一流科學(xué)家正在干什么

何積惠即將改變我們生活的十項(xiàng)新興技術(shù)在新興技術(shù)層出不窮的今天，推測(cè)其中哪一項(xiàng)將會(huì)改變計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、通信和能源基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域的面貌，總是令人感興趣的挑戰(zhàn)。最新出版的美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志載文，介紹了將改變?nèi)祟惿罘绞降氖?xiàng)新興技術(shù)，讀者會(huì)說(shuō)兩種語(yǔ)言。在IBM公司的沃森研究中心，這位華裔計(jì)算機(jī)科學(xué)家此刻正用普通話對(duì)著一臺(tái)個(gè)人數(shù)字助理說(shuō)些什么。只過(guò)了幾秒鐘，那臺(tái)儀器就傳來(lái)女性悅耳的嗓音用英語(yǔ)提出清的工作正處于這一發(fā)展愈益加快的研究領(lǐng)域的最前沿。與逐字翻譯網(wǎng)上文件的商用系統(tǒng)不同，她的軟件著眼于所謂的語(yǔ)義分析：提取文本或講話中最可能的含義，按概念分類存 ,軟件先要斷定說(shuō)話人生病了，然后用目標(biāo)語(yǔ)言產(chǎn)生一個(gè)與那人健康有關(guān)的句子。如果計(jì)算機(jī)里存儲(chǔ)了足夠的語(yǔ)義概念，就會(huì)很容易將一種新的語(yǔ)言與網(wǎng)絡(luò)相連接，而不必為漢語(yǔ)-阿拉伯語(yǔ)或英語(yǔ)－阿拉伯語(yǔ)的翻譯機(jī)分別編程了。當(dāng)然，口語(yǔ)翻譯需要將語(yǔ)音轉(zhuǎn)換成文本，對(duì)文本進(jìn)行辨析，再用語(yǔ)音合成技術(shù)輸出翻譯結(jié)果。此外，一個(gè)實(shí)用性系統(tǒng)還必須自文本和人工翻譯的比較來(lái)學(xué)習(xí)翻譯模式。由她們開(kāi)發(fā)的中英文翻譯軟件，已先后在筆記本電腦和個(gè)人數(shù)字助理上得到應(yīng)用。它收入的詞匯量只有幾千個(gè)，卻足以滿足日常談話的需％，中。據(jù)悉，這項(xiàng)技術(shù)可望在今年晚些時(shí)候加以推廣，從中受益的將遍及商務(wù)會(huì)議、文件研常春藤的校園里，在有幾分傾斜的小山上，毫不顯眼地坐落著羅恩·韋斯的生物試驗(yàn)室。惟一與眾不同的是，它居然與好些機(jī)電工程實(shí)驗(yàn)室毗鄰。然而，這樣選址對(duì)韋斯來(lái)說(shuō)是恰當(dāng)?shù)?。作為一名?xùn)練有素的計(jì)算機(jī)工程師，他在研究生給細(xì)胞編起程序來(lái)了。韋斯是涉足合成生物學(xué)研究的為數(shù)不多的人員之一。這是一個(gè)初現(xiàn)行任何一項(xiàng)任務(wù)，通過(guò)與簡(jiǎn)單的桿菌或人體細(xì)胞相結(jié)合大大提升生物傳感功能，甚至還有可能在構(gòu)建供移植的完整人體器官方面，發(fā)揮眼下還難以想象的作用。為了控制細(xì)胞行為 這方面似乎走得更遠(yuǎn)。除了對(duì)這些電路進(jìn)行微調(diào)和設(shè)計(jì)復(fù)雜的細(xì)胞系統(tǒng)外，他還成功地將基因網(wǎng)絡(luò)插入細(xì)胞，有選擇地促成那些執(zhí)行任務(wù)最出色的細(xì)胞優(yōu)先發(fā)育，而且這個(gè)過(guò)程可以一直重復(fù)到他獲得想要的結(jié)果為止。在得到美國(guó)防部贊助的研究項(xiàng)目中，他就是用這種方式使平素非群居的桿菌變得互相溝通的。