2018年十大國際科技新聞解讀

基因剪刀

使用CRISPR基因調(diào)控技術直接操縱細胞基因組，研究人員將老鼠的皮膚細胞變成了誘導多能干細胞。

曲面加速光束

美國和以色列科研團隊實現(xiàn)了光束軌跡偏移。此實驗可用于模擬廣義相對論現(xiàn)象。

幽靈粒子

來自太空的一個高能中微子橫穿南極洲“冰立方”中微子天文臺，科學家認為其來源可能是耀變體。

探訪“貝努”

人類探測器首次探訪小行星“貝努”，發(fā)現(xiàn)其巖石外表下暗藏著水留下的蹤跡——羥基。

躍遷

100多年前，科學家首次在氫原子內(nèi)觀察到其最基本躍遷，如今在反氫原子內(nèi)實現(xiàn)并觀察到這一躍遷。

科技創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)，改變著地球上的生活并改變著我們對現(xiàn)實的看法。2018年的十大國際科技新聞，再次向我們證明了人類思維的深刻和創(chuàng)造能力的無窮：石墨烯旋轉特定角度可變超導體、精確定位“幽靈粒子”起源、首次造訪小行星并發(fā)現(xiàn)水……如果你還沒有了解這些最新的科學進展，現(xiàn)在是時候了。這些成果正在為無數(shù)科學家提供靈感，帶領他們繼續(xù)突破人類能力的極限。

1 49量子位超導測試芯片交付

又一家科技企業(yè)接近實現(xiàn)“量子霸權”目標。

英特爾公司今年宣布，已成功設計、制造并交付49量子位超導測試芯片“Tangle Lake”，這一名字源于阿拉斯加湖泊，意指這些量子位需在極冷溫度等條件下工作，其將使研究人員能評估和改進糾錯技術，并模擬一些計算問題。

計算界“新秀”——量子計算潛力巨大，當前最好的超級計算機需數(shù)月或數(shù)年才能解決的問題，比如藥物開發(fā)、金融建模、氣候預報等，未來的量子計算機有望在較短時間內(nèi)解決。

“量子霸權”被認為是量子技術發(fā)展史上的一個奇點?！傲孔影詸唷敝噶孔佑嬎銠C的計算能力超過傳統(tǒng)計算機，實現(xiàn)對于傳統(tǒng)計算機的“霸權”。有觀點認為，超過50（左右）量子位后，量子計算機的能力將一騎絕塵，令傳統(tǒng)計算機望洋興嘆。目前，“量子霸權”已引英特爾、IBM和谷歌等巨頭競折腰。IBM去年底宣布成功研制出一款50量子位處理器原型；谷歌也計劃很快推出49量子位產(chǎn)品。

理想很豐滿，現(xiàn)實卻很骨感，目前量子計算仍處于初期階段。業(yè)內(nèi)人士估計，量子計算離解決工程規(guī)模問題或許還有5—7年；而要想具有商業(yè)實用價值，可能需要100萬甚至更多量子位。

“實現(xiàn)霸權”的量子計算機將掀起怎樣的“腥風血雨”？且拭目以待。

2 彎曲空間內(nèi)首次實現(xiàn)激光束加速

這是曲面加速光束的第一次演示，操作卻很簡單，通過向白熾燈泡殼內(nèi)發(fā)射激光得以實現(xiàn)。

美國和以色列物理學家團隊今年實現(xiàn)了光束軌跡偏移。此前，科學家已經(jīng)證實光束可以在平坦表面上被加速，加速度使其沿著彎曲而不是直線的軌跡行進。新研究發(fā)現(xiàn)，被加速的光束也并非沿著測地線（又稱大地線或短程線，可定義為空間中兩點的局域最短或最長路徑）移動，而是發(fā)生了偏移。

平面加速光束的軌跡，完全由光束寬度決定，而新研究表明，曲面加速光束的軌跡，由光束寬度和表面曲率共同決定。

這個看似“莫名奇妙”的實驗，其實是突破性的，它擁有各種各樣的潛在應用，其中之一就是模擬廣義相對論現(xiàn)象，以進一步研究諸如引力透鏡效應、愛因斯坦環(huán)、引力藍移或紅移等現(xiàn)象。此外，它還能提供一種新技術，用于控制血管、微通道和其他彎曲環(huán)境中的納米顆粒。

