《新科学家》杂志预测2011年重大科学事件

　　科技是一种迷人的信仰。它的有力，就仿佛是眼前的攀绳，每刻都引人前行。这几乎是我们能找到的唯一一件“错误也意味着进步”的事物——即便是理论的崩塌、技术的匮乏，却能在卷土重来后因趋利避害而更为接近真相。“试图用能给世界一些新意的眼光来看世界，试图寻找令人信服的价值。”这原本不像在说杰克·凯鲁亚克的旅程，而像是描述那根坚实的索绳。握之于手，拾阶而上，2011年，我们已伴随科技在路上。　　

　　首个地球“兄弟”被发现，机器人化身崛起，商业太空飞行向前迈出重大步伐，以上这些进展或将在2011年的科学报道中紧紧抓住你的眼球。　

　　一年之前，《新科学家》杂志曾对2010年最令人期待的科学进展进行了预测。部分预测已真切地发生了：创建首个带有人工基因组的细胞，以及尼安德特人基因组草图的完成。但也有关于美国国家航空航天局（NASA）航天飞机退役的预测并未成真， “发现”号没能在2010年完成它的绝唱。　

　　而今，《新科学家》杂志决定与美国哈佛医学院的塞缪尔·阿博斯曼合作，以期对2011年的科学进展作出更为准确的预测。阿博斯曼是新型科学计量学的先驱者，科学计量学是一个力求对科学进展进行计量的新研究领域，研究预测新发现会在何时发生。　　

　　阿博斯曼在2010年9月曾根据已知的外星世界特性作出了一项著名的预测——在2011 年5月前，人们有50%的机会发现首颗适宜生命存活的系外行星。预测出台几个星期后，这样的一颗行星就疑似出现了，这颗位于所在恒星系统的“宜居带”系外行星被认为有适合生命存在的条件。除此之外，阿博斯曼使用这一科学计量法，预测了2011年其他科学发现，并精确计算出这些新发现的发生时间。　

　　现在还不会有“幻数”元素

　　计算表明，在2042年前，人们尚无法到达传说中的元素周期表最深处的“稳定岛”。

　　目前尚不清楚制造一种双幻超重同位素所需的粒子数目，但理论认为，其应当包含184个质子和114个、120个或126个中子。现已制造出包含114个质子、但中子数仍不足的原子。2011年，我们能否期待首个双幻岛元素的横空出世？

　　预测：逼近稳定岛

　　稳定的超重元素应该是存在的，但这个“稳定岛”又存在于元素周期表的哪里？要花多久才可能创建出第一个“岛民”？

　　我们已能获得包含114个质子、但中子数仍不足的元素，这看起来已是一路领先了。事实上要将114号元素的中子数提高到184并非易事。当一种元素的原子向另一种元素的原子团“开火”时，其会融合形成一个更大的原子。但制造带有114个质子和184个中子的原子，则需要一个强烈的放射性原子束，而这又是现有技术所无法产生的。

　　相比之下，通过原子融合倒有可能创造出120号和126号元素的幻数同位素，不过到目前为止还只能用较轻的重元素来实现。

　　那么，完成这一壮举离我们有多近呢？研究人员对所有原子序数大于100的人工合成同位素的创建成功率进行了检视。随着老技术潜力的耗尽和新技术的不断涌现，这是一个相当坎坷的历程。尽管如此，研究人员还是确定了一种通用模式，使质子数和中子数随时间的推移不断增长。推算结果表明，120号元素的幻数同位素将在2042年完成，而126号元素的幻数同位素则在2052年面世。

　　所以，在2011年发展一名“岛民”的前景还是乐观的。2011年的收获更可能会在设法挖掘现有超重原子的化学性上，这些超重原子也许能给稳定岛身处何处提供些许线索。

　　 期待地球的孪生星球

　　地球人一定为发现他们的行星兄弟而感到激动：计算表明此项发现有可能会在2011年发生。

　　2010年，每隔4天左右就会发现一个新的系外行星，到2010年年底，已发现的系外行星总数超过了500个。但在9月，一项无与伦比的发现打断了系外行星发现的稳健步伐：首次发现了其表面或可适宜生命生长的地外星球。

