科普 | 什麽是引力波？它為什麽會讓物理學家痛哭流涕？

科普 | 什麽是引力波？它為什麽會讓物理學家痛哭流涕？

一財網 霍光 2016-02-12 23:17:00

作為一個普通大眾，我們在被各種社交媒體刷屏的”引力波“洗腦的同時，卻很少有人知道，引力波到底是什麽？為什麽探測到它需要百年努力？它又能給世界帶來什麽？

霍金：引力波的發現是科學史上的重要一刻

霍金：引力波的發現是科學史上的重要一刻

一財網 錢童心 2016-02-12 11:20:00

北京時間2月11日23點30分，物理學家宣布人類首次直接探測到引力波。所謂引力波，是100年前愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動，就好像石頭丟進水里產生的波紋一樣，引力波被視為宇宙中的“時空漣漪”。

科學家首次探測到引力波 通過它我們可以看到什麽?

科學家首次探測到引力波 通過它我們可以看到什麽?

一財網 一財網綜合 2016-02-12 10:43:00

美國科研人員11日宣布，他們利用激光幹涉引力波天文臺(LIGO)於去年9月首次探測到引力波，證實了愛因斯坦100年前所做的預測，同為黑洞專家的英國天文物理學大師霍金表示，他相信這是科學史上重要的一刻。

從電磁波到引力波

2015年引力波的發現，無疑是自電磁波發現之後又一劃時代的事件，也是理性思考與實驗觀測相結合的又一光輝典範。引力波有可能繼電磁波之後成為一種通訊的新媒介，並最終走進我們的日常生活嗎？讓我們拭目以待。

1888年電磁波的發現，毋庸置疑是近代科學史上的一座里程碑。由法拉第開創、麥克斯韋建立的電磁場理論至此取得了決定性的勝利。而此次引力波的發現，毫無疑問將作為另外一座里程碑載入人類文明與科技發展的史冊。

歷史總有著許多驚人的相似。電磁波的發現歷程，是人類歷史上理性思考與實驗觀測相結合的光輝典範。自1831年始，法拉第通過一系列的重要實驗，發現了電磁感應現象，並成為現代發電機的始祖，但他更為革命性的貢獻，是提出了力線與場的概念，並認為場同我們日常所感知的具體實物如樹木、泥土一樣具有客觀實在性。具體來說，電磁場作為一種實體，可以不依賴於場源如電荷、電流而獨立存在。但日常生活中由於電磁場既看不見，又摸不著，法拉第這些深邃的思想與觀念超越於時代，不為大眾所接受。

不過，他的理論深深吸引了當時還是年輕人的麥克斯韋。麥克斯韋憑借自己超群的數學造詣與敏銳的物理洞察力，通過十年的全面總結與系統研究，於1864年寫成經典論文《電磁場的動力學理論》，並建立起一組能完整描述電磁現象的方程，現在這組方程經過後人的整理與改寫被稱為麥克斯韋方程組，它不僅簡潔美觀，而且應用廣泛，成為人類認識和理解自然的一座豐碑。

值得指出的是，這座豐碑的建立，不全是麥克斯韋對過往實驗的系統總結，而且包含了他基於理論自洽性考慮而提出的大膽假設，其中一個重要環節是提出了位移電流的概念。更讓人驚奇的是，1865年麥克斯韋進一步基於理性的思考從純理論的角度預言了電磁波的存在，並且通過具體演算推理斷言電磁波是橫波，在真空中以光速傳播，受此啟發他還提出可見光不過是電磁波的一種形式！但在當時由於麥克斯韋的理論難懂，又無實驗驗證，並未馬上引起大家的重視並得到認可。自然界是否真實存在這種電磁波呢？只有實驗才是檢驗科學理論的唯一標準，直到1888年，德國物理學家赫茲證實了電磁波的存在，這距離麥克斯韋理論預言已過了二十三年。赫茲的實驗證實具有劃時代的意義，人們為了紀念他，已將他的名字作為頻率的標準單位，沿用至今。

稱得上劃時代的理論與實驗並不多見，我們今天只要稍微回顧電磁波被證實之後人類科技發展的歷程，就知道麥克斯韋與赫茲的工作當之無愧。電磁波被發現後，1895年發明了無線電，1901年就有了無線電報，1906年實現了第一次廣播，1925年產生了電視，1935年有了雷達，而到今天的2016年，互聯網、移動通訊、GPS定位等等已經進入普通百姓日常生活的現代科技，無一不與電磁波的理論與發現有關。從1888年電磁波的發現至2016年的今天，短短128年的發展歷史，人類文明進程早已天翻地覆。