這僅僅是個開始，這個聯(lián)合團隊現(xiàn)已著手研究光線在極薄的彎曲膜中傳播的可能性。

3 兩層石墨烯旋疊可變超導體

根據(jù)1957年的超導電性理論，某些材料能夠以零電阻導電。然而，許多材料表現(xiàn)出所謂的非常規(guī)超導電性，無法用該理論解釋。

今年，美國麻省理工學院科學家發(fā)現(xiàn)，當兩層石墨烯以1.1度的“魔角”旋轉疊加在一起時，可模擬被稱為銅酸鹽的銅基材料的超導行為。也就是說，研究團隊在兩層石墨烯中發(fā)現(xiàn)了新的電子態(tài)，其可以簡單實現(xiàn)絕緣體到超導體的轉變。

這種“神奇角度”石墨烯除了會形成超導態(tài)，還會形成另一種電子態(tài)。在同時發(fā)表的第二篇論文中，團隊展示了交疊的雙層石墨烯系統(tǒng)會出現(xiàn)一種新的絕緣態(tài)——莫特絕緣體態(tài)。

兩個系統(tǒng)可以通過改變旋轉角度和電場來輕易調(diào)整。這意味著，該成果將提供一個全新的二維平臺，以供科學家們理解曾長期困擾物理學界的高溫超導電性的起源問題，并打開了一扇研究非常規(guī)超導體的大門，同時也為全新電學性能的開拓和工程化鋪平道路。

這一發(fā)現(xiàn)轟動業(yè)界，被稱為石墨烯超導的重大進展。更令人驚訝的是，在傳說中斃稿率高達90%的《自然》雜志上連發(fā)兩篇論文的第一作者，年僅22歲，他就是年輕的中國物理學家曹原。

4 “基因剪刀”首次讓皮膚細胞變身干細胞

2006年，格萊斯頓研究所的山中伸彌，用4種被稱為轉錄因子的關鍵蛋白處理普通的皮膚細胞，制造出了誘導多能干細胞，標志著未成熟的細胞能夠發(fā)展成所有類型的細胞。在上述研究基礎上，格萊斯頓團隊不使用轉錄因子，而是通過向細胞添加化學品混合物，制造出了誘導多能干細胞。

而在2018年的研究中，格萊斯頓團隊提供了制造誘導多能干細胞的第三種方法——使用CRISPR基因調(diào)控技術，直接操縱細胞的基因組，將老鼠的皮膚細胞變成了誘導多能干細胞。新方法不僅有助于科學家更方便地獲得重要的細胞，也能進一步了解細胞的重編程過程。

其實，誘導多能干細胞就像胚胎干細胞一樣具備分化成多種細胞的潛力，可用于修復受損的組織和器官。而“基因剪刀”則能精確查找一串代碼在基因組中的位置，進行刪除或修改。

現(xiàn)在的新方法與之前的截然不同，可幫助人類更簡單快捷地制造出誘導多能干細胞，未來也能將皮膚細胞直接重編程為心臟細胞或腦細胞等，它為治療多種疾病提供了巨大助力。

5 科學家首次精確定位“幽靈粒子”起源

2017年9月，來自太空的一個高能中微子橫穿南極洲“冰立方”中微子天文臺，一石激起千層浪，科學家爭相為其追本溯源。今年7月，數(shù)十個科研團隊在《自然》《科學》雜志撰文稱，這個“落入凡間的精靈”可能源自一個距地球約37.8億光年的耀變體（Blazar）。耀變體是由星系中央的巨大黑洞吸積大量物質(zhì)而產(chǎn)生的劇烈天文現(xiàn)象。

科學家稱，產(chǎn)生中微子的耀變體可幫助解決天文學的一個百年謎團：不時拜訪地球的宇宙射線從何而來？

宇宙射線是由宇宙中的“爆發(fā)事件”拋射出的帶電粒子（主要是質(zhì)子），是自然界中能量最高的粒子。100多年來，科學家一直希望找到其源頭，但通過對其行進路徑進行反向追蹤不可能做到，因為在抵達地球前，其飛行路徑已被地球磁場嚴重扭轉。

