发展迅速 成果纷呈——2003年世界科技发展综述

第7版(国际)
专栏：年终报道

　　发展迅速 成果纷呈
　　——2003年世界科技发展综述
　　中科院科学发展报告课题组
　　在即将过去的一年，世界科技蓬勃发展，成果异彩纷呈，无论在宏观宇宙、微观物质结构、生命科学与生物技术领域，还是在信息技术、纳米技术、航空航天等方面，各国科学家均取得了一系列令人振奋的新成就。
　　宇宙与物质结构
　　目前，大爆炸学说被公认为宇宙形成与演化的“标准模型”。但是，大爆炸理论还存在着诸多不明晰之处，特别是宇宙早期的景象。今年，物质科学研究取得的重要成就之一就是科学家们获得了宇宙“婴儿期”的照片，即目前最清晰的宇宙微波背景图。美国科学家利用威尔金森微波各向异性探测仪，经过一年的反复观测，获得了宇宙全新的图像和数据。对数据的分析表明，宇宙膨胀存在加速的趋势，这意味着宇宙中可能存在起着反引力作用的“暗能量”。
　　对于人类生存的星球——地球，科学界一般认为原始地球大概在太阳系形成约5000万年后诞生。但美国哈佛大学科学家对太阳系诞生初期铪同位素衰变成钨同位素的过程进行的最新分析修改了科学家原先的估计，推算原始地球在太阳系形成后1000万年内诞生。
　　与宇宙学研究领域这些重大成果相比，微观研究也有新的发现。美、日、俄的3个国际科学家小组相继发现了一种新的5夸克粒子。俄罗斯科学家还成功合成了门捷列夫元素周期表上的第115号和113号元素，并再次证实了原子核物理中的“稳定岛”假说。
　　生命科学与生物技术4月15日，中、美、英、日、法、德6国政府首脑联合宣布，由多国科学家组成的国际人类基因组测序协作组已经绘制完成了人类基因组的序列，这将帮助科学家确认人类25000—30000个基因，其中包括癌症和糖尿病等复杂疾病的基因。多国科学家目前正着手进行每个染色体上遗传信息的分析工作。水稻基因组研究在近年来成为一个热点。今年，美国完成了国际水稻基因组计划第十号染色体精确序列图的绘制工作；日本对水稻中3.2万个基因的碱基对序列进行了分析。我国科学家在世界率先绘制完成了家蚕基因组“框架图”。这是我国科学家继完成人类基因组1％测序工作、水稻基因组“框架图”和“精细图”之后，向人类贡献的第三大基因组研究成果。随着人类基因组计划的完成，世界生命科学研究进入了一个以蛋白质组学和生物药品开发为重点的新阶段。
　　今年春季，一场突如其来的非典（SARS）疫情迅速蔓延到世界许多国家和地区。由中国、美国、加拿大、日本、新加坡和欧洲等9个国家十几所实验室的研究人员共同进行着数十项研究，合力攻克SARS。4月，美国、加拿大、中国和新加坡的科学家几乎同时测出了SARS病毒基因组序列。为了彻底摧垮SARS病毒，靶点必须对准病毒蛋白。5月，中国科学家成功克隆SARS病毒的6个主要蛋白基因，并完成SARS病毒中3个主要蛋白的表达。之后，有关研究人员用生物信息学和分子模拟方法，分析了SARS蛋白与人体蛋白相互作用网络，发现了SARS病毒侵入人体的关键途径。中国科学家还对SARS冠状病毒主要蛋白酶的三维结构进行了成功解析，为研制抗非典药物奠定了重要基础。
　　此外，干细胞研究领域和克隆技术方面的研究取得重要进展。
　　信息与通信技术
　　在光电器件领域，激光器继续占据主导地位。各国在大功率激光器领域竞相比拼。目前，美、法、德、英及日本已有12座1000万亿瓦级激光器建成或接近建成。
　　用于疾病诊断与治疗的芯片是今年芯片设计与制造的亮点。日本物质材料研究机构和罗姆公司联合发明了一种边长只有2厘米，用于化验肝功能的方形芯片；美国南加利福尼亚大学则研制出来了世界第一个用于修补动物大脑内海马部位功能的硅芯片，给那些因脑部病变或受伤而失去记忆功能的病人带来了福音。
　　在计算机研制方面，日本电气公司等用氧化铝制成了五百分之一毫米大小的量子计算机基本电路；以色列科学家利用少量DNA片断和酶类制造出了一台自我驱动的分子计算机。中、印等发展中大国则相继跻身超级计算机世界排行榜。中国联想集团制造的“深腾6800”目前以每秒4.183万亿次的运算速度位居全球第十四位；印度推出第一台每秒运算1万亿次的超级计算机，成为世界第五个拥有每秒运算1万亿次的超级计算机的国家。
