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2020年科技大事回顧 :天上、人間和虛擬空間

A supermassive black hole with millions to billions times the mass of our sun is seen in an undated NASA artist"s concept illustration. REUTERS/NASA/JPL-Caltech/Handout/File Photo

Reuters

2020年,新冠肺炎疫情繼續主導世界,但科技發展的腳步沒有絲毫停滯,星辰人間、虛擬空間,人類繼續科技攀登。


奔向宇宙 – 火星、月球和星際飛船

火星年,火星和地球距離最短、最適宜發射火星探測器的一個時間窗口開啟,7月,阿聯酋、中國和美國相繼發射了火星探測器,預計2021年2月抵達目的地。歐盟和俄羅斯原計劃在這個窗口期發射火星探測器,但因為各種原因錯過了時機。

火星是太陽系中與地球環境最為相似的行星,了解火星對研究地球早期歷史和生命起源有著重要價值,也對人類拓展生存空間具有重要意義。

三家各有使命。

中國天問一號主要任務是地質勘測,用雷達「透視」幾千米深的地層,採集岩石土壤等樣本,繪製火星地質結構圖,探測火星磁場,由此解開火星磁場的演變歷史;

阿聯酋希望號由日本火箭發射升空,主要任務是繞火星做近赤道軌道運行,對火星氣候及天氣進行探測研究;

美國毅力號凖備用兩年時間探測火星生命跡象,並測試火星低空飛行的條件和可能性。

宇航員

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再探月球

中國月球探測器「嫦娥五號」 11月24日發射升空,在月球表面自動採樣1.7公斤後起飛返航,12月17日著陸地球,完成中國首次地外天體採樣返回任務,也是繼1976年前蘇聯「月球24」 之後44年來人類再次從月球表面帶回樣本。這2公斤「月球土產」將在毛澤東主席故鄉韶山展出。

1969年7月21日,美國「阿波羅11號」飛船載著三名宇航員登月後到1972年,人類先後6次登月科考。中國尚無載人登月行動,但2017年啟動探月工程,為載人登月計劃打基礎。

美國凖備再次將太空人送上月球行走。跟半個世紀前不同的是,現在吸納了民營企業參與。

今年5月,貝索斯(Jeff Bezos)的「藍源」(Blue Origin),馬斯克(Elon Musk)的「SpaceX」,還有總部在亞拉巴馬州的達尼提斯(Dynetics)三家民營企業與NASA簽約,為政府的阿忒彌斯(Artemis)計劃共同研發2024年登月著陸器,合同總額將近10億美元。

隼鳥2」

日本「隼鳥2」小行星探測器的回收艙攜帶小行星「龍宮」地表和地下岩石樣本,於12月6日在澳大利亞南部著陸,隼鳥2號在地球軌道與回收艙分離後繼續小行星探測之旅,預計2031年左右抵達編號為1998KY26的小行星進行不採樣探測。

採集小行星樣本和火星探索一樣,是人類了解宇宙的努力之一。外星文明到底有沒有?人類對這個問題的熱情始終不減。

隼鳥2號2014年升空,2018年抵達距地球3億公里、直徑1公里的類地小行星「龍宮」附近。另外,美國2016年發射的奧西里斯-REx探測器於今年10月在小行星「貝努」上取樣,預計2023年將樣本送回地球。

馬斯克

Reuters
馬斯克2002年創辦SpaceX公司,研發人類太空旅行工具

太空旅行新時代

伊隆·馬斯克(Elon Musk)的公司SpaceX今年5月發射載人太空飛船龍(Crew Dragon),8月返回,期間帶著2名NASA宇航員到國際空間站(ISS)往返一趟。這次旅行標誌著SpaceX具備了定期載人太空飛行能力,也標誌著民營企業進入歷來由政府壟斷的航空航天業,開啟太空旅行商業化的新篇章。

這對人類太空旅行則具有劃時代的意義。

伊隆·馬斯克2002年創辦SpaceX,用獵鷹9號(Falcon 9)和重型獵鷹(Falcon Heavy)火箭提供商業和政府官方的航天發射服務。它是第一家將推進器火箭帶返地球變成常規操作的私人企業,這樣火箭可以重覆使用而不是直接拋棄。

