到火星上栖居是人类的梦想之一,但首先要解决缺氧问题。近日,中国科学技术大学罗毅、江俊、尚伟伟教授团队与深空探测实验室张哲研究员等合作,运用智能机器人“机器化学家”,采用火星陨石成功研制出新型催化剂,为利用火星上的水制备氧气提供了高效率、低能耗的解决方案,探索出一条在地球外星系就地取材研制化学品的新路。11月14日,国际知名学术期刊《自然·合成》发表了这一研究成果。
智能机器人火星探矿制氧假想图。(中科大供图)
火星大气中的含氧量极低,无法满足人类生存。如何能在火星上制备出氧气?近年来,国际科学界发现火星上存在大量的水,那么在火星上利用太阳能发电,再用电从水中解析出氧气,成为可行的技术方案之一。
但是,“电解水”还需要使用催化剂,来解决制氧速度慢、能耗高等问题,而从地球运送的成本非常高昂。因此,能否在火星上就地取材研制催化剂,成为一个关键技术问题。此外,低温、低气压、高辐射的火星环境,对人类登陆后“就地研发”很不利。
针对这些问题,中科大和深空探测实验室科研人员合作,利用自主研发的智能机器人“机器化学家”,从火星陨石中分析并提取成分,研制出一种新型制氧催化剂。
11月10日,中科大科研团队与工作中的“机器化学家”。新华社记者周畅 摄
中科大合肥微尺度物质科学国家研究中心主任罗毅说,这项研究成功验证了人工智能可以自动研制新材料,有望为人类在远离地球的星球上制备氧气、建造基地、生产食物等作出贡献,并利用火星资源研制出更多化学品,帮助我们进一步探索太阳系深处。
据悉,中科大研制的“机器化学家”名叫“小来”,它不仅“会学”还“会想”“会做”。这次研制催化剂,根据火星陨石的多种化学成分,一共有376万多种可能的组合配方,如果靠人类科研团队一一实验验证需要两千多年。
“机器化学家”研制催化剂全流程示意图。(中科大供图)
“‘小来’学习了5万多篇相关的化学论文,用‘智能大脑’思考并设计出一个基础配方,然后做实验并根据结果不断调整配比,用6周时间找到最佳配方。”中科大教授江俊说,机器人自主发现并研制化学品,为人类探索星空提供了一条新路。
近日,一篇题为《日本科研掉出第一梯队,是高校改革之痛?》的文章指出,造成日本科研掉队的原因有三:其一,国立大学法人化改革;其二,科研经费投入减少;其三,争取“竞争性经费”极大挤占了科研人员实际从事科研的时间。这种系统性的科研生态恶化现象导致以博士生为代表的科研新人快速减少,进而造成日本科研出现“空心化”现象。
如果仅从21世纪以来日本科研产出的指标来看,日本科研的确呈现下降趋势,但是我们能否就此得出结论——日本科研衰落了。仅就论文产出而言,中国在2022年已经位于世界第一,据此我们可以说中国科技取得了长足的发展,但能否就此得出结论——中国已经是世界科技强国。显然,直接得出这种结论有些草率与武断,正如日本科技前瞻与指标中心主任伊神正贯(Masatsura Igami)指出:“日本目前的研究环境很不理想,而且不可持续。必须着手改善研究环境。”从这个意义上说,日本文部科学省近日发布的《日本科学技术指标2023》可以看作管理层对日本科技表现的不满以及为全社会敲响了警钟,但这并不代表日本科技真的衰落了。
考查一个国家的科技实力与潜力有多种视角,其中最重要的隐性指标就是科技韧性,即一个国家或地区拥有的比较丰富的知识储备、稳定的科技投入、富有创新精神的人才队伍、成熟的组织架构以及进步的科研文化。韧性越好,科技体系就越不容易断裂。基于韧性的指标体系,日本的科技总体上还是很有韧性的,为了验证笔者的观点,我们不妨从此次争议最大的科技投入(R&D)看看日本科技到底处于什么状态。
根据官方数据,日本2021年R&D投入总量为18.1万亿日元(约合9053亿元人民币),科技投入强度(R&D/GDP×100%)为3.3%,其中基础研究投入2.294万亿日元(约合1147亿元人民币)、应用研究投入3.4万亿日元(约合1700亿元人民币)、试验发展研究投入11.67万亿日元(约合5840亿元人民币)。在2000年到2021年间,日本基础研究投入占R&D的比值平均为12.28%、应用研究投入占R&D的比值平均为20.44%、试验发展研究投入占R&D的比值为62.47%。按照国际惯例,发达国家R&D投入强度平均在2.5%以上,在R&D投入结构中,基础研究、应用研究与试验发展研究占比平均为15%:20%:65%。根据上面的数据,可以看出日本的科技投入强度与结构几乎完全符合国际惯例。作为参照,中国2022年的R&D经费投入强度为2.54%、R&D的投入结构为6.57%:11.3%:82.1%。与发达国家相比,投入强度刚达标,而投入结构不合理,主要表现为基础研究投入强度偏低,而试验发展研究投入又偏高。
科技投入强度与结构仍然是表层问题,为了探索科技体系的韧性,还需要深入挖掘。我们想知道R&D投入结构中各部分对于经济发展的作用,即科技投入各部分对国内生产总值(GDP)的影响。这个检测基于如下预设:由于基础研究投入产出的成果大多远离生产实践,这部分投入会对经济发展产生挤出效应,换言之,这部分投入越多,对于经济发展越不利;应用研究的产出成果仍处于从科学原理到技术原理的过程中,这部分投入也会对经济发展产生抑制作用;而试验发展研究处于从技术原理到技术发明再到产业化阶段,可以直接为经济发展带来推动作用。基于这种预设,我们利用中、美、日三国22年(2000—2021)的数据做一些回归分析,看看日本科技体系到底处于什么状况?
