加速膨胀的宇宙
天文学家深入研究宇宙，发现它正以越来越快的速度飞离开来，提示爱因斯坦提出的有种神秘的能量充满空间的理论是正确的。
宇宙的性质和最终命运已使哲学家和科学家困扰了几个世纪。几十年前，科学家们就发现宇宙在膨胀，其中的星系向各个方向飞离。但重力和吸引可以使其减慢，于是研究者努力猜测宇宙的最终命运如何：是会有足够的物质使它崩溃呢，还是会永远膨胀下去。1998年，为了回答这一问题，两个天文学家小组深入探索了跨度巨大的时间和空间，所得的发现连他们自己也感到震惊。
宇宙中物质太少了，自己根本无法停止膨胀，而且向外的运动好像并非减慢，而是正在加速。同时，发现带来了有关太空性质的深奥问题，使宇宙学家怀疑宇宙的最终命运是否能够确知。
两个小组通过观察遥远处正在爆炸的非常暗淡的超新星，相对独立地得出了他们的结论：发现有一个加速度使它们飞离地球的距离远远超出预料。根据这些结果，天文学家研究了几十亿光年的空间，得到了有关宇宙最遥远最神秘的历史的确凿证据。由于他们的发现改变了我们对宇宙的看法，并给物理学带来了新的基本问题，被评为1998年的突破性进展。
对加速膨胀的最简单的解释是一种神秘的能量，它基本上和重力作用相反，使物质分开。这一观点是爱因斯坦在1917年提出的，后来遭到否认。今年的发现提示宇宙中的大部分能量以这种形式存在，爱因斯坦称之为宇宙常数，或λ。因为物质和能量是可以互换的，这个巨大的能量库就意味着物质的宇宙，从桌子、椅子到成簇的星系，都只不过是其中的一小部分罢了。
这些含义非常深奥和令人不安，全世界的科学家们仍在努力寻找一些可以造成宇宙加速假象的证据来驳斥这些发现，但迄今为止他们尚未成功，所以物理学家又蜂拥而至来解释宇宙能的来源。符号（再次在天文学和物理学期刊的公式中闪闪发光了，新的结果激发了对可能支持膨胀的理论的寻找。
早在1917年，当爱因斯坦提出这一常数时，他和其他科学家都认为宇宙是稳定的，既没有膨胀，又没有塌陷。他将宇宙斥力引入方程以防止宇宙由于内部物质的重力吸引而塌陷。
但1929年，天文学家埃德温 · 哈勃观测天空，发现宇宙实际上在膨胀，这一发现震惊了当时的科学界。宇宙诞生于一种被称为大爆炸的炙热稠密的状态，就像放烟花一样，最灿烂的时刻还在后面。星系就像烟花中凋零的火花，开始互相靠近，现在却逐渐散开了，那些从开始就相距较远的星系以更高的速度飞离对方。从我们在银河系中的出发点来看，其他任何星系飞离的速度都可以用它们光线的“红移”来计算。红移是指频率降低而波长增加，与列车开过时汽笛音调的降低类似。
但测量星系的准确距离是很困难的。哈勃通过观察自身亮度已知的恒星的表观亮度（称为Cepheid变量）来进行测量。因为越远的Cepheid就越暗，所以这些恒星可以用作标准来测量距离。哈勃比较了距离和红移的关系，发现宇宙在膨胀。
爱因斯坦接受了哈勃的发现，但他推测如果膨胀是一次原始爆炸的结果的话，就不需要宇宙常数了。他觉得宇宙常数影响了公式的美观。他收回了自己的观点并称之为最大的“失误”。
当宇宙学家继续进行宇宙膨胀理论的研究时，他们得出结论，在宇宙过去的120到150亿年的历史中，由于每个星系相互之间重力的吸引，膨胀会稍微变慢。但发现这种变化需要深入了解过去，研究几十亿光年之外发光的恒星，这个距离太远，连Cepheid都看不到了。
在过去的20年中，天文学家们开始借助于一种新的亮度标准:最亮的超新星。它们几乎每次出现时都相同。但这些明亮而巨大的爆炸十分稀少——在典型的螺旋形星系中，每100万年才有两到三次爆发。为了找到足够的超新星，天文学家给某天晚上的大片天空制作电子影像，捕捉到上万个遥远的星系，过几个星期后再在同一区域制作影像。当把影像叠加并用计算机抵消相同的部分时，所有超新星在变暗之前就都可以观察到了。有两个小组，成员来自欧洲、拉丁美洲、澳大利亚和美国，在过去的几年里收集超新星的效率越来越高，他们希望能够发现重力使宇宙膨胀变慢了多少。今年年初，两个小组宣布结果与他们的预测相反：超新星的相对亮度表明，即使在一个物质很少的宇宙中，它们的距离比预测的还要远10%到15%，说明在过去的数十亿年中，膨胀在加速。今年年末，随着更多超新星的分析和文章的发表，这些结论成立了。