　　这颗名为Gliese 581g的行星是有史以来所发现的最类似地球的系外行星，由美国加州大学史蒂文·沃格领导的研究团队发现。该行星位于围绕其宿主恒星的“宜居带”，所谓 “宜居带”指的是位于该区域的行星气候不会太冷也不会太热，有形成海洋、湖泊和河流的液态水。Gliese 581g的质量是地球的3.1倍至4.3倍，主要由岩石构成。虽然第二个天文学家小组未能利用他们的信号找到其踪影，但一旦它的存在被证实，这将是人类迄今找到的最适合居住的系外行星。

　　也许，有更大的奖项正等着我们，那就是一个与我们的地球具有同样尺寸和温度的星球。我们的地球绝不是唯一，地球之外也一定有我们的“兄弟”。那么，这样的发现会在2011年到来吗？

　　预测：准备迎接“孪生兄弟”

　　就像突然遇见了失散多年、你不曾知道的孪生兄弟一样，地球人也一定会对发现第二个地球感到兴奋不已。

　　为了预测这个重要的时刻，研究人员转向利用阿博斯曼和加州大学圣克鲁兹分校格雷格·拉芙林在2010年早些时候设计的“地球类似性”测量手段，这个“宜居指数”是根据行星的平均温度和尺寸来进行估测的。“热木星”围绕其宿主恒星旋转一周的时间仅为短短几天，其得分接近于零，而与地球特性相似星球的得分则为1。

　　2010年9月，研究人员根据已发现的每个系外行星的日期标注了其宜居指数，并推导绘制出了指数曲线，由此推测出类地行星将在2011年5月被发现。两个星期后，这样的一颗行星gliese 581g就横空出世了，当然其是否真正宜居还有待进一步确认。

　　目前，研究人员利用相同指数曲线，推导出gliese 581g的宜居指数为0.4，并作出了一个新的预测。研究人员的数据表明，在2011年发现地球的真正孪生兄弟的机会为82%。

　　这一预测结果是相当令人兴奋的，不过也会受到不确定性的影响，因为系外行星的发现日期是唯一已知的因素，更何况，宜居指数并没有考虑到行星的大气层。

　　系外行星的发现在2011年2月会有一个爆发，因为其时美国国家航空航天局的开普勒望远镜将发布潮水般的数据。即使地球的孪生兄弟到时并没有现身，还会有很多其他的系外行星搜索任务可以完成此项使命。

　　百万美元求解的数学问题

　　2010年，科学家发布了一个解决“P对NP”数学难题的论文草稿，“一石激起千层浪”，该论文迅速成为学界关注和讨论的热点，但随后遭遇了大量的质疑。那么，“P对NP”会在2011年得到完美的解决方案吗？

　　美国惠普实验室数学家维奈·迪奥拉里卡于2010年8月6日在网上提交的关于论证“P对 NP”问题的论文草稿，就像是一场旋风，立刻在互联网上掀起了一场轩然大波。虽然其间三易其稿，迪奥拉里卡对自己的证明也作出了解释，但权威科学家从最初的乐观，到怀疑，再到发现其中的漏洞（即他把两个没有在论文中被严格定义出来的直观概念混淆在一起，从而作出了不完善的论证）。不幸的是，迪奥拉里卡的工作并没有最终被认可。

　　不过，这场互联网争论旋风倒是向人们揭示了一种解决数学问题的新方法，那就是通过博客和维基产生了解决该问题的大量新思想。

　　“P对NP”问题是数学家和计算机科学家斯蒂芬·库克于1971年首先提出来的。 2000年，美国克雷数学研究所挑选出现代数学前沿的七大公认最困难最有意义的问题，各悬赏百万美元寻求正解，P对NP问题就是其中之一，同时也是计算机科学领域的最大难题，关系到计算机完成一项任务的速度到底有多快。要解决NP问题往往颇费周折，如发现几个城市之间的最短路径——尽管它很容易证明可能的解决方案是否正确。

　　如果P=NP，计算机也许最终能够解决从蛋白质折叠到分解大数等大量的复杂问题，解决因式分解问题则关系到我们依赖的互联网的安全。目前加密系统的破解就相当于要将一个整数分解为几个因数的乘积，正是其求解过程的繁琐，才能杜绝黑客的入侵。大多数人都假设P≠NP成立，而这也正是迪奥拉里卡所要证明的。