　　在通信与网络技术方面，美国斯坦福线性加速器中心通过互联网二号网，将6.7千兆容量的数据在不到1分钟内传到10978公里外的荷兰阿姆斯特丹。德国、芬兰、日本在这个领域的研究也取得进展。
　　纳米材料与技术
　　在纳米科学领域，无论在基础研究还是在应用研究方面都取得了突破性进展。例如，在新纳米材料方面，美国利用超高密度晶格和电路制作的新方法，获得直径8nm、线宽16nm、纵横比高达106、电路的纳米线结密度高达1011／cm2的铂纳米线；法国利用粉末冶金制成具有完美弹塑性的纯纳米晶体铜；中国用微波等离子体辅助化学沉积法在铁针尖端合成一种新纳米结构——管状石墨锥；日本用单层碳纳米管与有机熔盐制成高度导电的聚合物纳米管复合材料。这些新纳米材料有着无比广阔的应用前景。
　　多年来，纳米材料的制作或生产面临的一大难题，就是各种纳米结构混杂在一起无法分开，这大大地限制了纳米材料的有效利用。德国科学家巧妙地利用交流电介电泳技术，将金属与半导体单壁碳纳米管成功分离。法国科学家用超高真空掠入射小角X射线散射装置实现了对纳米结构生长过程中的形状、尺寸、生长模式和排序的原位、实时监测。中国科学家用高分子基体效应接合冷冻干燥技术实现了纳米金属簇的宏观合成，为纳米金属簇催化剂的工业化应用提供了依据。
　　将具有一定特性的纳米材料制作成有效实用的纳米器件在生物医学领域已取得突破。科学家用特定蛋白质或化合物取代用硅纳米线制成的场效应晶体管的栅极以诊断前列腺癌、直肠癌等疾病，成百倍地提高了诊断的灵敏度。
　　环境与能源
　　随着各国政府对环境问题的日益关注，地球环境恶化的趋势已经得到有效遏制。最近，美国科学家发现，臭氧层受到破坏的速度出现显著下降。尽管如此，另一项由多国科学家联合进行的研究表明，如果二氧化碳排放量得不到更为有效的控制，北极冰帽将很可能在100年内完全消失。人类在有效控制二氧化碳排放方面任重而道远。
　　美国微生物学家首次发现一种靠吞食有毒废弃物氯乙烯为生的地下微生物BAVI，从而为有效清除严重污染地下水源的化学物质氯乙烯提供了新的可能方式；韩国成功开发出一种处理核废料的新技术，可将放射性核废料的体积减少到原来的80％，并能大幅降低放射性物质外泄的危险，该技术已得到国际原子能机构认证，并将实现商业应用。
　　各国竞相开发清洁能源技术，以保护环境。发展太空能源引起高度重视，燃料电池、生物电池的研究与开发亦取得可喜的进展。美国科学家最近发明了一种新的非硅太阳能光电转换装置，科学家正通过引入光子阱结构以增强光的收集能力等方法使该装置达到实际应用水平。日本京都产业大学最近开发出利用太阳能高效率制造氢气的系统，该技术预计3至5年后会趋于成熟。
　　航空航天
　　太空探索是人类神圣的使命，也是充满危险的征程。2月1日，美国“哥伦比亚”号航天飞机在返回地面途中解体，给世界航天业投下阴影。但人类对宇宙的探索仍在继续，就在“哥伦比亚”号失事3天后，俄罗斯的“进步”M—47飞船在拜科努尔航天中心发射，并与国际空间站成功对接。
　　火星探测在这一年里成为航天领域的热点。6月2日，欧洲空间局成功发射“火星快车”探测器；6月10日，载有“勇气”号火星车的飞行器从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。7月7日，美国“机遇”号火星车又成功升空。其主要任务是帮助人们寻找火星上有水存在的证据和有关生命的踪迹。火星探测是人类开展深空探测的关键步骤。
　　8月25日，肯尼迪航天中心成功地将价值7亿美元的红外太空望远镜送入太空。新的红外太空望远镜不仅能够研究早期宇宙、遥远星系以及新生恒星和行星，还将对褐矮星以及太阳系自身的行星、小行星和彗星等进行研究，这些观测结果有可能为理解宇宙中生命的形成等提供新线索。
　　今年对于中国航空航天业来说更是标志性的一年。10月16日，“神舟”五号飞船载人飞行圆满成功，向世人表明中华民族完全有能力依靠自主创新在世界科技领域占据一席之地。