这些发现重新提出了一个神秘的斥力，与重力作用相反，λ是最可能的候选者。早些时候，从宇宙演化和大量宇宙结构的观察中得到一些暗示，认为宇宙中质量很少，可能存在一个λ，但这一想法被认为有点怪异。现在，λ再次受到关注，爱因斯坦被证明是正确的，尽管是由于他未能预见到的原因。事实上，λ广泛存在于宇宙中：用最简单的理论值表示，超新星资料提示宇宙中70%的能量是以λ的形式存在，而物质只占30%，
因此物理学家把λ解释为量子力学效应：在太空存在中进进出出，转瞬即逝的粒子提供了一个能量库，使太空有了弹性，把太空推开。但迄今为止，计算表明λ的数量级要比观察的超新星大好几倍，这一谜题激发了对新的物理学原理的寻找，例如太空构造的对称性，利用它可以消除公式中很多复杂项。由于物理学家争着解释组成宇宙的大部分物质是什么，他们还提出了其它一些用于解释这一神秘能量的候选者，类如第五种基本物质和λ物质等。但因为这些能量的形式可能随着时间而变化，宇宙学家还不能肯定地说明上千亿年来宇宙的命运。
确实，此时此刻宇宙常数还是处于理论王国，没人知道导致宇宙飞离越来越快的能量的确切性质。天文学家还在继续收集资料，寻找其它可以解释他们发现的效应。尽管作出了努力，但至今尚未找到可以质疑他们工作的原因。宇宙的性质曾主要从属于哲学领域，但在1998年，宇宙学似乎有了事实证据，因为对遥远的超新星的观察揭示了宇宙的«实性质，甚至它的未来。科学家和哲学家都要花好几年的时间来处理出现的相关的问题。
记录时间的蛋白质
19世纪的哲学家们认为上帝是造钟人，是他创造了世界并使之运转。但现代生物学家对此持保留态度，因为已经清楚是进化产生了时钟，它使几乎所有的生物遵循太阳的节律。1998年，一连串的发现表明时钟工作有着惊人的普遍性：在从细菌到人的生物界中，时钟都是利用蛋白质水平起伏变化的反馈循环来记录时间。更令人惊奇的是，尽管果蝇和小鼠在进化上相距大约7亿年，它们却有着相同的记录时间的蛋白。在对细胞时钟有了进一步的理解之后，科学家们就能够开始操纵它，用来治疗时差感和冬天过亮导致的抑郁。
钾离子通道结构
当你盯着屏幕时，电信号就会从眼睛经过成千上万的神经元，传递到你大脑深处。每个信号传递都要经过细胞膜上的分子通道。这些“门”只允许某种离子，而不允许其他离子进出细胞，从而使电位变化在整个细胞传递。今年，纽约的一个小组获得了一个里程碑式的发现，他们发现了一种细菌的钾离子特异性离子通道的三维结构。这一期待已久的发现是一个技术奇迹，为阐释神经系统的工作机制提供了新的线索。
在思索了几个世纪之后，电生理学家现在知道了钾离子通道如何排除错误离子（如钠离子），并能使钾离子以每秒钟100万个的惊人速度穿膜运输的。结构显示离子必须通过一个狭窄的滤缝，钾离子与滤缝恰好相配并暂时结合到蛋白上。而纳离子较小，不能形成这一结合键，滤缝处在能量上不吸引它们。滤缝处至少有两个钾离子，他们互相排斥，保证一旦进来，就从另一端迅速离开。众所周知，膜蛋白极难结晶，但今年的这一成功将会促进其他上千个膜蛋白的结晶工作。
中微子有质量
中微子是一种颇有争议的离子，自从1930年首次被提出之后，物理学家们就开始努力寻找。研究者以为它既没有质E，也不带电荷。但在今年6月的一个惊人的报道中，一个国际合作小组在日本利用超级Kamioande探测仪表明这些亚原子粒子确实有轻微的质量，物理学家们现在正忙于修改他们有关宇宙如何构成的观点。
物理学家用中微子探测仪瞄准太阳，发现的数量比预测的要少，于是他们开始怀疑中微子有质量。一种可能性是中微子在从太阳流到探测仪的过程中，从3种中的一种变成了另一种探测不到的类型。根据量子力学原理，这种情况只有在中微子有质量的情况下才会发生。
