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2018年,哪些科技突破将带来新惊喜
2018年,哪些科技突破将带来新惊喜
1/3/2018 1:04:51 AM | 浏览:641 | 评论:2

2017年,诸多创新在科技史上留下浓墨重彩的一笔。一些科幻电影中描绘的未来场景,已出现在现实生活当中。新的一年,哪些技术突破会给人们带来新的惊喜?

2018年,哪些科技突破将带来新惊喜

人工智能:润物细无声

2017年堪称“人工智能年”。2018年会怎样?专家预言,得益于机器学习的不断进步,人工智能还将加速进化,“润物细无声”般渗透到我们生活的方方面面。

美国亿贝公司计算机视觉首席科学家鲁滨逊·皮拉穆图说,将会有越来越多智能手机能运行深度神经网络,家用机器人价格也会更实惠。美国高德纳咨询公司则预计,算法将会在2018年改变全球数十亿人的行为;到2019年,几乎40%的企业将使用聊天机器人参与处理商务。

人工智能领域著名专家李飞飞认为,人工智能已到了产业应用的“历史时刻”,未来潜力巨大。在制造业领域,人工智能将优化整个生产,推动机器人智能制造发展;在资源和环境领域,大数据分析和计算机视觉都会发挥重要作用。

2018年,人工智能还将推动自动驾驶日趋产业化。谷歌母公司“字母表”旗下的“出行新方式”(Waymo)公司最近实现了完全无人干预的自动驾驶汽车上路,并开始自动驾驶出租车试运营。

不过,目前的人工智能还属“弱人工智能”,仅能在某些特殊领域施展计算能力,与真正的人类智力还有较大差距。

量子计算:群雄逐鹿起

2018年,量子计算能力的竞争将拉开“群雄逐鹿”大幕。其中一个悬念就是谁能率先突破50量子位的“量子霸权”标志。

“量子霸权”指量子计算机的计算能力超过传统计算机,实现相对于传统计算机的“霸权”。有观点认为,50量子位的量子计算机就能实现“量子霸权”。

2017年底,美国国际商用机器公司(IBM)宣布成功研制一款50量子位处理器原型,并与三星、摩根大通等公司建立量子计算合作,有望在2021年前推出首个在金融领域的量子计算应用。

而量子计算的另一领先者——谷歌正在开发有49个量子位的机器,英特尔和微软在该领域也持续加大投入。中国科学技术大学的潘建伟与陆朝阳课题组也在向相关目标努力,他们于2017年成功研制出世界首台超越早期传统计算机的量子计算机。潘建伟认为中国的量子计算将如雨后春笋般发展。

“很显然,建造量子计算机现在是一个世界范围内的竞赛。”美国得克萨斯大学奥斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿伦森说。他认为在未来一年左右将有人赢得这场竞赛。

阿里云量子技术首席科学家、美国密歇根大学终身教授施尧耘也对2018年实现“量子霸权”表示乐观,但他在接受新华社记者专访时说,“量子霸权”可能会误导一些科学家,这不应是最终目标,真正的检验标准应是量子计算能否解决实际问题。

太空探索:揽月又摘星

2018年,清冷的月球将“热闹”异常。

中国将发射嫦娥四号中继星和探测器,实现地球与月球背面的通信,并探测月球背面区域;美国私人企业“月球捷运公司”计划发射探月着陆器,有望成为首个成功探月的私企;印度计划实施“月船2号”探测器登月任务,有望成为又一个登陆月球的国家;美国太空探索技术公司也计划开启商业太空旅行项目,帮助两名太空游客绕月飞行……

同时,人类前往其他行星的探索之旅也将继续。

美国航天局“洞察”号火星无人着陆探测器将于5月发射,11月在火星赤道附近降落。探测器将使用机械臂将其搭载的两台主要仪器——地震测量仪和温度测量装置永久安置于火星表面。这将是首个研究火星地层内部的探测使命。

