科学家们正面临着在许多领域中存在许多尚未得到解决的难题的新十年。在他们期望获得的成就当中，有统一四种自然力和彻底弄清遗传信息复制的方法。

八十年代的这个十年，在整个科学领域内将会有很多令人激动的进展。试图预测这些发现可能是什么，是一项大胆而有趣的活动。在这个过程中由于偶然发现的因素——探究那种完全意外地发现世界性质的奇异方法——而变得更加难以确定。期望获得发现的包括生命奥秘（在生命这个领域，我们拥有的仍然是仅仅取自一个行星的样本）和大小物质世界的性质。

在八十年代，科学家们将努力实现四种自然力的进一步统一。他们可能找到最终一个、即第六个夸克的证据，从而使被认为是构成质子、中子以及原子核中其他粒子的粒子系统完整无缺；可能根据对新发现的基因范围所做的研究而更深入地了解进化的性质；将采用前所未有的方法绘制人的染色体；将在大脑里发现更多的天然化学物质，并进一步查明这些化学物质对人体有什么影响；将把重组DNA技术用于商业生产胰岛素和其他激素，并用它来透视遗传机理的基本作用。

科学家们将继续探索——遥控和亲临——在那些形成新地壳和矿物的地区即海洋底部的动力过程；建立实验观察网络，以监视并以前所未有的速度和准确性预报造成严重后果的自然力，例如雷暴雨和龙卷风。他们将加紧努力，以更好地了解当代至关重要的问题之一——气候变化的未来进程、气候变化的各种原因，以及人类活动可能对气候产生的影响。

科学家们将指望太阳，并设法解决过去几年中出现的令人困惑的神秘事物和弄清楚太阳上的变化是怎样同地球上的天气和气候变化联系起来的。在这十年的后半期，将第一次通过宇宙飞船从“上面”和“下面”观察太阳，从而料想不到的扩大人类对这颗邻星的认识。

他们将第一次把一台大型望远镜送入空间。如果经验是指导，那么在地球大气层上空安置这样一个新的观察工具，将会导致许多有关宇宙的新发现。天文学家将用图表说明来自遥远的宇宙活动的高能辐射，并设法弄清楚类星体和证实黑洞的存在。

航天飞机将使世界进入一个定期轨道飞行的新纪元。比较便宜的空间科研设备和私人卫星将成为习以为常的事。许多从未受过飞行员训练、原来是科学家的天文学家，将进入空间，也许宇宙飞船甚至还将运送第一批乘客。

有史以来第一次飞往彗星的会合飞行，计划在这个十年的中期进行。如果资金就绪，美国国家航空和航天管理局和欧洲宇宙机构将于1985年向哈雷彗星发射一艘宇宙飞船，它将把一枚取样探空火箭射向彗星。这艘宇宙飞船然后将在1988年继续与另一颗彗星——坦普尔2彗星会合，也许甚至会同它并排飞行一年或一年以上。这次飞行使命会大大增加关于彗星的知识。

伽利略宇宙探测飞船是这个十年中唯一的新的宇宙飞船计划，它将把一艘宇宙飞船送入大行星——围绕木星的轨道，并使有史以来第一枚探空火箭射入木星稠密的、湍流的大气层。“伽利略”木星探测飞船现在计划在1984年发射，1986年到达木星。

如果一切正常，我们可以对天王星（1986年）和海王星（1989年）这两颗边沿行星进行近距离观察。这些观察可能是经由“旅行者2号”宇宙飞船的途径，“旅行者2号”目前在行星探索飞行的中途。它也可以经由土星的途径。如果条件恰当，土星将在“旅行者2号”宇宙飞船在1981年8月飞过时把它抛向天王星。

在八十年代期间，还将讨论今后向火星（尤其是能在火星表面移动的着陆船）和太阳系四个“新行星”：即木卫1、木卫2、木卫3和木卫4发射探测飞船的可能性。1979年，通过两艘“旅行者号”宇宙飞船对这四颗大卫星所做的令人十分惊奇的观察，揭示了四个引人入胜的、丰富多彩得令人难以置信的世界。它们提出了一系列有关行星进化的令人好奇的问题。毋庸置疑，行星科学家今后将要进一步仔细观察，也许还要作一次着陆探测。