而2015年引力波的發現，無疑是人類文明發展歷程中又一劃時代的事件，也是理性思考與實驗觀測相結合的又一光輝典範。因為存在引力波，是愛因斯坦提出廣義相對論之後最為重要的一個預言之一。早在1908年，愛因斯坦就開始思考，認為在建立物理規律過程中不僅慣性參考系是平權的（受慣性系都是平權的啟發愛因斯坦於1905年推廣了伽利略相對性原理，並結合真空光速不變原理建立了狹義相對論），而且非慣性參考系也應該是平權的，物理規律對於所有慣性系都應該是協變的。將之應用於引力，那麽要發展牛頓的萬有引力定律，將不僅僅是克服引力的超距作用這一主要困難，而且需要建立一個廣義協變的引力理論。

經過近七年的嘗試與探索，愛因斯坦終於在1915年11月發表了經典論文《引力的場方程》，從而標誌著廣義相對論的建立。在文中他繼承了法拉第、麥克斯韋關於場的觀念，同時利用黎曼幾何建立了描述引力與時空結構的引力場方程，無論從數學美觀性，還是從物理規律的一般性來看，這都是一個完全可以和描述電磁場的麥克斯韋方程相媲美的方程，後來人們也習慣將這個方程稱為愛因斯坦方程。

跟牛頓的萬有引力定律相比，它不僅克服了引力的超距作用，而且深刻闡述了物質分布與時空結構之間的深刻聯系。依據廣義相對論，物質使得時空幾何發生彎曲，而物質的運動也會使時空的幾何結構產生變化，如同巨輪在海上航行將產生波浪，也如同加速帶電粒子將向外輻射電磁波。1916年6月愛因斯坦通過對引力場方程的分析，發現引力源的質量四極矩能產生引力輻射，並與電磁波一樣以光速向外傳播，這種時空的漣漪被稱為引力波。

從愛因斯坦預言引力波的存在，到現在LIGO直接探測到引力波信號，已經整整過去了100年，那麽引力波為什麽這麽難以被證實呢？主要的原因是引力波信號實在太弱。愛因斯坦本人就曾經認為引力波太弱而無法被探測。現今只有宇宙極早期劇烈的時空漲落，或者大質量的天體發生碰撞、並合或者爆發時才可能產生足夠強的引力波信號而被儀器檢測到。1969年韋伯（Joseph Weber）宣稱用大質量圓柱形鋁棒作為共振器探測棒探測到了引力波，但很遺憾後來沒人能重複驗證韋伯的實驗。

在此之後最有力的間接證據來自於1974年美國物理學家泰勒（Joseph Taylor）和赫爾斯（Russell Hulse）利用射電望遠鏡對雙星系統的觀察，他們發現這兩顆致密中子星繞其質心公轉時的軌道和周期都在變化，而根據廣義相對論，這種變化理論上可以歸咎於引力輻射帶走了雙星系統的能量，通過比較理論預言與觀測數據，泰勒和赫爾斯發現雙星公轉周期變化率與廣義相對論理論預期的結果一致，因此也榮獲了1993年諾貝爾物理學獎，但是對於引力波的檢測而言，這畢竟只是一個間接證據。

對引力波的直接探測無疑將開創一個新時代。引力波有可能繼電磁波之後成為一種通訊的新媒介，並最終走進我們的日常生活嗎？讓我們拭目以待。

LIGO為什麽能夠成功? 除了引力波，還有其他被忽視的發現

人類首次直接探測到引力波的存在無疑是劃時代的科學發現。在公眾的註意力完全被引力波所吸引時，大家還忽視了另外一件重要的事實，那就是這次觀測也是天文學史上真正意義上第一次直接觀測到了雙黑洞系統，也是首次捕捉到雙黑洞並合過程的直接證據。

美國當地時間2016年2月11日上午10點30分，美國科研人員宣布，他們利用激光幹涉引力波天文臺（LIGO）於2015年9月14日成功探測到引力波（現被稱為GW150914事件）。這一轟動全球的發現既驗證了愛因斯坦100年前的理論預言，也開啟了引力波天文學的新時代。

愛因斯坦也會驚訝的發現

長期以來，科學家一直希望能夠證實引力波的存在。但是引力波通常太微弱了，就連愛因斯坦本人也認為它難以被直接探測到。為什麽這一次激光幹涉引力波天文臺（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory，LIGO）能夠獲得成功呢？