超级Kamioande探测仪有一个装了5万吨水的容器，其中有11.200个光检测器。当一个中微子撞击到水分子时，可以探测到产生的微光。用超级Kamioande探测仪追踪大气中微子，得到了类型改变的有力证据。这些粒子是宇宙射线的产物，所以从各个方向落到地球上的数量应该相等。但探测仪从地球远端检测到的中微子数比从地球上面发现的要少，这可能是远端的中微子在较长的路程中改变了类型。
所以至少有一种中微子有质量。这些结果引起了激烈的争论：是否需要建立一个新的粒子理论，以及中微子是否形成宇宙大部分质的“黑物质”的一部分。1998年对中微子有了新的理解，但这种奇妙的粒子距科学家仍有几步之遥。
基因组学蓬勃发展
基因组学是对整个基因组的分析和比较。今年，测序研究几乎每个月都有里程碑式的发现，使这个新兴领域有了突破性进展。研究者得到了第一个多细胞生物基因组的完整序列和几种有害微生物的完整序列。至此，完成全序列测定的物种基因组总数已有将近24种。这些成就产生的同时也伴随着新的实验技术和计算机程序的出现，它们将用于探索得到的丰富资料。
今年12月，一个英美联合测序小组报道了组成多细胞生物秀丽线虫(Ceanorh abdites elegans)基因组的所有9.700万碱基。通过比较线虫基因组与酵母基因组的1，250万碱基，研究者开始研究哪些遗传变化是生命进化到单细胞之后所需要的。在线虫推测的19,000个基因中，大约有三分之一是新的，提示要确定它们的功能还须做大量的实验工作。
今年完成的微生物基因组包括几种人类最致命的敌人：梅毒、肺结核、斑疹伤寒的病原，以及衣原体，后者可导致性病和失明。这些基因组显示出病原特有的蛋白质，它们可以作为药物或疫苗开发的靶子。基因组学在1998年展开了翅膀，几年后可能就要腾飞。
远距传物
今年物理学家将量子水平的远距传物变成了实验现实。在科幻小学中，远距传物可以将人或物体移来移去，但在物理学中，这意味着在新的位置建立一种量子状态，所以是信息，而不是物质或能品被移动了。这种信息移动是量子计算的核心，提供了进行闪电般快速的超平行计算的可能前景。今年物理学家在发明这种设备方而取得了很大进步，他们将离子间的量子联系“焊接”起来，设计策略来寻找和修正量子数据中的错误，并进行简单的计算。
远距传物的关键是一种称为量子牵连(quantum entanglement)的奇妙现象，意为即使没有物理接触，两个或两个以上粒子的命运也会连在一起。例如，当一个光子被晶体分裂开时，产生的两个子光子在沿着独立的途径传播时仍旧保留着某种联系。对其中一个光子的作用会决定另一个的状态。
一年前，研究人员在因斯布鲁克和罗马使用满房间的激光和镜子实现了单个光子间量子状态信息的远距传输。今年10月份，一个英国-丹麦-美国合作小组将一个光束的强度和时相信息远距传输给了另一光束。
11月份，美国物理学家将一个碳原子核的量子信息远距传输给了相临的氢原子核。后者寓示着远距传物的实用性——可以在离子间可靠地传输信息，而离子则可成为量子计算机的元件。这一技术可用于星际旅行。
生物芯片开发
微型芯片已成为电子工业的基础，但在1998年，芯片技术从电子领域毅然转向生物学和其它领域。今年，用来生产计算机芯片的微型化技术已应用于DNA测序和诊断等很多设备的微型化和加速化。
在微电子巨头进入生物芯片市场，和首创公司联合起来促进芯片商品化的同时，基础研究人员也开发出了新型芯片技术。例如，今年，研究人员创造出了处理DNA的微型仪器，将来可用于DNA测序。已有的这种芯片，边长仅几个厘米，却能够完成测序耑要的所有步骤，包括测出溶液中DMA含量、扩增DNA、将其截成小的片段、分离片段以及检测片段大小。今年，加州生物技术公司的研究者还开发出了一种生物芯片，可以对血液样品进行筛查，检测癌症细胞、细菌或其它类型的细胞，并抽取其DNA进行分析。这种工具可以把现在实验室中完成的测试引入临床。
