2020年，那些影响科技史的“黑骏马

赵君鹏

2020年，虽然蝗虫、洪水等灾难接踵而至，但人类并未因此停下探索的脚步。通过不懈的努力，科学家在科学研究方面取得了一系列的重大進展。

声速的极限是什么

我们知道，声音在不同介质中的传播速度是不一样的，比如，声音在空气中每秒传播340米，在水中每秒传播1450米，在铁中每秒传播5130米。那么，声速有上限吗？如果有，它的极限是多少呢？

英国和俄罗斯的科研团队发现，不同的介质之所以传播声音的速度不同，是因为它们的精细结构常数和质子与电子的质量比不同，而这两个基础常数决定了声音在固体和液体中传播速度的上限。

通过实验，科学家推测，声音在固态氢中传播速度最快，可达每秒36千米。为了验证这个推断，他们研究了地球上自然状态下的各种物质，最终发现没有任何一种介质中的声音传播速度能超过每秒36千米。

这个科研团队表示，声波在不同介质中的传播特点或许有助于人们研究地球内部的结构，也有助于材料科学的研究。

拍摄测量量子的过程

人类对微观世界知之甚少，其中一个原因就是微观世界无法测量。

20世纪初，一些物理学家共同创立了量子力学，研究对象是粒子的运动规律，粒子是能够以自由状态存在的最小物质组成部分。

科学家研究认为，微观世界和宏观世界有着很大的不同，宏观世界的很多理论在微观世界都行不通。比如粒子可以存在于叠加态中，能同时拥有两个相反的特性。举例来说，我们常说：“不是在咖啡馆，就是在去咖啡馆的路上。”而在量子力学看来，粒子是可以处于“既在咖啡馆又在路上”的状态的。由于种种原因，人们不能测量粒子，否则就会影响粒子的状态，从而影响测量的结果。

由瑞典、德国、西班牙的科学家组成的团队，运用一系列新方式研究量子测量中叠加态坍塌的本质。他们测量的对象是从电场捕获单个的锶离子，测量的时间是百万分之一秒。当锶离子被单独的极光旋转到不同的状态时，它捕捉到了大量的光子。研究小组拍摄了反映这个演变过程的照片，由此发现：微观世界的某些方面是可以测量的，比如电子的最终位置;某些叠加态会逐步消失，而有些叠加态则会保留下来，最终呈现出物理学家所熟悉的经典状态。虽然这张照片反映的只是百万分之一秒的过程，但微观世界的奥秘已揭开了小小的一角。

混合粒子束实现治疗与监测同步进行

目前，很多癌症患者为了抑制肿瘤细胞增殖、杀灭肿瘤细胞，在治疗时使用射线照射肿瘤。这些射线由放射治疗设备产生，它们的能量等级并不相同。在达到治疗效果的同时，会产生一定的副作用，如引起皮肤不良反应等。

英国和德国科学家组成的科研团队，发现利用一种既有碳离子又有氦离子的混合粒子束，可以在治疗癌症患者的同时观测治疗的结果：碳离子对目标肿瘤进行照射治疗，氦离子则会直接穿透人体，可用于成像。也就是说，运用这种混合粒子束在治疗肿瘤的同时，也可以用它监控人体内部及局部解剖学变化，使得粒子疗法更加精准，减少癌症患者的治疗风险。

不止这些，2020年科学技术所取得的重大突破还有：在室温条件下观察到了超导现象、开发出了新型X射线探测器、探测到太阳中的新型中微子……可以说，科学家给人们带来了种种惊喜和希望。