每经编辑｜陈魏娜    

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洞见(jian)宇宙(zhou)的(de)宏(hong)伟画(hua)卷(juan)与生命(ming)的(de)起(qi)源(yuan)之谜

仰(yang)望星(xing)空，我们总(zong)是被那片深邃的黑暗和其中(zhong)闪烁(shuo)的繁(fan)星所(suo)震撼(han)。宇宙，这个(ge)浩(hao)瀚无(wu)垠的未(wei)知(zhi)领(ling)域(yu)，一(yi)直是(shi)人类探索(suo)的(de)终(zhong)极边(bian)界。近年来(lai)，科学技(ji)术的(de)飞速发(fa)展(zhan)，正以前(qian)所(suo)未有的(de)速度(du)揭(jie)开宇宙(zhou)的(de)面纱(sha)。从詹姆(mu)斯·韦伯太(tai)空(kong)望远镜(jing)传回(hui)的(de)令(ling)人惊叹的图像，到引(yin)力波探(tan)测器捕捉到(dao)的宇宙深(shen)处(chu)碰撞的(de)回(hui)响(xiang)，我们(men)对(dui)宇宙的(de)认知正(zheng)在(zai)经(jing)历(li)一场(chang)深刻的革(ge)命(ming)。

宇宙(zhou)的早(zao)期(qi)图景(jing)：拨开(kai)时(shi)间(jian)的迷雾

古老(lao)的光(guang)线，跨越亿万(wan)光年，为我们带(dai)来(lai)了(le)宇宙最原(yuan)始的讯息。詹姆斯·韦伯太(tai)空望(wang)远镜（JWST）的(de)出(chu)现(xian)，无(wu)疑是(shi)天文学领域的一场(chang)盛宴(yan)。它(ta)强大(da)的红外(wai)探(tan)测能力(li)，能够(gou)穿(chuan)透(tou)宇宙(zhou)尘埃(ai)，观(guan)测到比(bi)哈(ha)勃(bo)望远镜更古(gu)老(lao)、更遥远的星系(xi)。通过(guo)JWST，科(ke)学家们(men)得以窥见宇(yu)宙(zhou)大爆炸后(hou)不(bu)久形成的(de)早(zao)期星(xing)系，这些星系(xi)比预(yu)期的更(geng)为成熟，它们的发现(xian)挑(tiao)战了(le)我们现有的宇宙演化(hua)模型(xing)，引发(fa)了关(guan)于早(zao)期(qi)宇宙星系(xi)形成和(he)演化(hua)机制(zhi)的全新(xin)思(si)考。

例(li)如，JWST观测到(dao)的一些(xie)星系(xi)，其(qi)恒星(xing)形成速率(lv)惊人(ren)，质量(liang)也远(yuan)超同(tong)龄(ling)的早期星系。这不禁(jin)让人猜测(ce)，是(shi)否在(zai)宇宙(zhou)的黎明时(shi)期(qi)，存(cun)在着某(mou)种(zhong)我们尚未理解(jie)的(de)机(ji)制，能(neng)够加(jia)速星(xing)系的成长和成熟？是早期宇(yu)宙(zhou)的物质密(mi)度(du)更高？还(hai)是暗(an)物质(zhi)的作(zuo)用(yong)更(geng)为(wei)显(xian)著(zhu)？这(zhe)些问题如同灯塔，指(zhi)引着科学家们(men)继续深入(ru)探索(suo)。

黑洞(dong)的(de)奥(ao)秘：引力之王的真实(shi)面貌(mao)

曾经(jing)，黑(hei)洞(dong)只(zhi)是(shi)爱因(yin)斯坦(tan)广义(yi)相对论中(zhong)的一个理(li)论概(gai)念(nian)，是宇(yu)宙(zhou)中最神秘、最(zui)极端的(de)存在。而(er)如(ru)今，随(sui)着事(shi)件视界望(wang)远镜（EHT）的(de)成功运(yun)作，我(wo)们终(zhong)于“看(kan)见”了黑(hei)洞的真实(shi)模样。2019年，EHT首次(ci)发布(bu)了M87星系中(zhong)心超(chao)大质(zhi)量黑(hei)洞的(de)“照片”，2022年又(you)呈(cheng)现(xian)了我(wo)们银(yin)河系(xi)中心(xin)的黑洞“人(ren)马(ma)座(zuo)A*”的图(tu)像。