中、美、日三国22年的科技投入相关数据进行的回归分析显示,基础研究占R&D比值与GDP的相关系数分别为0.18、-0.67、0.09。这组数据表明,基础研究对于中国GDP的增长具有弱正相关性,美国为强的负相关性,日本则表现为不相关。这组数据很好地揭示了当今世界知识生产与经济发展的3种关系,只有美国完全符合预设,而日本的结果表明整个社会的知识生产没有对经济发展造成挤出效应,知识供应量处于自给自足状态。中国的结果则表明知识供给不足,任何知识都对经济发展具有正相关性。
中、美、日应用研究占R&D比值与GDP的相关系数分别为-0.82、-0.49、-0.67。这组数据表明,3个国家的应用研究对于经济发展都具有抑制性,即产生负相关性,其中表现最好的是美国,负相关性最小,体现出高质量知识比较丰富,日本次之,中国表现较差,呈现出强负相关性,意味着中国的高质量知识短缺,很多应用研究处于无效的空转状态。
而中、美、日试验发展研究占R&D比值与GDP的相关系数分别为0.75、0.73、0.56。这组数据表明,3个国家的试验发展研究都符合预期,即试验发展研究对于经济增长具有强正相关性,其中,中国表现最好,美国次之,日本最差。为何日本的试验发展研究对于经济增长的正相关性不如中、美两国呢?从产业发展基础来看,由于日本产业的知识基准线比较高,导致试验发展研究对于产业发展的提升作用减弱;而中、美两国的产业基准线稍逊于日本,故而试验发展研究产出的成果对于经济发展作用更大。其实这个结果很好理解。二战后,美国为推进科技发展选择了万·布什的线性模型,即从基础研究、应用研究、试验发展研究再到产业化的路径;而日本则采取了从应用研究到试验发展研究,再到产业化的路径。这种长链与短链的不同路径选择导致美国在知识生产的前端具有优势——高质量知识丰富;而日本则在知识生产的中端具有优势:企业创新、发明比较活跃。
从宏观角度来看,考查一个国家科技发展的制度环境可以有很多视角,但最核心的部分就是4个模块,分别是科技组织机构、科技政策制定模式、科技资助体系与科研文化。从这个角度衡量,日本的科技组织机构固定甚至有些僵化,科技政策制定模式相对成熟,科研资助强度比较大,科研生态有些“盐碱化”,结合上面的数据分析结果,可以很好地解释日本科研产出持续走低的原因,但同时也明确看出日本的科研体系比较有韧性,远没有到衰落的阶段。日本近年来的科研产出表现不尽如人意的根本原因在于构成制度环境的多模块几乎同时发力,导致政策后果的叠加在短期内产生不协调,这也是激进改革最容易出现的症候。对于中国来说,由于科技体量庞大,系统内部存在诸多掣肘因素,科技体制改革应该采用渐进模式,避免激进模式带来的不确定性后果的积累与叠加。
(作者单位:上海交通大学科学史与科学文化研究院)
按照新文章的观点,宇宙可能根本不是由分开的部分组成,而是一个单一的量子物体。
按照新文章的观点,宇宙可能根本不是由分开的部分组成,而是一个单一的量子物体。
身处天地之间,每每仰观俯察,“宇宙是什么”这一问题往往会在脑海中浮现。事实上,在漫长的历史中,人们经常对此问题进行思考,对这一问题的认识也经历了一个复杂的演变过程。
近日,《新科学家》周刊刊发题为《对现实的重新思考:整个宇宙会不会就是一个量子单体》的文章,为我们提供了上述问题的一个可能答案——宇宙或许是一个巨大且特别的量子。
按照这篇文章的观点,宇宙可能根本不是由分开的部分组成,而是一个单一的量子物体。7月24日,有关专家对记者坦言,如果真的找到证据来支持这一想法,可能将彻底改变人类思考宇宙的方式。
人类宇宙观经历漫长演变过程
中国科学技术大学物理学院天文学系博士马潇汉介绍,在远古时期,古代埃及人认为宇宙是以天为盒盖、以地为盒底的大盒子,盒子中央是尼罗河;古代印度人则认为世界是驮在几只大象上的平板,而大象则站在巨大的龟背上;“天圆地方说”则是我国古人对宇宙的初步解释。
随着人类的进一步观测和探索,宇宙的轮廓逐渐清晰起来。在西方科学界,物理学者对宇宙的描述经历了从“地心说”到“日心说”,从太阳系到银河系再到整个宇宙的演变过程。而中国古代也相继出现过盖天说、浑天说、宣夜说三大宇宙模型。
“从现代科学来讲,宇宙本质上就是时间和空间的集合体。”马潇汉表示,“在这个时空当中,包括人类自身在内的各种物质,都是作为宇宙的一部分而存在。”
现代科学明确了宇宙的本质,那么我们又该如何理解宇宙的运行方式?换言之,人类该用什么样的视角理解宇宙呢?
多数近代物理学家倾向于以还原论的视角理解宇宙。马潇汉指出,在还原论视角下,物质最终都是由夸克等基本粒子构成的。科学家们可以理解构成宇宙的基本粒子的性质,并借此推断出宇宙的性质。在这种视角下,既然宇宙万物都是由不可再分的物质粒子堆砌而成,那只要找出构成宇宙的基本粒子,再通过分析、归纳等方式,就可以还原出宇宙存在的真相。
德国理论物理学家海因里希·帕斯将这一过程形象地比喻为俄罗斯套娃。“我们不需要知道这个套娃里有没有更小的套娃,而只需要关注到揭开的这一层套娃,并用这一层套娃的理论在一定程度上解释物理世界。”帕斯说。
乍一看,还原论似乎为科学家们理解宇宙提供了一种简单有效的方式。然而,这种方式却并不完美。
在还原论的指导下,科学家们建立了粒子物理学,并试图构建出一个模型来解释宇宙中所有的现象,这个模型被称为“标准模型”。该模型归纳了61种基本粒子,但是这61种基本粒子只占宇宙的5%。“剩下的95%是无法用还原论解释的,这之中就包括约70%的暗能量和25%的暗物质。”马潇汉指出。换言之,还原论指导下的“标准模型”并不完善,这就促使科学家们提出一种更加完善的模型,将宇宙中所有的物质和现象纳入。
中国科学院高能物理研究所研究员、环形正负电子对撞机(CEPC)加速器负责人高杰对此深有同感。他曾表示,到目前为止,人类只认识了宇宙的很小一部分。其中很大一部分——暗物质和暗能量,还停留在科学家的预测阶段,尚需通过实验手段进行验证。
量子理论为宇宙探索提供新视角
高杰认为,研究暗物质等问题需要将描述微观世界的粒子物理与描述宇观世界(即包括星团、星系、星系团、超星系团、总星系以及遍布于宇宙空间的射线和引力场所构成的物质系统)的宇宙学相结合。量子理论在宇宙学中的引入为宇宙学研究提供了新的研究思路和理论框架,能够解释之前粒子物理学无法解释的问题。马潇汉表示,物理学家常用彩虹来比喻粒子物理学和量子物理学之间的对应关系。在彩虹中,红、橙、黄、绿、青、蓝、紫这七种颜色是肉眼可见的,而彩虹中紫色以上的区域(即紫外区)和红色以下的区域(即红外区)是肉眼不可见的。可见光部分相当于粒子物理标准模型适用的领域,而粒子物理标准模型之外的“红外区和紫外区”则需要通过新思路,即结合量子力学和引力来解释。
随着研究的深入,物理学家发现,极大的宇宙和极小的微粒之间存在不可分割的联系,而这种联系目前只能用量子理论来进行说明。
科学家们猜测,这种现象可能是量子纠缠导致的。量子纠缠通常被描述为量子体之间的关联,这种关联性证明了纠缠的量子系统不能被理解为是由某些部分构成的,它们就是同一的整体。若该理论成立,这也就意味着宇宙不同能量级实际上是同一的,宇宙万物就不是由逐级变小的部分组成,整个宇宙是一个“单一、不可分割的量子体”。
一沙一世界,世界亦尘埃。“其实对于‘单一量子体’这一概念,科学界还没有形成严谨统一的术语。”马潇汉指出,目前“单一量子体”这一猜想仍停留在科学哲学层面,科学家对于宇宙未知部分的探索仍在继续。要想将这一猜想以更精确的方式表达出来,还需要更多观测和理论方面的努力。
在不久的将来,如果科学家能够找到证据证明量子纠缠适用于整个宇宙,那么人类过往的宇宙观可能会被颠覆。人类可能需要从新的视角——宇宙作为一个纠缠联系的单一量子整体——来理解和认识宇宙。
在求知欲和好奇心的驱使下,从千百年前的仰望星空开始,到如今在科学观测和理论指导下理解宇宙,人类从未停下对宇宙探索的脚步。随着文明和科技的进步,人类最终将揭开层层面纱,将宇宙的真实面貌越来越清晰地呈现出来。
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与宇宙起源相关的有趣理论
宇宙起源这个话题一直吸引着众多科学家孜孜不倦地探索。虽然科学家们对宇宙究竟是怎么起源的尚无定论,但有几种假说或许能为揭示这个谜团提供线索。
关于宇宙起源,最流行的假说可能就是“宇宙大爆炸”了。该假说认为,宇宙应该是诞生于137亿年前的一次大爆炸。宇宙在最初的时候只是一个能量奇点,这个奇点不占用任何空间,但它却被科学家们认为集合了宇宙中所有的物质和能量。在奇点发生爆炸的一瞬间,所有的物质和能量被释放了出来,而现如今宇宙中的物质粒子都是在宇宙大爆炸之后4分钟内形成的。直到宇宙大爆炸后的38万年,宇宙温度才下降到3000摄氏度左右,而宇宙也从粒子粥一样的混沌状态变得透明,光子开始在宇宙中穿梭,原子结构得以形成。
爱因斯坦的广义相对论预言了白洞的存在。白洞是一种性质正好与黑洞相反的特殊天体,它是宇宙中的喷射源,可以向外部区域喷射物质和能量,但不能吸收外部区域的任何物质和辐射。聚集在白洞内的物质,只可以经边界向外运动,而不能反向运动。一些科学家认为,白洞通过虫洞与黑洞相连接,把黑洞“吃”进去的物质再“吐”出来。我们的宇宙可能就起源于一次白洞喷射。
还有科学家认为,也许宇宙本身就是一个循环。宇宙在发生大爆炸后会不断膨胀,但当它膨胀到一个临界点、无法继续膨胀时,就会向内坍塌,直至再次形成一个奇点、再次发生爆炸。
(原标题《“宇宙是什么”再添新猜想 新构想认为宇宙或是一个巨大且特别的量子》)
北京大学数学科学学院、统计科学中心讲席教授、博士生导师丁剑。
40多分钟的采访里,北京大学数学科学学院教授丁剑和聆听他的记者们都多次笑出声。
一位旁听的工作人员说:丁剑应该很会讲课。
的确,穿着衬衫、牛仔裤、运动鞋,戴着眼镜的丁剑,年轻、坦诚、直率、幽默。他刚刚做完一场报告。
这是7月25日上午、浦江基础科学发展论坛的第二天,上海市黄浦区科学会堂的“院士之家”内的一幕。整场论坛将持续三天,来自国内外的院士、多位菲尔兹奖得主等顶尖科学家共同探讨“基础科学的现状与未来”。
在采访的结尾,丁剑给出了整场交流中最生动的一个比喻。他说,“我们做的工作应该像是在整个足球(赛)场上面,完成了某次传球。”
北京大学数学科学学院、统计科学中心讲席教授、博士生导师丁剑。
“最顶尖”的起跑线
数学,尤其是高阶的数学研究,是纯粹的智力游戏吗?
