从生命到星球从人类到宇宙我们都有了更加深刻的理解在最大的尺度上我们看见了看不见的在最小的尺度上我们找到了苦苦追寻的上帝粒子你会发现这些重大的突破

 

从生命到星球从人类到宇宙我们都有了更加深刻的理解在最大的尺度上我们看见了看不见的在最小的尺度上我们找到了苦苦追寻的上帝粒子你会发现这些重大的突破不再是孤军奋战的结果而是来自世界各地的上千名科学家多年协作所获得的成就

在我们期待21世纪的第三个10年将会带来怎样意想不到的发现之前我们有必要回顾一下在过去10年中那些令人振奋的进展 看，引力怪兽！

黑洞是宇宙中最奇异的天体它拥有极其强大的引力任何东西一旦落入黑洞的事件视界都不可能逃脱几十年来黑洞领域一直存在一个巨大的谜题落入黑洞的信息丢失了吗？这个所谓的黑洞信息悖论实际上揭示了广义相对论和量子理论

间的巨大矛盾沉静多年后2012年，四名物理学家发表了著名的火墙悖论再次燃起了这一领域的战火为了解决这一悖论霍金等人相继提出了“表观视界”和“软毛”但离最终的解决方案或许还有很长的一段路要走在观测方面天文学家过去会通过寻找黑洞周围的物体

来确认它们的存在黑洞会吞噬附近的气体和恒星并在它的周围形成吸积盘炽热的吸积盘会释放出可探测的X射线在我们银河系的中心也潜藏着一个质量为太阳400万倍的黑洞天文学家通过追踪围绕着该黑洞旋转的恒星揭露了越来越多的秘密

2019年4月10日远在5500万光年之外的M87星系中心的超大质量黑洞在一台虚拟地球大小的望远镜中终于现出了原形自此，再也没有人怀疑黑洞的真实性毫无疑问这是属于黑洞大发现的年代 来自宇宙的信使

13亿年前在遥远的宇宙深空中两个黑洞不期而遇它们相互旋绕、慢慢靠近最终合为一体在不到一秒的时间里合并事件将约3倍的太阳质量转换成了引力波向外辐射在广漠的空间中以光速传播直到2015年9月14日当引力波抵达地球后

激光干涉引力波天文台（LIGO）终于捕捉到了引力波对时空的轻微扰动从爱因斯坦第一次的预言到成功探测历经了100年到了2017年8月惊喜再次降临科学家第一次发现了双中子星的合并在这次的合并事件中科学家不仅探测到了引力波

还探测到了短伽马射线暴发现了重元素形成的秘密以及确认了一个千新星事件而当我们发现越来越多双中子星合并时或许也能够帮助我们解决宇宙学中的一个大难题宇宙究竟膨胀的有多快？2017年9月科学家在距离地球37光年远的

耀变体中探测到了伽马射线、射电波.....更是捕捉到了寻找已久的高能中微子这一发现是解决一些物理学难题的关键一步比如极高能宇宙射线的起源光子、中微子、宇宙射线、引力波这些来自外太空的“信使”带来了不同的宇宙信息

过去我们一次只能探测到其中一种但随着种种突破的到来标志着多信使时代的崛起多信使天文学就好比把视觉、听觉、嗅觉和触觉结合在一起使我们拥有更完整的感官去描绘宇宙的全景 寻找未知的世界

2019年10年诺贝尔物理学奖授予了两名天文学家以表彰他们在1995年发现了一颗绕着类太阳旋转的系外行星截至今天为止天文学家已经在银河系找到了超过4000颗系外行星这些行星有着不同的大小、成分和温度在这短短的10年中

人类对围绕在遥远恒星运行的行星有了飞跃性的认识这在很大程度上归功于开普勒太空望远镜从2009年到2018年仅开普勒就发现了2700多颗已被确认的系外行星2018年开普勒望远镜的继任者TESS发射进一步扩大了搜寻范围

寻找环绕在那些更近、更明亮的恒星周围的小型岩石行星地面天文台也在搜索系外行星的行动中扮演着重要角色2017年，科学家宣布发现了距离地球仅39.6光年的恒星系统TRAPPIST-1它拥有7个地球大小的行星

