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远望智库:与智者同行,为创新加速

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转自:三思派(Science-Pie)

作者:李万


刚刚过去的2018年,世界科技继续呈现出蓬勃的发展态势。这让人们日益坚信,我们正处于新一轮科技革命与产业变革的过程中。 

一、深空深海物质深层


>>>> 1. 中国发射首次超过美国。整个2018年,中国发射了39次,其中航天科技37次、航天科工1次、民营航天企业蓝箭航天1次(不幸失败),首次超过美国成为全球年度航天发射数量最多的国家。截止12月27日,全球发射已达108次,是冷战后首次超过100次;30年后,人类又一次发射重型火箭。

>>>> 2. 美国“洞察号”成功着陆火星。在历经6个多月、总飞行3亿英里之后,洞察号(Insight)抵达火星,这是人类历史上第8次将探测器成功送上火星地表,成为第三个正在服役的火星探测器。它已从火星传回了火星的风声,携带的仪器还可以探究火星内部构造。另外具有里程碑意义的是,两枚微型立方体卫星跟随到达火星轨道,充当洞察号的信号中继器。因火星表面刮起全球性风暴,“机遇号”于6月份“失联”。“好奇号”在风暴过后,又开始正常工作。

“洞察号”在火星表面工作(想象图)

火星表面刮起全球性风暴

>>>> 3. 火星表面发现液态水。意大利科学家通过欧洲航天局的“火星快车”探测器,在火星南极1.5千米的冰盖下,首次发现了数米深、直径约20千米的高盐度液态湖泊。这是火星探索历史上的重大突破。

火星表面发现高盐度的湖泊

>>>> 4. 美国发射帕克号太阳探测器。帕克探测器在随后大约8年内,将完成24次绕太阳轨道的飞行,与太阳表面的距离最近时仅有610万千米,将成为首个进入日冕层的飞行器。“帕克号”打破了尘封40多年之久的最快人造物体记录。

帕克号太阳探测器

>>>> 5. 欧日联合首次发射水星探测器。贝皮科伦布(BepiColombo)由水星行星轨道器(欧空局)和水星磁层轨道器(日本)组成,它们在抵达水星时分离,分别进入不同高度的互补轨道。这是欧空局第一次,人类第三次向水星发射探测器。因为距离太阳太近,水星探测非常之难。

>>>> 6. 小行星探测前赴后继。日本“隼鸟2号”飞抵小行星“龙宫”,预计2020年底返回地球。美国小行星取样探测器OSIRIS-Rex抵达一颗名为“贝努”(又译为“不死鸟”)的小行星,并发现水的存在。据估计,贝努将可能于2135年撞击地球。第一个小行星探测器“黎明”工作11年后即将“退役”,它先后探测了灶神星和谷神星,据信这两颗小行星占整个小行星带质量的45%。小行星蕴含着太阳系早期的秘密,有些小行星因拥有巨量贵金属甚至还具有巨大商机。

日本小行星探测器“隼鸟2号”拍摄的小行星“龙宫”表面

艺术家概念下的OSIRIS-REx与贝努小行星

(图:NASA/Goddard/Chris Meaney)

>>>> 7. 嫦娥四号前往月亮背部。目前已成功进入近月点约100公里的环月轨道。之前发射的“鹊桥”中继卫星,首次实现国际地月拉格朗日L2点的测控和中继通信。有趣的是,嫦娥四号还携带了一个密闭的罐子内有马铃薯种子、拟南芥种子、蚕卵、土壤、水、营养液和空气,它将验证生物能不能在月球表面活下来。

嫦娥四号携带着陆区器和月球车

>>>> 8. 俄罗斯载人飞船发射失败。10月11日,俄罗斯“联盟MS-10”飞船搭载“联盟-FG”型运载火箭发射升空,起飞约119秒后,第二级发动机突然关闭,此后乘员舱与火箭紧急分离,并抛出降落伞着陆。飞船上的俄罗斯宇航员阿列克谢奥夫奇宁和美国宇航员尼克黑格均告生还。12月3日,载人飞船复飞,成功把三名宇航员送往国际空间站。

“联盟-FG”型运载火箭发射

>>>> 9. SpaceX重型猎鹰火箭成功首飞。2月7日,SpaceX成功发射重型猎鹰火箭,上面搭载了一辆特斯拉红色敞篷跑车Roadster,车座上还放置着一个假人模型。

SpaceX成功发射重型猎鹰火箭

>>>> 10. “新视野号”在“天涯海角”发回新年祝福。2006年发射的“新视野号”已经奔赴太阳系边缘“柯伊伯带”。2019年元旦,它掠过一个小行星2014MU69(征集命名为“天涯海角”),此时距离太阳43.4个天文单位(日地距离)。值得一提的是,11月,“旅行者2号”穿过日光顶层(heliopause),成为继“旅行者1号”器之后第二个远离太阳的人造物体。

