科学技术改变生活。今年，来自世界各地的科学家让科学的步伐再次前进。棉花种子在月球上发出第一批芽，气态二氧化碳在室温下第一次转化成碳电池，计算出最轻的中微子质量，可以呼吸的人体器官以3D形式打印出来...尽管具体的原则有些神秘和晦涩，我们不得不说。它们刷新了我们的认知，这些发现实际上正在或将影响我们的生活。
年底，我们回顾和梳理了过去一年的重大科技事件，以纪念不平凡的2019年。
棉花种子在月球上发芽了。
棉花种子已经成为人类在月球上种植的第一批植物芽。1月15日，重庆大学就嫦娥四号生物科学实验的有效载荷举行了新闻发布会，正式宣布了这一消息。
"这是第一次在月球上进行生物实验."重庆大学副校长、科普负载工程总指挥刘汉龙介绍。
重庆大学牵头的嫦娥四号生物科普试验负载携带棉花、油菜、马铃薯、拟南芥、酵母菌和果蝇六种生物，置于密封的生物科普试验负载箱中。生物科普试验箱是一个高度密封的圆柱形耐压容器，由高性能铝合金制成，经过防腐处理。“罐”的直径为173毫米，高度为198.3毫米，由结构模块、热控制模块、控制模块等组成。除了携带6种生物外，负载还包含18毫升的水、土壤、空气、热控和两个记录生物生长状态的摄像头。
1月3日23时18分，即登陆月球后的第一天，装载舱通电，开始进入生物月球表面的生长发育模式。1月12日20: 00，搭载嫦娥四号着陆的月球背面生物科学试验装载舱返回了最后一张试验照片，显示舱中生长的棉花种子芽长势良好。
室温二氧化碳气体电池
二月，英国杂志《自然通讯》发表了化学方面的新突破。科学家们首次在室温下将气态二氧化碳转化为固态碳材料，并将其用于能量储存。这种方法将有助于从大气中去除二氧化碳，成为一种可行的“负碳排放”技术。
众所周知，“负碳排放”技术对于维持未来气候的稳定至关重要。尽管目前许多研究都集中在将二氧化碳减少到高附加值产品上，如化学原料和燃料，但这些方法无法实现永久性碳捕获。
研究人员开发了一种液态金属电催化剂。液态金属催化剂基于无毒的镓合金，能够防止结焦，即碳固定被吸附在催化剂表面，催化剂的活性降低。该研究小组随后将收集到的固体产品制成超级电容器，有望在未来成为轻质电池材料。
研究人员指出，以前制备碳纳米材料的方法通常需要几百摄氏度的温度，他们开发的技术有助于降低二氧化碳转化的高能耗要求。科学家们认为这项研究对于清除大气中的二氧化碳具有重要的应用价值。
第三个五夸克粒子被发现了
4月，LHC)欧洲核中心大型强子对撞机(LHC)的大型强子对撞机团队发现了第三个五夸克粒子。新的结果有望进一步揭示夸克理论的许多秘密。
以前，五夸克物质的存在只是在理论阶段。2015年，LHCb宣布发现第一个五夸克粒子。现在，当研究小组检查粒子时，他们发现它已经分裂成两部分。原来，前五个夸克实际上是两个独立的五夸克(称为第一和第二个五夸克粒子)，质量相似，就像一个粒子。
夸克理论是粒子物理标准模型的重要组成部分。该理论认为有六种夸克，上夸克、下夸克、魔法夸克、奇怪夸克、下夸克和上夸克，它们都有自己的反物质。
夸克和反夸克结合形成强子。强子分为两类:由三个夸克和介子(包括夸克和反夸克)组成的重子(包括质子和中子)。
科学家还提出了其他更奇特的夸克组合，例如由两个夸克和两个反夸克组成的四个夸克粒子，以及由四个夸克和一个反夸克组成的五个夸克粒子。那么，被发现的三个五夸克是与五个夸克均匀混合，还是由重子和介子粘在一起形成的松散“分子”？该团队目前倾向于后者。
刷新超导材料的最高临界温度
5月，超导材料最高临界温度的更新再次引起了世界的关注。
