第3章 科学(2)

《机械战警》告诉我们，再好的机械零件也没有原装的人体用着舒坦。科学家曾预测，从人体尿液中获得的干细胞可用于生成脱落的牙齿。2013年8月，中国科学院的科学家在老鼠体内成功建立起类似牙齿的结构。老鼠类牙齿结构是首次使用尿液获取干细胞培育的器官组织。研究显示，人类尿液中废弃的细胞可作为多功能干细胞。之后它们可以形成许多不同类型的细胞，其中包括：神经细胞和心肌细胞。相信在未来的某一天，通过生物工程制造的牙胚将会植入牙齿脱落的人类患者的口腔。

2013年6月，俄罗斯企业家伊斯科夫在纽约举行的“全球未来2045”国际会议上发布了一个机器人头颅，以伊斯科夫本人为模型。他的目标是将人类意识转移到机器人身上，通过机器人化身实现永生，或者至少将摆脱人类躯体的限制。

人类的记忆能够像计算机数据一样上传和存储吗？科学家指出，虽然目前无法实现，但未来几十年内我们将能以这种方法存储记忆，并且能够恢复记忆。神经系统科学的新发现加上计算机科学和人工智能的最新突破，促进计算机技术和人类大脑能够完美结合在一起。南加州大学的特德·博格和维克·森林大学的山姆·戴德怀勒进行了一项实验，通过电子信号刺激某一部分海马体，能够真实地在老鼠大脑中植入记忆；他们声称还能停止海马体的工作能力，阻止大脑记忆的作用，之后采用电子信号刺激大脑某一区域形成新的记忆。未来这套操作也将适用于人类。

要复制并上传一整套大脑记忆，读取记忆是第一步。2013年，加州大学伯克利分校的科研人员想出了可实时观察人脑运动的方法——“神经尘埃”。他们朝大脑皮层喷射只有尘埃粒子大小的微型电子传感器，然后通过超声波为这些神经尘埃供电并进行远程控制。每个神经尘埃都安装了CMOS电路，专门负责检测附近神经的电活动。现在，他们要打造一种直径只有100微米、可在人体内嘈杂而又温暖的环境中发送和接收信号的粒子。另外，他们还需要将这种传感器连接到一个压电系统上，这样它才能把超声波转变成电子信号。

与此同时，欧洲一百三十多家研究机构联合瑞士洛桑联邦理工学院推出了“人脑项目”，要利用一台超级计算机模拟人脑，以协助完成各类疾病的治疗工作以及创建全新的计算机技术。如果一切顺利，2016年将诞生有史以来最为精确的模拟人脑。

这种对大脑的模拟与再现是否令你想起刘慈欣的《中国，2185》？至少，未来的仿生人不会只梦见电子羊了。

地球停转之日

在能源危机的压力下，用不着外星人入侵，地球工业文明可能就先“停转”了。为了推迟这一天的到来，各国都想了不少办法。

2013年3月，日本政府宣布已成功从位于海底274米处的可燃冰中提取出甲烷气体。这是全球首次通过在海底分解含有大量天然气成分的可燃冰取得天然气的案例。可燃冰是由甲烷气体和水分子在高压低温条件下形成的笼状结晶，如果将二者分离，就能获得天然气。通常情况下，它存在于大陆架海底地层以及地球两极的永久冻土带。石油公司希望在五年之内实现可燃冰的商业化开采。对于资源匮乏的日本来说，可燃冰开采成功自然是一个好消息。不过也有环保主义者认为，可燃冰的释放将会加剧甲烷等温室气体排放。

