四大基础学科热门课题评述 根据美国科学信息研究所(ISD)出版的期刊《科学观察》( Science watch)中所列举的最热门 课题(即由SCI引用率最高的论文所确定的前沿领域),可以看到近一年来(19989-1998) 在世界范围内,物理学、化学、生物学和医学四大学科中哪些课题或领域处于最前沿或属于 最热门的范畴(引用率进入前10名),并可从统计数字的变化来分析各学科前沿领域热门课 题的发展趋势。 物理学 近一年来,理论物理中对超弦理论的研究无疑在整个物理学的热门课题中占据着绝对的主导 地位,其引用率在一年的连续6次统计中,没有一次不进入前10名。其中5次名列榜首 仅有一次排行第2,还有两次竟然占据前10名的一半以上。本世纪物理学的发展有一个明 显的倾向,即物理学家们希望用为数尽量少的原理来解释为数尽量多的物理现象。半个世纪 前,爱因斯坦将后半生的精力基本上都花在了他热切希望实现的所谓统一理论上,而当代的 物理学家们一方面致力于将多种超弦理论统一起来(M理论),另一方面试图通过对弦论的 研究在一定条件下将20世纪理论物理两项最伟大的成就(量子场论和广义相对论)融为 体。与超弦理论研究密切相关的另一个热门课题是对黑洞物理的研究。 另一方面,天文学领域前沿课题的热度在这一阶段呈明显上升趋势,且涉及面很广,在最热 门课题中所占比份仅次于超弦理论。《科学观察》1999年第3期所列举的物理学热门课题的 前10名中,天文学居然获得7名。继哈勃太空望远镜之后,技术装备先进的欧洲卫星Ⅹ射 线望远镜和红外天文望远镜所取得的新的观测成果最引人注目。前者主要解决了长期困扰天 文学家的宇宙伽马射线爆发之谜,基本上确定了这一宏伟的高能天体辐射现象是源于遥远的 星系,而不是来自银河等近旁星系。后者则发现,原来水分在太空中普遍存在着,而且观察 到由于宇宙尘埃的遮挡,光学望远镜无法探测星体形成的过程。此外,对宇宙半龄超新星爆 炸的观测,以及对宇宙微波背景辐射各向异性的探测可能标志着宇宙学研究历史的转折点, 故而先后进入物理学最热门的课题 在具有应用前景的物理学前沿课题中, IngaN多量子阱激光二极管的研制在此期间可谓一枝 独秀。半导体材料和工艺技术的新进展使这种激光二极管不仅可以发射从红、黄到蓝、绿等 各种颜色的光,而且可以在室温下长期连续运行。从商业应用来看,它既可大大延长交通信 号灯的使用寿命,也能成倍提高CD盘的信息储存密度。中微子振荡实验近一年来成为新的 最热门课题之一。探测中微子振荡旨在证实中微子具有质量,这对粒子物理、天体物理以及 宇宙论都有深远的意义,因为中微子振荡可能完全改变对太阳中微子实验的解释,而中微子 质量则可能是宇宙质量的一个重要组成部分。此外,BE凝聚和高温超导仍然是这一时期的 热门课题。有趣的是,近一年来主宰物理学前沿热门课题的两大领域中,弦论研究的尺度小 到10-35米,而天文学研究对象的尺度则大到1026米。这一大一小均难以想象的尺度恰好 反映了当代物理学正朝着微观和宇观方向发展的趋势 化学 以单壁碳纳米管和单层金属纳米晶体为代表的纳米技术是近一年来化学领域前沿课题中的 颗明星。纳米化学之所以如此热门,不只是由于化学家对神秘的纳米材料的结构和性质的
四大基础学科热门课题评述 根据美国科学信息研究所（ISI）出版的期刊《科学观察》(Science Watch)中所列举的最热门 课题（即由 SCI 引用率最高的论文所确定的前沿领域），可以看到近一年来（1998.9-1999.8） 在世界范围内，物理学、化学、生物学和医学四大学科中哪些课题或领域处于最前沿或属于 最热门的范畴（引用率进入前 10 名），并可从统计数字的变化来分析各学科前沿领域热门课 题的发展趋势。 物理学 近一年来，理论物理中对超弦理论的研究无疑在整个物理学的热门课题中占据着绝对的主导 地位，其引用率在一年的连续 6 次统计中，没有一次不进入前 10 名。