人工智能、生命科学、太空探索，盘点过去十年科技进步

卢晓菲

二十一世纪的第二个十年转瞬即逝，在2019年的最后一个月，消失了一段时间的围棋选手柯洁以别样的方式重回了大众视线，这次他是拿了全国斗地主大赛的冠军，网友戏称这是降维打击。跟人类围棋高手对战几无败绩的人工智能，在引发广泛关注的同时也引起了不小的争议和担忧。那些重大的科技事件塑造了过去的十年，去年底《自然》杂志对深刻影响着社会和经济变革的科技事件做了个盘点，里面提到了人工智能、基因编辑、量子计算、环保新能源等等。让我们一起去回顾一下过去十年的科技发展历程，迎接充满希望和挑战的下一个十年。

人工智能

2016年3月，谷歌旗下的DeepMind公司研发的人工智能机器人阿尔法狗（AlphaGo）对弈前围棋世界冠军李世石，吸引了全球超过6000万人观看。赛前人们普遍认为人工智能会不敌专业棋手，但最终阿尔法狗以4：1打败了李世石。更重要的是，阿尔法狗通过深度学习跟强化学习的算法模型，很大程度上是自学围棋的。在赛后的新闻发布会上，李世石表示，这不是人类的失败，只是他个人的失败。当时排名世界第一的棋手柯洁说，李世石能赢得一局证明机器并不完美，自己有信心战胜机器。2017年5月，当时的围棋世界冠军柯洁以0：3不敌阿尔法狗。2019年11月，棋手李世石宣布退役，原因是他认为人工智能不可战胜。

过去十年人工智能终于开始展露它的强大力量和破坏潜力。利用神经网络识别复杂数据里的模型，随着这种深度学习技术的到来，人工智能终于大显身手，实现了可靠的语言翻译，陆续在扑克游戏、视频游戏和围棋上打败了专业人类玩家。机器学习几乎涉猎了所有领域，从材料科学到药物研发，从量子物理学到医学。人们现在已经不再怀疑很多人类的工作将会被机器取代，机器比人类更便宜更高效，而且这种转变可能来得比我们预期的还要快。现在人工智能已经开始展示在自动驾驶汽车上的应用。在这次新冠肺炎疫情中，我们也看到了自动驾驶物流车在无接触运送医疗物资和送餐、快递，自动驾驶环卫车在户外进行清扫和消毒作业。

另一方面，担忧人工智能可能带来的风险的讨论也愈演愈烈。但其实人工智能最大的威胁并非来自类似电影《终结者》里的机器人暴动，而是来自于人类自身对这些计算工具的不当甚至糟糕的使用。算法尚未能将很多人类特质实现自动化，比如被人们称为“常识”的微妙认知能力。未来的机器需要更细致的推理能力和更精确的现实表现水平，而那依赖于概念的进步和架构的创新，以及更大的电路。

2018年11月人们发现亚马逊人工智能招聘软件偏好男性候选人，这种性别其实并非人工智能自发的。而是因为用于培训人工智能的简历是公司10年来收到的简历，由于男性员工居多所以简历也大多是男性的，最终导致人工智能系统对候选人也有性别偏好。要想正确地使用人工智能，还必须清楚的一点是，算法是依据人类过往的表现进行训练的，也就是说算法很可能也继承了人类的偏差和偏见， 从而违背了自动化过程本质上是客观的这一设想。科学家们要开发更加人性化更为可靠的人工智能，在未来十年需要进行跨学科合作，不仅仅需要工程和物理学家，还要集其他社会科学及人文科学研究人员之力，让心理学家、社会学家、哲学家、法律学者也参与到开发过程。

生命科学

在生命科学领域，信息革命推动了对微生物组（即特定环境中所有微生物及其遗传物质）研究的变革，改变了人们对参与有机物分解的重要微生物的认知，对微生物在人体疾病中的作用的理解等等。同样的，对人类进化的研究也从骨头和石头延伸到了基因和蛋白。2010年，科学家们公布了尼安特人的基因组草图。2012年，科学家从一块来自西伯利亚南部阿尔泰山脉的古人类指骨化石中提取DNA， 从而发现了一个全新的人种丹尼索瓦人。这些发现有助于揭开人类进化、迁徙和人口结构之谜。

到了2010年，随着基因测序的成本降低和速度加快涌现出了大量的数据，既带来了价值又带来了挑战。一些研究人员利用大数据和計算能力，去探索基因对人类的行为和受教育程度等高度复杂问题的遗传贡献。而实际上，任何类似的关联都是分散和片面的。尽管如此，还是有基因测序公司把手伸向了智商预测领域，把这看成是潜在的有利可图的市场，很可能还会开发预测人体其他特质的基因测序产品。而这种产品的商业应用，出现在科研人员对此类测试的可靠性和有效性达成共识之前，更遑论对其进行监管。

另一个不断向前推进的研究领域是把成熟的体细胞重新编程逆转为干细胞。这种诱导多能干细胞的能力，让从各种成体细胞中培养出新细胞成为可能。目前科研人员已经在探索将其应用于临床，治疗视网膜和神经组织的退化或损伤。然而，这同样是一个尚未获批且有潜在风险的治疗方案，而市场却发展迅猛。