在更早的2016年“暗淡红点计划”宣布发现了比邻星b这是一颗与地球大小相当的行星它围绕着距地球仅4.25光年的比邻星运行天文学家希望终有一天我们能够在这许多的行星中发现生命的迹象并最终回答我们在宇宙中是孤独的吗？

宇宙大航海时代

15世纪末到16世纪初全世界都在积极进行远洋活动欧洲人开辟了横渡大西洋到达美洲以及绕道非洲南端到达印度的新航线第一次环球航行取得成功那个时代被称为“大航海时代”人们在那时积累了大量的地理知识对“世界”的认识和理解更进了一步

如今人们已经将视野拓展到了外太空我们开启了新的征程人类的航天器已经开始了星际穿越的旅程旅行者1号与旅行者2号是目前距离地球最远的探测器它们在这个年代都已经飞出日光层两艘探测器均于上世纪70年代发射到现在已经运行了42年之久

两艘飞船都访问了木星和土星旅行者2号随后又经过了天王星和海王星标志着对这两颗行星的首次探索我们也把目光聚焦到了红色星球之上火星与地球存在诸多相似之处2012年好奇号着陆火星向我们展示了这个行星邻居的样子

它发现这颗红色星球上存在有机化合物这里的大气甲烷水平也有奇怪的季节循环2019年洞察号的内部结构地震实验仪首次监测到火星星震的信号除了火星人类探测器还首次踏足许多宇宙中神奇的地方2014年罗塞塔号释放的

菲莱着陆器成功着陆67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星成为着陆彗星的首个航天器2017年卡西尼号结束了13年的土星探索之旅它证实了土卫二的羽状物喷泉含有大型有机分子这一线索表明土卫二拥有适合生命的物质2019年

新视野号也创造了历史飞掠了距离地球66亿千米的“天涯海角”同样是在今年日本隼鸟2号在小行星“龙宫”上精准着陆并完成了岩石样本采集我国的嫦娥四号首次成功降落在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内这是人类探测器第一次实现在月球背面的软着陆

这些航天器来自中国等不同国家甚至还有像Space X这样的商业公司开启了前往太空的征程“地球居民”开始畅想“星际居民”的生活共同构筑起这个新的“宇宙大航海时代” 超越经典

1980年Paul Benioff首次提出了计算机的量子力学模型展示了量子计算机在理论上的可行性之后，理查德·费曼等人提出这些计算机或许可以被用来模拟量子系统比如化学家可以模拟药物间的相互作用生物学家可以研究蛋白质折叠的所有可能方式

但直到1984年彼得·肖尔提出了大数因数分解的算法才激发了人们对量子计算机的研究热情到了2007年耶鲁大学的物理学家发明了transmon量子比特这是一种基于超导电路的量子比特体系用于充当人工原子和量子计算的最小单位

如今，IBM和谷歌两家公司都开发出了超过50个量子比特的量子计算机这些机器在处理某些问题时的速度开始超过传统计算机2019年10月，谷歌正式宣布实现量子霸权早在2017年提出“量子霸权”一词的John Preskill

就宣布我们已经进入了一个量子计算的新时代这个新时代被称为“嘈杂中型量子（NISQ）”时代或许再过几十年的时间量子计算机将全面超越经典计算机目前，它们非常容易因外界的振动或辐射而失去量子特性因此仍然可能产生错误的结果

研究人员正致力于实现误差校正将多个量子比特结合在一起创造出一个不易出错的“逻辑”量子比特物理学家梦寐以求的真正“容错”的量子计算机可能需要数百万个量子比特才能实现 改写人类的起源

在这个十年中我们发现了令人惊叹的古人类完整头骨化石通过更先进的技术手段确认了已知化石的年代我们不停地找到新的“远古亲属”让人类的进化之树变得更加枝繁叶茂人类学家认为我们的智人（Homo sapiens）

祖先与其他人类物种的接触比过去以为的要多得多今天，人类的演化看起来并没有那么像达尔文的进化树而是更像一条泥泞蜿蜒的溪流2010年古人类大家庭又迎来了一种新的南方古猿发现它的古人类学家Lee Berger

将它命名为南方古猿源泉种（Australopithecus sediba）五年后这位古人类学家宣布南非“人类的摇篮”洞穴系统包含了一个新物种的化石——纳莱迪人（Homo naledi）这种古人类的解剖结构曾让科学家一度误以为它们十分原始

