美國《探索》雜志近日評選出了美國20位40歲以下的最聰明的科學家。他們被視為各自研究領域的天才，結下了累累碩果，這些青年才俊還因各方面的研究成果屢獲殊榮。以下便是這20位青年才俊︰
1.陶哲軒(Terence Tao)
陶哲軒
加州大學洛杉磯分校(UCLA)數學家
在我們這個時代的偉大數學家當中，許多可能在SAT考試的數學部分得過800分的滿分。但陶哲軒8歲時就獲得了760分的高分，小小年紀便展現出數學的天分。25年過去了，33歲的陶哲軒如今已成為美國研究成果最多、最受尊敬的數學家之一。1999年，24歲的陶哲軒成為加州大學洛杉磯分校歷史上最年輕的教授，後獲得專為40 歲以下杰出數學家頒發的“菲爾茲獎”(Fields Medal)，這一獎項被譽為“數學界的諾貝爾獎”。
在一個有些人可能要傾其一生研究某個難題的學科，陶哲軒卻在從非線性方程組到數論等諸多方面作出了重要貢獻，一定程度上解釋了同事們為何還在尋求獲得他的指導。普林斯頓大學數學家查爾斯•費弗曼(Charles Fefferman)給予陶哲軒高度評價︰“每一代數學家當中，只有極少數位于頂尖之列。他就是其中之一。”費弗曼本人也是一位數學天才。
陶哲軒最著名的研究涉及質數或素數(prime number)的形式。所謂質數或素數，就是一個正整數，除了本身和1 以外並沒有任何其他因子。盡管陶哲軒主要致力于理論研究，但他在壓縮感知(compressed sensing)方面的突破性研究令工程師可以開發出用于核磁共振成像(MRI)、天文儀器和數碼相機領域的更尖端、更有效的成像技術。
陶哲軒說︰“科研有時就像是一部正在播出的電視連續劇，一些令人感興趣的情節可能已經理清，但仍有許多緊張刺激、尚未解開的情節有待你去挖掘。但科研又與電視連續劇不同，我們必須親自動手去搞清楚接下來會發生什麼。”陶哲軒表示，他喜歡挑戰一些難解之謎，而攀登這一高峰的唯一途徑是通過克服相對較小、更易控制的難題︰“如果有什麼事情是我知道該如何處理的、但又不能處理的，我會十分苦惱。我感覺，自己必須安靜下來，冷靜、細細探究問題所在。”
2.杰弗里•伯德(Jeffrey Bode)
賓夕法尼亞大學有機化學家
34歲的杰弗里•伯德說，有機化學家並沒有許多“縫合”結構復雜分子的方法。伯德在研究中發現了一種新方法，這種方法可能便于生產以 為原料的藥物，如胰島素和人體生長激素，這些藥物一般價格高昂。許多有機化學家曾認為，用以制造這些蛋白的成熟方法——像鏈珠一樣增加單個氨基酸——效果很好。伯德說︰“這些方法確實不錯，但前提是你打算制造相對短的蛋白，或你希望制造數量很少的蛋白。”
隨著鏈條越來越長，如果單個珠子不能串聯到“ 鏈”上，就更難以將這些錯誤的序列同正確的序列區別開來。為改進這一點，伯德發現了一種生成 胺結合(amide bond)的新化學反應(α-酮基酸和羥胺之間的反應)，他用這種方法去連接小的、易于合成的 (氨基酸的鏈)，變成更長的 。伯德指出，在有機化學中，“我們有可能提出比當前更好、更有效的方法。”
3.凱蒂•沃爾特(Katey Walter)
阿拉斯加大學生態學家
為深入探討溫室氣體對當地生態和全球氣候的影響，32歲的凱迪•沃爾特不斷追尋著從北極湖泊中滲出的甲烷。隨著溫度上升，北極永久凍結帶解凍，冰水匯入湖水中。湖水中的細菌向來以富含碳的物質(動物遺骸、食物和冰河世紀前的渣滓)為食，同時生成甲烷——比二氧化碳強大25倍的“熱收集器”。甲烷增多導致氣溫更高，因此加速永久凍結帶的解凍。
沃爾特說︰“這意味著你打開了冰箱門，里面的所有東西都會融化。”沃爾特和同事正在阿拉斯加州和西伯利亞東部給北極“冰箱”中的碳內容進行分類，試圖了解在冰融化過程中有多少將會轉變為甲烷。2006年，沃爾特的研究小組發現，北極產生的甲烷數量是科學家之前報告的近5倍。
4.艾米•韋戈斯(Amy Wagers)
哈佛大學干細胞研究所干細胞生物學家