超导材料可以无损耗地传输电能，但其应用受到超导态严格的低温要求的限制。因此，实现室温超导已经成为科学家们的一个重要目标，现在他们离这个目标越来越近了。在《自然》杂志上，一个由美国和德国科学家组成的研究小组发表了一篇论文，称他们的实验证实了高压下的氢化镧在250K(K代表绝对温度标准开尔文，250K约为-23℃)具有超导性。
据报道，研究人员使用一种称为钻石压力室的装置，在170千兆帕斯卡的高压下，用两颗钻石挤压一小块镧样品，将其转化为氢化镧化合物lah10，然后通过x射线检测其结构和组成。研究人员观察到，LaH10具有超导材料的三个特征:零电阻、在外部磁场作用下的较低临界温度和同位素效应(临界温度取决于同位素质量的现象)。然而，由于样本量小，不可能观察到超导材料的另一个重要特征——迈斯纳效应(超导体排斥磁场的现象)。他们说，他们观察到的三个特征已经证明，氢化镧在25万摄氏度的温度下会变成超导材料，其温度是地球大气压力的100多万倍。
250K是人类高温超导的最新记录，比之前的最高临界温度高50K左右。
“呼吸”人造器官的3D打印
今年5月，《科学》杂志的封面报道了由莱斯大学和华盛顿大学的研究团队领导的一项里程碑式的研究成果。该团队克服了器官3D打印的一个主要障碍，创建了一个由水凝胶3D打印制成的肺气球模型。该模型具有与人体血管和气管相同的网络结构，并能向周围血管(如肺)输送氧气以完成“呼吸”过程。然而，只有当印刷组织能够像健康组织一样“呼吸”并且能够与其他组织相互作用的管道系统被构建时，它们才会在功能上更接近健康组织。
研究人员表示，在制造功能性组织替代品时，一个主要障碍是无法打印向组织输送营养的血管。为了解决这个问题，团队使用了一种全新的3D打印技术。首先，在计算机设计过程中，复杂的三维结构被分解成多层二维打印的蓝图。其次，用液体水凝胶溶液按照蓝图印刷，通过特殊的蓝光逐层固化。层层堆叠后，形成三维凝胶结构。在测试中，研究人员高兴地发现，当红细胞流过由系统打印的“血管”时，它们可以有效地从呼吸的“肺”中获取氧气，这与肺泡附近的氧气交换相同。
拿量子纠缠的第一张“照片”来说。
7月，英国物理学家拍摄了第一张量子纠缠的照片，预计这将促进量子计算和其他领域的发展。
在量子力学领域，两个相互作用的粒子——例如，两个光子通过一个分束器，不管它们相距多远，仍然可以以一种非常奇怪的方式“缠绕”在一起，并立即共享它们的物理状态。这种联系被称为量子纠缠，是量子力学领域的基本现象之一。爱因斯坦曾称之为“幽灵般的远摄效应”。
今天，尽管量子纠缠在量子计算和密码学等实际应用中扮演着重要角色，但这一现象从未被拍摄下来。在最新的研究中，英国格拉斯哥大学的物理学家设计了一个系统，该系统向液晶材料上显示的“非传统物质”发射一束来自量子光源的纠缠光子，这些物质在光子通过时会改变光子的相位。
他们已经安装了一台能够探测单个光子的超灵敏照相机。当看到光子和与之纠缠的“双胞胎”同时出现时，相机拍摄了一张照片，首次为光子纠缠留下了珍贵的图像。获得的图像显示，这两个光子似乎互相反射，形成一个环形。
论文的第一作者，格拉斯哥大学物理和天文学学院的保罗-安东尼·莫罗博士说:“这幅图像优雅地展示了自然的基本属性。量子纠缠首先以图像的形式出现。这一结果将推动量子计算新领域的发展，并催生新的成像技术和设备。”
走向“模拟大脑”
7月，英特尔展示了其最新的Pohoiki Beach芯片系统。它包含多达64个Loihi芯片，集成了1320亿个晶体管，拥有超过800万个“神经元”和80亿个“突触”该芯片系统在人工智能中执行任务的速度比传统的中央处理器快1000倍，其能效可提高10000倍。它可以给图像识别、自动驾驶和自动机器人带来巨大的技术进步。这种神经模拟系统的出现表明人类朝着“模拟大脑”的目标迈出了一大步。