这(zhe)些突(tu)破性(xing)的成就，不仅验(yan)证了(le)广(guang)义相对论在极端引力(li)条件(jian)下(xia)的(de)适(shi)用(yong)性，更(geng)让(rang)我们得(de)以研究黑洞的吸积(ji)盘、喷流等(deng)关(guan)键物理过程(cheng)。

黑洞并(bing)非“吞噬一切(qie)”的孤(gu)岛，而(er)是(shi)宇宙物质循(xun)环的重要(yao)参与(yu)者(zhe)。它(ta)们(men)强(qiang)大的(de)引(yin)力能(neng)够(gou)扭(niu)曲时空(kong)，加速粒子(zi)到接近(jin)光(guang)速，并(bing)驱动(dong)壮(zhuang)观的喷流，影(ying)响着(zhe)宿(su)主(zhu)星系的(de)演(yan)化。对(dui)黑洞(dong)的研究，不仅(jin)有助(zhu)于我们(men)理解(jie)引力(li)的本(ben)质，也可能为(wei)探(tan)索虫洞、时空旅行等(deng)科幻(huan)概念(nian)提供理(li)论基础(chu)。

系外行(xing)星(xing)的曙(shu)光：寻(xun)找第二(er)个(ge)地球

宇宙中是(shi)否只有地(di)球这(zhe)颗(ke)孕(yun)育(yu)生命的(de)行星(xing)？这(zhe)个问(wen)题(ti)长久(jiu)以(yi)来(lai)萦绕(rao)在人类心头。得(de)益于(yu)开(kai)普(pu)勒望(wang)远镜、TESS卫星(xing)以及地面(mian)观测(ce)设(she)备(bei)的进(jin)步，我们已(yi)经(jing)发现了(le)数千颗系外行星，其中(zhong)一(yi)些位(wei)于其(qi)恒星(xing)的“宜居带(dai)”内(nei)，理论上(shang)可能(neng)存在(zai)液(ye)态(tai)水。

现(xian)在，科学(xue)家(jia)们正(zheng)将(jiang)目(mu)光(guang)投(tou)向更具挑(tiao)战(zhan)性(xing)的目标(biao)：寻(xun)找系外行(xing)星的(de)大(da)气(qi)成分(fen)，特别是氧气、甲(jia)烷等生(sheng)命标志(zhi)物。JWST等(deng)新一代望(wang)远(yuan)镜(jing)，凭借(jie)其卓(zhuo)越(yue)的光(guang)谱分析能力，正逐(zhu)步实现这(zhe)一(yi)目(mu)标。对(dui)系外行星大气的分析(xi)，将(jiang)是判(pan)断它(ta)们是否存(cun)在生命的(de)决定(ding)性一步(bu)。一(yi)旦发(fa)现确凿(zao)的生(sheng)命信号(hao)，那将是(shi)人(ren)类(lei)历(li)史上(shang)最重(zhong)大的发现之一(yi)，彻底改(gai)变(bian)我们(men)对自(zi)己在宇宙(zhou)中地位的认知(zhi)。

生命的起(qi)源(yuan)：化(hua)学(xue)演化的(de)终极(ji)追问

从(cong)星辰大(da)海回(hui)到地(di)球，生(sheng)命本(ben)身的(de)起源(yuan)依(yi)然(ran)是一个引人(ren)入胜(sheng)的(de)谜团(tuan)。从简(jian)单(dan)的有机(ji)分子如何自发(fa)形成(cheng)到(dao)复(fu)杂细(xi)胞的出现，生命(ming)起(qi)源的(de)研(yan)究跨(kua)越了化(hua)学(xue)、生(sheng)物(wu)学、地(di)质学(xue)等多(duo)个(ge)学科。

