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2016科学界大事记:AlphaGo 赢得智能大战

[日期:2016-12-17] 来源:新智元  作者: [字体: ]

     【新智元导读】 2016接近尾声,我们即将迎来新的一年。回望过去的一年,科学家们在忙着探索宇宙奥秘、解决人类生命难题、应对地球气候危机、创造机器智能,不少成果都值得载入史册。同时,科学家们走过的道路并不平坦:政治、经济和文化对科学发展的影响无处不在,加上技术本身缺陷,他们也尝到了一些苦涩的失败……在 Nature 的这份2016世界科学大事件的盘点中,我们欣喜地看到了3月份的 AlphaGo 与 李世石的人机大战。这场机器智能的胜利与探索宇宙、基因编程、气候变化等议题一起,描绘了科学界的2016。

     从一场震惊世界的选举,到太空研究中的一个灾难性的小故障,科学研究者经历了一个不算平坦的2016。与此同时,他们也公布了一些值得载入史册的突破:直接探测到引力波、三亲婴儿,以及征服了围棋的人工智能系统。

南极洲罗斯海(Ross Sea)中的一只帝王企鹅,Paul Nicklen/NGC

引力波

     物理学家在今年收获颇丰。2月11日,研究者宣布,他们终于探测到了空间时间结构中的波纹,也就是著名的引力波,完成了长达10年的任务。这一引力波信号来自大约10亿年前两个黑洞的合并,由位于路易斯安纳和华盛顿州的激光干涉引力波天文台(LIGO)的科学家在2015年9月探测到。

     这一发现证实了亚拉伯特·爱因斯坦的通用相对论,此时距这一理论发布已经过去了近100年。同时,这一发现也为爱因斯坦的另一个理论提供了更为直接的证明:黑洞理论是存在的。天文物理学家把LIGO的发现看成是一个胜利,说这带来了一种新的观察宇宙的方法,这种现象的探测如果使用别的方法可能是无法获得的。

     就在 LIGO 的公告发出后几周,另外一个实验证明,未来,也许可以在宇宙空间中搜索引力波。欧洲航天局的 LISA Pathfinder 任务测试了三个未来探测器的技术,这些探测器将感测来自比LIGO观测到的更大和更远的物体的引力波。

     粒子物理学家就没有那么幸运了。他们一整年有大部分时间都很煎熬。瑞士日内瓦的大型强子碰撞型加速装置进行了两次单独的实验,结果都与此前的实验结果相违背。2015年年底,他们曾倾向于认为存在一种粒子,比希格斯玻色子大6倍。

     此前实验者警告称,这种反常可能是统计上的失误。而今年8月的公开的更多数据也证实了这一点。当时,学者已经写了上百页的论文,尝试对最初获得的数据进行阐释,使用了大量可能的模型。

新的世界秩序

川普在10月份的一次竞选演讲中,Win McNamee/Getty

     11月,一场喧嚣的美国总统大选最终以共和党人唐纳德·川普的胜利告终。研究者都希望弄明白,川普政府会如何对待科学,部分原因是,川普在竞选中并没有把科学发展放在显要的位置。虽然如此,但是川普的一些观点还是非常清晰的:他把气候变化归罪于中国人,并宣称美国要从巴黎气候协议中退出。他还建议,孤独症和童年的免疫疫苗有某种联系。

     随着川普组阁逐步完成,研究者开始游说,反对这位即将上台的总统对科学的忽视。11月底,超过2300名科学家,其中包括22名诺贝尔奖获得者,联名给川普写了一封信,说服他“坚持科学一致性和独立性的高标准,以应对当下越来越突出的公共健康和环境健康问题的威胁。”

     6月23日,英国公投“脱欧”也在这个国家的科学圈引起了震动。研究者一直在担心欧盟每年拨出的数百位欧元的年度预算的命运,以及英国大学中来自其他欧盟国家的教授们该何去何从。一些英国研究者称,自己以及被切断了与欧盟的合作,一些外国研究者称,当他们感受到了很大的不友好,所以决定离开英国。

     一个好消息是,英国政府(从”脱欧“中掌握政权的政客组成)意外地宣布,从2017年到2020年,每年将会提供20亿 英镑的科研基金。

     在土耳其,8月一次失败的军事政变也造成了学术界的动荡:该国高等教育委员会激进地解雇了超过1500名大学校长。超过6500名教授因为被怀疑参与政变,也被解雇。人权组织称,许多被解聘的教授都是无辜的。