　　2011年，会有人最终拿到克雷数学所悬赏的百万美元奖金吗？

　　预测：解决“P对NP”的时刻尚未到来

　　与科学领域的其他许多问题不同的是，像“P对NP”这样高度理论性的谜题很少会零零碎碎地加以解决。相反，它们倾向于很多年都得不到解决，但突然不知从哪儿冒出来，问题一下解决了。

　　预测这些突破似乎是不可能的，但研究人员设计了一种方法，来估计在2011年解决“P对NP”问题的可能性。研究人员就其“年龄”或该问题从提出到解决的时间与其他长期悬而未决的数学问题进行了比较。

　　首先，研究人员比较了“P对NP”与其他18个数学难题，这些数学难题都是在其“降生” 百年后才得以破解，其中包括费马大定理、庞加莱猜想等。这使得“P对NP”问题在2011年（其时才40岁）找到最终解决方案看上去为时过早：其他问题中，只有22%在40岁时得以解决。基于同样的逻辑，在2024年，我们应能看到“P对NP”问题破解的曙光。彼时，它已53岁了，在研究人员检视的数学问题中，有50%在50岁时已找到解决方案。

　　让我们祈祷“P对NP”问题的解决时间不要超过“蜂窝猜想”吧。四世纪古希腊数学家佩波斯提出，蜂窝的优美形状，是自然界最有效劳动的代表。他猜想，人们所见到的、截面呈六边形的蜂窝，是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造成的。也就是，如果你需要将一个表面分成大小相等的平面形状，那么六边形是分割线长度最小的形状。这个问题的证明时间超过了1500年。

　　研究人员还将“P对NP”问题与其他26个尚未解决的问题进行了比较，2011年，“P对NP”的年龄要比其中81%还年轻。

,        网络发展的顶峰已近在眼前

　　互联网在几十年的时间里已将触角伸向世界各个角落，但在2011年新增用户会比2010年更少吗？

　　在芬兰、西班牙和爱沙尼亚，互联网已被视为非常重要的法定权利。网络的发展潜力仍在不断增长中。2010年，苹果iPad和其他触摸屏电脑的发布，使得网络冲浪更具娱乐性、也更直观，而一些智能手机操作系统，尤其是谷歌安卓系统的启动，延伸了移动网络的覆盖面。

　　尽管互联网在发达国家中日益普及，但在发展中世界，互联网的普及率仅为20%。设备的日益廉价，可通过手机网络接入互联网，再加上宽带覆盖范围的提高，将确保全球处于联机状态的人口数量在未来几十年里继续保持不断上升。

　　但是，用户的绝对数量并不是唯一令人感兴趣的互联网数据点。下面，研究人员使用了互联网接入的增长率，对互联网的近期发展做出一些预测。

　　预测：净增长放缓

　　对于某些人来说，互联网仍然是很新鲜的玩意。事实上，网上的实际人数数十年来并不平稳。网络发展已进入成熟期，在线人数的增长很快就会放缓。作为一个转折点，每年新增用户的数量开始减少而不是增多。

　　为了搞清楚互联网的这种情形是否会在2011年发生，研究人员绘制了自1990年以来世界在线人口的增长比例曲线，其似乎与对数曲线相一致。对数曲线常用来为从细菌数量到肿瘤增长等各种现象建模。

　　通过假定互联网采用率的不断增长遵循此一对数曲线，研究人员就能估测出采用率达到50%的时间。在一条对数曲线中，这往往对应着拐点。计算表明，互联网会在2013年达到此一数值。所以，如果你现在就想让上网的人数立马下降，2011年还为时尚早一些。

　　此项估计假设，互联网人口比例最终将会达到100%。如果只按80%（美国目前的互联网接入率）来估算，世界将在2012年到达这一拐点。

　　汽车的插电式生活

　　或许，“电动汽车之年”正式到来了。制造商们在经过无数次测试和技术升级后，终于使一批插电式电动汽车行驶到了条条大路上。

　　促使电动汽车大量进入市场，或者说未来走入主流的两个因素是：高容量电池的出现，及美国传统汽车产业近乎崩溃的局面。该行业不得不感谢经济的冲击，是其迫使汽车商转向生产能与国外供应商竞争的小型汽车。

