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中科院課題組解讀2003年世界科技
在即將過去的一年，世界科技蓬勃發(fā)展，成果異彩紛呈，無論在宏觀宇宙、微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)、生命科學(xué)與生物技術(shù)領(lǐng)域，還是在信息技術(shù)、納米技術(shù)、航空航天等方面，各國科學(xué)家均取得了一系列令人振奮的新成就。
宇宙與物質(zhì)結(jié)構(gòu)
目前，大爆炸學(xué)說被公認(rèn)為宇宙形成與演化的“標(biāo)準(zhǔn)模型”。但是，大爆炸理論還存在著諸多不明晰之處，特別是宇宙早期的景象。今年，物質(zhì)科學(xué)研究取得的重要成就之一就是科學(xué)家們獲得了宇宙“嬰兒期”的照片，即目前最清晰的宇宙微波背景圖。美國科學(xué)家利用威爾金森微波各向異性探測(cè)儀，經(jīng)過一年的反復(fù)觀測(cè)，獲得了宇宙全新的圖像和數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)的分析表明，宇宙膨脹存在加速的趨勢(shì)，這意味著宇宙中可能存在起著反引力作用的“暗能量”。
對(duì)于人類生存的星球———地球，科學(xué)界一般認(rèn)為原始地球大概在太陽系形成約5000萬年后誕生。但美國哈佛大學(xué)科學(xué)家對(duì)太陽系誕生初期鉿同位素衰變成鎢同位素的過程進(jìn)行的最新分析修改了科學(xué)家原先的估計(jì)，推算原始地球在太陽系形成后1000萬年內(nèi)誕生。
與宇宙學(xué)研究領(lǐng)域這些重大成果相比，微觀研究也有新的發(fā)現(xiàn)。美、日、俄的3個(gè)國際科學(xué)家小組相繼發(fā)現(xiàn)了一種新的5夸克粒子。俄羅斯科學(xué)家還成功合成了門捷列夫元素周期表上的第115號(hào)和113號(hào)元素，并再次證實(shí)了原子核物理中的“穩(wěn)定島”假說。
生命科學(xué)與生物技術(shù)
4月15日，中、美、英、日、法、德6國政府首腦聯(lián)合宣布，由多國科學(xué)家組成的國際人類基因組測(cè)序協(xié)作組已經(jīng)繪制完成了人類基因組的序列，這將幫助科學(xué)家確認(rèn)人類25000—30000個(gè)基因，其中包括癌癥和糖尿病等復(fù)雜疾病的基因。多國科學(xué)家目前正著手進(jìn)行每個(gè)染色體上遺傳信息的分析工作。水稻基因組研究在近年來成為一個(gè)熱點(diǎn)。今年，美國完成了國際水稻基因組計(jì)劃第十號(hào)染色體精確序列圖的繪制工作；日本對(duì)水稻中3．2萬個(gè)基因的堿基對(duì)序列進(jìn)行了分析。中國科學(xué)家在世界率先繪制完成了家蠶基因組“框架圖”。這是中國科學(xué)家繼完成人類基因組1%測(cè)序工作、水稻基因組“框架圖”和“精細(xì)圖”之后，向人類貢獻(xiàn)的第三大基因組研究成果。隨著人類基因組計(jì)劃的完成，世界生命科學(xué)研究進(jìn)入了一個(gè)以蛋白質(zhì)組學(xué)和生物藥品開發(fā)為重點(diǎn)的新階段。
今年春季，一場(chǎng)突如其來的非典（SARS）疫情迅速蔓延到世界許多國家和地區(qū)。由中國、美國、加拿大、日本、新加坡和歐洲等9個(gè)國家十幾所實(shí)驗(yàn)室的研究人員共同進(jìn)行著數(shù)十項(xiàng)研究，合力攻克SARS。4月，美國、加拿大、中國和新加坡的科學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)測(cè)出了SARS病毒基因組序列。為了徹底摧垮SARS病毒，靶點(diǎn)必須對(duì)準(zhǔn)病毒蛋白。5月，中國科學(xué)家成功克隆SARS病毒的6個(gè)主要蛋白基因，并完成SARS病毒中3個(gè)主要蛋白的表達(dá)。之后，有關(guān)研究人員用生物信息學(xué)和分子模擬方法，分析了SARS蛋白與人體蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)了SARS病毒侵入人體的關(guān)鍵途徑。中國科學(xué)家還對(duì)SARS冠狀病毒主要蛋白酶的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成功解析，為研制抗非典藥物奠定了重要基礎(chǔ)。