“新视野号”拍摄到的第一张2014MU69的照片

>>>> 11.望见宇宙的黎明!科学家探测到第一批恒星的信号。亚利桑那州立大学的一座地基天线,探测到宇宙大爆炸1.8亿年后第一批恒星发出的无线电信号。意外的是,该信号比理论预测的要强两倍,被认为可能受到了暗物质的影响。

>>>> 12.最精确的银河系17亿颗恒星3D地图。欧空局的盖亚卫星发布最新数据,综合了22个月的测量数据,绘制出迄今为止最精确的银河系地图,包含17亿颗恒星及其距离和运动方向等数据。

盖亚(Gaia)拍摄的银河系和临近星系,含有将近17亿颗恒星

>>>> 13. “彩虹鱼”完成万米海试。由上海海洋大学和西湖大学联合组成的科考团队在全球最深的海沟马里亚纳海沟成功完成两台“彩虹鱼”第二代着陆器的万米级海试,深度分别为10918米和10899米。

考察队员将负责拍摄和诱捕生物的“彩虹鱼”第二代着陆器回收到甲板(12月11日摄)。

(新华社记者 张建松 摄)

>>>> 14. 首次实现反氢内基准能量跃迁。现今的物理学认为,宇宙大爆炸应该创造了等量物质和反物质,但反物质一直未见其踪。加拿大和欧洲核子研究中心的物理学家首次在反氢原子内实现并观察到了最基本、最重要的莱曼-α跃迁,向操控反氢原子迈近了一步。

钛蓝宝石激光系统。

(来源:University of British Columbia)

>>>> 15.首次测出质子内部的压强,是地球大气压力的100万亿亿亿倍(1030倍),这大约是中子星核心压力的10倍。为了量化质子内部压力,研究人员使用了该探测器为杰斐逊实验室的连续电子束加速装置大接受度谱仪(CLAS)。

>>>> 16. 科学家首次精确定位“幽灵粒子”起源。早在1912年,科学家就发现每天都有亚原子粒子不停地撞向地球。南极天文台建立了一个被传感器紧密包裹的1立方公里冰体“冰立方”。2017年9月,捕捉到一个高能中微子。今年7月,科学家将其成功地溯源到一个距地球约37.8亿光年的耀变体(Blazar)巨大黑洞吸积大量物质而产生的剧烈天文现象。

>>>> 17. 国际上首次揭示水的核量子效应。水的结构是《科学》杂志创刊125周年特刊中提出的125个最具挑战性的科学问题之一。北京大学在国际上首次获得了单个水分子的高分辨振动谱,测得了单个氢键的强度。研究表明氢核的量子效应足以对水的结构和性质产生显著的影响,澄清了学术界长期争论的氢键的量子本质。

>>>> 18.马约拉纳任意子首次在超导块体材料中被发现。中科院物理所、中科院大学联合研究团队,首次在超导块体材料中观测到马约拉纳任意子,为马约拉纳物理的研究开辟新的方向。物质都是由“费米子”的基本粒子组成,每一个粒子都有反粒子。1937年意大利理论物理学家马约拉纳预言,宇宙中存在中性费米子,其反粒子是它本身,人们把这种神奇的粒子称为马约拉纳费米子。

铁基超导材料磁通漩涡中发现的马约拉纳任意子 

二、生命生物生态

>>>> 19. 单细胞尺度细胞谱系追踪技术。一直以来,人们都想弄清楚单个细胞是如何发育成拥有多个器官和数十亿细胞的成年动物的。这需要从活生物体中分离成千上万个完整细胞,有效测序每个细胞中表达的遗传物质,使用计算机或标记细胞,观察每个基因何时启动并诱导细胞分化。世界各地的研究团队正在应用这些技术研究人体细胞如何在发育过程中成熟,组织如何再生,以及细胞在疾病中发生哪些变化。

斑马鱼胚胎细胞谱系

>>>> 20. 世界首例体细胞克隆猴。中科院上海神经所成功地利用体细胞核转移技术克隆出两只猕猴“中中”“华华”的诞生,使得克隆非人灵长类成为现实。克隆猴的出现对于认识和治疗疾病,有了全新的非人灵长类动物模型,对于脑疾病、脑科学等都具有重大意义。

克隆猴“中中”“华华”

