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      2022 年國際十大科技新聞

      2023-07-10 03:55:20上海市科學(xué)技術(shù)協(xié)會供稿
      科學(xué)生活 2023年3期
      關(guān)鍵詞:小行星量子胚胎

      上海市科學(xué)技術(shù)協(xié)會供稿

      由科技日報社主辦、部分兩院院士和媒體人士共同評選出的 2022年國際十大科技新聞已經(jīng)揭曉。

      2022年,生物醫(yī)學(xué)、核聚變以及人工智能是重點突破領(lǐng)域,航空航天作為大國實力較量的焦點炙手可熱,科學(xué)倫理和危機(jī)應(yīng)對則是科技界永遠(yuǎn)需要直面的話題……

      豬心植入患者體內(nèi)標(biāo)志器官移植新水平

      美國馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院的醫(yī)生們歷時7小時,首次將一顆經(jīng)過基因編輯的豬心臟移植到了一名心臟遭受重創(chuàng)的患者體內(nèi)。手術(shù)3天后,該患者的身體狀況仍然良好。這表明,來自動物的心臟可以在人體內(nèi)發(fā)揮作用。

      不過,遺憾的是,雖然當(dāng)時手術(shù)成功,但此名全球首例接受豬心臟移植的患者依然在術(shù)后2個月死亡,死因或與豬病毒有關(guān)。這種病毒名為豬巨細(xì)胞病毒,研究人員從未發(fā)現(xiàn)該病毒可引起活躍的感染跡象。

      這一手術(shù)已經(jīng)成功克服了異種器官移植此前必然會發(fā)生超急性(48小時內(nèi))排異反應(yīng)、加速性排異反應(yīng)(48小時至5天內(nèi))以及急性排異反應(yīng)(一周以上)的影響。

      韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝到宇宙早期星系

      在大名鼎鼎的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡之后,詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡(JWST,以下簡稱韋布望遠(yuǎn)鏡)應(yīng)該是為人們帶來最多震撼的空間望遠(yuǎn)鏡。

      它拍攝到了距離地球46億光年的星系團(tuán)、385光年外的系外行星,還有一個歷史超過130億年的紅色光斑,給人們提供了有史以來最古老的“嬰兒宇宙”的快照……韋布望遠(yuǎn)鏡因此也被稱為“時間機(jī)器”。

      而由于使用的燃料比預(yù)期中少很多,所以至少在2040年以前,韋布望遠(yuǎn)鏡都會是人類獲取宇宙深處數(shù)據(jù)的主要工具。天文學(xué)界也從2022年起開啟了一段新征程。

      地外存在“生命之源”首次確認(rèn)

      2020年12月,探測器“隼鳥 2 號”搭載的回收艙從距離地球3億多千米的小行星“龍宮”返回地球,并帶回質(zhì)量約5.4克的行星表面樣本。2022年,日本文部科學(xué)省稱,科學(xué)家在“隼鳥2號”采集的樣本中檢測到20多種氨基酸。這是首個在地外存在氨基酸的證據(jù),對理解這些至關(guān)重要的有機(jī)分子如何到達(dá)地球具有重要意義。

      同樣是在2022年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)組成脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)必不可少的成分——嘧啶堿基,可能是由富碳隕石帶到地球的。日本北海道大學(xué)天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了此前從未在隕石樣本中發(fā)現(xiàn)的脫氧核糖核酸和核糖核酸信息單元中的最后兩個——胞嘧啶和胸腺嘧啶。雖然脫氧核糖核酸不太可能在隕石中形成,但該發(fā)現(xiàn)有助于理解早期地球上生命分子的發(fā)展。

      “四中子態(tài)”迄今最明確證據(jù)發(fā)布

      德國、日本、美國和中國等國的科學(xué)家組成的國際科研團(tuán)隊2022年在《自然》雜志上發(fā)表論文稱,他們獲得了迄今最明確的證實“四中子態(tài)”這種物質(zhì)存在的證據(jù)。

