02.28 你認為最近這10年來最偉大的科學成就是什麼?

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轉眼間2019年已經接近尾聲,在21世紀第二個十年間,科學技術取得了長足得發展。

作為科普作者,我自己盤點過去十年四項具有劃時代意義的科學成就。

希格斯玻色子

2012年,歐洲核子研究中心發現了一種新的基本粒子,引起了全世界的矚目,這就是希格斯玻色子,也是傳說中的上帝粒子。

目前科學家對希格斯玻色子的終極奧秘還在探索中。

這是粒子物理學標準模型預測的最終基本粒子,希格斯玻色子賦予其他基本粒子以質量。

量子力學建立以來,科學家一直困惑於基本粒子的質量來源之謎,為此被困擾了50年。

在上個世紀60年代之前,標準模型存在一個問題:根據理論預測,基本粒子中的玻色子應該沒有質量,但實驗觀察表明它們確實有質量。1964年,三個科學家團隊獨立提出了相關的機制來解決基本粒子質量的來源之謎。

科學家構思出的機制認為,量子場均勻地遍佈宇宙。玻色子受到類似磁場的場作用而改變,並在此過程中獲得了質量。

最終彼得·希格斯(Peter Higgs)的理論得到了科學共同體的認可,並以他的名字命名了希格斯機制和希格斯粒子。

但是對希格斯機制的後續驗證工作持續了半個世紀。直到2012年,歐洲核子研究中心大型強子對撞機終於發現了一個與希格斯玻色子的預測性質相符的粒子。

後來的進一步研究證實,這正是他們苦苦尋找半個世紀的希格斯粒子。希格斯本人和物理學家弗朗索瓦·恩格勒特因此被授予了2013年諾貝爾物理學獎。

通過編輯人體基因,獲得超能力一直都是科幻電影常見的戲碼,可是如何具體操作DNA,使其達到科學家預設的目的呢?這在21世紀初還是個亟待解決的醫學工程學問題。

直到科學家發現CRISPR基因編輯系統,人類才有了具體可供批量操作基因的手段。

CRISPR是細菌的自衛機制的DNA重要序列,最近幾年,科學家才意識到可以通過CRISPR與RNA序列以及Cas9酶的結合,使其達到改造基因序列的效果。

當使用CRISPR基因編輯改造細胞時,會使RNA將剪輯工具引導至待改造的DNA片段中。Cas9酶會將其整齊地切割目標DNA。比如切割可引起疾病的基因,並插入新的有益基因。

到目前為止,這項技術在對抗許多不同的疾病給予了人們很大的希望。比如可以通過該技術治療癌症,艾滋病,肌肉營養不良,早衰以及遺傳性失明和心臟病。

引力波

2015年,天文學家通過激光干涉引力波天文臺首次接收到數億光年外的雙黑洞擾動產生的引力波。就這樣,愛因斯坦生前十分重要的一個預言被驗證。

1915年,愛因斯坦完成《廣義相對論》手稿,第二年正式發表。廣義相對論預言的引力波由於當年實驗設備的限制,直到一百年後的今天才被驗證。

廣義相對論指出引力的本質就是空間的彎曲,有質量的物體存在就會彎曲周圍的時空,而引力波就是有質量的物體擾動而產生的空間漣漪。引力波就是空間漣漪,就相當水波漣漪一樣。 隨後證實引力波的重任一直落在後人的肩上。我們知道大質量天體之間的擾動幅度越大,產生的引力波就越顯著,但是大質量天體一般都是黑洞,它們距離地球很遠,所以雙黑洞環繞產生的引力波傳到地球上就太微乎其微了,但科學家從未放棄,一直都在努力捕捉這微乎其微的引力波。直到2015年,人類才首次捕捉到引力波。從愛因斯坦預言引力波到科學家們證實其存在,前後花了整整一個世紀!

如今,我們對宇宙的觀測,除了電磁波,引力透鏡,又多了引力波這一工具。

發現類似地球的系外行星

過去十年,人類對外星生命的熱度從未消褪。

我國的fast望遠鏡很重要的一個目標就是搜尋地外文明的線索,但至今未果!雖然找不到地外文明的痕跡,但是可以通過尋找類似地球的行星,推測地外文明存在的可能概率。

2015年,美國宇航局宣佈,在距離地球1400光年遠的天鵝座中,發現類似地球的行星。

該行星被命名為開普勒452b,民間稱其為地球2.0。其母星比太陽年齡大了15億歲,它也比地球更古老。它和地球一樣,處於自己母星的宜居帶中。

NASA目前並不清楚開普勒452b的具體性質,比如是否存在生命。但可以肯定開普勒452b是一塊岩石行星,它的質量大約是地球的5倍,其公轉週期為385個地球日。其表面也存在大氣層,並極大概率存在由水構成的海洋。


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