>>>> 21. 世界首例亨廷顿舞蹈病基因敲入猪。暨南大学、中科院广州生物医药与健康研究院、美国埃默里大学等多个研究团队协作,精准地将人突变的亨廷顿基因,插入到猪的内源性基因中,在国际上首次建立了与神经退行性病人突变基因相似的大动物模型。这个里程碑式的研究,使人们能更深入了解神经细胞死亡的机制及寻找有效的治疗方法。

亨廷顿舞蹈病基因敲入猪

>>>> 22. 世界首例合成真核细胞。中科院上海植物生理生态所创造出世界第一个真核细胞单条染色体的酿酒酵母菌。据报道,瑞典科学家已经用这种酵母菌进行了工业发酵。原核、真核是生物的分类,人类属于真核这一类。这种酿酒酵母中有1/3基因与人类基因同源。这项研究在原核与真核生物之间基因组进化搭建起桥梁,为解密生命“天书”提供新思路。

人造单染色体酵母与天然酵母细胞对比图,两者形态相似,但染色体的三维结构有巨大改变

>>>> 23. 世界首例哺乳动物“雄雄生子”。昆虫、鱼类、爬行类和鸟类都有“单性生殖”的情况,但哺乳动物做不到,这主要是因为“印记”基因的存在。中科院动物所用CRISPR技术,成功培育出29只“双母亲”小鼠和12只“双父亲”小鼠。其中“双母亲”小鼠能健康生长到成年,还能繁育下一代。而“双父亲”存活48小时,属世界首例。

>>>> 24.用基因剪刀技术开发“基因试纸”。美国布罗德研究所团队开发出“基因试纸”,在实验室中成功检测出一些病毒感染及肺癌患者的肿瘤标记物。可用于检测病毒、肿瘤DNA(脱氧核糖核酸)等核酸物质。

>>>> 25. 首次让皮肤细胞变身干细胞。美国格莱斯顿研究所首次使用CRISPR技术,直接操纵细胞的基因组,将老鼠的皮肤细胞变成了诱导多能干细胞。这种新方法可以更简单快捷地制造出诱导多能干细胞,为治疗多种疾病提供了巨大助力。

>>>> 26. 利用干细胞制造人工胚胎。荷兰马斯特里赫特大学等机构的研究人员利用干细胞开发出了一种胚胎样的结构,研究中并未使用精子或卵子。这是继去年剑桥大学的胚胎学家使用小鼠干细胞制造出了能进行原肠胚形成(任何胚胎生命关键的一步)的人造胚胎样结构之后,向制造人工胚胎又迈进一步。

>>>> 27. CAR-T细胞让癌症患者5年内保持无癌状态。来自宾夕法尼亚大学的科学家报道了一名慢性淋巴细胞白血病患者在2013年接受嵌合抗原受体T细胞(CAR-T细胞)治疗后,5年内保持无癌症状态,并且这些CAR-T细胞仍然存在于该患者机体的免疫系统中。

>>>> 28.激活视网膜干细胞可以恢复小鼠的视力。西奈山伊坎医学院研究人员及一个国际研究小组,通过激活视网膜干细胞,使失明小鼠能重新感知光线并恢复视力。在冷血脊椎动物中,视网膜干细胞可以修复受损的视网膜神经元,而在哺乳动物中则没有再生能力。此研究突破将为视网膜退行性疾病提供治愈的方法。

>>>> 29.胚胎首次细胞分裂研究获“改变教科书”发现。人们一直认为哺乳动物胚胎首次细胞分裂中,只有一个纺锤体负责指挥。但欧洲分子生物学实验室的最新小鼠实验发现,父系和母系染色体竟然是分头行动的,分别控制双方染色体的分离。

重新定义生命第一步,教科书将被改写

>>>> 30.迄今最完整的大脑图像。美国一个联合研究团队首次绘制出了黑腹果蝇整个大脑的高清晰度三维图像,展示了10万个神经元每一个的具体情况,这是有史以来最完整的大脑图谱。这项工作涉及到将超过7000张大脑切片的2100万张图像结合起来。

这张果蝇的大脑图谱可以被放大至纳米级别,并追踪单个神经元的通路

>>>> 31. PET/CT首次实现全身3D显像。加州大学戴维斯分校等联合团队开发的系统将PET系统的扫描速度提高40倍,这样人体承受的辐射量会减少至原来的1/40,还可以拍摄追踪放射性标记药物在体内移动的轨迹。

EXPLORERPET/CT是世界上首台可以对整个人体同时3D显像的医疗成像系统

>>>> 32. 世界首例逝者子宫移植怀孕生育。研究人员从一位中风身亡的45岁女性体内取出子宫,成功移植到了一位先天缺少子宫的女性体内,这名女性怀孕生下一个健康的女婴儿。这证实了已故捐献者的器官仍可被使用,更多病人可因此被治愈。