此外，干細(xì)胞研究領(lǐng)域和克隆技術(shù)方面的研究取得重要進(jìn)展。
信息與通信技術(shù)
在光電器件領(lǐng)域，激光器繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。各國在大功率激光器領(lǐng)域競(jìng)相比拼。目前，美、法、德、英及日本已有12座1000萬億瓦級(jí)激光器建成或接近建成。
用于疾病診斷與治療的芯片是今年芯片設(shè)計(jì)與制造的亮點(diǎn)。日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)和羅姆公司聯(lián)合發(fā)明了一種邊長只有2厘米，用于化驗(yàn)肝功能的方形芯片；美國南加利福尼亞大學(xué)則研制出來了世界第一個(gè)用于修補(bǔ)動(dòng)物大腦內(nèi)海馬部位功能的硅芯片，給那些因腦部病變或受傷而失去記憶功能的病人帶來了福音。
在計(jì)算機(jī)研制方面，日本電氣公司等用氧化鋁制成了五百分之一毫米大小的量子計(jì)算機(jī)基本電路；以色列科學(xué)家利用少量DNA片斷和酶類制造出了一臺(tái)自我驅(qū)動(dòng)的分子計(jì)算機(jī)。中、印等發(fā)展中大國則相繼躋身超級(jí)計(jì)算機(jī)世界排行榜。中國聯(lián)想集團(tuán)制造的“深騰6800”目前以每秒4．183萬億次的運(yùn)算速度位居全球第十四位；印度推出第一臺(tái)每秒運(yùn)算1萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)，成為世界第五個(gè)擁有每秒運(yùn)算1萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)的國家。
在通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，美國斯坦福線性加速器中心通過互聯(lián)網(wǎng)二號(hào)網(wǎng)，將6．7千兆容量的數(shù)據(jù)在不到1分鐘內(nèi)傳到10978公里外的荷蘭阿姆斯特丹。德國、芬蘭、日本在這個(gè)領(lǐng)域的研究也取得進(jìn)展。
納米材料與技術(shù)
在納米科學(xué)領(lǐng)域，無論在基礎(chǔ)研究還是在應(yīng)用研究方面都取得了突破性進(jìn)展。例如，在新納米材料方面，美國利用超高密度晶格和電路制作的新方法，獲得直徑8nm、線寬16nm、縱橫比高達(dá)106、電路的納米線結(jié)密度高達(dá)1011/cm2的鉑納米線；法國利用粉末冶金制成具有完美彈塑性的純納米晶體銅；中國用微波等離子體輔助化學(xué)沉積法在鐵針尖端合成一種新納米結(jié)構(gòu)———管狀石墨錐；日本用單層碳納米管與有機(jī)熔鹽制成高度導(dǎo)電的聚合物納米管復(fù)合材料。這些新納米材料有著無比廣闊的應(yīng)用前景。
多年來，納米材料的制作或生產(chǎn)面臨的一大難題，就是各種納米結(jié)構(gòu)混雜在一起無法分開，這大大地限制了納米材料的有效利用。德國科學(xué)家巧妙地利用交流電介電泳技術(shù)，將金屬與半導(dǎo)體單壁碳納米管成功分離。法國科學(xué)家用超高真空掠入射小角X射線散射裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米結(jié)構(gòu)生長過程中的形狀、尺寸、生長模式和排序的原位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。中國科學(xué)家用高分子基體效應(yīng)接合冷凍干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了納米金屬簇的宏觀合成，為納米金屬簇催化劑的工業(yè)化應(yīng)用提供了依據(jù)。