結(jié)果，這些桿菌不但能琢磨出刺激物離它有多的傳感器。對(duì)于韋斯來(lái)說(shuō)，計(jì)劃中最雄心勃勃、同時(shí)也最難以實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目是為成人干細(xì)胞編程。這些非?；募?xì)胞常見(jiàn)于許多人體組織，如果受到正確的誘發(fā)，它們都會(huì)發(fā)育成特定種類的成熟細(xì)胞。按照韋斯的設(shè)想，只要通過(guò)刺激一些細(xì)胞分化為骨頭，刺激另一些細(xì)胞分化為肌肉和軟骨等組織，那么，研究人員就能引導(dǎo)細(xì)胞去修補(bǔ)損壞的心臟或締造出功能較之任何人造替代物更優(yōu)異的合成膝關(guān)節(jié)。但哺乳動(dòng)物的細(xì)胞是如此錯(cuò)綜復(fù)雜，這個(gè)任務(wù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比桿菌編程來(lái)得困難。目前，韋斯和他的同事們已從小鼠中提取出成人干細(xì)胞，在眾多的技術(shù)門類中，很少有像納米技術(shù)那樣被前景看好的。它有助于萎縮數(shù)十年之久的電子工業(yè)迎來(lái)全面復(fù)興，令能源生產(chǎn)到醫(yī)療診斷等眾多行業(yè)為之面貌一新。目前，世界各大公司紛紛為此項(xiàng)技術(shù)而斥資，幾乎每一所名牌大學(xué)都以率先展開(kāi)相關(guān)研究而自豪。學(xué)會(huì)如何制作納米線這一納米器件的關(guān)鍵，則成了擺在研究人員面前的一大熱門課題。顧名思員能將納米線的直徑從5毫微米調(diào)整至幾千毫微成較大的結(jié)構(gòu)后，不僅可以制作激光器、晶體管和存儲(chǔ)器陣列，就連類似獵犬嗅探器官的化學(xué)敏感結(jié)構(gòu)也不在話下。但以微調(diào)納米線性能取得的非凡進(jìn)展而論，則當(dāng)首推美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的納米線開(kāi)拓者、華裔年輕科學(xué)家楊培東了。圈內(nèi)人士稱，這一技楊培東和他的同事利用特殊的小室，先在里面將黃金或其他金屬的薄膜熔化，以形成納米尺度的微滴。然后，向它們發(fā)射硅烷之類的化學(xué)蒸氣，使其分子分解。這些分子以短序列使熔化的納米微滴過(guò)飽和后，便形成了納米結(jié)晶。隨著更多的蒸氣在金屬微滴上的分解，結(jié)晶就會(huì)像一棵樹(shù)那樣往上生長(zhǎng)。同時(shí)在數(shù)百萬(wàn)個(gè)金屬微滴上進(jìn)行這一操作，使科 樣。由于在生長(zhǎng)過(guò)程中引進(jìn)不同的蒸氣，楊培東改變了納米線的成分，使它形成硅和半導(dǎo)體硅鍺的界面，其早期用途是對(duì)計(jì)算機(jī)芯片的冷卻。此外，這類器件還有可能最終發(fā)展成為高效的能源，從汽車廢熱或太陽(yáng)熱量中產(chǎn)生電能。當(dāng)然，對(duì)如此細(xì)微的納米線進(jìn)行電氣—解開(kāi)現(xiàn)實(shí)生活中撲朔迷離之謎美國(guó)斯坦福大學(xué)度晦澀費(fèi)解的貝葉斯統(tǒng)計(jì)學(xué)開(kāi)發(fā)程序，它們?cè)诮鉀Q基因怎樣發(fā)揮功能等問(wèn)題的同時(shí)，也深入揭示了有關(guān)不確定性這一計(jì)算機(jī)科學(xué)中長(zhǎng)期懸而未決的難解之謎的真相?？评赵谡劦剿?8世紀(jì)英國(guó)長(zhǎng)老會(huì)的一名牧師，他所構(gòu)思的觀念浩如煙海，使研究人員難以解開(kāi)其間相互糾葛、撲朔迷離的關(guān)系，結(jié)果放慢了尋找特效新藥的速度。