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2019 年，我們經歷了多次第一：第一次拍攝到黑洞、第一次在月球背面發現月幔物質、第一次看見量子糾纏……每個「第一次」，都意味著人類的認知範圍又擴大了一點。正是這些「第一次」，築成了人類文明一路前行的階梯。現在，讓我們一起來回顧，科學家在 2019 年為我們搭建的「文明階梯」。
人類首次直接拍攝到黑洞
圖片來源：EHT 合作組/歐洲南方天文台
2019 年 4 月 10 日，事件視界望遠鏡（EHT）項目團隊在全球六地同步召開新聞發布會，發布了人類歷史上的首張黑洞照片。這個黑洞位於巨橢圓星系 M87 中心，距離地球 5500 萬光年，質量為太陽的 65 億倍。這是人類首次目睹黑洞真容，這項成果不僅可以讓科學家在引力極強的極端環境中驗證廣義相對論，也有助於揭開宇宙學領域的更多未解謎團。接下來，科學家將進一步增加觀測望遠鏡的數量，希望拍出細節更豐富、角度更多樣的黑洞照片。
5G 正式商用，5G 元年到來
圖片來源：flickr
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2019 年 6 月 6 日，中國工信部正式發布 5G 商用牌照，電信經營商獲得牌照後，標誌著 5G 業務的正式商用和 5G 元年的到來。同時，中國也成為韓國、美國、瑞士、英國後，第五個正式做到 5G 商用的國家。中國發放 5G 牌照後，相關部署進展迅速——截至 2019 年 11 月，中國 5G 套餐簽約用戶數達 87 萬，開通 5G 基站 11.3 萬個。同時，包括華為在內的中國企業在 5G 技術上也處於全球領先地位。這些事實意味著，中國在經歷了 1G 空白、2G 落後、3G 追趕、4G 同步的階段之後，在 5G 技術領域終於躋身全球第一梯隊。5G 的廣泛應用也必然會像互聯網和 4G 網路一樣，深度重塑人類社會。改變正在到來。
Google宣布做到「量子霸權」
圖片來源： Google
2019 年 10 月 23 日，《自然》雜誌發表了Google研究人員在量子計算領域的重要進展：Google研制的量子計算機首次做到「量子霸權」，這台量子計算機用 200 秒就能解決的問題，當今最先進的經典計算機需要花費 1 萬年才能解決。在這篇論文中，Google量子計算機負責人約翰·馬丁尼斯（John Martinis）帶領的團隊構建了一個名為 Sycamore 的量子晶片，這個晶片由 54 個量子比特構成，在執行複雜任務時表現出了令人震驚的效率。但在論文發表後，IBM 公司的研究人員對馬丁尼斯團隊的數據提出了質疑，認為採用先進算法的經典計算機在兩天內就能完成任務。盡管如此，Google的最新研究仍是量子計算領域的重大進展，顯示了量子計算機的巨大潛力。除了Google、IBM 等國外企業，阿里、騰訊等中國科技公司也已布局量子計算，目標只有一個，那就是真正通用的量子計算機。
「嫦娥」4 號首次在月球背面 發現月幔物質
圖片來源：國家國防科工局
2019 年 5 月 16 日，《自然》雜誌發表了一篇來自中國探月團隊的重要論文：「嫦娥」4 號在月球背面首次發現月幔物質。2019 年 1 月 3 日，「嫦娥」4 號在月球背面的馮·卡門隕石坑著陸。然後，「玉兔」2 號月球車便與「嫦娥」4 號分離，先後前往著陸點南側與西北側的兩個探測點，獲取了這里的光譜數據。探月團隊分析數據後發現，在上述兩處探測點，橄欖石的占比分別為 48% 和 55%，這是人類首次在月球找到高橄欖石含量的巖石樣本，這種礦物組成也意味著，它們很可能來自上月幔。這項發現讓人類得以透過月球表面窺視月球深處的物質組成，為完善月球形成與演化模型提供了有力支撐。
死豬大腦恢復部分細胞功能
圖片來源：pixabay
2019 年 4 月 18 日，美國耶魯大學科學家內納德·塞斯坦（Nenad Sestan）發表論文稱，利用全新的體外灌註系統——BrainEx，他和同事成功讓死豬的大腦恢復了部分細胞功能。在這項研究中，塞斯坦團隊利用特殊的管道，將豬的頸動脈和 BrainEx 相連，向豬腦灌註模擬血液。在持續灌註 6 小時後，研究人員發現，大腦皮層的細胞可以維持正常形態，並恢復了部分細胞功能。盡管在研究中沒有檢測到意識、感知等高階大腦活動，但這項研究仍然令人震撼，這也說明在適當的情況下，大型哺乳動物的大腦組織可以在死後維持更長時間並恢復部分功能，這也為嚴重的大腦創傷的治療提供了新思路。
