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2008年世界科技发展回顾——基础研究

2009-01-04 10:17
孤身万里游
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    美国:基础研究颇有建树,发现新的三夸克粒子,建造超大原子与混合型态分子、产生数十亿反物质粒子,研制超强激光、完成黑洞撞击合并模拟实验,发现许多重大天文现象,首次拍到系外行星。

 

    毛黎(本报驻美国记者)2008年1月,美国卡内基研究所宣称,古代火成岩证据显示,板块漂移曾至少停顿过一次,而且这种停顿今后可能还会再次发生。该发现对板块漂移不会停止的传统板块构造学说提出了挑战。该所还在恒星HR4796A周围的宇宙尘埃中,首次发现太阳系外复杂有机分子Tholins(它是构建生命的有机生物分子的前身)存在的痕迹。研究此类恒星系统能为理解行星形成以及生命演化提供新思路。

 

    美国国家海洋大气局宣布,新一轮为期11年的太阳活动周期到来,随着太阳黑子活动加剧,太阳风暴将在未来数年逐年增加,届时全球的电力系统,军用、民用航空通信,全球定位系统信号,甚至手机和银行自动取款机都可能受到干扰。

 

    2月,美国密歇根大学打造出超强激光束,瞬间能量相当于用一面巨型放大镜将太阳射向地球的所有光束集中到一个沙砾上。该成果将为医疗和前沿科技提供强有力的新武器。

 

    3月,美国宾州大学科学家在距地球约75亿光年的牧夫星座,捕捉到迄今最为强烈的恒星伽马射线爆发,这是有史以来人类在宇宙中能用肉眼观察到的最明亮物质,其爆炸所释放的能量甚至可和宇宙大爆炸媲美。

 

    美国科学家利用红外天文望远镜在太阳系发现最古老小行星。这3颗小行星形成于太阳系诞生之初,是未来太空探测任务的首选目标,通过收集和返回其样本,可深入了解太阳系在最初几百万年间的情况。

 

    4月,美俄克拉荷马大学提出一种M维超立方体结构,有可能成为搭建纳米计算机的结构框架。M维超立方体是每个结点有M条连线的超立方体变量,M随计算需要的状态量的个数而定,它能像积木一样,搭建任意大小和复杂度的逻辑门。

 

    美国加州大学欧文分校探测到一个距地球114亿光年,尚处于婴儿期的星系团,这是迄今所知的最远星系团。这个名为LBG-2377的星系团由三个星系融合而成。该发现为研究最亮星系团祖先的属性和组成个体提供了难得机会,也为验证大星系由小星系互相作用融合而成的星系形成理论提供了有利证据。

 

    美国罗切斯特理工学院首次按照广义相对论,成功完成世界首次三个黑洞撞击合并模拟实验。结果表明:三个黑洞在彼此撞击之后可以合并为一个黑洞,而且将会辐射出独特的重力波。黑洞撞击现象在宇宙恒星丛中时有发生,所带来的能量冲击是宇宙中最为“惊心动魄”的现象。

 

    5月,近30年来的主导理论“后增薄层假说”遭到挑战。美科学家通过重新构建地球构造模型,发现地幔中分布有钯和其他亲铁元素,证明地球在形成的阶段,除了陨石轰击外尚有其他方式。

 

    6月,美国加州大学圣迭戈分校证明存在一种称为激子的粒子,因其在衰变时可发出闪光,有可能被应用于一种新形态的运算,从而加快通信速度。

 

    国际天文学联合会决定给予2006年8月被“逐出”行星行列,降级为“矮行星”的冥王星以正式身份。今后凡是位于冥王星外侧,又不满足行星标准的类似冥王星的天体都将被称为“冥王星型天体”(plutoid)。其定义指轨道在海王星之外、围绕太阳运转周期在200年以上的星体。

 

    7月,美国普渡大学创造出一种混合形态分子,其量子态可人为操纵。以此创造量子比特,将使半导体领域量子计算机的大门自此敞开。

 

    继丹麦物理学家波尔1913年首次创立氢原子模型后,美国莱斯大学利用高激发态里德伯原子和一系列脉冲电磁场,成功获得直径接近1毫米、与波尔的经典力学原子模型极其相似的超大原子。该成果对未来计算机开发,经典和量子混沌学的研究,均具有潜在应用价值。