丁剑表示,“我不认为我们对待数学的态度和一个学生对待数学的态度有本质的不同。你可以把它看作一个游戏,但是这个游戏不是我们通常的游戏——魔兽争霸或者什么游戏……我们更希望理解的不是你设置了一个迷宫,然后我要找到一条出路……我们需要理解的是自然就存在的那些谜题……这个世界本身的规律,是我们需要去理解的。”
对于什么人适合进行数学研究,丁剑说,“我是这么理解的,对数学的感觉和理解低于某一个水平,可能确实不是适合把数学当做一个职业。如果是这样的情况,你就把数学当做一个工具,大家创造了什么,你拿去用就好了……在超过这个水平以后,勤奋和努力就变得非常有意义了,运气也是很重要的……你要是完全没有积累,哪怕你在一个正确的时间做了一个正确的问题,你也得不到一个正确的答案。”
2023年6月21日,北京大学统计科学中心发布消息称,北京大学数学科学学院、统计科学中心丁剑教授因其在概率论和统计物理方面的出色工作受邀,将在1年后举行的2024年度国际数学物理大会(ICMP2024)上作一小时大会报告,这是ICMP举办50多年来国内学者首次被邀请作大会报告。
但丁剑高考时第四志愿才是数学,他曾说,“当时看起来是个前途一般的专业”,“踩着分数线上了北大,进入信息管理与信息系统专业”,大二转去数学学院,希望“曲线救国”——在研究生阶段转去计算机专业。
2006年,丁剑从北京大学数学科学学院获得学士学位,2011年获美国加州大学伯克利分校博士学位;曾任美国芝加哥大学统计系助理教授、副教授,宾西法尼亚大学Gilbert Helman讲席教授、统计与数据科学系教授。
2022年1月,丁剑全职回国,担任北京大学数学科学学院、统计科学中心讲席教授、博士生导师。
丁剑表示,”我没有办法告诉你宾大(美国宾夕法尼亚大学)学生和北大学生的差异,但我可以告诉你10年前北大学生和现在的差异。”“我觉得现在的小孩挺强的。”“我们念书的时候,北大已经开始鼓励学生去自由探索一些——‘本科生科研’。但那时候还是比较小规模,而且我觉得真正能做出原创性成果的不算太多。但现在看我们的学生,本科生能做出原创性成果的,已经大有人在。”
丁剑曾说过,如果说,考试是老师和学生斗智斗勇,那么,做研究,就是老师与学生组队“打怪升级”。
25日,他表示,“我最希望的是,学生在经过我的帮助之后,有一部分比我厉害。”“教育的意义,很多时候应该是看增量,看学生到底进步了多少,成长了多少。”“北大每年都会有一些学生学习概率论,可能他们都会比我好……很有可能在北大是这样的情况,因为他们现在确实挺强的……我只能一边鼓励他们,帮助他们超过我,一边要把自己弄得更好一点,提高他们超过我的难度(系数),使得他们把我按在地上‘摩擦’的难度系数稍微大一点。”
丁剑说,“今天一定要在国外念一个博士学位才能做最好的研究?我不认同。”“并不是一定要有一个哈佛的博士学位才能做得好(数学研究)。”“我们正在尽最大的努力,让我们的研究生、博士生能够跟世界最顶尖的大学的博士生和研究生有同样的起跑线,这点我们能做到,至少正在努力。”
潜移默化的“火花”
丁剑表示,浦江基础科学发展论坛的报告人涵盖数学、物理、计算机等领域,“我研究的方向是概率论,我关心的是概率论跟理论计算机,还有统计物理相关的一些问题”,“跟小同行交流,大家的思维方式和考虑的问题都比较同质化,所以经常会能够有启发,但是这种启发可能就没有那么大”,“但是大同行他们做的东西我可能是完全不知道的,比如说如果我去听报告,我听到一个数论的某个定理,觉得很有用,跟我做的东西能联系起来,如果这件事情发生了,可能说这会是一个比较大的进展,甚至接下来好几年都可能围绕这个东西接着做一些好的工作。”
“跟大同行擦出火花确实不是那么容易”,“还有一些火花是我今天意识不到的”,“我相信是有的。”丁剑说。
在交流中,丁剑还提到“有品味的研究”。他说,首先这是一个主观判断,每个人有不同的评判标准。他喜欢陈述简洁的数学问题,“(比如)为什么哥德巴赫猜想那么深入人心?几句话就能说清楚,大家都能明白,但是又做不动,看上去就非常深刻,陈述起来很简洁。”
“(但)一代人研究品味的提高,并不是听一个报告、两个报告,或者今天来了位专家,跟你说了10句话,就把你的人生观重新‘染过’了。不是这样。但如果不断地有很顶尖的人来跟我们交流,整个研究品味还是会有一些潜移默化的影响。”丁剑说。
对于顶尖学者,丁剑也有自己的看法。他表示,“我们所希望的顶尖学者,是ta当前做的学问是最前沿的,对我们最有启发性的。比如说有些年轻人刚毕业没多久,可能还没有获得很多很大的荣誉,但他确实在研究上我们认为是顶尖学者,因为在那个方向上他就是做得最好的。”
此外,有记者问,“‘获得戴维逊奖,主要是合作完成的random k-SAT问题’,其中的术语很专业,但也很难懂,你是否期待自己的研究工作或成果被大众知晓和理解?”