>>>> 33. 小麦基因组图谱绘制完成。所使用的材料是源于中国四川的“中国春”小麦品种,在21条染色体上确定了10.7万个基因。小麦含有A、B和D三个基因组,多而复杂,约为水稻的40倍。中科院遗传所绘制出乌拉尔图小麦材料G1812的A基因组7条染色体的分子图谱,注释出了41507个蛋白编码基因。小麦养活了世界上40%的人口,提供了人类所需热能和蛋白质的20%。

经过13年努力,来自20个国家73个研究机构的200多名科学家终于绘制完成完整的小麦基因组图谱

乌拉尔图小麦A基因组7条染色体的分子图谱

此外,中国竹藤基因组学项目研究团队在世界上首次破译了2种棕榈藤(即黄藤和单叶省藤)的全基因组信息,完善毛竹基因组到高精度的染色体水平。

>>>> 34. 3D电子衍射技术用于有机化学。过去主要用于无机物和大分子结构,现在可以通过电子衍射技术,快速便捷地对小分子有机物进行结构分析,对于药物制备与结构测试非常有帮助。

分析黄体酮分子结构的整个过程大约需要30分钟。

(图片来源:C.G. JONES ET AL/CHEMRXIV.ORG 2018)

>>>> 35. 埃博拉疫苗在战区投入测试。在战火包围的刚果共和国,爆发了人类历史上第二大规模的埃博拉疫情,这次使用的高效rVSV-ZEBOV疫苗为默克公司提供,已有数万人得到接种,有望阻止传染、拯救患者。

>>>> 36. 法医系谱学走向成熟,DNA检测比对助力嫌犯追踪引争议。金州杀人案(Golden State Killer)是上世纪70、80年代在加利福尼亚州发生的一系列强奸和谋杀事件。警方在系谱学家帮助下,使用了一个公共的、简洁的在线DNA数据库GEDMatch,找到了嫌疑人的几个远房亲属,最终将嫌犯73岁的约瑟夫詹姆斯德安吉洛(Joseph James DeAngelo)抓获。但这也引发了一些有关DNA隐私的忧虑,因为即使从未测过DNA的人,利用这种自愿上传DNA的公开数据库,就能找到超过90%的白人。

>>>> 37. 水稻分子设计育种取得新进展,沙漠海水稻成功试种。中科院遗传所基于“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”的“中科804”,在产量、抗稻瘟病、抗倒伏等农艺性状方面均表现突出。袁隆平院士“海水稻”在迪拜试种的“海水稻”等80多个水稻品种,经国际联合测产专家组测产,都超出了全世界水稻4.539吨/公顷的平均亩产量(来自2014年FAO统计数据)。

沙漠海水稻试种成功

>>>> 38. 新型光合作用被发现。最新研究发现,蓝藻可利用近红外光进行光合作用,其机制与之前了解的光合作用不同。这一发现有望为寻找外星生命和改良作物带来新思路。

>>>> 39. 远古的人类混血儿。2012年,考古学家在西伯利亚一个洞穴里发现了一块来自5万多年前的女性骨骼碎片。今年,古遗传学家运用DNA测试发现,该女性的母亲是尼安德特人,父亲是丹尼索瓦人,从而可以推测尼安德特人曾在欧亚大陆东西部广阔的陆地上频繁迁移。现代欧亚人群的基因组中,平均有2%的尼安德特成分,现代大洋洲人群基因组中的丹尼索瓦成分达到了5%。

骨片样本“Denisova 11”,2012年发现于俄罗斯丹尼索瓦洞穴

>>>> 40. 生活在5.58亿年前的最古老动物。埃迪卡拉生物群是一群神秘的软体生物,存在于5.41亿年至5.7亿年前,早于寒武纪生命大爆发,而且据信已经灭绝。澳大利亚国立大学研究者在俄罗斯白海附近的一个偏远地区发现了一种保存完好的化石,在其中发现胆固醇分子,说明这是一种动物。

生活在超过5.5亿年前的Dickinsonia是一种平坦,柔软的生物,沿着海床移动食用微生物和藻类

>>>> 41. 人类仅占地球生物总重量的1%。科学家估算出地球上所有生物的碳储存总量高达5500亿吨,其中植物吨位庞大,动物少得多,而人类占比……不到1%。然而,人类以1%的数量却对整个生态圈造成了巨大影响,非常值得深思。

>>>> 42. 全球碳排放总量再创新高。全球碳计划(GCP)科学家联合发布的报告称,估计2018年的排放量将增加2.7%,这意味着371亿吨二氧化碳,创历史新高。不过,有研究表明,人类活动产生的二氧化碳只有一半融入大气层,而另一半则被植物吸收利用,这意味着一片森林有可能完全抵消一些国家全年的碳排放。

