有 质 量。
评 述 (中 科 院 高 能 物 理 所 王 贻 芳 研 究 员) ： 由 美 国、 加 拿 大 等 国 合 作 的 SNO 实 验， 经 过 10 多 年 的 准 备， 取 得 了 极 为 重 要 的 结 果。 2002 年， 由 日 本、 美 国、 中 国 合 作 的 KamLAND 实 验， 将 对 太 阳 中 微 子 问 题 给 出 一 个 更 为 精 确 的 回 答。 中 微 子 与 物 质 的 相 互 作 用 微 乎 其 微， 可 以 毫 不 费 力 地 穿 过 地 球， 似 乎 无 法 想 象 它 的 应 用。 以 前 曾 有 人 提 出 中 微 子 通 讯， 但 最 近 几 年 人 们 提 出 了 一 些 新 的 想 法， 例 如 用 很 强 的 中 微 子 束 流 穿 过 地 球， 以 测 量 地 心 的 密 度 甚 至 化 学 成 分。 再 有， 我 在 美 国 时 曾 与 人 合 作， 提 出 用 中 微 子 探 测 器 监 视 反 应 堆 的 运 行， 以 防 有 人 窃 取 堆 芯 燃 料 制 作 核 武 器。 这 项 研 究 正 在 申 请 美 国 专 利， 它 也 是 已 知 的 有 关 中 微 子 的 第 一 个 实 际 应 用。
超 导 温 度 推 向 新 高
科 学 家 们 距 离 室 温、 零 电 阻 的 超 导 材 料 的 目 标 又 近 了 一 步。 日 本 科 学 家 发 现 二 硼 化 镁 在 零 下 234 摄 氏 度 成 为 超 导 材 料， 超 过 此 前 金 属 化 合 物 创 下 的 超 导 温 度。 另 外， 美 国 科 学 家 将 有 机 分 子 掺 入 一 种 碳 60 晶 体 中， 使 后 者 的 超 导 临 界 温 度 从 零 下 221 摄 氏 度 上 升 到 零 下 156 摄 氏 度。
评 述 (中 科 院 物 理 所 赵 柏 儒 研 究 员) ： 铜 酸 盐 高 温 超 导 体 发 现 15 年 来， 各 种 新 材 料 和 新 方 法 的 探 索 已 使 超 导 转 变 温 度 的 记 录 不 断 刷 新， 我 国 科 学 家 也 为 之 作 出 了 贡 献。 但 我 们 既 不 能 简 单 地 认 为 室 温 超 导 已 离 我 们 不 远 而 过 于 乐 观， 也 不 要 因 实 现 室 温 超 导 不 易 而 产 生 急 躁 情 绪。 随 着 知 识 的 积 累 和 技 术 的 进 步， 我 们 完 全 可 以 面 对 如 下 事 实 ： 超 导 在 通 讯、 测 量、 计 算 等 军 民 用 高 新 技 术 领 域 的 应 用 并 不 一 定 要 等 到 室 温 超 导 才 能 实 现； 室 温 超 导 的 目 标 也 会 逐 步 向 我 们 靠 近。
玻 色 - 爱 因 斯 坦 凝 聚 取 得 进 展
2001 年 度 的 诺 贝 尔 物 理 学 奖 授 予 了 三 位 科 学 家。 按 照 玻 色 和 爱 因 斯 坦 70 多 年 前 的 预 言， 如 果 将 某 些 原 子 气 体 冷 却 到 非 常 低 的 温 度， 那 么 所 有 原 子 会 突 然 在 最 低 能 态 凝 聚， 形 成 一 种 新 的 物 质 状 态， 即 "玻 色 - 爱 因 斯 坦 凝 聚"。 三 位 获 奖 科 学 家 在 1995 年 分 别 实 现 了 铷 原 子 和 钠 原 子 的 玻 色 - 爱 因 斯 坦 凝 聚。 2001 年， 这 一 领 域 又 有 好 消 息 ： 科 学 家 们 实 现 了 氦、 锂、 钾 原 子 的 玻 色 - 爱 因 斯 坦 凝 聚。
