08年中國十大科學發現:石筍記錄王朝興衰史

  科學本無國界,每一次發現都意味人類向宇宙真相的進一步邁進。隨著改革開放帶來的中國人在經濟、政治、文明等方面的進步,中國科學家也開始在國際舞台上嶄露頭角。讓我們的評選更加公正、客觀、全面、權威,成爲未來中國人在科學發現上經得起考驗的「史記」篇章。
  
08年中國十大科學發現:石筍記錄王朝興衰史

  萬象洞中的鍾乳石爲古氣候研究提供了一個可靠的樣本。
   ·降雨和朝代興亡的關系
   蘭州大學資源環境學院張平中教授從一塊石筍上發現,季風的減弱竟然與王朝的衰亡有著明顯的對應關系。這項研究成果發表在2008年11月7日出版的《科學》雜志上。
   發現者說:
   石筍如何能夠反映出王朝的衰亡?原來,石筍的主要成分爲碳酸鈣,這些碳酸鈣是洞穴外部的降水將石灰岩溶解後,一滴滴向下沈澱而形成的。在石筍裏,氧的同位素存在于碳酸鈣中。在季風區,降水量越多,氧的同位素就越偏負。因此,氧的同位素含量就告訴了科研人員當時洞穴外的大氣降水情況。
   因此我認爲,季風變化與王朝的興衰之間有著曆史的必然聯系。因爲,我國的大部分降水與亞洲季風變化密切相關。如果季風增強,通過海洋帶來的降水就會增多,氣候就會溫暖、濕潤。如果季風減弱,氣候就會幹旱、寒冷。在亞洲季風強盛時,農作物豐收,人們就安居樂業;亞洲季風減弱時,農作物欠收,就容易發生起義。我制作了中國過去1810年的高精度、高分辨率降雨量變化曲線,之後將它與曆史朝代的更替進行對比,發現降水量大幅度減少的年代與朝代的衰亡年代一致。
   張平中 蘭州大學資源環境學院教授,主要從事同位素地球化學與環境變化的研究
   權威評點:
   瑞士聯邦技術研究所的古生物氣象學家傑拉爾德·豪格認爲,這是他很長時間以來見過的最嚴謹的論文之一。這個最新的洞穴記錄也表明了氣候的潛在破壞性影響。
   ·敦煌莫高窟尼龍網防沙
   中國科學家屈建軍研究員和他的同事爲了防治風沙對甘肅敦煌莫高窟珍稀曆史文物的侵害,在莫高窟窟頂崖邊設置了近5公裏的尼龍防風柵欄,使進入莫高窟的沙量減少了六成。2008年11月份的《科學》刊文介紹了這一成果。
   發現者說:
   以前,科學家防沙多用草、樹幹、樹枝等圍成柵欄,以抵擋風沙。但這種方法對旅遊勝地來說,影響了美觀。我和同事將尼龍網圍欄作爲敦煌莫高窟的防沙柵欄。經過幾年的觀察和嘗試我發現,它在應急性防沙上的確起到了很好的效果。
   但是,尼龍網圍欄的效果雖然很好,但只能作爲應急項目。因爲這些尼龍網防護柵欄附近,會形成新的人工沙堤,一旦積沙高出柵欄,流沙便會長驅直入,危及洞窟。爲了避免産生新的風沙危害,徹底保護風沙區內文物及設施,我認爲,最長遠的防護方法應該是綜合性的防沙,即找到風沙運動規律,通過植物、化學等不同的措施相結合,進行綜合防護。
   權威評點:
   《科學》雜志的審稿人認爲,尼龍網柵欄是比其他材料更優的一種防沙材料,不僅價格便宜,施工簡單,而且在沙障被埋後容易移動重設,在阻止沙丘前移和防止過境風沙流方面具有優勢。
   屈建軍 中國科學院寒區旱區環境與工程研究所研究員,沙漠與沙漠化研究室主任
  
