《Science》发布2019十大科技,或许你曾经的畅想就能变为事实?(上)

头图

那个想象中似乎永远不会到来的2020年,就这样悄声无息的来了。

 

2001年4月,《大科技》杂志刊登一篇标题为《未来百年大预测:假如我生活在2020年》的文章。它预测未来的人们像活在迪士尼的电影里:“无生命的东西都会活起来,它们会彼此交谈,也会同你交谈,陪伴着你的是一系列的智能系统。”

 

现在我们有了苹果的Siri,亚马逊的Alexa,小米的小爱同学......

 

世界因为科技而改变,我们已然被科技牵引翻山越岭,不经意间看到了一个个无法想象的风景。

 

science科学杂志在前几日发表2019十大科技突破,突破历史。

 

小助手将结合最新的科技突破项目,介绍相关的有方科研项目

 

有方,带你进入最前沿的科学研究。

 

01

人类历史上首张黑洞照片问世

"再此之前,我以为黑洞是黑色的。"

 

2019年,天文学家成功拍摄到黑洞,创造了又一个历史。

 

通过使用视界望远镜(Event Horizon Telescope),科学家们成功拍摄了5350万光年外的M87星系中心超大质量黑洞的照片。这个巨型黑洞的质量大约是太阳的65亿倍,而且甚至比银河系中心的超大质量黑洞还要大得多。

 

因为黑洞的引力非常强大,甚至连光都逃不出黑洞的引力,所以科学家们捕捉到的并不是黑洞本身的图像。相反,他们拍摄到的是黑洞的边界,即视界,照片以环绕黑洞的物质的辐射作为背景,在辐射的衬托下,勾勒出黑洞的轮廓。在不久的将来,这些研究人员还希望能够拍摄到银河系自身中心的黑洞。

 

有方科研项目

 

1 探究银河系中心超大质量黑洞

 

课题介绍

 

该课题与导师在加州大学洛杉矶分校(UCLA)的博士研究领域有关。

导师在银河系中心科研组工作,该科研组是天文学系最大的团队,主要关注银河系中心的所有相关研究。在天文学领域,研究人员通常分为观测工作者,理论工作者和模拟工作者分别来研究观察工作,理论研究和数值模拟。作为一名观测工作者,导师在观察操作和数据处理方面拥有丰富的经验,因为导师与 Keck 望远镜(在夏威夷)合作了三年。

在这个项目中,你可以了解真实天文学研究的样子,如何将高中的物理知识与天文学领域联系起来,如何以最有效的方式阅读文献,如何直接从望远镜处理原始数据,如何开始,最后发表相关论文。

 

导师介绍

加州大学洛杉矶分校  博士

就读于加州大学洛杉矶分校物理学与天文学专业博士

曾以专业第一名成绩毕业于南京大学天文系

AAS顶级国际会议的oral presenter

曾于2015年被选拔参与UCLA-CSST暑期科研项目,为亚太所有高校92名被选人之一

 

02

青藏高原古人类—丹尼索瓦人

“人类永远比你想得更坚强”

 

大约40年前,一位僧人在海拔1万多英尺的青藏高原白石崖溶洞中发现一块古人类下颌骨,该骨骼的年代可追溯至16万年前,研究人员对其牙齿蛋白质的分析表明,它属于丹尼索瓦人。

 

之前科学家对丹尼索瓦人的认知非常少,仅基于部分挖掘发现的个体遗骸,主要集中在西伯利亚南部丹尼索瓦人洞穴,该洞穴海拔2300英尺,距离青藏高原白石崖溶洞西北方向大约1750英里处,兰州大学考古学家张冬菊(音译)说:“这块下颌骨骼显示,丹尼索瓦人的地理分布比之前预想的更加广泛,他们曾生活在海拔较高、环境恶劣的地区。”

 

之前考古学家对丹尼索瓦人基因物质研究发现其存在一种突变,该基因突变促使他们能够适应青藏高原等海拔极高的低氧环境。

 

今年的多项研究让科学家对丹尼索瓦人有了进一步认识。 
  • 包括中国科学院院士、中国科学院青藏高原所研究员陈发虎等带领的研究团队,通过一种新蛋白质技术,确认一块来自青藏高原的颌骨属于丹尼索瓦人;
  • 另一组科学家则利用基因技术,重建了一个7.5万年前居住在俄罗斯西伯利亚的年轻丹尼索瓦人女孩的面容。

 

有方科研项目

 

2  可编程核酸酶进行基因组编辑

 

课题介绍 
基因编辑又称基因工程 genetic engineering,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因按预先设计的蓝图,在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。随着科技水平不断进步,发展出了CRISPR技术,并迅速成为人类生物学、农业和微生物学等领域研究人员手中最流行的基因编辑工具。与其他基因工程工具相比,CRISPR拥有更精确、廉价,且相对易于使用、功能强大的优点。 

 导师介绍

清华大学和加州大学伯克利

联合培养博士

曾多次在 Advanced Material 等高影响力期刊以第一作者发表论文。

 

03

谷歌宣布实现“量子霸权”