丁剑表示,“谁都希望(hope),对吧?但是我没有这种期望(expect)。因为最后能被大家知晓的很有可能是‘临门一脚’——最后把某个大的问题解决了。对于我们绝大多数从事数学研究的人而言,我们做的工作应该像是在整个足球(赛)场上面,完成了某次传球,这个是不需要让大众知道的。(如果)你跟大众去解释,‘我传了一个球传给他了,传得非常漂亮’,可能没人有那么多耐心去听你这些小的‘传球’。”
“敏捷地月行动演示火箭”(DRACO)概念图。核热推进技术可用于美国国家航空航天局未来的载人火星任务。
·核动力火箭是美国载人火星任务路线图上的重要一环,美国计划最早于2027年在太空测试一枚核动力火箭。火箭发动机将配备类似于地球上核反应堆中的控制棒一样的金属,可阻止裂变链式反应的进行。
·美国媒体称,火箭将前往一个相对较高的地球轨道,大约是700到2000公里之间,因此至少需要300年时间才能通过大气阻力落回地球,有足够长时间来确保它降落时所有核燃料都用完。
“敏捷地月行动演示火箭”(DRACO)概念图。核热推进技术可用于美国国家航空航天局未来的载人火星任务。
美国国家航空航天局(NASA)、美国国防部高级研究计划局(DARPA)7月26日宣布与工业界合作研制前往火星的核动力火箭发动机,该“敏捷地月行动演示火箭”(DRACO)项目计划最早于2027年在太空测试一枚核动力火箭。
NASA副局长帕姆·梅尔罗伊 (Pam Melroy)表示,与DARPA 和商业航天企业的合作将加快将人类送上火星所需的技术开发,这次演示将是实现将宇航员运送到火星的目标的关键一步。
NASA的目标是在2030年代末或2040年代初将宇航员送到火星。对于NASA来说,核动力火箭是载人火星任务路线图上的重要一环。核热火箭携带小型裂变反应堆,当反应堆分裂原子时会释放出大量热量。这些热量被作用到推进剂气体中,气体膨胀并通过喷嘴喷出,产生推力。
核动力火箭将使前往火星的旅程更快,从而降低任务的复杂性和机组人员的风险。这类火箭的效率是传统化学火箭的两倍以上,需要的推进剂更少,并且可以携带更多设备来实现科学目标。除此之外, 核动力火箭还可以为仪器和通信系统提供更多能量。
“敏捷地月行动演示火箭”项目由DARPA于2021年启动,NASA在2023年初加入。NASA承诺为“敏捷地月行动演示火箭”的合作伙伴提供高达3亿美元资金,其中2.5亿美元是核动力发动机设计和开发协议成本。
洛克希德·马丁公司将与其他工业伙伴合作承包核动力火箭的设计、建造和测试工作。根据协议条款,洛克希德·马丁公司负责火箭的设计、集成和测试。总部位于弗吉尼亚州的BWX技术公司将设计和建造为发动机提供动力的核裂变反应堆。NASA空间技术任务理事会负责核动力发动机的整体管理和执行。美国太空军将为核动力火箭的发射和发射场提供支持。
据美国太空网Space.com报道,为了确保上升过程中的安全,DRACO的核发动机只有在到达轨道后才会启动。火箭将前往一个相对较高的地球轨道,大约是700到2000公里之间,火箭演示器至少需要300年时间才能通过大气阻力落回地球,因此有足够长时间来确保它降落时所有核燃料都用完。
在发射过程中,火箭发动机将配备“毒线”(poison wire),这是吸收了中子的金属,其作用就像地球上核反应堆中的控制棒一样,控制棒完全插入反应中心时能够吸收大量中子,以阻止裂变链式反应的进行。
当地时间2023年4月26日,德国德累斯顿,德国半导体制造商英飞凌的工厂内,两名员工在300毫米晶圆生产线的洁净室工作。视觉中国 图
·德国计划未来几年在半导体行业投资约200亿欧元,吸引全球芯片制造商在德国建厂。其中英特尔将获得近100亿欧元补贴,其余流向英飞凌、格芯、台积电等其他芯片制造商。从2024年起,德国的补贴资金将从气候与转型基金中提取。
德国经济部于当地时间7月25日表示,德国计划未来几年在半导体行业投资约200亿欧元(约合1570亿元人民币),吸引全球芯片制造商在德国建厂。其中英特尔将获得近100亿欧元补贴,其余流向其他芯片制造商,包括英飞凌、格芯(GlobalFoundries)和台积电。
当地时间2023年4月26日,德国德累斯顿,德国半导体制造商英飞凌的工厂内,两名员工在300毫米晶圆生产线的洁净室工作。视觉中国 图
英特尔上月宣布计划斥资超300亿欧元在德国马格德堡建设两家芯片制造工厂,这是德国有史以来最大的外商投资。英飞凌在德国萨克森州首府德累斯顿投资50亿欧元建设半导体工厂,预计2026年投产。德国经济部表示,台积电也有兴趣在德国投资半导体生产设施,德国经济部与台积电正密切接触。
自2021年以来,台积电一直与萨克森州就在德累斯顿建设芯片制造厂进行谈判。据德国之声中文网报道,台积电或在未来几周决定在德累斯顿设厂,若最终付诸实施,这将是台积电在欧洲投资建造的第一个生产基地。
另据路透社报道,德国政府尚未透露台积电可能获得的补贴金额,有分析师预计台积电将获得数十亿欧元补贴,但这可能会导致其他芯片制造商要求更多补贴。
美国芯片制造商格芯在德国经营了几十年,一直在扩大其在德累斯顿的产能。格芯首席执行官汤姆·考菲尔德(Tom Caulfield)表示,“虽然格芯已获得数百万资金,但占主导地位的台积电却获得了数十亿欧元。这就是我们认为市场将会扭曲的原因。”
德国经济部表示,从2024年起,德国的补贴资金将从气候与转型基金中提取,并且只有在欧盟委员会批准后才能为单个项目提供资金,资金金额须经欧盟委员会批准。
第一篇韩国室温超导材料论文中展示的LK-99材料(右上)。
“炼制”LK-99的材料的方法。
“部分悬浮”的LK-99(下)。
27日,中国科学院物理研究所微信公众号回复相关留言称,“目前没有完成相关实验的消息。”
主要从事高温超导材料和物理问题研究的南京大学物理学院教授闻海虎。
一个磁性材料立方体悬浮在超导体上方。美国橡树岭国家实验室 图
第一篇韩国室温超导材料论文中展示的LK-99材料(右上)。
就近日人们热议的“若真立即能拿诺奖的‘韩国室温超导材料LK-99论文’”,7月28日,南京大学物理学院教授闻海虎接受采访的时候向澎湃科技表示,“真的很热闹,但也不奇怪的,因为这个事情很重要。”“大部分(热议)人都不是做超导的。”“我们仔细分析了他们的数据,从三个方面——电阻、磁化和所谓的磁悬浮,都不足以说明它是超导现象(材料)。”“我们判断(它所谓的超导)极有可能是个假象。”
主要从事高温超导材料和物理问题研究的南京大学物理学院教授闻海虎。
对于重复实验,闻海虎表示,“其实我们都不想做,因为我们判断它不像超导,后来也派了一个同学在做着。国际上很多组都在重复。凭我们的经验看,(目前论文公布的数据)不足以说明它是超导。”
是否真的存在一种材料能够在常温常压下进入超导状态?
闻海虎表示,不排除存在。“但是这是很远大的一个目标,至于在我们有生之年能不能看见,不知道。所以现在韩国的结果出来,大家都很兴奋。如果是真的,大家都很高兴。但是目前的证据不足以证明它是超导材料。”
对于网传中国科学院物理研究所复现了前述韩国科研论文的结果,闻海虎表示,目前没看见结果,即便是复现,也不能说明它是超导材料,除非判断超导的证据非常明确。“这个材料很容易(重复做出来)做到,我估计两三天以后,比如下个星期,很多组都做出来(结果)了,(然后)马上就能够判断是不是超导的。”
27日,中国科学院物理研究所微信公众号回复相关留言称,“目前没有完成相关实验的消息,请以公开发表的论文为准。”
立即能拿诺贝尔奖的世界首个室温常压超导材料?