>>>> 43.格陵兰岛发现直径3万公里的冰下陨石坑,这个陨坑被奥胡斯大学的科学家们偶然间发现的。在冰川的边缘找到了撞击产生的石英和玻璃等颗粒,居然还有冰前通道,这说明格林兰冰盖在撞击前就已形成了,可以估计这是一个非常年轻的陨石坑。这也意味着在这么大规模撞击下,生命能够幸存是多么不易。

直径3万千米的撞击坑

三、量子智能信息


>>>> 44.创造出一种全新的光物质形式。主攻量子计算机研究的麻省理工学院和哈佛大学联合团队,实现了三个光子构成的组之间相互作用,即粘在一起形成了此前未被观察过的一种全新光子物质。未来有可能被用于超快的量子计算以及由光组成的复杂晶体中。

结合后的光子,得到了电子质量的一部分,传播速度变慢,比常规光子速度慢10万倍

>>>> 45.实验验证量子力学打破因果序。澳大利亚昆士兰大学科学家设计了一个“量子开关”,验证出不确定的因果顺序,可能对处理量子信息有用。

>>>> 46.追逐“量子霸权”的竞赛。谷歌公布世界首款72量子比特芯片Bristlecone,错误率仅为1%,达到了实际应用要求。英特尔公司推出49量子位超导测试芯片“Tangle Lake”,计算能力相当于5000个八代i7;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工作。中科大通过调控6个光子的偏振、路径和轨道角动量3个自由度,在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠,刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。上海交大通过“飞秒极光直写”技术制备出节点数达49×49的大规模光量子计算芯片,并成功进行了一种重要的模拟量子计算演示。中科大另一团队研发出量子计算控制系统,成功制备出半导体六量子点芯片。不少人认为,在真正可行的技术出现之前,各国科研机构和企业之间将会有一场“十年的竞赛”。

第一个49-比特原型

>>>> 47.超级计算机争夺激烈。在中国“神威太湖”、“天河二号”保持五年第一之后,美国以“Summit”超算重新夺回世界第一,浮点运算速度峰值达每秒20亿亿次(200PFlops),性能超过“神威太湖之光”约60%。因由需求增长,各国开始积极发展“E级超算”,中国“天河三号”原型机亮相。

中国超算走过了一条从零开始的快速跨越之路

>>>> 48. 5G之争成全球焦点,但相关标准延后。“4G改变生活,5G改变社会”。5G不仅对移动通信,而且对物联网、XR、车联网等都具有重要价值,被认为是万亿美元级别产业的基石。高通、华为、三星等都在加紧布局。华为与英特尔打通了全球首个2.6G频段5G呼叫,为大规模商用打下基础。然而,3GPP宣布后续标准工作推迟3个月,R15 Late Drop、R15 Late DropASN.1分别要到2019年3月份、6月份才能完成。这反映出5G标准之争和商用之路的复杂性。

>>>> 49.集成电路与人工智能芯片。因由“中兴事件”,芯片倍受关注。摩尔定律呈现持续放缓的趋势,集成电路制程开始挺进7nm,麒麟980成为第一个7nm手机SoC芯片,然后就是苹果A12芯片。谷歌、Facebook、阿里等纷纷入局芯片。谷歌发布人工智能芯片TPU3.0,英伟达发布了新一代GPU架构Turing(图灵),华为发布了全球首个覆盖全场景人工智能的腾(Ascend)系列IP和芯片。

谷歌TPU3.0

英伟达发布新一代GPU

华为发布人工智能芯片腾系列

>>>> 50.对抗的神经网络。两个AI系统可以通过相互对抗来创造新的图像或声音,从而有可能获得更独立的能力,理解所见的世界,但也可能会变成了一种惊人的数字造假工具。2014年,蒙特利尔大学博士生伊安古德费罗(Ian Goodfellow)首先提出这种“生成对抗网络”(GAN)。

>>>> 51.人工智能应用不断拓展。微软的机器翻译系统首次在通用新闻的汉译英上达到了人类专业水平,实现了自然语言处理的又一里程碑突破,将机器翻译超越人类业余译者的时间,提前了整整7年。在医学和制药领域,人工智能被用于诊断读片、药物筛选、关联分析等,如英国癌症研究所开发的Revolver人工智能系统正在揭示癌症如何演化扩散、反抗治疗等。在休闲娱乐领域,字节跳动与NBA合作,向全球提供定制的NBA短视频内容,NBA将利用人工智能,增强粉丝对比赛的体验和互动。在生活中,无人超市(Amazon Go)、无人酒店(阿里未来酒店)、机器人厨师等都在持续发展。

