2015年國際十大科技新聞解讀

編者按：科技是一種迷人的信仰。理論的改寫、技術(shù)的更迭，都讓我們更深地理解世界，更好地改變世界。2015年的國際十大科技新聞，有對基礎(chǔ)物理的求索，對宇宙深空的探測，對人腦功能的發(fā)掘，也有對爭議性技術(shù)的討論，對氣候變化的思考……而最讓我們欣喜的是，2015年的國際“十大”，有了更多來自中國的消息。

中科大首次實現(xiàn)

“單光子多自由度量子隱形傳態(tài)”

科幻電影中“超時空轉(zhuǎn)移”的吸睛情節(jié)，在現(xiàn)實中真能上演嗎？2015年2月，中國科技大學潘建偉團隊公布的一項突破性研究，似乎讓這一話題又熱了起來。

從理論上來說，一個粒子所有的性質(zhì)都可以通過量子糾纏傳到很遠的地方。這便是1993年美國科學家貝內(nèi)特等人提出的量子隱形傳態(tài)的概念，即通過光子等基本粒子的量子態(tài)攜帶信息，然后利用兩個粒子在遙遠距離上的詭異互動，將信息傳送到接收地點進行復(fù)制。

1997年，奧地利物理學家塞林格的團隊首次在實驗中傳送了一個光子的自旋，當時潘建偉作為塞林格的學生也參與了這一項目。此后，原子自旋、相干光場以及其他的單個量子態(tài)也相繼被成功傳送，但都局限于基本粒子的單一自由度的傳輸——只是把粒子的某一個性質(zhì)“轉(zhuǎn)移”到了另一個粒子上，而其他的性質(zhì)卻被破壞了。

時隔18年，中科大的團隊研發(fā)出“非摧毀性的測量技術(shù)”，首次實現(xiàn)單光子多自由度量子隱形傳態(tài)——同時傳送了單光子的自旋和軌道角動量兩項信息。量子隱形傳態(tài)是構(gòu)建量子通信和量子計算系統(tǒng)最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)的“磚石”，而這項最新成果則將相關(guān)技術(shù)提升到了一個新的水平。至于人或者物體的“瞬移”，顯然仍屬于科幻范疇。

“羅塞塔”號探測器

在67P彗星上發(fā)現(xiàn)氮和氧

這是一塊天文學上的羅塞塔石碑——人類歷史上首次將一個航天器送上彗星軌道并且成功登陸彗星。

在2015年3月，通過“羅塞塔”號探測器傳回的照片和數(shù)據(jù)，我們了解到67P/丘莫留夫—格拉西緬科彗星（簡稱67P彗星）的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，首次探測到珍貴元素氮。這是太陽系形成時最常見的氮的類型，被科學家稱為“最想找到的分子”。在早期的探測中，科學家主要在氨或者氰化氫的化合物中檢測到氮，而本次發(fā)現(xiàn)的分子氮，則是第一次。

10月，美國密歇根大學研究小組通過對“羅塞塔”號數(shù)據(jù)的分析，在67P彗星彗核周圍的氣體——彗發(fā)中發(fā)現(xiàn)了氧氣分子。雖然科學家們在其他有冰的天體，例如木星的衛(wèi)星和土星的衛(wèi)星上也發(fā)現(xiàn)過氧氣，但對彗星來說這仍是破天荒的頭一次，極有可能刷新人們對太陽系形成過程涉及的化學反應(yīng)的認識。

67P彗星帶著“羅塞塔”和“菲萊”不斷靠近太陽，最終，它們跟地球的距離會再也無法滿足通信的要求，或者在那之前就已把自己的能量耗盡。但這一任務(wù)送給地球的寶貴數(shù)據(jù)，蘊含彗星保存了數(shù)十億年之久的太陽系初期“資料”。人類可從其中提煉出關(guān)于自身形成和生命起源的重要信息，并借此回溯太陽系古老的歷史。

太陽系最大起大落的成員要數(shù)冥王星。自1930年被克萊德·湯博發(fā)現(xiàn)，冥王星的相關(guān)爭議一直不斷，即便全球教科書上都已將之冠以“第九大行星”名號，終于還是在2008年被踢出局，降級為“矮行星”。

美國國家航空航天局（NASA）2006年發(fā)射了“新視野”號探測器，目標直奔冥王星，9年后，美國東部時間7月14日7時49分，“新視野”號近距離飛掠冥王星，成為首個探測這顆遙遠矮行星的人類探測器。

