作者:刘霞 来源:科技日报 发布时间:2020/1/3 13:16:47
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未来十年有望改变世界的五大发现

 

浮云一别后,流水十年间!21世纪第二个十年已悄然离开。过去十年,不少革命性突破和发现给人类生活和认知带来重大变革:希格斯玻色子填补了“标准模型”最后一块拼图,深化了人类对物质本质的理解;引力波的出现让人类拥有了洞悉宇宙奥秘的全新方式;CRISPR则让人类新添一把对抗疾病的利器,等等。

时代的车轮滚滚向前,2020年代的高速列车已启程,会有哪些重大发现在前方等待我们呢?美国趣味科学网站在近日的报道中,给我们提供了一些答案。

通用流感疫苗

几十年来,无数科学家孜孜以求,希望研制出“通用流感疫苗”。随着技术不断进步,未来10年内,这项真正的医学突破有望“梦想照进现实”。

美国约翰霍普金斯大学健康安全中心传染病专家阿梅什·阿达利亚博士说:“科学家正采用不同方法研制通用流感疫苗,初步实验结果令人振奋。”

从理论上来说,通用流感疫苗能为人们提供长期保护,更重要的是,无需每年接种流感疫苗。通用流感疫苗这一特性使其不仅能抵御不断变化的季节性流感病毒,也能抵御将来可能出现的大流行性流感病毒。如研制成功,不啻为人类的一个巨大福祉。 

流感病毒的某些部分每年都变,其他部分则长年不变,目前所有研制通用流感疫苗的方法都针对病毒变异较小的部分。

2019年4月,美国国家过敏和传染病研究所(NIAID)启动了首个通用流感疫苗人体试验。这一免疫方法旨在诱导对流感病毒变异较小部分(血凝素,能帮助流感病毒进入人体细胞)的免疫反应。这项一期研究将主要针对实验疫苗的安全性,以及参与者的免疫反应,研究结果将于2020年年初发布。 

而以色列BiondVax公司研制的另一种通用流感疫苗目前正进行临床三期试验,结果如显示有效,意味着这种疫苗可抵抗所有流感病毒。据《科学家》杂志报道,该候选疫苗包含9种来自不同流感病毒(这些病毒菌株间差异很小)的蛋白。BiondVax公司称,此研究迄今已招募12000多人,结果预计将在2020年底揭晓。

更大更好的“迷你大脑”

过去十年,科学家已成功利用人类干细胞培育出“迷你大脑”(所谓的“类器官”),

但宾夕法尼亚大学神经科学教授宋红军说,迄今为止,类脑器官只能发育成类似胎儿早期阶段大脑的小块。不过未来十年,这一情况将发生变化。“届时,我们不仅可以建模细胞类型的多样性,还可以建模大脑的细胞结构。” 

成熟神经元在大脑内层层叠叠、纵横交错,但目前的类器官内都是无法形成复杂连接的未成熟细胞。宋红军表示,未来十年内有望克服这一挑战。有大脑微型模型加持,科学家能推断神经发育疾病如何逐步恶化;神经退行性疾病如何让大脑组织分崩离析;以及不同人的大脑对不同疗法如何反应等。 

宋红军补充说,未来有一天(尽管可能并非10年内),科学家甚至能培育出神经组织的“功能单元”,来替换大脑的受损区域。尽管这项研究此时还处于高度理论化阶段,“但我认为在未来十年内,我们会知道这条路是否行得通”。

向可再生能源系统转型

过去十年,海平面不断上升、极端气候频频来袭,令人深刻认识到,我们栖息的美丽星球多么脆弱。未来十年,我们该如何保护地球呢?  