LIGO於上世紀九十年代開始建造，在美國路易斯安娜州利文斯頓和華盛頓州漢福德各建造了一個，主要采用了邁克爾孫幹涉儀的原理尋找引力波蹤跡。從宇宙深處傳來的引力波會改變幹涉儀兩臂的相對長度，從而使得引力波信號被記錄在幹涉條紋的明暗之間。有兩個這樣的天文臺不僅可以相互驗證所測的引力波信號是真是假，也可以如人耳一般推斷引力波源的方位。這兩個耳朵的靈敏度自然是相當高的，差不多一百萬光年距離若有1米的變化，也能被覺察出來。

到2001年LIGO建設完成，被人們稱為初始LIGO（initial LIGO）。於2001年到2010年進行數據采集。其中在2009年人們通過大功率激光的引入等更為先進的實驗技術，建成加強版LIGO（enhanced LIGO）。但整個初始LIGO的觀測都沒有測到任何引力波信號。

2010年後，LIGO關閉，人們對他進行整體的升級。直到2015年9月升級初步完成，也就是現在的升級版LIGO（advanced LIGO）。比起2010年的初始LIGO，現在升級版的LIGO靈敏度提高約4倍。結下來升級版LIGO還會在不斷運行-調試，計劃到2020年達到預定的靈敏度，到時的靈敏度會是初始LIGO的約10倍。由於引力波強度隨距離成一次反比減小，所以4倍的靈敏度意味著升級版LIGO比初始LIGO可以觀測更遠4倍的波源，其所包含的體積增加4的立方即64倍。也就是說現在升級版LIGO會比初始LIGO多看到64倍的波源。這是LIGO實驗技術了不起的進步。

對比韋伯型共振棒探測器，LIGO的優勢在於它的寬頻帶探測能力。以剛公布的引力波事件為例，35-350Hz全部落入LIGO的敏感頻帶。寬頻帶特點也給引力波理論研究帶來機遇和挑戰。寬頻帶特點使得雷達數據處理的成熟技巧——匹配濾波（matched filtering）方法可以被用到引力波數據處理中來。該數據處理方法驚人的地方是，在既定硬件靈敏度前提下可以成百上千倍地提高信號探測能力。

但該方法工作的前提條件是對要探測的信號擁有準確的理論模型。為了建立引力波信號的理論模型，人們需要求解愛因斯坦方程。愛因斯坦方程作為自然科學中最為複雜的方程之一，針對現實引力波源解析求解基本沒有希望。好在數值求解對於引力波數據處理就已經足夠。數值相對論就是這麽一個理論研究方向。對於複雜的愛因斯坦方程，即使數值求解也已經折磨得人們絞盡腦汁。經過約半個世紀的苦苦掙紮，數值相對論在2005年後得到突破性發展。最終結合後牛頓近似，為LIGO服務的有效單體數值相對論理論模型（EOBNR）被建立起來。這次LIGO成功探測到引力波信號正是基於該理論模型。也正因為此，LIGO在物理學評論快報上的文章稱得到的信噪比24為匹配濾波信噪比（matched-filter signal-to-noise ratio）。所以可以說這次LIGO的成功既是實驗技術的成功，也是理論研究的勝利。

最後讓我們通過幾個主要數據來回顧LIGO在升級初步完成階段就觀測到引力波的GW150914事件。此次探測到的引力波是距離我們地球約13億光年的雙黑洞合並過程中輻射出來的。在此過程中兩個黑洞相互繞轉，不斷吸引，最終合而為一，變成一個黑洞。開始時，這兩個黑洞的質量分別為29個太陽質量與36個太陽質量。最後合二為一的黑洞質量為62個太陽質量。就是說合並後的總質量少了三個太陽質量。

根據愛因斯坦的狹義相對論，我們有質能關系，即質量可以轉化為能量。這丟失的三個太陽質量，正是以引力波的形式向四周輻射出去的。這三個太陽質量的丟失其實並不特別讓人震驚。太陽也在損失質量，只不過主要通過聚變方式將核能以電磁波的方式釋放出來。我們地球上的生物僅靠著這一個太陽輻射的能量就可以生存長達一百億年。

讓人震驚的是這三個太陽質量的能量竟然是在不到1秒的時間內輻射出來的！引力波GW150914的另外一個特點是頻率由小變大，最後還發出一聲猶如鐘響的聲音。前者是因為兩個黑洞在彼此靠近時，它們的繞行頻率會變得越來越大。而最後一聲有如鐘響是因為余音漸漸被合並成的大黑洞給吃掉了。根據這個余音的特征，我們可以反推出這個合並後的大黑洞的質量與轉速。最後值得一提的是這次數據信號置信度達到了5.1σ，就是說有99.99998%的把握是正確的，按照科學實驗的慣例達到了被稱為發現的標準。