“新視野”號形似一架三角鋼琴，搭載有77千克推進劑，包括10.9千克二氧化钚作為動力能源。它是迄今速度最快的探測器，在不到10年的時間里，飛行了48億公里。

人們此前對冥王星幾乎一無所知，此次“會面”使人類對冥王星的認識發(fā)生革命性變化——其直徑為2370.6公里（±19.3公里），密度比此前預(yù)想的更低些，內(nèi)部可能擁有更多的冰和更少的巖石，科學家還證實了其北極確如所推測的那樣由冰組成，而且還富含甲烷和氮冰……

“新視野”號拜訪冥王星，在全球引起媒體、天文學界以及廣大科技發(fā)燒友的狂歡。毋庸置疑，人類首次近距離觀察冥王星，標志著行星探索黃金時代頂峰的到來。

科學家開發(fā)出

極高效率埃博拉疫苗

從2014年起，一種向來只是非洲偏遠地區(qū)短暫局部出現(xiàn)的病毒，在短短幾個月內(nèi)呈幾何增長之勢爆發(fā)，名為埃博拉的幽靈徘徊不散。世界衛(wèi)生組織（WHO）稱之為“迄今為止所面對的和平年代的最大挑戰(zhàn)”。

疫區(qū)醫(yī)務(wù)人員正在以前所未有的速度被感染死去，幾內(nèi)亞出生才三周的孩子成為病毒感染者……而我們用以遏制埃博拉的最佳方法——感染者接觸追蹤法，已經(jīng)趕不上疫情發(fā)展的速度了。更痛苦的是，相關(guān)藥物與疫苗的研發(fā)仍令人失望。

直到2015年4月，埃博拉疫苗順利進入人體試驗階段。8月，世界衛(wèi)生組織宣布，經(jīng)過初步臨床實驗分析，一種由加拿大衛(wèi)生部等機構(gòu)研制的VSV-EBOV疫苗對預(yù)防埃博拉病毒感染非常有效，2000多名埃博拉病毒密切接觸者在接種疫苗后無一人染病，三期臨床試驗結(jié)果顯示其保護效果介于75%～100%之間。該疫苗包括一種弱化后的活病毒，被改造用來生產(chǎn)埃博拉蛋白質(zhì)。目前，根據(jù)仍在幾內(nèi)亞進行的臨床測試初步分析，暴露在病毒中后不久接種疫苗的患者，疫苗可為其提供近乎100%的保護。

在疫情最嚴重的塞拉利昂、利比里亞和幾內(nèi)亞，已有過萬人的生命無法挽回，原本脆弱的經(jīng)濟愈加糟糕。這場病毒大流行如同噩夢一般。但現(xiàn)在，疾病正在退去。

美國科學家完成

目前最復(fù)雜的人腦直連實驗

大腦中有大約1000億個神經(jīng)元，彼此通訊，形成100萬億個突觸，數(shù)量之繁密，勝過整個銀河系的星辰。我們可以探索數(shù)光年之外的星系，卻對兩耳間的大腦知之甚少。2013年，歐盟和美國先后啟動“人腦工程”和“腦計劃”。

2015年9月，美國華盛頓大學研究人員使用一種腦—腦直連方式，首次證明兩個大腦可以直接連接，且無需發(fā)聲，一方就能準確猜出另一方的想法。

這是目前人類進行過的最復(fù)雜的腦—腦實驗：答辯人戴上一頂記錄腦電活動的腦電圖機（EEG），當看到電腦屏幕上顯示出一個物體，另一個詢問者也看到了一組可能的物體和相關(guān)的問題。點擊鼠標，詢問者發(fā)送一個問題，答辯人則通過凝視連接在監(jiān)視器上不同頻率閃光的LED燈來回答“是”或“否”。兩種答案都會通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送信號給詢問者，激活其頭部后方放置的磁線圈。但只有“是”的答案能夠生成足夠刺激詢問者視覺皮層的信號，并讓其看到一道波狀或細線狀的閃光，這種現(xiàn)象被稱為“幻視”。通過這種反饋，詢問者能確認并指出正確的物體。