电子革命将一举而进入家庭。家用，微型计算机将成为司空见惯的事。它将做一切工作，从付每月的账单（当然是由电子银行付款）到教育和招待家庭的成员。甚至有一整套电子化的电话即将被采用，以代替目前的电动电话，更多的电话通话将通过光学方法或数字方法传送。关于电子传真报纸的老想法也许永远也不会付之实现（把排好的版子发送到印刷厂去除外），但通过卫星中转的电子邮件将对某些用户推广。通过闭路电视的大量的家庭电视频道以及亲临其境收看（指观众能够就公众事务报道直接作出反应）的推广，将为通向更加丰富多彩并相互作用的通讯系统铺平道路。

为更好地节能而正在进行的住宅、汽车和建筑物的强制性重组，将使生活方式和自然环境大为改观。将开发所有的备用能源，以及探求称得上是“突破”的进展——譬如低成本光电转换。到八十年代末期，人们会更加清楚，在通向新能源的许许多多可能的途径中，哪一个将证明是最有希望的。正是现在，国家仅仅处于石油短缺冲击的初期阶段，还不能作出明确果断的判定。下面几段将更详细地论述八十年代一些可能取得的科学进展。

生命科学和医学

分子遗传学日新月异的发展将导致有关遗传信息复制方式的概念发生变化。这种活动的复兴是最近许多发现的成果：在高等生物体中细胞核中DNA只有一部分作为蛋白质编码的遗传信息源。—个DNA键包含着许多沿其长度方向分布的额外的或“静止”的片段，这些无活性的片段是以某种方法剪开的，其裂缝在编成密码的信息转录成RNA的过程中闭合起来。换句话说，分子机构执行着大量的编辑工作——一种几年前完全想不到的工作。

由于这个认识所提出的一系列问题会引起认真的探究。分子生物学家将试图精确地查明介入的键区是如何被替换的，并设法鉴定所涉及的酶。他们将探索给这个复杂过程下达命令的方式，并设法了解片断基因背后的意义和了解初看起来似乎是无效生产的大部分无收益性的DNA产品。在基因分布超过比所需要还长的DNA长度时，可能具有进化意义。有些科学家认为这种分布通过促进同源染色体之间的基因重组而有助于推动进化；另外一些科学家认为这可能是一种通过使基因固定在应有的位置而保持稳定性的方法，不论进化的结论是什么，有关分子遗传学的基本概念之一已被摧毁，而对于这一复杂领域所进行的探求也许会产生很多新的见解。

神经科学家的一个人道的和惹人注目的研究目标是使人体上的神经麻痹颠倒过来。这项成就将使患截瘫者能够重新行走。仅仅在几年以前，这样一种可能性似乎是无法实现的，现在仍然有许多难以对付的困难有待克服。但许多神经科学家从实验室工作中看到了鼓舞人心的迹象。这些实验室工作表明，要修复被割断的神经通道这个目的是能够达到的。哺乳动物的神经系统确实似乎有试图自身修复的迹象。哺乳动物的大脑至少有一个区域已经表明具有建立新的神经联系的能力，人们已经发现被称为神经生长因素的有助于神经细胞再生的蛋白质。

近年来对神经再生的研究获得了可喜的成绩，一些杰出的科学家认为现在正是集中努力以取得学会如何使截断了的神经再生长所需要的基本资料的时候。神经再生的目的是使瘫痪患者能够重新行走。根据各方意见、这个目的需要五年到五十年才能够实现。但大多数权威认为，八十年代将取得重要的新进展。

看来在今后的十年中，一定会对大脑中一系列值得注意的自然化学物质有进一步的发现。到这十年结束时，以这些化学物质为基础的一系列全新药物会在市场上出现。廿世纪七十年代末所识别的大脑化学物质称为恩多芬（有三种类型：α、β和γ型）和恩开发林。它们都是长蛋白质分子即β-lipotropin的不同长度的片段。β-lipotropin是由脑下面的脑垂体腺产生的。-

当把从脑垂体提取出来的恩开发林和恩多芬重新注入动物或人体时，就会产生各种非常有趣的精神药理作用，大多数是有益的。它们被证明可减轻疼痛、产生愉快感、使注意力集中、增强记忆力、并能减轻智力迟钝或精神分裂症的某些症状，它们被名副其实地称为是本世纪激动人心的潜在的新药物之一。