     过去的一年中,委内瑞拉、巴西和南亚的政治和经济形势急剧恶化,科学研究领域也不能幸免。滚动式灯火管制、食物排队购买(类似于按计划分配购买食物资格)以及越来越多的暴力,促使上百名科学家离开了委内瑞拉大学,其中一些人离开了这个国家。巴西的研究者则面临着预算的急剧削减,以及政府科学部门的撤销。他们抗议政府对科研支出的冻结,以及国家对环境立法的轻视。南亚国家的财政紧缩,也使得大学科研经费越来越少,同时导致了校园内的抗议和暴力越来越多。

太空,勇敢者的脚步

木星照片 NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/MaiA sunlit part of Jupiter.

     就在《星际迷航》50周年之际,技术上的小故障使得一些太空任务受挫,但是也有一些标志性的胜利。3月,日本宇宙航空研究机构的旗舰号 Hitomi X射线太空卫星在发射数周后失联。调查者认为,一个软件的错误引发了宇宙飞船失控并解体。7月,NASA 的 Juno 探测号抵达土星,但主发动机的问题延迟了火箭发射,这将使其其围绕该土星旋转的轨道缩小。宇宙飞船会继续从土星的大气层和磁气圈收集数据,只不过会比预期的慢。

     同时,欧洲宇航局(ESA)结束了两项探索。10月,作为 ESA ExoMars 任务的一部分,Schiaparelli 着陆器,在火星坠毁,原因是一个测量的错误导致降落伞和刹车火箭在错误的时间部署。

     但是,至少着陆器的宇宙飞船努力进入到了火星旋转轨道。ESA的其他损失对于一些研究者来说是很悲痛的,但是也是一个深刻的教训。先驱性的Rosetta航天器在9月按计划坠毁在彗星67P / Churyumov-   Gerasimenko的表面,并在失去联系之前传回特写图像,完成了任务。

     在中国,不断加强的宇宙空间力量获得了几次胜利。8月,中国发布了第一颗量子卫星,希望扩展加密的量子通讯。9月,中国完成了世界最大的单线望远镜,这一500米口径球面射电望远镜位于西南部的贵州。11月,中国发射了长征5号火箭,这是世界上最强大的火箭之一。可以将人、巡视器或者超重的卫星探测器发射到太空。

     最后,在10月和11月间,两名中国宇航员完成了中国最长的太空探索任务,在天宫2号太空实验室工作了一个月的时间。

Source: ASAPbio/PrePubMed/bioRxiv

基因编程CRISPR

     基因组编辑工具CRISPR-Cas9的新应用发展持续加速。 10月28日,成都华西医院一位肺癌患者成为第一位使用CRISPR-Cas9编辑细胞治疗的病人。作为临床试验的一部分,研究人员让通常保持细胞免疫系统正常工作的基因失效,希望经过编辑的细胞能产生针对癌症的免疫反应。

美国和中国在明年都预计使用基于CRISPR-Cas9治疗的更多癌症。 

     但CRISPR-Cas9治疗的商业前景仍然不确定。美国国内对基因编辑技术的专利权之争达到了白热化的状态,美国专利商标局1月份在两个研究小组之间宣布了一项“调和”程序,该程序预计明年年初完成,目的是确定谁首先发明了该技术。每个团队的专利申请都可能会对商业应用产生至关重要的影响。 

     同时,今年在人类胚胎中使用CRISPR-Cas9 的研究扩大了。这是一个有争议的研究领域,引起了人们对设计师婴儿潜力的关注 ,但是一些国家的监管机构已经批准了这一领域的项目。中国,英国和瑞典的团队宣布他们打算使用该技术优化胚胎,研究人类发育。美国很快也会跟上来,尽管法律规定禁止使用联邦资金研究人类胚胎或修改人类卵子或精子。

埃菲尔铁塔亮起绿灯,庆祝巴黎气候协议生效。图 Geoffroy Van Der Hasselt/Anadolu Agency/Getty

气候变化危机

     4月22日地球日,174个国家以及欧盟的代表齐聚,签署了2015年12月在巴黎订立的国际气候协议。但是为了使该协议生效,温室气体排放量占全球55%的至少55个国家需要提交正式的批准或接受文件。

