未来十年有望改变世界的五大发现

　　科技日报记者 刘霞

　　浮云一别后，流水十年间！21 世纪第二个十年已悄然离开。过去十年，不少革命性突破和发现给人类生活和认知带来重大变革：希格斯玻色子填补了“标准模型”最后一块拼图，深化了人类对物质本质的理解；引力波的出现让人类拥有了洞悉宇宙奥秘的全新方式；CRISPR 则让人类新添一把对抗疾病的利器，等等。

　　时代的车轮滚滚向前，2020 年代的高速列车已启程，会有哪些重大发现在前方等待我们呢？美国趣味科学网站在近日的报道中，给我们提供了一些答案。

　　通用流感疫苗

　　几十年来，无数科学家孜孜以求，希望研制出“通用流感疫苗”。随着技术不断进步，未来 10 年内，这项真正的医学突破有望“梦想照进现实”。

　　美国约翰霍普金斯大学健康安全中心传染病专家阿梅什·阿达利亚博士说：“科学家正采用不同方法研制通用流感疫苗，初步实验结果令人振奋。”

　　从理论上来说，通用流感疫苗能为人们提供长期保护，更重要的是，无需每年接种流感疫苗。通用流感疫苗这一特性使其不仅能抵御不断变化的季节性流感病毒，也能抵御将来可能出现的大流行性流感病毒。如研制成功，不啻为人类的一个巨大福祉。 

　　流感病毒的某些部分每年都变，其他部分则长年不变，目前所有研制通用流感疫苗的方法都针对病毒变异较小的部分。

　　2019 年 4 月，美国国家过敏和传染病研究所（NIAID）启动了首个通用流感疫苗人体试验。这一免疫方法旨在诱导对流感病毒变异较小部分（血凝素，能帮助流感病毒进入人体细胞）的免疫反应。这项一期研究将主要针对实验疫苗的安全性，以及参与者的免疫反应，研究结果将于 2020 年年初发布。 

　　而以色列 BiondVax 公司研制的另一种通用流感疫苗目前正进行临床三期试验，结果如显示有效，意味着这种疫苗可抵抗所有流感病毒。据《科学家》杂志报道，该候选疫苗包含 9 种来自不同流感病毒（这些病毒菌株间差异很小）的蛋白。BiondVax 公司称，此研究迄今已招募 12000 多人，结果预计将在 2020 年底揭晓。

　　更大更好的“迷你大脑”

　　过去十年，科学家已成功利用人类干细胞培育出“迷你大脑”（所谓的“类器官”），

　　但宾夕法尼亚大学神经科学教授宋红军说，迄今为止，类脑器官只能发育成类似胎儿早期阶段大脑的小块。不过未来十年，这一情况将发生变化。“届时，我们不仅可以建模细胞类型的多样性，还可以建模大脑的细胞结构。” 

　　成熟神经元在大脑内层层叠叠、纵横交错，但目前的类器官内都是无法形成复杂连接的未成熟细胞。宋红军表示，未来十年内有望克服这一挑战。有大脑微型模型加持，科学家能推断神经发育疾病如何逐步恶化；神经退行性疾病如何让大脑组织分崩离析；以及不同人的大脑对不同疗法如何反应等。 

　　宋红军补充说，未来有一天（尽管可能并非 10 年内），科学家甚至能培育出神经组织的“功能单元”，来替换大脑的受损区域。尽管这项研究此时还处于高度理论化阶段，“但我认为在未来十年内，我们会知道这条路是否行得通”。

　　向可再生能源系统转型

　　过去十年，海平面不断上升、极端气候频频来袭，令人深刻认识到，我们栖息的美丽星球多么脆弱。未来十年，我们该如何保护地球呢？  

　　宾夕法尼亚州州立大学著名气象学教授迈克尔·曼说：“我认为，我们将在应对气候变化方面取得突破，但在此期间，我们需要能加速这一转变的政策，以及支持这些政策的政治家。”

　　伊利诺伊大学香槟分校大气科学教授唐纳德·伍布莱斯也表示，未来十年间，“能源和交通系统向可再生能源的转型将顺利进行，科学家也将开发出新方法和技术，使我们能更快成功转型。此外，恶劣天气或海平面上升带来的影响日益加剧，人们的关注也会与日俱增，因此，会更严肃看待气候变化问题。” 

