人工智能、生命科學、太空探索，盤點過去十年科技進步

盧曉菲

二十一世紀的第二個十年轉瞬即逝，在2019年的最后一個月，消失了一段時間的圍棋選手柯潔以別樣的方式重回了大眾視線，這次他是拿了全國斗地主大賽的冠軍，網友戲稱這是降維打擊。跟人類圍棋高手對戰幾無敗績的人工智能，在引發廣泛關注的同時也引起了不小的爭議和擔憂。那些重大的科技事件塑造了過去的十年，去年底《自然》雜志對深刻影響著社會和經濟變革的科技事件做了個盤點，里面提到了人工智能、基因編輯、量子計算、環保新能源等等。讓我們一起去回顧一下過去十年的科技發展歷程，迎接充滿希望和挑戰的下一個十年。

人工智能

2016年3月，谷歌旗下的DeepMind公司研發的人工智能機器人阿爾法狗（AlphaGo）對弈前圍棋世界冠軍李世石，吸引了全球超過6000萬人觀看。賽前人們普遍認為人工智能會不敵專業棋手，但最終阿爾法狗以4：1打敗了李世石。更重要的是，阿爾法狗通過深度學習跟強化學習的算法模型，很大程度上是自學圍棋的。在賽后的新聞發布會上，李世石表示，這不是人類的失敗，只是他個人的失敗。當時排名世界第一的棋手柯潔說，李世石能贏得一局證明機器并不完美，自己有信心戰勝機器。2017年5月，當時的圍棋世界冠軍柯潔以0：3不敵阿爾法狗。2019年11月，棋手李世石宣布退役，原因是他認為人工智能不可戰勝。

過去十年人工智能終于開始展露它的強大力量和破壞潛力。利用神經網絡識別復雜數據里的模型，隨著這種深度學習技術的到來，人工智能終于大顯身手，實現了可靠的語言翻譯，陸續在撲克游戲、視頻游戲和圍棋上打敗了專業人類玩家。機器學習幾乎涉獵了所有領域，從材料科學到藥物研發，從量子物理學到醫學。人們現在已經不再懷疑很多人類的工作將會被機器取代，機器比人類更便宜更高效，而且這種轉變可能來得比我們預期的還要快。現在人工智能已經開始展示在自動駕駛汽車上的應用。在這次新冠肺炎疫情中，我們也看到了自動駕駛物流車在無接觸運送醫療物資和送餐、快遞，自動駕駛環衛車在戶外進行清掃和消毒作業。

另一方面，擔憂人工智能可能帶來的風險的討論也愈演愈烈。但其實人工智能最大的威脅并非來自類似電影《終結者》里的機器人暴動，而是來自于人類自身對這些計算工具的不當甚至糟糕的使用。算法尚未能將很多人類特質實現自動化，比如被人們稱為“常識”的微妙認知能力。未來的機器需要更細致的推理能力和更精確的現實表現水平，而那依賴于概念的進步和架構的創新，以及更大的電路。

2018年11月人們發現亞馬遜人工智能招聘軟件偏好男性候選人，這種性別其實并非人工智能自發的。而是因為用于培訓人工智能的簡歷是公司10年來收到的簡歷，由于男性員工居多所以簡歷也大多是男性的，最終導致人工智能系統對候選人也有性別偏好。要想正確地使用人工智能，還必須清楚的一點是，算法是依據人類過往的表現進行訓練的，也就是說算法很可能也繼承了人類的偏差和偏見， 從而違背了自動化過程本質上是客觀的這一設想。科學家們要開發更加人性化更為可靠的人工智能，在未來十年需要進行跨學科合作，不僅僅需要工程和物理學家，還要集其他社會科學及人文科學研究人員之力，讓心理學家、社會學家、哲學家、法律學者也參與到開發過程。

生命科學

在生命科學領域，信息革命推動了對微生物組（即特定環境中所有微生物及其遺傳物質）研究的變革，改變了人們對參與有機物分解的重要微生物的認知，對微生物在人體疾病中的作用的理解等等。同樣的，對人類進化的研究也從骨頭和石頭延伸到了基因和蛋白。2010年，科學家們公布了尼安特人的基因組草圖。2012年，科學家從一塊來自西伯利亞南部阿爾泰山脈的古人類指骨化石中提取DNA， 從而發現了一個全新的人種丹尼索瓦人。這些發現有助于揭開人類進化、遷徙和人口結構之謎。

到了2010年，隨著基因測序的成本降低和速度加快涌現出了大量的數據，既帶來了價值又帶來了挑戰。一些研究人員利用大數據和計算能力，去探索基因對人類的行為和受教育程度等高度復雜問題的遺傳貢獻。而實際上，任何類似的關聯都是分散和片面的。盡管如此，還是有基因測序公司把手伸向了智商預測領域，把這看成是潛在的有利可圖的市場，很可能還會開發預測人體其他特質的基因測序產品。而這種產品的商業應用，出現在科研人員對此類測試的可靠性和有效性達成共識之前，更遑論對其進行監管。

另一個不斷向前推進的研究領域是把成熟的體細胞重新編程逆轉為干細胞。這種誘導多能干細胞的能力，讓從各種成體細胞中培養出新細胞成為可能。目前科研人員已經在探索將其應用于臨床，治療視網膜和神經組織的退化或損傷。然而，這同樣是一個尚未獲批且有潛在風險的治療方案，而市場卻發展迅猛。