將具有一定特性的納米材料制作成有效實(shí)用的納米器件在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已取得突破�？茖W(xué)家用特定蛋白質(zhì)或化合物取代用硅納米線制成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極以診斷前列腺癌、直腸癌等疾病，成百倍地提高了診斷的靈敏度。
環(huán)境與能源
隨著各國政府對(duì)環(huán)境問題的日益關(guān)注，地球環(huán)境惡化的趨勢(shì)已經(jīng)得到有效遏制。最近，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，臭氧層受到破壞的速度出現(xiàn)顯著下降。盡管如此，另一項(xiàng)由多國科學(xué)家聯(lián)合進(jìn)行的研究表明，如果二氧化碳排放量得不到更為有效的控制，北極冰帽將很可能在100年內(nèi)完全消失。人類在有效控制二氧化碳排放方面任重而道遠(yuǎn)。
美國微生物學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)一種靠吞食有毒廢棄物氯乙烯為生的地下微生物BAVI，從而為有效清除嚴(yán)重污染地下水源的化學(xué)物質(zhì)氯乙烯提供了新的可能方式；韓國成功開發(fā)出一種處理核廢料的新技術(shù)，可將放射性核廢料的體積減少到原來的80%，并能大幅降低放射性物質(zhì)外泄的危險(xiǎn)，該技術(shù)已得到國際原子能機(jī)構(gòu)認(rèn)證，并將實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。
各國競(jìng)相開發(fā)清潔能源技術(shù)，以保護(hù)環(huán)境。發(fā)展太空能源引起高度重視，燃料電池、生物電池的研究與開發(fā)亦取得可喜的進(jìn)展。美國科學(xué)家最近發(fā)明了一種新的非硅太陽能光電轉(zhuǎn)換裝置，科學(xué)家正通過引入光子阱結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)光的收集能力等方法使該裝置達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平。日本京都產(chǎn)業(yè)大學(xué)最近開發(fā)出利用太陽能高效率制造氫氣的系統(tǒng)，該技術(shù)預(yù)計(jì)3至5年后會(huì)趨于成熟。
航空航天
太空探索是人類神圣的使命，也是充滿危險(xiǎn)的征程。2月1日，美國“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)在返回地面途中解體，給世界航天業(yè)投下陰影。但人類對(duì)宇宙的探索仍在繼續(xù)，就在“哥倫比亞”號(hào)失事3天后，俄羅斯的“進(jìn)步”M—47飛船在拜科努爾航天中心發(fā)射，并與國際空間站成功對(duì)接。
火星探測(cè)在這一年里成為航天領(lǐng)域的熱點(diǎn)。6月2日，歐洲空間局成功發(fā)射“火星快車”探測(cè)器；6月10日，載有“勇氣”號(hào)火星車的飛行器從美國佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空。7月7日，美國“機(jī)遇”號(hào)火星車又成功升空。其主要任務(wù)是幫助人們尋找火星上有水存在的證據(jù)和有關(guān)生命的蹤跡�；鹦翘綔y(cè)是人類開展深空探測(cè)的關(guān)鍵步驟。
8月25日，肯尼迪航天中心成功地將價(jià)值7億美元的紅外太空望遠(yuǎn)鏡送入太空。新的紅外太空望遠(yuǎn)鏡不僅能夠研究早期宇宙、遙遠(yuǎn)星系以及新生恒星和行星，還將對(duì)褐矮星以及太陽系自身的行星、小行星和彗星等進(jìn)行研究，這些觀測(cè)結(jié)果有可能為理解宇宙中生命的形成等提供新線索。
今年對(duì)于中國航空航天業(yè)來說更是標(biāo)志性的一年。10月16日，“神舟”五號(hào)飛船載人飛行圓滿成功，向世人表明中華民族完全有能力依靠自主創(chuàng)新在世界科技領(lǐng)域占據(jù)一席之地。（中科院科學(xué)發(fā)展報(bào)告課題組）
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