2024年是一个充满挑战的一年，但这一年中也取得了许多重要的科学发现。尽管2024年美国大选和持续的战争占据了大部分新闻头条，但在天文台、实地研究和实验室中取得的一些成果可能使我们更健康，同时扩展了我们对宇宙的认知边界。
月球未知区域的岩石样本
月球远侧一直是个神秘的地方。飞越任务显示，这一面的表面较为明亮，陨石坑较少，地壳较厚。中国于2019年首次成功着陆月球远侧，而在2024年，嫦娥六号探测器钻入月球表面，带回了两公斤的岩石和土壤样本。这些样本有助于科学家重建地球的形成过程，并推动中美之间新的太空竞赛。NASA计划的载人登月任务推迟至2027年，而中国则计划在2030年实现载人登陆。
预防艾滋病的新药
在经历了近40年的疫苗研发失败后，科学家们终于找到了一种可以阻止艾滋病病毒（HIV）感染的药物。一项在南非和乌干达进行的临床试验显示，在2,134名女性和女孩中，这种每半年注射一次的药物实现了100%的有效率。对照组中，参与者接受了现有的预防药物PrEP，这种药物需要每日服用。由于文化因素，非洲地区的女性难以坚持服药。这款新药名为lenacapavir，由吉利德科学公司开发，预计将在2025年中期获得批准，但其价格和可及性仍存在不确定性。
AI深入研究人类心理
AI正在改变各个科学领域，尤其在社会科学中提供了独特的见解。研究人员利用大型语言模型研究人类思维模式，探索如何让人们思考得更聪明。一项9月份发表的研究中，心理学家训练了一个AI聊天机器人说服阴谋论者考虑他们可能是错误的。结果令人惊讶，人们放弃了关于外星人登陆或生物武器控制人口等阴谋论。
另一项研究表明，医生即使在AI建议正确诊断的情况下，仍然会坚持错误的诊断。在与ChatGPT-4的诊断比赛中，AI正确诊断了90%的病例，而医生仅正确诊断了74%。当医生与AI合作时，正确率仅提高到76%，因为他们过于依赖最初的直觉。这表明医生和AI的培训方式需要改进。
AI在帮助人们核实新闻的真实性方面表现不佳。ChatGPT-4有时会增加人们对假新闻的信任，甚至在出错时让人们不相信真实的新闻标题。AI似乎在激发我们不同的思维方式时效果最佳，而不是代替我们思考。
探索遥远海洋世界
10月14日，耗资50亿美元的木卫二探测器Europa Clipper发射升空，前往太阳系中最有可能存在外星生命的地点之一。木卫二是木星的一颗卫星，表面覆盖着厚厚的冰层，温度从未超过-120摄氏度。然而，之前的飞越任务发现了地下海洋存在的迹象，偶尔还会喷发到表面。科学家估计，木卫二的水量可能是地球所有海洋总和的两倍，由木星的巨大潮汐力产生的摩擦热维持。当探测器在2030年到达时，它将通过多次飞越，使用仪器探测潜在的营养分子，并绘制冰层和海洋的地图。如果结果乐观，后续可能会派遣登陆器。
詹姆斯·韦伯望远镜重新计算宇宙膨胀
今年，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）让我们看到了更遥远的宇宙。芝加哥大学天文学家温迪·弗里德曼表示，JWST观测到遥远星系中的恒星“冒出”，而哈勃望远镜只能看到模糊的斑点。这使得她能够重新计算宇宙膨胀的速度。这项工作旨在揭示宇宙为何膨胀以及我们的未来命运——是戏剧性的坍缩还是消散于虚无。科学家们还在研究宇宙黎明时期，当时宇宙年龄仅为现在的1%，所有星系和恒星首次从原始气体中形成。今年，他们宣布捕捉到了有史以来最遥远的星系，其出现时间距今已有130多亿年。
44岁和60岁的衰老突变