宾夕法尼亚州州立大学著名气象学教授迈克尔·曼说:“我认为,我们将在应对气候变化方面取得突破,但在此期间,我们需要能加速这一转变的政策,以及支持这些政策的政治家。”

伊利诺伊大学香槟分校大气科学教授唐纳德•伍布莱斯也表示,未来十年间,“能源和交通系统向可再生能源的转型将顺利进行,科学家也将开发出新方法和技术,使我们能更快成功转型。此外,恶劣天气或海平面上升带来的影响日益加剧,人们的关注也会与日俱增,因此,会更严肃看待气候变化问题。” 

伍布莱斯说,最近有证据表明,科学家可能低估了气候变化对本世纪及以后的影响,因此,人们对气候变化严阵以待是好事。而且,未来十年,对气候变化可能带来的影响,我们的了解会更多。

找到轴子

过去十年,物质世界微观领域最激动人心的发现非希格斯玻色子莫属,这一发现堪比人类首次登月。希格斯玻色子又被称为“上帝粒子”,其使命是赋予其他基本粒子质量。粒子物理学标准模型描述了构成物质的各种粒子,希格斯玻色子被认为是标准模型“皇冠上的明珠”。

发现希格斯玻色子的狂喜,并没有让物理学家停下探索的脚步,一些此前默默无闻的粒子逐渐走上物理学的舞台中央,其中最令人瞩目的当属轴子。 

诺贝尔物理学奖得主、麻省理工学院教授弗兰克·维尔切克说,未来十年,我们很有可能发现轴子。1978年,维尔切克首次提出轴子理论。他认为,轴子可能并非单个粒子,而是一类很少与普通物质相互作用的粒子。轴子的存在可以解释一个长期存在的未解之谜:为什么物理学定律对物质粒子和反物质粒子“一视同仁”,即使它们的空间坐标发生了翻转。 

此外,轴子也是暗物质的主要候选粒子之一,暗物质将星系束缚在一起,迄今仍不知其乡关何处。

维尔切克说:“发现轴子将是基础物理学领域的一项伟大成就。目前,全球各地有不少实验在‘抓捕’轴子,在未来五到十年内,我们很可能发现轴子。”这些实验包括“轴子暗物质实验”和位于欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜。

当然,维尔切克也表示,在粒子物理学领域还存在其他可能性:我们可能发现来自宇宙最早期的引力波;也有可能找到所谓的弱相互作用重粒子,它也是暗物质候选粒子。 

发现存在类地大气系外行星

1995年10月,米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹宣布发现首颗绕类日恒星旋转的系外行星,这一发现犹如哥伦布发现新大陆,大大拓展了人类视野。

这颗行星名为“飞马座51b”,公转周期为4.2个地球日,质量约为木星的一半。NASA称,这一发现永远改变了“我们看待宇宙和我们在宇宙中位置的方式”。迄今,天文学家已确认4104颗绕太阳系外恒星运行的系外行星。

麻省理工学院行星科学家兼天体物理学家萨拉·西格认为,未来十年,系外行星探索领域前景无限。她解释说:“詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射升空,这对天文学和系外行星科学未来十年的发展影响巨大。借助它,科学家将首次能在红外线中‘看见’系外行星,这意味着他们甚至可以发现绕距离很远恒星运行的微弱行星。” 

这一望远镜也将为了解这些系外世界的“性格特征”打开新窗口。西格解释说:“如果存在合适的岩石行星,我们将能探测到其上的水蒸气。存在水蒸气意味着存在液态水海洋,众所周知,液态水对生命不可或缺,所以,发现液态水至关重要。系外行星搜索领域的‘圣杯’是要找到一颗拥有与地球相似大气层的星球,即一颗能维持生命繁衍生息的星球。” 

西格也强调说,当然,在此过程中,我们会遭遇“成长的烦恼”!“詹姆斯·韦伯太空望远镜升空、其他超大地基望远镜即将投入使用,搜索系外行星的科学家也越来越多,正从以前的单兵或小分队作战模式转为上百人的集体作战模式。尽管还没有达到激光干涉引力波(LIGO)实验的千人团队规模,但组织工作已变得相当困难。”  

十年,不过是宇宙长河里的一粒微尘,却也可以在科学发展史上写下浓墨重彩的篇章,过去十年已经证明了这一点。雄关漫道真如铁,而今迈步从头越!历史总在重演,科技永远向前。我们有理由相信,未来十年也必将涌现出一些大发现,引领我们进入一个更加美丽的新世界。

 
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