2019年十大(dà)國際科技(jì)新聞解讀
2019年，科學及其追随者們探索前行(xíng)的步伐一如既往的堅定。對于世界我們仍有(yǒu)很(hěn)多(duō)問題，其解法，是依靠科技(jì)的進步一次次擊碎桎梏，開(kāi)啓下一個(gè)增長時(shí)代；用“希望”和(hé)“發展”引導人(rén)們走向更加美好的未來(lái)。從這個(gè)角度而言，2019年的科技(jì)界與科學家(jiā)，更值得(de)尊重。
1、中國“嫦娥四号”實現人(rén)類首次月背軟着陸
月球之背，甯靜之地。
此處屏蔽了來(lái)自地球的各種無線電(diàn)幹擾信号，可(kě)以監測到地面和(hé)地球附近的太空(kōng)中無法分辨的電(diàn)磁信号，為(wèi)研究恒星起源和(hé)星雲演化提供重要資料。所以天文學家(jiā)一直希望利用這片寂靜去監聽(tīng)來(lái)自宇宙深處的微弱信号，但(dàn)長久以來(lái)，從未有(yǒu)航天器(qì)登陸過月球背面。
今年1月3日，“嫦娥四号”探測器(qì)成功着陸在月球背面東經177.6度、南緯45.5度附近的預選着陸區(qū)，并通(tōng)過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影(yǐng)像圖，實現了人(rén)類探測器(qì)首次月背軟着陸。
12月21日，着陸器(qì)受光照自主喚醒，按計(jì)劃繼續對月表線性能量轉移譜、綜合粒子輻射劑量及月表低(dī)頻射電(diàn)特征開(kāi)展有(yǒu)效探測工作(zuò)。
靜靜的月背，太陽光照射在“嫦娥四号”着陸器(qì)上(shàng)。繁忙的地面，在月背刻上(shàng)中國足迹的青年人(rén)團隊，平均年齡僅為(wèi)33歲。
2、高(gāo)度擴展的仿生(shēng)物細胞
機器(qì)人(rén)誕生(shēng)
地球生(shēng)物皆由細胞構成，而細胞集體(tǐ)運作(zuò)能力的強悍與複雜，至今人(rén)們也不能說完全了解。可(kě)如果能夠在智能領域模拟出一定程度的細胞組合運動，并能輕易擴展，那(nà)麽理(lǐ)論上(shàng)，便可(kě)以利用大(dà)規模機器(qì)人(rén)創造出無限的可(kě)能。
美國哥(gē)倫比亞大(dà)學和(hé)麻省理(lǐ)工的科學家(jiā)3月份報告了一種能模拟生(shēng)物細胞集體(tǐ)遷移的機器(qì)人(rén)，25個(gè)物理(lǐ)機器(qì)人(rén)“粒子”，能移動、搬運物體(tǐ)以及向光刺激移動。
有(yǒu)意思的是，單個(gè)機器(qì)人(rén)“粒子”并不能移動，但(dàn)如果其中一個(gè)或幾個(gè)成員“喪失行(xíng)動能力”，也不會(huì)對整體(tǐ)有(yǒu)大(dà)影(yǐng)響——在20%粒子失效的情況下，其仍能以完整狀态一半的速度運行(xíng)。而在傳統機器(qì)人(rén)，單獨個(gè)體(tǐ)的缺失，往往會(huì)導緻滿盤崩潰。
25個(gè)松散的“粒子”，可(kě)以輕易擴增為(wèi)十萬個(gè)，這比此前傳統機器(qì)人(rén)和(hé)仿生(shēng)系統具有(yǒu)更高(gāo)的可(kě)擴展性，也為(wèi)開(kāi)發有(yǒu)預先确定性行(xíng)為(wèi)的大(dà)規模群體(tǐ)機器(qì)人(rén)系統，提供了全新途徑。
3、人(rén)類獲得(de)
首張黑(hēi)洞照片
在我們所有(yǒu)人(rén)頭頂，在幾乎每個(gè)大(dà)星系的中央，黑(hēi)洞無聲無息地盤踞、吞噬、輻射。當天體(tǐ)物理(lǐ)學發展到一定程度，沒有(yǒu)任何一個(gè)文明(míng)可(kě)以對黑(hēi)洞視(shì)而不見。
