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盘点2011：科技发展中的乐与忧

文/赵洋

空间

“上九天揽月，下五洋捉鳖”是前人对纵横空间的遐想。今天，月球和深海都已不再是禁区。仅就揽月而言，继“嫦娥1号”探月卫星在探月成功后牺牲自己进行撞月试验，“嫦娥2号”又另辟蹊径，在2011年6月份利用剩余的推进剂，从38万公里之外的月球飞往相距150万公里之遥的第二拉格朗日点，成为第一颗从绕月轨道飞向深空轨道的卫星。此举不但造就了中国飞行最远的航天器，也考验了地面上的深空探测网络，这个网络在今后的火星探测中要派上大用场。

在火星探测领域，2011年既有好消息，也有坏消息。坏消息是，俄罗斯的“火卫一-土壤样品返回”探测器变轨失败，成为苏联/俄罗斯自1960年以来火星探测的第19连败。这次失败导致搭载其上的中国首个火星探测器“萤火一号”也无法冲出近地轨道（这说明拥有自己的大推力火箭是何等重要）。也许，等到2015年“长征五号”火箭成功试射后，中国的火星探测才能真正开始。

关于火星的好消息是，美国新一代火星科学实验室——“好奇”号火星车于2011年11月26日发射升空，并顺利完成地火轨道转移。如果该火星车能在2012年平安登陆火星，将成为有史以来最大的火星探测器。

航天飞机退役不知该算好消息还是坏消息。说它坏，是因为美国暂时没有任何载人航天器可以将宇航员送往太空，除非搭俄罗斯“联盟TM”的顺风车；而且，全世界的航天发烧友短期内也失去了观看两千多吨的庞然大物徐徐升空的乐趣。说它好则是因为美国可以省下一大笔钱，用于国际空间站的运行和有更高可行性的“猎户座”飞船的研发。

在航天飞机退役之后，私营公司开发的运载火箭（如“猎鹰九号”）和载人飞船（如“龙”太空舱）将逐步承担向国际空间站运输人员和物资的任务。航天发射作为公共事业，也将像政府用车一样，完成从养车到租车的转变。太空不再是官方的禁囿，航天事业也不再是“举国之力”的代名词。更多的有钱人和商用飞行器有望进入太空，完成以往需要动用整个国家力量才能完成的壮举。

“天宫一号”与“神舟八号”交会对接成功，是中国航天在2011年取得的最大成就。辽阔的太空不应只有一座空间站，中国的空间站将为那些不愿或不能加入国际空间站计划的国家提供一个太空合作的选择。

与太空相比，人类对深海的了解恐怕更少。截至目前，全球已有几百人进入过300公里高的近地轨道，但曾潜入水下5公里的人却屈指可数。深海环境压力大、温度低、腐蚀性强，情况变化多端。海面以下7公里处的流体静压力达到700个大气压，而“神舟”飞船在太空工作时也仅承受1个大气压的负压力，可见载人深潜器上的每一个部件都需承受压力的巨大考验。“入海”的难度丝毫不亚于“上天”。

2011年7月26日，中国自行设计研制的“蛟龙”号深潜器在东北太平洋的试验场成功突破5000米的深水大关，成为目前世界上下潜最深的载人潜水器。“蛟龙”号设计的理论最大下潜深度为7000米，这意味着，它可以在占世界海洋面积99.8%的广阔海域自由行动。此次深潜持续时间创造了554分钟的国内新纪录，距离深潜发达国家的600分钟标准仅差46分钟，这标志着“蛟龙”号已经接近深潜器的实际应用水平。实验中积累的大量宝贵数据有助于中国向更深的海域“进军”。从此，深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测与捕获、深海生物考察等项目对中国来说都不在话下。

时间

根据相对论的说法，把空间与时间联系起来的是光速。相对论成立的前提是光速不变，任何物质在真空中的速度无法超过光速。因此，没有比发现超光速现象更令物理学家喜忧参半的了：喜的是，物理学将揭开崭新的一页；忧的是，这新一页不知该如何书写才能与上一页不发生冲突。

2011年9月22日，英国《自然》杂志网站报道，一些欧洲科学家在实验中发现，中微子运动速度超过了光速。如果实验结果经检验得以确认，爱因斯坦最具成就的理论将受到挑战。意大利格兰萨索国家实验室“奥佩拉”项目研究人员使用一套装置，接收730公里外欧洲核子研究中心发射的中微子束，发现中微子比光子提前60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）到达，相当于每秒钟比光多“跑”了6公里。