其中 5 次名列榜首， 仅有一次排行第 2，还有两次竟然占据前 10 名的一半以上。本世纪物理学的发展有一个明 显的倾向，即物理学家们希望用为数尽量少的原理来解释为数尽量多的物理现象。半个世纪 前，爱因斯坦将后半生的精力基本上都花在了他热切希望实现的所谓统一理论上，而当代的 物理学家们一方面致力于将多种超弦理论统一起来（M 理论），另一方面试图通过对弦论的 研究在一定条件下将 20 世纪理论物理两项最伟大的成就（量子场论和广义相对论）融为一 体。与超弦理论研究密切相关的另一个热门课题是对黑洞物理的研究。 另一方面，天文学领域前沿课题的热度在这一阶段呈明显上升趋势，且涉及面很广，在最热 门课题中所占比份仅次于超弦理论。《科学观察》1999 年第 3 期所列举的物理学热门课题的 前 10 名中，天文学居然获得 7 名。继哈勃太空望远镜之后，技术装备先进的欧洲卫星 X 射 线望远镜和红外天文望远镜所取得的新的观测成果最引人注目。前者主要解决了长期困扰天 文学家的宇宙伽马射线爆发之谜，基本上确定了这一宏伟的高能天体辐射现象是源于遥远的 星系，而不是来自银河等近旁星系。后者则发现，原来水分在太空中普遍存在着，而且观察 到由于宇宙尘埃的遮挡，光学望远镜无法探测星体形成的过程。此外，对宇宙半龄超新星爆 炸的观测，以及对宇宙微波背景辐射各向异性的探测可能标志着宇宙学研究历史的转折点， 故而先后进入物理学最热门的课题。 在具有应用前景的物理学前沿课题中，InGaN 多量子阱激光二极管的研制在此期间可谓一枝 独秀。半导体材料和工艺技术的新进展使这种激光二极管不仅可以发射从红、黄到蓝、绿等 各种颜色的光，而且可以在室温下长期连续运行。从商业应用来看，它既可大大延长交通信 号灯的使用寿命，也能成倍提高 CD 盘的信息储存密度。中微子振荡实验近一年来成为新的 最热门课题之一。探测中微子振荡旨在证实中微子具有质量，这对粒子物理、天体物理以及 宇宙论都有深远的意义，因为中微子振荡可能完全改变对太阳中微子实验的解释，而中微子 质量则可能是宇宙质量的一个重要组成部分。此外，B-E 凝聚和高温超导仍然是这一时期的 热门课题。有趣的是，近一年来主宰物理学前沿热门课题的两大领域中，弦论研究的尺度小 到 10-35 米，而天文学研究对象的尺度则大到 1026 米。这一大一小均难以想象的尺度恰好 反映了当代物理学正朝着微观和宇观方向发展的趋势。 化学 以单壁碳纳米管和单层金属纳米晶体为代表的纳米技术是近一年来化学领域前沿课题中的 一颗明星。纳米化学之所以如此热门，不只是由于化学家对神秘的纳米材料的结构和性质的
好奇,更重要的是其新发现很可能在未来的纳米器件和纳米计算机领域中起关键作用。单壁 碳纳米管的研究热点是,纳米管的直径和原子排列的螺旋度如何影响其导电性,以及利用金 属催化剂在批量生产中怎样控制这些结构的几何参数,从而实现具有指定导电性的单壁碳纳 米管材料生产的商品化。单层金属纳米晶体的研究热点则是,压强、温度等热力学参数和表 面活化剂分子的链长如何影响纳米晶体的形成,以及纳米晶体的自组装能力。有趣的是,科 学家们发现,由金、银等金属量子点构成的二维晶格可以在金属和绝缘体之间相互转换,这 意味着不仅可能制成光学转换网络,而且可能实现量子计算 大分子结构继续是这一时期化学的前沿课题,且其热度呈显著上升趋势,在引用率最高论文 前10名的6次统计中,大分子结构的确定方法连续3次名列榜首,其热点是如何有效地改 进大分子结构确定方法的精度和灵活性,例如用所谓最大似然法替代最小二乘法,以及采用 既适于Ⅹ射线晶体学又适于核磁共振的强有力的CNS软件,就能迅速有效而准确地测定大 分子的结构。这对分子生物学、生物医学、基因组学和蛋白质组学都有深远的意义。