2020年，那些影響科技史的“黑駿馬

趙君鵬

2020年，雖然蝗蟲、洪水等災難接踵而至，但人類并未因此停下探索的腳步。通過不懈的努力，科學家在科學研究方面取得了一系列的重大進展。

聲速的極限是什么

我們知道，聲音在不同介質中的傳播速度是不一樣的，比如，聲音在空氣中每秒傳播340米，在水中每秒傳播1450米，在鐵中每秒傳播5130米。那么，聲速有上限嗎？如果有，它的極限是多少呢？

英國和俄羅斯的科研團隊發現，不同的介質之所以傳播聲音的速度不同，是因為它們的精細結構常數和質子與電子的質量比不同，而這兩個基礎常數決定了聲音在固體和液體中傳播速度的上限。

通過實驗，科學家推測，聲音在固態氫中傳播速度最快，可達每秒36千米。為了驗證這個推斷，他們研究了地球上自然狀態下的各種物質，最終發現沒有任何一種介質中的聲音傳播速度能超過每秒36千米。

這個科研團隊表示，聲波在不同介質中的傳播特點或許有助于人們研究地球內部的結構，也有助于材料科學的研究。

拍攝測量量子的過程

人類對微觀世界知之甚少，其中一個原因就是微觀世界無法測量。

20世紀初，一些物理學家共同創立了量子力學，研究對象是粒子的運動規律，粒子是能夠以自由狀態存在的最小物質組成部分。

科學家研究認為，微觀世界和宏觀世界有著很大的不同，宏觀世界的很多理論在微觀世界都行不通。比如粒子可以存在于疊加態中，能同時擁有兩個相反的特性。舉例來說，我們常說：“不是在咖啡館，就是在去咖啡館的路上。”而在量子力學看來，粒子是可以處于“既在咖啡館又在路上”的狀態的。由于種種原因，人們不能測量粒子，否則就會影響粒子的狀態，從而影響測量的結果。

由瑞典、德國、西班牙的科學家組成的團隊，運用一系列新方式研究量子測量中疊加態坍塌的本質。他們測量的對象是從電場捕獲單個的鍶離子，測量的時間是百萬分之一秒。當鍶離子被單獨的極光旋轉到不同的狀態時，它捕捉到了大量的光子。研究小組拍攝了反映這個演變過程的照片，由此發現：微觀世界的某些方面是可以測量的，比如電子的最終位置;某些疊加態會逐步消失，而有些疊加態則會保留下來，最終呈現出物理學家所熟悉的經典狀態。雖然這張照片反映的只是百萬分之一秒的過程，但微觀世界的奧秘已揭開了小小的一角。

混合粒子束實現治療與監測同步進行

目前，很多癌癥患者為了抑制腫瘤細胞增殖、殺滅腫瘤細胞，在治療時使用射線照射腫瘤。這些射線由放射治療設備產生，它們的能量等級并不相同。在達到治療效果的同時，會產生一定的副作用，如引起皮膚不良反應等。

英國和德國科學家組成的科研團隊，發現利用一種既有碳離子又有氦離子的混合粒子束，可以在治療癌癥患者的同時觀測治療的結果：碳離子對目標腫瘤進行照射治療，氦離子則會直接穿透人體，可用于成像。也就是說，運用這種混合粒子束在治療腫瘤的同時，也可以用它監控人體內部及局部解剖學變化，使得粒子療法更加精準，減少癌癥患者的治療風險。

不止這些，2020年科學技術所取得的重大突破還有：在室溫條件下觀察到了超導現象、開發出了新型X射線探測器、探測到太陽中的新型中微子……可以說，科學家給人們帶來了種種驚喜和希望。