天文學家(jiā)們為(wèi)此搭建了一張行(xíng)星級觀測網——“事件視(shì)界望遠鏡（EHT）”，它比任何獨立設備都更了解黑(hēi)洞，它還(hái)能達到足夠分辨率來(lái)區(qū)分光被拉入黑(hēi)洞時(shí)的狀況。拜其成全，從來(lái)都無法直接觀察到的黑(hēi)洞，此次“眼見為(wèi)實”。
北京時(shí)間(jiān)4月10日21時(shí)7分，全球6個(gè)城市（比利時(shí)布魯塞爾、智利聖地亞哥(gē)、中國上(shàng)海和(hé)台北、日本東京、美國華盛頓）在同一時(shí)間(jiān)公布了首張黑(hēi)洞照片，揭示了室女座星系團中超大(dà)質量星系M87中心的黑(hēi)洞。黑(hēi)洞這一神秘天體(tǐ)，終于展露真容。
黑(hēi)洞“現身”的同時(shí)，其中的物理(lǐ)現象還(hái)很(hěn)可(kě)能為(wèi)我們闡明(míng)廣義相對論和(hé)量子力學間(jiān)的巨大(dà)矛盾——衆所周知，這二位“不和(hé)”已久，皆因我們找不到一種既是宏觀又是微觀的東西。而黑(hēi)洞，恰好兼具大(dà)尺度宏觀形态和(hé)小(xiǎo)尺度微觀量子理(lǐ)論的特性。
這就是科學的進步，既不會(huì)忽略小(xiǎo)到無法體(tǐ)驗的粒子，也不會(huì)避開(kāi)大(dà)到超乎你(nǐ)我想象的物體(tǐ)。
4、3D打印出會(huì)
“呼吸”的人(rén)造器(qì)官
“上(shàng)上(shàng)世紀的思想，上(shàng)世紀的技(jì)術(shù)，本世紀的市場(chǎng)”，說的就是3D打印。
但(dàn)在今年，這項已然不再新鮮的技(jì)術(shù)取得(de)了具有(yǒu)裏程碑意義的成果。5月，《科學》雜志(zhì)封面報道(dào)了美國萊斯大(dà)學與華盛頓大(dà)學主導的研究，該團隊克服了3D打印器(qì)官的一大(dà)障礙，創造出一個(gè)由水(shuǐ)凝膠3D打印而成的肺氣囊模型。
這個(gè)模型，具有(yǒu)與人(rén)體(tǐ)血管和(hé)氣管結構相同的網絡結構，在體(tǐ)外模拟肺氣囊生(shēng)理(lǐ)學功能，實現了往周圍血管輸送氧氣，完成了“呼吸”過程。而通(tōng)常認為(wèi)，隻有(yǒu)3D打印的組織能像健康組織一樣“呼吸”，且構建出可(kě)與其他組織交互的管路系統，才可(kě)以說它在功能上(shàng)已經接近一個(gè)健康組織。
這項成果被認為(wèi)代表了3D生(shēng)物打印可(kě)實現的最強生(shēng)理(lǐ)功能，它也意味着，未來(lái)的器(qì)官移植以及人(rén)類壽命延長等許多(duō)問題，都将可(kě)能得(de)到解決。
5、超導材料最高(gāo)
臨界溫度刷新
應用物理(lǐ)界有(yǒu)一個(gè)終極使命，就是尋找能在室溫下具有(yǒu)超導性的材料并将其用于生(shēng)活中。
一般的材料在導電(diàn)過程中會(huì)消耗大(dà)量能量，而超導體(tǐ)在傳輸中幾乎沒有(yǒu)耗損，還(hái)能在每平方厘米上(shàng)承載更強的電(diàn)流。但(dàn)目前，超導材料隻有(yǒu)在低(dī)溫環境下才會(huì)具有(yǒu)超導性。
今年5月，美德兩國科學家(jiā)團隊在《自然》上(shàng)發文稱，其所觀察到的3個(gè)特征已可(kě)證明(míng)，在250K（約為(wèi)-23℃）的溫度下，氫化镧在超過100萬倍地球大(dà)氣壓下會(huì)變成超導物質。
而250K，是迄今為(wèi)止超導材料中證實的最高(gāo)臨界溫度，其距離室溫的295K已并不遙遠。