有关分 子级水平研究新出现的另一前沿就是所谓构造分子,当前的热点是揭示某些简单分子所具有 的某种结构自组装的秘密,从而依照需求产生具有一定功能的结构,这很可能成为制备新型 催化剂和色谱吸着剂的极有希望的途径 自由基聚合是聚合和催化方面最热门的课题,近年的热点是聚合物分子量的控制、新型聚合 催化剂、自由基聚合的机制、方法和速率系数等。化学与材料科学交叉的热门课题还包括分 子尺寸的二维超晶格自组装的光活性材料,以及多孔氧化硅的制备和功能化。化学与物理交 叉学科中的密度分布函数理论和分子动力学、化学与生物、医学交叉的抗癌药物 Epothilone A的制备,以及对海洋赤潮毒素具有致命毒性和制药特性的双重性的研究也均为这一时期的 热门课题。此外,组合化学当前的研究热点是分子库的及时有效的纯化方法。 综上所述,化学的前沿热点依旧多出现在化学与其他学科的交叉领域。同时,化学家正致力 于从原子和分子水平上来研究和控制物质结构和化学过程。 生物学 生物学的最热门课题近一年来与前期相比并无显著变化,占主导地位的依旧是基因组测序 HVⅤ(人类免疫缺陷病毒)感染以及程序化细胞死亡机制,其中与程序化细胞死亡有关的课 题在整个这一时期生物学最热门论文中大约占了一半。该课题如此热门,一方面是由于科学 家对程序化细胞死亡机制奥秘的好奇,更主要的是由于细胞死亡过程对生命的重要性无论怎 样强调也不过分。细胞死亡过多过快就会引发疾病,过少过慢则会可能导致癌症。怎样在理 解程序化细胞死亡机制的基础上,进一步控制细胞死亡过程,使其数量不多不少正是该课题 的主要目标。近期的热点主要是某些特定蛋白质和基因,如FLCE,Bc-2,Mdm2,p53等, 在程序化细胞死亡中的作用及作用的过程。此外,肿瘤坏因子(TNF)在细胞死亡过程中的 作用依然是热点之 有关基因测序论文的热度在这一时期有增无减,而且在6次前10名热门论文的统计中连续 5次排行第一,其引用率似呈指数上升。最引人关注的热点是作为基因测序有力工具的新程 序一 BLAST,其特点是不仅能迅速识别基因序列间的强相似性,而且对弱相似性也很灵敏 更重要的是,该程序的一个新版本——PS- BLAST能使科学家扩大基因序列的搜寻范围, 从而迅速抓住在进化上相距甚远的基因序列之间的关系,为完整基因组的快速有效测序铺平
好奇，更重要的是其新发现很可能在未来的纳米器件和纳米计算机领域中起关键作用。单壁 碳纳米管的研究热点是，纳米管的直径和原子排列的螺旋度如何影响其导电性，以及利用金 属催化剂在批量生产中怎样控制这些结构的几何参数，从而实现具有指定导电性的单壁碳纳 米管材料生产的商品化。单层金属纳米晶体的研究热点则是，压强、温度等热力学参数和表 面活化剂分子的链长如何影响纳米晶体的形成，以及纳米晶体的自组装能力。有趣的是，科 学家们发现，由金、银等金属量子点构成的二维晶格可以在金属和绝缘体之间相互转换，这 意味着不仅可能制成光学转换网络，而且可能实现量子计算。 大分子结构继续是这一时期化学的前沿课题，且其热度呈显著上升趋势，在引用率最高论文 前 10 名的 6 次统计中，大分子结构的确定方法连续 3 次名列榜首，其热点是如何有效地改 进大分子结构确定方法的精度和灵活性，例如用所谓最大似然法替代最小二乘法，以及采用 既适于 X 射线晶体学又适于核磁共振的强有力的 CNS 软件，就能迅速有效而准确地测定大 分子的结构。这对分子生物学、生物医学、基因组学和蛋白质组学都有深远的意义。有关分 子级水平研究新出现的另一前沿就是所谓构造分子，当前的热点是揭示某些简单分子所具有 的某种结构自组装的秘密，从而依照需求产生具有一定功能的结构，这很可能成为制备新型 催化剂和色谱吸着剂的极有希望的途径。 自由基聚合是聚合和催化方面最热门的课题，近年的热点是聚合物分子量的控制、新型聚合 催化剂、自由基聚合的机制、方法和速率系数等。化学与材料科学交叉的热门课题还包括分 子尺寸的二维超晶格自组装的光活性材料，以及多孔氧化硅的制备和功能化。