另外，研究人员利用DNA小片段固定在芯片上做成阵列，用来寻找基因的微小变异或检测细胞中活动基因的RNA信息。这些芯片将来可用于筛查遗传疾病。微型芯片虽然起源于电子学，但在生物医学领域有着光明的未来。
组合化学硕果累累
今年，研究者发现新型化合物的步伐再次加快了。推动这一进步的是被称为组合化学的高速开发工具的进展。它使研究者能够用几种基本化学物质装配出所有可能的组合，速度比以前快了上千倍。
事实上，所有医药公司现在都依赖组合化学给他们带来稳定可观的前景。在这一领域迅速发展的历史中，1998年因增长迅速和对新领域的探索而独树一帜。产生了两本新的期刊，几种候选药物，包括一种治疗感染的，正在临床实验期。
今年，研究正向着崭新的不能预测的方向发展。例如，一个小组利用这一技术，迅速合成了一个超过210万种的复合有机化合物组合库，它们类似天然产物，如抗生素。研究者用不着费力把这些分子作为药物来检测，他们只要随意扫描组合库，寻找一组可以使靶蛋白激活或失活的小分子化合物就行了。这些化合物可能是新的药物，并可帮助生物学家分辨出细胞内大约100万种蛋白质。
组合化学家也获得了其它类型的化合物。如美国研究者用这一技术找到了发动机电池上使用的将甲醇转化为电能的新型催化剂。同时，一个挪威小组发明了数百个沸石的组合库，它们含微小的孔洞，可用作分子筛，广泛应用于化学工业。如果目的就是产生新化合物的话，化学家好像已经获得了一定的胜利。
战胜癌症新策略
和癌症的战争并非一场战斗，而是许多分布广泛的小冲突，至今尚未有一种超级武器可以将它从所有的藏身之地消灭。但1988年在癌症预防和治疗上有了许多激动人心的进展，提示着这个致命的敌人就要失败了。
击败癌症最好的方法是首先防止它站稳脚跟，有几种预防措施比较引人注目。研究者骄傲地指出，药物Tamoxifen有了新的用途。这种类雌激素分子已用于乳腺癌的治疗，今年已被允许用于高风险女性的预防。低技术含量的生活方式建议似乎也有了一些效果：美国癌症协会3月份宣布美国癌症的发病率和死亡率自90年代初就开始下降，一个很大原因是由于吸烟人数减少了。
同时，出现了几种颇有希望的治疗方案。5月份，美国研究者宣布抗体Herceptin能显著抑制转移期乳腺癌的生长。一个德国小组发现抗体Panorex可降低结肠癌的死亡率。
每场战斗都有谎报的战果，1998年被炒得最热的抗癌药当属Angiostatin和Endostatin。它们在小鼠中使肿瘤萎缩的神奇功效早在人体实验之前就在《纽约时报》上发表了。但类似的终止肿瘤的血管网络的生长的治疗策略在临床实验中已有一些成果，抗癌病毒的治疗策略也是如此。和癌症的战争正在进行，但医生现在已拥有几种新型武器了。
感染和自身免疫病相关
许多传染病的急性症状已经很可怕了，但一些具有长期效应的更是令人不寒而栗。例如莱姆病，开始是短期的感冒症状，但最后会导致慢性关节炎，哪怕抗生素已将病原消灭。是什么原因造成了这种后期损伤呢？
有一种理论认为感染使免疫系统对肌体自身的分子也有些敏感了。这与不明感染可能导致一些自身免疫病的猜测相吻合，但这种观点很难证实。今年，两个小组令人信服地将感染和自身免疫病联系在了一起，为进一步了解和治疗如糖尿病和多发性硬化等类的疾病铺平了道路。
第一个小组的研究者制作了一个单纯性疱疹病毒1的小鼠模型，这种病毒可导致角膜组织损伤和失明。他们感染小鼠的眼睛，发现免疫T细胞攻击动物自身组织并破坏了它们的角膜。未来的研究将集中在激发自身免疫反应的病毒成分上，最后将产生阻止它的治疗方法。
另一个小组研究导致莱姆病的Borrelia burgdorferi细菌，其中有10%的病例患有慢性关节炎。研究者发现11个莱姆关节炎患者中有9个的T细胞既攻击一种细菌蛋白，又攻击一种密切相关的人体蛋白。这是T细胞激发关节炎的有力证据。今年的发现已搭好了舞台，希望明年有更多的跟踪自身免疫病和感染之间联系的工作登台演出。
[Science，1998年12月18日]