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在2017年步入尾聲的時候，太多的大事化作我們手機上的一條條推送，一個個彈窗，湮滅在每天的細枝末節(jié)里。讓我們回顧這一年中值得被記住的科學大事件，一起期待新一年科學將帶來的驚喜與希望……

量子技術(shù)爆發(fā)：

通信和計算領(lǐng)域的高速發(fā)展

量子技術(shù)經(jīng)過實驗室中的漫長發(fā)展，在今年迎來了爆發(fā)期。

1月，由我國完全自主研制的世界上第一顆量子通信衛(wèi)星“墨子號”正式交付開展科學實驗?！澳犹枴辈粌H在國際上率先實現(xiàn)了千公里級星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學非定域性檢驗，更在國際上首次成功實現(xiàn)了從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)，圓滿實現(xiàn)了全部三大既定科學目標。量子密鑰是目前人類已知的不可竊聽、不可破譯的無條件安全的通信方式?！澳犹枴钡某晒?，為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)、開展空間尺度量子通信網(wǎng)絡(luò)研究、空間量子物理學和量子引力實驗檢驗等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)；同時，也為中國在未來繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了科學與技術(shù)基礎(chǔ)。

5月，中國科學院在上海召開新聞發(fā)布會，宣布世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機誕生。IBM于同月發(fā)布了17量子比特位的處理器，又在11月宣布了20量子位的量子計算機問世，并構(gòu)建了50量子比特的量子計算機原理樣機，在科學界引起了軒然大波。

量子科學的征途任重道遠，科學將全力以赴，上下求索。

AI技術(shù)節(jié)節(jié)開花：

人工智能帶來的變化和挑戰(zhàn)

3月，人工智能Libratus在賓夕法尼亞州挑戰(zhàn)美國頂尖德州撲克游戲玩家，在12萬手比賽后，Libratus完勝全部4個對手。Libratus使用的“強化學習”方式能讓計算機生成更具創(chuàng)造性的策略，在信息不完全的情況下作出更好的決策。

5月，強化版圍棋人工智能AlphaGo在中國烏鎮(zhèn)3:0戰(zhàn)勝世界第一棋手柯潔，并與八段棋手協(xié)同作戰(zhàn)在組隊戰(zhàn)中全勝5位頂尖九段棋手。

10月，橫空出世的AlphaGo Zero僅通過40天的學習就戰(zhàn)勝了自己的雙胞胎兄弟AlphaGo Master。AlphaGo Zero采用無監(jiān)督學習，從零開始，不需要任何人類的經(jīng)驗，并通過強化學習發(fā)現(xiàn)了新的圍棋定式。AlphaGo Zero還優(yōu)化了核心算法，將策略網(wǎng)絡(luò)和值網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，并引入深度殘差網(wǎng)絡(luò)，用更少的算力得到了更好的結(jié)果。

隨著技術(shù)的發(fā)展，人工智能的時代已經(jīng)到來。除了撲克和圍棋，人工智能將會更加深入我們的生活，為人類社會帶來新的變化和挑戰(zhàn)。

時間晶體：  

    打破時間的限制

2012年，諾貝爾物理學獎得主維爾切克提出了一個瘋狂的想法：時間晶體。時間晶體的神奇之處在于，降溫后它能在時間上自發(fā)地出現(xiàn)周期性的運動，從而打破時間平移對稱性。如果我們把空間晶體和時間晶體的概念綜合起來，就會得到一種特殊的物質(zhì)，可以同時在四維時空中結(jié)晶，形成所謂的時間-空間晶體。在維爾切克的設(shè)想中，未來會有一天，人類可以對時空晶體進行編程，把大腦意識上傳到“時空晶體”中，做成時光膠囊。即使地老天荒，即使宇宙熱寂，那些美妙的情感仍舊永存。

時間晶體引發(fā)了廣泛的爭議，很多人認為它是不可能做到的。但終于還是有人做出來了。

今年3月，美國哈佛大學和馬里蘭大學兩個實驗組在《自然》上發(fā)表兩篇論文，宣布基于金剛石色心和離子阱系統(tǒng)，在實驗中驗證了離散時間晶體的存在。實驗的成功促使人們在各種物理模型中，研究離散時間晶體，乃至時間準晶體。

