2016年世界十大科技進展新聞

科學家宣布發(fā)現(xiàn)引力波 廣義相對論最后預言獲證

美國科學家2月11日宣布第一次直接探測到引力波的存在。引力波是愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中最后一塊缺失的“拼圖”，它的發(fā)現(xiàn)是物理學界里程碑式的重大成果。美國和歐洲的兩個引力波探測項目的研究人員6月15日在加利福尼亞州圣迭戈再一次宣布，他們“非常清晰”地再次探測到“時空漣漪”——引力波的存在。之所以探測到引力波信號與宣布發(fā)現(xiàn)之間隔了一段時間，是因為科學家還要分析和確認相關(guān)數(shù)據(jù)。在美國《物理學評論通訊》雜志上發(fā)表的研究結(jié)果中，科學家探測到來自兩個黑洞合并而產(chǎn)生的引力波信號。這兩個黑洞位于距地球14億光年外，在合并前的質(zhì)量分別相當于大約8個和14個太陽，合并后的總質(zhì)量相當于約21個太陽，其中約1個太陽的質(zhì)量變成能量，在合并過程中以引力波的形式釋放。

迄今最精確銀河系三維地圖問世 發(fā)現(xiàn)銀河系面積大于預期

科學家以前所未有的精度繪制了銀河系三維地圖。這一研究成果標明，人類所處的這個星系的面積比科學家之前預想的大得多。歐洲空間局（ESA）于9月14日在位于西班牙馬德里的歐洲空間天文學中心，發(fā)布了蓋亞星相圖項目的第一批數(shù)據(jù)。新的目錄包含11億顆恒星在宇宙中的位置，而其中的4億顆恒星是之前從未觀測到的。對于許多恒星而言，其定位精度達到了300毫角秒——相當于在30公里的距離外觀看一根頭發(fā)的寬度，這將幫助天文學家更好地確定銀河系的三維布局。通過將新的測量結(jié)果和之前ESA的依巴谷衛(wèi)星的數(shù)據(jù)相結(jié)合，研究人員能夠獲得一個由200萬顆恒星構(gòu)成的子集的準確距離和運動方式，從而為研究其物理特性及銀河系重力場提供更精確的信息。

新技術(shù)可讓數(shù)據(jù)存儲時間逼近“永恒”

英國南安普敦大學研究人員發(fā)明了一種稱作“五維數(shù)據(jù)存儲”的技術(shù)，不僅可以存儲海量數(shù)據(jù)，存儲時間還可以超過百億年，可以說是逼近“永恒”。使用這種技術(shù)的單個存儲介質(zhì)數(shù)據(jù)容量高達360太字節(jié)，遠遠高于目前主流硬盤的容量。這項技術(shù)利用飛秒激光在透明的石英介質(zhì)中寫入數(shù)據(jù)。飛秒激光是一種以脈沖形式運轉(zhuǎn)的激光，持續(xù)時間非常短，只有幾個飛秒（1 飛秒為10的負15次方秒）。石英介質(zhì)中有納米結(jié)構(gòu)點，這些結(jié)構(gòu)點的空間三維位置、大小和朝向這5個性質(zhì)都能被用來儲存信息，因此被稱作“五維數(shù)據(jù)存儲”。光在經(jīng)過這些結(jié)構(gòu)點時，其偏振特性等性質(zhì)會被改變，因此借助光學顯微鏡和偏振鏡就能讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。

碳納米晶體管性能首次超越硅晶體管

美國研究人員于9月6日宣布，他們成功制備出一種碳納米晶體管，其性能首次超越現(xiàn)有硅晶體管，有望為碳納米晶體管將來取代硅晶體管鋪平道路。硅是目前主流半導體材料，廣泛應用于各種電子元件。但受限于硅的自身性質(zhì)，傳統(tǒng)半導體技術(shù)被認為已經(jīng)趨近極限。碳納米管具有硅的半導體性質(zhì)，科學界希望利用它來制造速度更快、能耗更低的下一代電子元件，使智能手機和筆記本電腦等設備的電池壽命更長、無線通信速率和計算速度更快。但長期以來，碳納米管用作晶體管面臨一系列挑戰(zhàn)，其性能一直落后于硅晶體管和砷化鎵晶體管。美國威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員在美國《科學進展》雜志上介紹了他們克服的多重困難。

3D生物打印新技術(shù)向人造器官移植邁出一大步

研究人員在《自然-生物技術(shù)》雜志上報告說，利用新開發(fā)的3D生物打印系統(tǒng)打印出的人造耳朵、骨頭和肌肉組織，移植到動物身上后都能保持活性。這項技術(shù)未來發(fā)展成熟后，可能解決人造器官移植難題。當前，3D生物打印技術(shù)打印出來的器官組織通常在結(jié)構(gòu)上非常不穩(wěn)定，過于脆弱，無法用于外科移植手術(shù)，并且由于這些成品缺乏血管構(gòu)造、尺寸也偏小，即便移植，器官也不容易獲取氧和營養(yǎng)物質(zhì)，很難存活。針對上述問題，研究團隊改進了現(xiàn)有3D生物打印技術(shù)，開發(fā)出“組織和器官集成打印系統(tǒng)”（ITOP）。這一新開發(fā)的3D生物打印系統(tǒng)，可將含有活性人體或動物細胞的水基凝膠與可生物降解的聚合材料結(jié)合作為打印材料，有助于人造器官形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