早期地(di)球环境模拟实(shi)验，如著(zhu)名(ming)的(de)米(mi)勒-尤里实(shi)验，已(yi)经证明(ming)在(zai)模拟的(de)早期(qi)地球条(tiao)件下，无(wu)机物(wu)可(ke)以生成(cheng)构(gou)成生命(ming)的(de)氨(an)基酸(suan)等(deng)有机(ji)分子。而(er)近(jin)年来，对海底热(re)泉、冰(bing)层以(yi)及陨(yun)石(shi)中(zhong)发现的(de)有(you)机物(wu)的研(yan)究，则(ze)为生(sheng)命(ming)起源提(ti)供(gong)了更多可(ke)能(neng)的场所和机制(zhi)。

例如，海(hai)底(di)热泉(quan)假说(shuo)认(ren)为，这些(xie)富含(han)化(hua)学(xue)能的深(shen)海环境(jing)，为早(zao)期生命(ming)的出(chu)现(xian)提(ti)供了能量(liang)和(he)物质来源(yuan)。在没(mei)有阳光的深海(hai)，微(wei)生物能(neng)够通(tong)过化学合成(cheng)作(zuo)用生存，这可能就是(shi)地(di)球(qiu)生命(ming)最初的形态。

RNA世(shi)界(jie)假说认(ren)为，在(zai)DNA和蛋白质出现之前，RNA分子可能(neng)同时扮(ban)演了(le)遗(yi)传信(xin)息载体和(he)催(cui)化剂的(de)角(jiao)色(se)。最近(jin)的(de)实验也(ye)在不断(duan)探(tan)索RNA自(zi)我复制的可能性，为这(zhe)一假说提(ti)供(gong)了更多(duo)支(zhi)持。

我们(men)正(zheng)站在一个(ge)前所(suo)未有(you)的科学(xue)交叉点(dian)上，跨(kua)学科的合(he)作(zuo)与尖端技术(shu)的结合，正以前(qian)所未(wei)有的(de)速度(du)推动着(zhe)我们对(dui)宇宙和生命的理解。每一(yi)次新(xin)的(de)发现，都像是(shi)在黑暗中(zhong)点亮(liang)一盏(zhan)灯，照亮了(le)更广阔的前方(fang)。

智(zhi)能(neng)的边界拓(tuo)展与物(wu)质世界(jie)的重塑

除了(le)对宏(hong)大宇(yu)宙和生(sheng)命奥秘的(de)探索(suo)，人类(lei)对自身智(zhi)能的理解和(he)对(dui)物质世界(jie)的改(gai)造，也在以前所(suo)未有的方式进行(xing)着(zhe)。人(ren)工智能(neng)的飞(fei)速发(fa)展(zhan)，量(liang)子技术(shu)的逐步(bu)突(tu)破(po)，正预示着(zhe)一(yi)个(ge)更(geng)加智能、更加(jia)高效(xiao)的未(wei)来。

人(ren)工智能(neng)：超(chao)越工(gong)具的智慧(hui)伙伴

人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)（AI）早已(yi)不(bu)再(zai)是科(ke)幻小说中(zhong)的概(gai)念，它(ta)已经渗(shen)透(tou)到我们生活的方方(fang)面面(mian)，从(cong)智能手(shou)机的语音(yin)助(zhu)手到自(zi)动驾(jia)驶(shi)汽车(che)，再(zai)到(dao)辅(fu)助医(yi)疗诊断和(he)科学研(yan)究。特别(bie)是近(jin)年来，以深(shen)度学(xue)习为(wei)代表(biao)的AI技(ji)术取得了(le)突(tu)破性进(jin)展，大(da)型(xing)语言模型（LLMs）的(de)出(chu)现更是引发(fa)了(le)新(xin)一轮的AI热(re)潮。

大型语(yu)言(yan)模(mo)型(xing)，如GPT系列(lie)，展现(xian)出(chu)了(le)令人惊叹的语(yu)言理(li)解、生(sheng)成(cheng)和推理(li)能力(li)。它(ta)们(men)能够(gou)撰写(xie)文章、创作(zuo)诗歌(ge)、进行(xing)编程(cheng)，甚(shen)至(zhi)在某(mou)些专业领域(yu)展现(xian)出超越(yue)人(ren)类(lei)专家的水(shui)平(ping)。这(zhe)些模型(xing)是通过在(zai)海(hai)量文(wen)本数据上进行(xing)训练(lian)而实现的(de)，它们学会了识(shi)别复杂的语言(yan)模(mo)式(shi)，并(bing)能够根(gen)据上下(xia)文(wen)生成(cheng)连(lian)贯(guan)、有意义的(de)回复。