值得(de)注意的是，在2018年，已有(yǒu)兩個(gè)獨立研究小(xiǎo)組同時(shí)發布對壓縮氫化镧化合物超導性的理(lǐ)論預測，并指出了其臨界溫度範圍值。這一從“預測”到“驗證”的過程表明(míng)，人(rén)類對超導材料的研究可(kě)能進入了一個(gè)新階段——從靠經驗規則、直覺或運氣發現超導體(tǐ)，向由具體(tǐ)理(lǐ)論預測指導研究過渡。
6、新癌症疫苗讓CAR-T療法
高(gāo)效攻擊實體(tǐ)瘤
誓要向癌症進軍的CAR-T療法，還(hái)缺一副铠甲。現在，“抗癌疫苗”可(kě)做(zuò)其铠甲。
在人(rén)類與癌症抗争的曆史長河(hé)中，CAR-T療法獨占鳌頭。這名字中的T，是指從患者體(tǐ)內(nèi)分離出免疫T細胞，再在體(tǐ)外對這些(xiē)細胞進行(xíng)基因改造，給它們裝上(shàng)識别癌細胞表面抗原的“嵌合抗原受體(tǐ)”——即名字中的CAR。
該明(míng)星療法被認為(wèi)徹底地改變了癌症治療格局，但(dàn)卻有(yǒu)一定局限——僅能治療某些(xiē)類型的白血病。但(dàn)今年7月，麻省理(lǐ)工學院科學家(jiā)們在《科學》雜志(zhì)上(shàng)發表了題為(wèi)“利用疫苗增強CAR-T細胞治療實體(tǐ)瘤的療效”的研究。他們開(kāi)發出新型“抗癌疫苗”，可(kě)以讓CAR-T細胞對實體(tǐ)腫瘤進行(xíng)攻擊，極大(dà)提高(gāo)CAR-T療效，最終可(kě)清除60%的小(xiǎo)鼠體(tǐ)內(nèi)的實體(tǐ)瘤，此外還(hái)能刺激免疫系統産生(shēng)記憶T細胞，防止腫瘤複發。
這項開(kāi)創型的研究，不啻于為(wèi)千萬人(rén)帶來(lái)希望，而對研究者來(lái)說，它為(wèi)對抗實體(tǐ)瘤的攻堅戰提供了新思路。
7、全球首座浮動
核電(diàn)站(zhàn)正式啓航
20870型“羅蒙諾索夫院士”号浮動核電(diàn)站(zhàn)，是移動式低(dī)功率核電(diàn)機組的首型号，也是世界上(shàng)最北端的核裝置。
浮動核電(diàn)站(zhàn)本質上(shàng)就是一個(gè)建在船(chuán)上(shàng)的核電(diàn)站(zhàn)，因其安全性和(hé)經濟性獲得(de)各國廣泛持續關注，被認為(wèi)是最理(lǐ)想的海洋能源開(kāi)發保障。8月23日，“羅蒙諾索夫院士”号從俄羅斯北極不凍港摩爾曼斯克港啓航，9月抵達楚科奇地區(qū)的佩斯韋克市，随後連接到電(diàn)網。
12月份，浮動核電(diàn)站(zhàn)開(kāi)始試運行(xíng)。等正式運營後，它将能替代當地一座陸上(shàng)核電(diàn)站(zhàn)和(hé)火(huǒ)力電(diàn)站(zhàn)的發電(diàn)産能。這座浮動式核電(diàn)站(zhàn)在設計(jì)時(shí)留有(yǒu)了很(hěn)大(dà)的安全餘量，兩台KLT-40S反應堆能産生(shēng)高(gāo)達70兆瓦的電(diàn)功率，可(kě)以滿足一個(gè)10萬人(rén)口城鎮的能源所需。
“羅蒙諾索夫院士”号啓航，标志(zhì)着俄羅斯在該領域取得(de)實質性突破。現在，俄國家(jiā)原子能公司正在研制(zhì)第二代浮動式核電(diàn)站(zhàn)，将成為(wèi)解決北極等特殊地域能源供應的重要選項。
8、“量子霸權”實現：
200秒(miǎo)完成萬年計(jì)算(suàn)
當量子計(jì)算(suàn)在某些(xiē)任務上(shàng)擁有(yǒu)超越所有(yǒu)傳統計(jì)算(suàn)機的計(jì)算(suàn)能力，就是“量子霸權”。
9月，谷歌(gē)發表題為(wèi)《使用可(kě)編程超導處理(lǐ)程式的量子優勢》的文章，宣布其實現“量子霸權”：一台可(kě)編程量子計(jì)算(suàn)機超越了最快的經典超級計(jì)算(suàn)機。該量子系統隻用了約200秒(miǎo)，就完成了經典計(jì)算(suàn)機大(dà)約需要1萬年才能完成的任務——而這裏慘敗的對手，是目前世界排名第一的超級計(jì)算(suàn)機、美國能源部橡樹(shù)嶺國家(jiā)實驗室的“Summit”。
