2016年世界科技發展回顧

基礎研究

美國

引力波探測取得里程碑式成果；多個「首次」發現令人興奮；量子、超導等領域研究有建樹。

劉海英（本報駐美國記者）2月11日，美國科學家宣布，利用激光干涉引力波天文台（LIGO）首次探測到引力波，這一發現是物理學界里程碑式的重大成果，也是2016年基礎科學研究中最令人興奮的成就之一。

除引力波外，美國科學家在2016年做出了許多「首次」天文發現：首次在距太陽系最近恆星系發現類地行星——比鄰星b；首次探測到恆星爆炸激波；首次直接觀察到地磁重連；首次在太陽系內發現無尾彗星；首次在太陽系外發現手性分子；首次直接觀測到黑洞冷吸積現象……此外，他們還描繪出首份銀河系「年齡圖」；計算出可觀測宇宙半徑為453.4億光年；在星團R136中發現了超大質量恆星群；確認了1284顆行星的存在。

宏大的天文研究突破連連，在對細微物質世界的研究中美國科學家也有諸多「首次」：首次發現由底、奇、上、下四味不同夸克構成的四夸克粒子；首次在准二維材料α－氯化釕內觀察到一種新量子物態——量子自旋液體；首次發現運動的粒子能夠遠距離交互；首次揭示水存在量子隧穿狀態；首次用激光拍攝出含4個原子的分子在9飛秒內的化學反應動態過程；首次觀測到蝴蝶型里德堡分子；首次讓串聯式混合磁體的磁場強度達到最大峰值36特斯拉，創造了核磁共振領域的最新世界紀錄。

在其他基礎研究領域，美國科學家也取得了顯著成果。如在量子研究領域，他們使用一種量子反饋技術將量子疊加的時長提高了1000多倍；設計出一種「量子超材料」，能以光子形式釋放能量傳遞信息；克服量子計算一大主要挑戰，在超導材料內成功實現傳輸電子自旋信息。在超導研究方面，提出電子對密度論，稱銅氧化物的超導臨界溫度是由電子對密度決定，對標準超導理論提出挑戰；利用界面組裝技術成功誘導非超導材料鈣鐵砷複合物界面表現出超導性，提供了發現高溫超導體的全新方法等。

英國

基礎研究觀測手段取得突破；超穩定存儲介質數據保存達百億年；人類遺傳與進化領域又有新發現。

鄭煥斌（本報駐英國記者）國際天文學工程「平方公里陣列」射電望遠鏡（SKA）項目組織4月決定，將這一世界最大綜合口徑射電望遠鏡項目的總部設在英國。2011年11月成立的SKA項目是本世紀最重要的國際科學工程之一，它計劃在2024年後進入全面運行階段。劍橋大學國際研究團隊研製出目前世界上最小放大鏡，將聚光能力提高了10億倍，首次實現低于波長的聚焦，並利用該放大鏡對單個原子進行了實時觀察。

曼徹斯特大學研究人員在試驗中利用技術手段，將腦部「調頻」到一定腦波頻率後，可成功降低志願者疼痛感，將有助開發治療慢性疼痛的新療法。蒂姆·布利斯等3名英國科學家從細胞和分子層面揭示了一種名為「長時程增強效應」現象背後的運行機制，以及這種現象如何影響人類的學習和記憶能力。他們因在解析人腦記憶相關機制方面的突出貢獻，獲得2016年「格雷特·倫德貝克歐洲大腦研究獎」。

南安普頓大學的科研人員運用飛秒激光輸入法，將納米玻璃材料變成記錄和檢索五維數據的存儲介質，使得存儲數據在190℃環境下可保存138億年。

英國政府投資2億英鎊，正式開工建造英國新一代極地科考船。這艘科考船配備先進科研儀器和無人深潛載具，是英國政府自上世紀80年代以來最大一筆極地科研基礎設施投資項目的重要組成部分。

英國愛丁堡大學與日美兩國科學家合作，利用先進成像技術，首次獲得人類全部46個染色體的詳細三維結構。這些結構圖清晰表明，組成染色體的物質只有一半是遺傳物質，遠低於人們之前的預期。倫敦大學學院安賈利·戈斯瓦米等人在《皇家學會生物學分會學報》上發表的研究成果認為，人類祖先在恐龍滅絕後1000萬年中的進化速度是恐龍滅絕前8000萬年里一直所保持速度的3倍。