化学与物理交 叉学科中的密度分布函数理论和分子动力学、化学与生物、医学交叉的抗癌药物 Epothilone A 的制备，以及对海洋赤潮毒素具有致命毒性和制药特性的双重性的研究也均为这一时期的 热门课题。此外，组合化学当前的研究热点是分子库的及时有效的纯化方法。 综上所述，化学的前沿热点依旧多出现在化学与其他学科的交叉领域。同时，化学家正致力 于从原子和分子水平上来研究和控制物质结构和化学过程。 生物学 生物学的最热门课题近一年来与前期相比并无显著变化，占主导地位的依旧是基因组测序、 HIV（人类免疫缺陷病毒）感染以及程序化细胞死亡机制，其中与程序化细胞死亡有关的课 题在整个这一时期生物学最热门论文中大约占了一半。该课题如此热门，一方面是由于科学 家对程序化细胞死亡机制奥秘的好奇，更主要的是由于细胞死亡过程对生命的重要性无论怎 样强调也不过分。细胞死亡过多过快就会引发疾病，过少过慢则会可能导致癌症。怎样在理 解程序化细胞死亡机制的基础上，进一步控制细胞死亡过程，使其数量不多不少正是该课题 的主要目标。近期的热点主要是某些特定蛋白质和基因，如 FLICE，Bcl-2，Mdm2，p53 等， 在程序化细胞死亡中的作用及作用的过程。此外，肿瘤坏因子（TNF）在细胞死亡过程中的 作用依然是热点之一。 有关基因测序论文的热度在这一时期有增无减，而且在 6 次前 10 名热门论文的统计中连续 5 次排行第一，其引用率似呈指数上升。最引人关注的热点是作为基因测序有力工具的新程 序—BLAST，其特点是不仅能迅速识别基因序列间的强相似性，而且对弱相似性也很灵敏。 更重要的是，该程序的一个新版本——PSI—BLAST 能使科学家扩大基因序列的搜寻范围， 从而迅速抓住在进化上相距甚远的基因序列之间的关系，为完整基因组的快速有效测序铺平
了道路。在有机体的完整基因组测序方面,除了大肠杆菌完整基因组序列继续保持其热度外 值得注意的是第一个格兰氏阳性细菌—一枯草杆菌完整基因组的测序,其重要意义在于:格 兰氏阳性细菌是许多主要传染病的病原体,它对抗生素不仅具有很强的抗药性,而且它本身 也能分泌抗生素。从基因序列的角度揭示这种细菌的神奇特性,就有可能设计出更为有效的 甚至全新的抗生素。此外,反映基因组测序中信息共享的基因库也进入这一时期的最热门课 HⅤ感染机制的硏究热点除了该病毒对人体细胞感染过程中辅助因子和受体的作用外,还包 括淋巴细胞的作用。另一方面,所谓钾通道在神经细胞传送电信号以及其他生命过程中所起 的关键作用是这一时期的新热点,其研究重点是揭示钾通道所具有的高度选择性的过滤本领 的奧秘。 可见,生物学的最热门论文几乎全部与医学和药学有密切的关系,这也反映出当前生物学前 沿课题具有日趋明显的学科交叉性。 医学 有关心血管疾病的研究在近一年来医学前沿最热门课题中具有压倒性的优势,毕竟这种疾病 至今依然是威胁人类生命的第一杀手。该课题的热点是冠心病的防治、心肌梗死与药物效应、 情绪对心血管病的影响、老年性心力衰竭的治疗、瓣膜心脏病与减肥药的关系、高血压病人 血压控制的适当程度以及糖尿病人心血管疾病的治疗等 对HⅤ病毒感染的研究是医学领域中最热门的,论文总数仅次于心血管疾病的前沿课题, 且在6次引用率最高论文的前10名统计中,有4次名列榜首。该课题的近期热点是HV病 毒感染的联合药物治疗、以血浆中HV病毒浓度和淋巴细胞数量为依据的预后、药物治疗 与HV感染者的发病率和死亡率的关系。值得关注的是,近年来多种药物的出现及其联合 使用的显著疗效给艾滋病人带来了希望。不仅HV感染病人的死亡率在不断下降,而且, 由于免疫力下降,所导致的由其他病毒引发的所谓机会性感染率也在下降。艾滋病将有可能 成为一种可以治愈的疾病。 