科學家首次用化合物把皮膚細胞轉(zhuǎn)化為心腦細胞

美國研究人員利用化合物把皮膚細胞成功轉(zhuǎn)化為心肌細胞與腦細胞，這一重要突破為將來利用化學藥物修復和再生組織器官奠定基礎(chǔ)。這項研究由加利福尼亞大學舊金山分校華人科學家丁勝教授領(lǐng)導，其成果以兩篇論文的形式分別發(fā)表在美國《科學》雜志與《細胞-干細胞》雜志上。把皮膚細胞轉(zhuǎn)化為心肌細胞或腦細胞，從前用轉(zhuǎn)基因方法做到過，但用小分子藥物不僅可大大提高效率和速度，還可以避免給細胞添加基因可能導致的潛在危險，例如產(chǎn)生腫瘤。

科學家首次實現(xiàn)同處兩地的“薛定諤貓”——量子雙模式貓態(tài)

美國《科學》雜志5月26日發(fā)表一項研究，科學家在實驗中制造出一種狀態(tài)更加奇異的“薛定諤貓”，它同時存在于兩個箱子之中，這項成果朝研制實用可靠的量子計算機邁出了又一步。奧地利物理學家薛定諤在1935年提出著名的“薛定諤貓”佯謬。既死又活的貓在現(xiàn)實世界是荒謬的，但隨著量子力學的發(fā)展，科學家已經(jīng)成功使多粒子構(gòu)成的系統(tǒng)達到這種難以理解的量子“薛定諤貓”態(tài)。這項研究第一次給單模式貓態(tài)引入量子糾纏的元素，首次實現(xiàn)一種雙模式貓態(tài)。這是一個20年前就有所展望但是至今終于得以解決的難題。這項成果的實際用途在于量子計算，并對其他量子信息技術(shù)有所幫助，如量子通信、量子精密測量等。

科學家徹底改寫細菌基因組 成功減少大腸桿菌遺傳密碼子

合成生物學家日前報告了迄今為止意義最為深遠的一項細菌基因組重寫結(jié)果。這一進展包括重新利用了大腸桿菌3.8%的堿基對。研究人員在8月18日出版的美國《科學》雜志上發(fā)表了這一研究成果。研究人員換下了大腸桿菌64個遺傳密碼子（為氨基酸指定遺傳代碼的序列）中的7個。他們?nèi)缃衲軌蛲ㄟ^在55個片段（每一個片段的長度為5萬個堿基對）中合成脫氧核糖核酸（DNA）從而減少遺傳密碼子的數(shù)量。研究人員還將這些碎片組裝到一個有功能的大腸桿菌中。這項研究是推動設計具有新屬性的生物體的重要一步，例如抵抗病毒的傳染性。這項研究是一個示范，表明此類徹底的再造工程是可行的。

天文學家在太陽系外發(fā)現(xiàn)潛在宜居行星

一個國際團隊于8月24日在英國《自然》雜志網(wǎng)絡版上發(fā)表報告說，他們通過長期觀測發(fā)現(xiàn)，一顆環(huán)繞比鄰星運行的行星可能具有適合生命繁衍的環(huán)境。比鄰星是距太陽系最近的恒星，或許在不久的將來人類能夠發(fā)射探測器到這顆潛在宜居行星上探索生命痕跡。比鄰星位于半人馬座，是一顆紅矮星，距離太陽系約4.2光年。由于其表面溫度較低且顏色暗淡，人類無法用肉眼觀測到這顆“鄰居”恒星。來自英國、美國、法國、德國、智利等多國研究人員組成的國際團隊利用歐洲南方天文臺望遠鏡及其他機構(gòu)設施觀測發(fā)現(xiàn)，比鄰星附近有行星運行的痕跡；隨后的多次觀測最終證實這顆名為“比鄰星 b”的行星確實存在。

美火箭首次在船上軟著陸 充氣式太空艙飛往空間站

美國太空探索技術(shù)公司的“龍”飛船4月8日攜帶首個試驗性充氣式太空艙飛向國際空間站，這是該飛船在去年6月的爆炸事故后首次給空間站運送物資。同樣受關(guān)注的是，此次發(fā)射的運載火箭第一級在一艘無人船上成功實現(xiàn)軟著陸，這在火箭回收史上還是第一次。與以往發(fā)射一樣，太空探索技術(shù)公司再次嘗試將“獵鷹9”火箭第一級垂直降落在大西洋中一艘名為“當然，我依舊愛你”的無人船上。此前4次類似試驗均告失敗。該公司網(wǎng)上發(fā)布的視頻顯示，此次當火箭接近無人船時，它的速度逐漸減慢并不斷調(diào)整降落姿態(tài)，最后在箭體與甲板成90度角的那一刻穩(wěn)穩(wěn)降落，著陸點與船正中心位置僅有很小偏差。