科技日报 ：2018年世界十大科技新闻

一、2018年世界十大科技新闻

2018-12-28   来源: 科技日报 

科技创新发现，改变着地球上的生活，并改变着我们对现实的看法。2018年的十大国际科技新闻，再次向我们证明了人类思维的深刻和创造能力的无穷。这些成果正在为无数科学家提供灵感，带领他们继续突破人类能力的极限。

1. 49量子位超导测试芯片交付

又一家科技企业接近实现“量子霸权”目标。英特尔公司宣布，已成功设计、制造并交付49量子位超导测试芯片“Tangle Lake”，这一名字源于阿拉斯加湖泊，意指这些量子位需在极冷温度等条件下工作，其将使研究人员能评估和改进纠错技术，并模拟一些计算问题。

计算界“新秀”——量子计算潜力巨大，当前最好的超级计算机需数月或数年才能解决的问题，比如药物开发、金融建模、气候预报等，未来的量子计算机有望在较短时间内解决。

“量子霸权”被认为是量子技术发展史上的一个奇点。“量子霸权”指量子计算机的计算能力超过传统计算机，实现对于传统计算机的“霸权”。有观点认为，超过50（左右）量子位后，量子计算机的能力将一骑绝尘，令传统计算机望洋兴叹。目前，“量子霸权”已引英特尔、IBM和谷歌等巨头竞折腰。IBM去年底宣布成功研制出一款50量子位处理器原型；谷歌也计划很快推出49量子位产品。

理想很丰满，现实却很骨感，目前量子计算仍处于初期阶段。业内人士估计，量子计算离解决工程规模问题或许还有5—7年；而要想具有商业实用价值，可能需要100万甚至更多量子位。“实现霸权”的量子计算机将掀起怎样的“腥风血雨”？且拭目以待。

2.  弯曲空间内首次实现激光束加速

曲面加速光束

    这是曲面加速光束的第一次演示，操作却很简单，通过向白炽灯泡壳内发射激光得以实现。

美国和以色列物理学家团队今年实现了光束轨迹偏移。此前，科学家已经证实光束可以在平坦表面上被加速，加速度使其沿着弯曲而不是直线的轨迹行进。新研究发现，被加速的光束也并非沿着测地线（又称大地线或短程线，可定义为空间中两点的局域最短或最长路径）移动，而是发生了偏移。

平面加速光束的轨迹，完全由光束宽度决定，而新研究表明，曲面加速光束的轨迹，由光束宽度和表面曲率共同决定。这个看似“莫名奇妙”的实验，其实是突破性的，它拥有各种各样的潜在应用，其中之一就是模拟广义相对论现象，以进一步研究诸如引力透镜效应、爱因斯坦环、引力蓝移或红移等现象。此外，它还能提供一种新技术，用于控制血管、微通道和其他弯曲环境中的纳米颗粒。

这仅仅是个开始，这个联合团队现已着手研究光线在极薄的弯曲膜中传播的可能性。

3. 两层石墨烯旋叠可变超导体

根据1957年超导理论，某些材料能够以0电阻导电。然而许多材料表现出的非常规超导性，无法用该理论解释。

今年，美国麻省理工学院科学家发现，当两层石墨烯以1.1度“魔角”旋转叠加一起时，可模拟被称为铜酸盐的铜基材料超导行为。也就是说，研究团队在两层石墨烯中发现了新的电子态，可简单实现绝缘体到超导体的转变。

这种“神奇角度”石墨烯除了会形成超导态，还会形成另一种电子态。团队还展示了交叠的双层石墨烯系统会出现一种新的绝缘态——莫特绝缘体态。

两个系统可通过改变旋转角度和电场来轻易调整。这意味着该成果将提供一个全新的二维平台，以供科学家们理解曾长期困扰物理学界的高温超导电性起源问题，并打开了研究非常规超导体的大门，同时为全新电学性能的开拓和工程化铺平道路。