此次采用的非侵入式的連接方式，與侵入式手段相比，信號接收雖然比較直接，但信號發(fā)送過程確實迂回和復(fù)雜。盡管如此，腦—腦直連卻是未來深層次情感、知識、記憶等“交互”的基礎(chǔ)之一，所以，哪怕只實現(xiàn)了一個拙樸的“游戲”，仍然帶給人們無限的希望。

NASA公布火星表面

有液態(tài)水的“強有力”證據(jù)

北京時間2015年9月28日晚，NASA宣布利用火星勘測軌道飛行器（MRO）上搭載的成像光譜儀，在這顆紅色星球表面的神秘條痕中找到了在水中沉淀形成的水合鹽物質(zhì)。這是一個非常重要的進展，因為它證實了水——盡管是咸水——流淌在現(xiàn)今火星的表面上，這對火星上是否存在生命以及人類能否在這個星球上永續(xù)生存都具有重大影響。

這次發(fā)現(xiàn)意味著，火星不是我們想象的死寂星球，而是有生命存在的可能。此前，探測器只是在極地找到了水的固態(tài)形式——冰，以及火星幾十億年前也曾擁有海洋、湖泊乃至雪山的證據(jù)?，F(xiàn)在人們終于發(fā)現(xiàn)在火星赤道附近，時不時有著液態(tài)水流動。這也讓火星生命的形式基本排除了“小綠人”的可能，更傾向于一些小小微生物。液態(tài)水的存在，還意味著它可供未來登陸火星的人類使用，降低了未來探索任務(wù)的成本，增加人類在這個紅色星球上活動的“彈性”。

人類親自踏上這顆赤紅色荒涼行星的日子，注定不會太遠。對于這個偉大夢想，NASA自己是這樣描述的——“一旦我們把靴子踏在火星上，就建立起在其表面進行開拓的可能。接下來，繼續(xù)思考人類的下一個腳步要去向哪里?！?/p>

中國女科學家屠呦呦

獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎

2015年，諾獎東風擦亮了一張中華文化“名片”。10月5日晚，作為第一個被公布的獲獎項目，卡羅林斯卡醫(yī)學院將生理學或醫(yī)學獎授予了威廉·坎貝爾、大村智以及中國藥學家屠呦呦，以表彰他們在寄生蟲疾病治療研究方面所作出的成就。這是中國科學家在本土進行的科學研究首獲諾貝爾科學獎，也是中醫(yī)藥成果獲得的最高獎項。

幾千年來，對于自然植物資源藥用價值的整理歸納，使中國醫(yī)藥學成為一個偉大的寶藏，青蒿素正是從這一寶藏中發(fā)掘出來的。青蒿素可以結(jié)合124種蛋白質(zhì)，干擾表膜—線粒體的功能，使瘧原蟲會損失大量胞漿而死亡。現(xiàn)在，以青蒿素為主的聯(lián)合療法，已成為世界衛(wèi)生組織推薦的抗瘧疾標準療法，尤其在瘧疾重災(zāi)區(qū)非洲，青蒿素拯救了上百萬生命。

一直以來，我們希望世界了解中醫(yī)藥、接受中醫(yī)藥，但并無太多門徑展示中醫(yī)藥文化內(nèi)在的魅力。而2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎對屠呦呦及其研究成果的肯定，打開了一扇中醫(yī)藥國際化的希望之門，蘊涵于傳統(tǒng)中醫(yī)藥中的寶貴資源，也有望被全世界的醫(yī)藥學者發(fā)掘提高，從而造福人類。正如1993年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者理查·羅伯茨所說：“中醫(yī)藥不僅是中國的瑰寶，更是全人類的財富?！?/p>

臨近2015年年終，美國兩家私人公司完成了足以載入史冊的火箭飛行。12月21日，號稱“硅谷鋼鐵俠”的埃隆·馬斯克創(chuàng)造紀錄，其名下太空探索公司（SpaceX）的“獵鷹9號”運載火箭在將11顆通訊衛(wèi)星送入預(yù)定軌道的同時，成功實現(xiàn)火箭第一級的軟著陸和高精度回收。

約一個月前，美國當?shù)貢r間11月23日，亞馬遜“掌門人”杰夫·貝索斯旗下的藍色起源公司發(fā)射的“新謝潑德”探空火箭進入地球大氣層內(nèi)的亞軌道飛行后，首次成功實現(xiàn)軟著陸并完成回收。