7月22日7时51分,一篇题为《首个室温常压超导体》(The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor)的研究文章在预印本网站arXiv上公开。
该论文由韩国高丽大学教授权永万(Young-Wan Kwon)上传。
该论文的第一作者Sukbae Lee与第二作者金智勋(Ji-Hoon Kim)均为韩国量子能源研究中心(Quantum Energy Research Centre)的研究人员,但该公司的官网目前因访问人次过多被封锁。
权永万是前述论文的第三作者。
“我们在世界上首次成功合成了在常压下工作的室温超导体(Tc≥400 K,127℃),其结构为改性铅磷灰石(LK-99)。”前述文章称,“临界温度 (Tc)、零电阻率、临界电流 (Ic)、临界磁场 (Hc) 和迈斯纳效应证明了LK-99的超导性”。
而在上述论文发表的2.5小时后,7月22日10时11分,同一主题的另一篇论文《超导体 Pb10-xCux(PO4)6O 在室温和大气压力下的悬浮现象及其机理》(Superconductor Pb10−xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism)也被提交至arXiv网站。与稍早前公开的论文相比,后者被认为更严谨,对材料样品的制备过程描述更为详尽、充分,不过部分注释还是韩语。
第二篇论文有6名署名作者,权永万被排除在署名作者之列,并被认为是因为“内讧”,才导致仓促上传了两篇论文。
第二篇论文由第三作者美国威廉玛丽学院(College of William & Mary)的物理学研究教授金铉德(Hyun tak Kim)上传。该论文与第一篇论文有相同的第一、第二作者,但第二篇论文的其余三名作者是林圣妍(Sungyeon Im)、安秀敏(SooMin An)、欧根浩(Keun Ho Auh)。
前述两篇论文的“主角”——LK-99,是一种铜掺杂的铅磷灰石。其中,铜掺杂的比例在0.9-1.1之间。
“炼制”LK-99的材料的方法。
第二篇研究论文给出了它详细的合成步骤,被网友戏称为“炼丹”:“第一步,通过化学反应合成黄铅矿……;第二步,合成磷化亚铜晶体……;第三步,将黄铅矿和磷化亚铜晶体研磨成粉末,并在坩埚中混合,然后密封入晶闸管中,真空度为10^-3托(torr,相当于毫米汞柱)。将装有混合粉末的密封管在925摄氏度的炉子中加热5-20小时。在此过程中,混合物发生反应,并转化为最终材料。”
为表明实验结果可靠,7月26日凌晨3时31分,金铉德上传了一则视频,视频显示:将一个不规则的类圆柱薄片放在磁铁上方,可以明显看到薄片一侧翘起、悬空,呈“部分悬浮”。目前视频浏览量已超73万人次。
此外,公开资料显示,前述研究人员早在2022年8月已为LK-99申请了国际专利,并于2023年3月被授予专利。
韩国量子能源研究中心官网显示,该公司的“总公司及企业附属研究所位于韩国首尔市松坡区松路23街46-24号B1层。谷歌地图2023年3月更新的街景图片显示,该地址为一栋四层平房,一楼是一家室内装饰店。
不是真正的磁悬浮
闻海虎现任南京大学物理学院教授、美国物理学会会士(APS Fellow),主要从事高温超导材料和物理问题研究,此前因高温超导体磁通动力学研究获得国家自然科学二等奖,因在铁基超导研究方面的贡献获得国家自然科学一等奖。
3月15日,距离美国罗切斯特大学教授朗加·迪亚斯(Ranga Dias)在美国物理学会年会上宣布发现高压室温超导材料并公布数据仅8天,闻海虎带领的团队就公布重复实验结果,推翻了迪亚斯等人的室温超导研究结果,引发轰动。
闻海虎教授团队的前述研究结果5月11日在线发表在《自然》(Nature)杂志上:他们制备的氮掺杂的镥氢化物(又称镥-氢-氮化合物)没有表现出近常压室温超导性。
2023年7月28日,闻海虎向澎湃科技表示,前述论文及其视频中展示所谓磁悬浮,看起来也不像真正的超导磁悬浮,“没悬起来,还是(需要)有一个支撑点,所以它不是‘超导磁悬浮’,要么是一个铁磁——有一点铁磁性的材料构成的、一个假的看起来像磁悬浮的,或者是一个(含)有一点点抗磁性的材料,但不是‘超导抗磁’的一个悬浮。因为它跟超导的磁悬浮完全不一样。”
“部分悬浮”的LK-99(下)。
闻海虎告诉澎湃科技,判断一个材料是不是超导材料,要看它能不能进入超导状态。“你的电阻要测的很好,要真正到0,然后磁化要真正测到迈斯纳态,而不是说看到一个负的抗磁信号,就说是迈斯纳态,因为有可能是测错了,有可能是这个材料本身就抗磁。”
闻海虎解释说,当进入超导态的时候,超导材料不允许任何磁场进入到体内,把磁场全排到体外,这被称为迈斯纳效应。因为它要维持它内部电子形成的“有序社会”的干净程度,因为它的电子两两配对,形成了新秩序,很“团结”,不希望磁场来破坏它们的“团结度”。
“但磁悬浮不是迈斯纳效应。”“如果是仅仅测一个像韩国论文中说有抗磁,说就是迈斯纳态,未必的。有时候仪器会骗你,仪器本身会造成假象,人如果相信,人就被骗了,就认为是超导了,但是经常做超导磁性质研究的人知道怎么去辨别。”闻海虎说。
人们非常期待科学家真的找到了室温超导材料,但更多质疑的声音在出现。
美国人工智能公司OpenAI的联合创始人兼首席执行官山姆·奥特曼(Sam Altman)发表评论称,“我非常想相信,但我认为我们对一个二磁体(diamagnet)过于激动了。”
超导领域研究专家、加州大学圣地亚哥分校理系教授豪尔赫·赫希(Jorge Hirsch)谈到韩国前述超导材料新论文时说:“这不是超导。这是实验性假象、一厢情愿的想法和糟糕的判断(在最好的情况下)。”
据科技新闻媒体《新科学家》(New Scientist)26日的报道,牛津大学材料系教授苏珊娜·斯佩勒(Susannah Speller)表示,现在说这些样品能够超导,还为时尚早。她表示,当一种材料变得超导时,在许多测量中应该展现出明确的特征。但其中的两个参数——对磁场的响应情况和一个被称为热容的参数,前述论文没有展示相关数据。
“如果真的是超导的话,它是什么机制?就是下一步的事情了。那么,这个材料里面的电子怎么配对的,温度为什么那么高(也可以配对)?在科学上很有意思,但是第一步是先证明它是超导体。”
闻海虎表示,高温超导的机理问题,目前也不清楚,也号称是诺贝尔奖级别的研究,“很多组在做这个方面”,“做清楚了,也是对科学的重大贡献”。
闻海虎介绍,目前超导材料实际上已经应用在很多产业了,比如核聚变研究的磁体、医院内核磁成像的磁体、高频滤波器、量子计算等等方面,都有应用。但这些用的都是使用低温超导材料。“室温超导是大家的一个梦想,如果实现的话,在刚才说的这些应用方面会有一个大的进步,降低运行成本等,所以是我们梦寐以求的事情。”
怎么研发超导材料:中国的布局和发展
闻海虎介绍,在超导材料研究尤其是高温超导领域,“我们国家是有布局的,看来中国科学家还是很严谨,不会冒冒失失公布出来一个不可靠的东西。”
他介绍,国内研究超导材料和机制的主要研究机构包括中国科学院物理研究所,以及北大、清华、南大、复旦、中国科技大学、浙江大学等高校,都有一些不错的相关的课题组。
27日,中国科学院物理研究所微信公众号回复相关留言称,“目前没有完成相关实验的消息。”