科勒的程序?qū)ι锨ХN基因數(shù)據(jù)進(jìn)行了梳理，也測(cè)試了某些基因活動(dòng)可從其他基因的變化上得到解釋的概率。特別是她在擴(kuò)展貝葉斯編程器運(yùn)用的視覺(jué)模型后，以圖像形式顯示了物體及其性質(zhì)和關(guān)系。舉例來(lái)說(shuō)，預(yù)測(cè)艾滋病人對(duì)藥療法的反應(yīng)不但要了解病人先前有何反應(yīng)，同時(shí)也得看病人身上攜帶著什么病毒株，哪些病毒株具有抗藥性等諸如此類的因素。目前，研究人員正在設(shè)法使這些方法適應(yīng)各種實(shí)際用途的需要，已推出了能自動(dòng)繪測(cè)廢棄地雷區(qū)的機(jī)器人等。英特爾公司也開(kāi)發(fā)出可對(duì)半導(dǎo)體晶片上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行解來(lái)發(fā)現(xiàn)和探索網(wǎng)上大量互聯(lián)數(shù)據(jù)的模式。利用貝葉斯技術(shù)設(shè)計(jì)的程序在市場(chǎng)上也很走俏，件，可根據(jù)收視率的高低將電視節(jié)目推薦給衛(wèi)星和有線電視用戶。該公司希望在世界各地的紫外線光，還有可供夜間觀察的近距離紅外線輻射。如今，研究人員正在開(kāi)發(fā)波譜中的一個(gè)新領(lǐng)域：太赫輻射，簡(jiǎn)稱T射線。由于這種射線善于穿透很多常見(jiàn)的物質(zhì)，不僅使隱匿的物體原形畢露，就連其成分也一目了然。因此，機(jī)場(chǎng)保安和醫(yī)療成像技術(shù)都可因此而線的理想選擇了。原來(lái)，T射線奏效的范圍恰好在波長(zhǎng)延利用它可以探明牙根的腐爛狀況，但又不至于引起有害的電離輻射。研究人員經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：只要在半導(dǎo)體芯片上激起強(qiáng)效而極短促的激光脈沖，就會(huì)產(chǎn)生太赫輻射（因其頻率為每秒萬(wàn)億次，故名）。射線的飛行時(shí)間會(huì)隨著它在材料縫隙或不同厚度間的穿越而發(fā)生變時(shí)，屏幕上將隨之顯示圖像。如果被測(cè)物體積過(guò)大，成像視窗上放不下，則另有一條廣泛。電子消費(fèi)產(chǎn)品公司可以用它檢驗(yàn)制造方面存在的缺陷，食品加工廠可以測(cè)定密裝內(nèi)的含水量，以確保食物新鮮。它用于診斷皮膚癌或乳腺癌也十分有效，能幫助醫(yī)一種能與金屬探測(cè)器配合使用的掃描儀，以便檢查旅客衣服口袋里藏匿的剃須刀或爆。最近，美國(guó)宇航局也獲得了一臺(tái)這樣的掃描儀，準(zhǔn)備用它來(lái)探查航天飛機(jī)上絕緣泡和錄像抑或?yàn)榉朗Ц`或故障而維護(hù)正規(guī)的備份文件，都是每個(gè)計(jì)算機(jī)用戶在數(shù)據(jù)管理臨的一大麻煩。要是從任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)，從任何一個(gè)地方敲擊幾下鍵盤，即可將數(shù)據(jù)個(gè)難題。它一方面簡(jiǎn)化數(shù)字文件的維護(hù)和存取，使重要文件擺脫對(duì)特定計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)賴，另一方面又解除了人們對(duì)斷電或硬驅(qū)動(dòng)失靈帶來(lái)災(zāi)難的后顧之憂。執(zhí)著地追求這就提供了一條快速組織數(shù)據(jù)的捷徑：經(jīng)過(guò)一次簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，給每個(gè)文件指定它在屬于自己的行，再由后者存儲(chǔ)文件的位置。