2012年，美国加利福尼亚大学伯克利分校教授珍妮弗·道德纳和在德国马克斯·普朗克感染生物学研究所工作的法籍科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷发明了新的基因编辑技术CRISPR-cas9系统，让基因编辑变得更加简便、高效，还降低了成本。这一技术可以对DNA进行任意位置的截断、剔除、插入或置换。基因编辑技术在过去十年发展迅猛。多年来科学界达成的共识是，不对人类精子、卵子和胚胎进行基因编辑，因为考虑到对生下来的孩子可能造成风险，以及人为制造遗传性的改变存在伦理问题。随着世界卫生组织和科学医学界竞相制定规范指南，人们需要反思为何伦理和规章框架总是滞后于科学技术的发展。与此同时，研究人员必须思考现在能做些什么，来确保技术在确认足够安全、有效和包容之前不会被应用于人体。基于虚假的承诺而产生的市场需求凌驾于科学界的清醒思考之上，这种可能出现的情形是令人担忧的。

太空探索

在上一个十年伊始的时候，人们知道的系外行星只有450个，但现在人们发现的系外行星已经超过4000个。2018年NASA发射了新的系外行星探测器“苔丝“。而位于贵州的“中国天眼“——FAST射电望远镜也于2019年正式投入使用。

2008年，位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心CERN启动了大型强子对撞机LHC，这是全球耗资最多的科研合作项目之一。2012年，欧洲核子研究中心的的科研人员宣布发现了希格斯玻色子，它是物理学标准模型中最后一个待发现的粒子，这个发现促进了物理学标准模型的完善和发展。2013年的诺贝尔物理学奖授予了预测希格斯机制的弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯。

2016年2月11日， LIGO激光干涉仪引力波天文台项目首次宣布探测到引力波，引力波来自离我们13亿光年的两个黑洞合并事件，LIGO利用臂长达4公里的激光干涉仪于2015年9月14日直接探测到了这个事件造成的引力波。一百年前，爱因斯坦的广义相对论预测说剧烈的天体物理事件会引起微弱的时空振荡，而一百年后LIGO最终探测到了引力波证实了这一预言。 2017年6月，LIGO和VIRGO同时宣布了第三个引力波事件。2017年的诺贝尔物理学奖颁给了LIGO的负责人美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩，以表彰他们对发现引力波所作的贡献。这些分别位于美国和欧洲的引力波天文台，现在已经能测量出黑洞或者中子星碰撞所产生的引力波引起的比质子直径还小得多的时空变化。随着更多探测器投入使用，以及对现有设备更好的升级，引力波正成为观测宇宙的另一扇窗户，和无线电波、伽马射线等电磁波并驾齐驱，为科学家了解宇宙的起源提供丰富的研究信息。中国科学家正在海拔5000多米的西藏阿里开展引力波观测站计划。

类似的科技突破还有量子信息科学。在2010年的时候量子计算看上去只是纸上谈兵，但今天量子计算发展之快让业内专家也为之惊叹。2016年IBM才把第一台5量子比特的量子计算机放到云上，2017年5月中国科学家宣布首次实现10个超导量子比特的纠缠的光量子计算机。2017年底美国IBM公司推出全球首个50量子比特的量子计算原型机。而到了2019年，量子计算机的阵容里有来自IBM、Google和其他公司的大规模量子计算机。2019年10月，谷歌宣布成功实现“量子霸权”，传统超级计算机要用1万年才能完成的任务，其量子计算机只需要200秒就能解决。但随后IBM公司的科研人员指谷歌的研究存在明显漏洞，传统超级计算机完成这项任务所需的时间只有两天半，而非1万年;且量子计算机只在特定问题上具有优势，并不能真正超越传统计算机。过去十年量子通信方面也取得了长足发展。2016年8月中国用长征二号丁运载火箭成功将世界授课量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。2017年9月中国的科学家用量子方法来确保长距离数据传输的安全，率先在全球卫星传输中使用量子隐形传态技术，开通了世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”，京沪干线跟“墨子号”量子卫星对接，构建了天地一体化广域量子通信网络的雏形。专家预测到2030年，星地一体的广域量子通信网络可投入应用。

气候危机

从2019年9月开始的澳大利亚山火，历时四个月尚未熄灭，2020年新年刚过，烟尘跨海飘到了新西兰，将奥克兰天空染成深橙色，仿佛科幻电影里的末日景象，山火估计造成5亿只动物丧生。2020年2月14日，南极一个监测站录下20℃的高温，这是南极地区有气象记录以来最热的气温。十年来，环境危机变得越来越常见，而很多危机背后都源自全球变暖加剧。根据世界气象组织的数据，2015年至2019年是有记录以来最暖的年份。全球变暖之快意味着将升温幅度控制在只比工业化前高1.5至2摄氏度非常困难。未来十年是成败的关键。如果无法在2030年前大幅度减少碳排量，人类将面对很多不确定性，可能越过不可逆转的临界点，虽然关于这个仍有争议，例如南极冰大范围融化之类的。人们也担心全球变暖会让存在于冻土中的古老病毒卷土重来。

为了应对气候变化，很多国家现在正对新能源技术进行长线投资。2025年启动国际热核聚变实验堆计划（ITER）在法国南部的核聚变实验堆將会是一个里程碑。核聚变能源对环境没有污染，不会产生高放射性核废料，但目前还没有反应堆能实现反应中产生的能量超过点燃反应所需要的能量。考虑到气候变化的紧迫性，核聚变能源带来的收益似乎太遥远了。根据国际热核聚变实验堆计划的路线图，计划在2035年左右实现可持续的净能源输出，而商业应用至少要等到2050年。这意味着，在未来十年需要大规模使用其他能源生产方式并同时减少碳排量。科研人员要寻找创新的技术，例如碳捕获或者人工光合作用分解水，解决方案还必须包括对能源经济的运行方式进行重大改变。