秒(miǎo)殺經典計(jì)算(suàn)機業界翹楚，這一成就被視(shì)為(wèi)量子計(jì)算(suàn)的重大(dà)裏程碑事件，“對世界領先的超級計(jì)算(suàn)機實現量子霸權，無疑是一項了不起的成就”。
但(dàn)也要看到，從實用的量子計(jì)算(suàn)系統再到通(tōng)用可(kě)編程的量子計(jì)算(suàn)機，其路漫漫。在量子計(jì)算(suàn)機投入實際應用前，還(hái)需開(kāi)展更多(duō)工作(zuò)，譬如，實現可(kě)持續的容錯運算(suàn)。
9、“基因魔剪”升級，
新基因編輯系統問世
CRISPR-Cas這把“基因魔剪”的潛力，一直受到難以進行(xíng)精确修飾的限制(zhì)。
近年來(lái)，我們看到基因組編輯技(jì)術(shù)取得(de)了重要進展，但(dàn)是已知的約75000個(gè)人(rén)類病理(lǐ)性遺傳變異體(tǐ)，大(dà)部分仍無法得(de)到有(yǒu)效修正——受到複雜細胞過程的影(yǐng)響，CRISPR-Cas在精度和(hé)效率上(shàng)并不完美。
但(dàn)現在，許多(duō)研究工作(zuò)正集中将不完美平衡為(wèi)一種精确的編輯。今年10月，美國博德研究所等機構的科學家(jiā)在《自然》發文稱，他們開(kāi)發出新型多(duō)功能基因組編輯技(jì)術(shù)，可(kě)以精确地編輯基因，而不造成DNA雙鏈斷裂。其比傳統Cas9效率更高(gāo)、副産物更少(shǎo)、脫靶率更低(dī)。
這項新技(jì)術(shù)名為(wèi)“先導編輯”，原則上(shàng)，其可(kě)以修正約89%的已知與疾病相關的人(rén)類遺傳變異體(tǐ)。
基因組編輯的最終目标，就是能夠對生(shēng)命藍(lán)圖做(zuò)出任何特定的改變。而一種用于基因組編輯的“搜索和(hé)替換”方法，使我們朝着這一宏偉目标邁出了一大(dà)步。
10、“萬物DNA”材料
讓存儲無處不在
人(rén)們随口就說“數(shù)據暴漲”這個(gè)詞，但(dàn)你(nǐ)我隻是轉手去買塊新硬盤，但(dàn)對技(jì)術(shù)人(rén)員來(lái)說，數(shù)據量的不斷增加、既有(yǒu)存儲架構的不足，是恐懼之源。
傳統存儲方式難以為(wèi)繼。幸好，我們還(hái)有(yǒu)“更傳統的”——依靠自然界神奇而精巧的生(shēng)物存儲。有(yǒu)人(rén)研究過，DNA信息儲存密度為(wèi)一千萬TB/立方厘米。在這種密度下，一個(gè)大(dà)約一米長的DNA立方體(tǐ)，就能滿足目前世界上(shàng)一年的信息儲存需求。而且，它如此穩定。
今年12月，哥(gē)倫比亞大(dà)學著名專家(jiā)、以色列計(jì)算(suàn)遺傳學家(jiā)亞尼夫·埃爾利赫與蘇黎世聯邦理(lǐ)工學院報告了一種運用“萬物DNA”特殊材料3D打印出來(lái)的“兔子”，該材料包含了用以合成DNA編碼的兔子藍(lán)圖。之後，原始兔子所含的DNA被解碼，并穩定複制(zhì)了五代兔子。這種新的存儲架構，意味着DNA存儲的潛力又被進一步拓展。
而今年稍早時(shí)間(jiān)，美國微軟與華盛頓大(dà)學也聯合公布了全球首個(gè)全自動DNA數(shù)據存儲和(hé)檢索系統。這是人(rén)類首次采用全自動手段去進行(xíng)DNA存儲。全自動的合成和(hé)讀取，不但(dàn)有(yǒu)助于推動規模化并降低(dī)成本，還(hái)将是DNA存儲技(jì)術(shù)從實驗室走向商業數(shù)據中心的關鍵步驟。
來(lái)源：新浪科技(jì)
