記者｜陸柯言
2020年極具考驗，但人類並沒有停止科技探索的腳步。災難面前，科學家們反而變得更加團結。
許多學界都迎來了突破。那些一度被認為是不可能解答的問題，在2020年等來了答案。
儘管很多新發現都還無法實際應用，但我們仍看到一些疾病療法初現曙光，一些生活方式正在被重塑。
這是人類智慧的閃耀時刻，足以給我們信心與活力。在一年的困難與無奈過後，總還要有新的期待。
世界會變得更美好嗎？這一次，讓科學家們來回答。
新冠疫苗：希望之光
新冠疫苗的出現，無疑是2020年最值得銘記的科技突破。在年初疫情大爆發之時，誰也不敢預料，疫苗從研發到應用的過程，竟然來得這樣快。
而推動它在短時間內從無到有的，是全球各方凝聚起來的強大力量。美國《科學》雜誌評價道，全世界的研究人員從來沒有像現在這樣，迅速地開發過這麼多針對相同「敵人」的疫苗。這些曾經是競爭對手的公司，從來沒有像現在這樣頻繁的合作。
早在今年2月，就有一些公司率先啟動了新冠疫苗研發項目。中國的康希諾生物、科興生物和國藥控股等公司是最早投入研發的一批企業；在美國，輝瑞、Moderna和Inovio也做出了不小的貢獻。
短短五個月後，Moderna和BioNTech就招募了大批臨床實驗的參與者，這些mRNA疫苗也成為首個取得重大突破的疫苗。根據輝瑞在11月出具的報告，他們與德國生物科技公司BioNTech共同研發的mRNA疫苗具有高達95%的有效性。這是放在以前不敢想像的數字，畢竟流感疫苗也只有60％的保護效果。
截至12月10日，全球有162個針對性藥物正在研發中，另有52個進入臨床實驗階段，各國開始大批量採購疫苗，盼望從源頭上遏制疫情的蔓延。
一個好消息是，2020年的最後一天，中國生物新冠滅活疫苗已獲批上市，公開的保護率數據是79.34％。對於疫苗價格，國家衛健委表示，新冠疫苗的基本屬性屬於公共產品，價格可能會根據使用規模的大小有所變化，但是一個大前提是，肯定是為全民免費提供。
後續，疫苗免疫的持久性和保護效果還需持續觀察，但這一科技突破的確來之不易。所有為新冠疫苗研發投入的個人和組織，都值得一次稱讚。
太空旅行元年
2020年，太空競賽的格局徹底變了。不誇張地說，馬斯克和他的SpaceX就是最大的變數。
今年5月，SpaceX公司搭載了兩名太空人的載人「龍」飛船成功發射升空，這是人類歷史上，首次由私人企業承擔的載人航天任務，它標誌著載人航天運輸走向商業化的轉折點。也就是說，個人、政府和任何機構今後都可以向企業購買太空旅行的服務。
「這屬於航天史上那種開創未來的時刻之一」，BBC如此評價這次載人航天任務。
今年11月，「龍」飛船的成功飛行獲得了NASA認證，並再度將四位太空人送往太空。這意味著官方正式認可了SpaceX成為暨蘇聯、美國、中國之後，人類載人航天的第四極，也是唯一一家獨立的商業航天公司。
誰能踏上太空旅行之旅？目前，已經有個人消費者表達了對乘坐Crew Dragon飛船的興趣，SpaceX售出了4張座位票，將在2021年將他們送往太空。此前，龍飛船曾公布過一張旅行票的價格：5500萬美元（約4億元人民幣）。
載人航天之後，馬斯克的下一個太空目標是火星。他表示，SpaceX在2026年之前要把人類帶上火星，他對這件事充滿信心。如果運氣足夠好的話，也許再等四年就夠了。
腦機接口首次實際應用
是的，又是馬斯克。在一個與載人航天完全不同的領域，他再次享受了全行業的矚目。
今年8月，馬斯克旗下的腦機接口公司Neuralink展出了最新的可穿戴設備 LINK V0.9 和手術機器人，並通過現場的三隻小豬和實時神經元活動演示，展示了Neuralink 腦機接口技術的實際應用過程。
三隻小豬中，其中一隻已經被植入設備2個月，其神經信號可以被實時搜集，最終將豬的腦電圖展示在眾人面前，甚至能對其行為進行預測。發布會上，這隻豬仍然活蹦亂跳，生活質量似乎並未受到影響。
今年5月，馬斯克還公開表示，這項技術將在一年內植入人腦，且排異機率非常小，原則上，可以修復任何大腦問題，比如恢復視力、治療老年痴呆等。
Neuralink最初針對的是腦損傷病人，但按照馬斯克的暢想，未來腦機接口技術可以通過閱讀、翻譯病人的腦電波來幫助他們恢復肢體功能。
馬斯克終極目標是將人腦下載到電腦中，實現腦機融合，這與《黑客帝國》中的畫面無異。但在這一美好的幻想實現之前，所有的腦機接口公司都需要面對共同的倫理問題——人類是否真的能接受這項技術。
