从仰望宇宙星空、到关注生命健康、再到助力产业变革,11月6日,由两位诺贝尔物理学奖得主领衔,来自6大领域的全球顶尖科学家登上2021年腾讯WE大会舞台,分享了他们最新的前沿科学进展和突破。大会以“洞天”为主题,致敬古今中外探求世界真相的科学探索者。
今年WE大会还实现了直播体验突破,首次在微信视频号进行VR全景直播,实现了裸眼360°沉浸式科幻视觉体验,并在线上60余个平台同步直播,以及线下14所高校同步观影。
仰望宇宙星空——
两位诺贝尔奖得主揭示黑洞的奥秘
作为斯蒂芬·霍金的挚友、年过9旬的数学物理学家罗杰·彭罗斯依然在“仰望星空”;天体物理学家莱因哈德·根泽尔成为百年来“看见”银心黑洞的第一人,两位2020年诺贝尔物理学奖得主在本次WE大会上分享了各自探索黑洞奥秘的全过程。
对于黑洞究竟只是一种理论上的可能,还是真实的存在;以及宇宙在大爆炸之前是什么等问题,罗杰·彭罗斯通过数学计算解答了黑洞形成的秘密,并发现黑洞的形成是对广义相对论的普遍预言;他还与斯蒂芬·霍金共同发展出“彭罗斯-霍金奇点定理”,奠定了现代宇宙论的数学基础;此外,他依据数据计算,提出了新的宇宙起源假说——“共形循环宇宙论”,即宇宙并非只经历一次大爆炸,而是在从大爆炸到死亡的过程中不断循环往复。
除了数学方法证明黑洞的存在,莱因哈德·根泽尔则通过观测手段进一步证明了银河系中心存在一个质量巨大的黑洞,并表示每个星系中心都存在一个黑洞。
从1991年开始,根泽尔不断改进观测设备甚至打造自己的专属相机去观察恒星,他在等这些恒星在中心天体巨大引力的掌控下,滑出一道优雅的轨迹,让他可以根据这些恒星轨道,计算出中心天体的位置、质量等信息。1996年,他和团队共找到银心附近的39颗恒星,最近的距离银心仅有0.1光年;2002年,离银心最近的S2星第一次来到近心点,这一年,恒星距离不再以光年计算,S2到银心之间只有17光时,这些都是获得黑洞存在的确切证据。
关注生命健康——
科技让生活更魔幻
“仅凭意念打字、喝咖啡”正从科幻场景变成现实。斯坦福大学教授克里希纳・谢诺伊带领团队,首次破译了与手写笔记有关的大脑信号,进而将人脑中的写字意念转为屏幕中的一行行字句,准确率超过99%。
这就是脑机接口技术,它首先力图攻克的,就是帮残障人士找回享受平等的权利,通过读取人脑的动作信号,解码再编码后发出动作指令,连通大脑与义肢之间的信息通道,让残障人士可以重拾行动和交流能力,回归正常生活。
为了更精准的捕捉大脑信号,谢诺伊团队还开发出了一套脑机接口系统,它可以直接嵌入到大脑皮层,从中获取人们想象中的手写动作,再通过反复脑补“手写”,电脑记录下每个字母在脑内对应的“记忆点”,最终通过分析将这些手写动作实时转换为文本。
希纳・谢诺伊在接受记者采访时表示,脑机接口技术的下一个突破是提升使用的便利性、改善系统的完整性,以及优化植入芯片的安全性等,例如让意念打字更快;从打字发展到言语表达,甚至希望做到意念感知,比如伸手拿杯子时能知道用多大的力度去拿住这个杯子等。
同样关注生命健康的还有美国西北大学教授约翰·罗杰斯,他是全球柔性电子技术研究的领军人物、被誉为“柔性电子之父”。他和团队15年来一直在致力于研究能让冷冰冰的电子设备,变得如人体组织一般柔软,并与人类身体兼容的电子设备,被称为“电子皮肤”。
