上海市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)供稿

由科技日?qǐng)?bào)社主辦、部分兩院院士和媒體人士共同評(píng)選出的 2022年國(guó)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(diǎn)突破領(lǐng)域，航空航天作為大國(guó)實(shí)力較量的焦點(diǎn)炙手可熱，科學(xué)倫理和危機(jī)應(yīng)對(duì)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(guó)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院的醫(yī)生們歷時(shí)7小時(shí)，首次將一顆經(jīng)過(guò)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(lái)自動(dòng)物的心臟可以在人體內(nèi)發(fā)揮作用。

不過(guò)，遺憾的是，雖然當(dāng)時(shí)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(gè)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(huì)發(fā)生超急性（48小時(shí)內(nèi)）排異反應(yīng)、加速性排異反應(yīng)（48小時(shí)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(jiǎn)稱韋布望遠(yuǎn)鏡）應(yīng)該是為人們帶來(lái)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(gè)歷史超過(guò)130億年的紅色光斑，給人們提供了有史以來(lái)最古老的“嬰兒宇宙”的快照……韋布望遠(yuǎn)鏡因此也被稱為“時(shí)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(huì)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(kāi)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(cè)器“隼鳥(niǎo) 2 號(hào)”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(niǎo)2號(hào)”采集的樣本中檢測(cè)到20多種氨基酸。這是首個(gè)在地外存在氨基酸的證據(jù)，對(duì)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(gè)——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(guó)、日本、美國(guó)和中國(guó)等國(guó)的科學(xué)家組成的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)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(shí)“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(shí)實(shí)驗(yàn)誤差很大。

在最新研究中，科研團(tuán)隊(duì)制造出了比普通氦原子多4個(gè)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(gè)中子，而它們結(jié)合形成了“四中子態(tài)”。隨后，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)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(gè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。該公司在短短18個(gè)月內(nèi)，憑借“阿爾法折疊”算法，預(yù)測(cè)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(tái)公司（Meta）研究人員也利用人工智能預(yù)測(cè)了來(lái)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(wèn)題上開(kāi)辟新機(jī)。

2022年4月，美國(guó)人工智能研究機(jī)構(gòu)OpenAI開(kāi)發(fā)出了DALL-E 2，為圖像生成和處理領(lǐng)域樹(shù)立了新的標(biāo)桿。它可生成更加真實(shí)和準(zhǔn)確的畫(huà)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(shí)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(yǔ)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(wèn)、言語(yǔ)混亂等問(wèn)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(yǔ)境進(jìn)行連貫問(wèn)答。因此，ChatGPT一經(jīng)問(wèn)世就迅速引發(fā)關(guān)注，上線5天，其體驗(yàn)用戶就突破 100萬(wàn)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(zhǎng)。換句話說(shuō)，這些胚胎并不是精子和卵子結(jié)合的產(chǎn)物，它們的生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)。上述胚胎在第6天長(zhǎng)出了尾巴，在第8天長(zhǎng)出了一顆跳動(dòng)的心臟，甚至還出現(xiàn)了大腦的雛形。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)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(yàn)。目前，法律允許最多14天大的人類胚胎用于實(shí)驗(yàn)室研究，超過(guò)這個(gè)時(shí)間范圍將被視為違法，而法律對(duì)合成胚胎的研究時(shí)間范圍則沒(méi)有做出任何規(guī)定。如果某一天，一個(gè)用人體干細(xì)胞合成的胚胎在實(shí)驗(yàn)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(méi)有像地球曾經(jīng)的“霸主”——恐龍那樣，遭受小行星撞擊帶來(lái)的大規(guī)模災(zāi)難。但天體物理學(xué)家認(rèn)為，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)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(cè)試。

2022年9月27日早上7時(shí)14分，在人類對(duì)行星防御的第一次測(cè)試中，執(zhí)行美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）“雙小行星重定向測(cè)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(shí)，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(shí)55分鐘縮短到11小時(shí)23分鐘。當(dāng)被撞小行星軌道周期變化大于73秒時(shí)，NASA則判定任務(wù)成功。而此次任務(wù)的實(shí)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(guò)航天器以動(dòng)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(guó)空間站歷史性完成“合體”

“夢(mèng)天”飛天，代表著中國(guó)航天人的步履不停、探索不止。

2022年10月31日15時(shí)37分，搭載空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的長(zhǎng)征五號(hào)B遙四運(yùn)載火箭，在我國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火發(fā)射。約8分鐘后，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)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(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙是中國(guó)空間站的第三個(gè)艙段，主要用于開(kāi)展空間科學(xué)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，參與空間站組合體管理，貨物氣閘艙可支持貨物自動(dòng)進(jìn)出艙，為艙內(nèi)外科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供支持。我國(guó)建設(shè)天宮空間站的主要目的，就是建成水平先進(jìn)的國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，為科學(xué)研究服務(wù)，以產(chǎn)出重大的科技成果。而夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在第三個(gè)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(dòng)我國(guó)空間科學(xué)水平進(jìn)一步提升。

量子計(jì)算研究從模擬蟲(chóng)洞到隱形傳態(tài)獲突破

英國(guó)《自然》雜志2022年首次報(bào)道了利用一臺(tái)量子處理器對(duì)全息蟲(chóng)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(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”，這一成果代表著人們距離在實(shí)驗(yàn)室研究量子引力的目標(biāo)又近了一步。

同樣是在2022年，來(lái)自美國(guó)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(kāi)發(fā)出一種新型量子存儲(chǔ)器，它可以在4開(kāi)爾文的溫度（-269.15℃）下工作，這將對(duì)未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生重大的影響。因?yàn)閷囟冉抵?開(kāi)爾文的低溫冰箱比將溫度降至0.1開(kāi)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(shí)驗(yàn)演示一直局限于兩個(gè)相連節(jié)點(diǎn)之間。而在荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的一項(xiàng)研究中，研究人員演示了在一個(gè)三節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)非相鄰節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)“凈能量增益”

2022年12月14日，美國(guó)加州勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室國(guó)家點(diǎn)火裝置（以下簡(jiǎn)稱美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置）宣布里程碑式突破：人類有史以來(lái)第一次成功在核聚變反應(yīng)中獲得“凈能量增益”。美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置通過(guò)“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(shí)驗(yàn)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(yáng)上產(chǎn)生能量的核反應(yīng)。這是自20世紀(jì)50年代以來(lái)科學(xué)家們一直在追求的無(wú)碳能源最終夢(mèng)想。美國(guó)資深核聚變科學(xué)家直言，“對(duì)我們大多數(shù)人而言，（成功）只是時(shí)間早晚問(wèn)題”。