这一发现轰动业界，被称为石墨烯超导的重大进展。更令人惊讶的是，在毙稿率达90%《自然》杂志上连发两篇论文第一作者，年仅22岁，是年轻的中国物理学家曹原。

4. “基因剪刀”首次让皮肤细胞变身干细胞

基因剪刀

    2006年，格莱斯顿研究所的山中伸弥，用4种被称为转录因子的关键蛋白处理普通的皮肤细胞，制造出了诱导多能干细胞，标志着未成熟的细胞能够发展成所有类型的细胞。在上述研究基础上，格莱斯顿团队不使用转录因子，而是通过向细胞添加化学品混合物，制造出了诱导多能干细胞。

而在2018年研究中，格莱斯顿团队提供了制造诱导多能干细胞的第三种方法——使用CRISPR基因调控技术，直接操纵细胞的基因组，将老鼠皮肤细胞变成了诱导多能干细胞。新方法有助于科学家更方便地获得重要的细胞，也进一步了解细胞的重编程过程。

诱导多能干细胞就像胚胎干细胞一样，具备分化成多种细胞的潜力，可用于修复受损的组织和器官。而“基因剪刀”则能精确查找一串代码在基因组中的位置，进行删除或修改。

现在的新方法与之前的截然不同，可帮助人类更简单快捷地制造出诱导多能干细胞，也能将皮肤细胞直接重编程为心脏细胞或脑细胞等，为治疗多种疾病提供了巨大助力。

5. 科学家首次精确定位“幽灵粒子”起源

幽灵粒子

    2017年9月，来自太空的一个高能中微子横穿南极洲“冰立方”中微子天文台，一石激起千层浪，科学家争相为其追本溯源。今年7月，数十个科研团队在《自然》《科学》撰文称，这个“落入凡间精灵”可能源自一个距地球37.8亿光年的耀变体（Blazar）。耀变体是由星系中央的巨大黑洞，吸积大量物质而产生的剧烈天文现象。

科学家称，产生中微子的耀变体可解决天文学的一个百年谜团：拜访地球的宇宙射线从何而来？宇宙射线是由宇宙中的“爆发事件”抛射出的带电粒子是自然界中能量最高的粒子。100多年来，科学家希望找到其源头，但通过对其行进路径反向追踪不可能做到，因为在抵达地球前飞行路径被地球磁场扭转。

但无论宇宙射线起源何处，有“幽灵粒子”之称的高能中微子很可能与其“相依相伴”。中微子几乎没有质量，并可保持稳定不变，这使其成为研究宇宙射线的极佳“信使”。中微子给科学家指出了一条穿越迷雾的路，关键是要在它们抵达地球时捕捉到它们。

主要科学目标是借助中微子寻找高能宇宙射线起源，“冰立方”天文台立下大功。如结果正确，这个耀变体可能是宇宙射线首个“验明正身”来源。

6. 火星极地冰盖下存在液态水

“没有水，就没有生命。”2015年，火星勘测轨道飞行器告诉我们，红色星球沟壑，可能是高浓度咸水流经产生的，这是火星存在流动液态水“迄今最强有力证据”，但还不是实证。

直到今年，意大利科学家报告在火星上首度发现了一个地下盐水湖。这座湖位于火星南极冰盖之下，直径约20千米。研究人员称，这是火星首次发现持久水体存在痕迹，解决了红色星球存在液态水的旷日持久争论。

这处水体发现，不仅是增加了人们对火星存在生命的期待。从长远角度看，火星虽温度不太好、大气不太足，但不会像一些奇葩星球那样完全不可改造，火星与我们距离适当，表面积也与地球相当，人类考虑到移民外星球时，火星是第一选择。液态水的发现，使这种情况变得更加可能。