 

    美国天文学家发现,古老的NGC6791星团中存在不同年龄的恒星群,这一结果可能从根本上挑战估算星团年龄的传统方法,意味着白矮星的演变机制还存在未知之谜。

 

    美国钱德拉X射线中心7月宣称,美天文学家找到一种给宇宙中超大质量黑洞“称重”的新方法,并在计算NGC4649星系超大质量黑洞的质量中得到验证。该法借助钱德拉X射线观测数据,利用“质量—温度峰值”效应计算出星系中心黑洞的质量。其推算结果与传统称重方法一致,确认了称重的准确性,在天文学上意义重大。

 

    美国能源部斯坦福线性加速器中心第一次探测并测量出底偶素(由正反底夸克构成的束缚态)家族能量最低的粒子ηb。这是首次在底夸克系统中观测到Υ(1S)与ηb之间的超精细分离,将对理解基本粒子的强作用产生重大影响。

 

    8月,“哈勃”太空望远镜完成环绕地球的第10万圈飞行。“哈勃”于1990年4月24日升空,向地球传送了无数珍贵照片,被认为是改写天文学教科书的最重要太空观测器之一。

 

    美国加州大学尔湾分校通过对围绕银河系旋转的黯淡小星系发出的光线进行观察,成功找到迄今质量最小的星系。这些星系属于矮星系,尽管其亮度和外形迥异,但质量却惊人一致,约为太阳的1000万倍。这些星系可能是最小单元的暗物质组合,该研究对揭密暗物质很有帮助。

 

    9月,美国能源部费米国家加速器实验室发现一个新的三夸克粒子,名叫Omega-sub-b(Ωb)。该粒子由两个奇异夸克和一个底夸克(s-s-b)组成,是质子的“远亲”。这一发现有助于更好、更准确地理解夸克如何形成物质,也使“重子周期表”更为完善。

 

    美国天文学家发现迄今宇宙最“暗”星系———银河系中名为Segue1的伴星系,其中包含的可见恒星数量少得可怜,亮度极低,是银河系的十亿分之一,但因暗物质在其质量构成中占统治地位,质量却大得出奇,是迄今发现的暗物质所占比例最大的星系。发现类似Segue1这样的超暗星系,将为研究宇宙间星系的形成和演化提供新线索。

 

    10月,美国天文学家发现,太阳并非完美球体,体形有点扁,其赤道半径比两极半径略大,而且太阳表面比较粗糙,存在称作“瓜皮纹”的褶皱。

 

    美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室利用短脉冲、高强度激光照射1毫米大小的黄金,产生数十亿反物质粒子样本,使反物质研究到达一个新领域,今后可以借助短脉冲激光得到比其他实验方式多得多的反物质粒子。

 

    两个天文学家小组2008年11月13日宣称,他们利用哈勃太空望远镜,首次拍摄到太阳系以外的4颗行星照片。过去已发现300多颗太阳系外行星,但都依靠间接手段。这次发现是哈勃望远镜最新的一次重大发现,是在探寻类地行星以及查清其上是否有生命存在的道路上迈出的重要一步。

 

    德国:基础研究收获颇丰,测出移动单个原子所需的力,物质第五态研究获突破性进展,从粒子学角度证明爱因斯坦质能公式,发现超导材料存在能量空隙,制出世界最快阿秒级光脉冲,参与绘制世界最大宇宙3D图。

 

    顾钢(本报驻德国记者)2008年3月,美国IBM公司专家和德国科学家借助原子力显微镜,测出移动单个原子所需的力:拿起一枚3克重的铜制硬币大约需要0.03 牛顿的力,这大约是在金属铜表面移动单个钴原子所需之力的20亿倍。这是世界上首次获得移动单个原子所需力的相关数据。

 

    10月,德国科学家哈拉尔德·措尔·豪森因在研究子宫癌方面作出杰出贡献,和另外两位法国科学家共同获得2008年诺贝尔生理学与医学奖。这是德国科学家阔别9年后再次获得该奖项。他在1983年和1984年期间发现lPapillomaviren病毒,该病毒可通过直接接触传播,在粘膜和皮肤上形成肿瘤,如子宫癌。根据这项发现,2006年医学界已研制出一种针对这种病毒的有效免疫药。