>>>> 52.智能与协作机器人。全球机器人市场规模近300亿美元,服务机器人崛起。物流机器人、人形服务机器人、协作机器人等都得到快速发展。波士顿动力公司的人形机器人可以轻松进行“三连跳”。中国继续保持全球机器人最大市场规模,但市场主要由ABB、安川、发那科、库卡4大公司所瓜分。海康威视发布潜伏、移载、复合、叉车四大系列七大新品的移动机器人,以及基于机器视觉产品的物流读码系统等。

波士顿动力公司机器人可以进行“三连跳”

海康威视AGV-叉车系列

>>>> 53.物联网、云计算、边缘计算及网络安全。越来越多的智能应用发生在云端,传统防火墙在云时代将过时,下一代防火墙需要具有弹性的软硬架构。从边缘计算到边缘存储,再到内容托管,用户端的网络速度及可靠性不断提升。LTE Category M1可以为低功耗物联网设备提供全国甚至全球性的连接。Bluetooth mesh正在推动机器人、工业自动化、能源管理、智慧城市应用。雾运算通过利用区域网路中其他资源将处理和控制回路保持在本地,既不在云端,也不在边缘上,而是在设备周围的“雾”中。智慧灯具为基础的Li-Fi,已达到近10GHz的下载速度。物联网的发展,更带来了“僵尸攻击”的担心。“数据泄露(Data breaches)”“数据暴露(data exposure)”都呈现增长态势,“云泄露(Cloud leaks)”也会定期弹出。

>>>> 54.北斗开始提供全球服务。2018年完成10箭19星发射任务,创造了世界卫星导航系统建设的新纪录。北斗高精度基础产品已经输出到90多个国家和地区,国际民航组织批准北斗星基增强服务商标识号和标准时间标识号,国际搜救卫星组织将北斗纳入全球卫星搜救系统计划。


四、材料制造工程


>>>> 55.千克将由普朗克常数重新定义。由于“千克”的定义者一块被严密保存的铂-铱合金的重量,在100多年的极度严格保存条件下,仍然丢失了50微克,这个误差对科学研究而言可能是灾难性的。今年国际计量大会上,科学家们决定将使用普朗克常数重新定义“千克”。

>>>> 56.万有引力常数达到新精度。华中科大团队测出目前国际上最精准的万有引力常数G值,吻合程度接近10-5水平。因为精度问题,很多与之相关的基础科学难题至今无法解决。

>>>> 57.“魔角”石墨烯。麻省理工学院科学家发现,当两层石墨烯以1.1度的“魔角”扭曲在一起时,会形成新的绝缘态莫特绝缘体态,还可以实现非常规超导电性,两个系统可以通过改变扭转角度和电场来轻易调整,开创了物理学一个全新的研究领域。发表论文的第一作者是当时年仅21岁的中国物理学家曹原。

魔角石墨烯超晶格结构

>>>> 58.高温超导记录新记录-23℃。德国马普化学研究所Mikhail Eremets团队在250K(-23℃)温度下实现了氢化镧的超导性。这项成果使我们真正意义上接近了室温超导。科学家McMillan (麦克米兰)曾提出,超导转变温度可能存在上限,一般认为不会超过40K。这就是历史上著名的麦克米兰极限。

>>>> 59.首次在准晶合金中发现超导性。晶体状态一般都被认为具有超导性,人们对此已有清晰认识。在Al-Zn-Mg合金中,当Al含量降低到15%时,在保留超导性的前提下还会转变成准晶结构,而其临界温度低至0.05K。

Al-Zn-Mg准晶的电子衍射图案,该图案呈现出十二面体的博格曼型结构

>>>> 60.弯曲空间内首次实现激光束加速。美国和以色列物理学家团队在光束轨迹偏移中,发现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,它还能提供了一种新技术,用于控制血管、微通道和其他弯曲环境中的纳米颗粒。

>>>> 61.在原子层面“无缝缝制”两种晶体。两个晶体之间的界面非常光滑,原子很薄。应用这种新技术,将为制造高质量新型电子产品提供可能,有助于开发出柔性LED、几个原子厚度的二维电路以及拉伸后可以变色的纤维等。

>>>> 62.3D金属打印与分布式制造。3D金属打印可以制造出重量更轻、强度更高的部件,获得传统方法难以做到的复杂形状,并对金属微结构进行更精确的控制。实现了低成本快速金属物体打印,按需打印大型复杂金属物体的能力将为制造业带来变革。

