盡管科學(xué)上的重大進(jìn)展其價值有時候并不能立即顯現(xiàn)出來，科學(xué)共同體內(nèi)部的一些成員也并不十分認(rèn)真對待諸如此類的評選，但由美國《科學(xué)》雜志評選出的十大科學(xué)進(jìn)展依然如期公布，并被廣泛傳播。2003年的科學(xué)奧斯卡獎于12月18日揭曉，有關(guān)宇宙嬰兒期的精細(xì)圖像摘走了今年科學(xué)進(jìn)展之*的桂冠。由美國匹茲堡大學(xué)斯克蘭頓領(lǐng)導(dǎo)的這一研究被認(rèn)為是找到了暗能量存在的直接證據(jù)。它與今年涌現(xiàn)的其他觀測結(jié)果一起，終止了關(guān)于宇宙本質(zhì)長達(dá)幾十年的爭論。

“今年優(yōu)良的工作非常多，這使我們的選擇更加困難。但我們*終把**授予天文學(xué)，是因為再沒有比宇宙更大的東西了?！薄犊茖W(xué)》雜志總編輯唐納德·肯尼迪說。他同時表示向另外9項屈居**之后的優(yōu)勝者表示敬意。與往年一樣，本報特別邀請幾位科學(xué)家來解讀其中幾項關(guān)鍵進(jìn)展。

暗能量：主宰宇宙的神秘力量

一顆孤獨(dú)的衛(wèi)星在人跡罕至的地方捕獲到了宇宙的本質(zhì)。2003年2月，“威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)”拍攝到了宇宙嬰兒期的照片，那時的宇宙誕生還不到40萬年。這幅色彩鮮明的圖片象征著宇宙學(xué)中的一個重大轉(zhuǎn)折，它證實(shí)了一幅神奇得讓人無法置信的宇宙圖景：用以構(gòu)成恒星、樹木以及人類的普通物質(zhì)只占4%，另有23%是詭異的暗物質(zhì)，余下的73%則是暗能量。另一項名為“斯隆數(shù)字巡天(SDSS)”的計劃也得到了同樣的結(jié)論。

WMAP的數(shù)據(jù)還解決了許多長期懸而未決的關(guān)于宇宙基本性質(zhì)的問題。就在一年前，宇宙學(xué)家們還可能會說宇宙的年齡在120億至150億年之間，然而現(xiàn)在他們會說它的年齡是137億年，誤差只有幾十萬年。另外，研究結(jié)果表明，宇宙正在以71公里每秒每百萬秒差距的速率膨脹，且它的“形狀”是“平坦”的。今年的這些進(jìn)展或許是科學(xué)家*終解開萬物起源之謎的一個新起點(diǎn)。

●點(diǎn)評：里程碑式的成果(中科院高能物理所張新民研究員)

WMAP和SDSS以其對宇宙學(xué)參數(shù)的**測量，進(jìn)一步強(qiáng)有力地支持了大爆炸宇宙學(xué)模型。這在人類探索宇宙奧秘和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的道路上無疑是一個光輝的成就。這些**測量推動了宇宙學(xué)的研究進(jìn)入一個黃金時代，其發(fā)現(xiàn)沖擊著舊的宇宙觀，促使人們對宇宙奧秘進(jìn)行新的思考。

暗物質(zhì)是由什么構(gòu)成呢？理論物理學(xué)家認(rèn)為，可能的暗物質(zhì)粒子有軸子(Axion)、中性伴隨子(Neutralino)等。目前世界各國科學(xué)家正通過各種加速器和非加速器實(shí)驗探索這一問題，例如由和意大利合作的DAMA實(shí)驗，就試圖找到這種暗物質(zhì)粒子。

暗能量是近年宇宙學(xué)研究的一個里程碑式的成果。這種能量在日常生活和科學(xué)實(shí)驗中是感覺不到的，但它卻主宰著宇宙的演化和命運(yùn)。暗能量的一種可能是真空的能量，但現(xiàn)有的理論計算值比WMAP和SDSS觀測值大很多倍，這種理論與實(shí)驗的沖突對當(dāng)今物理學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

目前科學(xué)家們還提出了其他想法來解釋這種神秘的暗能量，比如Quintessence，這是一種動力學(xué)場，而且由于它的存在可以導(dǎo)致電磁相互作用的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的改變。這一現(xiàn)象一旦證實(shí)，也將是一個重大發(fā)現(xiàn)。值得強(qiáng)調(diào)的是，暗能量的本質(zhì)決定著宇宙的命運(yùn)?？梢灶A(yù)言，對它的認(rèn)識將會導(dǎo)致物理學(xué)的一場重大**。