AI在科(ke)学(xue)研(yan)究中(zhong)的(de)应用更(geng)是(shi)令(ling)人(ren)兴(xing)奋。例(li)如(ru)，AI被用于加(jia)速(su)新药的研(yan)发，通(tong)过分(fen)析海(hai)量生(sheng)物(wu)医学(xue)数(shu)据，预测(ce)药(yao)物分(fen)子(zi)的(de)有效(xiao)性和(he)副作(zuo)用；AI也用于分析(xi)天文数(shu)据，帮助(zhu)科(ke)学家们(men)发(fa)现新的(de)天(tian)体和现(xian)象(xiang)；在材(cai)料(liao)科学(xue)领域，AI能够(gou)预测(ce)新型(xing)材料的(de)性(xing)能，指导实(shi)验方(fang)向(xiang)。

AI的(de)发展也伴(ban)随着(zhe)挑(tiao)战。对AI伦(lun)理的担(dan)忧，如偏(pian)见、隐私、就(jiu)业等问(wen)题，需(xu)要我们(men)审慎对待(dai)。如何(he)让AI真(zhen)正具(ju)备“理(li)解(jie)”和“创造”的能(neng)力，而(er)不(bu)是仅(jin)仅(jin)模仿，仍(reng)然(ran)是研(yan)究(jiu)者(zhe)们(men)努力的方向(xiang)。通用人工(gong)智能(neng)（AGI）的实(shi)现，虽(sui)然道(dao)阻(zu)且(qie)长，但(dan)却是(shi)AI领域最(zui)具(ju)吸引力的目标(biao)之一。

量子科技(ji)：开启(qi)颠覆性计(ji)算(suan)与(yu)通(tong)信(xin)时(shi)代(dai)

如果(guo)说AI代(dai)表(biao)着(zhe)智能的(de)飞跃，那(na)么量(liang)子(zi)科技则(ze)预示着物质世(shi)界将(jiang)被重(zhong)塑。量(liang)子(zi)计(ji)算(suan)、量(liang)子通(tong)信(xin)和(he)量子传感，作(zuo)为量子(zi)科技(ji)的三大支(zhi)柱，正(zheng)以前(qian)所未(wei)有(you)的(de)速度发展。

量子计算(suan)，利用量子(zi)比特(te)（qubit）的叠加和(he)纠缠(chan)特性，能够(gou)执行经(jing)典计(ji)算机无(wu)法企(qi)及的(de)计算任(ren)务。一(yi)个(ge)量子(zi)比特可以(yi)同(tong)时表示(shi)0和1，而多个(ge)量子比特(te)的叠加态(tai)可以指(zhi)数(shu)级(ji)地增加(jia)计算(suan)能(neng)力。这意(yi)味着(zhe)，量子计算(suan)机在解决(jue)某(mou)些复杂问(wen)题时，如(ru)药物(wu)分(fen)子(zi)模拟(ni)、材料设计(ji)、金融(rong)建模、密码破(po)解(jie)等，将拥有压倒性的优(you)势。

目前，虽(sui)然建造大规(gui)模、容(rong)错的(de)量(liang)子(zi)计算(suan)机(ji)仍(reng)面临(lin)巨大挑战(zhan)，但(dan)谷(gu)歌、IBM等公司(si)已经(jing)成(cheng)功构(gou)建(jian)出包(bao)含数十(shi)甚至上(shang)百(bai)个(ge)量(liang)子(zi)比特(te)的量子处理(li)器(qi)。学术(shu)界也在(zai)不(bu)断探索(suo)新的量(liang)子算法和(he)硬件实现方案。一旦(dan)通用容错(cuo)量(liang)子(zi)计算机问世(shi)，它(ta)将可(ke)能(neng)彻底改(gai)变(bian)科学研(yan)究、工(gong)业生(sheng)产乃至国(guo)家安(an)全格局(ju)。