1999年，艾米•韋戈斯獲得了免疫學博士學位，與此同時，她接到了美國國家骨髓捐贈項目登記處的電話。多年前，韋戈斯志願捐獻了骨髓，現在有人需要這些骨髓。韋戈斯受這件事的啟發，開發研究骨髓干細胞，並將成體干細胞作為自己博士後的研究課題。今天，35歲的韋戈斯已成為成體干細胞(生成血液和肌肉的細胞)研究領域最著名的科學家之一。她的研究工作涉及隔離這些細胞群體，發現人體如何對它們調節，並了解如何利用這些細胞治療疾病。
韋戈斯眼下正在確定血細胞如何在血液和骨髓之間轉移及它們如何繁殖。這項工作或會提高移植細胞的成活率，從而有助于提高骨髓移植的效率。今年夏天，韋戈斯公布的一項最新研究結果稱，在將肌肉干細胞移植到患有肌肉萎縮癥的老鼠身上後，老鼠的肌肉功能得到改善。韋戈斯說︰“它們立即開始生成新的肌肉縴維。盡管將這些發現應用到人身上還有很長的路要走，但結果仍令人大受鼓舞。”
5.約瑟夫•特朗(Joseph Teran)
加州大學洛杉磯分校數學家
我們可以設想這樣一番情景︰在你做手術之前，醫生不僅以前已數百次實施過這種手術，而且還在你的復制品上進行了實踐。31歲的數學家約瑟夫•特朗正幫助將這一夢想變成現實，利用數學模型去模擬涉及患者腱、肌肉、脂肪和皮膚的手術。特朗說︰“我們一直在利用數學方程式去用于模擬那些組織的工作。”
第一步是將那些方程式變成標準的“數字人體”，這個人體可以實時地對外科醫生的虛擬操作起反應。接下來，特朗的想法是讓醫生定制這種工具。那麼將來，CT、MRI等醫學成像技術就可以揭示某位患者的肌腱比一般人的更硬，這樣，醫生便能相應地調整“數字替身”。特朗說︰“你可能希望它盡可能地接近于真實的體驗。”
6.杰克•哈里斯(Jack Harris)
耶魯大學應用物理學家
量子力學描述了一個瘋狂的微觀世界，在這個世界里，粒子以電閃雷鳴般的速度運轉，經常違背我們想當然的經典物理學定律。杰克•哈里斯的目標是利用“奇特、甚至謎一般的”微觀定律，利用其去解決我們在微觀世界遇到的問題。他說，“終極‘尤里卡時刻’將會是忽然發現一個微觀物體在從事經典物理學絕對想象不到的某些活動。”
哈里斯現年36歲，目前正在研究個別光子(電磁粒子)在從小的活動反射鏡上跳離時產生的微不足道的壓力。我們可以舉一個形象的例子來感受這些壓力的大小︰在一個晴朗的天氣，太陽光會以百萬分之一磅的力量推你的身體，我們肯定感受不到這種力量。哈里斯希望充分利用光子的特性，最終令堅不可摧的密碼系統和超靈敏度天文儀器可以探測到宇宙大爆炸發生後瞬間形成的無形現象。
7.薩基斯•馬茲曼尼亞(Sarkis Mazmanian)
加州理工學院生物學家
在寄生于人體消化道的100萬億細菌當中，有些病原體可以誘發疾病和惡性免疫反應，還有一些則擁有保護宿主的免疫系統。現年35歲的薩基斯•馬茲曼尼亞就致力于有益菌如何增強人體健康的研究。馬茲曼尼亞說︰“除了想了解我們能否為其提供一個穩定、富含營養物的環境外，它們根本不關心我們。”他將人體和微生物這種象征性的關系看作是治療眾多疾病潛在方法的“金礦”。
馬茲曼尼亞認為，人體和腸道細菌之間的相互作用至關重要，比如我們可以借此去了解人體對這些微生物的異常免疫反應如何使結腸癌進一步發展。馬茲曼尼亞表示︰“有益菌的潛力似乎是無限的。”他補充說，支撐自己這項研究的哲學是“在自然界，一切都有可能。所以，我願意去追尋科學問題的任何可能的原因或結果。”
8.道戈•奈特森(Doug Natelson)
萊斯大學凝聚態物理學家
37歲的道戈•奈特森是顯微世界里的本杰明•富蘭克林。他研究原子級別的電子性質。原子級別的經典物理學和量子物理學相一致的部分，使電子性質研究變得更加重要。奈特森的研究包括︰復雜的電子流經單分子晶體管，以及特意用以半導體碳為基礎的有機材料(organic semiconductors-carbon-based materials)取代電子儀器里的 晶體管。這種剛剛萌芽的技術有望使制造又薄，而且柔韌性又好的有機電子儀器的夢想變成現實。
