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

量子技術(shù)爆發(fā)：

通信和計(jì)算領(lǐng)域的高速發(fā)展

量子技術(shù)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室中的漫長(zhǎng)發(fā)展，在今年迎來(lái)了爆發(fā)期。

1月，由我國(guó)完全自主研制的世界上第一顆量子通信衛(wèi)星“墨子號(hào)”正式交付開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)?！澳犹?hào)”不僅在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)，更在國(guó)際上首次成功實(shí)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(shí)現(xiàn)了全部三大既定科學(xué)目標(biāo)。量子密鑰是目前人類已知的不可竊聽、不可破譯的無(wú)條件安全的通信方式?！澳犹?hào)”的成功，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(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)；同時(shí)，也為中國(guó)在未來(lái)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(wèn)題檢驗(yàn)前沿研究奠定了科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

5月，中國(guó)科學(xué)院在上海召開新聞發(fā)布會(huì)，宣布世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)問(wèn)世，并構(gòu)建了50量子比特的量子計(jì)算機(jī)原理樣機(jī)，在科學(xué)界引起了軒然大波。

量子科學(xué)的征途任重道遠(yuǎn)，科學(xué)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(lái)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(guó)頂尖德州撲克游戲玩家，在12萬(wàn)手比賽后，Libratus完勝全部4個(gè)對(duì)手。Libratus使用的“強(qiáng)化學(xué)習(xí)”方式能讓計(jì)算機(jī)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(qiáng)化版圍棋人工智能AlphaGo在中國(guó)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(duì)?wèi)?zhàn)中全勝5位頂尖九段棋手。

10月，橫空出世的AlphaGo Zero僅通過(guò)40天的學(xué)習(xí)就戰(zhàn)勝了自己的雙胞胎兄弟AlphaGo Master。AlphaGo Zero采用無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)，從零開始，不需要任何人類的經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)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(shí)代已經(jīng)到來(lái)。除了撲克和圍棋，人工智能將會(huì)更加深入我們的生活，為人類社會(huì)帶來(lái)新的變化和挑戰(zhàn)。

時(shí)間晶體：  

    打破時(shí)間的限制

2012年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主維爾切克提出了一個(gè)瘋狂的想法：時(shí)間晶體。時(shí)間晶體的神奇之處在于，降溫后它能在時(shí)間上自發(fā)地出現(xiàn)周期性的運(yùn)動(dòng)，從而打破時(shí)間平移對(duì)稱性。如果我們把空間晶體和時(shí)間晶體的概念綜合起來(lái)，就會(huì)得到一種特殊的物質(zhì)，可以同時(shí)在四維時(shí)空中結(jié)晶，形成所謂的時(shí)間-空間晶體。在維爾切克的設(shè)想中，未來(lái)會(huì)有一天，人類可以對(duì)時(shí)空晶體進(jìn)行編程，把大腦意識(shí)上傳到“時(shí)空晶體”中，做成時(shí)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(shí)間晶體引發(fā)了廣泛的爭(zhēng)議，很多人認(rèn)為它是不可能做到的。但終于還是有人做出來(lái)了。

今年3月，美國(guó)哈佛大學(xué)和馬里蘭大學(xué)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了離散時(shí)間晶體的存在。實(shí)驗(yàn)的成功促使人們?cè)诟鞣N物理模型中，研究離散時(shí)間晶體，乃至?xí)r間準(zhǔn)晶體。

未來(lái)是否還會(huì)出現(xiàn)時(shí)間玻璃態(tài)？誰(shuí)知道呢，我們期待大自然帶來(lái)的驚喜。

氣候變化領(lǐng)域   

    風(fēng)云莫測(cè)

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(guò)一萬(wàn)億噸，面積約5800平方公里。預(yù)計(jì)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(huì)立即對(duì)海平面造成影響。不過(guò)，這次崩裂可能增加Larsen C冰架其余部分也瓦解的風(fēng)險(xiǎn)。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(hào)   