目前还在探索和试验这些大脑化学物质的新的特性。总的意见是将发现更多的大脑自然化学物质。并不是所有的β-lipotropin部分都已作过充分分析。有证据认为β-lipotropin本身仅仅是更大的垂体蛋白分子的一个部分，后者约为前者的三倍那么大。垂体蛋白分子的未知部分很可能证实能产生更多的精神药理作用。无人知道，最终将会发现多少这种有用的化学物质。相信将会出现“整整一大类。”

七十年代热烈讨论的课题——重组DNA技术。在八十年代将广泛应用于基础研究和应用研究。例如，人体生长激素在治疗儿童垂体性侏儒症时是十分需要的。它也可能有其他临床用途。目前，它的唯一来源是尸体。要有五十具尸体的脑垂体才能生产出治疗一个儿童一年所需的激素。科学家们不久就能在实验室中通过将基因注入细菌的办法来生产足够的激素。八十年代人们可用类似的技术大规模生产糖尿病患者所需要的胰岛素。将来，更进一步就是利用重组DNA技术来生产其他激素产品、疫苗和抗病毒药物。甚至还可用来生产某些工业生产过程所需要的催化酶。显而易见，重组DNA技术有着光明的前途。

重组DNA的研究也可用来进一步了解人体。目前，查明人体染色体基因的作用和位置是一项进展缓慢而困难重重的任务。重组DNA技术与其他细胞过程的融合可望在八十年代大大加速取得进展。新的基因绘制技术最终将提供人类基因的详细图像。并且可望导致深入地了解控制机构，这些控制机构决定着哪些基因在有机体整个生命期间是有活动能力的。

人类无性生殖仍然仅仅是作家的幻想。但八十年代将建立实验室在哺乳动物的无性生殖系方面取得进展。曾在1979年第一次成功地将一只老鼠的胚胎细胞核转录到另一只老鼠的卵细胞内，从而使母鼠生产了一只正常的老鼠。这是第一次在实验室中用哺乳动物取得的成功。进一步的研究应该使建立实验室哺乳动物的无性系品种成为可能。

这项研究的目的不是最终发展无性系的人（科学家和科学伦理学家不同意这样做，意见差不多是完全一致的）。相反，他们希望透彻地理解某些基本的生物机理。例如衰老、癌症的发生以及在发育期间调节基因作用的方式。另一个目的是通过遗传生产用于免疫学研究的同卵实验动物。

希望选择婴儿性别的夫妇们在今后几年里也许能够做到这一点。一个方法是使某些男子能够产生活力足以使妇女的卵受精的精子的技术副产品，这种技术导致发现了把Y精子从普通精液中预先分离开来的方法。这Y精子使卵子受精就可生育男孩。能使X精子预先隔离开来，卵子受精生女孩的方法迄今尚未发现，因为这个方法是以Y精子比X精子游得更快为基础的。八十年代在为未来的父母提供充分选择婴儿性别的能力方面将会取得很大进展。

—种诊断胎儿遗传缺陷的新方法比现在用针从子宫中抽取胎儿细胞的羊膜穿刺术要安全得多。该方法是以胎儿的某些细胞能进入母体的血液这一有点令人惊奇的发现为基础。因此，从孕妇手臂简单地抽取血液标本就可获得作遗传分析用的胎儿细胞，在这项技术能作为常规应用之前，还得克服很多困难。但是，这项新技术为所有孕妇都能安全地使胎儿细胞得到测试提供了可能性。

物理学和化学

在物理学领域，对第6个夸克的探求，将会激励在那些探究物质基本组成物的科学家中间开展的讨论。夸克是假设粒子，人们认为，大多数已知的亚原子粒子——如质子和中子——是由这些假设粒子组成的。已经发现了5种不同夸克存在的证据。但是理论要求有6个，或者可能有8个。这第6个夸克——有时称为“顶夸克”（top quark）——迄今尚未发现，尽管使用了专门为了揭示这个夸克而设计的费用昂贵和功率强大的加速器实验设备，而它的不存在是令人费解的。如果重复以前的实验仍然不能揭示这个夸克，那就得以更高的能量来进行这项研究。