但一项后续研究却显示纳莱迪人出人意料地“年轻”为它们的身世更增添了一层神秘色彩古人类的发现在亚洲同样收获颇丰2010年一个研究小组宣布从西伯利亚一根古老的细骨中提取的DNA与任何现代人的DNA都不同这是现在被称为“

丹尼索瓦人”的神秘血统的第一个证据2018年中国出土了距今210万年的石器证实了工具制造在亚洲的出现比曾经认为的早几十万年2019年，菲律宾的研究人员发表了吕宋人（Homo luzonensis）的化石研究

这是一种与印度尼西亚的佛罗勒斯人（Homo floresiensis）相似的古人类在苏拉威西岛上新发现的石器早于现代人到达这里的时间这表明东南亚的岛屿上或许还存在第三种身份不明的人类人类进化的故事远比我们想象的复杂

我们可能才读到故事的一段而已 AI崛起

2010年之前AI似乎还是科幻电影的专属那时人们还没有开始担心在不久的将来AI会取代他们的工作如今，情况已经大有不同AI大多使用一种被称为机器学习的技术即计算机通过钻研数据进行自主学习更确切地说AI在过去十年的主要发展集中在一种机器学习上

那就是深度学习深度学习模仿了神经元在大脑中的工作方式2012年，谷歌的计算机被要求通过成千上万的猫的视频“在线吸猫”借助深度学习最终它终于学会了认猫在这个十年里AI在更多游戏上战胜了人类顶尖玩家围棋AI

AlphaGo的人机大战是最具划时代意义的围棋由于其复杂性一直被认为是“最后一道堡垒”2015年，AlphaGo (Fan) 击败了法国职业二段围棋棋士樊麾围棋人机大战正式开始之后的两年间AlphaGo

(Lee) 和AlphaGo (Master) 分别战胜了代表人类围棋最高水准的两位世界冠军李世石与柯洁AlphaGo没有止步于此它仍然在继续进化同样是在这个十年中AI成了我们生活和工作上的助手2011年起，苹果、谷歌、微软等巨头

先后推出了智能手机上的虚拟助手软件这些智能助手可以使用自然语言回答、提出建议并识别和执行指令在科研领域利用机器学习AI已经帮助研究人员加速研究的各个环节AI的崛起使一些人开始担忧有一天我们是否真的会被AI取代？

基因魔剪

如果说21世纪有一项技术在各种意义上深刻地改变了人类或许不少人会第一个想到基因编辑在近十年中人类精准编辑DNA的能力获得了巨大提高基因编辑系统CRISPR-Cas9在其中功不可没CRISPR技术以细菌的免疫系统为基础

它最早于上个世纪末被发现全称是“规律间隔成簇短回文重复序列”当细菌检测到特定的病毒DNA时它会产生两种RNA其中一种RNA包含与入侵病毒相匹配的片段两种RNA可以与蛋白质一起组成一个复合体Cas9就是CRISPR技术中的一种

被广泛使用的工具蛋白酶当相符的片段在病毒体内找到它的目标时Cas9就会像一副锐利的纳米剪刀能选择性地切除目标DNA片段从而进行基因修复或修正基因中造成遗传疾病的突变进入21世纪以来全球多个研究团队你追我赶

在相关技术和理论方面都取得了进展2012年Virginijus Siksnys团队以及Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna团队都清楚地认识到了CRISPR-Cas9在生物技术上的潜力

两个团队递交论文及论文发表的时间前后相差不过几个月2013年张锋团队成功地利用这项技术对真核细胞（小鼠和人类细胞）进行了基因编辑竞争由此变得更加激烈科学家不断提高CRISPR-Cas9系统的精确性及效率

并尝试应用在医学、农业等多个领域从治疗癌症到编辑胚胎中致病性的基因突变再到革命性地改变食物生产CRISPR应用的广泛程度是惊人的尽管人类可以从CRISPR-Cas9等基因编辑技术中受益无穷但它同时带来了巨大的困境