“室温超导可能都在做,中科院有一个意向性的支持,其他(机构)的课题组都朝这个方向在努力,当然第一步是高温超导,然后尽可能地实现室温,另外基金委、科技部的项目中也有资助。”
“中国科学家在这个方面还是处于比较前沿的状态,比如说高压下的富氢材料,是高温超导,但是需要高压。那么其他高温超导方面,较低压力下最近中山大学做的工作是可靠的,突破了液氮温度,但是到室温的话,还是有距离。大家在朝着这个方向去做,但是哪一天实现,不知道。”闻海虎说。
对低温超导材料,闻海虎表示,很多材料在“常压+低温”下变成超导,并不奇怪。“热”是一个破坏因素。高温时,它不是超导态,随着温度的下降,到低温时,电子两两配对,形成一个“新社会”了,才进入超导状态。“所以说超导是一个状态。”
对于高压超导材料,闻海虎表示,高压可能导致材料产生一定的结构相变,在特定结构下,电子形成配对的稳定态,最终形成超导。
闻海虎表示,研发、寻觅超导材料,各个课题组的科学角度不一样,有各自的想法,但大方向一样,比如元素周期表中哪些元素的可能性最大,其中哪些元素组合的可能性最大,不能太盲目,“你盲目地烧是不行的。”
闻海虎解释说,要形成超导,“你要想办法让两个电子要形成配对。通常金属中电子是单电子传导电流,所以它有电阻。那么你让电子配成对以后,它形成一个新的电子有序态、一个有序社会,就是‘电子配对’社会。以前电子‘各自为政’,现在配成对,有次序,就会出现零电阻,也就是超导。那么如何导致两个电子配对?可以是原子振动的帮助,也可以是磁相互作用的帮助,大概是在这两个主要思路下在进行探索。”
他表示,自然界那么多种元素,两两混合,或者三种混合,形成的材料成千上万种材料。“你就要去思考、筛选,还结合理论计算,最后看有没有可能高温超导。现在的理论还不能够尽量准确地描述,在这种情况下,只能够按照感觉去做,所以,困难就在这儿。”
“没什么特别的建议。努力工作,不要浮躁,然后得到真实的超导现象再报道。我觉得这是作为一个科学家应该有的工作态度。”闻海虎说。
一个磁性材料立方体悬浮在超导体上方。美国橡树岭国家实验室 图
附论文链接:
1.https://arxiv.org/abs/2307.12008
2.https://arxiv.org/abs/2307.12037
3.https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
人们在内罗毕Imaara购物中心等待使用世界币的虹膜扫描仪。
一位香港市民在名叫Orb的虹膜扫描设备前。
印度班加罗尔的一家购物中心内,一名展位服务员正在帮助28岁的学生穆夫蒂·阿拉姆注册世界币。
·世界币项目已经在20个国家的35个城市部署了虹膜扫描器,一旦虹膜扫描验证用户是真实的人类,就会创建一个World ID,发放25个WLD代币,价值约为50美元。目前已吸引了200万用户注册。
·在肯尼亚内罗毕、印度班加罗尔和中国香港等地,众多市民蜂拥前往注册,甚至排队时发生混乱。“这起码能获得回报,比很多人只是数据泄露却一无所获要强。”有用户说。
一位香港市民在名叫Orb的虹膜扫描设备前。
世界币(World coin)是由人工智能开发机构OpenAI的首席执行官山姆·奥特曼(Sam Altman)创立的加密货币项目。上周,这个倍受关注的项目发布了WLD代币,并开始在全球范围内的多个地区设立展区进行推广,其奖励吸引了许多民众排队注册,队伍中包括大学生、艺术家和摩的司机。
世界币项目的生态系统由两方面组成,分别是World ID和WLD代币,World ID为用户提供“数字护照”,能够帮助区分人与AI。而WLD是世界币在以太坊Layer2区块链上发行的加密货币,它可以用来在世界币的支付平台上进行交易和转账。
目前,WLD的分发主要通过“空投”的方式进行,即免费将代币发送到用户的钱包中。为了获得WLD,用户需要下载World App,并在一个叫做Orb的设备前进行虹膜扫描。奥特曼表示,未来,他希望WLD能够成为一种全球通用的货币,以及一种实现全民基本收入(UBI)的工具。
不过,对侵犯公民隐私的担忧已经引起全球监管机构注意。当地时间8月2日,肯尼亚内政部表示,已暂停世界币的当地活动,政府机构将评估公共安全的潜在风险。
WLD价格上涨了超过20%
世界币的目标是为全球每个人提供一个数字身份。为了实现这一目标,其背后公司Tools for Humanity(人类工具)开发了一个名为Orb的设备——保龄球大小的银色球体。用户需要通过Orb进行现场虹膜扫描,一旦Orb的虹膜扫描验证用户是真实的人类,它就会创建一个World ID,并发放25个WLD进入其钱包。
为了吸引人们完成这个过程,世界币项目已经在法律允许的情况下在部分地区发行WLD。目前,其已经在20个国家的35个城市部署了Orb,并吸引了200万用户注册。这些国家包括肯尼亚、印度、巴西、墨西哥、土耳其、菲律宾等。Orb通常由当地的合作伙伴或志愿者运营,他们负责向公众推广世界币,并组织Orb扫描活动。
人们在内罗毕Imaara购物中心等待使用世界币的虹膜扫描仪。
然而,一些用户和专家担心,Orb可能会被滥用或被黑客攻击,从而危及用户的隐私和安全。世界币运营者声称,Orb具有安全和保护隐私的技术,不会存储用户的虹膜图像,也不会泄露用户的个人信息,其目的是为了让每个人都能享受到加密货币和数字经济的好处,特别是那些没有银行账户或身份证明的人。
“世界币基金会遵守世界币可用市场中管理个人数据处理的所有法律和法规。”世界币基金会发表声明称。该机构是世界币社区的管理者,Tools for Humanity帮助启动了世界币,目前是世界币基金会的顾问和World App的运营商。
在7月24日推出后,WLD的价格上涨了超过20%。在全球最大的加密货币交易所币安上,它达到了3.58美元的峰值。根据币安网站,截至北京时间8月2日下午3点,WLD从0.15美元的起始价格上涨到了2.37美元。
此外,于今年5月推出的World App将为该项目提供金融服务,并保存用户通过虹膜扫描生成的唯一World ID。Tools for Humanity表示,该应用程序可以在各种第三方应用程序上验证用户,从而促进无缝的数字身份体验。目前,包括币安、Bybit、OKX、Gate.io和火币在内的主要加密货币交易所都列出了WLD代币。
印度市民排队注册发生混乱
尽管世界币项目展示了打造全球最大的身份识别和金融公共网络的宏伟目标,但参与注册的用户大多只是被免费赠送的空投币所吸引,对世界币和加密货币本身并不了解。
据路透社7月31日报道,世界币近日在肯尼亚内罗毕、印度班加罗尔和中国香港等地正式启动虹膜扫描注册,众多市民蜂拥前往注册领取25个空投币奖励,其价值大约为50美元。
内罗毕Imaara购物中心的一位工作人员表示,最近两天非常繁忙,越来越多人通过推特和WhatsApp获知此事。在班加罗尔,两个购物中心甚至因参与人数过多发生混乱,不得不停止注册。但即使注册停止,每天仍有大量市民前来碰运气。
印度班加罗尔的一家购物中心内,一名展位服务员正在帮助28岁的学生穆夫蒂·阿拉姆注册世界币。
科技媒体“世界其他地方(rest of world)”采访了一些参与过Orb扫描活动的用户,有些人表示,他们对世界币感到好奇和兴奋,认为这是一个有趣和有前途的项目,而且可以给他们带来一些额外的收入和便利。“我听说这里有钱可以赚。”在内罗毕一个巴士总站工作的约翰·卡祖古(John Kazungu)说,“这笔钱会帮助我,现在的生活并不容易。”
