英國《自然》雜志網(wǎng)站2011年12月16日公布了本年度最受關(guān)注的十大新聞（The most read news stories of 2011），量子力學(xué)、粒子物理學(xué)以及有點怪異的生物學(xué)領(lǐng)域都是其中的大贏家。

1. 在真空中制造出可見的光線 Moving mirrors make light from nothing

據(jù)《自然》雜志6月3日報道，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的科學(xué)家在真空中捕獲到了不斷出現(xiàn)和消失的光子，成功將虛擬光子轉(zhuǎn)變成真實光子，制成了可測量的光，首次觀測到40多年前就曾被預(yù)言的量子力學(xué)效應(yīng)——卡西米爾效應(yīng)，即平行金屬板在輻射場真空態(tài)中存在吸引力的現(xiàn)象。

科學(xué)家們使用一個名為超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)的“鏡子”成功進(jìn)行了這項實驗，該“鏡子”由量子電子元件構(gòu)成，對磁場極其敏感。通過每秒數(shù)十億次改變磁場的方向，可使“鏡子”的振動速度達(dá)到光速的25%。實驗結(jié)果顯示，光子會在真空中成對出現(xiàn)，科學(xué)家能夠以微波輻射的形式對其進(jìn)行測量，構(gòu)建出確實具有相同特性的射線，如同量子理論所述。

此次實驗的主要價值在于增進(jìn)人們對于基礎(chǔ)物理概念的了解，比如真空波動，即真空中瞬間出現(xiàn)并消失的虛擬粒子等。

2. 歐核中心發(fā)現(xiàn)中微子“跑”得比光快 Particles break light-speed limit

據(jù)《自然》雜志9月22日報道，歐洲核子研究中心（CERN）發(fā)現(xiàn)，中微子的行進(jìn)速度超過了光速。一旦這種超光速現(xiàn)象得到證實，將給愛因斯坦的狹義相對論帶來巨大挑戰(zhàn)，改變?nèi)祟悓τ钪嫒绾芜\轉(zhuǎn)的理解。

意大利格蘭薩索國家實驗室下屬的一個名為OPERA的實驗裝置接收了來自CERN的中微子，兩地相距730公里，中微子“跑”過這段距離的時間比光速還快了60納秒（1納秒等于十億分之一秒），而實驗誤差不超過10納秒。

目前全球只有費米實驗室和日本的實驗室能重復(fù)這一實驗，但日本的實驗室在海嘯中飽受重創(chuàng)，費米實驗室尚無法達(dá)到CERN的實驗精度，而且一時半會也很難升級，因此驗證工作很難進(jìn)行。

3. 深海雪人蟹“自給自足”：用自己的爪子培養(yǎng)細(xì)菌 Yeti crab grows its own food

據(jù)《自然》網(wǎng)站12月2日報道，美國科學(xué)家在遠(yuǎn)離哥斯達(dá)黎加的深海中發(fā)現(xiàn)了一種蟹類，它可以在自己的爪子上培育細(xì)菌作為食物，這是科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的首例生物“細(xì)菌養(yǎng)殖農(nóng)場”。研究論文發(fā)表在11月30日出版的《公共科學(xué)圖書館·綜合》雜志上。

這種雪人蟹生活在哥斯達(dá)黎加鄰近海域1000米以下有甲烷氣體滲出的裂縫處?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，它們經(jīng)常緩慢且有節(jié)奏地?fù)]動爪子，這一點令人十分迷惑不解。他們現(xiàn)在認(rèn)為，雪人蟹揮動前爪主要是讓細(xì)菌吸收更多的營養(yǎng)物質(zhì)，從而使細(xì)菌更易受精繁殖。

此前也有科學(xué)家曾發(fā)現(xiàn)深海蝦和其它動物也在身體上生長細(xì)菌，但這是科學(xué)家們首次掌握深海動物培育細(xì)菌的直接證據(jù)。