LIGO此次對並合雙黑洞引力輻射的成功探測，進一步驗證了愛因斯坦廣義相對論的正確性，再一次讓人感受到愛因斯坦的偉大，也更讓人深刻體會到理論和思辨在推動科學向前發展過程中所起的巨大作用。在MIT工作的實驗物理學家Rainer Weiss提出了建造LIGO的原始想法，對於此次發現，他說：“你根據愛因斯坦理論計算出來的東西看上去和信號幾乎一樣，這真是一件不可思議的事情！”成功探測到引力波的同時，大家還忽視了另外一個重要的事實，那就是此次觀測也是天文學史上真正意義上第一次直接觀測到了雙黑洞系統，也是首次捕捉到雙黑洞並合過程的直接證據。霍金（Stephen Hawking）在接受BBC專訪時說：“引力波提供看待宇宙的嶄新方式，發現它們的能力有可能使天文學產生革命性的變化。這項成果首次發現了黑洞的二元系統，首次觀察到黑洞融合。”

引力波開創怎樣的新時代

LIGO探測到引力波信號的新聞發布後，引起了全球性的轟動。麻省理工學院（MIT）校長罕見地就人類首次探測到引力波致信全校：“我們今天所慶祝的（引力波）發現體現了基礎科學的悖論，它既是辛苦的、嚴謹和緩慢的，又是激動人心的、有革命、啟迪意義的。沒有基礎科學，最好的猜想充其量依然是猜想，“創新”也只能是修修補補。隨著基礎科學的進步，社會也就進步。”

加拿大理論物理圓周研究所是國際著名研究機構，當多數物理學家聚集在一樓餐廳觀看新聞發布會現場直播聽到宣布發現引力波那一刻，掌聲雷動。而愛因斯坦當年任職的普林斯頓高等研究院，歡慶程度也宛如打贏了世界大戰。

而國內各大新聞媒體與網絡交流平臺也爭相報道，各微信朋友圈都被引力波的新聞刷屏，瞬間激起了大家對引力波和廣義相對論時空理論的好奇，更有不少網友提出了許多有趣而值得探討的問題，引力波輻射能否用於通訊？引力波會對人體產生危害嗎？是不是需要生產防引力波輻射的孕婦服？什麽叫時空的漣漪？《三體》里面描述的未來世界會不會成為現實？不必要真弄懂廣義相對論的時空理論，大家在引力波被發現的事件里體驗得更多的是基礎科學給人類文明帶來的巨大進步與沖擊。大家都真心希望我國的科學研究邁上一個新臺階，在不久的將來也能有這樣劃時代的激動人心的科研成果與事件。

現在，我們國內基礎研究實力依然相對薄弱，人才相對匱乏，因為做基礎研究需要坐得住冷板凳，需要長時間集中精力思考和解決一些並不能馬上帶來經濟效益的科學難題，乃至需要冒著長時間出不了論文等科研成果而帶來的經濟與生存壓力。特別是引力物理的研究，相較於其它基礎科學領域，需要的知識更加艱深難懂，科學問題的難度更大，從而難以在短時間內取得突破性進展，由此帶來的後果便是人才顯得更為匱乏，相比於一個LIGO科學團隊就有上千人參與的規模，我國每年一度的引力與相對論天體物理學術年會參加的研究人員與學生加在一起，也就三百人左右，而真正活躍在科研前沿的科研人員就更少。

現在引力波被直接探測到了，中國是否有必要繼續建設引力波探測基地並推動與此有關的理論研究呢？答案無疑是肯定的，正如我們前面所看到的電磁波的發現給人類文明帶來巨大推動一樣，雖然短時間內，因引力波信號的極其微弱難以馬上被應用於人類日常生活，但是我們堅信引力波是大自然賜予人類的一個嶄新工具，一雙全新的千里眼，必將極大推動人類文明的進步。試想一百年前誰能想象得到我們可以有手機這樣的移動通訊工具呢？而電磁波的發現，距今才短短的128年！隨著我國國力的不斷增強，與科研上不斷增加的投入，大家相信我國基礎科學的研究一定會取得長足的進步與發展。