2012年，美國加利福尼亞大學伯克利分校教授珍妮弗·道德納和在德國馬克斯·普朗克感染生物學研究所工作的法籍科學家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷發明了新的基因編輯技術CRISPR-cas9系統，讓基因編輯變得更加簡便、高效，還降低了成本。這一技術可以對DNA進行任意位置的截斷、剔除、插入或置換。基因編輯技術在過去十年發展迅猛。多年來科學界達成的共識是，不對人類精子、卵子和胚胎進行基因編輯，因為考慮到對生下來的孩子可能造成風險，以及人為制造遺傳性的改變存在倫理問題。隨著世界衛生組織和科學醫學界競相制定規范指南，人們需要反思為何倫理和規章框架總是滯后于科學技術的發展。與此同時，研究人員必須思考現在能做些什么，來確保技術在確認足夠安全、有效和包容之前不會被應用于人體。基于虛假的承諾而產生的市場需求凌駕于科學界的清醒思考之上，這種可能出現的情形是令人擔憂的。

太空探索

在上一個十年伊始的時候，人們知道的系外行星只有450個，但現在人們發現的系外行星已經超過4000個。2018年NASA發射了新的系外行星探測器“苔絲“。而位于貴州的“中國天眼“——FAST射電望遠鏡也于2019年正式投入使用。

2008年，位于瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究中心CERN啟動了大型強子對撞機LHC，這是全球耗資最多的科研合作項目之一。2012年，歐洲核子研究中心的的科研人員宣布發現了希格斯玻色子，它是物理學標準模型中最后一個待發現的粒子，這個發現促進了物理學標準模型的完善和發展。2013年的諾貝爾物理學獎授予了預測希格斯機制的弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯。

2016年2月11日， LIGO激光干涉儀引力波天文臺項目首次宣布探測到引力波，引力波來自離我們13億光年的兩個黑洞合并事件，LIGO利用臂長達4公里的激光干涉儀于2015年9月14日直接探測到了這個事件造成的引力波。一百年前，愛因斯坦的廣義相對論預測說劇烈的天體物理事件會引起微弱的時空振蕩，而一百年后LIGO最終探測到了引力波證實了這一預言。 2017年6月，LIGO和VIRGO同時宣布了第三個引力波事件。2017年的諾貝爾物理學獎頒給了LIGO的負責人美國科學家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·索恩，以表彰他們對發現引力波所作的貢獻。這些分別位于美國和歐洲的引力波天文臺，現在已經能測量出黑洞或者中子星碰撞所產生的引力波引起的比質子直徑還小得多的時空變化。隨著更多探測器投入使用，以及對現有設備更好的升級，引力波正成為觀測宇宙的另一扇窗戶，和無線電波、伽馬射線等電磁波并駕齊驅，為科學家了解宇宙的起源提供豐富的研究信息。中國科學家正在海拔5000多米的西藏阿里開展引力波觀測站計劃。

類似的科技突破還有量子信息科學。在2010年的時候量子計算看上去只是紙上談兵，但今天量子計算發展之快讓業內專家也為之驚嘆。2016年IBM才把第一臺5量子比特的量子計算機放到云上，2017年5月中國科學家宣布首次實現10個超導量子比特的糾纏的光量子計算機。2017年底美國IBM公司推出全球首個50量子比特的量子計算原型機。而到了2019年，量子計算機的陣容里有來自IBM、Google和其他公司的大規模量子計算機。2019年10月，谷歌宣布成功實現“量子霸權”，傳統超級計算機要用1萬年才能完成的任務，其量子計算機只需要200秒就能解決。但隨后IBM公司的科研人員指谷歌的研究存在明顯漏洞，傳統超級計算機完成這項任務所需的時間只有兩天半，而非1萬年;且量子計算機只在特定問題上具有優勢，并不能真正超越傳統計算機。過去十年量子通信方面也取得了長足發展。2016年8月中國用長征二號丁運載火箭成功將世界授課量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。2017年9月中國的科學家用量子方法來確保長距離數據傳輸的安全，率先在全球衛星傳輸中使用量子隱形傳態技術，開通了世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”，京滬干線跟“墨子號”量子衛星對接，構建了天地一體化廣域量子通信網絡的雛形。專家預測到2030年，星地一體的廣域量子通信網絡可投入應用。

氣候危機

從2019年9月開始的澳大利亞山火，歷時四個月尚未熄滅，2020年新年剛過，煙塵跨海飄到了新西蘭，將奧克蘭天空染成深橙色，仿佛科幻電影里的末日景象，山火估計造成5億只動物喪生。2020年2月14日，南極一個監測站錄下20℃的高溫，這是南極地區有氣象記錄以來最熱的氣溫。十年來，環境危機變得越來越常見，而很多危機背后都源自全球變暖加劇。根據世界氣象組織的數據，2015年至2019年是有記錄以來最暖的年份。全球變暖之快意味著將升溫幅度控制在只比工業化前高1.5至2攝氏度非常困難。未來十年是成敗的關鍵。如果無法在2030年前大幅度減少碳排量，人類將面對很多不確定性，可能越過不可逆轉的臨界點，雖然關于這個仍有爭議，例如南極冰大范圍融化之類的。人們也擔心全球變暖會讓存在于凍土中的古老病毒卷土重來。

為了應對氣候變化，很多國家現在正對新能源技術進行長線投資。2025年啟動國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER）在法國南部的核聚變實驗堆將會是一個里程碑。核聚變能源對環境沒有污染，不會產生高放射性核廢料，但目前還沒有反應堆能實現反應中產生的能量超過點燃反應所需要的能量。考慮到氣候變化的緊迫性，核聚變能源帶來的收益似乎太遙遠了。根據國際熱核聚變實驗堆計劃的路線圖，計劃在2035年左右實現可持續的凈能源輸出，而商業應用至少要等到2050年。這意味著，在未來十年需要大規模使用其他能源生產方式并同時減少碳排量。科研人員要尋找創新的技術，例如碳捕獲或者人工光合作用分解水，解決方案還必須包括對能源經濟的運行方式進行重大改變。