如何更好地利用这种技术将是我们所需要关注和讨论的 揭开古人类的遗传秘密 代

DNA是一种改变古人类学（甚至古生物学）的分子随着基因测序技术的指数级发展在过去的十年里古人类学从“野外挖土”逐渐向更多的实验室分析转变借助先进的技术我们在理解过去的基因是如何塑造现代人类方面也取得了飞跃性的进展

2010年研究人员发表了第一个接近完整的古智人的基因组测序结果开启了我们研究祖先DNA的革命性十年来自成千上万个个体的数据让我们对人类物种的起源和早期历史有了新的见解从那时起已经有超过3000个古基因组被测序

包括著名的NaiaNaia是一个1.3万年前在墨西哥去世的年轻女孩她的遗骸是在美洲发现的最古老的完整人类骨骼之一同样是在2010年科学家首次公布了尼安德特人基因组测序的初步结果提供了第一个确凿的基因证据

证明所有非洲以外的现代人都有1%-4%的尼安德特人基因另一个来自基因惊人的发现是“混血”女孩的身世对一块9万年前的骨骼化石的基因测序表明它属于一位十几岁的女孩她的母亲是尼安德特人而父亲则是丹尼索瓦人她也成了被发现的第一位的“混血”古人类

在另一项研究中科学家将丹尼索瓦人的DNA与化石蛋白质进行了对比确认丹尼索瓦人曾经生活在青藏高原从而扩大了这个神秘人种的生活范围在当时的地球上我们的智人祖先和至少两种古人类生活在一起他们之间还有很多秘密等待我们通过基因发掘出来

“一无所获”的危机

电子、夸克、中微子、光子......这些我们耳熟能详的粒子有着有悖于常理的行为方式标准模型是描述这些粒子的核心理论它是有史以来最成功、最精确的一个理论但在10年前它还缺失了一块核心的拼图回到上世纪60年代

当时有一些理论可以很好地描述着我们的宇宙但它们遇到了一个问题这些理论预测了一些已知有质量的粒子应该是无质量的为了解释这个难题物理学家提出了一种可以使质量出现的机制但这种机制要求一种全新的粒子存在这种粒子被称为

希格斯玻色子在那之后的几十年里物理学家陆续找到了一系列基本粒子比如六种夸克、胶子、W和Z玻色子等但一直无法找到希格斯玻色子的踪迹10年前当大型强子对撞机（LHC）正式运行时所有人都对它给予厚望在一个圆周为27千米的圆形隧道内

粒子会被加速至接近光速当两束粒子相遇碰撞时会产生大量新的粒子物理学家希望在其中发现希格斯玻色子2012年7月4日一场发布会吸引了全世界的关注LHC背后的科研团队宣布他们找到了希格斯玻色子的确凿证据！这是标准模型的高光时刻

狂欢之后物理学家陷入沉思他们深知这一胜利并不意味着终结因为标准模型本身只是宇宙拼图的一块还有许多问题是标准模型无法回答的当我们回顾这十年的时候人们很容易聚焦在希格斯玻色子的胜利上但物理学家更希望看到的是

在LHC的能量范围内能够找到超越标准模型的新粒子然而，无论是LHC还是其他的大型实验都没有找到暗物质粒子、超对称粒子......在这10年中出现了几次有趣的信号但最终也都消失了这一无所获的几年间一些物理学家开始焦虑

甚至觉得粒子物理学遇到了危机但也有人认为我们需要的是足够多的耐心21世纪的第二个十年带来了许多惊喜也埋下了一些危机2015年到2019年我们经历了有记录以来最热的五年2015年，大气二氧化碳水平在约300万年内首次攀升到400ppm以上

2019年7月地球创下了最热月份的纪录这种高温正对地球和人类的方方面面造成影响飓风、洪水、干旱、野火极端天气事件越来越普遍冰川、永久冻土、海冰冰雪圈正在经历翻天覆地的变化或许在不远的未来地球将来到一个不可逆转的全球性气候转折点

能源枯竭、环境污染依旧是令人沮丧而忧心的话题微塑料充斥在食物链的各个环节人们仍然极度依赖传统能源但希望仍在仍有人在努力让世界变得更加美好​#时事热点头条说#

免责声明：本站所有信息均搜集自互联网，并不代表本站观点，本站不对其真实合法性负责。如有信息侵犯了您的权益，请告知，本站将立刻处理。联系QQ：1640731186