法国物理学家皮埃尔·比内特吕宣称这是一个“革命性”的发现，一旦获得证实，“广义相对论和狭义相对论都将打上问号”。这项实验中，中微子穿过了包括地壳在内的各类物质，但这只会使速度减缓，绝不会增加它们的速度。中微子是一种基本粒子，不带电，质量极小，几乎不与其他物质发生作用。太阳内部核反应会产生大量中微子，每秒钟通过我们眼睛视网膜的中微子数以十亿计。

这已不是爱因斯坦的光速理论第一次遭到挑战了。2007年，美国费米国家实验室研究人员就取得了类似的实验结果，不过他们对实验的精确性存疑。而“奥佩拉”项目发言人伊拉蒂塔托则对媒体说：“我们对实验结果非常有信心。”

这一项目使用一套复杂的电子和照相装置，重1800吨，位于格兰萨索国家实验室地下1400米深处。这套接收装置与欧洲核子研究中心之间的距离测定精度误差在20厘米以内，速度测量精度误差在10纳秒以内。过去两年中，他们共观测到超过1.6万次“超光速”现象。依据这些数据，他们认定超光速现象是存在的。

另外一些物理学家则对该结果心存疑虑。在天文尺度上，类似的超光速现象并未出现过：科学家曾研究过1987a超新星发出的中微子脉冲。如果最新观测结果适用于所有中微子，那么这颗超新星发出的中微子应比它发出的可见光提前数年到达地球。然而，观测显示，这些中微子仅早到数小时。这与“奥佩拉”项目观测结果不符。爱因斯坦的理论是否需要修正，还需更多的实验与观测来佐证。

物质

2011年物质科学的进步可用“轻”与“重”来概括。

11月，美国加利福尼亚大学欧文分校、休斯研究实验室及加州理工学院的研究人员在《科学》杂志上联合发表了一项研究成果，称他们发明了一种微晶格结构超轻固体材料，哪怕将其放在蒲公英上也不会压坏种子。这种材料被命名为“超轻金属微晶格”， 99.99%的成分是空气，其余为镍。这种材料的密度仅相当于聚苯乙烯的百分之一，具有极强的能量吸收特性。研究者在论文中将这种材料称为迄今地球上最轻的材料，在同行评议过程中，没有人对这项结论提出异议。

与之前最轻固体材料的世界纪录保持者——二氧化硅气凝胶相比，二氧化硅气凝胶的密度为1毫克/立方厘米，而新材料的密度仅为0.9毫克/立方厘米。如果把这种新材料抛向空中，它会像羽毛一样飘浮落下，从肩膀高度下落至地面的时间为十多秒。

参与研发的休斯研究实验室科学家威廉•卡特说：“以埃菲尔铁塔和金门大桥为例，凭借建筑结构，现代建筑的轻和稳固性都到了令人难以置信的程度。我们把这种理念带入纳米和微观层次，以此彻底改革轻质材料。”

最重的元素——116号元素在2011年正式获得官方认可，得以在元素周期表中占据一席之地。116号元素的寿命仅几毫秒，之后就会衰变为114号元素，并释放出α粒子。由国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）和国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）的科学家们组成的专门委员会经过为期三年的评估之后，终于接纳了这位新成员。

自1999年以来，有好几个研究小组陆续宣称自己已经成功制得116号元素。但委员会最后裁定有效的只有两个联合研究小组，它们互相协作并分别于2004年和2006年进行了一系列科学实验，且首次提供了有关116号元素存在的足以令人信服的科学依据。

由于已经制备的116号元素剂量微乎甚微，且转瞬即逝，以至科学家对其化学性质尚不了解。根据IUPAC元素系统命名法，116号元素被暂时命名为ununhexium，这个单词是由un（一）-un（一）-hex（六）-ium（元素）四个词根组合而成，表示“元素116号”。按照超铀元素的命名惯例，将来这个元素的正式名称很可能来自某位著名科学家的名字。116号元素的“最重”纪录也只是暂时的，科学家还在朝着制备超重并且能够稳定存在几十年以上的元素的原子迈进，在这个过程中，可能还会发现一些对人类有用的新的化学元素。

能源

2011年能源领域最大的坏消息莫过于日本大地震引发的福岛核事故。此后，不少国家都放缓了发展核电的步伐，甚至有欧洲国家宣称干脆“弃核”。用什么弥补“弃核”造成的能源空缺呢？太阳能是最佳选择，清洁无污染，碳排放为零。下面是2011年太阳能领域的一些好消息：

太阳能飞机

“阳光动力”号太阳能飞机的翼展只比波音747短1米，重量却仅相当于一辆小轿车。这架双座飞机由瑞士洛桑联邦高等工学院一组工程师研制，采用四台电动机驱动螺旋桨，由11600块太阳能电池供电，多余的电量储存起来，供夜晚使用。“阳光动力”号的续航时间超过24小时。目前，具备环球飞行能力的升级版正在研制之中。

