过去十年 十大科学发现

王新军

每年全球都有数百万篇科研论文发表，它们所揭示的秘密从恒星演化到气候变化的影响，再到咖啡的健康益处或害处无所不包。正因为每年都有如此多的科研成果發布，所以要想判断其中哪一个重要、哪一个有趣但不重要和哪一个其实只属于伪科学等都很难。但在2010～2019年这十年中，在一些重要和非常有启迪的科研领域有不少发现和论文发布，它们促进了科技的长足发展。这里，我们就来看看过去十年中相对有代表性的十大科学发现。

1现代人的近亲

随着在非洲和菲律宾发现古人类新化石，人类家族树在过去十年迅速壮大。首先是发现和确认了近200万年前生活在如今南非所在地的一种古人类——南方古猿源泉种。2008年，9岁的美国小孩马修偶然发现了这个古人种的一块右锁骨化石，这也是首次发现南方古猿源泉种化石。随后，一个考古团队发掘出这名古人（一个小男孩）的更多化石，其中包括保存完好的头骨化石。2010年，马修的父亲、古人类学家博格及其同事首次描述了南方古猿源泉种。这个古人种代表着从南猿到现代人类之间的一个过渡人种，前者有一些较古老灵长类的特征，但步态与现代人相似。

发掘自南非的南方古猿源泉种头骨。

博格的团队还发现了生活在23.6万～33.5万年前的另一个古人种——纳莱蒂人，这个时间段意味着纳莱蒂人与现代人有不少共同点。纳莱蒂人的化石2013年在南非升星洞中被发现，2015年这一古人种得到描述。纳莱蒂人兼具原始人和现代人特征。例如，纳莱蒂人的脑袋小，只有智人（现代人的学名）的大约1/3。但在当时来说纳莱蒂人的个头算大一重量超过90千克，身高超过1.5米。而在菲律宾发现的一个古人种一吕宋人生活在5万～6.7万年前，他们与现代人有更多相同点。吕宋人刚被发现时被辨识成智人，但2019年进行的检验证明吕宋人是前所未知的一个古人种。

上述3项重要发现表明，现代人的更多近亲化石尚待发现。

2测量宇宙

当爱因斯坦在1915年首次发表广义相对论时，他很可能想象不到：百年后天文学家会采用一些最顶尖仪器测试该理论的预测结果，而且该理论每一次都通过了测试。广义相对论把宇宙描述为一种被大质量扭曲的时一空架构。正是这种扭曲造成了引力，而不像大科学家牛顿所认为的那样一质量的一个内在特性造成引力。

广义相对论的一个预测结果是：质量的加速可能在时一空造成涟漪（即引力波扩散）。如果质量足够大（例如一个黑洞或一颗中子星的质量），这些涟漪甚至可能被地球上的天文学家探查到。2015年9月，两部射电望远镜携手，首次探测到引力波。这些引力波是从大约13亿光年外的两个黑洞合并而扩散来的。此后，这两部望远镜又多次探测到更多的引力波，其中包括来自于两颗中子星合并而发出的引力波。

黑洞M87图像。

广义相对论的另一个预测结果就连爱因斯坦本人也不相信会成立，那就是黑洞的存在。所谓黑洞，是指密度无限和体积无限的物质在空间的引力坍缩点。黑洞会吞噬离它太近的所有物质和光线，在此过程中产生的超热物质圆盘坠入黑洞。2019年4月发布、由视界望远镜（由全球射电望远镜连成的网络）从2017年开始的观测结果，成为人类见到的首幅黑洞周围环境图像。

3最热年份

100多年来，科学家一直在预测煤和化石燃料燃烧对地球温度的影响。早在1912年，美国一家科学期刊就刊载了一篇副题是“科学家预测未来天气”的文章——《非凡的1911年天气：烧煤对气候的影响》。文章中写道：“世界各地的燃煤炉目前每年烧煤大约20亿吨，并消耗大量的氧，每年向大气层添加二氧化碳大约70亿吨。这让空气这层包裹地球的毯子更厚，地球自然会升温。未来几百年，这种效应可能更明显。”

全球变暖趋势一直未改。

就在100年后，这种效应的确更明显了。大气中温室气体的持续增多导致全球变暖，2014～2018年是有史以来地球最热的5年。美国国家海洋和大气管理局从140年前开始记录全球温度，2016年是在此期间最炎热的一年。全球变暖引发更频繁、更具毁坏性的森林大火和大旱，加速极地冰融，风暴数量猛增。美国加州森林在燃烧，意大利威尼斯被水淹。

炎热导致城市死亡人数增加，无数海岸和海岛社会面临生存危机。全球变暖造成的生态破坏触目惊心，这种破坏正在严重削弱地球把碳从大气层中抽离回来的能力。

2015年，联合国气候变化框架公约在气候举措方面达成一致，这被称为《巴黎协定》。该协定的主要目标是把全球气温上升幅度限制在只比工业化之前高1.5℃。为实现这一目标，需要社会大变革，其中包括：用风能、太阳能和核能等清洁能源替代化石燃料;改革农业生产习惯以减排和保护森林;建造设施从大气层中抽出二氧化碳。

