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2022 年十大科學里程碑

2022 年十大科學里程碑

2022 年十大科學里程碑

2022 年就要過去了,我也來回顧一下今年的十大科學里程碑吧。這份名單只是按我個人所感受的衝擊度來挑選,可能與其它媒體不盡相同,裡面太空天文占了四項、生物醫療三項、人工智慧兩項、能源一項。排列順序不代表重要性的大小,我只是先將同類別放一起,再按時間順序排列。

一、 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST)

最新的太空望遠鏡 JWST 於今年 1 月 24 日抵達預定位置,離地球約 150 萬公里的第二拉格朗日點後(這裡太陽與地球的重力恰好平衡,可用最少的燃料,長期穩定地保持在固定位置),就因具有更高的解析度與靈敏度,且所用的紅外線波段可窺見更多、更遠的宇宙樣貌,而備受各界期待。

從七月開始,NASA 陸續公布 JWST 所拍攝的照片,以往隱藏於宇宙塵埃背後或是朦朧晦暗的天體與星系,如今一覽無遺。一張張壯闊瑰麗的影像(人眼看不見紅外線,所以這些照片都經過 NASA 後製上色,),諸如重力透鏡、星系的誕生、海王星的行星環、……等等,讓不是天文專家的我們也不禁讚嘆宇宙之美。

這些觀測資料將有助於天文學家了解宇宙早期的樣貌、星系的內部結構,以及不同星系之間的拉扯作用,還能分析系外行星的大氣組成,判斷是否具有孕育生命的條件,以探索宇宙之大,我們是否並不孤獨?

二、 用月球土壤種植植物

美國佛羅里達大學的研究團隊於 5 月 12 日發表破天荒的實驗結果。他們在太空人半世紀前從月球帶回的土壤中,埋入阿拉伯芥的種子,以水和營養液加以灌溉,成功讓種子發芽成長。

雖然和在地球土壤中生長的芥菜比起來,顯得發育不良,但已證明在月球種植植物是可行的。事實上,這項實驗是阿提米絲計畫的一部分,屆時太空人會在月球南極一帶登陸,那裏蘊藏足夠的水,可以用來灌溉植物或製造氧氣,供太空人在月球基地長期生活。

三、 DART 撞擊小行星

六千六百萬年前,一顆小行星撞擊地球,原是動物霸主的恐龍因此滅絕。誰也說不準這毀滅性的災難會不會再度發生,到時又該如何防範?

今年 9 月 26 日,美國航太總署 (NASA) 讓約莫一部車大小的「雙小行星轉向測試」(Double Asteroid Redirection Test,簡稱 DART) 探測器,撞上小行星戴摩佛斯 (Dimorphos),希望戴摩佛斯因此改變軌道,朝另一顆更大的小行星迪迪摩斯 (Didymos) 而去。如果成功的話,這就不失為一個防衛地球的方法。

10 月 11 日,NASA 宣布 DART 成功改變戴摩佛斯的軌道,而且幅度比原先預期的還大。看來我們不至於步上恐龍的後塵了。

四、 阿提米絲一號 (Artemis I)

阿波羅 17 號於 1972 年完成登月任務至今,已整整五十年再無人類登陸月球。如今美國啟動阿提米絲計畫,預計在 2025 年重返月球。今年 11 月 16 日,阿提米絲一號歷經一坡三折後終於發射升空,依計畫繞行月球軌道後,於 12 月 11 日返回地球,成功完成第一階段的任務。

這不僅是重返月球的序曲,更大的雄心在於建立太空基地,無論是為了前往火星或是為了獲取太空資源,新一輪的太空競賽已揭開了序幕。

五、 豬心移植

心臟移植不像肝臟或腎臟可以接受活體捐贈,必須來自判定為腦死的捐贈者,來源很不穩定又相當稀少,許多患者常久候未果而撒手人寰。為了解決這個困境,科學家便把腦筋動到其他動物身上,倘若動物的心臟也能移植到人身上,來源就不是問題了。

今年 1 月 7 日,馬里蘭大學醫學中心為 57 歲的貝內特 (David Bennett) 移植了一顆豬心。這顆豬心經過基因改造,以免引發人體免疫反應,果然移植後並未出現明顯排斥現象,成為心臟異種移植的第一個成功案例。

