過去十年　十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)

王新軍

每年全球都有數(shù)百萬篇科研論文發(fā)表，它們所揭示的秘密從恒星演化到氣候變化的影響，再到咖啡的健康益處或害處無所不包。正因為每年都有如此多的科研成果發(fā)布，所以要想判斷其中哪一個重要、哪一個有趣但不重要和哪一個其實只屬于偽科學(xué)等都很難。但在2010～2019年這十年中，在一些重要和非常有啟迪的科研領(lǐng)域有不少發(fā)現(xiàn)和論文發(fā)布，它們促進了科技的長足發(fā)展。這里，我們就來看看過去十年中相對有代表性的十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

1現(xiàn)代人的近親

隨著在非洲和菲律賓發(fā)現(xiàn)古人類新化石，人類家族樹在過去十年迅速壯大。首先是發(fā)現(xiàn)和確認了近200萬年前生活在如今南非所在地的一種古人類——南方古猿源泉種。2008年，9歲的美國小孩馬修偶然發(fā)現(xiàn)了這個古人種的一塊右鎖骨化石，這也是首次發(fā)現(xiàn)南方古猿源泉種化石。隨后，一個考古團隊發(fā)掘出這名古人（一個小男孩）的更多化石，其中包括保存完好的頭骨化石。2010年，馬修的父親、古人類學(xué)家博格及其同事首次描述了南方古猿源泉種。這個古人種代表著從南猿到現(xiàn)代人類之間的一個過渡人種，前者有一些較古老靈長類的特征，但步態(tài)與現(xiàn)代人相似。

發(fā)掘自南非的南方古猿源泉種頭骨。

博格的團隊還發(fā)現(xiàn)了生活在23.6萬～33.5萬年前的另一個古人種——納萊蒂人，這個時間段意味著納萊蒂人與現(xiàn)代人有不少共同點。納萊蒂人的化石2013年在南非升星洞中被發(fā)現(xiàn)，2015年這一古人種得到描述。納萊蒂人兼具原始人和現(xiàn)代人特征。例如，納萊蒂人的腦袋小，只有智人（現(xiàn)代人的學(xué)名）的大約1/3。但在當(dāng)時來說納萊蒂人的個頭算大一重量超過90千克，身高超過1.5米。而在菲律賓發(fā)現(xiàn)的一個古人種一呂宋人生活在5萬～6.7萬年前，他們與現(xiàn)代人有更多相同點。呂宋人剛被發(fā)現(xiàn)時被辨識成智人，但2019年進行的檢驗證明呂宋人是前所未知的一個古人種。

上述3項重要發(fā)現(xiàn)表明，現(xiàn)代人的更多近親化石尚待發(fā)現(xiàn)。

2測量宇宙

當(dāng)愛因斯坦在1915年首次發(fā)表廣義相對論時，他很可能想象不到：百年后天文學(xué)家會采用一些最頂尖儀器測試該理論的預(yù)測結(jié)果，而且該理論每一次都通過了測試。廣義相對論把宇宙描述為一種被大質(zhì)量扭曲的時一空架構(gòu)。正是這種扭曲造成了引力，而不像大科學(xué)家牛頓所認為的那樣一質(zhì)量的一個內(nèi)在特性造成引力。

廣義相對論的一個預(yù)測結(jié)果是：質(zhì)量的加速可能在時一空造成漣漪（即引力波擴散）。如果質(zhì)量足夠大（例如一個黑洞或一顆中子星的質(zhì)量），這些漣漪甚至可能被地球上的天文學(xué)家探查到。2015年9月，兩部射電望遠鏡攜手，首次探測到引力波。這些引力波是從大約13億光年外的兩個黑洞合并而擴散來的。此后，這兩部望遠鏡又多次探測到更多的引力波，其中包括來自于兩顆中子星合并而發(fā)出的引力波。

黑洞M87圖像。

廣義相對論的另一個預(yù)測結(jié)果就連愛因斯坦本人也不相信會成立，那就是黑洞的存在。所謂黑洞，是指密度無限和體積無限的物質(zhì)在空間的引力坍縮點。黑洞會吞噬離它太近的所有物質(zhì)和光線，在此過程中產(chǎn)生的超熱物質(zhì)圓盤墜入黑洞。2019年4月發(fā)布、由視界望遠鏡（由全球射電望遠鏡連成的網(wǎng)絡(luò)）從2017年開始的觀測結(jié)果，成為人類見到的首幅黑洞周圍環(huán)境圖像。

