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纽约客杂志盘点了今年科学界可圈可点的八件大事，涉及天文、医学、区块链、气候、能源等生活的方方面面。
Photo by Bryan Goff on Unsplash我们不断发现和建造很酷的东西，这并不奇怪，但我们发现和建造的东西仍然会让我们感到惊讶。2022年又是科技进步的一年。现在就确定今年最重要的科学发现还为时过早；科学需要时间才能成熟。但这里有八个时刻，对我、对各自领域的专家、甚至对从事相关工作的人来说都是不同寻常的。我们的太阳系就像一个雷区。在太阳、小行星带、行星和行星环及卫星之间，有少量较小的岩石，其中一些与地球相交。我们希望避免和恐龙一样的命运，因此努力发现潜在的麻烦入侵者。目前我们知道，暂时没有直径超过140米的小行星，会在下个世纪造成严重的碰撞风险。但我们不知道的东西仍然会伤害我们，必须为意外做好准备。去年，SpaceX公司在约翰霍普金斯大学的领导下，发起了一项名为“双小行星重定向测试（DART）”的美国太空署任务。正如大卫·布朗在详细描述这次任务时所解释的那样，目标是700万英里外的一对不起眼的小行星，被称为Didymos（直径近半英里）和Dimorphos（直径略大于500英尺）。当时，Dimorphos每11小时55分钟绕Didymos一周。Dart飞船在发射时的质量超过半吨，并不是为了消灭这两个天体，但可以将其中一个或两个天体推离轨道，这证明了人类可以改变来袭小行星的轨道，从而避免它们与地球相撞。成功的定义是飞船与Dimorphos 正面相撞，使其轨道周期至少改变73秒。9月26日，Dart以大约每小时14000英里的速度击中了目标，将轨道缩短了整整32分钟（基于地球的观测通过跟踪两个天体互相重叠的频率，来测量这种影响）。如果不是太空中的寂静，这一声撞击可能会响彻整个太阳系。科学家们仍在分析这一事件发生后的数据。在1998年的电影《世界末日》(Armageddon)中，布鲁斯·威利斯饰演的角色在一颗飞往地球的小行星上引爆了一枚炸弹，阻止了世界末日的发生。25年后，我们有了更优雅地实现类似目标的技术。像Dart一样的宇宙飞船，加上仔细的观察和早期探测，现在让我们有能力保卫我们正在大肆掠夺的星球。许多服用过致幻剂的人都明白它们的治疗作用。我就是其中之一。27年前，我用迷幻药和摇头丸来对抗抑郁症。由于长期以来的法律限制娱乐、治疗甚至科学用毒品，研究仍在迎头赶上。但是，今年，关于裸盖菇素(psilocybin)抗抑郁症功效的研究结果，甚至让一些科学家感到困惑。它是神奇蘑菇中的魔力。尽管抗抑郁药通常是治疗抑郁症的第一道防线，但往往无法提供缓解。据估计，全球有超过2.5亿人面临着所谓的重度抑郁症，一些研究表明，其中至少30%的人患有所谓的耐药抑郁症。
上个月，《新英格兰医学杂志》发表了有史以来规模最大的裸盖菇素临床试验结果，233名耐药抑郁症患者参加了试验。在专业人士的指导下，他们每人只服用一剂裸盖菇素，分别为1毫克、10毫克或25毫克。三周后，那些服用最大剂量的人的抑郁程度，明显低于服用最低剂量的人。另一项发表在《自然医学》上的研究表明，裸盖菇素比抗抑郁药艾司艾司西酞普兰（escitalopram，其品牌名称为Lexapro）更有好处。利用神经成像技术，研究人员还探索了一些可能的治疗机制：他们发现，接受裸盖菇素治疗的患者，大脑网络活动的整合有所增加。也许裸盖菇素通过增加认知灵活性，让人们逃离思维的窠臼。另一项发表在《精神药理学杂志》上的研究观察了接受两次迷幻治疗的重度抑郁症患者。一年后，75%的人的抑郁分数至少降低了50%。这三项研究的作者都告诉我，他们对这种疗法的持久性感到惊讶。还有很多工作要做，但这些研究结果表明，一些人可能能够找到摆脱以前无法摆脱的疾病的方法。在全球变暖的时代，我们预计气温纪录将被打破。但现在，气温正以惊人的频率和惊人的数值增长。今年7月，英国遭遇了历史性的热浪：此前的最高温度为101.7华氏度（即38.7摄氏度），但至少有46个气象站达到或超过了这一温度，最高增长了2.9华氏度（即40.3摄氏度）。在至少半个世纪以来收集数据的100多个气象站中，大多数都打破了纪录。一个村庄以高出11.3度的纪录冠绝全国（稳住！）。Photo by Adrian Balasoiu on Unsplash英国不是唯一经历这些的国家。