公司還在研發建造更大的載人星際飛船星艦(Starship)。12月星艦原型機升空試飛,降落時未能妥善減速,著陸過猛而爆炸。

從2011年起美國以8千萬美元一人的價格用俄國「聯盟號」飛船向國際空間站運送宇航員。NASA希望馬斯克能夠替代「聯盟號」。


人世間 – 疫苗、環境和諾貝爾獎

第一個接種輝瑞疫苗的英國90歲老人

Reuters
瑪格麗特·基南(Margaret Keenan)在91歲生日到來前一周接種疫苗,成為輝瑞疫苗接種的世界第一人。她說這是「最好的生日禮物」。

新冠疫情一波接一波,同時刺激了科學研發活動,新冠疫苗以破紀錄的速度問世。

全世界成千上萬科學家放下手中課題,從各自的專業領域出發,圍繞新冠肺炎病毒 Covid-19展開研究,加深了人類對這個病毒的了解,開發了更精凖的監測方式,並以創紀錄的速度研製出可以大規模接種的疫苗。

疫苗競賽在全球展開,5月份,從170多個在WHO登記的候選疫苗中有8支進入臨牀試驗,包括領跑的輝瑞(Pfizer-BioNTech)、莫德納(Moderna)、牛津/阿斯利康(Astra-Zeneca)、中國科興生物(克爾來福)和俄國加馬利亞流行病研究所的「衛星五號」(Sputnik V)。

輝瑞-BioNTech領先獲得英美歐和多國官方認證批准,在英國率先啟動大規模接種;莫德納隨後獲FDA認證批准,牛津-阿斯利康疫苗在2020年倒數第二天在英國獲准量產、接種。到截稿時中國有5支疫苗已進入臨牀三期試驗,包括科興和國藥集團的3支滅活疫苗。

華人男子接種疫苗

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輝瑞和莫德納的是核糖核酸疫苗mRNA,使用RNA疫苗原理,抽取病毒內部分核糖核酸編碼蛋白製成疫苗。科興的克爾來福是滅活疫苗,由已殺滅的病原體製成,主要通過其中的抗原誘導細胞免疫的產生。牛津-阿斯利康研發的是腺病毒載體疫苗。這幾個方向各有長短利弊。

成本當然也很高。除了經濟成本,還有科研成本,包括各個領域其他課題的進展為新冠讓路、暫停。但新冠疫苗的問世,無疑為戰勝猖獗一年多的新冠疫情帶來曙光。

環境故事:地球升溫、極地冰融、《巴黎氣候協議》

世界氣象組織(WMO )12月2日發佈全球氣候年度報告,稱今年很可能是自1850年開始記錄以來氣溫第二高的一年,僅次於2016年。有5組不同的數據支持這個判斷。

罕見的高溫和乾旱使得美國、澳大利亞和西伯利亞山林火災範圍和持續時間遠甚於尋常,產生的煙霧擴散到全球;海洋水溫升高,全球80%以上的海洋水域經歷了熱浪襲擊。2月,巴西科學家在西摩島測得南極氣溫極值達到了20.75攝氏度,創歷史最高紀錄。

也是在2020年,中國「奮鬥者」號全海深載人潛水器10-11月間成功深潛10909米並順利返航,在人類探索史上寫下一筆。

氣候變化對人類生存環境和地球生態的影響在過去一年以各種方式展現。除了美、澳和西伯利亞野火成災,南北兩極冰層加速融化也因為媒體的跟蹤報道引起廣泛關注。

南極擁有世界上最大的冰蓋,內陸高原平均氣溫零下56℃,最低溫度可達到零下89.2℃。自工業化以來的100多年時間,南極地區平均溫度上升近3攝氏度。冰層融化所需要的海洋溫度僅僅上升2攝氏度就可以了。

五年前聯合國《巴黎氣候協議》簽署,各國承諾為抗擊氣候變化履行各自的義務。協議簽署5年後,美國11月4日宣佈正式退出,但民主黨候選人拜登在大選中勝出使局勢出現轉機。

諾貝爾獎

2020年諾貝爾物理、化學和醫學獎得主的共同點之一是他們的貢獻為各自的專業領域帶來了歷史性的突破,詮釋了什麼叫站到巨人肩膀上,拔高巨人肩膀的高度,為後來者提出了更多新的挑戰。

埃瑪紐埃勒.沙爾龐捷(左,Emmanuelle Charpentier)和美國的珍妮弗.道德納(Jennifer A. Doudna)

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2011年,埃瑪紐埃勒.沙爾龐捷(左,Emmanuelle Charpentier)和美國的珍妮弗.道德納(Jennifer A. Doudna)開始聯手打造基因剪刀
  • 剪貼基因

2020年諾貝爾化學獎頒給兩名在「基因剪刀」領域取得革命性突破的兩位科學家:法國的埃瑪紐埃勒.沙爾龐捷(Emmanuelle Charpentier)和美國的珍妮弗.道德納(Jennifer A. Doudna)。她們2011年開始合作研發基因技術中最有效的工具之一,即「CRISPR/Cas9基因編輯技術」,就像一把剪刀,可以用來極其精確地改變動物、植物和微生物的DNA。