亞馬孫森林大火
圖片來源：NASA
2019 年 8 月，亞馬孫雨林再次發生嚴重火災，並持續了 3 周以上的時間，燒毀森林超過 80 萬公頃。亞馬孫雨林被譽為「地球之肺」，有著極其豐富的生物多樣性，在全球生態系統中起著無可替代的作用。但在南美，為了開墾耕地，當地人經常砍伐森林，然後點燃倒下的樹木，把草木灰當作下一季耕作的肥料。由於這種耕作方式，亞馬孫雨林常年火災不斷，這座原始森林被一步步推向危險的邊緣：如果毀壞面積達到 20%~25%，亞馬孫雨林可能就會進入衰退期，引發生態災難。而目前，已經有 15%~17% 的雨林被毀，危機已經不遠了——亞馬孫需求全球的幫助。
世界第二例愛滋病治愈病例 或已出現
圖片來源：C. Goldsmith
2019 年 3 月 5 日，《自然》雜誌的一篇報導引起了全球的關注：一名感染 HIV 的「倫敦病人」經過幹細胞移植後，病情得到了緩解。停止服用抗 HIV 藥物 18 個月後，這位病人體內仍然檢測不到 HIV，他也有望成為世界上第二個被治愈的愛滋病患者。在他之前，「柏林病人」經歷了大劑量的放化療，完成了兩次移植後，最終擺脫了愛滋病。但至今，「柏林病人」的成功一直未被復制，這讓研究人員不禁懷疑「柏林病人」是否具有某種特殊性。而「倫敦病人」讓科學家們看到了希望，盡管目前還不能確定他是否被治愈，但他的出現讓科學家確信，愛滋病被治愈的理論依據是存在的，未來或許可以利用基因技術或抗體技術治愈愛滋病。
人類第一次看見量子糾纏
圖片來源：格拉斯哥大學
2019 年 7 月 12 日，在一篇發表於《科學·進展》的論文中，英國物理學家保羅-安托萬·莫羅（Paul-Antoine Moreau）展示了他和同事拍攝到的史上第一張量子糾纏照片，人類終於親眼看見這種「幽靈般的超距作用」。如今的科學界已經普遍接受量子糾纏是存在的，不過始終沒人真正看到量子糾纏。在這項最新研究中，莫羅設計了一個巧妙的系統，當兩個相互糾纏的光子通過分束器分開後，會沿著兩條光路傳播，其中一個光子被探測器檢測到之後，也會觸發另一條光路上的相機進行拍照，進而可以捕捉到糾纏量子的圖像。這項研究以直接的證據證明了量子糾纏是存在的，並且可能推動量子計算等新興領域的發展，催生新型成像技術和設備。
基因研究首次論證 現代人類確切起源地
圖片來源： Garvin 醫學研究所
2019 年 10 月 28 日，澳大利亞科學家瓦妮莎·海斯（Vanessa Hayes）發表論文稱，通過對 1217 人進行血液采樣，分析一種名為「L0」的線粒體 DNA，首次把現代人類的起源地指向 20 萬年前的馬卡迪卡迪濕地。這是首個論證現代人類起源的確切地點的研究，但也有不少科學家指出，這項研究的結論有待商榷，因為僅從線粒體 DNA 這一個層面來確定現代人的起源地並不可靠，而且此前通過研究 Y 染色體，科學家還得出過相反的結論——人類起源於非洲西部，而不是南部。但不管怎樣，海斯團隊至少為「我們來自何處」這一古老謎題提供了重要線索和探索方向，也許未來的科學家會基於他們的研究找到可靠的答案。
馬德里氣候大會未能取得重要成果
圖片來源：flickr
2019 年 12 月 15 日，聯合國氣候變化馬德里大會在延時兩天之後落下帷幕。這屆氣候大會被稱為「史上最長」，直到 15 日，締約各方才通過了《智利-馬德里行動時刻》。而在本次氣候大會備受關注的《巴黎協定》第六條碳市場機制的探討上，各方未能取得共識，只能留待來年審議。從目前來看，要在 2050 年達到碳中和目標，時間已經相當緊迫，而美國在 2019 年 11 月正式啟動退出《巴黎協定》的程序，更是給這一目標的達成蒙上一層陰影。好在，馬德里氣候大會的與會各方在碳市場機制問題上持積極態度，中國也在持續推動相關各方早日達成共識——2020 年的氣候大會上，我們也許能聽到好消息。要把全球平均氣溫上升幅度控制在 2℃內，只能依靠全球的共同努力。
在評選本年度「十大科學新聞」時，除了專家評審團的參與外，《環球科學》編輯部還得到了 15 家優秀學術自媒體的支持，他們是（按拼音順序排列）：BioArt、高分子科學前沿、慧天地、機器之心、集智俱樂部、京師物理、奈米人、PaperWeekly、全國地研聯、X-MOL、學術經緯、研之成理、營養發現、中科院地質地球所、中科院物理所，在此向他們表示感謝。
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