与人脑中的神经元相似，Loihi有数字“轴突”，用于向邻近的“神经元”发送电信号，有“树突”，用于接收信号，还有“突触”，用于连接两者。英特尔表示，基于该芯片的系统已经被用于模拟皮肤的触感和控制假肢。
最轻的中微子质量是有限的
中微子无处不在，但它们被称为“幽灵粒子”，因为它们几乎不与普通物质发生反应，并且难以被探测到。尽管经过50多年的探索，科学家们仍然对它们知之甚少，甚至对它们的质量也知之甚少。
8月，英国科学家将中微子家族中最轻成员的质量限制在不超过0.086电子伏特，这大约是单个电子质量的1/600万。
中微子的行为将改变整个星系和其他大型天体的行为。基于此，研究人员从重子振荡光谱调查中获得了大约110万个星系的运动数据，结合其他宇宙学信息和地球上中微子实验的结果，将所有这些信息输入到一台超级计算机中，并计算出最轻的中微子质量(有3种中微子质量)。
尽管物理学家可能永远无法准确确定这三个中微子的质量，但他们可以不断接近。随着地球实验和空间测量的改进，中微子的质量范围将继续缩小，从而更好地解释整个宇宙是如何结合在一起的。
制造世界上最黑的材料
9月，中国和美国科学家报告说，他们已经开发出一种比以前最黑的材料暗10倍的材料。
这种新材料是由碳纳米管阵列制成的，它能捕获99.995%的入射光，是迄今为止最黑的材料。
除了它的艺术表现，这种新材料也可能有实用价值，例如减少光罩中不必要的眩光，帮助太空望远镜发现系统外的恒星。
上海交通大学材料科学与工程学院副教授、研究合作伙伴崔克航表示，他们起初并不打算设计一种超黑材料，而是试图在铝等导电材料上生长碳纳米管，但在铝上生长碳纳米管遇到了困难。
当暴露在空气中时，铝将被氧化，氧化物将覆盖铝，就像绝缘体一样，导致铝无法提高其导电性和加热性能。因此，他们开始寻找去除氧化铝层的方法，并发现盐(氯化钠)可以解决这个问题。
他们首先将铝箔浸泡在盐水中以去除氧化层。然后，将铝箔转移到无氧环境中以防止再氧化；最后，将蚀刻的铝放入反应器中，通过化学气相沉积生长碳纳米管。
“最令人惊讶的是，获得的新材料非常黑——材料从各个角度吸收的入射光大于99.995%。”崔克行说道。
“万物的DNA”让存储无处不在
随着世界上数据量的不断增加，传统的存储体系结构(如硬盘和磁带)越来越难以满足数据存储的需求。随着这些设备逐渐达到存储极限，DNA被提出作为长期存储方案。
先前的研究强调了DNA的持久性和储存大量信息的能力。现在，研究人员发现了一种前所未有的方法，将它的持久性用于存储。
10月，著名的哥伦比亚大学专家、以色列计算遗传学家亚尼夫·埃尔里奇和苏黎世联邦理工学院的科学家利用特殊材料“万物的DNA”以3D形式印刷了一只“兔子”。
他们首先将通用计算机图形测试模型“斯坦福兔”的蓝图编码成一种DNA兼容格式，然后将其存储在DNA分子中，然后将DNA分子封装在二氧化硅珠粒中，将珠粒嵌入可生物降解的热塑性聚酯中，最后用最终得到的热塑性聚酯3D打印“兔”。
之后，研究小组使用“兔子”中储存的DNA进行复制:从3D打印的兔子身上切下一小块，并解码其中包含的DNA分子。通过这种方式，五代“兔子”被创造出来，没有任何信息丢失，并且从上一代扩增的DNA被封装到下一代。尽管第四代和第五代之间有9个月的差距，但DNA蓝图仍然保持稳定。
在第二个实验中，研究人员将一段关于华沙犹太人区档案的视频编码成有机玻璃，然后用来制作普通眼镜。只需要一小块有机玻璃就能恢复隐藏的信息。
因此，该研究小组提出了“万物的DNA”的概念，将信息隐藏在其中，并使存储无处不在。
2019年，科学突破层出不穷。