02.28 你认为最近这10年来最伟大的科学成就是什么?

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转眼间2019年已经接近尾声,在21世纪第二个十年间,科学技术取得了长足得发展。

作为科普作者,我自己盘点过去十年四项具有划时代意义的科学成就。

希格斯玻色子

2012年,欧洲核子研究中心发现了一种新的基本粒子,引起了全世界的瞩目,这就是希格斯玻色子,也是传说中的上帝粒子。

目前科学家对希格斯玻色子的终极奥秘还在探索中。

这是粒子物理学标准模型预测的最终基本粒子,希格斯玻色子赋予其他基本粒子以质量。

量子力学建立以来,科学家一直困惑于基本粒子的质量来源之谜,为此被困扰了50年。

在上个世纪60年代之前,标准模型存在一个问题:根据理论预测,基本粒子中的玻色子应该没有质量,但实验观察表明它们确实有质量。1964年,三个科学家团队独立提出了相关的机制来解决基本粒子质量的来源之谜。

科学家构思出的机制认为,量子场均匀地遍布宇宙。玻色子受到类似磁场的场作用而改变,并在此过程中获得了质量。

最终彼得·希格斯(Peter Higgs)的理论得到了科学共同体的认可,并以他的名字命名了希格斯机制和希格斯粒子。

但是对希格斯机制的后续验证工作持续了半个世纪。直到2012年,欧洲核子研究中心大型强子对撞机终于发现了一个与希格斯玻色子的预测性质相符的粒子。

后来的进一步研究证实,这正是他们苦苦寻找半个世纪的希格斯粒子。希格斯本人和物理学家弗朗索瓦·恩格勒特因此被授予了2013年诺贝尔物理学奖。

通过编辑人体基因,获得超能力一直都是科幻电影常见的戏码,可是如何具体操作DNA,使其达到科学家预设的目的呢?这在21世纪初还是个亟待解决的医学工程学问题。

直到科学家发现CRISPR基因编辑系统,人类才有了具体可供批量操作基因的手段。

CRISPR是细菌的自卫机制的DNA重要序列,最近几年,科学家才意识到可以通过CRISPR与RNA序列以及Cas9酶的结合,使其达到改造基因序列的效果。

当使用CRISPR基因编辑改造细胞时,会使RNA将剪辑工具引导至待改造的DNA片段中。Cas9酶会将其整齐地切割目标DNA。比如切割可引起疾病的基因,并插入新的有益基因。

到目前为止,这项技术在对抗许多不同的疾病给予了人们很大的希望。比如可以通过该技术治疗癌症,艾滋病,肌肉营养不良,早衰以及遗传性失明和心脏病。

引力波

2015年,天文学家通过激光干涉引力波天文台首次接收到数亿光年外的双黑洞扰动产生的引力波。就这样,爱因斯坦生前十分重要的一个预言被验证。

1915年,爱因斯坦完成《广义相对论》手稿,第二年正式发表。广义相对论预言的引力波由于当年实验设备的限制,直到一百年后的今天才被验证。

广义相对论指出引力的本质就是空间的弯曲,有质量的物体存在就会弯曲周围的时空,而引力波就是有质量的物体扰动而产生的空间涟漪。引力波就是空间涟漪,就相当水波涟漪一样。 随后证实引力波的重任一直落在后人的肩上。我们知道大质量天体之间的扰动幅度越大,产生的引力波就越显著,但是大质量天体一般都是黑洞,它们距离地球很远,所以双黑洞环绕产生的引力波传到地球上就太微乎其微了,但科学家从未放弃,一直都在努力捕捉这微乎其微的引力波。直到2015年,人类才首次捕捉到引力波。从爱因斯坦预言引力波到科学家们证实其存在,前后花了整整一个世纪!

如今,我们对宇宙的观测,除了电磁波,引力透镜,又多了引力波这一工具。

发现类似地球的系外行星

过去十年,人类对外星生命的热度从未消褪。

我国的fast望远镜很重要的一个目标就是搜寻地外文明的线索,但至今未果!虽然找不到地外文明的痕迹,但是可以通过寻找类似地球的行星,推测地外文明存在的可能概率。

2015年,美国宇航局宣布,在距离地球1400光年远的天鹅座中,发现类似地球的行星。

该行星被命名为开普勒452b,民间称其为地球2.0。其母星比太阳年龄大了15亿岁,它也比地球更古老。它和地球一样,处于自己母星的宜居带中。

NASA目前并不清楚开普勒452b的具体性质,比如是否存在生命。但可以肯定开普勒452b是一块岩石行星,它的质量大约是地球的5倍,其公转周期为385个地球日。其表面也存在大气层,并极大概率存在由水构成的海洋。


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