这一年有哪些科学突破？

摘要：2016年，生物学、人工智能等领域均有突破，但最耀眼的还是“引力波”。

美国《科学》杂志公布了其评选的2016年十大科学突破，有“时空涟漪”之称的引力波被发现当选今年头号突破。

“当记者和编辑聚在一起讨论（今年的）重大科学新闻时，我们没有花很多时间就选出了‘年度头号突破’，”《科学》新闻编辑蒂姆·阿彭策勒在一份声明中说，“2016年里有许多了不起的成就，但引力波的发现比其他所有事件高出一筹。”

发现引力波无悬念拔头筹

2016年2月，参与美国“激光干涉引力波天文台（LIGO）”项目的研究人员联合宣布，他们利用LIGO的两个探测器于2015年9月14日探测到来自两个黑洞合并产生的引力波信号。这填补了爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。

《科学》杂志的解读文章说，引力波的发现证实了爱因斯坦在一个世纪前的预测，“震动了科学界”。这一成功来之不易，因为爱因斯坦本人都曾怀疑引力波是否真的存在，而且即便存在，也可能由于信号太弱而无法探测。“现在，物理学家正热切期待接下来会发生什么，因为引力波能以全新的方式来探索宇宙。”

引力波的发现2016年以来已获得多个国际重要奖项，包括一年一度的美国“科学突破奖”，它也入选英国《自然》杂志评选的2016年度重大科学事件。

碰撞的黑洞和引力波

引力波是一种时空涟漪，如同石头被丢进水里产生的波纹。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。100年前，爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实，唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。

上世纪70年代，曾有美国科学家在观测双星系统的过程中，发现引力波存在的间接证据，并因此获得1993年诺贝尔物理学奖。

在《物理学评论通讯》杂志发表的新研究中，科学家探测到的是由黑洞合并产生的一个时间极短的引力波信号，持续不到1秒。它经过13亿年的漫长旅行，于2015年9月14日抵达地球，被刚改造升级的LIGO的两个探测器以7毫秒的时间差先后捕捉到。

据研究人员估计，两个黑洞合并前的质量分别相当于36个和29个太阳质量，合并后的总质量是62个太阳质量，3个太阳质量的能量以引力波的形式在不到1秒的时间内释放，释放的峰值能量比整个可见宇宙释放的能量还要高出约50倍。

LIGO是美国分别在路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州小城汉福德市建造的两个引力波探测器，改造升级后其探测灵敏度大幅提高。10多个国家超过1000名科学家参与了这个搜寻引力波的项目。

《科学》杂志：2017年四大主题值得关注

据新华社，美国《科学》杂志发表对2017年科学展望的文章，认为有四大主题值得关注。

第一，美国总统选举结果和英国脱欧公投对科研的影响。文章说：“对许多科学家来说，大西洋两岸惊人的选举（公投）结果可能是2016年度‘崩溃’事件。”美国当选总统特朗普对气候变化问题态度消极，这不是好兆头。

研究人员还担心，美国国会和白宫都受共和党控制，而共和党曾表示要削减国内开支，并对涉及胎儿组织和胚胎干细胞等的研究课题持反对态度。在欧洲，英国退出欧盟的投票结果，将减少英国参与欧洲研究项目以及往返英国和欧洲大陆的学生和研究人员的流动。

第二，突破胚胎培育时间限制。2016年，科学家在实验室中让人类胚胎发育至近两周，打破了之前9天的纪录。这项研究成果有可能会带来新的研究，但也掀起新一轮伦理争论。几十年来，研究用胚胎发育时间不超过14天的伦理限制已被广泛接受。是否应该突破这个界限，允许科学家研究14天到28天大的胚胎呢？英国两个研究团队12月就此召开研讨会，一些生物学家希望这将有助于促进广泛的公众讨论。

第三，寨卡疫苗测试。寨卡疫苗的效果将在2017年得到验证。迄今，接受测试的几乎每一种候选寨卡疫苗都能为猴子提供完全的保护，其中至少有3种疫苗开始了小规模人体试验，以评估它们的安全性与激发免疫反应的能力。如果这些疫苗通过测试，那么将在明年进行有效性临床试验。但有两个关切可能会延缓疫苗研发进展。一是理论上寨卡病毒抗体可能会与近亲登革病毒发生交叉反应，从而让人们容易感染高致命性的登革热；二是寨卡疫情在拉丁美洲传播非常迅速，许多拉美人可能出现了免疫力，这会掩盖疫苗的效果。