　 　而目前阻碍电动汽车发展的最大障碍仍是成本。电动汽车的身量被归为小型车，造价却相当于豪华车。部分国家地区即使给予减税政策，也只能说带来一定的推动 作用。如要使电动汽车快速替代传统汽车，还要对其成本下工夫，一句话，必须大幅下降。不过，电池、动力传动系统的竞争力和创新速度，应该让这一天来得不会 太久。

　　预测：电动车走入主流队伍

　　2011年，将出现越来越多的电动汽车，代替传统燃油汽车，最终它们也加入成为新一代实用交通工具的队伍。

　 　目前市面上价格最高的是雪佛兰沃特（Volt）。该车配备了一块16千瓦时的电池和一台 110千瓦的电动发电机，单次充电可行驶60公里的性能足以应付工作日代步和周末短途外出的需求。作为混合动力的佳作，该车在电池用完时，将转换使用 1.4升的汽油发动机，亦因此不能说其是完全成熟的电动汽车。尽管如此，据称随着该车需求的增加，美国部分供应商已经开始提价，最高标价已达40280美 元。

　　此外，日产尼桑Leaf、福特电动福克斯以及雷诺Fluence等汽车都将在2011年得到广泛应用。甚至三菱迷你型的i-MiEV，发动机为47千瓦，单次行驶里程160公里，已于2009年在日本上路了，2011年后将分别在英国和美国销售。

　　私企的脚步静悄悄地来

　 　美国私营企业太空探索技术公司（SpaceX）的“龙”号（Dragon）航天器于当地时间2010年12月8日发射升空，进入低地球轨道后返回，成为 首个完成这一系列活动的私营企业航天器。而由于美国国家航空航天局（NASA）全部的航天飞机正先后踏上退役之旅，本次举动被认为是未来商业太空飞行的一 项极其重要的试验。

　　在2011年，SpaceX公司计划进行两次以上示范太空飞行：第一次于2011年中期发射航天器，飞行至距离国际 空间站仅数千米之遥的位置；而第二次发射航天器将真实地抵达国际空间站。依据2008年SpaceX公司与NASA签订的合约，“龙”号航天器将负责运送 货物至国际空间站，而SpaceX公司创始人埃伦·穆斯克甚至希望它能被允许搭送宇航员。

　　SpaceX公司并非特例。2010年10 月，美国维珍银河公司的空间旅行飞行器“太空船2号”完成了首次独立滑翔，标志着该公司向着搭载付费游客实施太空旅行的最终目标又迈进了一大步。而随后， 世界上首个供航天飞机进行商用太空游的机场 “美国太空港”在美国新墨西哥州的沙漠地带完工,为起步伊始的商用太空旅行平添一份动力。

　　预测：美航天业私营化转身

　　私人航天公司研制的航天器已可成功发射至轨道并收回。私字头参与到太空飞行领域，打破了政府对这一方向的一贯垄断，但同时却也能很大程度地削减太空旅行成本。

　 　2011年NASA面临着航天飞机全部退役、后继无“机”的窘迫状况，以至于不得不购买俄罗斯的运送服务用于往返国际空间站；与此同时，美国“星座计 划”起起落落，总统奥巴马亦曾期望能扩大近地轨道飞行方面的商业成分，以便让NASA腾出这部分资金将宇航员们送往火星等更深的宇宙空间。

　 　于是乎，美国政府和NASA都在转变航天思路。与其“自己开车”，莫不如“把车卖了打的”。想通了的NASA决心由产品研发者的角色转变为产品用户，积 极促成私人“太空的士”的诞生,并拿出0.5亿美元投资给SpaceX公司这样的私人制造商用于研制新型航天器，而美国国会亦表示2011年会考虑在这方 面投资上亿美元，让私企彻底接手国际空间站的人员物资运输任务。NASA也能留出精力和资金开展火星探索等更高端技术。

　