2021年，我們或許可以等來一個答案。
量子科技再刷屏
量子科技火了。儘管它離大規模落地應用還有很長的距離，仍然擋不住人們為它描繪的未來著迷。
量子信息技術一個主要應用方向是量子計算。由於量子自身的特性，量子計算機可以提供比傳統計算機更強大的處理能力，在實際應用中，有望在各行各業提供更高效的產品，不論是電動汽車電池的新材料，還是更便宜，療效更好的藥物。
與尚在實驗室進行研發的量子計算相比，量子通信已經進入到應用階段，並且國內已經形成完整的量子通信產業鏈。長期來看，量子通信有望引領量子網際網路的革命，出現量子物聯網、量子云計算等先進形態。
由於量子科技在信息安全上的重要作用和產業變革上的巨大潛力，歐美近年來都在這項領域大幅增加研發投入，並啟動國家級的量子科技戰略行動計劃。
2020年，各個國家都在爭相布局量子科技。英國、德國等歐洲國家均投入了大筆資金，美國則正忙著培養相關人才。與此同時，中國也在多個量子科技的基礎研究上取得重要進展。
新一輪的全球科技競賽，或許就從這裡打響。
「精英控制者」打敗愛滋病病毒
自1981年發現第一例愛滋病患者以來，人類與愛滋病病毒（HIV）的鬥爭已持續近40年。至今，人類仍未找到任何將HIV從人體內根除的辦法，全球仍有3500萬愛滋病患者掙扎在與病毒「共生」的痛苦中。
普通的愛滋病患者通過每日服用ART藥物來控制症狀，但卻無法被永久治癒。一旦停止這種療法，病毒基因組就會開始製造新的拷貝，從而快速使病毒反彈，加速疾病進展。
今年8月，由麻省總醫院拉根研究所（Ragon Institute）免疫學家Yu Xu教授領銜的研究團隊取得一項驚人的發現。部分HIV病毒感染者體內存在一種特殊的病毒庫，使得他們不需要通過ART治療就能抑制病毒擴散，並將體內HIV病毒的含量抑制在可以被檢測到的濃度以下。
在這些感染者身上的15億個細胞中，研究團隊竟然找不到一個功能性的HIV病毒。儘管還有一些遺留的非功能性病毒，但這證明了一種美好的設想：以前只在異體造血幹細胞移植後才觀察到的HIV-1感染的清除性治癒，在極少數情況下有可能自行發生。這是人類與愛滋病對抗的裡程碑，它或許意味著一種新的治療方法出現。
當然，現在說消滅愛滋病還為時太早，但將不可能變成可能，已經是人類邁出的一大步。
顛覆生物學？AI成功預測蛋白質結構
2020年，谷歌旗下人工智慧AI公司DeepMind的一項舉措驚動了生物界。他們研發出一款名為「AlphaFold」的程序，可以根據胺基酸序列預測大多數蛋白質的結構，且就像實驗室得出的數據那般準確。
蛋白質決定著細胞裡發生的一切。理解其3D結構，對於深入探索蛋白質功能和生理現象起著決定性作用。而如何精確預測蛋白質結構，正是過去幾年來生物學上最大的挑戰之一。
1994年，馬裡蘭大學計算生物學家John Moult創辦了「蛋白質結構預測關鍵評估（CASP）」比賽，為的就是找出更準確預測蛋白質結構的計算方法。在11月30日公布的比賽結果中，AlphaFold擊敗了其它百餘支團隊，最終的中位數得分為92.4。比賽中，高於90的分數被認為是精確的實驗衍生結構。
一般情況下，生物學界都是用X射線晶體學和低溫電子顯微鏡等複雜的實驗方法來預測蛋白質結構。而如今，最終測試數據顯示，AlphaFold的預測水平有將近三分之二的預測結果都與傳統實驗結果不相上下，且過程簡便得多。
蛋白質的精確形狀決定了其生化功能，這一程序能夠幫助研究人員發現疾病的機理，開發新藥物，甚至可以創造耐旱植物和廉價的生物燃料。
「AlphaFold改變了整個局面」，在一些人看來，許多蛋白質結構預測科學家都將離開這一領域，因為核心問題已經得到解決。CASP的評委、馬克斯·普朗克發育生物學研究所的演化生物學家Andrei Lupas評價道：「它將改變醫學，改變研究，改變生物工程，改變所有。」
「基因剪刀」治療遺傳性血液病
2020年的諾貝爾化學獎頒給了兩位女性科學家：艾曼紐·卡彭特（Emmanuelle Charpentier）和詹妮弗·杜德娜（Jennifer A.Doudna），獎勵她們發現了基因技術中的超級工具 CRISPR/Cas9 基因剪刀，這種工具使人類改寫生命密碼成為可能。
通過這項技術，科學家們能以極高的精度改變動物、植物和微生物的DNA，有助於開發新的癌症療法，也使得治療遺傳性疾病的夢想成為現實。