     傳奇謝幕

2017年9月15日3時(shí)31分48秒（太平洋夏令時(shí)），卡西尼號(hào)沖進(jìn)土星大氣開始劇烈摩擦，12秒鐘之后與她深愛(ài)的那顆行星永遠(yuǎn)地融為了一體。而人類所接收到的信號(hào)，即便在以30萬(wàn)千米/秒的速度狂奔，都要等待83分鐘才能從遙遠(yuǎn)的土星傳回地球。

13年的任務(wù)周期，卡西尼號(hào)為人類傳輸回來(lái)了近500 GB的土星相關(guān)的數(shù)據(jù)，人類科學(xué)家為此發(fā)表了近3000篇的科學(xué)論文，它完全顛覆了我們對(duì)土星乃至太陽(yáng)系的認(rèn)知。它的復(fù)雜軌道設(shè)計(jì)和控制，也讓人類航天的深空探測(cè)、控制和導(dǎo)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(cè)器之一。

引力波獲得

         諾貝爾獎(jiǎng)

瑞典皇家科學(xué)院宣布將2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予三位引力波探測(cè)計(jì)劃的重要科學(xué)家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·S·索恩，三人均來(lái)自LIGO/VIRGO合作組，以獎(jiǎng)勵(lì)他們?cè)凇癓IGO探測(cè)器以及引力波探測(cè)方面的決定性貢獻(xiàn)”。

2017年10月16日深夜，來(lái)自地面引力波探測(cè)器LIGO（美國(guó)）、VIRGO（意大利）和全球大約70個(gè)天文臺(tái)的科學(xué)家代表們?cè)谌A盛頓特區(qū)的國(guó)家記者俱樂(lè)部，舉行新聞發(fā)布會(huì)，公布引力波探測(cè)中的新發(fā)現(xiàn)。

人造子宮

       的奇跡

這不是黑客帝國(guó)里的橋段，而是一項(xiàng)在費(fèi)城兒童醫(yī)院實(shí)現(xiàn)的科學(xué)突破?，F(xiàn)在，我們可以通過(guò)一個(gè)充滿液體的塑料袋，來(lái)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(gè)與子宮內(nèi)狀況相似的環(huán)境。

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

未來(lái)，我們希望這項(xiàng)技術(shù)能夠用于庇護(hù)那些提前來(lái)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(guó)科學(xué)院在北京舉行新聞發(fā)布會(huì)，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(gè)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(xué)家為了捕捉它們的蹤跡通常需要建造包含幾萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)噸的探測(cè)材料的巨大探測(cè)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(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一種可以隨手?jǐn)y帶，并且只有14.6公斤的小型中微子探測(cè)器，第一次捕捉到了43年前就被預(yù)測(cè)的一個(gè)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(gè)過(guò)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(yàn)證了物理學(xué)家Daniel Freedman在1974年的預(yù)言，也為便攜式探測(cè)器開辟了道路。

雙中子星并合引力波

   成功探測(cè)

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

與黑洞不同，雙中子星的并合不但會(huì)產(chǎn)生引力波，而且還會(huì)拋射物質(zhì)并產(chǎn)生各種電磁信號(hào)，讓我們能夠“看”到。此前，科學(xué)家雖然曾4測(cè)探測(cè)到引力波，但由于黑洞的并合不會(huì)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(shí)“看到”并“聽到”來(lái)自宇宙的信號(hào)，是一場(chǎng)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(cè)，開啟了多信使天文學(xué)的時(shí)代，在天文學(xué)以及物理學(xué)發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義。在某種程度上，它的意義可以與第一次探測(cè)到引力波相提并論。在未來(lái)，隨著對(duì)雙中子星并合現(xiàn)象研究的深入，我們對(duì)宇宙的了解將翻開新的一頁(yè)。