德國

受控核聚變實驗邁出重要一步；發現超高能中微子銀河系外源頭；繪製出詳細銀河系氫氣地圖。

顧鋼（本報駐德國記者）德國重點基礎研究項目「螺旋石7－X」仿星器於2016年3月成功完成第一輪實驗，首次製造出氫等離子體，向實現受控核聚變邁出重要一步。「螺旋石7－X」通過模仿恆星內部持續不斷的核聚變反應，將等離子態的氫同位素氚和氘約束起來，加熱至1億℃高溫發生核聚變，以獲得持續不斷的能量。目前氫等離子體脈衝持續時間從最初的0.5秒達到6秒，預計4年後可實現等離子體脈衝持續時間30分鐘的目標。

德國科學家領導的國際科研團隊曾於2012年利用位於南極冰層下的中微子探測器「冰立方（IceCube）」發現超高能中微子，2016年他們首次為其找到了一個位於銀河系外的源頭，這一重大發現有可能開啟中微子天體物理學的新時代。儘管這一來源尚未完全確認，但95％的相關性是迄今最高的指標。

德國和澳大利亞科學家利用超大可操縱射電望遠鏡，繪製出前所未有的「跨越整個天際」的詳細銀河系氫氣地圖，覆蓋100多萬次的單獨觀測以及大約100億個單個數據點，深度呈現了包含太陽系在內的銀河系內部與周圍所有氫氣的數據，首次揭示了恆星間的結構細節，有助解釋銀河系形成的最終奧秘。

以色列

人工智慧企業開發投資預測新演算法；基因研究取得多項新發現；納米感測技術使無人駕駛更加精準。

毛黎（本報駐以色列記者）Zirra公司開發出新的人工智慧和機器學習技術，可分析企業的估價、競爭對手和風險因素等相關變數，並對其團隊、產品、發展勢頭和執行力水平進行評級，幫投資公司找到最合適的企業。

本古里安大學科學家發現自閉症基因的差異特徵：一是該基因格外長；二是其負選擇過程比其他基因的更活躍；三是沒有發現自閉症基因的正選擇跡象。研究提供了辨別其他自閉症基因的工具，有望診斷早期自閉症。

特拉維夫大學科學家針對實驗鼠的研究表明，將基因調節和化學療法相結合用於原發腫瘤治療，能夠「十分有效」地防止乳腺癌轉移，實驗結果也可能適用於人類。

生物科技公司NRGene公司與多個醫療診斷及健康公司初步交涉，希望利用其基因組排序軟體和運演算法分析人類DNA，幫助確診早期基因性疾病，并力爭為患者量身制定藥物治療。

OryxVision公司研發出可接受光波的納米天線，測量範圍達150米，解析度達百萬像素，性能優於激光雷達感測器50倍。感測器可提供更清晰的視圖，降低了自動駕駛汽車系統對演算法的要求及做出正確駕駛判斷所需要的處理能耗，且能在陽光直射和惡劣天氣下正常運行。

日本

開發出固體鋰離子電池新負電極材料；發現中微子中可能存在對稱性破缺；發現自旋液體隱藏秩序。

陳超（本報駐日本記者）日本東北大學和東京大學首次利用大環狀有機分子，為全固體鋰離子電池開發出一種新的負電極材料，這種新分子材料（開孔石墨烯分子，CNAP）電容量比石墨電極高兩倍，經65次充放電後仍能保持原始的大容量狀態。

日本高能加速器研究機構發現，不僅在夸克中，在中微子中也很可能存在對稱性破缺現象，有助揭示宇宙形成之謎。根據已知理論，宇宙在大約137億年前的一次「大爆炸」中誕生，之後出現了夸克、電子等粒子和同樣質量但電荷相反的反粒子。粒子和反粒子一旦碰撞，將以光的形式釋放能量後湮滅。因此，如果兩者始終並存，宇宙中的物質最終將消失殆盡。而現在反物質卻幾乎全部消失，形成了由物質構成的宇宙。對稱性破缺是解釋這一現象的有效理論。