雖然貝內特仍在兩個月後離世,但據主治醫師說,死因並非器官排斥,而是感染豬的病毒,因此心臟異種移植的未來還是大有可為。

六、 人類基因圖譜

「人類基因組計劃」在美國能源部和國家衛生研究院的投資下,於 1990 年展開。雖然計劃在 2003 年宣布完成,但是其實只完成了 92%,另外 8% 包含大量重覆序列的DNA,在當時被認為是無用的「垃圾 DNA」,故未深入分析。

今年三月,一個由世界各地數十個研究機構組成的「端粒到端粒聯盟」(Telomere to Telomere Consortium,T2T),宣布已經補齊缺失的 8%,從中發現近兩千個新基因,同時修正舊有的許多錯誤。

有了完整的人類基因圖譜,將有助於科學家了解人類的演化、個體的老化現象,並尋找諸多疾病的成因,加速精準醫療的發展。

七、 培養皿中的迷你腦

美國哲學家普特南 (Hilary Putnam) 曾提出「缸中之腦」的思想實驗,假想將人的大腦放入裝了營養液的玻璃缸中,再與超級電腦相連。超級電腦會傳送和神經訊號一樣的電訊號給缸中之腦,也會對它發出的訊號做出適當回應。如此一來,缸中之腦是否就會以為自己生活在真實世界,渾然不知這一切其實是電腦創造出來的虛擬實境?

今年 10 月,澳洲一家大腦皮質實驗室“Cortical Labs”發表論文,宣稱結合從人類幹細胞誘導而成的腦細胞和小鼠胚胎,在培養皿成長為 80 萬個細胞組成的「迷你腦」。然後他們將早期電子遊戲「乓」(Pong,移動直條狀的球拍,對著牆壁打乒乓球) 的訊號接到迷你腦,讓它知道怎樣是擊中球,五分鐘後,它就學會遊戲。

儘管失敗率很高,但是球拍並非隨機移動,而是與球的方向有相關性,顯示迷你腦能接收來自外部的訊息,並且加以處理後,即時做出回應。

當然,這只能算是一種機械反應,不代表迷你腦具有意識,但還是令人不禁想到著名的科幻電影《駭客任務》(Matrix)……。

八、 AlphaFold

生物細胞絕大部分都是蛋白質,組成蛋白質的胺基酸只有 20 種,科學家雖然能分析出各種不同蛋白質的組成,卻難以得知它們摺疊成什麼形狀。問題是,蛋白質的立體結構才是各種交互作用之關鍵所在,若一無所悉,就只能不斷嘗試摸索。

今年七月,當年開發出 AlphaGo 打敗所有圍棋高手的 DeepMind 公司,宣布他們另一個 AI 軟體 AlphaFold 已經預測出超過 2 億個蛋白質結構,這幾乎涵蓋了地球上所有已知序列的蛋白質。有了這項資料庫,科學家不但更能了解細胞的運作,並且可以更迅速有效地開發出各種新藥。

九、 ChatGPT

今年八月,AI 軟體 Midjourney 所創作的畫作〈太空歌劇院〉贏得美術大賽的首獎,才引發各界議論紛紛,沒想到,11 月橫空出世的 ChatGPT 更讓大家目瞪口呆。

Midjourney 至少還是由人給予引導微調,但 ChatGPT 卻是自行產生答案,而且無論是內容品質或敘述方式幾乎都與真人無異,甚至超乎一般人的水準。ChatGPT 帶來的影響將像工業革命的蒸汽機與紡織機那樣,固然許多人可能會因此失業,但人類的心智活動也將因此有更大的揮灑空間。

十、 核融合

核融合無疑是能源的聖杯,可產生巨大的能量,又不會產生放射性及其它汙染,原料還取之不盡。然而技術上雖然做得到,但為了達到核融合的反應條件,所輸入的能量始終大於產生的能量,無法用來發電。

12 月 13 日,美國能源部宣布,勞倫斯利佛摩國家實驗室 (Lawrence Livermore National Laboratory) 成功讓核融合反應達成「能量淨增益」,也就是產出的能量 (3.15 百萬焦耳)遠高於引發反應所使用能量 (2.05 百萬焦耳)。

其實如果把這次實驗整體耗費的能量都算進來,仍遠大於產生的能量,但至少這已證明若能擴大規模,核融合發電的確是可能的,屆時人類與地球都會有更美好的未來。

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