为了对抗衰老的影响，遗传学家迈克尔·斯奈德及其同事对108名志愿者进行了血液和其他生物样本的采集，监测了微生物和分子的135,239种变化。研究发现，人在44岁和60岁时会发生突然的分子级变化，表现为肌肉质量下降、心脏健康恶化以及代谢脂肪、酒精和咖啡因能力减弱。大约60岁时，免疫系统退化加剧。最初研究人员认为44岁的变化与女性围绝经期有关，但数据显示男性也有同样的变化，这意味着这种衰老突变独立于女性更年期或男性更年期确实存在。斯奈德表示，这些变化可以作为干预目标，帮助人们保持更长时间的健康，最终延长人类寿命。
深时气候重建
一项新的研究重建了过去4.85亿年的地球气候变化。科学家们震惊于1990年代的千年气温图，显示20世纪气温急剧上升。此次研究追溯到恐龙、森林和鱼类出现之前的时代，揭示了地球气候在“温室”时期和“冰室”时期的剧烈波动。在温室时期，全球气温比现在高30华氏度；在冰室时期，气温在冰河期和温暖阶段之间波动。化石记录显示，当气候变化突然时，约80%至90%的物种灭绝，但生命从未完全消失。研究人员表示，这些数据验证了气候模型的准确性，预示未来将有更多的剧烈变暖。好消息是，地球在未来数百万年内仍将是一个宜居星球。
健康警报：大脑中的塑料微粒
尽管我已开始减少使用塑料，但新年伊始或许能给我更多动力。我不喜欢塑料，但它的便利性不可否认，尤其是在食品和饮料包装中。塑料无处不在，渗入自来水、肉类、家禽和海鲜中。几项令人不安的研究显示，塑料微粒在人体器官中积聚。在小鼠实验中，微塑料损害雄性生育能力和学习记忆功能。我们尚不清楚这些颗粒对人体的具体影响，但显然不是好事。
一项研究发现，塑料微粒存在于动脉斑块中，且与中风或心脏病风险增加相关。另一项综述文章指出，塑料与氧化应激有关，后者与衰老相关。真正让我感到恐惧的是去年夏天发布的一项预印本研究，结果显示塑料微粒可能在大脑中积累。研究人员在91名死者的大脑中发现了多达其他器官20倍的塑料微粒。死于阿尔茨海默病的人大脑中塑料含量更高。
抗击死亡和痴呆的最佳职业
两项研究提供了关于哪些职业最有可能推迟认知衰退和延长寿命的线索。一项发表在《英国医学杂志》圣诞特刊上的研究使用CDC统计数据，显示救护车司机和出租车司机患阿尔茨海默病的风险较低。另一项夏季发布的研究比较了男性职业运动员的寿命，发现撑杆跳和体操运动员活得最长，而排球运动员寿命较短。研究作者认为，撑杆跳和体操的训练方式可能有益健康，而一些运动员从事容易受伤的运动，尤其是头部受伤，导致寿命缩短。出租车研究引起了科学家的兴趣，因为它让人联想到2000年的一项发现：伦敦出租车司机的海马体（与记忆和导航技能相关的脑区）更为发达，当时他们还不使用GPS。
量子计算迈出一大步
直到今年，量子计算一直是遥不可及的梦想技术。如今，进展比预期更快。几个研究团队解决了主要障碍之一——错误问题。量子比特（qubit）曾因易出错而无法有效串联。最新进展表明，量子计算机可以处理复杂问题，如预测实验药物在人体内的作用或新型材料的应力反应。普通计算机使用0和1的比特存储信息，而量子比特可以在0和1之间的任意值。量子比特可以由超冷物质或激光限制的原子构成。
微软、初创公司Quantinuum和谷歌在夏季宣布取得进展，成功串联多个量子比特，降低了错误率。谷歌进一步扩展了错误校正，连接了105个量子比特的芯片Willow，并在《自然》杂志上发表。该芯片可以在5分钟内解决超级计算机需要10的24次方年才能完成的问题。虽然这些问题并非实际应用，但专家认为，真正的复杂问题有望在未来十年内得到解决。
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