老年痴呆症药物治疗的临床试验也是当前医学界的最热门课题,因为这种疑难病症给患者和 家庭带来极大的痛苦,而且长期以来被认为是使人绝望的不治之症。但近年来陆续硏制成的 些药物,不仅能使患者的智力退化有所减缓,而且还能增进患者的认识能力,故这类药物 疗效的临床试验报道极受人们关注,哪怕微小的进展也很鼓舞人心 怎样克服器官移植手术后的排异现象是这一时期医学领域的新热点。30年来人体器官移植 取得了很大的成功,但决定患者命运的却是手术后抗排异性的治疗效果,故抗排异药物临床 试验的比较,特别是一些新药物如FK506与常用药物之间疗效的比较已成为当前的研究热 点。关键是看这些药物对提高手术后患者和被移植的器官的存活率所起的作用。此外,其他 热门课题还包括抗癌药物、G型肝炎病毒感染、糖尿病的治疗、风湿性关节炎等。 综上所述,医学领域前沿最热门的课题主要集中在对人体健康危害极大的疑难病和多发病, 以及各种药物对这些病治疗的临床试验效果
了道路。在有机体的完整基因组测序方面，除了大肠杆菌完整基因组序列继续保持其热度外， 值得注意的是第一个格兰氏阳性细菌——枯草杆菌完整基因组的测序，其重要意义在于：格 兰氏阳性细菌是许多主要传染病的病原体，它对抗生素不仅具有很强的抗药性，而且它本身 也能分泌抗生素。从基因序列的角度揭示这种细菌的神奇特性，就有可能设计出更为有效的 甚至全新的抗生素。此外，反映基因组测序中信息共享的基因库也进入这一时期的最热门课 题。 HIV 感染机制的研究热点除了该病毒对人体细胞感染过程中辅助因子和受体的作用外，还包 括淋巴细胞的作用。另一方面，所谓钾通道在神经细胞传送电信号以及其他生命过程中所起 的关键作用是这一时期的新热点，其研究重点是揭示钾通道所具有的高度选择性的过滤本领 的奥秘。 可见，生物学的最热门论文几乎全部与医学和药学有密切的关系，这也反映出当前生物学前 沿课题具有日趋明显的学科交叉性。 医学 有关心血管疾病的研究在近一年来医学前沿最热门课题中具有压倒性的优势，毕竟这种疾病 至今依然是威胁人类生命的第一杀手。该课题的热点是冠心病的防治、心肌梗死与药物效应、 情绪对心血管病的影响、老年性心力衰竭的治疗、瓣膜心脏病与减肥药的关系、高血压病人 血压控制的适当程度以及糖尿病人心血管疾病的治疗等。 对 HIV 病毒感染的研究是医学领域中最热门的，论文总数仅次于心血管疾病的前沿课题， 且在 6 次引用率最高论文的前 10 名统计中，有 4 次名列榜首。该课题的近期热点是 HIV 病 毒感染的联合药物治疗、以血浆中 HIV 病毒浓度和淋巴细胞数量为依据的预后、药物治疗 与 HIV 感染者的发病率和死亡率的关系。值得关注的是，近年来多种药物的出现及其联合 使用的显著疗效给艾滋病人带来了希望。不仅 HIV 感染病人的死亡率在不断下降，而且， 由于免疫力下降，所导致的由其他病毒引发的所谓机会性感染率也在下降。艾滋病将有可能 成为一种可以治愈的疾病。 老年痴呆症药物治疗的临床试验也是当前医学界的最热门课题，因为这种疑难病症给患者和 家庭带来极大的痛苦，而且长期以来被认为是使人绝望的不治之症。但近年来陆续研制成的 一些药物，不仅能使患者的智力退化有所减缓，而且还能增进患者的认识能力，故这类药物 疗效的临床试验报道极受人们关注，哪怕微小的进展也很鼓舞人心。 怎样克服器官移植手术后的排异现象是这一时期医学领域的新热点。30 年来人体器官移植 取得了很大的成功，但决定患者命运的却是手术后抗排异性的治疗效果，故抗排异药物临床 试验的比较，特别是一些新药物如 FK506 与常用药物之间疗效的比较已成为当前的研究热 点。关键是看这些药物对提高手术后患者和被移植的器官的存活率所起的作用。此外，其他 热门课题还包括抗癌药物、G 型肝炎病毒感染、糖尿病的治疗、风湿性关节炎等。 综上所述，医学领域前沿最热门的课题主要集中在对人体健康危害极大的疑难病和多发病， 以及各种药物对这些病治疗的临床试验效果