如今，這樣的表已隨處可見(jiàn)，構(gòu)成了多數(shù)必不可少的一部分。在巴拉克利希南所探究的分布式存儲(chǔ)模式中，文件被分散到各處聯(lián)網(wǎng)，就像散列表為它們的位置羅列清單一樣。由于每個(gè)表都指向其他的表，所以被的第一個(gè)散列表要是沒(méi)有為你想要的文件列出清單，它就會(huì)指向其他最終仍只需幾毫又使各個(gè)表保持更新的狀態(tài)。如果這個(gè)問(wèn)題處理好了，那么，分布式散列表就轉(zhuǎn)變成一系列自動(dòng)組織、易于搜索的編檔機(jī)柜。麻省理工學(xué)院正在按這一設(shè)想研制原型機(jī) 合作的尚有加利福尼亞大學(xué)伯克利分校、國(guó)際計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所、紐約大學(xué)和賴斯大學(xué)。 ,用于鎖定某一基因的核糖核酸微小的雙串分子被引入人體細(xì)胞內(nèi)，能有針對(duì)性地遏制該基因的活動(dòng)。在2001年的東京會(huì)議上，圖施勒首次披露了他的研究成果，卻遭到與會(huì)者的質(zhì)疑。但時(shí)至今日，這項(xiàng)技術(shù)不僅已被普遍接受，促成了研究工作在各大制藥公司和大學(xué)的蓬勃開(kāi)展，也可能將圖施勒本人列入問(wèn)鼎諾貝爾獎(jiǎng)的候選者名單。核糖核酸干預(yù)療法之所以令人激動(dòng)，是因?yàn)榛畹纳矬w多半可從基因近乎完美的開(kāi)關(guān)配合動(dòng)作上得到界定。比方說(shuō)，手指被割破會(huì)激活形成血塊的基因，而血塊一旦形成又會(huì)反過(guò)來(lái)促使基因關(guān)閉。換言之，如果癌細(xì)胞隨著特定的基因被關(guān)閉而死亡，那么，研究人員就可以尋找鎖定該基少制藥公司已著手利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)相關(guān)的藥物。圖施勒在洛克菲勒大學(xué)執(zhí)教之余，也藥物。據(jù)專家估計(jì)，這一療法可望在今后3到4年內(nèi)上市，其早期用途也許是治療眼睛的病毒感染。假如小小的核糖核酸分子果真大顯身手給人類造福，那么，傳統(tǒng)的分子生物學(xué)伏著自行毀滅的隱患：一旦供電狀況失控，只消幾秒鐘就會(huì)危及輸電線路，使其面臨頃刻熔化的險(xiǎn)情。這些輸電網(wǎng)大多是在快捷反應(yīng)式微處理機(jī)和纖維光學(xué)器件普及以前的年代里架設(shè)的，因此根本無(wú)法檢測(cè)和抑制整個(gè)系統(tǒng)受到的干擾。相反，每根輸電線和每家發(fā)電廠必須各自為政，在遇到電力飆升或下降時(shí)停延至安大略的大面積停電的5千萬(wàn)北美人來(lái)說(shuō)，這種系統(tǒng)的里斯蒂安·雷坦茨認(rèn)為，用現(xiàn)代網(wǎng)格技術(shù)管理輸電網(wǎng)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟了。作為總部位于瑞士蘇黎世的ABB工程集團(tuán)副總裁，雷坦茨打算從硬件和軟件兩方面著手，以每秒數(shù)次的頻率加強(qiáng)對(duì)橫貫整個(gè)歐洲大陸的輸電網(wǎng)的跟蹤，查明干擾并迅速采取措施。其中有一項(xiàng)研究成果即將付諸安裝。