自旋液體隱藏秩序被發現。日本等國科學家組成的研究小組發現，鋱鈦氧化物冷卻至零下273℃（絕對溫度0.1開爾文）時，其量子性狀液體凝固，電子「軌道形狀」呈有序的罕見固體。這一困惑科學家20多年的鋱鈦氧化物謎一樣的秩序得以解開，成為理解物質新的量子狀態的重要發現。

法國

發現迄今最遙遠星系團；設計出量子熱晶體管，這些成就讓法國在天文觀測、基礎物理等領域處於領先行列。

李宏策（本報駐法國記者）在天文領域，法國科學家利用多台望遠鏡提供的數據，發現了迄今最遙遠的星系團，它發出的光穿越約111億光年的漫長旅程，終被人類捕獲。這一星系團正經歷恆星「誕生潮」，有助科學家更好地研究星系團及其內部星系的形成。

在物理領域，普瓦提埃大學和國家科學研究院設計出一種量子熱晶體管，能像電子晶體管控制電流那樣控制熱流，可從發電站及其他能源系統收集餘熱循環利用。目前雖有傳輸和引導餘熱的方法，但無法對熱流進行有效控制，量子熱晶體管做到了這一點。

位於法國卡昂的新加速器「SPIRAL2」揭幕並投入使用。實驗將在位於地下約10米、長40米的隧道內，發射稠密的離子—原子（剝離了部分電子）束。離子—原子束撞上目標表面後會爆炸，分裂成包括原子核在內的亞原子粒子，這一實驗有助弄清為什麼不同原子核有不同的質子／中子比，正是這一比率確定了原子的電荷以及它屬於何種化學元素。

俄羅斯

繼續大科學項目國際合作：開建「尼卡」（NICA）項目超導對撞機；宣布再次發現引力波，並參與新一代引力波探測器研究工作。

亓科偉（本報駐俄羅斯記者）2016年，俄羅斯依託庫爾恰托夫研究所繼續開展國際熱核聚變實驗堆（ITER）、歐洲核子研究中心（CERN）大型強子對撞機（LHC）、歐洲X射線自由電子激光（XFEL）等大科學項目國際合作。俄高校也積极參与到大科學項目研究中，如托木斯克理工大學獲准參與CERN微模式氣體探測器RD51項目研究；聖彼得堡國立大學高能物理實驗室與波蘭克拉科夫大學、德國法蘭克福大學合作，研製出能夠高精度確定粒子運行軌跡的新型超靈敏探測器。

「尼卡」（NICA）項目超導對撞機在杜布納開工建造，2018年前將完成第一階段建設工作，預計2020年投入運行。該對撞機建成後將幫助科學家尋找核物質新的存在狀態，模擬小型「宇宙大爆炸」並研究爆炸後產生的超高密度物質，最終揭示宇宙起源奧秘。

莫斯科國立大學和位於聖地亞哥的美國天文學會同時宣布再次發現引力波。

俄波奇瓦爾院士無機材料高技術研究所的科學家，為俄科學院特羅伊茨克市核研究所尋找惰性中微子的初期項目製備了氚源，該項目有望在尋找暗物質方面取得突破。

先進位造

繼續推進國家製造業創新網路計劃，3D列印技術研發成果頻現，納米製造等先進位造工藝研發取得新突破。

劉海英（本報駐美國記者）2016年，美國政府繼續推進在先進位造領域的重要戰略—國家製造業創新網路計劃（NNMI），繼4月宣布成立該項目第八個創新中心—革命性纖維和紡織品製造創新研究所後，奧巴馬於6月宣布成立NNMI項目第九個創新中心—智能製造創新研究所。9月，NNMI正式更名為「製造美國」，意味著美國製造業創新戰略進入一個新階段。

在技術研發方面，3D列印作為先進位造技術的代表，成為美研發重點。2016年，美國科學家開發出可使超強3D列印陶瓷耐1700攝氏度高溫的新技術，研製出能列印有一定機械強度的人體組織的生物印表機。美國企業在3D技術產業化方面亦有所建樹，美鋁公司3D列印的飛機零部件進入市場，通用電氣公司3D列印製造的渦輪機關鍵零件也通過了測試。

在先進位造工藝方面，美國科學家還取得了許多成就。他們研發出製作納米線材和納米激光器的新方法，藉助一種簡單的化學浸漬溶劑工藝，讓材料「自我組合」成納米晶體、板材和線材；開發出製造耐氫合金的新工藝，通過摻入鉻、鈮來強化鋯合金的抗氫蝕能力。