伽馬暴：來自宇宙邊緣的毀滅

今年的若干發(fā)現(xiàn)揭開了一直籠罩著宇宙間*猛烈的爆發(fā)現(xiàn)象(即被稱作伽馬射線暴巨大能量沖擊波)的面紗。*引人注意的是，在3月份，天文學(xué)家在一個很亮的伽馬暴的余輝中認(rèn)出了明白無誤的超新星的特征，他們證實(shí)了伽馬暴與超新星(大質(zhì)量恒星的滅亡)之間的聯(lián)系。天體物理學(xué)家現(xiàn)在相信，當(dāng)一個恒星的核心向內(nèi)爆發(fā)并形成一個黑洞(個別科學(xué)家認(rèn)為是形成一個帶有壓倒性磁場的快速旋轉(zhuǎn)中子星)時，就會有特別猛烈的能量噴流出來。

●點(diǎn)評：這已是第三次上榜(中科院紫金山天文臺陸聑院士)

伽馬暴是來自宇宙深處短時間內(nèi)(一般只有幾秒或幾十秒)伽馬射線突然增強(qiáng)的一種現(xiàn)象。它的發(fā)現(xiàn)**次發(fā)表于1973年，距今正好30周年。但在很長時間內(nèi)，它都處于一種神秘狀態(tài)，因為我們不知道它究竟離地球有多遠(yuǎn)。直到1997年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)伽馬暴的余輝———它可以延續(xù)幾個月甚至上年的時間，并發(fā)現(xiàn)它的距離非常遙遠(yuǎn)，甚至可以說是在宇宙的“邊緣”。

毫無疑問，伽馬暴是宇宙間*為猛烈的爆發(fā)現(xiàn)象，只有在伽馬暴爆發(fā)時放出極大的能量，我們才能相隔這么遠(yuǎn)而能觀察到它。1997年伽馬暴的研究被《科學(xué)》雜志評為當(dāng)年十大科學(xué)進(jìn)展之一。1999年，伽馬暴又被《科學(xué)》評為當(dāng)年的十大進(jìn)展之一。

事實(shí)上，在1998年4月25日，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了一個伽馬暴，幾乎在它爆發(fā)的同時也觀測到有一個超新星出現(xiàn)在其相同的位置上，科學(xué)家意識到這兩者是有關(guān)系的，但當(dāng)時還有一些不清楚的地方。今年3月29日又發(fā)現(xiàn)了一個很亮的伽馬暴，這一次科學(xué)家特別清楚地證實(shí)了伽馬暴確實(shí)是由一種超新星———大質(zhì)量恒星的核心塌縮引起的。這項進(jìn)展對伽馬暴的起源、恒星演化和宇宙學(xué)的研究都有重要的幫助。

干細(xì)胞：可以培育出生殖細(xì)胞

至少有一位觀察者把這一令人驚奇的發(fā)現(xiàn)稱作“倫理學(xué)上的地震”：小鼠胚胎干細(xì)胞能夠在培養(yǎng)皿中發(fā)展為精子和卵子。如果這種出色的工作能夠在人類細(xì)胞中重復(fù)，那么它可以提供取之不盡的人類精子和卵子供科研使用。但是它也打開了裝滿各種論理學(xué)問題的“潘多拉魔盒”：我們能夠允許一個親生父母是體外培養(yǎng)的細(xì)胞而非活人的孩子出生嗎？

●點(diǎn)評：人工制造生命又邁了一大步(中科院動物所韓春生研究員)

我不知道是不是會有一場“倫理學(xué)上的地震”，但我確信這些工作給學(xué)術(shù)界帶來的影響絕不亞于幾年前科學(xué)家們克隆多利時的情景，使得本來就已經(jīng)很熱的干細(xì)胞研究更加炙手可熱！不管出于什么目的，許多人長期以來一直想人工制造生命，今年的工作又使其朝著這一目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。

胚胎干細(xì)胞是指胚胎發(fā)育早期由受精卵經(jīng)過多次分裂形成的一群細(xì)胞，由于個體長成后不同細(xì)胞都來源于這群細(xì)胞，因此我們說其具有多能性。胚胎干細(xì)胞早在上個世紀(jì)80年代就被用來產(chǎn)生基因以修復(fù)動物器官，人們更希望能夠在體外將其誘導(dǎo)成各種組織器官用于醫(yī)學(xué)**。大概許多科學(xué)家——至少我自己——根本沒有想到它們能夠在體外完成減數(shù)分裂而形成具有全能性的單倍體生殖細(xì)胞。這些工作將使我們能夠在體外生產(chǎn)取之不盡的生殖細(xì)胞，也使得基因修復(fù)動物器官的研究更加簡單。