欧洲和日本航天机构合作研发的水星探测器将在10月开启旅程,向太阳系中未知程度最高的行星之一进发。

生物医药:更上一层楼

新的一年,生命科学也将持续升温,为重病难病提供全新治疗方案。

在新一代基因编辑工具尤其是CRISPR推动下,新型基因疗法将加速迈向临床应用。统计数据表明,全球迄今已开展约2400种基因疗法的临床试验。

在美国,2017年已有三种基因疗法获批准上市,其中两种治疗癌症,一种治疗遗传病,这为2018年基因疗法市场的升温拉开序幕。正如美国食品和药物管理局局长斯科特·戈特利布所说,基因疗法正处于一个“转折点”,将成为治疗甚至治愈许多重病难病的支柱。

中国科学家也已开展了利用CRISPR-Cas9基因编辑技术治疗肺癌的临床试验。据英国《新科学家》周刊预测,试验有望于2018年收官。

业内人士还预言,基因编辑与免疫疗法结合治疗癌症,短期内有望进入临床应用。2017年,美药管局已批准两款基于改造患者自身免疫细胞的CAT-T(嵌合抗原受体T细胞)疗法上市,让科学界对免疫细胞疗法信心大振。全球目前约有60家公司在开发治疗癌症的CAR-T疗法,它们中很多都将于2018年获批上市。