　　站在十字路口的胚胎干细胞

　人类胚胎干细胞的独特，在于它能够形成多种组织器官。不像人体中的其他大部分细胞都不可逆地分化成了专有类型，只有干细胞，一张白板，有着向多方向发展的潜能。

　　理论上，用一个人自身的细胞培养干细胞来修补受损的组织和器官，不会引起免疫系统的排斥，是最理想的疗法。但有保守思潮认为，进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎，而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式，因此干扰胚胎干细胞研究中最醒目的口号是“不要扮演上帝”。

　 　其实，无论从基础研究角度来讲还是从临床应用方面来看，人类胚胎干细胞带来的益处远远大于在伦理方面可能造成的负面影响。但美国政府从2001年起通过 限制经费的方法，开始对相关研究展开管制，不但打击了美国胚胎干细胞研究，而且在全球范围内拽倒了一批项目，部分此类型实验迫不得已转向技术上更困难的方 向——用体细胞培育干细胞。

　　预测：真实价值正名

　　2011年，人类胚胎干细胞或将证实其真实价值，而这将得益于以下两项非比寻常的手术治疗。

　 　美国马萨诸塞州高级细胞技术所（ACT）的医生们用了几周时间将人体胚胎干细胞注射入视网膜细胞，并意图通过该手段来延缓患者的失明。截止到目前，该项 技术仍处于发展阶段，但这11位眼疾患者会在2011年接受人体胚胎干细胞疗法，预计他们会在6个星期后出现视力提高。

　　但人们必须要知道，眼部的治疗乃是一个特例。这一区域与免疫系统绝缘，细胞在此处最不可能被排斥。因此如要了解人体胚胎干细胞更广泛的治疗潜力，尚需别的例子。

　　而在2010年10月份，一位瘫痪患者接受了脊椎人体胚胎干细胞注射。2011年，将有10位瘫痪患者接受该疗法治疗，在被干细胞修复受损组织的同时，揭示它们潜在的医学价值。

　　“机器人替身”之梦成真

　　自己像树獭一般窝在家里，派个替身去代我上学/上班/开会，也许是每个人都曾做过的梦。

　　美国加利福尼亚州一家公司正在对这样一种机器人进行研制，起名为“TEXAI”远程出席系统机器人；与此同时，也位于加州的另一家公司Anybots，近期预备发布QB办公型机器人，让忙碌到无法喘气或宅到无与伦比的上班族们，能同时在两个地方出现。

　 　QB办公型机器人，或者说这个可能要成为你“替身”的家伙，性能如下：基底像个小电动滑板车，每小时行驶6公里；使用一个激光扫描器避开书和办公室其他 杂物；远程系统让你能在世界任何一个地方通过网页浏览器对它进行遥控；而机器人的相机就如同你的眼睛，使你能够监控机器人所处的环境；其头部的一个小型 LCD显示屏意味着机器人遇到的每一个同事也能看到你，并可以跟你打招呼。

　　尽管人们会想，我即便身在家中，和同事打招呼甚至会话也只不 过需要一个视频电话会议系统，而不是价格15000美元的机器人。但Anybots公司的技术人员告诉你，一旦拥有“机器人替身”，主人将摆脱地域的限 制，随意控制机器人，并指导其完成力所能及的工作，这个意义非同小可。

　　该技术人员还特意兼顾了一下你同事的感受——虽然说与一位机器人谈话恐怕有点别扭，但人们都很快能适应。

　　预测：且爱且怕

　　无视窗外车流涌动，淡定地待在家中，仅派出远程遥控的机器人完成自己的工作，这种事发展到最后会遂了谁的心愿呢？但美国和日本现已在出售“机器人替身”了，因此，2011年的人们，如果有一天发现自己办公桌对面坐的是一个机器人同事，大可不必惊讶。

　　因此这可能是最好的时代。有着低血压、起床气等现代病的人们，不必再早晨铁青着脸出现于地铁站，无需再顾忌高峰期的交通与时间，可以慢吞吞弄早餐，因为已有远程遥控的“机器人替身”帮助排忧解难。

　　这可能是最坏的时代。当我们硬生生地爬起来冲到冷风中，终于在办公椅上坐定并暗暗捏拳告诉自己要做一名传统型办公者时，环顾四周却满目皆是机器人，又该作何感想呢。