评 述 (中 科 院 上 海 光 机 所 王 育 竹 院 士) ： 玻 色 - 爱 因 斯 坦 凝 聚 的 进 展 将 为 科 学 研 究 和 高 技 术 应 用 打 开 了 一 扇 新 的 大 门。 目 前， 国 内 有 不 少 单 位 开 展 这 方 面 的 研 究， 在 国 际 一 流 刊 物 上 发 表 了 不 少 有 影 响 的 论 文， 但 我 国 总 体 水 平 与 国 际 水 平 有 相 当 的 差 距， 在 实 验 室 中 实 现 玻 色 - 爱 因 斯 坦 凝 聚 也 仍 然 是 一 个 挑 战。
揭 示 二 氧 化 碳 失 汇 之 谜
20 多 年 来， 人 类 活 动 释 放 的 一 部 分 温 室 气 体 CO2 去 向 不 明， 被 科 技 界 称 作 "CO2 失 汇 之 谜"。 近 来 的 研 究 表 明， 北 半 球 中 高 纬 度 的 陆 地 生 态 系 统 是 一 个 巨 大 的 "碳 汇"， 固 定 了 大 部 分 全 球 碳 循 环 中 去 向 不 明 的 CO2， 持 续 20 余 年 的 失 汇 之 谜 有 了 答 案。 2001 年， 美 国 两 个 原 本 意 见 相 左 的 科 研 小 组 达 成 一 致 ： 美 国 的 碳 汇 吸 收 了 该 国 当 前 温 室 气 体 排 放 量 的 约 三 分 之 一。
评 述 (北 京 大 学 城 环 系 方 精 云 教 授) ： 碳 汇 问 题 存 在 相 当 大 的 不 确 定 性， 很 难 说 某 一 国 家 对 碳 汇 的 具 体 贡 献 有 多 大。 即 便 在 美 国， 不 同 研 究 所 得 出 的 结 论 差 异 可 达 5 - 6 倍 以 上。 北 京 大 学 的 研 究 小 组 为 探 索 CO2 失 汇 之 谜 作 出 了 贡 献， 但 总 的 来 说， 中 国 的 相 关 研 究 十 分 薄 弱， 这 对 将 来 参 加 有 关 国 际 谈 判 也 十 分 不 利。 最 近 国 内 有 关 部 门 加 大 了 投 入， 如 中 科 院 已 投 入 数 千 万 元 人 民 币， 教 育 部 也 准 备 组 织 高 校 开 展 攻 关。
全 球 变 暖 意 见 趋 于 一 致
2001 年 1 月， 由 联 合 国 资 助 的 政 府 间 气 候 变 化 委 员 会 (IPCC) 发 表 了 第 三 个 报 告， 报 告 认 为， "过 去 50 年 中 的 全 球 变 暖 现 象， 很 可 能 是 由 大 气 中 的 温 室 气 体 增 加 造 成 的"， 并 确 认 人 类 活 动 是 全 球 变 暖 的 主 要 因 素。
评 述 (中 科 院 大 气 物 理 所 陆 日 宇 研 究 员) ： 全 球 变 暖 研 究 入 选 年 度 十 大 突 破， 这 充 分 表 明 科 学 界 在 这 个 问 题 上 的 意 见 已 经 趋 于 一 致。 在 政 治 家 们 摇 摆 不 定 时， 科 学 界 坚 定 的 态 度 是 十 分 重 要 的。 IPCC 并 没 有 危 言 耸 听， 其 长 达 11 年 的 努 力 毕 竟 收 到 了 一 定 的 效 果。 全 球 变 暖 的 确 应 该 引 起 有 识 之 士、 尤 其 是 发 达 国 家 政 府 首 脑 的 高 度 重 视。 对 中 国 而 言， 开 展 全 球 变 暖 研 究 可 以 使 我 们 心 中 有 数， 早 做 准 备， 并 使 我 们 在 国 际 谈 判 中 处 于 主 动 地 位。
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