《环球科学》2019十大科学新闻

2019 年，我们经历了多次第一：第一次拍摄到黑洞、第一次在月球背面发现月幔物质、第一次看见量子纠缠……每个「第一次」，都意味着人类的认知范围又扩大了一点。正是这些「第一次」，筑成了人类文明一路前行的阶梯。现在，让我们一起来回顾，科学家在 2019 年为我们搭建的「文明阶梯」。
人类首次直接拍摄到黑洞

图片来源：EHT 合作组/欧洲南方天文台
2019 年 4 月 10 日，事件视界望远镜（EHT）项目团队在全球六地同步召开新闻发布会，发布了人类历史上的首张黑洞照片。这个黑洞位于巨椭圆星系 M87 中心，距离地球 5500 万光年，质量为太阳的 65 亿倍。这是人类首次目睹黑洞真容，这项成果不仅可以让科学家在引力极强的极端环境中验证广义相对论，也有助于揭开宇宙学领域的更多未解谜团。接下来，科学家将进一步增加观测望远镜的数量，希望拍出细节更丰富、角度更多样的黑洞照片。
5G 正式商用，5G 元年到来

图片来源：flickr
2019 年 6 月 6 日，中国工信部正式发布 5G 商用牌照，电信运营商获得牌照后，标志着 5G 业务的正式商用和 5G 元年的到来。同时，中国也成为韩国、美国、瑞士、英国后，第五个正式实现 5G 商用的国家。中国发放 5G 牌照后，相关部署进展迅速——截至 2019 年 11 月，中国 5G 套餐签约用户数达 87 万，开通 5G 基站 11.3 万个。同时，包括华为在内的中国企业在 5G 技术上也处于全球领先地位。这些事实意味着，中国在经历了 1G 空白、2G 落后、3G 追赶、4G 同步的阶段之后，在 5G 技术领域终于跻身全球第一梯队。5G 的广泛应用也必然会像互联网和 4G 网络一样，深度重塑人类社会。改变正在到来。
谷歌宣布实现「量子霸权」

图片来源：Google
2019 年 10 月 23 日，《自然》杂志发表了谷歌研究人员在量子计算领域的重要进展：谷歌研制的量子计算机首次实现「量子霸权」，这台量子计算机用 200 秒就能解决的问题，当今最先进的经典计算机需要花费 1 万年才能解决。在这篇论文中，谷歌量子计算机负责人约翰·马丁尼斯（John Martinis）带领的团队构建了一个名为 Sycamore 的量子芯片，这个芯片由 54 个量子比特构成，在执行复杂任务时表现出了令人震惊的效率。但在论文发表后，IBM 公司的研究人员对马丁尼斯团队的数据提出了质疑，认为采用先进算法的经典计算机在两天内就能完成任务。尽管如此，谷歌的最新研究仍是量子计算领域的重大进展，显示了量子计算机的巨大潜力。除了谷歌、IBM 等国外企业，阿里、腾讯等中国科技公司也已布局量子计算，目标只有一个，那就是真正通用的量子计算机。
「嫦娥」4 号首次在月球背面发现月幔物质

图片来源：国家国防科工局
2019 年 5 月 16 日，《自然》杂志发表了一篇来自中国探月团队的重要论文：「嫦娥」4 号在月球背面首次发现月幔物质。2019 年 1 月 3 日，「嫦娥」4 号在月球背面的冯·卡门陨石坑着陆。然后，「玉兔」2 号月球车便与「嫦娥」4 号分离，先后前往着陆点南侧与西北侧的两个探测点，获取了这里的光谱数据。探月团队分析数据后发现，在上述两处探测点，橄榄石的占比分别为 48% 和 55%，这是人类首次在月球找到高橄榄石含量的岩石样本，这种矿物组成也意味着，它们很可能来自上月幔。这项发现让人类得以透过月球表面窥视月球深处的物质组成，为完善月球形成与演化模型提供了有力支撑。
死猪大脑恢复部分细胞功能

图片来源：pixabay
2019 年 4 月 18 日，美国耶鲁大学科学家内纳德·塞斯坦（Nenad Sestan）发表论文称，利用全新的体外灌注系统——BrainEx，他和同事成功让死猪的大脑恢复了部分细胞功能。在这项研究中，塞斯坦团队利用特殊的管道，将猪的颈动脉和 BrainEx 相连，向猪脑灌注模拟血液。在持续灌注 6 小时后，研究人员发现，大脑皮层的细胞可以维持正常形态，并恢复了部分细胞功能。尽管在研究中没有检测到意识、感知等高阶大脑活动，但这项研究仍然令人震撼，这也说明在适当的情况下，大型哺乳动物的大脑组织可以在死后维持更长时间并恢复部分功能，这也为严重的大脑创伤的治疗提供了新思路。
亚马孙森林大火