在一个单一的结构中使四种自然力统一，是物理科学家的夙愿，这项工作将在八十年代继续奋力进行。七十年代后期进行的工作，戏剧性地实现了这个目标的一个重要部分：四种自然力当中的两种——电磁和弱相互作用——的统一。这一工作使科学家大为鼓舞。这项成就使研究这种统一的理论科学家荣获1979年度诺贝尔物理学奖金。如果那两种力现在已经能够被看成是一种力——也许可以称为“电弱”相互作用（“electroweak”interaction），那么引力和强相互作用（使原子核结合在一起的力）仍有待于在统一场论予以结合。在八十年代，物理学家将研究一个新提出的概念的可能性，这个概念称为超对称（及其子范畴超引力）。对于许多杰出的物理学家，它似乎是通向进一步统一这几种力的道路。超对称具有既能统一长距离相互作用（引力和电磁）又能统一短距离相互作用（弱相互作用和强相互作用）的可能性。科学界和哲学界为探索统一而寻找的那个期望已久的序列，在自然界可能存在，也可能实际上并不存在。但是许多尚未被发现的粒子大概是超对称存在的结果，物理学家在八十年代将更加勤奋地寻找这些尚未被发现的粒子。

这样的粒子是在高能加速器里寻找的。在这方面，西德或许将成为八十年代实验粒子物理学一些最重大发现的场所。西德汉堡的德国电子同步加速器实验室拥有世界最先进的使电子和正电子高能碰撞的设备——彼特拉装置。因为这两种粒子是物质和反物质，它们的碰撞导致湮灭。释出的巨大能量立即转化成新粒子的质量。观察这些新粒子的情况可以导致重新理解物质的性质。

彼特拉粒子束碰撞装置已经担负示范胶子——使夸克结合在一起的粒子——的任务。毋庸置疑，在更精确地探查现已统一的电磁和弱相互作用范畴的实验中，它也会是很重要的。以往的经验表明，当这样一种新的、强有力的研究物质的工具开始工作时，会产生各种意想不到的结果。

欧洲人甚至正在超越彼特拉装置。许多欧洲的政府和科学家正在积极设计一种叫做列普（LEP）的电子和正电子碰撞装置，它的能量大概是PETRA装置的二倍到三倍。LEP的设计已经进行了几年，在八十年代某个时候，它将成为一种更能揭示粒子研究项目的工具。

物理学家也将继续寻找分数电荷的更多的证据。一些实验室利用铌球已经发现了具有单个电子的电荷几分之一的分数电荷确实存在的证据。

科学家还将继续寻找引力波，虽然在最近的将来找到引力波的希望不是很大。这种波是爱因斯坦的广义相对论提出的，但是它存在的直接证据至今仍然难以捉摸。虽然许多实验室已经设有由大量金属和有关的仪表测量设备组成的引力波探测器，但经验表明，明确的和直接的探测将是困难的。引力波存在的不明确的和间接的证据，是由观察和计算脉冲星在双星轨道对另一物体的轨道周期变化率的射电天文学提供的。这种天体物理学研究可能要进行到在地球上探测到引力波振动时才会结束。

今后几年，在实验室里可能制成固态金属氢。室温的金属氢预期是超导体——一种电流流动时没有电阻的材料。室温超导体在发电和输电以及许多其他技术领域会得到激动人心的应用。实验室试验设备已经在室温条件下制成固态氢。要使固态氢变成金属氢的全部工作，是把用于该过程的压力增加到大约一百万倍大气压，而这一点似乎是很快就能实现的。

在八十年代，探索超重元素的活动也将增加。根据理论，可能存在着原子序数在某个“稳定性区”周围的稳定原子，例如114和164（现在确实已知的最重元素是元素106）。迄今为止，对这些超重元素的探索已经发现了一些可喜的可能性，但是还没有发现能够在科学的宫廷里站得住脚的东西。

一些核化学家和核物理学家，由于他们既不能在自然界又不能在加速器实验中找到这些元素的确实证据而感到悲观。不过他们的发现可能会是重大的突破，这一探索将在八十年代继续进行。

在八十年代，激光器将越来越多地用于化学。化学家寻找的是为削弱或断裂化学键和引起化学反应而需要的温度、压力和催化剂浓度的正确组合。一个较好的方法可能是只供给使预定的键断裂而需要的恰如其分的能量。激光器能够提供这种能力。它们能提供强大的能源，而且它们能调到从紫外到微波的任何所需要的频率。主要缺点是操作成本高。因此，激光化学的初期商业用途也许将是生产特种产品，像纯化学品、药品、催化剂和稀有的同位素。许多人认为，激光化学最终将对化学工业的许多部门产生接近革命的影响。