4. 缺失特殊DNA也能促進(jìn)腦部發(fā)育 How the penis lost its spikes

據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站3月9日報道，美國科學(xué)家將黑猩猩的基因組和人類的基因組進(jìn)行了比較，找出了510個在黑猩猩的基因組中還存在但已從人類基因組里消失殆盡的DNA段落，這些序列幾乎全都來自基因之間的非編碼基因組區(qū)域。研究結(jié)果表明，某些基因組消失會促使人類大腦進(jìn)化。

該研究團(tuán)隊的領(lǐng)導(dǎo)者、美國斯坦福大學(xué)的大衛(wèi)·金斯利和發(fā)育生物學(xué)家吉爾·比耶拉羅解釋稱，跟大多數(shù)研究不同的是，他們尋找的是人類基因組里被刪除的部分，而不是現(xiàn)有的部分，他們希望借此厘清這些消失的基因片段的作用。

威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校的動物遺傳演化專家肖恩·卡羅爾表示：“這項研究告訴我們，在演化過程中，人類不但會獲得信息，也會遺失信息。”

5. 艾滋病基因療法動物實驗取得成效 Gene therapy can protect against HIV

據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站11月30日報道，美國研究人員探索出的一種艾滋病基因療法在動物實驗中取得成效，實驗證明感染大劑量艾滋病病毒的實驗鼠也可受到保護(hù)。

美國加州理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員報告說，通過使用一種經(jīng)過改造的腺病毒，可以在實驗鼠肌肉細(xì)胞的基因序列中加入一段代碼，使得肌肉細(xì)胞能夠生成和分泌一些抗體。這些抗體具有幫助機(jī)體抑制艾滋病病毒的作用，最初是在一些對艾滋病有抵抗力的患者體內(nèi)分離得到的。

研究人員用這種基因療法測試了5種不同抗體的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種代號為B12和VRC01的抗體效果尤其良好。

該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、諾貝爾獎得住戴維·巴爾的摩說，動物實驗的成功為接下來開展人類臨床試驗鋪平了道路。雖然通常只用基因療法治療遺傳病，但目前在與艾滋病的斗爭中還沒找到完全有效的療法，因此基因治療艾滋病值得一試。

6. 波函數(shù)并非統(tǒng)計工具而是物理真實 Quantum theorem shakes foundations

據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站11月17日報道，波函數(shù)是量子力學(xué)中一個重要且令人費解的核心概念，物理學(xué)家用它來確定量子粒子具備某種特性的概率，而英國科學(xué)家11月14日發(fā)表在arXiv.org網(wǎng)站的一篇論文則提出了一個新觀點：波函數(shù)不是統(tǒng)計工具，而是物理真實。

由英國帝國理工學(xué)院的馬修·皮由茲領(lǐng)導(dǎo)的三人科學(xué)小組在最新發(fā)表的論文中指出，如果波函數(shù)純粹只是統(tǒng)計工具的話，那么，時間和空間中互不連貫的量子狀態(tài)都將可以相互“交流”，這聽起來有點不可思議，很難成立，因此波函數(shù)必定是物理真實。

研究人員之一、美國南加州克萊姆森大學(xué)的理論物理學(xué)家安東尼·瓦倫提尼表示：“我們的這篇論文可能具有顛覆效應(yīng)，在量子力學(xué)中，它可能是繼貝爾定理之后最重要的結(jié)論。”英國牛津大學(xué)的物理學(xué)家戴維·華萊士表示，這個理論是他15年的職業(yè)生涯內(nèi)看到的量子力學(xué)基礎(chǔ)領(lǐng)域最重要的結(jié)論。他說：“這一理論表明，人們不能將量子狀態(tài)解釋為一種概率?！?span lang="EN-US">

自上世紀(jì)20年代開始，科學(xué)界在如何理解波函數(shù)方面就存在很大爭議。丹麥最著名的科學(xué)家、哥本哈根大學(xué)的尼爾斯·玻爾開創(chuàng)的“哥本哈根解釋”認(rèn)為，波函數(shù)是一個計算工具：當(dāng)被用來計算粒子擁有不同特性的可能性時，它能給出正確的結(jié)論。

7. 維京人利用偏振光導(dǎo)航？Did Vikings navigate by polarized light?