这对于科学家利用冰盖，解读火星气候变化的历史十分关键，是未来天体生物学研究的目标，也将是人类登陆火星前，基地建设的最重要资源。

7. 反氢内基准能量跃迁首次实现

跃迁

物理学中最大的谜团之一是：反物质去哪儿了？物理定律表明，宇宙大爆炸产生的巨大能量，应创造了等量物质和反物质。等量物质和反物质相遇，就会“同归于尽”，但大爆炸之后到现在，宇宙仍充满由物质组成的各种天体。既然物质还在，那反物质去哪儿了？

8月22日，加拿大和欧洲核子研究中心（CERN）物理学家在《自然》撰文称，他们首次在反氢原子内实现并观察到了莱曼-α跃迁，向冷却和操纵反氢原子迈近了一步，有望开辟反物质科学的新时代。

操控反氢原子有何意义？从理论上来说，500克反物质产生的破坏比世界上最大的氢弹威力都要大，虽然科学家已能制造并抓获反物质，但其存在时间太短，且代价太过昂贵。反物质如能操控，将能成为人类用之不竭的新能源！

8. 科学家造出全新光物质形式

光学行为能“弯曲”物理规则吗？光子作为几乎没有质量的基本粒子，是一种“超然”存在——如果你把两束激光相对，光子会连个招呼都不打，互相穿过。但在2013年，麻省理工学院和哈佛大学的联合团队，让光子相互作用产生一种物质形式，人们不知道它是什么，这就像一个真实版的“光剑”——光束之间彼此推拉产生对抗。

2018年，这个团队在《科学》上发表论文，宣布他们实现了三个光子间相互作用，即粘在一起形成了未被观察过的一种全新光子物质。

他们的实验结果告诉人们，光子确实可相互吸引或彼此缠绕；如果它们可以其他方式相互作用，未来一定会被用于超快的量子计算及由光组成的复杂晶体中。

9. 人类探测器首次造访小行星“贝努”

探访“贝努”

    我是谁？从哪里来？要到哪里去？人类所有的追寻，都不过是回答这3大“天问”的尝试。

我从哪里来？就是生命如何起源的。传说约45亿年前，太阳系刚刚形成，地球还是一颗充满熔岩的星球。突然，一颗不知的小行星闯入太阳系，与地球进行了一次猛烈撞击。撞击引发的“蝴蝶效应”可能带来了有机物和水，为地球提供了孕育生命关键条件。

小行星是约45亿年前太阳系形成时遗留下来的碎片。有科学家认为，对小行星样本进行原子分析有望为上述假说提供证据。于2016年，美国国家航空航天局肩负重要使命的“源光谱释义资源安全风化层辨认探测器”朝小行星“贝努”出发了。

12月10日，NASA宣布，OSIRIS-Rex发现小行星的岩石外表下，暗藏着由氢分子和氧分子组成的羟基踪迹，这使直径500米的“贝努”具有孕育生命潜力，或许蕴藏着关于地球生命起源线索。

2023年，探测器会将这些物质的样本送回地球。届时，科学家将获得与太阳系历史和演化有关的宝贵资料，帮助人类进一步认识地球的过往与未来，更好地洞悉生命的起源。

10. 嫦娥四号探访月背

12月8日2时23分，中国的嫦娥四号乘坐长征三号乙运载火箭成功发射升空，将于明年1月进行月球背面软着陆和巡视勘察。如果成功，它将实现人类历史上首次在月球背面投放着陆器和月球车；同时也将实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控和中继通信。

嫦娥四号背负着勘探艾特肯盆地——冯·卡门陨石坑重要使命，该陨石坑被认为是月球最古老的撞击特征。此次前所未有的太空探秘旅程，将为人类了解月球、地球、太阳系的演化，提供第一手数据和线索。

也为太空探索注入了新的激情与活力。欧洲空间局相关人员称，嫦娥四号着陆器和月球车，预计会对月球组成和历史产生新的认知，将是解开月球奥秘的里程碑。

  ( 改写并编辑：未平 )

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