欧洲其他国家的气温纪录也被打破，整个欧洲大陆从6月到8月经历了有史以来最热的夏天。巨大的山火蔓延整个大陆。与此同时，印度今年春天遭遇了一场末日般的热浪。几个大陆经历了干旱，中国经历了史上最热最长的热浪。今年8月，一个由11名科学家组成的国际团队在《美国国家科学院院刊》上发表了一篇题为《气候终局:探索灾难性气候变化情景》的分析文章。他们认为，将气温上升幅度保持2摄氏度以下的国际目标，导致研究将重点放在较缓和的变暖情景上，使我们对更剧烈的变化没有准备。到本世纪末，由二氧化碳引起的层积云层的减少，可能会使地球温度再升高8摄氏度。他们写道：“尤其令人担忧的是‘临界瀑布（tipping cascade）’”。对环境的破坏可能是非线性的，由此产生的低可能性后果应加以研究。这篇文章指出，气候变化可能引发或加剧停电、饥荒、流行病、大规模灭绝和核战争。简而言之，我们应该预料到意外的发生。科幻小说(和哲学)的一个主要概念是，你只是一个缸中的一颗大脑，通过电线连接到现实世界。另一种说法是，你只是虚拟宇宙中的一个模拟生命。《神经元》杂志今年报道的一项实验结合了这两种比喻的元素。连接到计算机上的脑细胞层，体验了一个由电子游戏《乓》的变体组成的世界，并学会了玩游戏。上图：实验界面。图源：油管 @New Scientist研究人员从人类干细胞中培养出一些脑细胞，并从小鼠胚胎中收集了其他脑细胞，然后将大约80万个小鼠或人类脑细胞放置在培养皿中的电极阵列上（人类大脑的神经元数量，大约是这个数字的10万倍)。每个阵列上两个神经元区域的电活动，被转换成视频屏幕上球拍的上下运动。弹跳球的位置被反馈到网络中的另一组神经元；当球拍与球连接时，所有电极都发出一连串的电击，加强了神经元的行为。这篇论文的合著者之一、伦敦大学学院的神经科学家卡尔·弗里斯顿（Karl J. Friston）告诉我，尽管团队假设神经元和硅能够说同一种语言，并以这种方式学习，但他们完全不确定他们的“盘中大脑”是否可行。他说：“这就像你遇到一只会说话的狗一样惊讶。此外，人类神经元比老鼠神经元能够维持更长的游戏时间，这有点像发现狗比猫更擅长说话。”这不仅仅是派对上的把戏，而是可以探索一些重要的问题：细胞是如何交流的，生物智能和合成智能是如何结合的，癫痫和痴呆等大脑疾病会发生什么，以及药物是如何影响大脑的。研究小组现在计划，测试酒精对身体系统的影响。“一个‘醉了的盘中大脑’怎么玩乒乓球?”弗里斯顿在最近的一次新闻发布会上问道。很少有人了解区块链。你可能听说过，它们在某种程度上与比特币等加密货币有关，而且消耗大量能源。加密资产消耗的能源比许多国家都多，这是一个大问题。今年9月，一个重要的区块链改变了其验证交易的方式，大幅减少了能源消耗。比特币是第一种基于区块链的加密货币，通过一个名为“工作量证明”的系统来验证交易：世界各地的计算机竞相解决复杂的谜题，获胜者将获得一些加密货币，并能够将交易区块添加到账本中。所有的问题解决都需要大量的能量。相比之下，2015年推出的以太坊区块链旨在使用“权益证明”。潜在的验证者将把他们自己的加密货币放入第三方托管中；当一个区块添加时，他们会获得与他们的持币成比例的奖励（如果区块的内容是欺诈性的，你会损失一部分持币）。
权益证明要节能得多，但开发起来非常困难，以至于以太坊推出时使用了工作量证明。2020年，以太坊开发者社区创建了一个名为Beacon Chain的并行账本，使用了权益证明。经过近两年的测试，他们确定了合并的日期，把两个链合并成一个使用权益证明的链。许多人担心合并会颠覆加密市场；一些专家将这一过程比作在飞行途中更换飞机引擎。但在9月15日，合并几乎毫不费力地成功了。一位名叫蒂姆·贝科（Tim Beiko）的开发人员告诉我，区块链之后看起来非常稳定，以至于他“不得不再次检查”性能图。以太坊在许多方面已经比比特币更重要。它不仅支持加密货币，而且支持一种被称为NFT的数字艺术作品，自动执行“智能合约”，以及许多用于金融、娱乐和通信的计算机应用程序。合并现在使以太坊交易更快、更便宜、更节能，估计节能达到99.95%。在以太坊基金会主办的合并派对上，一位开发人员评论道：“这真是一个令人难以置信的壮举……使用网络的人将不知道发生了什么变化。但一切都变了。”从地质学的角度来说，DNA是脆弱的。一旦我们死亡，甚至在我们活着的时候，给细胞下达行军命令的双螺旋分子就开始分解，我们体内的酶将其分解。