     最大的推动力是在9月,美国和中国(共占全球排放量的38%)正式加入了该协议。几周后巴西等其他30个国家加入,欧盟于10月5日加入。该协议最终于11月4日生效。

     但这并不是唯一的全球气候协议。10月6日,联合国国际民用航空组织限制了国际航班的温室气体排放。10月15日,197个国家同意修订旨在保护臭氧层的“蒙特利尔议定书”,以逐步淘汰氢氟碳化物,这是空调中经常使用的温室气体。各国还于10月28日打破了长达四年的僵局,在南极罗斯海域建立了世界上最大的海洋保护区。

     全球持续变暖。热带太平洋前所未有的厄尔尼诺现象打破了今年前五个月的全球气温记录。这使得2016年成为连续第三年最热的一年。持续的变暖致使世界各地的海域出现“珊瑚漂白”。厄尔尼诺现象在5月终于消失,但珊瑚漂白持续了全年,预计将持续到2017年。

Nacho Doce/Reuters 一个四个月大的头小畸形婴儿在巴西出生

寨卡病毒肆虐

     2月,世界卫生组织(WHO)宣布,与巴西寨卡病毒爆发相关的一系列婴儿出生缺陷构成了国际公共卫生紧急事件。这些出生缺陷包括严重的头小畸形,其中胎儿或新生儿的头部和大脑异常小。

     尽管病毒在整个美洲大陆蔓延,但小头症病例以及其他寨卡病毒相关的出生缺陷并没有发生预期的爆发。

     即使在巴西,高发生率的小头症也只局限在该国的东北地区,于是,研究人员开始怀疑其他因素的影响。7月,巴西当局发起了一项研究,以了解环境、社会经济或者生物学的因素是否与寨卡病毒的感染有关联,以及有关联的话,是否可以解释小头症发生率的奇怪分布。他们预计明年年初可以得出初步的结果。

     11月18日,WHO 宣布寨卡病毒国际公共卫生紧急事件结束,理由是已经确定寨卡病毒与出生缺陷之间的关系,需要重点转向研究寨卡病毒感染的后果,包括出生缺陷等,并研发疫苗。

     一些正在进行的国际研究项目预计可以在明年得出一些寨卡病毒相关的结果,例如受感染的孕妇中有多少比例受孕,以及出生的婴儿有多少比例有缺陷。

Google/Getty 围棋棋手李世石在回顾与AlphaGo的比赛

心智竞赛

     1月,计算机程序第一次在古老的围棋游戏中击败人类职业棋手。不过决战是在3月,名为 AlphaGo 的 AI 程序与世界顶级围棋大师李世石对战。AlphaGo 由谷歌的子公司 DeepMind 开发,在五轮比赛中连胜三局。李世石拿下第四局,第五局 AlphaGo 胜。最终比分 AlphaGo 以 4:1 战胜人类。

    十月,DeepMind 的研究人员推出了另一个 AI,一个能够在没有任何先验知识的情况下在伦敦地铁的复杂网络中导航的系统。这个被称为可微分神经计算机的复杂的系统结合了记忆力以及从经验中学习的能力,使得 AI 更加接近人类执行的任务,例如推理。

     AI 还帮助将机器翻译的正确率提升了大约 60%,帮助物理学家们寻找新的超级材料。这些进步多数由深度学习驱动,深度学习是利用大型数据集,以及分层的、类似人类大脑的计算方式。

三亲试管婴儿

     经过几十年的研究,使用三个人的 DNA 的辅助生殖技术有了结果。这些技术能防止婴儿患上由于线粒体的缺陷引起的代谢性疾病。

     9月,在墨西哥的一家诊所工作的研究者们宣布,全球第一例三亲试管婴儿健康诞生。据报道,中国也有一个婴儿使用同样的技术诞生。10月,乌克兰的一家诊所宣布,使用类似的程序使两名不孕的妇女成功受孕。12月15日,根据科学家们的建议,英国人工授精与胚胎管理局(HFEA)表示,该技术已经具备临床使用的条件,可于2017年开始。

  • Nature 540, 496–499 (22 December 2016) 

  • doi:10.1038/540496a

 

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