但無論宇宙射線起源何處，有“幽靈粒子”之稱的高能中微子都很可能與其“相依相伴”。中微子幾乎沒有質(zhì)量，并可以保持穩(wěn)定不變，這使其成為研究宇宙射線的極佳“信使”。中微子給科學家指出了一條穿越迷霧的路，不過，關鍵是要在它們抵達地球時捕捉到它們。

主要科學目標是借助中微子尋找高能宇宙射線起源的“冰立方”天文臺此次立下大功。如果結果正確，那么，這個耀變體可能是宇宙射線首個“驗明正身”的來源。

6 火星極地冰蓋下存在液態(tài)水

“沒有水，就沒有生命。”至少在目前，當人們尋找地外生命時，這仍是圭臬。

2015年，火星勘測軌道飛行器告訴我們，紅色星球的溝壑，很可能是高濃度咸水流經(jīng)所產(chǎn)生的，這是火星存在流動液態(tài)水“迄今最強有力證據(jù)”。但還不是實證。

直到今年，意大利科學家報告在火星上首度發(fā)現(xiàn)了一個地下鹽水湖，這座湖位于火星南極冰蓋之下，直徑約20千米。研究人員稱，這是火星首次發(fā)現(xiàn)持久水體存在的痕跡，解決了關于紅色星球是否存在液態(tài)水的曠日持久的爭論。

這處水體的發(fā)現(xiàn)，不僅僅是增加了人們對火星上存在生命的期待。

從長遠角度來看，火星雖然溫度不太好、大氣不太足，但也不會像一些奇葩的星球那樣完全不可改造，且火星與我們距離適當，表面積也與地球的陸地面積相當，當人類考慮到移民外星球時，火星經(jīng)常是第一選擇。現(xiàn)在，液態(tài)水的發(fā)現(xiàn)使這種情況變得更加可能。

從近處來說，這對科學家利用冰蓋解讀火星氣候變化歷史十分關鍵，是未來數(shù)年天體生物學研究的科學目標，同時，它也將是本世紀人類登陸火星前，基地建設的最重要資源。

7 反氫內(nèi)基準能量躍遷首次實現(xiàn)

物理學中最大的謎團之一就是：反物質(zhì)去哪兒了？

物理定律表明，宇宙大爆炸產(chǎn)生的巨大能量應該創(chuàng)造了等量物質(zhì)和反物質(zhì)。等量物質(zhì)和反物質(zhì)相遇，就會“同歸于盡”，但大爆炸之后到現(xiàn)在，宇宙仍充滿由物質(zhì)組成的各種天體。既然物質(zhì)還在，那反物質(zhì)去哪兒了？

氫原子最簡單，所以反物質(zhì)研究由反氫原子開始。

100多年前，科學家首次在氫原子內(nèi)觀察到其最基本、最重要的躍遷——萊曼-α（Lyman-alpha）躍遷，即當氫原子的一個電子從低軌道轉移到高軌道時，會發(fā)出一系列紫外線輻射。

8月22日，加拿大和歐洲核子研究中心（CERN）的物理學家在《自然》雜志撰文稱，他們首次在反氫原子內(nèi)實現(xiàn)并觀察到了萊曼-α躍遷，向冷卻和操縱反氫原子邁近了一步，有望開辟反物質(zhì)科學的新時代。

操控反氫原子有何意義？從理論上來說，500克反物質(zhì)產(chǎn)生的破壞比世界上最大的氫彈威力都要大，雖然科學家已能制造并抓獲反物質(zhì)，但其存在時間太短，且代價太過昂貴。反物質(zhì)如能操控，將能成為人類用之不竭的新能源！

8 科學家造出全新光物質(zhì)形式

光學行為能“彎曲”物理規(guī)則嗎？

光子作為幾乎沒有質(zhì)量的基本粒子，是一種“超然”的存在——如果你把兩束激光相對，光子只會連個招呼都不打，互相穿過。但在2013年，麻省理工學院和哈佛大學的聯(lián)合團隊，讓光子相互作用產(chǎn)生一種物質(zhì)形式，人們不知道它是什么，都說這就像一個真實版的“光劍”——光束之間會彼此推拉產(chǎn)生對抗。