第四，搜索太阳系第九大行星。在冥王星遭“降级”后，太阳系只剩下八大行星，但2016年1月，天文学家宣布他们发现了太阳系中可能存在第九大行星的证据。科学家尚未直接观测到这颗行星，而是通过太阳系边缘的一些冰冻天体轨道所受引力推算出来的，此后他们还发现了这颗行星存在的更多迹象。现在，几个科研团队正利用大型望远镜搜寻“行星九”。

另外9个重大科学突破

发现离我们最近的系外行星

比邻星是距太阳系最近的恒星，今年天文学家发现一颗环绕比邻星运行的类地球行星，其表面温度理论上适合液态水存在。他们认为这个新发现的世界为详细研究太阳系外行星提供了最佳机会。

“人机大战”电脑获胜

人工智能程序“阿尔法围棋”击败当时世界排名第二的韩国棋手李世石。就在10年前，许多专家认为电脑绝不会在围棋上战胜人类的世界冠军。

杀死衰老细胞葆青春

2016年2月发表的一项动物研究显示，清除衰老细胞能使小鼠的器官更加健康，从而使寿命延长超过20%。同一个研究小组10月还报告说，清除衰老细胞能帮助小鼠减少动脉硬化斑块的形成。

猿类也有“读心术”

研究人员利用黑猩猩、倭黑猩猩和猩猩开展的一项研究显示，猿类可能也能揣测“他人”的心思，甚至知道“他人”的看法是不正确的，这意味着猿类与人类的相似之处可能超出了我们此前的认知。

设计并合成人工蛋白

科学家已学会设计并合成非天然的蛋白质，为开发新药物与材料打下基础。

纯体外培育出正常卵子

日本研究人员利用实验鼠的诱导多功能干细胞，首次全程在体外培育出正常卵子，并且通过人工授精获得健康后代。

大多数人群的祖先从非洲走出

3个独立的研究显示，非洲以外大多数人群的祖先都可以追溯至数万年前的一波走出非洲的大迁徙。

开发出手持式DNA测序仪

英国牛津纳米孔公司利用一种名为纳米孔的突破性技术开发出手持式DNA测序仪。与现有技术相比，这种测序方法更加便捷、廉价。

轻薄如纸的超材料镜头

哈佛大学研究人员利用高约600纳米的二氧化钛“纳米砖”堆出一块轻薄如纸的超材料镜头。如果能够广泛应用，未来的智能手机和相机都会变得超级轻薄。

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对于2016年的科技突破，以及2017年的科技展望，微博上也有不少关注：

@中国企业家杂志：

去年人工智能领域十大标志性事件 1.AlphaGo围棋对弈战胜李世石；2。白宫发表人工智能战略报告与规划；3。全球人工智能企业融资额再创新高；4。华人AI研究贡献占据全球份额近一半；5。五大科技巨头组超级AI 联盟；6。特斯拉自动驾驶汽车首次致死车祸；7。微软在话语识别能力上超越人类；8.Amazon GO展现智能商业新形态；9。人工智能改善癌症诊断疗法；10。扎克伯格发布AI管家“贾维斯”。

@北大新媒体：

时光的车轮在2016年科学史上留下了深深印记。随着新年的到来，科学家们开始展望更加绚丽的未来图景。他们希望：关于CRISPR-Cas9的专利之争能盖棺定论、量子计算领域涌现出一位真正的王者、寻找地球兄弟“行星九”的努力有所突破…

@科学探索：

理论上可能存在的太阳系“第九大行星”可能对整个太阳系各大行星的轨道倾角造成了显著影响。尽管太阳系的8大行星的公转轨道面基本还都是在同一个平面上（黄道面），但太阳的自转轴却并非与黄道面垂直，而是存在大约6度倾角。

@中华城市地理：

科学家研究发现现代的人类的确拥有共同的祖先，在很久很久以前，生活在非洲。这张地图显示了现代人走出非洲到达世界各地的时间历程。

@万精油微博（数学家）：

美国《科学》杂志让读者评选今年最大科技突破。AlphaGo目前排第二，竟然在引力波之前。排在第一的是试管胚胎。我个人认为引力波应该排第一，因为那是集很多科技进步之大成才能得以实现。AlphaGo第二，不错。这个结果带来的影响很大，目前已有人工智能革命的架势。试管胚胎只是在伦理上争论很大。