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王晓明去王晓明家留言留言于2018-01-30 06:37:01(第2条)
多维空间是如何构造的/王晓明
当今世界科学,最激动人心的科学理论就是弦/M理论,弦/M理论最核心的内容就是多维空间。目前为止,世界上没有一个理论说清楚四维和四维以上的空间几何架构的原理。这里说的没有搞清楚是指没有办法用图像解释四维和四维以上空间结构。
众所周知,如果要做加法或者减法,首先必须知道什么是数和数量,如果没有对数量的定义,就没有加法或者减法的运算;同样道理,没有对空间维度的正确定义,就谈不上一个理论建立在维度之上。
四维和四维以上空间不是象三维空间和二维平面以及一维那样属于原始概念,而是后继出现的概念。后继概念就必须依据三维和三维以下的空间概念来定义,而空间和时间的坐标必定要写进物理学方程里,所以必须做出严格和科学的定义,不能糊弄过去。而M理论就建立在多维空间的构造上,数学家和物理学家却不能给出多维构造的几何原理,弦理论目前就是建立在一个空壳上。
一,为什么会有不同维度的理解?
在人所熟悉的三维空间里,有三对主要方向:上下(高度),南北(纬度),东西(经度)。坐标是三条直线经过同一个点以后,朝三个方向的两两相交,也就是说,它们两两成直角。从数学方面讲,它们在三条不同的坐标轴x、y、z上。
如果要有四维空间坐标,必须另有一条垂直于其他三个主要方向的线条,通常称作w轴,但是,由于360度穷尽了二维,w轴如果需要存在,必然要重叠在三维之上。
二,维度是怎么得来的?
1,在算术加法中,个位满了就进一位到十位位置上。而空间维度增加却不是这样。
2,当数学家用圆把周围封闭起来的平面采用360度计量单位表示,再用一条直线穿过圆点就平分了圆,一个圆的一半就是180度,用90度垂直这条直线就可以刻画整个平面,平面坐标可以说清楚平面上的一切。笛卡尔在【几何学】中通过选定一条射线作为基线建立了倾斜坐标系,用两个坐标x,y表示平面上的位置。高斯是第一个正确解释了二维图像坐标的数学家。
3,把坐标系几何推广到三维空间是拉.希尔,他在1679年的论文中,用三个坐标表示空间的点,并且给出了三个表示空间的点。
他从平面圆点发出一条垂直于平面的射线,形成了一个立体的三维坐标,经过圆点的无穷多个平面可以构成一个东西,我们叫做球。三维空间可以穷尽我们可以观察到的整个空间。如果有人说我在球外面加一个东西,那是没有意义的,因为球外面的东西依然可以纳入球内,我们的三维空间的球是开放的,没有边界的。
4,当我们看到一条直线,我们可以理解这条直线向周围扩展是三维的,庞加莱猜想就是基于三维空间,1904年,法国数学家亨利·庞加莱在提出了一个拓扑学的猜想:任何一个单连通的,封闭的三维流形一定同胚于一个三维的球面。
三维空间坐标是由一个点发出的三条两两垂直的射线,他们有一个重要特征就是:第一,两两相连和互相垂直;第二,不能重叠。
5,皮耶罗将三维物体透视画法在二维平面上,但是,到了四维、五维、。。高维是无法用透视法画出来的,高维的图像必须依赖霍奇猜想的方法:粘贴。
一个点状物体,在空间维度上没有延伸,因此空间维度为零,能够在三维空间自由移动;一根玄它有一个空间维度,能够在比自身有更多维度的空间移动。
6,人们无法理解四维、五维、。。、无穷多维的世界。因为360度平面正好是两个维度,不可能再插入一个维度,一个球体的中心只能发出三条两两相连互相垂直的射线,如果非要再增加一条射线,就会挤压原来的空间,坐标就不是90度的架构。
在物理学理论中,包含一个可以自洽的程式,这个表示数量关系的程式同经验事实必须有一个可以接受的联系。实际上数学家和物理学家也不清楚多维空间的几何本质是什么,他们也还在朦胧中纠结。
三,下面就让我来告诉大家什么是三维以上的空间。
上面我们已经说了三维空间基于两条重要原则:
第一,三条射线两两相连互相垂直。
第二,“同一维度不能重叠”。
为什么必须两两相连?
在一个坐标上,如果不能与所有的空间维度两两相连,只与其中的某些维相连,那么只是与之相连的那一些维度的延伸。而不是新增加的维度。
现在关键的问题来了,如果我们构造四维空间,就必须修改前面的两条规则:
第一,允许一个东西不是从圆心出发,只是与三维坐标的每一射线两两相连,互相垂直或者不互相垂直。
第二,允许这个东西与某一个维度重叠,于是,我们称之为第四维。为什么要修改呢?
因为我们没有两两相连的连线,就不能添加新的维度,只能算是“新的东西”,如果新的坐标通过圆心,就破坏了原来的三维空间90度的基本面。所以,我们既要把新的坐标线通过与已经有的坐标两两相连建构新的坐标元素,允许重叠增加维度,有重叠的空间必然是弯曲的。
四,下面我们将用图两说明。什么是四维空间呢?
一个四方形的平面是二维,是把平面卷起来对接成为一个管子,这个时候就不是平面了,是三维的,因为它有长宽高。最根本的特点就是:在一个三维空间,必然存在一个点,可以向两两垂直的方向发出射线。
把这个管子端口对接成为一个汽车轮胎一样的环面,依然是三维的。