　　伍布莱斯说，最近有证据表明，科学家可能低估了气候变化对本世纪及以后的影响，因此，人们对气候变化严阵以待是好事。而且，未来十年，对气候变化可能带来的影响，我们的了解会更多。

　　找到轴子

　　过去十年，物质世界微观领域最激动人心的发现非希格斯玻色子莫属，这一发现堪比人类首次登月。希格斯玻色子又被称为“上帝粒子”，其使命是赋予其他基本粒子质量。粒子物理学标准模型描述了构成物质的各种粒子，希格斯玻色子被认为是标准模型“皇冠上的明珠”。

图片来源：美国趣味科学网站

　　发现希格斯玻色子的狂喜，并没有让物理学家停下探索的脚步，一些此前默默无闻的粒子逐渐走上物理学的舞台中央，其中最令人瞩目的当属轴子。 

　　诺贝尔物理学奖得主、麻省理工学院教授弗兰克·维尔切克说，未来十年，我们很有可能发现轴子。1978 年，维尔切克首次提出轴子理论。他认为，轴子可能并非单个粒子，而是一类很少与普通物质相互作用的粒子。轴子的存在可以解释一个长期存在的未解之谜：为什么物理学定律对物质粒子和反物质粒子“一视同仁”，即使它们的空间坐标发生了翻转。 

　　此外，轴子也是暗物质的主要候选粒子之一，暗物质将星系束缚在一起，迄今仍不知其乡关何处。

　　维尔切克说：“发现轴子将是基础物理学领域的一项伟大成就。目前，全球各地有不少实验在‘抓捕’轴子，在未来五到十年内，我们很可能发现轴子。”这些实验包括“轴子暗物质实验”和位于欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜。

　　当然，维尔切克也表示，在粒子物理学领域还存在其他可能性：我们可能发现来自宇宙最早期的引力波；也有可能找到所谓的弱相互作用重粒子，它也是暗物质候选粒子。 

　　发现存在类地大气系外行星

　　1995 年 10 月，米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹宣布发现首颗绕类日恒星旋转的系外行星，这一发现犹如哥伦布发现新大陆，大大拓展了人类视野。

　　这颗行星名为“飞马座 51b”，公转周期为 4.2 个地球日，质量约为木星的一半。NASA 称，这一发现永远改变了“我们看待宇宙和我们在宇宙中位置的方式”。迄今，天文学家已确认 4104 颗绕太阳系外恒星运行的系外行星。

图片来源：美国趣味科学网站

　　麻省理工学院行星科学家兼天体物理学家萨拉·西格认为，未来十年，系外行星探索领域前景无限。她解释说：“詹姆斯·韦伯太空望远镜将于 2021 年发射升空，这对天文学和系外行星科学未来十年的发展影响巨大。借助它，科学家将首次能在红外线中‘看见’系外行星，这意味着他们甚至可以发现绕距离很远恒星运行的微弱行星。” 

　　这一望远镜也将为了解这些系外世界的“性格特征”打开新窗口。西格解释说：“如果存在合适的岩石行星，我们将能探测到其上的水蒸气。存在水蒸气意味着存在液态水海洋，众所周知，液态水对生命不可或缺，所以，发现液态水至关重要。系外行星搜索领域的‘圣杯’是要找到一颗拥有与地球相似大气层的星球，即一颗能维持生命繁衍生息的星球。” 

　　西格也强调说，当然，在此过程中，我们会遭遇“成长的烦恼”！“詹姆斯·韦伯太空望远镜升空、其他超大地基望远镜即将投入使用，搜索系外行星的科学家也越来越多，正从以前的单兵或小分队作战模式转为上百人的集体作战模式。尽管还没有达到激光干涉引力波（LIGO）实验的千人团队规模，但组织工作已变得相当困难。”  

　　十年，不过是宇宙长河里的一粒微尘，却也可以在科学发展史上写下浓墨重彩的篇章，过去十年已经证明了这一点。雄关漫道真如铁，而今迈步从头越！历史总在重演，科技永远向前。我们有理由相信，未来十年也必将涌现出一些大发现，引领我们进入一个更加美丽的新世界。