08年中國十大科學發現:石筍記錄王朝興衰史

  攝于一百多年前的曆史照片:光緒皇帝(中)
   ·光緒死于砒霜
   30年之前,曆史學界和社會上大多數人都相信光緒是被毒害致死的。直到最近,王珂和他的同事利用中子活化分析等一系列現代技術手段分析研究之後,光緒的死因才得以真相大白。
   發現者說:
   我對光緒皇帝遺體的頭發、遺骨、衣服以及墓內外環境進行反複的檢驗和缜密分析後推測,光緒頭發上的大量砷元素,有可能來自光緒腐敗的屍體。 之後,我研究事先取出的光緒衣物樣品的時候,在其胃區、系帶和領肩處發現砷含量都高于其它部位的,裏層衣物的砷含量大大高于外層的。從衣物掉落下來的殘渣的分析數據上看,其砷含量也極高。這說明,大量的砷的化合物曾存留于光緒屍體的胃腹內,並在屍體腐敗過程中,由裏向外侵蝕衣物。
   最後確認,砷確實來源于光緒腐敗的屍體。通過分析砷的形態,我判定,光緒攝入的砷化物就是砒霜。我希望類似的研究以後能夠幫助曆史學家破解更多的曆史謎案。
   權威評點:
   國家清史編纂委員會主任戴逸表示,光緒死于砒霜的結論是用現代科學手段論證了一種學術觀點,是運用現代科學技術和偵查思維解決曆史問題的成功嘗試,是自然科學研究與社會科學研究並肩合作的範例。「光緒之死」這一曆史名案終于塵埃落定。
   王珂 中國原子能科學研究院高級工程師,中國原子能科學研究院反應堆工程研究設計所研究人員
  