地球科学和天文学

八十年代的地球科学，将为研究预报某些地震可能性的方法而工作。要像人们想象天气预报那样精确和正确的十全十美的预报，在这个十年内大概是无法实现的。尽管如此，如果目前关于鉴别地震预兆和确定地震延迟的“地震间隔”的研究能够像预期那样进展，则千千万万的人就能得救，并得到适当的保护。

天气改造是个几十年来人们的希望一直超过所取得的成就的领域。但是，一个曾经成功地使佛罗里达积云增大、降更多雨的研究计划，将在八十年代转移到美国中西部去。一项谨慎的研究计划将会找到使主要产粮区上空降雨量增加的途径。

太阳及其与地球上天气和气候变化之间可能的联系，将是八十年代重要研究的目标。科学家将详细地研究许多基本的太阳过程，其中有些过程已经提出了名副其实的智力难题。例如，太阳磁周期是怎样引起的？不久以前发现的太阳振荡起什么作用？“太阳常数”是不变的或者在很小程度上是变化的？太阳的功率在几年到几千几万年期间是怎样变化的？太阳的变化和活动是怎样影响地球上的天气和气候的？

另一个问题是失去的太阳中微子之谜。预期在太阳中心正在发生的某种反应会发出特别强大的中微子流，而现在在地球上探测到的中微子仅仅为预计中的三分之一。太阳物理学家很想知道原因何在。得出这种扰乱人心的结果的中微子探测器，是深埋在南达科他州一座金矿地下的大型聚氯乙烯罐（中微子而不是宇宙射线能够穿过它，并引起反应，从而被检测到）。另外两种能够俘获更多太阳中微子（包括来自太阳内部主要质子间反应的那些中微子）的材料，被认为是八十年代探测中微子的“望远镜”。一种是镓⁷¹，另一种是铟¹¹⁵。两种材料都很昂贵，每一种的需要量都会是很大的。但是，在八十年代有可能装置一个由这两种材料中的一种组成的探测器。那时，科学家们也许能弄明白，太阳出了什么差错。

铍¹⁰是另一种科学家认为能够在未来的十年里向他们提供有关太阳的重要情况的化学同位素。在这方面，科学家所关心的事并不是现在正在太阳内部发生的变化，而是太阳的活动在过去的几千万年里已经发生了什么样的变化。这对于更好地理解太阳在地球上以往的气候变化事件中所起的作用，如果有的话，可能会是至关重要的。

近年来，一直使用碳¹⁴来确定太阳活动对气候的影响，但是铍¹⁰增加了能够对太阳过去的历史提供更多答案的有利因素。当来自太阳系外面的宇宙射线射到地球高空大气层中的氮时，它们会产生碳¹⁴。这种碳¹⁴最终（40或50年以上）会到达地球表面，并进入生物体体内。在太阳高度活动的时候，太阳较强的辐射会挡住一些宇宙射线，所以产生的碳¹⁴就少些，结果在随后形成的树木年轮中发现的碳¹⁴含量就小些。因此，树木的年轮包含有可以延续到以前大约5000年的太阳活动记录。

宇宙射线在大气层中碰撞时也会产生铍¹⁰。它的半衰期比碳¹⁴要长得多，而且它能相当快地从空气中落下来，时间为一年左右。同碳¹⁴—样，在像格陵兰和南极洲的冰盖那样的天然长效贮藏所里贮存的铍¹⁰记录，也包含有太阳活动记录。过去的问题是铍¹⁰的放射性远不及碳¹⁴那样强，所以在试样中不易探测到它的存在。不过，这个问题最近正由于研究成功一项新技术而得到解决，这项新技术利用核子加速器直接在材料试样中测定放射性核素——例如铍¹⁰——的浓度。因此，一旦装置了完美的技术设备和为分析释放出适当的冰心，这种同位素预期将会揭示很多探索已久的有关太阳的秘密。

当然，这些仅仅是八十年代许多可能取得的科学进展中的一部分、科学就是发现过程，科学的令人惊奇之处就是它可能产生的意想不到的结果。许许多多的死胡同和许许多多的突然开辟的小径，等待着研究人员去揭开自然界的种种秘密。谁也不能准确地预言，所有这些探索之路会通向何方。但是有一点我们是可以深信不疑的：到八十年代末，科学家现在提出的一些问题将得到回答。因为研究工作好像总是对每一个它解决的谜会提出一个新的谜，所以科学在八十年代要面临整整一系列新的问题和奥秘。

〔Year Book of Science & the Futures，1980年〕