地毯式太阳能板

标准的太阳能电池板是刚性的，需要以特定的倾角安装，这让它们的安置地受到很多限制。美国Ascent Solar公司研制的柔性太阳能板不仅可以像地毯一样展开、卷起，还能直接融入建筑材料。未来，楼房的楼顶和墙壁都有望布满太阳能电池板，哪怕楼房的外表面是曲面或异形面都没问题。届时，城市中林立的太阳能建筑不但能够自给自足，还能将多余的电力加载到电网上出售。

人造树叶

如果将地表一小时内获取的太阳能全部储存起来，便可满足全球一年的能源需求。可惜由于电能储备不易，只有极少量的太阳能可以储存起来。绿色植物的光合作用天然地解决了这个问题，叶片可以将太阳能转换成稳定的化学能。麻省理工学院教授丹尼尔·诺塞卡受此启发研制出一种人造树叶，能够将阳光转换成化学燃料。人造树叶是一种薄薄的太阳能电池，采用造价低廉的催化材料制成，在阳光照射时能够将水分解成氢和氧，进而为氢燃料电池提供燃料。如果人造树叶得到大范围推广，氢动力汽车将全面取代汽油车，加氢站周围将“种”满人造树木。

太空太阳能电站

还记得本刊2011年2月号上刊登的《现代普罗米修斯：从太空取电》吗？好消息是这个看似科幻的构想已经进入中国科技界和决策层的视野。2011年8月，由多名中科院和工程院院士参与的中国科学院学部咨询评议项目——《空间太阳能电站技术发展预测和对策研究》结题完成。专家们建议，国家发改委尽快启动太空电站的论证和顶层设计，以明确发展目标和指导思想，提出发展路线图和工程初始方案论证。建议指出，要在2030年进行并完成整个空间站的研制、在轨实验和验证工作，在2040年建成商业性的太阳能空间电站。

不乐观的消息是，我国每年发射的卫星质量加起来也才100吨左右。而一个百万千瓦的太阳能电站的质量则有上万吨。即便使用新型材料，质量降低到十分之一，也需要完成数千吨航天器部件的研制、发射、在轨组装和测试，这就要求在不远的未来，材料技术和火箭技术都要出现飞跃才行。

智慧

2011年对于人工智能来讲是成功的一年，对其他智慧而言则另当别论。

在2月举行的人机对抗赛中被超级电脑“沃森”击败后，第74届智力竞赛节目《Jeopardy! 》冠军肯·詹宁斯表示：“我，作为一个人类，欢迎我们的计算机新霸主。”这台超级计算机体积相当于10台冰箱，每秒运算80万亿次。

普通人接触A.I．的机会有限，所以苹果在iPhone 4S上推出了Siri。你可以请它帮你发送一条短信，或者问问它附近哪里有科幻书店，因为有网络作为依托，它会迅速告诉你答案。你只需要用声音提前向它发号施令，它还会提醒你回家途中别忘了在书报亭买当期杂志。Siri超越了过去的声音识别，它可以理解自然语言，不需要你使用关键词。当然了，它仍需要不断改进，比如，随机对话功能尚不强大；比如，中文语言识别版尚未推出。

如果人工智能可以直接读取思维，我们就不必学英语来操控Siri了。前不久，加州大学的科学家开发出一套系统，利用一种特殊的扫描技术fMRI来读取并模仿我们在清醒时的思维，甚至可以再现我们在梦里“看到”的东西。在实验中，受试者看了几个好莱坞电影的片段，系统重建了大脑的活动。受试者表示，大脑里的图像与用这个软件所看到的非常相似。一旦这项技术更加成熟，《盗梦空间》的故事就实现有望，或许，拍摄科幻短片也会变得容易一些了。

2011年受打击最大的智慧，是那些渴望找到外星智慧的地球智慧。艾伦望远镜阵列，作为SETI（搜寻地外智慧生命）计划的基地、加州大学伯克利分校海特-克里克天文台的一部分，因为美国州立和联邦政府的经费削减而进入无限期冬眠，这项搜寻地外文明的计划就此被简单粗暴地扔到了一边。

众所周知，于美国东部时间2009年3月6日发射升空的“开普勒”太空望远镜已经发现了不少地外行星，而艾伦望远镜阵列才刚开始接收这些行星可能传来的有规律无线电信号——此前的SETI计划并没有这么强的针对性。遗憾的是，这项工作刚开了个头，就因资金不足而被叫停。该计划发言人赛斯·肖斯塔克在一篇文章中说，这次艾伦望远镜阵列的待业就好比哥伦布的旗舰刚刚出航，就被迫返回码头停泊。

罗马不是一天建成的，短短一年间出现了如此之多的科技进步也算喜人。至于那些缺憾，留给2012去弥补吧。

【责任编辑：杨枫】