3最熱年份

100多年來，科學(xué)家一直在預(yù)測煤和化石燃料燃燒對地球溫度的影響。早在1912年，美國一家科學(xué)期刊就刊載了一篇副題是“科學(xué)家預(yù)測未來天氣”的文章——《非凡的1911年天氣：燒煤對氣候的影響》。文章中寫道：“世界各地的燃煤爐目前每年燒煤大約20億噸，并消耗大量的氧，每年向大氣層添加二氧化碳大約70億噸。這讓空氣這層包裹地球的毯子更厚，地球自然會升溫。未來幾百年，這種效應(yīng)可能更明顯?！?p>

全球變暖趨勢一直未改。

就在100年后，這種效應(yīng)的確更明顯了。大氣中溫室氣體的持續(xù)增多導(dǎo)致全球變暖，2014～2018年是有史以來地球最熱的5年。美國國家海洋和大氣管理局從140年前開始記錄全球溫度，2016年是在此期間最炎熱的一年。全球變暖引發(fā)更頻繁、更具毀壞性的森林大火和大旱，加速極地冰融，風(fēng)暴數(shù)量猛增。美國加州森林在燃燒，意大利威尼斯被水淹。

炎熱導(dǎo)致城市死亡人數(shù)增加，無數(shù)海岸和海島社會面臨生存危機。全球變暖造成的生態(tài)破壞觸目驚心，這種破壞正在嚴重削弱地球把碳從大氣層中抽離回來的能力。

2015年，聯(lián)合國氣候變化框架公約在氣候舉措方面達成一致，這被稱為《巴黎協(xié)定》。該協(xié)定的主要目標(biāo)是把全球氣溫上升幅度限制在只比工業(yè)化之前高1.5℃。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要社會大變革，其中包括：用風(fēng)能、太陽能和核能等清潔能源替代化石燃料;改革農(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣以減排和保護森林;建造設(shè)施從大氣層中抽出二氧化碳。

用于測量普朗克常數(shù)的電磁秤

通過使用一種復(fù)雜的稱重儀器——吊桶平衡，科學(xué)家能根據(jù)支撐1千克物質(zhì)所需的電磁力來精確測量1千克。這種電子測量可以用普朗克常數(shù)（物理學(xué)家普朗克用于計算來自恒星的能量束的一個數(shù)字）表達。千克并不是最近重新定義的唯一計量單位。2019年5月正式生效的國際單位制修改還包括標(biāo)準(zhǔn)電流單位“安培”的定義、“開氏溫度”的定義和化學(xué)中物質(zhì)的量的單位“摩爾”的定義。這些定義的修改不僅將會使得小量物質(zhì)（例如藥物）的測量更準(zhǔn)確，還將使全球科學(xué)家都得到基本單位，而不是根據(jù)必須被少數(shù)實驗室復(fù)制和計算的物體來定義基本單位。

8測序古人基因組

2010年，科學(xué)家獲得一種對研究古老時代和古人很有用的新工具。運用在格陵蘭永久凍土中保存的一根古人類毛發(fā)，他們?yōu)橐幻钤?000年前的男性的基因組測序，從而揭示了格陵蘭最早定居者之一的生理特征甚至血型。這也是首次從古人的DNA近乎完整地復(fù)原基因組，這項研究為人類學(xué)家和遺傳學(xué)家探索遙遠過去的文化開啟了更大的一扇門。

提取古人的DNA的難度很大。就算諸如毛發(fā)或皮膚之類的基因材料得以保存，它們也常常被其所在環(huán)境中微生物的DNA污染，因此必須采用復(fù)雜的測序技術(shù)來分離古人的DNA。不久前，科學(xué)家從古人顱骨中的巖骨（耳朵附近的高密度骨骼）里成功提取了古人的DNA。