一位退休的学校行政人员在接受采访时表示,她不知道山姆·奥特曼或OpenAI,但朋友们给她发了一段简短的视频,告诉她这个项目多有前途。“我喜欢新事物,尤其是高科技的东西。”她说。
面对隐私问题,许多市民认为获得奖励的收益大于风险。一位32岁的加密货币从业者带着母亲注册时表示,“这起码能获得回报,比很多人只是数据泄露却一无所获要强。”
去年4月,BuzzFeed新闻和《麻省理工科技评论》的报道发现,Tools for Humanity正在使用欺骗性营销来诱导注册。简而言之,许多用户被免费资金的承诺所吸引,但对更广泛的项目知之甚少。
Tools for Humanity首席执行官亚历克斯·布兰尼亚(Alex Blania)承认,项目的初期启动可能会让一些用户感到困惑。“我们的沟通、营销等环节在某些方面本可以做得更好。”布兰尼亚说,“我们会努力改进这一点。”
此前,奥特曼与布兰尼亚发布联合声明表示,他们希望创造一个人人都可以拥有的新身份和金融网络,最终成为实现由AI资助的全民基本收入的潜在路径。奥特曼称,一个有全民基本收入的世界会在“很遥远的未来”,他还没有想明白什么实体可以发放钱,但是世界币为它成为现实奠定了基础。“我们认为我们需要开始尝试一些事情,这样我们才能知道该怎么做。”他说。
肯尼亚叫停注册
这些担忧导致各国政府针对世界币的推出采取了监管行动。7月28日,法国隐私监管机构对世界币策略的合法性提出质疑,称其“非常值得怀疑”。“这些收集的合法性似乎值得怀疑,存储生物识别数据的条件也是如此。”法国监管机构国家信息与自由委员会(CNIL)表示。
英国数据监管机构上周表示,将在世界币推出后对其进行调查。
据路透社报道,德国巴伐利亚州数据保护监管办公室主席迈克尔·威尔(Michael Will)表示,由于担心大规模处理敏感生物识别数据,德国数据监管机构自去年底以来一直在调查世界币项目。“乍一看,这些技术既没有建立起来,也没有针对金融信息传输处理的特定核心目的进行充分分析。”他说,这会带来许多风险,包括用户是否明确同意在“充分且明确”的信息基础上处理其高度敏感的生物识别数据。
巴伐利亚州监管机构是根据欧盟数据保护规则调查世界币的牵头机构,因为世界币背后的公司Tools For Humanity在当地设有一家德国子公司。
而肯尼亚则直接叫停了世界币的注册活动。肯尼亚内政部长基苏尔·金迪基(Kithure Kindiki )8月2日在一份声明中表示:“相关安全、金融服务和数据保护机构已开始调查,以确定这些活动的真实性和合法性。”政府对世界币的活动感到担忧,各机构将调查其打算如何使用所收集的数据。
肯尼亚通信管理局和数据保护专员办公室表示,对世界币运营的初步审查引起了担忧,其中以金钱奖励换取消费者同意的做法近乎诱骗。
当地媒体报道称,截至8月1日,已有超过35万名肯尼亚人注册了世界币。
世界币基金会表示,将利用暂停时间与当局合作,以增进对其在肯尼亚和其他地方所采取的隐私措施的了解。该公司在一份声明中表示:“世界币仍然致力于为全球数字经济提供一个包容、保护隐私、去中心化的入口,并期待在与当地监管机构和其他利益相关者密切合作的同时恢复在肯尼亚的服务。”
·“美国食品药品监督管理局(FDA)生物评估和研究中心已制定了一个“四点计划”加快基因疗法的批准,包含促进生产效率、确认加速批准法规途径、联合其他监管机构、启动第二代“曲速行动”等,并建议简化病毒载体审查程序。
当地时间7月31日,据行业媒体Fierce Biotech报道,美国食品药品监督管理局(FDA)生物评估和研究中心(FDA’s Center for Biologics Evaluation and Research,CBER)主任彼得·马克斯(Peter Marks)表示,基因疗法潜力巨大,进展缓慢可能是因为监管过程的阻碍。“如果我们无法提高审批(基因疗法)产品的速度,这一疗法将难以为患者带来好处。”
根据FDA官网的数据,迄今为止,生物评估和研究中心(CBER)共批准了32个细胞和基因疗法产品,其中基因疗法产品仅有14个。
2023年4月,马克斯曾表示, CBER已制定了一个“四点计划”加速批准基因疗法,包含促进生产效率、确认加速批准法规途径、联合其他监管机构、启动第二代“曲速行动”(Operation Warp Speed,目的是推动罕见病药物研发的进展,)等,并建议简化病毒载体审查程序。“如果 FDA 在未来几年内每年只批准两到三个(基因治疗)药物,那就是FDA的失败。” (详见澎湃科技报道《美国参众两院人士呼吁FDA成立特别工作组,推动罕见病药物研发》)
马克斯称,为了缓解积压的工作,FDA对组织和先进疗法办公室(OTAT)进行了改组,重新命名为治疗产品办公室(OTP),并将OTP提升为超级办公室,聘请了更多的审查员。“随着工作人员的增加, FDA将增加和改善与药品赞助商的沟通,以加速基因治疗的发展。”
据《华盛顿邮报》(Washington Post)报道,此前OTAT的人员配备水平一直无法跟上不断增长的案件量,以及行业会议数量。FDA前OTAT主任威尔逊·布莱恩(Wilson Bryan)在2022年11月举办的美国基因与细胞治疗学会(ASGCT)联络会议上表示,新提案的涌入使OTAT不堪重负。2014年,OTAT监管的产品中申请临床试验的不到200个,这一数字在 2020 年跃升至666个,2021年为556个。
《华盛顿邮报》称,基因疗法共有两种技术手段,其中基因增补技术指的是通过特定载体,向患者体内引入健康遗传基因,或抑制致病基因的治疗手段,基因编辑技术则是通过在体内或体外编辑特定载体、修饰患者自体基因的治疗手段。其中,基因增补技术只能使患者的症状减缓,无法完全治愈疾病,因为这种疗法不能改变人体自体细胞的基因组序列,随着患者体内注射载体的降解,病变基因将重新导致病症出现。基因编辑技术则被认为能够彻底治愈疾病。
据FDA官网,截至目前,已经获批上市的14种基因疗法产品均采用通过病毒、细菌等载体递送功能基因的基因增补技术,备受瞩目的基因编辑技术尚未有产品获批上市,但对此领域的尝试不在少数。
2012年6月美国科学家詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)和法国科学家埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)发明CRISPR-Cas9(由sgRNA指导Cas蛋白对靶基因定性修饰)基因编辑技术,能够精确修饰特定目标基因,从而破坏有害基因或修复变异基因,这使得通过基因疗法完全治愈遗传病成为可能。自这种被称为“基因魔剪”的技术发明以来,基因编辑迅速成为药物开发的重要创新领域。据英国咨询公司GlobalData统计,目前有460多家公司从事CRISPR基因编辑技术的开发和应用,其中包括技术供应商、老牌制药公司和新兴初创企业。
2023年6月,埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶创立的瑞士生物技术公司CRISPR Therapeutics与美国制药企业福泰制药(Vertex Pharmaceuticals)宣布,FDA已接受其联合开发的体外CRISPR基因编辑药物exagamglogene autotemcel(exa-cel)的生物制剂许可申请(BLA),用于治疗严重镰状细胞病(SCD)和输血依赖性β地中海贫血(TDT)。其中,SCD 适应证被授予优先审查,预计将在2023年12月8日之前做出裁定。TDT适应证被授予标准审查,预计将在2024年3月30日之前做出裁定。