斥巨資探索石墨烯應用，關注膜材料和自動駕駛技術。

鄭煥斌（本報駐英國記者）英國工程和自然科學研究委員會斥資520萬英鎊，資助歐洲曼徹斯特大學和石墨烯製造商Graphenea開展一項為期5年的研究，探索以石墨烯為代表的二維材料在醫療領域的應用。英國劍橋大學科學家與中國江南大學合作，設計了一種將石墨烯基油墨沉積在棉花上生產導電紡織品的方法。

英國帝國理工學院成立巴勒中心，該中心將致力於新型膜材料方面的研發，以提升工業分離工藝的效率。此外，交通系統技術發展中心研發團隊開發的無人駕駛車輛，首次在英國南部城鎮米爾頓凱恩斯的街道上進行公開測試。

政府高度重視先進位造，已將3D列印技術廣泛應用於多個工業領域。

李宏策（本報駐法國記者）法國政府高度重視先進位造，將其作為未來工業計劃的重中之重，並已將3D列印技術廣泛應用到航空航天等重要工業領域。

法國賽峰集團與澳大利亞3D列印公司AmaeroEngineering合作，利用3D列印技術製造多種航空零部件，包括用於航空噴氣發動機的燃氣渦輪。

在人工智慧領域，法國國家科學研究中心的研究人員設計出一套全新系統，可通過「觀看」說話者的嘴唇動作，直接將其轉換為語句。該設備將能幫助聲帶麻痹患者發聲，向腦機介面又邁進一步。

在先進位造領域取得多項進展，涉及3D複合聲場新方法，以及具有環保功能的微型機器人。

顧鋼（本報駐德國記者）馬普智能系統研究所開發了一種全新的製造3D複合聲場的方法，比運用現有技術製造的聲場精密100多倍，而且速度更快、成本更低，將改善醫療成像並推動超聲技術的新應用。

德國馬普研究所的研究小組還開發出一種微型機器人，能迅速清除工業廢水中的污染物和重金屬，經回收處理後還能循環利用。此外，烏爾姆大學與中科院無機化學研究所合作，開發出一種新的鋰電池定製方法，使未來電動汽車能像智能手機一樣方便地更換電池。

3D列印技術發展迅速；無人駕駛研究另闢蹊徑。

亓科偉（本報駐俄羅斯記者）俄托木斯克理工大學、俄科學院西伯利亞分院強度物理與材料學研究所、斯科爾科沃科技大學和俄「能源」火箭航天集團公司，成功研製出首台太空3D印表機，能夠在失重條件下為宇航員列印零部件。俄薩馬拉國立航空航天大學學生髮明3D巧克力印表機，未來該團隊還將在此基礎上研發其他食品原料印表機，為宇航員提供更加均衡的膳食。

另一方面，俄在無人駕駛領域研究則另闢蹊徑：俄韃靼斯坦共和國Agropolis公司啟動無人收割機研發計劃，利用攝像頭和電腦創建「虛擬通道」，控制行駛方向，首批樣機將在兩年後投入應用。

開發出懂多種語言的機器人服務員，以及不用重稀土的混合動力車電動機。

陳超（本報駐日本記者）2016年，日立公司發布代號為EMIEW3的新款「機器人服務生」。它具有應對多語種、跌倒爬起、主動提供幫助等功能，可承擔導購、接待等任務。

此外，本田公司7月宣布，與日本大同特殊鋼公司聯合設計出無需使用重稀土材料的混合動力車電動機，計劃在本田公司新款混合動力車上使用。

開發出首個車對車網路；人工智慧技術用於保護基礎設施免遭黑客入侵。

毛黎（本報駐以色列記者）Nexar公司率先研發出車對車（V2V）網路，其匯聚了超過5萬名來自舊金山、紐約和特拉維夫用戶的數據，可深入了解任何給定時間內的路況。

APERIO公司針對電廠發電機溫度、製藥廠、食品製造廠及煉油廠的氣體流量等所有工業控制系統的伺服器，開發出的新產品可通過對比歷史數據，找出與現實情況的矛盾之處，提醒用戶偽造情況的存在，並在黑客試圖偽造良好數據破壞水電網路等關鍵基礎設施時發出警報，並採取實時糾正措施。