此次,他带来的最新成果是用于监测早产婴儿生命体征的新型无线电子皮肤。该电子皮肤采用的是硅基芯片,让它变成橡胶一样柔软,可以实现无创地与人体皮肤结合。
他说,人是碳基生物,最基本的组成是细胞和组织,都是柔性的。而芯片由硅组成,是刚性的,放在电脑、手机等设备非常普遍,但放进大脑或皮肤内就很难了。罗杰斯和团队通过重新设计电子设备,成功将硅基芯片变的更薄、更有韧性,并且精度更高。目前已开发出检测早产儿健康、检测血流数据、以及检测孕妇和胎儿健康的无线电子皮肤,并在全球5大洲的23个国家临床应用,其中,全球有一万名婴儿和500名赞比亚地区的孕妇使用了该设备。
助力产业变革——
飞天循海皆有可能
“电池和储能是新能源时代和智能社会最重要的基础技术之一,我希望在退休前能让飞行汽车变成现实。”宾夕法尼亚州立大学材料与工程学杰出教授王朝阳是极速充电的开拓者,他和团队通过改变动力电池结构和采用热调控的方法先后发明了全气候电池、10分钟快充电池、硕安电池、以及常温全固态电池等。
什么是热调控?王朝阳说,因所有材质的动力电池永远存在着反应界面,这个反应界面无法同时满足电池的低温高活性(更大的能量密度)和高温稳定性(安全性)两个特性,成为了一个无解的难题。但王朝阳和团队另辟蹊径,通过崭新的思维去制作电池,发明了热调控方法,它能让电池在不工作时,自然冷却至“冬眠”状态,快速降低能耗;在使用时,又通过热刺激让电池迅速“活跃”起来,从而创造了全气候电池,它可以随意调控电池的活性,30秒之内快速给出高功率,可以自加热,还能以不损害电池安全为代价。
该技术研究成果已被2022年北京冬奥运会采用,成为驱动奥运电动汽车的核心技术之一。演讲中,王朝阳还分享了“10分钟内充好电动汽车”等技术的突破性进展。正是基于热调控方法和全气候电池成果,王朝阳团队又发明了10分钟快充电池,未来电动车,能够做到充电10分钟即可获得200瓦时,并且是连续的,这将是电动车的重要里程碑,也是让飞行汽车变为实现的关键要素。
“有了快充电池才能让飞行汽车变成现实,希望在我退休前可以实现。” 王朝阳说。
另一位年轻的“85后”浙江大学教授李铁风关注的是机器人技术和深海探测研究。他继2019年获得科学探索奖后,又在今年3月凭借“万米深海操控软体机器人”的科研成果,登上了国际顶级期刊Nature杂志封面。
他和团队发明了首个潜入马里亚纳海沟10900米深处的中国软体机器鱼,这条机器鱼是通过扫描研究捕捉到的深海狮子鱼,发现其皮肤和肌肉就像果冻凝胶一样包裹着骨头,而头骨和身骨都是细碎分散的,在捞上来外部组织便开始慢慢融化,这是深海狮子鱼能够适应深海压力的重要原因。于是,团队将这一发现应用在机器人设计上,让电子器件能力也像果冻一样,用尽量少的肌肉设计,通过“水+高分子”构造驱动系统做出了不需要耐压外壳让软体机器人——软体机器鱼。该机器鱼可以在万米深海动起来,并与载人潜水器、作业平台进行联动,可以帮助人类在深海中不断探索。未来,李铁风还有一个大胆的设想:是把这种软体机器人应用在星球或太空探索中。
这是腾讯自2013年起,第9年举办腾讯科学WE大会,疫情期间也从未中断。共邀请近80位世界顶尖科学研究者登台,包括13位数学物理学家、15位生命科学家及10位天文和地学家。累计近8000万人次通过线上及线下方式参会,仅2020年观看大会直播的用户就超过2500万。
(原题《腾讯今年这场WE大会VR全景带你置身云空、走近6位全球顶尖科学家》)