未來是否還會出現(xiàn)時間玻璃態(tài)？誰知道呢，我們期待大自然帶來的驚喜。

氣候變化領(lǐng)域   

    風云莫測

7月12日，南極Larsen C冰架崩裂，形成的冰山之大史上少見，重量超過一萬億噸，面積約5800平方公里。預計新形成的冰山將命名為A68?？蒲腥藛T指出，由于冰架在崩裂之前就已經(jīng)漂浮在水面上，因此應(yīng)該不會立即對海平面造成影響。不過，這次崩裂可能增加Larsen C冰架其余部分也瓦解的風險。如果Larsen C冰架上的所有冰川崩塌，海平面將升高約10厘米。

在宏觀層面，一次又一次的劇情反轉(zhuǎn)讓人心生隱憂。

“卡西尼”號   

     傳奇謝幕

2017年9月15日3時31分48秒（太平洋夏令時），卡西尼號沖進土星大氣開始劇烈摩擦，12秒鐘之后與她深愛的那顆行星永遠地融為了一體。而人類所接收到的信號，即便在以30萬千米/秒的速度狂奔，都要等待83分鐘才能從遙遠的土星傳回地球。

13年的任務(wù)周期，卡西尼號為人類傳輸回來了近500 GB的土星相關(guān)的數(shù)據(jù)，人類科學家為此發(fā)表了近3000篇的科學論文，它完全顛覆了我們對土星乃至太陽系的認知。它的復雜軌道設(shè)計和控制，也讓人類航天的深空探測、控制和導航技術(shù)得到了極大地提升。

因此，它是人類歷史上偉大的探測器之一。

引力波獲得

         諾貝爾獎

瑞典皇家科學院宣布將2017年諾貝爾物理學獎授予三位引力波探測計劃的重要科學家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·S·索恩，三人均來自LIGO/VIRGO合作組，以獎勵他們在“LIGO探測器以及引力波探測方面的決定性貢獻”。

2017年10月16日深夜，來自地面引力波探測器LIGO（美國）、VIRGO（意大利）和全球大約70個天文臺的科學家代表們在華盛頓特區(qū)的國家記者俱樂部，舉行新聞發(fā)布會，公布引力波探測中的新發(fā)現(xiàn)。

人造子宮

       的奇跡

這不是黑客帝國里的橋段，而是一項在費城兒童醫(yī)院實現(xiàn)的科學突破。現(xiàn)在，我們可以通過一個充滿液體的塑料袋，來維持極度早產(chǎn)羊羔的生存。袋子里裝滿了人造羊水，以此創(chuàng)造一個與子宮內(nèi)狀況相似的環(huán)境。

在這之前，也有其他團隊進行過類似研究，但是這一次是由羔羊自己的心臟為子宮提供動力。每只在這些充滿了液體的袋子里能存活下來的羔羊，都是基于一個能將血液通過臍帶泵入一個特殊的充氧裝置的系統(tǒng)。研究中，科學家使用的是約105-115天的早產(chǎn)羊胎，相當于約23周的人類早產(chǎn)嬰兒。

未來，我們希望這項技術(shù)能夠用于庇護那些提前來到人世間的早產(chǎn)兒。

悟空暗物質(zhì)衛(wèi)星    

       新發(fā)現(xiàn)

2017年11月27日，中國科學院在北京舉行新聞發(fā)布會，宣布悟空暗物質(zhì)衛(wèi)星取得重大成果。

作為基本粒子之一的中微子，有一個臭名昭著的特征：它們像幽靈一般，幾乎不與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)！科學家為了捕捉它們的蹤跡通常需要建造包含幾萬或數(shù)十萬噸的探測材料的巨大探測器，才能增加中微子和物質(zhì)間的反應(yīng)幾率。然而，今年8月，美國橡樹嶺國家實驗室設(shè)計了一種可以隨手攜帶，并且只有14.6公斤的小型中微子探測器，第一次捕捉到了43年前就被預測的一個反應(yīng)：低能量的中微子與原子核內(nèi)所有的核子發(fā)生散射。這個過程被稱為“相干彈性中微子-原子核散射”。此次的發(fā)現(xiàn)不僅驗證了物理學家Daniel Freedman在1974年的預言，也為便攜式探測器開辟了道路。