更重要的是，這使人們覺得生命的產(chǎn)生完全可以像機(jī)器生產(chǎn)一樣在體外完成。世界上許多國家都明確表示禁止克隆人，我國政府也禁止這方面的工作，然而科學(xué)的發(fā)展卻似乎從不同方面為這一工作提供越來越多的便利條件。

Y染色體：原來可以自我修復(fù)

今年在破譯出Y染色體的遺傳密碼后，我們獲得了男性的DNA遺傳信息。在Y染色體的5900萬個堿基中，有一半是糾纏不清的甚至是無用的核苷酸序列，正是這些“垃圾”使Y染色體逐漸退化。但另一半核苷酸序列可以編碼一些重要的功能基因，它們已經(jīng)進(jìn)化出一種異乎尋常的有效機(jī)制，來自我修復(fù)突變基因。

●點(diǎn)評：男性不必?fù)?dān)心了(復(fù)旦大學(xué)遺傳所楊金水教授)

進(jìn)化分析表明，決定人類性別的X和Y染色體來源于同一個祖先。在男性中Y染色體只有一份拷貝，在女性中X染色體有兩份拷貝。當(dāng)Y染色體發(fā)生基因突變時，由于缺少同源基因，突變的基因不能通過重組交換而淘汰，因而在Y染色體上保留了大量的突變基因。這正是Y染色體之所以退化的原因。

但是*新的測序揭示出一個意想不到的結(jié)果：在現(xiàn)有人類的Y染色體上，有8個區(qū)段保留了兩份重要功能基因的拷貝，當(dāng)其中一份拷貝發(fā)生突變時，會被另一份正常的拷貝復(fù)制替換，從而阻止Y染色體的進(jìn)一步退化?？茖W(xué)家曾經(jīng)預(yù)言，500萬年后Y染色體將消失，現(xiàn)在看來是杞人憂天了。

氣候變化：證據(jù)匯成一股洪流

有關(guān)全球變暖對地球及其居住者影響的研究在2003年匯成一股洪流，表現(xiàn)為大量的關(guān)于冰山融化、干旱、植物生產(chǎn)力降低以及動植物行為改變的報道。今年的諸多發(fā)現(xiàn)之一，是氣候模擬研究人員將一個持續(xù)多年但目前正在消退的全球環(huán)狀分布的干旱現(xiàn)象與西太平洋和印度洋中的非尋常溫暖水域聯(lián)系起來。這種暖水似乎是溫室氣體造成的。在生物學(xué)領(lǐng)域，全球動植物的地理分布已經(jīng)發(fā)生移動，生活習(xí)性發(fā)生了改變——例如開花或生蛋的時間，其改變的方式響應(yīng)了全球變暖的現(xiàn)實(shí)。

●點(diǎn)評：期待更深層次的突破(中科院大氣物理所王標(biāo)副研究員)

全球變暖是上個世紀(jì)以來觀測到的明顯事實(shí)。學(xué)術(shù)界更加關(guān)心的一直是探尋這些變化的原因，而被《科學(xué)》雜志認(rèn)可的氣候研究進(jìn)展卻側(cè)重于變化后的觀察與適應(yīng)。但要真正理解或證實(shí)這種關(guān)系，必須提出理論上的證據(jù)，即氣候變化的物理機(jī)制。這一點(diǎn)國際學(xué)術(shù)界進(jìn)展甚微。事實(shí)上，對氣候變化后果的觀測和討論與氣候變化機(jī)制研究是密不可分的。由不同原因造成的“氣候變暖”對環(huán)境和生命帶來的影響也不盡相同。即便這種變化的原因像當(dāng)前主流研究認(rèn)識的那樣單純——是由于溫室氣體造成的，研究者對于氣候系統(tǒng)本身復(fù)雜性的認(rèn)識也將影響到對于氣候變化后果的預(yù)料。反過來，對當(dāng)前人們適應(yīng)氣候變化措施的準(zhǔn)確評價對于氣候系統(tǒng)本身性質(zhì)的研究也非常有價值。