人工合成酵母基因組

進(jìn)一步了解生命

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

目前為止，科學(xué)家們一共合成了酵母16對(duì)目標(biāo)染色體中的6對(duì)半。這并不是個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字：人工化學(xué)合成的DNA一直面臨著成本高、錯(cuò)誤多的問(wèn)題，合成染色體長(zhǎng)度的DNA極具挑戰(zhàn)性。在酵母DNA合成的研究中，科學(xué)家們通過(guò)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(zhǎng)的酵母染色體。從合成簡(jiǎn)單的病毒、支原體開始，直到合成單細(xì)胞真核生物酵母菌，科學(xué)家們逐步攻克了基因大小與基因復(fù)雜程度上的障礙，為后續(xù)合成更加復(fù)雜的生命提供了可能。

基因療法

   為醫(yī)學(xué)帶來(lái)新希望

今年，科學(xué)家不斷探索著基因治療的可能性。

7月，中國(guó)的科學(xué)家們意外地發(fā)現(xiàn)了通過(guò)DNA靶向編輯 CRISPR-Cas9技術(shù)治療染色體遺傳病的可能。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，利用Y染色體敲除實(shí)驗(yàn)的方法，設(shè)計(jì)專門針對(duì)21號(hào)染色體的特定CRISPR靶向系統(tǒng)，可以在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)多余21號(hào)染色體的敲除。這項(xiàng)研究首次為唐氏綜合征的治療提供了希望。

11月，來(lái)自德國(guó)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(huì)經(jīng)歷頻發(fā)性的破損、感染以及糜爛，導(dǎo)致患者處于長(zhǎng)期的疼痛之中。研究者們通過(guò)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(dǎo)入患者皮膚細(xì)胞，插入細(xì)胞的基因組中修復(fù)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(méi)有有效的治療方法，40%的患者甚至?xí)谇啻浩谇八劳觥?/span>

在其他研究中，CRISPR-Cas9技術(shù)對(duì)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(jìn)作用。CRISPR-Cas9及其相關(guān)應(yīng)用自從面世以來(lái)已經(jīng)連續(xù)三年上榜“年度十大科學(xué)突破”，這種源自細(xì)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(wú)論是對(duì)歷史的追溯還是對(duì)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(cè)年結(jié)果為30萬(wàn)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(guò)對(duì)頭骨化石的分析，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了其具有進(jìn)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(fù)雜性。

11月，人類發(fā)現(xiàn)了新的近親：達(dá)巴奴里猩猩（Pongo tapanuliensis）。這個(gè)在印尼北蘇門答臘省達(dá)巴奴里被發(fā)現(xiàn)的紅毛猩猩，是自1929年以來(lái)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(xué)家們一直把他們當(dāng)中是蘇門答臘猩猩（P. abelii）的一個(gè)種群，然而在大規(guī)模的研究后，人們發(fā)現(xiàn)達(dá)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(zhǎng)，基因也有顯著差異，應(yīng)該獨(dú)立成種。這種瀕危的物種使科學(xué)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(hù)政策，保護(hù)古老而特殊的生物類群。

冷凍電鏡標(biāo)志年

讓人類看到生命過(guò)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(xué)獎(jiǎng)揭曉。來(lái)自瑞士、美國(guó)和英國(guó)的三位科學(xué)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(cè)定”獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，2017年成為冷凍電鏡技術(shù)的重要一年。

圖像是理解問(wèn)題的關(guān)鍵，人類理解事物主要依靠通過(guò)各種手段去“看”它們。過(guò)去，電子顯微技術(shù)被認(rèn)為只適合觀測(cè)部分物質(zhì)，因?yàn)楦邚?qiáng)度的電子束會(huì)摧毀大量表面敏感的材料，導(dǎo)致其圖像模糊。然而冷凍電鏡的出現(xiàn)打破了桎梏，通過(guò)冷凍手段抑制生物大分子的運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家們開始看到此前從未見過(guò)的生物過(guò)程。三位科學(xué)家對(duì)冷凍電鏡做出了一系列開創(chuàng)性的工作。諸如對(duì)模糊圖像進(jìn)行處理合并的算法、在高真空下通過(guò)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(jí)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(jī)器的真實(shí)面目。

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