对于某些地方来说，要开采普通化石能源，得先用核能打前站。俄罗斯国营能源企业“俄罗斯国家原子能公司”计划打造一艘名为“罗蒙诺索夫”的发电船，上面搭载两座小型核反应堆，可以产生70兆瓦的电力，足以满足一座二十万人口城市的用电、供热以及海水淡化等电力需求。该公司打算在2016年完成相关建造工作，并将其作为一种初步的尝试，为未来设计制造一种可移动的、基于船舶运行的小型新型核反应堆并打开国际出口市场打下基础。发展这样一种模块化、可移动的核电站技术，最大的推动力还是在于俄罗斯需要在遥远荒芜的北极地区开采石油和天然气。随着全球变暖，北冰洋的海冰正不断消融，这让通往北极的航行变得相对更加容易。北冰洋拥有全球超过30%未被发现的天然气，这些储量中大约有60%位于俄罗斯控制的海域，全球十个最大型的天然气田中有四个位于这里。而开采这些自然资源，首先得有电。

与下面的技术相比，以上都是权宜之计。中国的“人造太阳”在2013年取得新突破。中科院等离子体研究所的“东方超环”是世界上第一个全超导非圆截面核聚变实验装置，集中了超高温、超低温、超大电流、超强磁场和超高真空五个极限状态。它创造了使2000万摄氏度的等离子体持续400秒的世界纪录，这是当前国际核聚变反应最好的成绩。要让核聚变为人所用，就要把氘、氚的等离子体瞬间加热到1亿摄氏度，并至少持续1000秒，才能形成持续反应。这正是“东方超环”的使命。如要发出与100万吨煤电等同的电力，核裂变需要5吨铀，核聚变只要100公斤的重水。取自于海水的氘和氚不仅成本低，资源丰富，而且没有任何辐射，是安全和清洁的未来能源。国际专家评价道：“东方超环必将对国际热核聚变实验堆计划及下一代聚变装置产生更多世界级的、独一无二的贡献。”

微观世界之神

美国“幻想派”科幻作家西奥多·斯特金曾写过一个短篇《微观世界之神》，为他赢得了初步的声名。2013年的地球人，也在微观世界为自己赢得话语权。

这一年，希格斯玻色子的预言者获颁诺贝尔物理学奖。物理学界认为，物体具有质量之谜已经破解。若没有希格斯粒子赋予质量，其他基本粒子会以光速运行，宇宙将是一锅沸腾的基本粒子汤，不能组成物质，生命更无从谈起。

既然宇宙出现了生命，诞生了智慧，就有了破解宇宙奥秘的动力和能力。希格斯玻色子的研究成果诞生于1964年。中国首个诺贝尔奖级别的成果可能出现在2013年。4月份，清华大学物理系和中科院物理研究所的联合实验团队取得重大突破，在磁性掺杂的拓扑绝缘体薄膜中，从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。诺奖得主杨振宁认为，99%在前沿物理学做研究的人都会同意这是一个诺贝尔奖级的成果。历史上，霍尔效应与诺贝尔奖有不解之缘。1980年，德国科学家冯·克利青发现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。在过去四年间，薛其坤和他的团队测试了一千多个样本，克服重重障碍，才在极其严格的实验要求下完成了这一实验。这项研究成果的长远意义在于可推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展，可能加速推进信息技术革命进程。

11月，量子世界又传喜讯：物理学家打破了量子记忆世界纪录。脆弱的量子记忆态在室温下维持了创纪录的39分钟。量子计算机研究的一大障碍被克服了。普通计算机的比特只能为1或0，量子计算机的量子比特则能同时处于1和0的叠加态，因此能同时执行多次计算。但量子比特并不稳定，通常不到一秒就会“忘记”它的状态。此前，室温下最长的记忆状态维持时间是25秒，最新的实验是其近100倍。实验中，研究人员将信息编码进磷原子核中，将其冷却到-269°C，放入磁场，然后用另一个磁场脉冲倾斜核的自旋方向，创造出叠加态，最后将系统温度提升到室温25°C，维持了叠加态39分钟。

尽管有上面这些激动人心的发现，人类距成为“微观世界之神”可能还有几光年之遥。拿希格斯粒子来说，它虽与标准模型中预言的粒子性质相吻合，但标准模型本身也并不完整：它没有包括引力，也没有将被认为占据整个宇宙物质总量约98%的暗物质成分考虑进去。实用化的量子计算机更是前路遥遥。但与宇宙相比，人类这个物种具有年轻的优势，时间足够我们去发现。

【责任编辑：杨枫】