08年中國十大科學發現:石筍記錄王朝興衰史

  王中林和他的科研小組研制出纖維納米發電機
   ·用衣服發電
   王中林和他的科研小組最新研制出一種能産生電能的新型納米纖維,被稱爲「納米發電機」。該研究發表在了2008年2月14日的《自然》雜志上。
   發現者說:
   當很多人在研究一個器件的制作時,總是忽略電源的問題,因此一個精巧的器件常常配上「笨重」的電源。我從電源下手,在自己的納米世界找到了這個問題的解決方法。如果能讓器件自己充電,當然更好。
   于是,我突然想到了「納米纖維發電機」。一個人走路可以産生67瓦的能量,把這種納米纖維織成布料穿在身上就可以利用人體運動來發電,運用于一些個人便攜式電子設備了。還可以制作鞋、生物植入物如起搏器等。目前這種由兩根纖維組成的納米發電機的輸出功率還很小,這主要是由于纖維的內阻較大以及纖維之間接觸面積較小。目前,我正努力提高這種基于纖維的納米發電機的輸出能量。
   權威評點:
   美國國家科學基金會材料研究部門金屬計劃項目主管哈什·迪普·喬普拉對這項研究評價說:「這項多學科的研究使材料科學家和工程師們可以以此爲基礎,萌發更多的技術。」
   王中林北京大學先進材料和納米技術系主任、美國佐治亞理工學院終身校董事講席教授
   ·不會遭竊的郵件
   中國科技大學教授潘建偉領導的研究小組在量子通信的「路上」成功修起了「驿站」,它能使信息傳輸很遠,還不會被竊取。這項研究成果發表在了8月28日的《自然》上。
   發現者說:
   對于國家和大型機構的保密信息,通過光纖傳輸時都需要加密,而密鑰的安全就是保密的關鍵,但目前大量使用的安全手段其實並不安全,只要有運算能力足夠大的計算機,就可破解密鑰。
   雖然用「單光子」作爲信息載體的量子通信所提供的密鑰無法被破解,安全性很高,但是在實際操作中,隨著光的衰減,「密鑰」的效率變低了,使得這種方法的有效安全距離只有100多公裏。
   我用了一種名爲「量子糾纏」的資源,讓分屬兩地的兩個光子建立一種關系,之後用它們産生密鑰。這種「糾纏」的光子越多,能産生的密鑰也就越多。我可以在10公裏的距離建立「糾纏」,然後再在相鄰的兩個10公裏之間建立「連接」,這樣10公裏「變」成了20公裏,甚至更遠。我希望將來構架一個巨大的量子通信網,如同互聯網一樣。
   權威評點:
   一直以來,量子通信因爲無法遠距離傳輸,所以用它構架一個如同互聯網一般的「地球網」傳遞信息僅是設想。《自然》雜志審稿人認爲,該工作「掃除了量子通信中的一大絆腳石」,「開辟了量子通信研究的新方向」。
   陳增兵中國科學技術大學教授,合肥微尺度物質科學國家實驗室量子物理與量子信息責任研究員
   ·新的超導體
   5月25日,國際權威學術期刊《自然》發表了一篇論文,作者是中國科技大學的教授陳仙輝及其小組。他在超導領域研究了22年,在國際上首次獲得了臨界溫度達到43開爾文(-230.15℃)的鐵基化合物超導體,突破了「麥克米蘭極限」。
   發現者說:
   從1986年至今的22年中,全世界只發現了一類高溫超導體,它們以銅氧化物作爲材料。
   2008年2月19日,日本東京工業大學的科學家發表文章說,氟攙雜的镧氧鐵砷化合物,在-247.15℃時就具有超導性。但日本科學家沒有證明這類材料是真正的高溫超導體。我用「钐」替換「镧」作爲研究對象,經過一個月的研究,3月25日,證明了這種材料是另一類高溫超導體,臨界溫度達到-230.15℃,突破了「麥克米蘭極限」。
   我希望新的超導體能夠在長距離無耗損電力傳輸和醫學高解析核磁共振影響等方面發揮更大的作用。
   權威評點:
   《自然》雜志審稿人評價:「這是一篇堅實可靠的論文,開辟了氟摻雜鐵基化合物的領域。這項工作表明了鐵基材料的超導轉變溫度在常壓下可高于40K,這有助于奠定該領域的基礎。」
   陳仙輝中國科技大學物理系教授,先後在卡爾斯魯厄研究中心、斯圖加特馬普固體物理研究所、日本高等研究院(北陸)、美國得克薩斯超導中心工作、訪問
  