      20 年前,科學(xué)家們首次捕捉到了“四中子態(tài)”存在的蛛絲馬跡,他們發(fā)現(xiàn)了鈹和碳原子碰撞后可能形成“四中子態(tài)”的證據(jù),但當(dāng)時實驗誤差很大。

      在最新研究中,科研團(tuán)隊制造出了比普通氦原子多4個中子的氦原子,然后讓它與質(zhì)子碰撞。這些氦原子在碰撞后只留下了4個中子,而它們結(jié)合形成了“四中子態(tài)”。隨后,研究團(tuán)隊計算出碰撞形成“四中子態(tài)”后丟失的能量,并推斷出“四中子態(tài)”的“壽命”僅為10~22秒。

      人工智能成果頻出

      人工智能公司“深度思維”2022年8月宣布將公布超2億個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。該公司在短短18個月內(nèi),憑借“阿爾法折疊”算法,預(yù)測了迄今被編目的幾乎所有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),破解了生物學(xué)領(lǐng)域最重大的難題之一。元宇宙平臺公司(Meta)研究人員也利用人工智能預(yù)測了來自細(xì)菌、病毒和其他尚未被表征微生物的6億多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。這些成果除了幫助攻克生命科學(xué)瓶頸外,也將在解決可持續(xù)性、糧食安全等重要問題上開辟新機(jī)。

      2022年4月,美國人工智能研究機(jī)構(gòu)OpenAI開發(fā)出了DALL-E 2,為圖像生成和處理領(lǐng)域樹立了新的標(biāo)桿。它可生成更加真實和準(zhǔn)確的畫像:綜合文本描述中給出的概念、屬性與風(fēng)格等元素,生成現(xiàn)實主義圖像與藝術(shù)作品,分辨率更是提高了4倍。

      2022年12月初,OpenAI發(fā)布了一款自然語言生成式模型,不同于此前一些聊天機(jī)器人經(jīng)常出現(xiàn)答非所問、言語混亂等問題,名為ChatGPT的新模型生成的答案不僅邏輯流暢,還能夠聯(lián)系上下文語境進(jìn)行連貫問答。因此,ChatGPT一經(jīng)問世就迅速引發(fā)關(guān)注,上線5天,其體驗用戶就突破 100萬人次。

      干細(xì)胞培育出全合成小鼠胚胎

      2022年,科學(xué)家首次在不使用精子或卵子的情況下創(chuàng)造了合成小鼠胚胎,使胚胎成功地在子宮外生長。換句話說,這些胚胎并不是精子和卵子結(jié)合的產(chǎn)物,它們的生長甚至不需要借助雌鼠的子宮,它們是“人工合成”的胚胎,由生長于培養(yǎng)皿中的干細(xì)胞產(chǎn)生,并在人工生物反應(yīng)器中發(fā)育生長。上述胚胎在第6天長出了尾巴,在第8天長出了一顆跳動的心臟,甚至還出現(xiàn)了大腦的雛形。

      這項實驗由以色列魏茨曼科學(xué)研究所進(jìn)行,相關(guān)論文于2022年8月1日發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上。上述胚胎雖然只存活了8天半,卻標(biāo)志著驚人的突破,也面臨著法律和倫理方面的考驗。目前,法律允許最多14天大的人類胚胎用于實驗室研究,超過這個時間范圍將被視為違法,而法律對合成胚胎的研究時間范圍則沒有做出任何規(guī)定。如果某一天,一個用人體干細(xì)胞合成的胚胎在實驗室里誕生,并擁有大腦和心跳,它違法嗎?

      航天器撞擊小行星有助地球免遭威脅

      到目前為止,人類還沒有像地球曾經(jīng)的“霸主”——恐龍那樣,遭受小行星撞擊帶來的大規(guī)模災(zāi)難。但天體物理學(xué)家認(rèn)為,從長遠(yuǎn)來看,指望人類的運(yùn)氣并不是靠譜的防御策略,人們必須修建起恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)設(shè)施并做好小行星偏轉(zhuǎn)相關(guān)測試。