DNA也不能对水、空气或微生物免疫。一项研究估计，其化学键的半衰期约为500年。如果发现一个非常古老的DNA样本，你想把基因组重新组合在一起，你就必须把特别小的拼图碎片组合起来。然而，去年，研究人员利用从两只西伯利亚猛犸象的臼齿中提取的物质，成功地重建了它们的DNA。这两只猛犸象已有100多万年的历史。这项工作几乎使最古老的DNA序列记录提早了一倍。今年，第二组研究人员再次将纪录录提早一倍。正如他们在《自然》杂志上报告的那样，他们不是在一颗长牙中发现了DNA，而是在格陵兰岛北部一个峡湾口的沉积物中发现的，大约200万年前，植物和动物遗骸被冲到了那里。研究人员在5个地点的41个土壤样本中发现了DNA。其中大部分都粘附在石英或粘土上，这可能保护了那些脆弱的细丝不受酶的破坏。哥本哈根大学地质学家、论文的主要作者之一库尔特·克亚尔 (Kurt H. Kjær)告诉我：“DNA的保存以及提取和测序的能力，对我们来说是一个重大飞跃。”研究小组不仅从一两个物种中收集了遗传物质，还从一百多种植物以及乳齿象、驯鹿和马蹄蟹等动物中收集了遗传物质。研究人员认为，这片现在是冰冻荒地的土地，曾经比现在气温高20度左右。这项工作为早期的生活方式提供了线索，并展示了未来的可能性。科学家们有希望重建生物谱系和整个历史生态系统的图景。他们甚至可以提取基因，来帮助今天的植物和动物应对不断变化的世界。你可能会认为我们已经吸取了教训：我们给人工智能设定了挑战，说它不会很快打赢这些挑战，然后发现人工智能在我们预期之前就已经征服了我们。2019年，Meta公司的计算机科学家诺姆·布朗(Noam Brown)完成了他在多人扑克中的人工智能研究工作，正在寻找新的挑战；他选择了一个他认为可以安全地让他至少工作十年的地方。当时的任务是《外交风云》(Diplomacy)，这是一款桌面游戏，要求7名玩家控制陆军和海军部队，争夺欧洲地图的控制权。玩家可以互相攻击或支持对方，每个回合都从一轮不具约束力的谈判开始。你可能会提议帮别人解决困难，然后又背后捅刀子。这是一场信任与欺骗的游戏，通过棋子的摆放和语言的组织来锤砺。正如布朗告诉我的那样，玩《外交风云》的机器人听起来像科幻小说。人工智能可以制定策略（比如AlphaGo），它可以说话（比如ChatGPT）。但大多数话痨的人工智能没有真理或谬误的概念。然而，Meta开发了一个名为西塞罗的系统，学会了根据上下文和目标来表达自己的话语。在观察了人类玩的外交游戏并玩了自己的副本后，西塞罗加入了一个在线社区，玩了40个游戏。在《科学》杂志上发表的一篇论文中，布朗和他的团队报告说，它的表现超过了90%的玩家。此外，西塞罗的书面演讲非常流畅，只有一个玩家对它产生怀疑。有一次，在代表法国队比赛时，由于技术故障，系统瘫痪了10分钟。当西塞罗重新上线时，编造了一个借口（“我在和我女朋友打电话”，回复了英格兰的打招呼（“真的很想听到你的消息!”）。在核聚变动力方面（原子产生电力），进展永远（而且自相矛盾地）不尽人意。不过，本月，研究人员朝着可控核聚变的方向又迈进了一步。核聚变发生在恒星内部，需要极高的热量和压力；大多数核聚变发电实验使用磁场加热氢气并将其封闭，而其他实验则用激光轰击氢颗粒。位于加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的美国国家点火装置采用了第二种方法。设施的主要目的是为核武器研究做出贡献，可持续能源是一种副产品。它于2009年完工，投入达最初预算的三倍，最初预计在2012年实现“点火”，即核聚变反应释放的能量，超过激光传递的能量。进展比预期的要慢。最终在2022年12月5日，点火实现了。192束激光短暂地轰击了一个铅笔橡皮擦大小的圆柱体，释放出X射线，压缩了一个包含冻结氢原子的颗粒，其中一些聚变成氦，释放出高能中子。总的来说，目标接收到大约2兆焦耳的能量（足够点亮一个100瓦的灯泡5小时，但浓缩成一个闪光），并释放出超过3兆焦耳的能量，比科学家预期的多一点。结果既没有达到预期，也超出了预期。科学的发展时断时续。不要指望这个体育场大小的国家点火设施，能在短时间内建成一个邻近的聚变反应堆。首先，虽然激光传输了2兆焦耳的能量，但为其供电需要300兆焦耳。任何采用这种设计的反应堆都需要快速发射激光，每秒可以击中多个目标。新的核聚变结果是了不起的，然而，日常的核聚变可能还需要至少30年的时间。