如果他們的設(shè)計(jì)像廣告上宣傳的那樣行之有效，不僅斷電事故的發(fā)生率可以減少100倍，還能保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免遭從用電高峰到恐怖襲擊的一切不實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是美國(guó)為監(jiān)管太平洋西北地區(qū)的電網(wǎng)而于上世紀(jì)90統(tǒng)的自然延續(xù)。但雷坦茨考慮的是下一步：將它們改造成對(duì)迫在眉睫的災(zāi)難進(jìn)行檢測(cè)和遏制的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。雷坦茨和他的同事們?cè)O(shè)計(jì)的控制規(guī)則系統(tǒng)，由于運(yùn)用一個(gè)高度簡(jiǎn)化的模型，即使在普通的筆記本電腦上也能監(jiān)控輸電網(wǎng)的運(yùn)行狀況；如果發(fā)生故障，在0.5到2分鐘內(nèi)即可采取應(yīng)急措施，如啟動(dòng)備用電源等。眼下，他們正在研究如何用這個(gè)保護(hù)連接瑞典和意大利的輸電網(wǎng)走廊。去年9月，正是因?yàn)樗俣葘⒏由衿?，幾秒鐘?nèi)即可下載不止一部電影。而這個(gè)奇跡也許就來(lái)自給網(wǎng)絡(luò)稍加敷設(shè)的輸導(dǎo)管。實(shí)現(xiàn)這一具有激進(jìn)意義的設(shè)想，是伊利諾伊大學(xué)物理學(xué)家約翰·羅杰夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。在他看來(lái)，纖維光學(xué)通道內(nèi)的流體微滴，有助于改善光子承載數(shù)據(jù)的流暢性，加快傳輸速度和提高可靠性。由他設(shè)計(jì)的名叫微流光學(xué)纖維的原型器件，可能成為超快速傳員，羅杰開(kāi)始探索用流體充注纖維的技術(shù)已有兩年多了。眾所周知，用于電話信號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈱W(xué)纖維是由一種玻璃導(dǎo)管制成的，雖然它柔韌易彎，里面卻是實(shí)心的。羅杰則反其道而行之地將纖維鉆成空心，在里面貫穿以直徑從1微米到300微米不等的導(dǎo)槽，其結(jié)構(gòu)之細(xì)微只有在顯微鏡下才看得清。然后，將各種不同的流體以微量注入纖維而形成液度和下一代光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的形成打下了基礎(chǔ)。據(jù)透露，目前有不止一個(gè)原形器件處于測(cè)試階段。當(dāng)然，這項(xiàng)新技術(shù)何時(shí)能在商業(yè)領(lǐng)域大顯身手仍是一個(gè)未知數(shù)。原因也很簡(jiǎn)單：讓電信這在經(jīng)濟(jì)不甚景氣的今天是不現(xiàn)實(shí)的。但光學(xué)與流體技術(shù)的聯(lián)姻，還是為廣闊的前景。對(duì)于羅杰來(lái)說(shuō)，一個(gè)可能的方向是研制利用光來(lái)檢測(cè)血液中個(gè)人基因組學(xué)———依據(jù)血液測(cè)試開(kāi)出最佳良方30億，約略相當(dāng)于人類的血液測(cè)試就能決定最佳治療方案，許多科學(xué)家在走一條著眼于基因組差異的捷徑。美國(guó)為實(shí)用的工具，幫助醫(yī)生和研究人員迅速判定某人的基因組織是否會(huì)使他或她易患某種疑難雜癥并對(duì)特定的藥物作出反應(yīng)?？伎怂沟呐赡茏罱K給癌癥、早老性癡呆癥和哮喘等頑疾治療帶來(lái)一場(chǎng)革命?；驕y(cè)試如今已能分辨：誰(shuí)身上攜帶有亨廷頓舞蹈病等罕見(jiàn)疾病 ,而多數(shù)常見(jiàn)病和藥物反應(yīng)要涉及好幾個(gè)散布