图片来源：NASA
2019 年 8 月，亚马孙雨林再次发生严重火灾，并持续了 3 周以上的时间，烧毁森林超过 80 万公顷。亚马孙雨林被誉为「地球之肺」，有着极其丰富的生物多样性，在全球生态系统中起着无可替代的作用。但在南美，为了开垦耕地，当地人经常砍伐森林，然后点燃倒下的树木，把草木灰当作下一季耕作的肥料。由于这种耕作方式，亚马孙雨林常年火灾不断，这座原始森林被一步步推向危险的边缘：如果毁坏面积达到 20%~25%，亚马孙雨林可能就会进入衰退期，引发生态灾难。而目前，已经有 15%~17% 的雨林被毁，危机已经不远了——亚马孙需求全球的帮助。
世界第二例艾滋病治愈病例或已出现

图片来源：C. Goldsmith
2019 年 3 月 5 日，《自然》杂志的一篇报道引起了全球的关注：一名感染 HIV 的「伦敦病人」经过干细胞移植后，病情得到了缓解。停止服用抗 HIV 药物 18 个月后，这位病人体内仍然检测不到 HIV，他也有望成为世界上第二个被治愈的艾滋病患者。在他之前，「柏林病人」经历了大剂量的放化疗，完成了两次移植后，最终摆脱了艾滋病。但至今，「柏林病人」的成功一直未被复制，这让研究人员不禁怀疑「柏林病人」是否具有某种特殊性。而「伦敦病人」让科学家们看到了希望，尽管目前还不能确定他是否被治愈，但他的出现让科学家确信，艾滋病被治愈的理论依据是存在的，未来或许可以利用基因技术或抗体技术治愈艾滋病。
人类第一次看见量子纠缠

图片来源：格拉斯哥大学
2019 年 7 月 12 日，在一篇发表于《科学·进展》的论文中，英国物理学家保罗-安托万·莫罗（Paul-Antoine Moreau）展示了他和同事拍摄到的史上第一张量子纠缠照片，人类终于亲眼看见这种「幽灵般的超距作用」。如今的科学界已经普遍接受量子纠缠是存在的，不过始终没人真正看到量子纠缠。在这项最新研究中，莫罗设计了一个巧妙的系统，当两个相互纠缠的光子通过分束器分开后，会沿着两条光路传播，其中一个光子被探测器检测到之后，也会触发另一条光路上的相机进行拍照，进而可以捕捉到纠缠量子的图像。这项研究以直接的证据证明了量子纠缠是存在的，并且可能推动量子计算等新兴领域的发展，催生新型成像技术和设备。
基因研究首次论证现代人类确切起源地

图片来源：Garvin 医学研究所
2019 年 10 月 28 日，澳大利亚科学家瓦妮莎·海斯（Vanessa Hayes）发表论文称，通过对 1217 人进行血液采样，分析一种名为「L0」的线粒体 DNA，首次把现代人类的起源地指向 20 万年前的马卡迪卡迪湿地。这是首个论证现代人类起源的确切地点的研究，但也有不少科学家指出，这项研究的结论有待商榷，因为仅从线粒体 DNA 这一个层面来确定现代人的起源地并不可靠，而且此前通过研究 Y 染色体，科学家还得出过相反的结论——人类起源于非洲西部，而不是南部。但不管怎样，海斯团队至少为「我们来自何处」这一古老谜题提供了重要线索和探索方向，也许未来的科学家会基于他们的研究找到可靠的答案。
马德里气候大会未能取得重要成果

图片来源：flickr
2019 年 12 月 15 日，联合国气候变化马德里大会在延时两天之后落下帷幕。这届气候大会被称为「史上最长」，直到 15 日，缔约各方才通过了《智利-马德里行动时刻》。而在本次气候大会备受关注的《巴黎协定》第六条碳市场机制的探讨上，各方未能取得共识，只能留待来年审议。从目前来看，要在 2050 年达到碳中和目标，时间已经相当紧迫，而美国在 2019 年 11 月正式启动退出《巴黎协定》的程序，更是给这一目标的达成蒙上一层阴影。好在，马德里气候大会的与会各方在碳市场机制问题上持积极态度，中国也在持续推动相关各方早日达成共识——2020 年的气候大会上，我们也许能听到好消息。要把全球平均气温上升幅度控制在 2℃内，只能依靠全球的共同努力。
在评选本年度「十大科学新闻」时，除了专家评审团的参与外，《环球科学》编辑部还得到了 15 家优秀学术自媒体的支持，他们是（按拼音顺序排列）：BioArt、高分子科学前沿、慧天地、机器之心、集智俱乐部、京师物理、纳米人、PaperWeekly、全国地研联、X-MOL、学术经纬、研之成理、营养发现、中科院地质地球所、中科院物理所，在此向他们表示感谢。