用于測量普朗克常数的电磁秤

通过使用一种复杂的称重仪器——吊桶平衡，科学家能根据支撑1千克物质所需的电磁力来精确测量1千克。这种电子测量可以用普朗克常数（物理学家普朗克用于计算来自恒星的能量束的一个数字）表达。千克并不是最近重新定义的唯一计量单位。2019年5月正式生效的国际单位制修改还包括标准电流单位“安培”的定义、“开氏温度”的定义和化学中物质的量的单位“摩尔”的定义。这些定义的修改不仅将会使得小量物质（例如药物）的测量更准确，还将使全球科学家都得到基本单位，而不是根据必须被少数实验室复制和计算的物体来定义基本单位。

8测序古人基因组

2010年，科学家获得一种对研究古老时代和古人很有用的新工具。运用在格陵兰永久冻土中保存的一根古人类毛发，他们为一名生活在4000年前的男性的基因组测序，从而揭示了格陵兰最早定居者之一的生理特征甚至血型。这也是首次从古人的DNA近乎完整地复原基因组，这项研究为人类学家和遗传学家探索遥远过去的文化开启了更大的一扇门。

提取古人的DNA的难度很大。就算诸如毛发或皮肤之类的基因材料得以保存，它们也常常被其所在环境中微生物的DNA污染，因此必须采用复杂的测序技术来分离古人的DNA。不久前，科学家从古人颅骨中的岩骨（耳朵附近的高密度骨骼）里成功提取了古人的DNA。

这种新工具的使用在2010年首获成功以来，十年里已有成千上万的古人基因组被测序，从而揭示了古文明此起彼伏和人类全球迁徙的细节。例如，通过研究古人基因组，科学家发现0.5万～1.5万年前有多轮吉人类迁徙大潮来回穿越位于西伯利亚和阿拉斯加之间冰冻的白令陆桥。最近，在丹麦出土的一名5700年前小女孩的基因组得到测序，用来测序的材料是被她作为口香糖的桦树焦油，这些焦油里也包含她的口腔微生物和她生前最后一餐的食物残迹。

1500年前的一座芬兰水葬（想象图）。科学家在此提取到了古DNA。

9埃博拉疫苗及新疗法

过去十年里发生了历史上最严重的埃博拉疫情大暴发。这次瘟疫据信始于一个个案：2013年，几内亚一名18个月大的婴儿被蝙蝠传染了埃博拉病毒。此后，埃博拉病毒迅速蔓延到相邻各国，2014年7月已到达利比里亚和塞拉利昂的首都，2018年8月刚果民主共和国暴发埃博拉疫情，到2019年12月已演变成非洲西部最致命的埃博拉疫情大暴发，报告病例3366个，死亡数高达2227人。埃博拉病毒会损害人体免疫系统，引起大面积出血和多重器官衰竭。首个案例出现后仅两年半时间，就有超过2.86万人感染埃博拉病毒，其中至少1.1325万人死亡。

接种埃博拉疫苗。

严峻的疫情，促使各方加倍努力去研发有效的埃博拉疫苗。2016年，这样的疫苗终于显露曙光。新研发的埃博拉疫苗已被用于控制非洲埃博拉疫情。从2019年11月开始，该疫苗在更多国家获得批准。

除了预防性疫苗，科学家也在为已经感染埃博拉病毒的患者寻找治疗方法。最近，两种皆为一次性递送抗体以阻止埃博拉病毒感染人体细胞的疗法在临床试验中显效。科学家希望，预防性疫苗和治疗性疫苗的并用有朝一日能永久消灭埃博拉病毒。

10探查到希格斯玻色子

在过去几十年中，物理学家一直在孜孜不倦地探索创建宇宙运作模型，最终创建出了一种“标准模型”。该模型描述物质的4种基本交互作用（即基本力）。其中两种基本力在日常生活中已为人熟悉，它们就是引力和电磁力，但另外两种基本力只在原子核内部施加影响，它们就是强核力和弱核力。

标准模型的部分内容是：一个普遍存在的量子场与粒子交互，给予粒子质量。20世纪60年代，包括恩格勒特和希格斯在内的理论物理学家在标准模型里描述了量子场及其作用。量子场随后被称为希格斯场。根据量子力学法则，所有像希格斯场这样的基本场应该都有与之对应的粒子，因此希格斯场应该有被称为希格斯玻色子的粒子。

2012年，运用欧洲核子研究中心的大型强子对撞机进行粒子碰撞试验，两个团队探查到了希格斯玻色子，这为希格斯场和希格斯玻色子的存在提供了实证。2013年，恩格勒特和希格斯获得诺贝尔物理学奖。授奖方说：这两位物理学家在理论上发现了一种有助于我们理解亚原子粒子起源的机制;通过被预测的基本粒子的发现，该机制获得证实。可以预测，随着物理学家继续细化标准模型，希格斯玻色子的发现及这种基本粒子的功能将继续为我们了解一切物质怎样获得质量（也就是了解任何物质究竟怎样存在）发挥重要作用。

大型强子对撞机探测到了希格斯玻色子衰变。