2018年，仍然是這個團隊在《科學》上發(fā)表論文，宣布他們實現(xiàn)了三個光子之間相互作用，即粘在一起形成了此前未被觀察過的一種全新光子物質(zhì)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，利用弱激光照射，它們不是作為單個、隨機分離的光子通過致密的超冷銣原子云，而是成對或者三個光子結合在一起——這表明在光子之間發(fā)生了相互作用。結合后的光子，實際上得到了電子質(zhì)量的一部分，這些有質(zhì)量的光粒子傳播速度變慢，比沒有相互作用的常規(guī)光子速度慢10萬倍。

這個團隊的“主業(yè)”，其實是量子計算機的研究。他們的實驗結果告訴人們，光子確實可以相互吸引或者彼此纏繞；并且，如果它們可以其他方式相互作用，那么未來一定會被用于超快的量子計算以及由光組成的復雜晶體中。

9 人類探測器首次造訪小行星“貝努”

我是誰？從哪里來？要到哪里去？人類所有的追尋，都只不過是回答這三大“天問”的嘗試。

我從哪里來？也就是生命如何起源的？傳說約45億年前，太陽系剛剛形成，地球還是一顆充滿熔巖的星球，恍如地獄。突然，一顆不知“鄉(xiāng)關何處”的小行星“誤入藕花深處”，闖入太陽系，與地球進行了一次猛烈的撞擊。這次撞擊引發(fā)的“蝴蝶效應”可能帶來了有機物和水，為地球提供了孕育生命的關鍵條件。

小行星是約45億年前太陽系形成時遺留下來的碎片。有科學家認為，對小行星樣本進行原子級分析有望為上述假說提供重要證據(jù)。于是，2016年，美國國家航空航天局（NASA）肩負重要使命的“源光譜釋義資源安全風化層辨認探測器”（OSIRIS-Rex）朝小行星“貝努”（Bennu）整裝出發(fā)了。

12月10日，NASA興奮地宣布，OSIRIS-Rex發(fā)現(xiàn)小行星的巖石外表下暗藏著由氫分子和氧分子組成的羥基的蹤跡，這使直徑500米的“貝努”具有孕育生命的潛力，或許也蘊藏著關于地球生命起源的線索。

2023年，探測器會將這些物質(zhì)的樣本送回地球，屆時，科學家將獲得與太陽系歷史和演化有關的寶貴資料，幫助人類進一步認識地球的過往與未來、更好地洞悉生命的起源。

10 嫦娥四號探訪月背

12月8日2時23分，中國的嫦娥四號乘坐長征三號乙運載火箭成功發(fā)射升空，將于明年1月進行月球背面軟著陸和巡視勘察。如果成功，它將實現(xiàn)人類歷史上首次在月球背面投放著陸器和月球車；同時也將實現(xiàn)國際首次地月拉格朗日L2點的測控和中繼通信。

誰不曾仰望蒼穹星海，渴望窮盡宇宙的奧秘？月球這顆陪伴了地球40多億年的鄰居，自古以來就寄托了國人團圓和滿之愿景，國人也因此對它多了一份感性。

但正如東漢王充在《論衡》中指出的：“濤之起也，隨月升衰?！庇捎谝Φ某毕i定效應，月球只有一面朝著地球，從未有人見過月球背面，這給其蒙上了一層神秘面紗。且因為月球本身的阻隔，任何飛行器到達月球背面區(qū)域后會失去通信能力。

面對如此神秘的月之背，中國在今年5月成功發(fā)射了“鵲橋”中繼衛(wèi)星，為嫦娥四號探測器與地面測控站之間搭建了一座傳輸信號與數(shù)據(jù)的橋梁。

嫦娥四號此次背負著勘探艾特肯盆地——馮·卡門隕石坑的重要使命，該隕石坑被認為是月球最古老的撞擊特征。而此次前所未有的太空探秘旅程，將為人類了解月球、地球、太陽系的演化提供第一手數(shù)據(jù)和線索。

它也為太空探索注入了新的激情與活力。歐洲空間局（ESA）相關人員稱，嫦娥四號著陸器和月球車預計會對月球的組成和歷史產(chǎn)生新的認知，將是解開月球奧秘的一個里程碑。

《科學》雜志稱嫦娥系列任務“雄心勃勃”，是偉大的先鋒工程。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。