2020年，那些影響科技史的“黑駿馬

趙君鵬

2020年，雖然蝗蟲、洪水等災(zāi)難接踵而至，但人類并未因此停下探索的腳步。通過不懈的努力，科學(xué)家在科學(xué)研究方面取得了一系列的重大進(jìn)展。

聲速的極限是什么

我們知道，聲音在不同介質(zhì)中的傳播速度是不一樣的，比如，聲音在空氣中每秒傳播340米，在水中每秒傳播1450米，在鐵中每秒傳播5130米。那么，聲速有上限嗎？如果有，它的極限是多少呢？

英國和俄羅斯的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，不同的介質(zhì)之所以傳播聲音的速度不同，是因?yàn)樗鼈兊木?xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)和質(zhì)子與電子的質(zhì)量比不同，而這兩個(gè)基礎(chǔ)常數(shù)決定了聲音在固體和液體中傳播速度的上限。

通過實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家推測，聲音在固態(tài)氫中傳播速度最快，可達(dá)每秒36千米。為了驗(yàn)證這個(gè)推斷，他們研究了地球上自然狀態(tài)下的各種物質(zhì)，最終發(fā)現(xiàn)沒有任何一種介質(zhì)中的聲音傳播速度能超過每秒36千米。

這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)表示，聲波在不同介質(zhì)中的傳播特點(diǎn)或許有助于人們研究地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，也有助于材料科學(xué)的研究。

拍攝測量量子的過程

人類對微觀世界知之甚少，其中一個(gè)原因就是微觀世界無法測量。

20世紀(jì)初，一些物理學(xué)家共同創(chuàng)立了量子力學(xué)，研究對象是粒子的運(yùn)動規(guī)律，粒子是能夠以自由狀態(tài)存在的最小物質(zhì)組成部分。

科學(xué)家研究認(rèn)為，微觀世界和宏觀世界有著很大的不同，宏觀世界的很多理論在微觀世界都行不通。比如粒子可以存在于疊加態(tài)中，能同時(shí)擁有兩個(gè)相反的特性。舉例來說，我們常說：“不是在咖啡館，就是在去咖啡館的路上?！倍诹孔恿W(xué)看來，粒子是可以處于“既在咖啡館又在路上”的狀態(tài)的。由于種種原因，人們不能測量粒子，否則就會影響粒子的狀態(tài)，從而影響測量的結(jié)果。

由瑞典、德國、西班牙的科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，運(yùn)用一系列新方式研究量子測量中疊加態(tài)坍塌的本質(zhì)。他們測量的對象是從電場捕獲單個(gè)的鍶離子，測量的時(shí)間是百萬分之一秒。當(dāng)鍶離子被單獨(dú)的極光旋轉(zhuǎn)到不同的狀態(tài)時(shí)，它捕捉到了大量的光子。研究小組拍攝了反映這個(gè)演變過程的照片，由此發(fā)現(xiàn)：微觀世界的某些方面是可以測量的，比如電子的最終位置;某些疊加態(tài)會逐步消失，而有些疊加態(tài)則會保留下來，最終呈現(xiàn)出物理學(xué)家所熟悉的經(jīng)典狀態(tài)。雖然這張照片反映的只是百萬分之一秒的過程，但微觀世界的奧秘已揭開了小小的一角。

混合粒子束實(shí)現(xiàn)治療與監(jiān)測同步進(jìn)行

目前，很多癌癥患者為了抑制腫瘤細(xì)胞增殖、殺滅腫瘤細(xì)胞，在治療時(shí)使用射線照射腫瘤。這些射線由放射治療設(shè)備產(chǎn)生，它們的能量等級并不相同。在達(dá)到治療效果的同時(shí)，會產(chǎn)生一定的副作用，如引起皮膚不良反應(yīng)等。

英國和德國科學(xué)家組成的科研團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)利用一種既有碳離子又有氦離子的混合粒子束，可以在治療癌癥患者的同時(shí)觀測治療的結(jié)果：碳離子對目標(biāo)腫瘤進(jìn)行照射治療，氦離子則會直接穿透人體，可用于成像。也就是說，運(yùn)用這種混合粒子束在治療腫瘤的同時(shí)，也可以用它監(jiān)控人體內(nèi)部及局部解剖學(xué)變化，使得粒子療法更加精準(zhǔn)，減少癌癥患者的治療風(fēng)險(xiǎn)。

不止這些，2020年科學(xué)技術(shù)所取得的重大突破還有：在室溫條件下觀察到了超導(dǎo)現(xiàn)象、開發(fā)出了新型X射線探測器、探測到太陽中的新型中微子……可以說，科學(xué)家給人們帶來了種種驚喜和希望。