      2022年9月27日早上7時14分,在人類對行星防御的第一次測試中,執(zhí)行美國國家航空航天局(NASA)“雙小行星重定向測試”任務(wù)的航天器成功撞向一顆名為“迪莫弗斯”的小行星。幾天后,NASA證實,DART航天器成功地將“迪莫弗斯”的軌道周期改變了32分鐘——從11小時55分鐘縮短到11小時23分鐘。當(dāng)被撞小行星軌道周期變化大于73秒時,NASA則判定任務(wù)成功。而此次任務(wù)的實際成果達(dá)到了判定要求的25倍以上。

      這是NASA首次全面展示小行星軌道偏轉(zhuǎn)技術(shù),旨在為全人類確定,有朝一日該技術(shù)可以通過航天器以動能撞擊的方式使近地小行星或彗星軌道偏轉(zhuǎn),從而保護(hù)地球家園免遭噩運(yùn)。

      中國空間站歷史性完成“合體”

      “夢天”飛天,代表著中國航天人的步履不停、探索不止。

      2022年10月31日15時37分,搭載空間站夢天實驗艙的長征五號B遙四運(yùn)載火箭,在我國文昌航天發(fā)射場準(zhǔn)時點火發(fā)射。約8分鐘后,夢天實驗艙準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道,發(fā)射任務(wù)取得了圓滿成功。

      夢天實驗艙是中國空間站的第三個艙段,主要用于開展空間科學(xué)與應(yīng)用實驗,參與空間站組合體管理,貨物氣閘艙可支持貨物自動進(jìn)出艙,為艙內(nèi)外科學(xué)實驗提供支持。我國建設(shè)天宮空間站的主要目的,就是建成水平先進(jìn)的國家太空實驗室,為科學(xué)研究服務(wù),以產(chǎn)出重大的科技成果。而夢天實驗艙在第三個艙段中具有最強(qiáng)的支持載荷能力,它的成功發(fā)射將推動我國空間科學(xué)水平進(jìn)一步提升。

      量子計算研究從模擬蟲洞到隱形傳態(tài)獲突破

      英國《自然》雜志2022年首次報道了利用一臺量子處理器對全息蟲洞進(jìn)行量子“模擬”。此次演示使用的,就是谷歌公司推出的量子計算原型機(jī)“懸鈴木”,這一成果代表著人們距離在實驗室研究量子引力的目標(biāo)又近了一步。

      同樣是在2022年,來自美國亞馬遜云科技量子網(wǎng)絡(luò)中心和哈佛大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)出一種新型量子存儲器,它可以在4開爾文的溫度(-269.15℃)下工作,這將對未來量子網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模實現(xiàn)產(chǎn)生重大的影響。因為將溫度降至4開爾文的低溫冰箱比將溫度降至0.1開爾文的冰箱便宜5倍、體積小10倍,還可安裝在服務(wù)器機(jī)架上。

      在量子隱形傳態(tài)方面,之前關(guān)于這一效應(yīng)的實驗演示一直局限于兩個相連節(jié)點之間。而在荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的一項研究中,研究人員演示了在一個三節(jié)點量子網(wǎng)絡(luò)中兩個非相鄰節(jié)點之間的量子信息隱形傳態(tài)。這一結(jié)果被認(rèn)為是朝著量子互聯(lián)網(wǎng)邁出的重要一步。

      核聚變研究首次實現(xiàn)“凈能量增益”

      2022年12月14日,美國加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室國家點火裝置(以下簡稱美國國家點火裝置)宣布里程碑式突破:人類有史以來第一次成功在核聚變反應(yīng)中獲得“凈能量增益”。美國國家點火裝置通過“慣性局限融合”技術(shù),以全球最大型的激光去撞擊氫電漿粒子,引發(fā)核聚變反應(yīng)。該實驗向目標(biāo)輸入了2.05兆焦耳的能量,結(jié)果輸出了3.15兆焦耳的聚變能量。

      核聚變研究的目的是復(fù)制在太陽上產(chǎn)生能量的核反應(yīng)。這是自20世紀(jì)50年代以來科學(xué)家們一直在追求的無碳能源最終夢想。美國資深核聚變科學(xué)家直言,“對我們大多數(shù)人而言,(成功)只是時間早晚問題”。

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