過去，在將衛(wèi)星或飛船送入太空后，火箭會像石頭一樣落地后報廢。這次軟著陸回收意味著火箭能像飛機一樣重復(fù)使用，將顯著降低太空飛行的成本。以“獵鷹9號”火箭為例，發(fā)射一次需要5400萬美元，其中燃料價值僅20萬美元。實現(xiàn)一級火箭的重復(fù)使用，可使發(fā)射成本降低80%。權(quán)威人士分析，是足夠強大的電子火箭電子系統(tǒng)讓發(fā)動機可以調(diào)節(jié)推力進而實現(xiàn)平穩(wěn)著陸。

人類成功實現(xiàn)火箭回收，給全球航天界上了生動的一課——勇于打破思維定勢才能變“不可能”為“可能”；全新的商業(yè)模式也能助力懷揣宇宙夢想的私人企業(yè)成功參與高大上的航天事業(yè)。

國際峰會首次劃出

基因編輯技術(shù)“紅線”

人類基因編輯技術(shù)熱潮的主要動力，是被業(yè)界譽為“基因剪刀”的CRISPR。CRISPR全名“成簇的、規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列”，2012年才被科學家發(fā)現(xiàn)并加以利用，現(xiàn)已成為生物醫(yī)學史上第一種可高效、精確、程序化地修改細胞基因組包括人類基因組的工具。

但因為這項技術(shù)可以對包括精子、卵子在內(nèi)的活體細胞中的脫氧核糖核酸（DNA）序列進行修剪、切斷、替換或添加，也就是說，理論上其可以改變特定的遺傳性狀，因而可用來改造胎兒，讓他們不再攜帶家族遺傳的缺陷基因或致病基因。于是，巨大的不安與批評隨之而來——對生殖細胞的基因治療會不會超出原有的范圍？會不會逐漸滲透到消除殘疾和小毛病，甚至外在容貌，最終導(dǎo)向“定制嬰兒”？

2015年4月，中國中山大學科學家首次發(fā)表了基因編輯人類胚胎的論文，使用該技術(shù)編輯了不能存活的人類胚胎。

12月，華盛頓，人類基因編輯國際峰會上，這場爭論達到了頂峰。來自20多個國家的近500位倫理學家、科學家和法律專家共同參與討論。3天后，峰會發(fā)表聲明，明確劃出了一道不得逾越的“紅線”：禁止出于生殖目的而使用基因編輯技術(shù)改變?nèi)祟惻咛セ蛏臣毎?。不過，他們并未直接禁止將技術(shù)用于基礎(chǔ)研究。

與會中國專家稱，鑒于該技術(shù)將帶給人類治療諸多遺傳疾病的巨大潛力和好處，理應(yīng)在規(guī)范的前提下，謹慎發(fā)展和完善該技術(shù)，并開展相關(guān)基礎(chǔ)研究工作。

氣候變化巴黎大會

通過全球氣候新協(xié)議

地球在變暖，這既是氣候的自然演化所致，更是人為推動的結(jié)果。2015年12月12日聯(lián)合國氣候變化大會達成的《巴黎協(xié)定》釋放出了清晰而堅定的信號：氣候危機迫在眉睫，國際社會正毋庸置疑地走上向低碳轉(zhuǎn)型的綠色發(fā)展之路。

基于科學的預(yù)測，《巴黎協(xié)定》制定了到21世紀末全球氣溫升幅不超過工業(yè)化前水平2攝氏度的長期目標，考慮到小島國的訴求，低于1.5攝氏度為理想愿景。資金方面，發(fā)達國家2009年承諾的“在2020年之前每年為發(fā)展中國家提供1000億美元援助”，如今已是白紙黑字的法定義務(wù)。行動方面，根據(jù)“共同但有區(qū)別的責任”原則，各方以“國家自主貢獻”的方式參與減排，可以獲得更廣泛的參與。在巴黎大會開幕前，提交“自主貢獻”文件的國家已超過180個，涉及全球95%以上的碳排放量。

在全球氣候談判過程中，中國始終發(fā)揮著積極、建設(shè)性作用，不僅作出到2030年碳排放達到峰值的承諾，還拿出200億元人民幣建立“南南合作基金”，為貧窮國家減排提供支持，展示了負責任大國的形象。

《巴黎協(xié)定》搭建了2020年后全球應(yīng)對氣候變化行動的基本框架，如何落實還有待進一步協(xié)商。氣候治理是一個漫長征程，唯合作才能共贏，主動才有希望。