這把剪刀可以改寫生命密碼。生命科學因為這項技術得以改朝換代,而現實生活中的醫學難題,比如遺傳疾病和癌症的治療,也因為這項技術而成為可能。

基金剪刀圖示

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  • 展示黑洞

2020年諾貝爾物理獎由三名科學家分享:英國物理學家羅傑·彭羅斯(Sir Roger Penrose)、德國科學家賴因哈德·根策爾(Reinhard Genzel) 和美國科學家安德烈婭·蓋茲(Andrea Ghez)。 他們研究宇宙間最奇妙的存在-黑洞。

愛因斯坦的廣義相對論預言「絶對黑暗」空間即黑洞的存在;彭羅斯在愛因斯坦去世10年後的1965年用數學方法證明黑洞的形成,並詳細描述了黑洞中心存在的奇點。

一百年前美國天文學家沙普利確定銀河系中心(射手座)的方向,根策爾和蓋茲的團隊分別追蹤觀測這個區域一批最亮恆星的運動軌跡,並繪製出一顆恆星的完整運行軌道,據此提出迄今最有說服力的證據,證明銀河系中心存在一個超大質量的黑洞。

2019年4月10日,由全球8台射電望遠鏡組合而成的「事件視界望遠鏡」項目拍攝到人類歷史上第一張黑洞照片。銀河系中央的黑洞顯露「真容」估計也指日可待。

  • 發現丙肝

血源性肝炎是誘發肝硬化和肝癌的疾患,而丙型肝炎病毒被鑒別、鎖定,是人類與血源性肝炎抗爭道路上的里程碑,三名科學家為此分享2020年諾貝爾生理學或醫學獎:美國科學家哈維·阿爾特(Harvey Alter)、查爾斯·賴斯(Charles Rice)和英國科學家邁克爾·霍頓(Michael Houghton)。

2020諾貝爾醫學獎頒給三名幾十年來潛心研究丙型肝炎的英美科學家,阿爾特、霍頓和尼斯(從左至右)

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阿爾特最早確認一種未知病毒會導致「非甲型非乙型」慢性肝炎(1972年),霍頓用新方法分離出這種病毒的基因組,隨後病毒被命名為丙型肝炎病毒(1989年),賴斯則證明,丙型肝炎病毒不需要借助其他病原體即可導致慢性肝炎(1997年)。全球有7千萬丙肝患者,每年導致40萬人死亡。

鎖定丙肝病毒解開了大多數血源性肝炎病例的病因,使血液檢測和研發抗病毒新藥成為可能。但目前還沒有丙肝疫苗。2020年的諾貝爾獎把低調已久的肝炎再次擺到聚光燈下。


虛擬空間 – AI、TikTok、華為和反壟斷

人工智能再顯神通

谷歌旗下DeepMind開發的人工智能AlphaFold破解了「蛋白質折疊」難題,攻克生物學50年挑戰。

DeepMind於10月3日在官方博客宣佈,AlphaFold的最新版本在通過氨基酸序列精確預測蛋白質折疊結構方面,已經獲得權威蛋白質結構預測評估機構(CASP)的認可。《自然》(Nature)雜誌封面故事標題:「它將改變一切!」。

幾乎所有疾病,包括癌症、癡呆症,都與蛋白質的功能有關。蛋白質的功能由它的3D結構決定,根據蛋白質的1D氨基酸序列可計算並預測蛋白質的3D結構。但是,因為這個結構形成前會有數以億計的折疊方式,預測就成為生物學重大難題之一。破解這個難題,為多種疾病的診斷和治療打開了新天地大門。

這也是DeepMind的人工智能圍棋手(AlphaGo)戰勝人類圍棋冠軍之後的又一重大突破,被認為具劃時代意義。

幾家歡笑幾家愁

新冠疫情籠罩之下,數碼科技的應用各顯神通,各地防疫禁足封鎖催生新趨勢和贏家,最強的趨勢當屬遠程辦公、上課、開會、音樂會、戲劇,還有親友聚會,等等。

遠程會議通訊軟件Zoom趕上風口迅速爆紅,全球使用量第一季度猛增20倍,疫情期間最高單日使用人數一度突破2億人次,公司股價上漲3倍。這款軟件由移民美國的中國軟件工程師袁徵2011年創辦,因簡單易用,市場佔有率逐漸超越對手Skype和Microsoft Teams。

不過,分析人士認為新冠疫情既成就了Zoom,也為它帶來更多強有力的競爭對手,因為市場急劇擴大,勢必招致微軟、思科等大公司投入更多資源搶佔市場。

量子科技前沿競爭激烈,進入12月,中國宣佈「九章」量子計算機原型機問世,它可以在一分鐘內完成經典超級計算機一億年才能完成的任務。這個原型機由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽團隊與中科院團隊合作構建,相關論文12月4日發表在《科學》雜誌網絡版,讚者稱「重大突破」,也不乏來自科學界的質疑和爭議。