奈特森跟那些將主要精力投入到超能粒子加速器和超大質量黑洞等物理學領域的人不同，他為凝聚物質和納米技術傳遞了福音，他在非常受歡迎的博客中與大家一起分享他的快樂。他說︰“在我內心深處，我自認是一名實驗主義者，我正在玩這些新奇的玩具。進行這個級別的物理學研究相當有趣。”
9.邁克爾•伊洛維茲(Michael Elowitz)
加州工學院分子生物學家
現年38歲的邁克爾•伊洛維茲在2000年設計了一個基因電路(genetic circuits)，促使大腸桿菌在一個培養皿中閃閃發光。他表示，這是個偉大的瞬間，回想起來，那些細胞的行為就像聖誕節的熒光燈。但是這項給大家帶來好運的試驗最終失敗了。雖然這些細胞閃閃發光，但是它們發光的強度並不一樣。細胞之間的這種可變性包含相同的程序，這促使伊洛維茲進行了一系列全新的試驗，他表示，這些試驗主要研究“是什麼促使不同的細胞發揮不同的作用。”
現在伊洛維茲正在研究一些機制，遺傳因子完全相同的細胞正是通過這些機制利用和控制它們的生物化學分子里的隨機波動，以便產生細胞多樣性。伊洛維茲說︰“了解‘紛亂’的波動所扮演的角色，將有助于我們了解幸存下來的細菌如何才能實現多樣化，以及單細胞有機體如何才能形成多細胞有機體。”
10.楊長輝(Changhuei Yang)
加州理工學院電子工程與生物工程師
隨著顯微鏡的性能不斷提高，它們的體積以及造價也在不斷增加，顯微鏡的體積和造價對研究產生直接影響。36歲的楊長輝說︰“顯微鏡的功能和基本需求之間的配合並不默契。”楊長輝通過把芯片技術與微流體技術結合，已經制成一種更加便宜的微型顯微鏡。他表示，這種顯微鏡大約跟大黃蜂的體毛一樣大，並擁有一個僅同一角硬幣一樣大的電路，它沒有光學透鏡。它的工作原理是，少量液體流過微芯片，它給樣本拍攝圖像後，將它們傳輸給一台電腦。
這種顯微鏡可以安裝在一個小型手持顯示器里，這種顯示器大約僅同一個iPod一樣大。楊長輝的設想是，發展中國家的醫生可以利用這種工具給病人驗血或者檢查當地的供水系統。他說︰“這將是一種非常堅固耐用的工具，而且醫生可以把它放在衣兜里隨身攜帶。”
11.阿德姆•瑞斯(Adam Riess)
美國約翰霍普金斯大學天體物理學家
阿德姆•瑞斯領導一個天文學科研組發現宇宙正在加速膨脹的事實後，他開始將注意力轉向天文學領域。自1929年以來，科學家一直認為宇宙在不斷膨脹，不過在1998年以前科學家始終認為地球引力將逐漸終止宇宙膨脹。但是，當38歲的瑞斯試圖利用他從觀察遙遠的恆星爆炸收集到的數據鞏固這一理論時，得出的結果卻與事實並不相符。幾天後他證明，他的數據顯示宇宙在不斷加速膨脹。
該發現顯示，一種神秘的暗能量產生的巨大的斥力克服引力，促使宇宙不斷加速膨脹。這種暗能量佔宇宙總能量的72%。他說︰“這就如同向上將一個球扔到空中，它會持續上升。”9月他獲得50萬美元麥克阿瑟(MacArthur)獎金，現在他打算利用這些錢揭開這種神秘的暗能量和它對宇宙產生的影響的謎底。
12.妮可•金(Nicole King)
加州大學伯克利分校，分子細胞生物學家
38歲的妮可•金現在正在尋找單細胞有機體如何向植物、真菌類、多細胞動物和其他類型的生命進化的答案。為了尋找線索，她集中精力研究單細胞真核生物中的choanoflagellates-a 群體，單細胞真核生物被認為是與動物親緣關系最近的活有機體。
金和她的同事們在給其中一種這類有機體的染色體進行排序時，發現用來將動物細胞之間傳遞的信息與細胞“捆綁”在一起的相同蛋白質片段的遺傳密碼，在這種有機體內獲得此類發現非常令人吃驚。據金假設，這些單細胞動物祖先的蛋白質曾與細胞外的環境產生互動，它們通過將細胞表面粘合在一起捕食細菌和發現化學信號，後來這種情況促使細胞粘合在一起，而且彼此間可以進行信息交流。金表示，解釋多細胞體的起源是了解動物起源的關鍵，她發表評論說，她的研究“回顧的族譜比我們以及其他靈長類動物的共同祖先的族譜年代更加久遠。”