雙中子星并合引力波

   成功探測

8月17日，從遙遠太空傳來的短短一瞬的信號，沸騰了整個天文界；10月16日，全球數(shù)十家天文機構(gòu)同時宣布了一個“前所未有”的重大消息：人類第一次探測到雙中子星并合產(chǎn)生的引力波信號。這個信號，讓世界各地的望遠鏡指向了同一個方向，也讓全球天文學家空前聯(lián)手。

與黑洞不同，雙中子星的并合不但會產(chǎn)生引力波，而且還會拋射物質(zhì)并產(chǎn)生各種電磁信號，讓我們能夠“看”到。此前，科學家雖然曾4測探測到引力波，但由于黑洞的并合不會有任何電磁波輻射，人類只能“聽”到。而雙子星并合事件，則意味著人類首次同時“看到”并“聽到”來自宇宙的信號，是一場宇宙展現(xiàn)在人類面前的視聽盛宴。

雙子星并合引力波的成功探測，開啟了多信使天文學的時代，在天文學以及物理學發(fā)展史上具有劃時代的意義。在某種程度上，它的意義可以與第一次探測到引力波相提并論。在未來，隨著對雙中子星并合現(xiàn)象研究的深入，我們對宇宙的了解將翻開新的一頁。

人工合成酵母基因組

進一步了解生命

3月，《科學》（Science）雜志以?？男问浇榻B了世界上首例人造酵母合成項目的進展。人造酵母項目是深化生命科學研究進展、應(yīng)用生命科學研究成果的重要一步，通過對比人造酵母與天然酵母的區(qū)別，科學家們可以更加準確地了解生命的運作方式，操控生命活動。

目前為止，科學家們一共合成了酵母16對目標染色體中的6對半。這并不是個簡單的數(shù)字：人工化學合成的DNA一直面臨著成本高、錯誤多的問題，合成染色體長度的DNA極具挑戰(zhàn)性。在酵母DNA合成的研究中，科學家們通過合成寡核苷酸鏈（即短的DNA鏈）再拼接的方式，終于得到了全長的酵母染色體。從合成簡單的病毒、支原體開始，直到合成單細胞真核生物酵母菌，科學家們逐步攻克了基因大小與基因復雜程度上的障礙，為后續(xù)合成更加復雜的生命提供了可能。

基因療法

   為醫(yī)學帶來新希望

今年，科學家不斷探索著基因治療的可能性。

7月，中國的科學家們意外地發(fā)現(xiàn)了通過DNA靶向編輯 CRISPR-Cas9技術(shù)治療染色體遺傳病的可能。研究團隊發(fā)現(xiàn)，利用Y染色體敲除實驗的方法，設(shè)計專門針對21號染色體的特定CRISPR靶向系統(tǒng)，可以在體外細胞實驗中實現(xiàn)多余21號染色體的敲除。這項研究首次為唐氏綜合征的治療提供了希望。

11月，來自德國和意大利的研究人員在《自然》（Nature）雜志發(fā)表了一篇利用基因編輯技術(shù)治療單基因遺傳病的文章。文章中涉及的病例是一位罹患交界型大皰性表皮松解癥（JEB）的男孩，由于LAMB3基因的突變，患者的皮膚會經(jīng)歷頻發(fā)性的破損、感染以及糜爛，導致患者處于長期的疼痛之中。研究者們通過逆轉(zhuǎn)錄病毒結(jié)合CRISPR-Cas9技術(shù)將完好的LAMB3基因成功地導入患者皮膚細胞，插入細胞的基因組中修復突變的LAMB3基因，治愈了患者。而在此前，這種罕見遺傳疾病并沒有有效的治療方法，40%的患者甚至會在青春期前死亡。