這種新工具的使用在2010年首獲成功以來，十年里已有成千上萬的古人基因組被測序，從而揭示了古文明此起彼伏和人類全球遷徙的細節(jié)。例如，通過研究古人基因組，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)0.5萬～1.5萬年前有多輪吉人類遷徙大潮來回穿越位于西伯利亞和阿拉斯加之間冰凍的白令陸橋。最近，在丹麥出土的一名5700年前小女孩的基因組得到測序，用來測序的材料是被她作為口香糖的樺樹焦油，這些焦油里也包含她的口腔微生物和她生前最后一餐的食物殘跡。

1500年前的一座芬蘭水葬（想象圖）?？茖W(xué)家在此提取到了古DNA。

9埃博拉疫苗及新療法

過去十年里發(fā)生了歷史上最嚴重的埃博拉疫情大暴發(fā)。這次瘟疫據(jù)信始于一個個案：2013年，幾內(nèi)亞一名18個月大的嬰兒被蝙蝠傳染了埃博拉病毒。此后，埃博拉病毒迅速蔓延到相鄰各國，2014年7月已到達利比里亞和塞拉利昂的首都，2018年8月剛果民主共和國暴發(fā)埃博拉疫情，到2019年12月已演變成非洲西部最致命的埃博拉疫情大暴發(fā)，報告病例3366個，死亡數(shù)高達2227人。埃博拉病毒會損害人體免疫系統(tǒng)，引起大面積出血和多重器官衰竭。首個案例出現(xiàn)后僅兩年半時間，就有超過2.86萬人感染埃博拉病毒，其中至少1.1325萬人死亡。

接種埃博拉疫苗。

嚴峻的疫情，促使各方加倍努力去研發(fā)有效的埃博拉疫苗。2016年，這樣的疫苗終于顯露曙光。新研發(fā)的埃博拉疫苗已被用于控制非洲埃博拉疫情。從2019年11月開始，該疫苗在更多國家獲得批準(zhǔn)。

除了預(yù)防性疫苗，科學(xué)家也在為已經(jīng)感染埃博拉病毒的患者尋找治療方法。最近，兩種皆為一次性遞送抗體以阻止埃博拉病毒感染人體細胞的療法在臨床試驗中顯效?？茖W(xué)家希望，預(yù)防性疫苗和治療性疫苗的并用有朝一日能永久消滅埃博拉病毒。

10探查到希格斯玻色子

在過去幾十年中，物理學(xué)家一直在孜孜不倦地探索創(chuàng)建宇宙運作模型，最終創(chuàng)建出了一種“標(biāo)準(zhǔn)模型”。該模型描述物質(zhì)的4種基本交互作用（即基本力）。其中兩種基本力在日常生活中已為人熟悉，它們就是引力和電磁力，但另外兩種基本力只在原子核內(nèi)部施加影響，它們就是強核力和弱核力。

標(biāo)準(zhǔn)模型的部分內(nèi)容是：一個普遍存在的量子場與粒子交互，給予粒子質(zhì)量。20世紀(jì)60年代，包括恩格勒特和希格斯在內(nèi)的理論物理學(xué)家在標(biāo)準(zhǔn)模型里描述了量子場及其作用。量子場隨后被稱為希格斯場。根據(jù)量子力學(xué)法則，所有像希格斯場這樣的基本場應(yīng)該都有與之對應(yīng)的粒子，因此希格斯場應(yīng)該有被稱為希格斯玻色子的粒子。

2012年，運用歐洲核子研究中心的大型強子對撞機進行粒子碰撞試驗，兩個團隊探查到了希格斯玻色子，這為希格斯場和希格斯玻色子的存在提供了實證。2013年，恩格勒特和希格斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎。授獎方說：這兩位物理學(xué)家在理論上發(fā)現(xiàn)了一種有助于我們理解亞原子粒子起源的機制;通過被預(yù)測的基本粒子的發(fā)現(xiàn)，該機制獲得證實?？梢灶A(yù)測，隨著物理學(xué)家繼續(xù)細化標(biāo)準(zhǔn)模型，希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)及這種基本粒子的功能將繼續(xù)為我們了解一切物質(zhì)怎樣獲得質(zhì)量（也就是了解任何物質(zhì)究竟怎樣存在）發(fā)揮重要作用。

大型強子對撞機探測到了希格斯玻色子衰變。