>>>> 63.中国“超级显微镜”散裂中子源投入运行。这种装置主要利用中子流能方便地穿透目标,带出信息,进而可以观察高铁轮子是否质量过关、飞机发动机是否疲劳受损等。8月份中国散裂中子源通过验收,标志着世界上已有中、美、日、英拥有该技术。中国散裂中子源总投资23亿元,国产化率超过90%。

>>>> 64.中国完成多项重要工程和战略产品。用于监测全球空间电磁场等物理现象的“张衡一号”顺利入轨,使我国成为世界上少数拥有此项技术的国家之一。松辽盆地成功实施深度为7018米的大陆科学钻探工程,这是亚洲国家实施的最深大陆科学钻井,也是国际大陆科学钻探计划(ICDP)成立22年来实施的最深钻井。第一艘国产航母进行海试。我国自主设计建造、亚洲最大最先进的自航铰吸挖泥船“天鲲号”成功海试。

第一艘国产航母成功海试

天鲲号成功海试

“天鲲号”水下作业模拟动图(来源:CGTN)

亚洲最深的科学钻井 

五、能源交通建设

>>>> 65.中国“人造太阳”首次达到1亿度。东方超环(EAST)在去年取得了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行的新的世界纪录,今年又实现加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦,等离子体中心电子温度首次达到1亿度,朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步。

世界上第一个非圆截面全超导托卡马克、我国第四代核聚变实验装置东方超环(EAST) 

>>>> 66.太阳能电池效率创记录。希腊有机电子技术研发团队研发的完全卷对卷印刷聚合物基单结有机光伏电池创造了7.4%的新效率纪录。南开大学团队实现了17.3%的光电转化效率,刷新了叠层有机太阳能电池材料和器件的世界纪录。晶科能源公司高效P型单晶电池转换效率达到23.95%。美国加利福尼亚大学洛杉矶分校等机构开发出转换效率高达22.4%的双层薄膜太阳能电池。松下研发出了实用面积(100cm2以上)最高效率的晶硅太阳能电池,24.7%。牛津光伏钙钛矿硅太阳能电池的效率达到28%。汉能砷化镓薄膜单结电池效率达29.1%。德国弗朗霍夫太阳能研究所(ISE)与欧盟资助的CPVMatch项目合作,创造了太阳能电池组件光电转化效率高达41.4%的记录。

>>>> 67.新型电池技术快速发展。德国弗劳恩霍夫协会通过改变电池内部电极的形态,研制出超级电池组,能将电动汽车续航能力提高一倍,且不增加体积。美国马里兰大学、陆军研究实验室和国家标准与技术研究院研究人员组成的研究小组,将传统的锌电池技术与水电池技术相结合,开发出了容量更大、安全性更高的可充电电池。戴姆勒、英国石油公司先后投资以色列快充电池公司,该公司研发的“闪充电池(flash batteries)”,可在数分钟内充满。韩国研究团队采用常温液态的Ga/In共融化合物,成功开发出金属-空气电池(air-cell)的全新阴极材料,有望替代现有的二次电池。

>>>> 68.新型核电。美国航天局和能源部“迷你”千动力核裂变反应堆成功通过测试,一个能提供高达10千瓦的电力,4个单元就可以满足未来月球、火星及更遥远深空的前哨基地提供足够动力。全球首台核电球床模块式高温气冷堆蒸汽发生器,在哈电集团(秦皇岛)重型装备公司通过验收,拥有完全自主知识产权,为第四代核电标志性设备之一。

>>>> 69.能源区块链。区块链可以提高分布式能源的可视化和控制性,智能合约允许供应商和消费者通过创建基于价格、时间、地点和允许的能源类型等参数实现销售自动化。另一方面,区块链能为电动汽车车主提供补贴激励,使用区块链来处理所有计费、支付和身份验证问题。区块链可用于优化石油和精炼产品、天然气和液化天然气以及电力的整个交易生命周期。区块链可以为全球的碳库存和注册管理机构提高清晰度,可信度和互操作性。

>>>> 70.首架离子喷射飞机。麻省理工学院科学家利用4万伏特高压将空气中氮分子电离,驱动飞机前进。飞机翼展5米,总重量仅2.5公斤,飞行高度也只有1米左右,是人类历史上第一架由离子引擎推动的飞机。尽管距离实用化还有很长的路,但很多人相信一如115年前莱特兄弟发明飞机一样,将会带来巨大变化。

MIT离子飞机


离子飞机飞行时的延时图像

>>>> 71.新能源汽车发展加速。2018年挪威汽车总销量为14.8万辆,电动汽车销量占比为31.2%,继续强劲增长,在人均电动汽车保有量方面的全球领先地位。在中国,造车新势力蔚来、拜腾、威马、车和家等快速崛起,推出纯电动互联网汽车。氢燃料电池汽车开始发力,“加氢3分钟,续航600公里”,有人认为2018年可以被称为氢燃料电池汽车“元年”。丰田、宝马(Hydrogen7)、现代(NEXO)、本田(CLARITY)等积极推动氢燃料电池汽车发展,尤其是丰田开始大规模研发生产氢燃料电池汽车。