在其他研究中，CRISPR-Cas9技術(shù)對遺傳性心臟病、I型脊髓型肌肉萎縮癥等疾病的治療與治愈也起到了極大的推進作用。CRISPR-Cas9及其相關(guān)應(yīng)用自從面世以來已經(jīng)連續(xù)三年上榜“年度十大科學突破”，這種源自細菌的基因編輯技術(shù)究竟還有多少潛力，讓我們拭目以待。

古老人類化石、

新種大猿的發(fā)現(xiàn)

無論是對歷史的追溯還是對新物種的發(fā)現(xiàn)，2017年，人類還在不斷探尋著自己和近親的演化本源。

6月，在摩洛哥發(fā)現(xiàn)了目前已知古老智人化石。這批在杰貝爾依羅發(fā)現(xiàn)的化石測年結(jié)果為30萬年，是目前我們已知的擁有定年的智人在非洲早期演化的證據(jù)。通過對頭骨化石的分析，科學家發(fā)現(xiàn)了其具有進步與原始特征共存的鑲嵌現(xiàn)象，雖然這些古人類擁有較為現(xiàn)代的面部形態(tài)，顱內(nèi)模的形態(tài)雖然較為原始，但與中更新世古老型人類又不完全相同。此外，化石發(fā)掘于北非這一特殊地理位置，也證明了智人在非洲大陸上演化的復雜性。

11月，人類發(fā)現(xiàn)了新的近親：達巴奴里猩猩（Pongo tapanuliensis）。這個在印尼北蘇門答臘省達巴奴里被發(fā)現(xiàn)的紅毛猩猩，是自1929年以來人類首次發(fā)現(xiàn)的新種大猿，自此，現(xiàn)生人科物種增加到了8種。此前，科學家們一直把他們當中是蘇門答臘猩猩（P. abelii）的一個種群，然而在大規(guī)模的研究后，人們發(fā)現(xiàn)達巴奴里猩猩的顱骨、牙齒、下頜和其他猩猩有顯著區(qū)別，毛發(fā)更卷，胡子更長，基因也有顯著差異，應(yīng)該獨立成種。這種瀕危的物種使科學家重新思考了猩猩屬的演化軌跡，并思考如何區(qū)分物種，制定保護政策，保護古老而特殊的生物類群。

冷凍電鏡標志年

讓人類看到生命過程

冷凍電鏡技術(shù)，我們能看到的微觀世界從圖片左側(cè)這樣，變成了右側(cè)這樣。

10月4日，諾貝爾化學獎揭曉。來自瑞士、美國和英國的三位科學家因“研發(fā)出冷凍電子顯微技術(shù)用于溶液中生物分子結(jié)構(gòu)的高分辨測定”獲得諾貝爾化學獎，2017年成為冷凍電鏡技術(shù)的重要一年。

圖像是理解問題的關(guān)鍵，人類理解事物主要依靠通過各種手段去“看”它們。過去，電子顯微技術(shù)被認為只適合觀測部分物質(zhì)，因為高強度的電子束會摧毀大量表面敏感的材料，導致其圖像模糊。然而冷凍電鏡的出現(xiàn)打破了桎梏，通過冷凍手段抑制生物大分子的運動，科學家們開始看到此前從未見過的生物過程。三位科學家對冷凍電鏡做出了一系列開創(chuàng)性的工作。諸如對模糊圖像進行處理合并的算法、在高真空下通過低溫使水玻璃化等一系列手段，使得冷凍電鏡終能夠?qū)崿F(xiàn)原子級別的分辨率。此后，人類終于得以一窺作為生命基礎(chǔ)的分子機器的真實面目。

冷凍電鏡的發(fā)展給生物化學、材料化學等領(lǐng)域帶來了全新的工具，科學家們得以深入過去無法涉足的領(lǐng)域，觀測生物大分子、敏感電池材料等表面發(fā)生的具體過程，結(jié)構(gòu)生物學等領(lǐng)域得以不斷涌現(xiàn)出大量突破性成果。