 

    物质除固态、液态、气态和等离子态四态外,还存在“玻色—爱因斯坦冷凝物”。德国美因茨大学对物质第五态的研究取得突破性进展,首次成功观察到“玻色—爱因斯坦冷凝物”中单个原子的空间分布。这一成果将加深对物质第五态的了解,并可应用于对超新星爆发与黑洞的模拟研究。

 

    德国马普量子光学研究所研制成功世界最快的阿秒级光脉冲,其闪光时间仅为80阿秒(1阿秒为10-18秒),可被用于捕捉激光脉冲的影像及观察较大原子周围的电子运动。以此为基础,仄秒光脉冲也终将实现,届时可捕捉到原子核内部粒子的运动影像,原子单位将不再神秘。

 

    德国马普固体研究所在对铅和铌的超导性能测试中发现一些新细节:电子在超导体费米表面运动时会构成能量空隙,大小与费米表面的形态有关。发现超导材料存在能量空隙是对超导理论的完善,有助于对超导材料加深研究。

 

    多国天文学家正在绘制迄今世界最大的宇宙3D图,称之为“斯隆3计划”,是最新的太空探测项目,目标是绘制距地球80亿光年之遥的上百万个发光星系的位置,也 是第一次试图探测星系间气体丛。结合超新星的观测资料和其他天文学数据,“斯隆3计划”将对宇宙谜团提供解释,揭示暗能量之谜。

 

    凭借“蓝基因”超级计算机的运算能力,法国、德国和匈牙利物理学家发现:95%的质子质量由夸克和胶子的能量转化而来,以此确认了描述粒子间强相互作用理论的有效性,并从粒子学角度证明了爱因斯坦著名的质能公式:E=mc2完全合理。标志着粒子间强相互作用的研究已具备一定成熟度,允许在超越当前模型的情况下,进行基础物理的新探索。

 

    英国:基础研究可圈可点,构建标准粒子物理学模型,在保形映射数学领域取得突破,天文学研究收获甚多,协同他国绘出首张暗物质路线图。

 

    何屹(本报驻英国记者)英国科学家协同日美合作伙伴,利用超级计算机构建了标准粒子物理学模型。该模型比以往更为精确,是目前描述基本粒子最成功的理论,具有里程碑意义,使标准模型理论离基础物理的完全理论越来越近。

 

    英国帝国理工学院在保形映射数学领域取得突破,改善了“施瓦茨-克里斯托费尔”公式,使这一公式能应用于更广泛的领域。保形映射是复变函数理论中重要的概念,也是重要的数学理论工具,可用于许多领域,如复杂机翼气流模型构造,神经系统研究等。

 

    英国卡迪夫大学天文学家归纳出宇宙星系之间的共同特征,意图打造关于星系形成的通用规则。随机调查的结果显示,虽然这200个星系的亮度、形状、大小以及含气量等所有特点都各不相同,但这些特点都受到质量控制,只要测定某星系的大小,就可推导出该星系亮度、含气量等值。以此规则为契机,应重新审视宇宙的演化行为。

 

    英国天文学家发现众多红色漩涡星系,推翻了红色星系多为椭圆星系的理论,填补了对宇宙认知中“迷失的一环”。

 

    英国杜伦大学成功观测到一个距地球5亿光年,名为REJ1034+396星系中的巨大黑洞正向外放射强烈的X射线脉冲。小型黑洞放射X射线脉冲十分常见,但这是首次在超大型黑洞中确认同种脉冲放射现象,将有助于理解更多超大黑洞的成长活动,并为未来破解少数超大黑洞放射X射线脉冲的真正原因奠定基础。

 

    英国圣安德鲁斯大学发现迄今温度最高和运行速度最快的一颗行星——— WASP-12b,其表面温度高达2250℃,已和某些恒星的温度相当。其体积约为木星的1.5倍,与自己恒星的距离约为地球距离太阳的1/40,围绕自己恒星运转一周只需一天。这一发现将挑战目前行星距离自己围绕的恒星最近距离的有关认识。WASP-12b的体积也不容易解释,其最大直径是木星的1.8 倍,数值超过了理论能够解释的范围,令人惊愕不已。

 