基於此，研究人員們為了治療三名鐮狀細胞患者，從每名患者處獲得了未成熟的血細胞，然後使用CRISPR來禁用「關閉」開關，該開關在成年人中停止了胎兒形式的血紅蛋白的產生，這可以抵消鐮狀突變的影響。在患者接受化療後，經CRISPR處理的細胞被注入體內。
瑞士基因編輯公司CRISPR Therapeutics在12月報導稱，這些患者已經接受了長達17個月的治療，正在產生大量胎兒血紅蛋白，並且沒有經歷過每幾個月發作一次的疼痛。該公司還為7名地中海貧血患者提供了治療，目前患者已經不再需要輸血。
這種療法足夠吸引人，但CRISPR方法需要高科技的醫療服務，每位患者可能要花費一百萬美元或更多，如何讓尖端的治療技術惠及更多普通民眾，仍是科學家們努力的方向。
人類再次觸摸月亮
時隔44年，人類再次從月球帶回了土壤樣本。這一次執行任務的，是來自中國的嫦娥五號。
目前，中國已經擁有三艘在月球表面活動的太空飛行器，分別是2013年到達月球的「嫦娥3號」著陸器、2019年1月在月球背面著陸的「嫦娥4號著陸器」和「玉兔2號」月球車，這些都是中國「嫦娥探月」計劃的一部分。
本次任務中，「嫦娥五號」獲得了兩種月球土壤樣本，一是利用抓取裝置獲得月球表層土壤，二是利用鑽探設備獲得月球表面下2米深的月巖樣本，兩種樣本進行分開儲存。
這是一次裡程碑式的突破，自1976年蘇聯的月球24號任務帶著大約6盎司(170克)的材料返回地球以來，原始的月球樣本一直沒有被送到地球。而且，此次嫦娥五號的採樣量比蘇聯那次要多得多，重量大約在兩公斤。
這些樣本回到地球後，將存儲在中國科學院國家天文臺的探月工程地面應用系統進行處理和分析，這對了解採樣區的成分特徵，月面物質與太陽風相互作用、月壤的成壤機理等研究具有重要意義，也為未來的登月計劃埋下種子。
離無電力損耗時代再近一步
1911年，荷蘭科學家海克·卡末林·昂內斯等人發現，汞在極低的溫度下，其電阻消失，呈超導狀態，電流輸送效率達100%。此後，人類對超導現象的認識不斷完善，超導體也被視作一種重要的革命性材料，它在醫療的磁共振成像等領域能夠被廣泛應用。
但是，超導體在工作時必須冷卻到極低的溫度，成本高不說，且必須要使用到氦，這也使得超導體的應用受阻。因此，過去一個世紀以來，科學家們都在尋找室溫下超導體傳輸電能而不會損失的材料。
這個難題在今年得到破解。今年，美國羅切斯特大學的研究學者們在溫度高達15 ℃的高壓富氫材料內觀察到了超導現象。這是因為，他們設計出了一種新型氫化物，這種由氫-硫-碳組成的材料，在巨大的壓力下，15℃室溫時就能轉變成超導體。
上述研究人員表示，為了尋找這種室溫超導化合物，他們用廢了幾十對金剛石砧，每一對的價格3000美元。論文通訊作者Ranga Dias說：「我們研究的最大問題就是金剛石預算。」
這是人類發現的首個室溫超導體，在物理學界產生了極大的影響。但是，這種材料目前還無法取得實際應用，因為超導體只能在極高的壓力下存活，相當於接近地球中心的壓力，這種環境還很難在實際生活中創造。
對科學家們來說，接下來的挑戰是尋找在較低壓力下製造室溫超導材料的方法，讓無電力損耗的世界成為現實。
宇宙神秘信號的起源
地球無數個望遠鏡裡，偶爾會閃過一剎那的神秘電波。它的持續時間僅為幾個毫秒，卻可在這極短的時間內顯示出極高的亮度，相當於太陽在一整天內釋放的能量。
人們將其定義為快速射電暴(FRBs)，這是宇宙中能量最大、也最短暫的光爆炸。這些神秘的無線電波脈衝每天在太空中閃過一千次，但很長一段時間裡，人類都不知道它到底從哪裡來。
今年4月，天文學家們終於發現了這種現象的一名「肇事者」——至少有一個來源可能是一種奇特恆星。它被稱為「磁星」，是大型恆星爆炸後誕生的年輕中子星，具有超強磁場。
這是一個來自銀河系內部的快速射電暴信號，是至今發現的最近的一個，距離地球僅三萬多光年。這是自2007年科學家首次發現快速射電暴後，首次鎖定其源頭的信號，是迄今為止在銀河系記錄到的最強烈的射電爆發。
值得一提的是，其中一篇論文來自中國的研究團隊，第一作者為北京師範大學的林琳博士，觀測結果則是來自中國「天眼」——500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）。
雖然與其它快速射電暴相比，銀河中的這一信號只算得上「微弱」，但距離太遠的快速射電暴目前還無法監測到。因此，科學家們無法確認磁星是不是射電暴的唯一來源。
對快速射電暴的探索仍在繼續。下一次，神秘信號會從哪兒來？2021年也可以保持期待。