>>>> 72.智能驾驶。新锐厂商和传统车企都加快了对智能驾驶的研发和部署。尽管目前的技术还无法达到L5级(完全自动驾驶),基础设施也尚未智能化,但道路测试日益火爆。Waymo开展了全球首个商业自动驾驶叫车服务。Uber也在今年持续推进自动驾驶汽车的公开道路测试,不幸的是,发生了首例死亡的事件。通用凯迪拉克SuperCruise、特斯拉Autopilot、百度ApolloPilot、奔驰Drive Pilot、奥迪A8 TrafficJamPilot、日产ProPilot Assist、沃尔沃XC60 PilotAssist、蔚来ES8 NIOPilot等都在加速商业应用和深度开发。

网约无人车

>>>> 73.飞行汽车开始从梦想走进现实。在上海“进博会”上,斯洛伐克公司AeroMobil展出了4.0版本的飞行汽车产品AeroMobil。吉利的Terrafugia飞行汽车公司生产的Transition飞行汽车开启预定,最大飞行速度185km/h,续航里程800km。日本政府将联合波音、NEC、丰田支持的创业公司Cartivator、ANA控股公司、日本航空公司和Yamato控股公司等约20家公司欧美多家公司共同开发飞行汽车。德国政府支持飞行汽车企业进行测试。英国发动机制造商罗尔斯罗伊斯公司推出电动飞行出租概念车,可容纳4、5名乘客,速度可达250英里/小时,行程能达到约500英里。

吉利旗下的Terrafugia公司推出的飞行汽车

>>>>74.世界在研最大的水陆两栖飞机成功完成水上首飞。国产大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600飞机,是我国首次按照中国民航适航规章要求自主研制的大型特种用途飞机。此外,第三架C919自主大型客机成功试飞。

AG600水上试飞成功

AG600水上高速滑行

>>>> 75.港珠澳大桥开通。这是建筑史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海大桥,能抗16级台风、8级地震。全长55公里,是中国第一例集桥、双人工岛、隧道为一体的跨海通道。世界上最难、最长、最深的海底公路沉管隧道、世界最大规模钢桥段建造、世界最长海底隧道的生产浮运安装、两大人工岛的快速成岛等创下多项世界纪录。首创的深插钢圆筒快速筑岛技术,创造了221天完成两岛筑岛的世界工程记录。


六、令人不愉快的重要科技事件

>>>> 76.心肌干细胞发现者造假,31篇论文被撤稿。美国哈佛大学再生医学研究中心前主任皮耶罗安韦萨(Piero Anversa)被认定涉嫌伪造和篡改实验数据。过去10多年里,安韦萨申请了超过5000万美元的研究经费,很多国家也进行了大量投入跟进,现在一切都没用了。如何筑牢科研诚信底线,仍需各国广泛努力。

>>>> 77.世界首例“基因编辑”婴儿出生。南科大贺建奎宣布一对双胞胎婴儿诞生,因由基因编辑,她们对艾滋病天然免疫。中国同行对此予以严厉谴责和抵制。《自然》评出的年度十大科学人物,贺建奎位列其间,不过他被称为“CRISPR rogue(基因编辑无赖)”。

>>>> 78.霍金去世。1942年1月8日出生于英国牛津,英国剑桥大学著名物理学家,现代最伟大的物理学家之一,20世纪享有国际盛誉的伟人之一。他的《时间简史》影响过很多人,以至于人们对于他取得的科学上成就有些不熟悉了。21岁患上肌萎缩侧索硬化症(ALS),但他奇迹般地存活着,ALS唯一留下的是清醒而健全的大脑。就是这样的大脑,提出了奇点定理、黑洞、霍金辐射等,写下了《时间简史》、《大设计》、《果壳之宇宙》等不朽名著。霍金曾警告人们警惕人工智能武器,他坚信外星人是存在的。在去世前一年,他和扎克伯格等人一起,启动了一项名为“突破摄星”的太空探索计划,用一个能够达到五分之一光速的“纳米飞行器”拜访另一个星系……

在《果壳之宇宙》一书前言里,霍金引用了莎士比亚剧本里哈姆雷特的话:“即使被关在果壳之中,我仍是无限宇宙之王。”

开心也好,悲伤也好,2018年已经离去。在怀念霍金、记忆2018年的同时,我们更要向着明天出发。拥抱2019、继续新科技革命与产业变革的进程吧!


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