    一个有英国科学家参与的国际科学团队用计算机模拟了银河系的形成和进化过程,输入了各种对暗物质的预测结果,结果产生出首张暗物质藏身何处以及如何探寻它们的宇宙图。研究小组已向费尔米天文望远镜提供了这张探寻暗物质的详细路线图,供其按图索骥。

 

    日本:天文学研究获较大进展,绘出全月球地形图和月球背面重力场图,发现最遥远的活跃“造星”星系,提出海底是地球的“第三生物圈”,成功产生μ介子束,2008年诺贝尔奖出现丰收年。

 

    陈超(本报驻日本记者)美日科学家2008年1月2日宣布发现白矮星AEAquarii自转时会放出高能量X射线,挑战了以往认为白矮星是一种晚期恒星,会慢慢冷却、晶化,直至最后“死亡”的共识。

 

    日本宇宙航空研究开发机构2008年1月10日宣布,探月卫星“月亮女神”对月面下的地层进行成功探测,声呐捕捉到月表地下500米、密度和性质不同地层重叠的多个反射面,有助于了解月球演变过程。进而绘制出了全月球地形图和月球背面重力场图。

 

    日本高能加速器研究机构和原子能研究开发机构利用放射性离子加速器,在世界上首次成功加速两种自然界并不存在的放射性同位素———铟123和钡143,有助于探究超新星爆发时的元素合成。

 

    美日科学家2008年7月表示,在距地球约123亿光年的区域发现一个新的罕见“怪物星系”,以比银河系快数百倍的速度产生星球,是迄今发现的最遥远的活跃“造星”星系。这个在宇宙诞生14亿年之后出现的星系的形成可能是由于宇宙形成初期暗黑物质和气体的密度在宇宙的各区域中分布不均所致,这对研究星系形成理论具有重要意义,证明星系的形成还有另外一种方式,即自我逐渐成长。

 

    日本海洋研究开发机构证实,在海床350米以下缺乏氧气与养分的海底淤泥中,生存有大量古生菌。据推算,这些微生物的数量相当于地面所有植物的1/6。海底的地下实际上是一个堪与陆地和海洋相媲美的“第三生物圈”。这对解开生命进化与生物适应环境之谜具有重要意义。

 

    美籍科学家南部阳一郎、日本科学家小林诚及益川敏英,以其物理学领域的卓越贡献,共同分享了2008年诺贝尔物理奖。美籍日裔科学家下村修,则因对绿色荧光蛋白的发现与研究荣获2008年诺贝尔化学奖。

 

    日本科学家靠原子力显微镜,在室温下用12个直径0.7纳米的硅原子排列出了迄今世界最小的字母符号———硅元素的符号“Si”。这项新技术有助于提高半导体性能,或设计精密程度达到原子级的集成电路。

 

    从仙女座星系中心开始,大量恒星汇聚成带状,绵延40万光年,酷似星系中心涌出的一滴眼泪。日美联合研究小组提出推测:“眼泪”是10亿年前撞击仙女座星系的小星系的残骸,大概在距今约5亿年前成形,在未来数亿年后将会变成圆形。

 

    日本大强度质子加速器(J—PARC)的核心设备2008年12月23日启用,首次成功产生μ介子束。利用该装置可探究物质的细微构造,帮助开发新药、高温超导材料、纳米材料以及燃料电池新材料等。有关科研机构已获准利用J—PARC开展61项课题研究。

 

    法国:基础研究取得一定成就,积极参与国际合作项目,获取黑洞深处观测信息,位于法国、瑞士边境的欧洲大型强子对撞机正式启动。

 

    李钊(本报驻法国记者)2008年4月,一国际研究小组成功获取迄今关于黑洞深处最清楚的观测信息,确定出自黑洞的粒子束的形状与理论推测的完全相符,证明特大质量的黑洞喷射出的巨大粒子束呈螺旋状,提出扭曲的磁场推动和限定了从黑洞喷出的粒子束。

 

  法国科学家弗朗索瓦丝·巴尔-西诺西和吕克·蒙塔尼因共同发现人类免疫系统缺陷病毒(HIV),即艾滋病病毒,与德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森一道,荣膺2008年诺贝尔生理学与医学奖。

 