13.路易斯•馮•安(Luis von Ahn)
卡內基美隆大學計算機科學家
30歲的路易斯•馮•安已經在各個網絡領域小有成就。網上訂票和破解文字失真的圖像都是馮•安的工作範疇。2000年，他幫助研發了這種反作弊(anti-spamming)技術，即已知的驗證碼(CAPTCHA)。驗證碼之所以能夠產生作用，是因為電腦無法回答驗證碼提出的問題，只有人才能回答。馮•安的最終目標是不欺騙電腦。他希望利用人類獨一無二的智能消除電腦在完成一些重要任務時存在的缺陷。
縮小這種智能差距的一種方法就是驗證碼。每天他利用大約1800萬名電腦用戶——或許都是購票的人——在首頁鍵入信息掃描文字，以便將它們信息化。到目前為止，電腦還無法識別文字。研究人員希望到明年能把20世紀50年代以後的《紐約時報》的檔案文件完全數字化。馮•安還編排了一種游戲程序，他的目的是︰你玩的越多，提供的數據也就越多，因此會更好地幫助電腦識別圖像。他說︰“我認為我們所做的事情不會淺嘗輒止。”
14.塔佩奧•施奈德(Tapio Schneider)
加州理工學院環境科學家
大氣湍流和熱交換效應之間的復雜互動，對全球氣候產生很大影響。36歲的塔佩奧•施奈德已經研發出電腦模擬程序，以便更好地了解二者之間的互動是如何對氣候產生影響的。他說︰“從觀念上來說，我不想在實驗室里為自己產生一個小氣候，但是我們又無法在實驗室里形成一個全球性氣候，因此利用電腦模擬是最好的第二選擇。”
在一個正處于發展階段的項目中，他最近利用一個地球模擬展示了季風可以在沼澤等淺水處形成。哈雷(Halley)的傳統季風模型無法全面地表現出全球的季風情況。施奈德表示，人們對水汽通過氣候系統不斷運動的情況了解的也不多。“這是我要用很多年時間進行研究的一系列問題之一。”施奈德的目的是為氣候制定一系列基本物理學定律。他說︰“熱力學定律對微觀行為進行了宏觀描述。我希望也能給氣候制定一個類似的定律。”
15.薩拉•西格爾(Sara Seager)
麻省理工學院天體物理學家
上世紀90年代晚期，科學界對系外行星是否存在提出這樣或那樣的疑問，當時36歲的薩拉•西格爾作出大膽預測，認為這些在恆星前方穿越的遙遠閃光天體必將成為天文學家的下一個前沿。西格爾的這種有些打賭意味的預測最終得到回報——她有關系外行星化學屬性的理論模型幫助研究人員首次對一個遙遠世界的大氣層進行測量。西格爾認為，我們將在未來幾年發現地球的“遠親”，但她的終極目標絕不僅限于此。
她說︰“我真正想做的是確定地外生命可能產生何種類型的氣體。這些氣體將在大氣層中堆積並有可能從極遠處被探測到。”作為沿這一方向踏出的一步，西格爾正在尋找類地生命可能留下的非氧基“簽名”，例如硫化氫。西格爾的童年是在加拿大度過的，她的父親總是用各種各樣的想法開發她的創造力。她說︰“愛幻想是一種至關重要的習慣，正是這種習慣讓我成為一名出色的科學家。”
16.喬恩•克萊因伯格(Jon Kleinberg)
康奈爾大學計算機科學家
上世紀90年代中期，如果在互聯網上搜索“《探索》雜志”，意味著你要在數千個排序混亂的結果中費力地尋找自己需要的答案。1996年，24歲的喬恩•克萊因伯格開發了一種讓網絡搜索發生革命性變化的算法。時至今日，如果再在搜索框鍵入“《探索》雜志”，你得到的第一個搜索結果便是這家雜志的主頁，這完全是克萊因伯格的功勞。克萊因伯格現年37歲，他創造了基于超鏈接分析的主題搜索算法HITS，通過權威性(所登內容品質以及是否被其它網頁推薦)和hub(是否與優秀網頁相連接)這兩個指標對網頁價值進行評估。