一个油饼有两个洞,依然是三维,一个老式的方向盘有三个洞,还是三维的,。.很多个环面连在一起,依然是三维,因为没有重叠。就是说它还只有一个点可以发出两两垂直的三条射线。
一个有两个洞的油饼一样的双环,是有三条管两两相连和两个洞的东西,安上一个三叉(通)管,三叉管骑跨两个洞,三个端口分别连接双环三通管,就是四维了,因为这个东西在三维空间看无论从哪个方向都是有了重叠。
五,多维空间是如何构造的
五维空间就是在四维空间基础上,加一个四叉管骑跨在双环上,三个端口与双环的三条管相连,还有一个端口与三叉管相连。
多维空间的构造思想是:用增加两两相连的管道增加维度,重叠在三维空间外层,形成了多维空间。使得三维外面的东西无法纳入三维球内,不得不用四维和更多维表示。
构造方法是著名的霍奇猜想的方法。复杂的高维空间由简单的三维空间粘合在一起。六维空间就是在五维空间基础上加一个五叉管,每一个端口与其他管相连。
六,扩展
我们可以构造无穷多个两两相连区域,每一个区域进行编号:1,2,3,。.K,如果把无穷多个两两互素的素数与无穷多个两两相连的区域一一对应,就把数论与图论与物理学联系起来。把这个复杂的岐管内外看成一个整体,岐管内是一个世界x,岐管外是一个世界y,n是维度,整个宇宙就是费马曲线Xⁿ+Yⁿ=1,也就是费马大定理。
费马曲线的确是我们的宇宙相关的,管壁就是膜,我们把由量子力学进入弦理论——膜——膜宇宙。就是说宇宙的数学形式是由数学中最经典的问题组成。黎曼几何为爱因斯坦相对论提供了几何框架;我们的多维架构为玄理论和M理论提供了架构,并且开辟了一门新的几何学,它包含了图论、拓扑学、数论、微积分、复变函数等。这个岐管上的某一个区域的一个点,例如区域k
上一个点,记为1/K,计算这个点就要考虑相关位置,岐管上的我们称为实部,管内外就是虚部,即1/K^S,S=α+βi,i是虚数,实部α=1/2,因为α的内部有x,外部有y。整个岐管和内外的数量总和就是黎曼函数,即黎曼猜想。
谁也无法想到,费马大定理和黎曼猜想居然用在广义相对论和量子理论的统一体m理论中。
王晓明去王晓明家留言留言于2018-01-28 16:40:57(第1条)
两个数论问题的黑洞合并产生引力波
2015年9月14日,美国公布检测到13亿年前的引力波的新闻,引力波是两个黑洞的合并产生的波。从1915年爱因斯坦提出引力波到检测到引力波整整100年,许多当事人在发布会上激动的热泪满面。
数学有一门学科叫做数论,它也有两个最著名的问题,一个是黎曼猜想,一个是费马大定理。把费马大定理 Xⁿ+Yⁿ=Zⁿ同除以Zⁿ转换成为一个方程式子Xⁿ+Yⁿ=1,叫做费马曲线,(由于无法上传图片,我就只能用文字说明)通俗一点,这个费马方程曲线对应着不同的几何形状(可以有无穷多个),好比一个面团,你用一根棍子戳上几个贯通的洞就是费马方程曲线了。洞越多,表示n越大,空间的维度也就越大。高维空间就是很多洞的费马方程曲线。
在弦/m理论的11维空间里,有4维空间的伸展,7维空间卷缩起来的。
几何体的拓扑性质同粒子紧密相关。例如,这种粒子几何体有几个洞,决定着粒子世代的数目,在这些卷缩维度的空间里所采取的几何构型决定着弦或者膜能够有什么样的震动模式,从而决定着各种粒子的质量、自旋、以及电荷等各种相互作用的耦合常数。
原来,不仅仅自旋和同位旋等内部变量和内部空间都出自这些多维空间的几何学,而且粒子的电荷质量等性质,无一不是从这里产生出来的,不仅仅如此,甚至我们生活本身也通过三维空间和一维时间都是从类似的几何体的构造中生长出来的。
我们生活在高维宇宙的一小片中,大到银河宇宙,小至原子夸克,都是 弦线构成的。
这个费马方程的面团,弦/m理论高维空间认为这个面团里面是空心的,就是说,这个面团戳了一些贯通的洞以后,再把面团内部看成一个空心的,这个曲面只是一个没有厚度的膜。
我们的宇宙就是这个空心面团,空心面团内部我们用x表示,空心面团外部我们用y表示,维度用n表示。如果有n个维度,这个宇宙方程就是xⁿ+yⁿ=1,这个面团或者称为宇宙膜表面,分成许许多多的区域,我们给这些区域编上号:1,2,3,....k。直至无穷多个区域。这些区域可以是两两相连的。
如果我们要计算这个费马方程曲面上的一个点,例如某一个具体的区域k上的一个点,即1/K,膜是一个没有厚度的管壁,管壁上的点就是实部,管壁内外就是虚部区域,我们把这个点理解为,1/K^S,s =α+βi,i 表示虚数,管壁实部为α=1/2,看出名堂来没有?这个就是黎曼函数:
ζ(s)=Σ1/K^S,(由于一些符号打不出来,补充说明:Σ上端有∞,下端有k=1)
为什么管壁上实部为1/2,因为宇宙等于1(xⁿ+yⁿ=1)这个管壁就是实部α在x与y的中间,确定这个点的位置还有考虑管壁内外空间结构,就是虚部,要计算这个点处于多维宇宙的哪一个位置,我们需要黎曼函数。
天那!费马大定理与黎曼猜想与广义相对论量子力学的弦/m理论融为一体。
原来,我们的宇宙就是数学中最重要的问题与物理学最重要的问题联系在一起的。
 
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