量(liang)子通(tong)信，特(te)别(bie)是(shi)量子(zi)密(mi)钥分发(fa)（QKD），则利(li)用量(liang)子力学的(de)原理，实现(xian)了理论(lun)上绝对(dui)安全的(de)通(tong)信。通(tong)过利(li)用光子(zi)的(de)量子(zi)态(tai)进(jin)行密(mi)钥(yao)编码(ma)，任(ren)何窃(qie)听行(xing)为都(dou)会干(gan)扰量子态(tai)，从而(er)被通信双方(fang)发(fa)现(xian)。这为(wei)未(wei)来的(de)信息安全提供(gong)了坚实保障。

量(liang)子传(chuan)感，则(ze)利(li)用(yong)量子态对环境(jing)的(de)高度敏(min)感性(xing)，开发出前所未(wei)有的(de)高精度传(chuan)感器。这(zhe)些(xie)传感器(qi)在(zai)导航(hang)、医疗成像(xiang)、地质勘探等(deng)领域具有巨(ju)大的应用潜力(li)，能够(gou)探测到极(ji)其微弱的(de)磁场、引力(li)场等，发现(xian)hithertounobservablephenomena。

脑科(ke)学(xue)：理解意识的(de)最后边疆(jiang)

在探索外(wai)部世(shi)界的(de)我们也在(zai)努力理(li)解最复(fu)杂的系统——人类(lei)大脑(nao)。脑(nao)科学(xue)的(de)研究(jiu)，正以(yi)前所(suo)未有(you)的深(shen)度和(he)广(guang)度展(zhan)开(kai)。通(tong)过先(xian)进(jin)的神经成像技术（如fMRI、EEG）、基(ji)因编辑技术(shu)（如CRISPR）以及计(ji)算(suan)神(shen)经科(ke)学模(mo)型(xing)，科(ke)学(xue)家(jia)们正(zheng)在逐(zhu)步揭(jie)示大脑的(de)结构、功能(neng)和(he)工(gong)作机(ji)制。

理解大(da)脑(nao)，不仅是(shi)理解意识(shi)、记忆、情感等主(zhu)观体验(yan)的钥匙(shi)，更是攻(gong)克阿尔茨海默(mo)症、帕(pa)金(jin)森症等神(shen)经退行性疾(ji)病的关(guan)键(jian)。通(tong)过(guo)绘制更(geng)详细(xi)的大脑连接图谱，研究神(shen)经元(yuan)的活(huo)动模(mo)式(shi)，科学家(jia)们正尝(chang)试理解(jie)大脑(nao)如何(he)编码信息(xi)，如何(he)做出(chu)决策，以及意识的本质。

虽然距离完(wan)全(quan)理解(jie)大(da)脑(nao)还(hai)有很长的路(lu)要走，但(dan)每一(yi)次对(dui)神经(jing)回路(lu)的解(jie)析、每一次对特定(ding)脑区功能的(de)揭(jie)示，都(dou)在(zai)为(wei)我(wo)们描绘(hui)出(chu)意识(shi)的(de)轮(lun)廓(kuo)，为(wei)人类(lei)最终理(li)解自(zi)身(shen)提供重要(yao)的线(xian)索。

从探索(suo)宇宙(zhou)的奥(ao)秘，到生命(ming)的起源，再到人(ren)工智能(neng)的(de)飞跃(yue)和量(liang)子(zi)世(shi)界的(de)重塑，以及(ji)对人(ren)类(lei)大脑(nao)的深(shen)入理解，科(ke)学(xue)的步(bu)伐从未停歇。这(zhe)些前沿(yan)的科学新知，不仅拓展(zhan)了(le)我们(men)认知的边界，更孕(yun)育着改(gai)变世界(jie)的无(wu)限可(ke)能。拥抱(bao)科学，就(jiu)是拥抱未来，拥抱一个(ge)更(geng)加光明、更(geng)加智慧的(de)明天(tian)。

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图片来源：每经记者 陈海生 摄

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