據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站1月31日報道，相傳維京人有“太陽石”的傳說，當(dāng)維京向天空舉起太陽石時，即使是在陰天，太陽的位置也會顯現(xiàn)出來。然而，現(xiàn)在的科學(xué)家通過檢測天空中光線的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)可能是維京人利用偏振光在大西洋中辨認(rèn)方向。

維京人在公元750年至1050年間廣泛活躍在北歐、英國和北大西洋之間的海域里，他們是優(yōu)秀的航海家，利用夏天高緯度地區(qū)的持久日光來導(dǎo)航，而不是使用星星或指南針來辨方向，因為在如此高緯度的地方，指南針的作用會大打折扣。而他們是“如何做到在北半球常有雨霧覆蓋的高緯度地區(qū)進(jìn)行長距離航行的”，此前一直是未解之謎。

現(xiàn)在，匈牙利布達(dá)佩斯羅蘭大學(xué)的光學(xué)研究者佳博·霍瓦斯和瑞典蘭德大學(xué)的生物學(xué)家試圖解決這種關(guān)于光線性質(zhì)的爭論。他們在芬蘭北部用180度的魚眼鏡拍攝了一些陰天或黃昏的照片，并讓測試者在照片中辨認(rèn)太陽的位置，然而，多數(shù)測試者都得出了錯誤的結(jié)論。同時，為了證明用“太陽石”是否確實能得出更精確的結(jié)論，他們在北冰洋上測量了各種天氣下光線的偏振性。結(jié)果顯示，在任何天氣情況下，光線的偏振性質(zhì)與晴朗天氣下的太陽光性質(zhì)極其相似，因此，維京人利用“太陽石”辨認(rèn)方向的方法是可靠的。

8. 世界首個“細(xì)胞激光器”問世 Human cell becomes living laser

據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站6月12日報道，美國馬薩諸塞州綜合醫(yī)院的研究人員成功地制造出了全世界首個活的“細(xì)胞激光器”——他們利用表達(dá)了綠色熒光蛋白(GFP)的腎臟細(xì)胞制造出了一種納秒級的激光脈沖，用單個活細(xì)胞作為增益介質(zhì)產(chǎn)生了激光。

科學(xué)家們最初在水母中發(fā)現(xiàn)了GFP蛋白，其可在不添加其他酶的情況下被誘導(dǎo)發(fā)光。研究人員給一個直徑約20微米寬、1英寸（2.5厘米）長的圓筒兩邊裝上鏡子作為光學(xué)共振腔，共振腔內(nèi)裝滿GFP水溶液，再向其中放入腎臟細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腎臟細(xì)胞不僅能產(chǎn)生激光脈沖，也能像透鏡一樣將光回聚并誘導(dǎo)激光發(fā)射。更重要的是，該激光設(shè)備中的細(xì)胞在發(fā)光過程中仍然存活，能持續(xù)產(chǎn)生數(shù)百次激光脈沖。盡管單個激光脈沖比較微弱，僅持續(xù)幾納秒，但卻很明亮，很容易探測到。

研究人員認(rèn)為這項成果有以下幾種應(yīng)用前景。首先，將其植入活的動物體內(nèi)，將大大提高透視掃描的精確度，醫(yī)生將也能借助這種體內(nèi)激光而不是體外掃描來判斷癌癥病灶的情況；其次，由于不同細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的激光在光學(xué)性質(zhì)上有差異，可以通過分析最后得到的光來研究細(xì)胞和機(jī)體組織；再次，目前醫(yī)學(xué)上有一種光動力療法，可把對光敏感的藥物送到要醫(yī)治的機(jī)體部位，然后用光照來激發(fā)藥效，最新研制出的這種“細(xì)胞激光器”也許可以增進(jìn)這種療法的效果。