同月,詹妮弗·杜德纳创立的美国生物技术公司Intellia Therapeutics,在2023 年欧洲过敏和临床免疫学学会(EAACI)混合大会上公布了其应用于遗传性血管水肿(HAE)的体内CRISPR基因编辑研究药物——NTLA-2002临床1期实验数据。结果显示,单剂NTLA-2002可使HAE发作率平均降低 95%,中位随访时间为9个月,最长无发作持续时间为11.5个月,并且还在持续增加。该公司表示,该研究药物临床2期实验的筛选和给药正在进行中。
美国华裔基因编辑先驱、美国麻省理工学院——哈佛大学博德研究所(Broad Institute of MIT and Harvard)教授张锋创立的生物技术公司Editas Medicine也是CRISPR基因编辑药物创新领域最重要的参与者之一。该公司主要使用 CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12a系统进行基因组编辑,开发体内和体外基因编辑药物,主要涉及血液学和肿瘤学治疗领域。
2023年6月,该公司在欧洲血液学协会(EHA)混合大会上公布了CRISPR基因编辑研究药物——EDIT-301用于治疗SCD和TDT的临床1期实验数据。数据显示,4名SCD患者中有2名在EDIT-301治疗后5个月达到正常血红蛋白水平,另2名SCD患者尚未完成治疗,但血红蛋白水平的增加遵循前两名SCD患者的血红蛋白增长轨迹。1名TDT患者表现出成功的中性粒细胞和血小板植入现象。
同月,张锋团队首次在真核生物(藻类、真菌、植物和某些软体动物)中发现了一种名为Fanzor的蛋白质,有望在经过系统工程改造优化后应用于新一代基因编辑器中。目前常见的基因编辑载体主要来源为细菌,其作为原核生物,相较于真核生物,与人类在生物学上的共同点和相似性较少,更易产生不必要的免疫不良反应。(详见澎湃科技报道《追问|张锋团队首次在真核生物中发现新型“基因魔剪”,新时代开启?》)
此外,2016年,美国麻省理工学院——哈佛大学博德研究所(Broad Institute of MIT and Harvard)教授刘如谦(David Liu)在CRISPR技术上进行改良,研发出碱基编辑技术。他与张锋合作创办了美国生物技术公司Beam Therapeutics。2022 年 11 月,该公司招募了第一名SCD患者,进行碱基编辑研究药物Beam -101的临床1期实验,并计划于 2024 年报告多名患者的数据。2022年12月,该公司的另一款碱基编辑研究药物BEAM-201获得FDA临床实验许可,用于治疗复发/难治性T细胞急性淋巴细胞白血病(T-ALL)和 T淋巴母细胞淋巴瘤(T-LBL),并预计将在2023年中期对第一位患者进行给药。
arXiv网站论文截图。
B站截图。
韩国团队论文演示视频的截图。
近日,有科学家团队表示,他们发现了全球首个室温超导材料LK-99。一时间全球科学界沸腾。
室温超导到底是什么,真的实现了吗?将给我们带来哪些影响?或许新的“工业革命”就要从此开启。
什么是室温超导,材料获取堪比“炼丹”?
超导,是指某些材料电阻突然消失,电流通过时完全没有电阻的现象。目前发现的超导材料在极特殊的环境下才展现出超导特性,比如高压、高温或者低温,仅维持该环境成本就非常高,所以这次LK-99的室温常压超导性才会如此引发热议。
arXiv网站论文截图。
事情起源于7月22日,韩国量子能源研究中心公司相关研究团队通过两篇论文及视频方式,宣布在常压条件下,一种改性的铅磷灰石晶体(LK-99)能够在400K(127℃)以下表现为超导体。
一时间全球开始复现上述试验,因为该材料的合成需要长时间加热等,这个过程被不少网友调侃为“烧炉炼丹”。以中国为例,根据公开信息的不完全统计,北京航空航天大学、曲阜师范大学、华中科技大学等团队进行了复现实验。
华中科技大学团队在B站上传的视频显示,该“超导材料”比牙签还细小,堪比针尖,实验结果要靠显微镜观察,无论是磁铁的N级还是S级,该材料都对此呈现出斥性。该视频一度成为B站排行榜最高第1名的视频。
B站截图。
上述视频介绍,华中科技大学材料学院博士后武浩、博士生杨丽,在常海欣教授的指导下,成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体,该晶体悬浮的角度比Sukbae Lee(韩国科学家)等人获得的样品磁悬浮角度更大,有望实现真正意义的无接触超导磁悬浮。
但有意思的是,超导材料“炼制”的结果好像随机性很大。
例如,北京航空航天大学的研究团队表示,成功制备了LK-99材料,没有观察到磁悬浮现象和零电阻现象。东南大学孙悦团队6片样品中的1片样品观察到110K电阻降低,但没有测量到完全抗磁性,实验者推测样品中超导组分很低。
有没有可能实现,难点在哪?
常温超导到底有没有可能实现,难在哪?为何引无数科学家“竞折腰”。
8月2日,韩国超导学会宣布成立“LK-99验证委员会”,检验该成果的真实性。截至目前,学会根据两篇论文中提供的数据和已发布的视频,宣布LK-99不能被称为室温超导体。
北京大学物理学院教授肖池阶接受中新网采访时称,室温常压超导是物理学领域的圣杯,人类梦想之一,“在没违背物理学基本原理、没被确定证伪之前,需要大家带着梦想去探索,一切皆有可能。”据介绍,肖池阶的研究领域为磁约束热核聚变。
北京龙讯旷腾科技有限公司高级研究员周谐宇对中新网表示,室温超导在短期之内仍然是一座难以翻越的大山。最近大火的韩国室温超导材料LK-99目前并没有同时测出超导体两大特征,即零电阻和完全抗磁性的重复实验。
近日,“中科院物理所”公众号发文称,确实不好判断,不过真假并不难验证,按韩国作者的说法,最快三天就能制备出一批样品。
如上所述,目前公开的复刻的LK-99材料,有部分检测到抗磁性,但没有检测到室温常压下电阻为0的现象。
韩国团队论文演示视频的截图。
有媒体援引中国科学院高能物理研究所研究员徐庆金的话称,公众对室温超导高度关注,说明了大家对于科学话题的热情,这是令人高兴的地方。但有些自媒体过于“标题党”,夸大其词,严重误导了大家,室温超导是非常美好的,但实现也是艰难的。
一旦突破,将带来哪些应用?
虽然室温超导实现之路艰难,可一旦实现将给我们带来哪些影响呢?
肖池阶表示,很难全部列出,但常压室温超导技术实现工业应用以后,将大力促进磁约束热核聚变能源的工程可行性和经济可行性,而聚变能源利用将对人类文明产生重要影响,因此常压室温超导的重要性怎么强调都不为过。
中国移动首席科学家冯俊兰近日表示,室温超导如果实现,量子计算将有质的飞跃,进一步推动大模型的发展。
行业普遍认为,若室温超导实现,将对磁悬浮列车、无损输电、量子计算机、受控核聚变、医学成像等领域带来质的改变。
例如,受控核聚变需要极强的磁场将核聚变约束在一个小空间,而超导磁体能产生强大的磁场,室温超导体则进一步降低了能耗。
另外,室温超导完全的抗磁性,减少磁悬浮设备制冷的需求,使超导磁悬浮列车更容易实现。“磁悬浮列车普及后,以后通勤上班更有效率了。”有网友称。