克萊因伯格繼續將計算機學、數據分析和社會學研究整合在一起，以幫助開發更優秀的工具連接社交網站。根據他的設想，我們能否看到信息在空間傳播時隨時間增多——他稱之為互聯網上的地理學熱點——取決于對一個特殊區域的興趣。克萊因伯格說，我們的社交網鏈接與友誼可以依靠這些地理學熱點，“通過鍵入位置而不是人名或者時間”讓搜索變得更為容易。
17.愛德華•博伊登(Edward Boyden)
麻省理工學院媒體實驗室神經工程師
一些確定類型的細菌和藻類擁有允許它們將光轉換成電能的基因。29歲的愛德華•博伊登已將其中一種基因植入神經細胞，讓它作出類似響應。他說︰“如果用燈光照射這些細胞，我們就能將它們激活。”在打造類似轉基因神經細胞基礎上，博伊登正利用工程學手段研究大腦植入——可以利用光脈沖對它們進行刺激。他希望這種植入能夠幫助控制帕金森氏癥等疾病，有時候，醫生會利用植入能夠產生電流的刺激器治療帕金森氏癥。博伊登說︰“光能夠做到很多單純的電刺激器無法做到的事情。”利用這種技術，研究人員能夠有選擇地讓他們的轉基因神經細胞作出回應，通過植入一個能夠發出不同類型的光的光學器，研究人員可以對神經回路進行更為精確的控制。
18.理查德•邦努(Richard Bonneau)
紐約大學系統生物學家
33歲的理查德•邦努表示，將細胞解剖後得到的各個部分按類型一一記錄那當然好，但生物學家真正的“聖杯”卻是了解每一部分如何控制和支配其它部分的機能。“你可能知道A與B有聯系，但這並不能描繪出一副有關整個系統的完整圖畫，你不知道各部分之間如何相互影響。我希望在這些線上標注箭頭，來顯示這些影響。”
通過跟蹤一個自由古細菌——與細菌一樣，是一種原核生物——幾乎所有基因的活動，邦努最近將各個部分拼接在一起，了解基因如何影響各自的表達，進而讓他像研究機器一樣描繪出這個有機生命體的“控制電路”。在此過程中，他發現一些令人吃驚的東西︰對于光線、有毒化學物質等外部刺激，這個古細菌並不是作出完全不同的反應，“它會用同樣的積分器處理這些環境刺激，因此並不發生無限數量的反應”。他指出，了解微生物行為的有限範圍能夠為利用基因工程改造研制藥物和生物燃料提供巨大幫助。
19.肖恩•弗拉納(Shawn Frayne)
Humdinger風能公司發明家
現年27歲的肖恩•弗拉納深諳如何打造簡單而實用的技術解決辦法，這些解決辦法能夠讓發展中國家百姓的生活發生質的變化。他是一個致力于將甘蔗基木炭作為便宜烹飪燃料的小組成員，他的太陽能消毒塑料袋能夠將水淨化，變成飲用水。相比之下，弗拉納設計的“風帶”(Windbelt)所能產生的影響可能是最大的。
他的設計靈感來源于1940的倒塌的塔科馬海峽橋采用的動力學原理，經過4年的努力，他最終設計出世界上第一個不使用渦輪的風力發電機。當有風吹過時，一個包有聚酯薄膜的平紋織物薄片會快速振動，帶動安裝在兩端線圈間的磁鐵進而產生電力。在發展中國家，“風帶”只需產生10瓦特電量，就能整晚為一個房間照明，再也不用昂貴而危險的煤油燈。
通過將發明的知識產權出售給大型公司，弗拉納希望為針對發展中國家的創造性計劃籌集更多資金。他說︰“發展中國家面臨最大挑戰，我認為自己這輩子的絕大多數發明和創新都將在發展中國家成為現實。如果換成其它地區，我會瘋掉的。”
20.喬納森•普里查德(Jonathan Pritchard)
芝加哥大學/霍華德•休斯醫學研究所遺傳學家
人們很容易認為進化是發生在數百萬年前的事情，但37歲的喬納森•普里查德證明，我們實際上一直實時適應環境，簡單地說進化從未停止。利用在人群中快速蔓延的遺傳變異為導向進行追蹤的統計模型，普里查德及其同事確定了基因組的數百個區域最近因自然選擇發生變異。他說︰“如果在確定人群中出現新的變異並且深受歡迎，自然選擇便會快速提高這種等位基因變異的頻率。絕大多數時候，人群之間的變異頻率差異很小，如果出現大的頻差，他們自然顯得非常突出。”(孝文）
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