08年中國十大科學發現:石筍記錄王朝興衰史

  世界最早的花
   ·世界最早的花
   2008年 3月3日出版的美國《科學》雜志,以封面文章的重要位置,刊登了吉林大學孫革和中國地質學院季強研究員發現的被世界公認的「世界最早的花」。
   發現者說:
   2000年7月,中國地質學院季強研究員在遼西淩源發現了兩塊奇特的化石標本,我發現這兩塊標本的幾個枝條上都生長著密集的果實、雄蕊和葉子。我認定,這兩塊化石仍然屬于「古果」屬,但是一個新種,是水生植物。
   我應用古植物形態學和分子生物學研究證實,遼甯古果和中華古果的主要性狀和特征,與迄今已知的所有被子植物均不相同,比以往報道「最早」的被子植物還要早1500萬年。科學家據此將這一現已滅絕的古老的被子植物類群,確立爲早期被子植物的新科——「古果科」。
   權威評點:
   「這一重大發現是全球被子植物起源與早期演化研究的新突破。」 《科學》雜志審稿人對此發現評論,這一有別于常論的認識,爲深入開展被子植物起源研究提供了新的思路。
   孫革吉林大學古生物研究中心主任,東北亞國際地學研究與教學中心主任,中德聯合實驗室(中方)主任
   ·最早的動物合作
   雲南大學古生物研究重點實驗室主任侯先光教授經過多年的研究,在著名的澄江動物化石群中有了新的突破,找到了世界唯一的動物集體行爲的動物化石,其研究成果發表在2008年10月10日出版的《科學》雜志上。
   發現者說:
   1984年我發現的雲南澄江動物化石群因爲證實了寒武紀大爆發的理論而成爲20世紀最驚人的發現之一。因爲對這個化石群的不斷發掘研究,我又有了新的突破,一塊有20個節肢動物個體一一相扣、排成一排的化石,爲動物的集體行爲找到了淵源。
   這20個動物個體是一種新的節肢動物,但中文名尚未確定。它們的形體很像蝦,尾部有兩半,從肢體的後腹部伸出,嵌入後面一個「同伴」的殼裏。我們判斷,所謂的「殼」應該相當于它們頭、胸的部分。根據研究分析,這些小動物應該是在海洋中漂浮或遊動,以這種方式逃離食肉動物的攻擊或是惡劣環境。
   權威評點:
   亞特蘭大埃默裏大學地理生物學家安東尼·馬丁評論這一發現說,「這些化石展示的動物集體行爲在現代無脊椎動物中都無從所知。這一發現爲早期集體行爲的進化提供了意外的可見的證明,很可能代表了聯合生殖和抵禦捕食的戰略行爲。」
   侯先光古生物學家,現爲雲南大學教授,雲南大學古生物研究重點實驗室主任
   ·「種子」黑洞證據
   宇宙中究竟有沒有中等質量的黑洞存在?這在學界一直存有爭議。中科院國家天文台陸烨、南京大學黃永鋒和清華大學張雙南聯合研究黑洞吞噬恒星過程中的一種特殊現象,爲證明「中等質量黑洞」的存在提供了間接依據。他們的研究成果發表在美國《天體物理》雜志上,英國科技新聞周刊《新科學家》報道了這一成果。
   發現者說:
   2006年6月14日,美國NASA一顆名爲Swift的衛星首次成功「捕捉」到了一種非常特殊的「γ-射線暴」。它持續了大約102秒,但能量強度卻非常低。
   我認爲,它應該是在中等質量黑洞「吞噬」恒星的過程中産生的力。黑洞並非將恒星「一口吞掉」,而是在逐漸「俘獲」恒星後,憑借自身巨大質量所産生的力,逐步「撕裂」、「瓦解」恒星,一步步「吞咽」進去。其間,快速釋放出巨大的能量。
   權威評點:
   美國《天體物理》雜志審稿人在評價此研究論文時認爲新的模型爲探測中等質量黑洞提供了新的手段。
   陸烨中國科學院國家天文台副研究員,中國科學院研究生院副教授
  
08年中國十大科學發現:石筍記錄王朝興衰史

  我國科學家發現長有4枚長尾羽的侏羅紀恐龍化石
  ·即將變成鳥的恐龍
   中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的科學研究團隊發現了一枚長著尾羽的小型恐龍的化石,經考證確定是一種新的恐龍類型,爲鳥類起源等提供了新的證據。化石被命名爲「胡氏耀龍」,並被發表在10月刊的《自然》雜志上。
   發現者說:
   2006年,一塊保存完整的小型恐龍化石在內蒙古甯城縣的道虎溝化石層出土,保存下來的是靠近它軀幹的部分,約20多厘米,大約等于它從頭到最後一枚尾椎的骨骼體長,全長包括骨骼和尾羽,應該超過了40厘米。
   它看上去像鳥,我和其他的同事把它的特征與其他許多恐龍和鳥類的363個特征進行分析、比對,發現這種恐龍屬于鳥翼類,代表了與鳥類親緣關系最爲接近的恐龍之一。該恐龍長了四枚長長的帶狀尾羽,長而花哨的尾羽在現代鳥類中通常被作爲物種間或種內信息交流的工具,所以,我推測耀龍的長尾羽主要功能是炫耀、傳遞信息等。
   權威評點:
   倫敦自然曆史博物館安吉拉·米乃爾說:「發現顯示,羽毛在成爲鳥類飛行的工具之前的幾百萬年,都是用于裝飾。這爲小型恐龍最終利用空氣飛上天際成爲鳥類提供了令人著迷的證據。」
   張福成中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員