量子計算機未來在圖論、機器學習和量子化學等領域有巨大應用潛力。

TikTok和華為

2020年引人關注的科技話題不能不包括TikTok的磨難,也不能不提華為的困境和出路。

同樣是科技公司,抖音海外版TikTok(字節跳動)今年曆經磨難。作為中國互聯網公司全球化最成功產品,在海外拓展迅速,2020 年夏天被美國政府以安全威脅理由下禁令封殺,成為2020 年夏天科技圈最熱門的話題。從8月開始,字節跳動被迫剝離TikTok 美國業務,特朗普允許美國公司收購TikTok,事態撲朔迷離,一波多折。

9月,字節跳動、甲骨文和沃爾瑪就與TikTok合作達成原則性共識,一家名為 TikTok Global、總部設在美國的新公司將在得克薩斯州成立。這家公司將為所有美國的 TikTok 用戶處理和存儲數據,同時要在美國帶來 2.5 萬個就業機會,甲骨文和沃爾瑪將聯合持股 20%。11月法庭裁決,商務部暫停制裁,但TikTok在美國的麻煩並未結束,挑戰白宮禁令的上訴仍在進行。

華為商標

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相對於TikTok在美國的波折,華為今年遭遇的是芯片斷供危機。

5月15日,美國商務部發佈禁令,任何企業將含有美國技術的半導體產品給華為,必須先取得美國政府的出口許可,禁令實施前有120天的緩衝期。8月,美國再度加緊對中國電訊巨頭華為「封殺」行動。美國商務部公布修訂版禁令,將38家華為子公司列入「實體清單」,針對第三方供應商堵漏補缺,力求嚴控華為獲取任何美國技術的渠道。

9月15日,緩衝到期,禁令生效,華為獲得芯片的商業渠道被切斷。

11月,華為將旗下榮耀手機資產全部出售給深圳市智信新信息技術有限公司。華為內部網站發表任正非在榮耀送別會上的講話,解釋了不得已被迫剝離榮耀的原因和動機。

孟晚舟

Reuters

與此同時,歷時近兩年的孟晚舟案件出現新進展。來自加拿大聯邦警察和邊境管理局的多名證人12月先後在孟晚舟案聽證會上出庭,就拘捕孟晚舟過程中是否存在程序濫用問題,接受控辯雙方交叉詢問,新的細節陸續曝光。

美國立場也似有鬆動,媒體報道稱美國司法部在與孟晚舟及其辯護團隊討論達成一項認罪協議的可能,她承認有部分不當行為,然後就可以獲釋回中國。

虛擬空間反壟斷

中國、美國和歐盟都對科技行業巨頭打出反壟斷重拳。

中國11月公布市場監管總局起草的反壟斷指南征求公眾反饋,被視為針對互聯網巨頭公司的壟斷,劍指阿里巴巴、騰訊、順豐、美團等互聯網巨頭。12月,阿里巴巴、騰訊和順豐的下屬企業(阿里投資、閲文、豐巢)因有關收購交易違反《反壟斷法》,被市場監管總局處以頂格罰款,各罰50萬元人民幣。

當局稱罰款金額不大,主要希望釋放政府加強互聯網領域反壟斷監管的信號。

阿里巴巴

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此前,美國聯邦司法部對谷歌提起反壟斷訴訟,指控谷歌在搜索及搜索廣告市場非法遏制競爭,維護自身壟斷地位。同時,美國政府對臉書、亞馬遜、蘋果和谷歌四大科技巨頭為期16個月的反壟斷調查結束,10月公布調查報告,指責它們利用自身優勢地位抑制競爭、扼殺創新。

臨近年底,美國10個州起訴谷歌,指控它涉嫌與競爭對手臉書串通,操縱廣告拍賣協議,進行非法數字廣告壟斷。

臉書扎克伯格

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路透社報道稱歐盟12月表示凖備制訂《數碼市場法案》和《數碼服務法案》來制衡大型企業的市場影響力,防止扼殺競爭的併購和壟斷,違者面臨高達年收入10%的罰款處罰,甚至可能被拆分。估計亞馬遜、蘋果、臉書和谷歌等將受影響。

歐盟委員會競爭和反壟斷事務專員11月10日宣佈歐盟對美國電子商務公司亞馬遜涉嫌不正當競爭的第一階段調查結束,認為亞馬遜系統性地使用第三方賣家的非公開業務數據為自己的零售業務牟利,亞馬遜違反了歐盟反壟斷規則,破壞了公平競爭環境。

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