新材料：使電磁波逆向傳播

在自然物質(zhì)中，光線總是向相對于入射角正的方向折射，然而今年的工作證實(shí)某些奇異的材料能夠向相反的方向折射光線。1964年，蘇聯(lián)物理學(xué)家提出，某種材料可能使電磁輻射在通過它時逆向傳播。兩年前，科學(xué)家制造出了這種“左手”材料。他們使一束微波射入銅環(huán)和銅線構(gòu)成的人工介質(zhì)，從而使微波以負(fù)角度偏轉(zhuǎn)。去年這一結(jié)果遭到了其他研究小組的質(zhì)疑，而今年大量的實(shí)驗證實(shí)了這一結(jié)論。

●點(diǎn)評：電磁學(xué)的新天地(浙江大學(xué)章獻(xiàn)民教授)

介電常數(shù)ε及磁導(dǎo)率μ是用于描述物質(zhì)電磁性質(zhì)的基本物理量，決定著電磁波在物質(zhì)中的傳播特性。迄今自然界中尚未發(fā)現(xiàn)ε與μ同時為負(fù)值的物質(zhì)。1968年，蘇聯(lián)科學(xué)家維索拉古(V.G.Vesalago)**指出，當(dāng)ε與μ同時為負(fù)數(shù)時，電磁波將逆于波矢方向傳播，并可表現(xiàn)出一些奇異的電磁特性。

2001年，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的斯密斯(DavidSmith)等人構(gòu)造出了ε與μ同時為負(fù)的人工媒質(zhì)，并通過實(shí)驗觀察到了“負(fù)折射”現(xiàn)象。從此這類人工媒質(zhì)研究成為一個引人注目的前沿領(lǐng)域。

2002年底，麻省理工學(xué)院孔金甌教授從理論上證明了“左手”材料存在的合理性，他稱之為“導(dǎo)向介質(zhì)”。導(dǎo)向介質(zhì)可用來制造高指向性的天線、聚焦微波波束、實(shí)現(xiàn)“**透鏡”、用于電磁波隱身等等。隨著納米技術(shù)的進(jìn)展，采用納米導(dǎo)線有可能研制成光波波段的人工媒質(zhì)，以制造新穎的光子器件。

其他進(jìn)展及挫折

《科學(xué)》雜志評出的其他重大科學(xué)進(jìn)展還包括：科學(xué)家們識別出一些會增加精神分裂癥、抑郁癥等遺傳性**發(fā)病風(fēng)險的基因，這些基因可能會使大腦信息處理過程產(chǎn)生異常，刺激人患精神病。該研究成果對于研制**這類**的新藥意義重大。美國華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授饒毅認(rèn)為，今年這些神經(jīng)精神方面的研究是多年工作的結(jié)果?！耙浴犊茖W(xué)》引用的神經(jīng)營養(yǎng)因子為例，我們可以看到一個優(yōu)美的綜合研究。這篇論文是2003年在《細(xì)胞》雜志發(fā)表的，用了包括遺傳學(xué)、活體人腦成像、學(xué)習(xí)記憶心理測驗、分子生物、細(xì)胞生物學(xué)等多學(xué)科手段?！?

小核糖核酸分子研究繼續(xù)升溫。繼發(fā)現(xiàn)長度較短的小核糖核酸能調(diào)控基因表達(dá)，科學(xué)家今年進(jìn)一步研究小核糖核酸如何協(xié)調(diào)細(xì)胞習(xí)性。對小核糖核酸分子的研究，將有助于人類戰(zhàn)勝諸如艾滋病和肝炎等**。

單分子研究工作取得進(jìn)展。生物學(xué)家和物理學(xué)家通力合作，捕捉到細(xì)胞內(nèi)部單個分子的多種活動情況，對運(yùn)動中的分子馬達(dá)以及正在消化DNA的單個酶等進(jìn)行了觀察。

“餓死腫瘤”研究獲得新進(jìn)展。臨床試驗結(jié)果顯示，一種抑制腫瘤血管生長的**與傳統(tǒng)化療**結(jié)合，可延長結(jié)腸癌患者存活期。

《科學(xué)》還評選出了2003年*大的科學(xué)挫折：2月1日美國“哥倫比亞號”航天飛機(jī)在重返大氣層時解體。此外，《科學(xué)》還特別制作了一個SARS專輯：2003年，SARS提醒我們一種新的傳染性**可能會在任何時候出現(xiàn)，它不用傷及太多的人就能讓國家經(jīng)濟(jì)窒息，而低技術(shù)的公共衛(wèi)生措施如隔離患者就將這種病毒逼上絕境。

來源：南方周末