9. LHC的實驗數(shù)據(jù)與超對稱性理論不匹配 Beautiful theory collides with smashing particle data

據(jù)英國《自然》雜志網(wǎng)站2月28日報道，歐洲核子研究中心的科學(xué)家們表示，大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）內(nèi)以高達(dá)700千兆電子伏的能量高速運作的質(zhì)子加速器未能找到任何“超對稱粒子”存在的證據(jù)，似乎給超對稱性理論判了死刑。

上世紀(jì)70年代出現(xiàn)的超對稱性理論完美解決了標(biāo)準(zhǔn)粒子模型的主要缺點，并且描述了基本粒子的行為。它還可以解釋其他一些問題：人們認(rèn)為暗物質(zhì)構(gòu)成了宇宙中83%的質(zhì)量，但卻從來沒有發(fā)現(xiàn)過暗物質(zhì)，而超對稱性理論中預(yù)言的一些輕粒子可能就是構(gòu)成暗物質(zhì)的主要成分。

不過，近年來，科學(xué)家們對超對稱性理論的擔(dān)心與日俱增。盡管這個理論優(yōu)雅而簡潔，但它有可能是錯的?，F(xiàn)在，科學(xué)家們沒有在LHC的質(zhì)子加速器獲得的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)絲毫顯示該理論所預(yù)言的“超級粒子”存在的證據(jù)。

“我們正在把超對稱性逼入困境。”LHC超環(huán)面儀器（ATLAS）探測器實驗小組的研究人員、英國劍橋大學(xué)的粒子物理學(xué)家克里斯·萊斯特說。事實上，為配合LHC的緊湊繆子線圈（CMS）實驗，ATLAS在過去一整年都在尋找超級粒子。盡管在接下來的幾周時間里，LHC以高能態(tài)運行時會收集到更多數(shù)據(jù)，但如果到今年年底探測器還無法找到任何“超級粒子”的話，那么超對稱性理論可能會陷入巨大的麻煩中。

10. 中微子超光速實驗計時受質(zhì)疑 Faster-than-light neutrinos face time trial

歐洲核子研究中心有關(guān)中微子超光速的實驗結(jié)果一經(jīng)公布，就引發(fā)了軒然大波，到10月5日，就有30多篇論文試圖用各種稀奇古怪的模型來對這一結(jié)果進(jìn)行解釋，其中不乏質(zhì)疑之聲。

英國帝國理工學(xué)院的理論物理學(xué)家托比·懷斯曼解釋道，為了計算中微子的“旅行時間”，需要兩個時鐘，一個位于歐核中心，一個位于格蘭薩索國家實驗室，為了使測量結(jié)果盡可能精確，這兩個時鐘必須保持同步（科學(xué)家們使用同一顆衛(wèi)星發(fā)出的GPS信號讓兩個時鐘同步），誤差必須限制在納秒級內(nèi)。也就是說：時鐘是否同步是問題的關(guān)鍵所在。

而英國帝國理工學(xué)院的物理學(xué)家卡洛·康特爾蒂則對時鐘同步提出了質(zhì)疑，他說，OPERA團(tuán)隊并沒有考慮到愛因斯坦的廣義相對論的一個方面：地球上兩個不同位置的重力會有細(xì)微差別，這會導(dǎo)致這兩個位置上的時鐘以不同的速率來記錄時間。因為兩地與地球中心的距離不同，歐核中心的重力要稍大于格蘭薩索國家實驗室的重力，因此歐核中心的時鐘要比格蘭薩索國家實驗室的時鐘走得稍慢。他表示：“這就會減少實驗的準(zhǔn)確性。”

無獨有偶，10月2日，法國行星科學(xué)和天體物理學(xué)研究所的基勒斯·亨瑞認(rèn)為，中微子束的波動可能改變格蘭薩索國家實驗室探測到它們的可能性，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。