“人工智能超越人类智能的“奇点”不久将会到来吧”

 

2019年,谷歌宣称成功演示“量子霸权”:谷歌称一个由53个有效量子比特组成的处理器用约200秒完成了传统超级计算机约1万年才能完成的任务。

 

根据不久发表的科学论文,谷歌量子计算机中的量子比特数量将至少每年翻一番。正如《财富》报道的那样,“此外,他们预测量子计算能力将‘以双指数速度增长’,甚至会超过定义摩尔定律的指数速率,即传统计算能力大约两年翻一番。”

 

保守估计,这意味着谷歌将在2020年实现>100个量子位,到2021年实现>200个量子位,到2022年实现>400个量子位。

 

一旦谷歌的量子计算机超过256量子位,所有使用256位加密的加密货币都将被破解。

 

到2024年,谷歌将能够破解几乎所有的军事级加密,使军事通信对谷歌完全透明。

 

有方科研项目

 

3  用于加速神经网络计算的内存优化

 

课题介绍 
当前计算机在处理大数据或机器学习等应用时,往往需要大量的数据搬运,使得系统性能受制于内存的带宽—内存墙,一个解决方案便是直接在内存中实现部分的运算,以减少数据搬运的压力。因而这需要寻找内存中潜在的特性,挖掘其除存储以外的计算能力。另一方面,应用层面的发展总离不开硬件层面的进步。机器学习往往需要大量的数据支撑,这极大的增加了数据的访问,拖延了处理的时间。因而如果能在内存计算中实现机器学习过程中的某些运算操作,这将大大加速机器学习的效率,为机器学习的发展奠定坚实的基础。

导师介绍

匹兹堡大学  博士

电子与计算机工程专业,研究方向为计算机架构、机器学习

曾在顶级学术会议和期刊中发表论文

在匹兹堡大学中担任本科生课程助教

 

04

改善儿童营养不良

“完全解决儿童不良问题,人类未来才更有希望”

 

当婴儿呱呱坠地,随着这个小生命的生长,他们体内的肠道细菌也在不断生长和变化,并且影响着人体健康。圣路易斯华盛顿大学(Washington University School of Medicine in St。Louis)的Jeffrey I。Gordon教授与其团队,多年来关注健康儿童与营养不良的儿童在肠道菌群上的差异,并制定营养方案帮助肠道菌群受损的儿童恢复健康。

 

在顶尖学术期刊《科学》最新一期上,Gordon教授和孟加拉国国际腹泻病研究中心(International Centre for Diarrhoeal Disease Research)的同事们同时发表了两篇论文,基于对肠道细菌的认识,设计了一套新型治疗性食物。临床试验的结果表明,给营养不良的幼儿喂食这种包含鹰嘴豆、大豆、香蕉和花生粉的混合食物,可以帮助恢复肠道菌群,全面促进健康。

 

有方科研项目

 

4  研究土壤中的微生物治疗人类疾病

 

 课题介绍 
微生物学(microbiology)是生物学的分支学科之一。它是在分子、细胞或群体水平上研究各类微小生物(细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体原生动物以及单细胞藻类)的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律,并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。微生物学是研究各类微小生物生命活动规律和生物学特性的科学。 

 导师介绍 

清华大学和加州大学伯克利

联合培养博士

曾多次在 Advanced Material 等高影响力期刊以第一作者发表论文。

 

05

“小行星撞地球”新证据

“6600万年是毁灭,亦是新生”

 

大约6600万年前,一颗小行星无情地撞上地球,最终导致全球76%的物种(包括大型恐龙)灭绝。但这里存在大量未解之谜:这些物种如何灭绝、何时灭绝以及生态系统恢复的速度如何?这一直是未解之谜。

 

有方科研项目

 

5  物种演变的进化树

课题介绍 
进化树是演化生物学的概念,表明具有共同祖先的各物种间演化关系的树状结构。随着分子生物学研究的日渐深入,越来越多的DNA数据在被不断的挖掘出来,从科学上来说,如何容纳和理解这样的数据,并将它们纳入一个合适的体系内,是个艰巨、重要并影响深远的任务,这样的体系必然需要有健全而逻辑严密的底层数学结构。本研究所做的工作即是依靠图论来构建这一体系,其科学意义非常重大。
导师介绍

L导师

国内某高校数学系副教授

博士毕业于Max Planck Institute数学

所研究方向为生物数学

有方说 
有了爱因斯坦关于物理学的基础研究(相对论),才出现了原子钟技术,我们才能造出全球定位系统(GPS)这种日常技术。如果没有瑞士欧洲核子研究中心(CERN)的众多科学家的研究,我们就不会有互联网。 

如果不是上世纪20年代许多没有留下名字的物理学家对于电子和原子的研究,就不会有今天的计算机。

 

“让我们怀着这样的希望吧,如果不惧艰险地探索无用的知识,它们终会在未来产生反响,就像它们过去向人类证明的那样。”

 

文章部分介绍内容出自:

央视新闻:2019年十大科学突破,排名第一的是?

《Science》官网:

https://vis.sciencemag.org/breakthrough2019/

 

 

 

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