    欧洲空间局进行的太空实验表明,暴露在极端脱水和强烈宇宙辐射的太空真空中的缓步动物(俗称水熊虫,一类极微小动物,属于多细胞无脊椎动物)仍能顽强存活,这是第一种经实验证明可在太空条件下存活的动物。水熊虫生命力极强,几乎存在于地球所有的生态系统,可经受反复脱水而顽强存活。科研人员希望弄清水熊虫拥有超强生命力的秘密,有关其遗传物质修复的知识,对医药研究将有重要价值。

 

    9月10日,第一束质子束流被注入位于法国、瑞士交界的日内瓦郊区的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC),标志着LHC正式启动。欧洲大型强子对撞机研究项目被称为近年来世界规模最庞大的科学工程,LHC利用高速粒子束相撞产生的巨大能量,重建“大爆炸”后的宇宙形态,是世界目前最大的粒子加速器,来自全球30多个国家的5000多名科学家和工程师参与该研究项目,总投入约 80亿美元。

 

    加拿大:打造出世界最强大电子显微镜,超固体现象研究取得突破,发现一颗正常脉冲星经过剧烈变化变成磁星。

 

    杜华斌(本报驻加拿大记者)加拿大麦吉尔大学与美国宇航局合作发现,一颗正常的脉冲星经过剧烈变化后,变成一颗磁星。这种磁星是恒星的一个变型,之前从未被观测到。脉冲星和磁星同属中子星,是超新星死亡和爆炸后的形成物。银河系内已知的脉冲星超过1800颗,但磁星的数量要低很多。

 

    加拿大阿尔伯塔大学通过实验发现,温度条件越低,冷却固态氦表现得越硬。在研究可能存在的新物态———超固体现象上取得新突破。

 

    加拿大麦克马斯特大学打造出目前世界最强大电子显微镜———提坦80—300立方体,其威力相当于哈勃太空望远镜,具有空前的清晰度,能轻易识别原子,测量其化学状态。有助于在基础生物学和物理学领域导致许多新发现,更好地了解疾病特性,探索医治疾病的新线索。探测固体材料的原子水平结构,用于帮助制造更加有效的照明设备和更好的太阳能电池,研究蛋白质和针对癌症治疗的送药材料。将评估大气微粒,帮助制造更轻和更结实的汽车材料、更有效的化妆品和更高密度的存储器。

   

    俄罗斯:保持对基础科研的支持力度,12家俄罗斯研究所约700位物理学家参与大型强子对撞机项目,联手他国制成由硅28构成的完美球体。 

 

    张浩(本报驻俄罗斯记者)2008年,俄罗斯政府继续保持对基础科学研究的支持力度。2008年是俄政府制定的2008—2012基础科学研究五年计划的第一年。2008年初,俄制定了2008年至2012年的基础科学研究计划,其中规定,俄政府将在2008年至2012年间投入2500亿卢布用于基础科学研究计划。

 

    9月10日,欧洲大型强子对撞机正式启动。俄罗斯科学家对该项目的建成做出了重要贡献,共有12家俄罗斯研究所约700位物理学家参与。大型强子对撞机项目被认为是目前世界基础研究领域最具代表性的项目之一。

 

    由俄罗斯、德国、澳大利亚等国科学家联合进行的“阿伏伽德罗计划”获得重要进展,制成由硅28构成的完美球体。其诞生具有重要科学意义,科学家希望借其重新定义质量单位“千克”,极有可能取代已经沿用近120年的重量标准。

  

    南非:开展一系列人类基因组学研究,启动古人类学国际合作研究。

 

    李学华(本报驻南非记者)南非拥有巨大的人类基因多样性资源,正在开展一系列人类基因组学研究,研究对象主要集中于当地居民,大多围绕如HIV和结核病等易感性疾病,以及药物的新陈代谢进行。

 

    位于南非约翰内斯堡西部山区的一系列考古遗址被称为“人类摇篮”遗址,这里发现的人类先祖化石约占全球总数的一半,为探索人类起源提供了重要线索。其中最著名和最重要的斯泰克方丹岩洞是全球南方古猿化石最丰富、年代最古老的遗址,迄今已发掘出600余件人科化石、9000余件石器和丰富的动物化石。 2008年,南非金山大学和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所正式启动古人类学国际合作研究。(曾聪)

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