引力波探測將人類探索宇宙發現真理的歷程帶入一個嶄新的時代，而LIGO此次對合並雙黑洞引力輻射的成功探測，只是這個新時代的開始。接下來，我們有理由相信對原初引力波的探測將為人類理解宇宙的起源開辟新的途徑。當地面探測引力波工程取得重要成果的時刻，空間引力波規劃也在緊鑼密鼓地展開，我們有理由相信對不同頻段引力波的探測將為人類了解星體演化與黑洞形成打開全新的窗口，我們也有理由相信，引力波的發現將為經典廣義相對論與量子理論的融合提供新的思路與檢驗方案，而最重要的，我們更期望引力波能夠繼電磁波之後成為通訊的新媒介，並最終走進我們的日常生活，為人類所用，為人類造福。

引力波，股市 xuyk的博客

   愛因斯坦100年前創立了廣義相對論，隨後他根據這個理論推斷：宇宙中大質量天體發生劇烈變動會使時空扭曲，產生引力波。今年2月11日，美國激光幹涉引力波天文臺（AdvancedLIGO）宣布，他們終於探測到由兩個黑洞合並而產生的引力波，這是人類第一次直接探測到引力波，首次“聽”到宇宙的聲音。

   引力波以光速傳播，它與物質的相互作用極其微弱，所以引力波可以給我們提供幾乎無阻擋的宇宙圖景，而利用以前的電磁波（比如，射電望遠鏡）就無法做到這點。比如，利用引力波能夠發現與探知黑洞的成因及演化，從而“聽”到宇宙最早期的形成過程，而電磁波遠遠不能探測到這麽早。所以，從目前來看，引力波將是了解宇宙形成的最好工具，可以一窺宇宙初生，解開更多宇宙之謎。

   這里，引力波雖然是由黑洞產生的，但若要了解黑洞，你說是直接去探索黑洞容易呢，還是通過引力波更容易？黑洞與引力波哪個更複雜？不言而喻。

   股市與宏觀經濟的邏輯關系好像也有點類似於引力波與黑洞的關系吧？

    本人在前篇小文《投資未必需要預測宏觀經濟》中說到：股市是市場經濟的產物，是宏觀經濟的反映，決定其走勢的根本力量是宏觀經濟的走向，當市場預期宏觀經濟健康發展時，牛市隨之而來；反之，熊市不可避免。有不少朋友以為，既然股市的走勢最終是由宏觀經濟決定的，那麽只要充分了解並掌握宏觀經濟的運行，股市不就可掌握在自己的股掌之中了？殊不知，這是把認識事物的邏輯搞顛倒了。因為股市只不過是宏觀經濟中的極小一部分，所以宏觀經濟運行的複雜性和不確定性遠遠大於股市。股市本是為了促進宏觀經濟的發展而建立起來的，就像是一個宏觀經濟的簡縮版本，為的是通過市場的力量來幫助宏觀經濟的運行，比如，為了優化資源配置，提高經濟效率，提升經濟體價值，等等。有人把股市比喻為晴雨表，認為是宏觀經濟的先行指標，所言有點道理的。這里，宏觀經濟好比是黑洞，股市則好比是引力波，這樣的話，你說宏觀經濟與股市哪個更為複雜、更具不確定性？對於宏觀經濟，我們是直接去搞透它容易呢，還是通過股市去了解更容易？這與“引力波與黑洞的關系”不是類似嗎？

   事實上，宏觀經濟也確實很複雜，難以掌控，即便是總統、首相、總理、大臣等人也都奈何不得，更何況我等一介屁民了。安培經濟學、凱恩斯主義、諸國貨幣狂發、“四萬億”……事後看看哪個不是“病急亂投醫”的？不過這也難怪，因為沒人會比市場更高明。你想，倘若宏觀經濟真的可以完全徹底地搞清楚並人為掌控，那還需要股市幹嗎？倘若做股票非要精通宏觀經濟才行，那（宏觀）經濟學家都是股神了，但實際上是這樣的嗎？

   還有，為使宏觀經濟運行得更好，股市應運而生，盡管長期來看它是宏觀經濟的反映，但由於經濟發展的路徑是不確定性的，比如，在市場經濟運行中，“繁榮、衰退、蕭條、複蘇”周而複始，而各個周期的時間長短、盛衰程度都是很不確定的，因此股市也就必然沒有確定性可言。這也就是說，股市不是始終有效的。有研究表明，即便是成熟度很高的美國，從階段性表現來看，股市與宏觀經濟也只是呈弱相關性，更何況A股，無效性就更厲害了。所以說，如果你立足於宏觀經濟來判斷股市牛熊轉換（拐點），推測波段起伏大小，以此作為投資指南，決定進出，那命中率和有效性會怎樣可想而知。

   竊以為，做股票還是簡單一點為宜，而以宏觀經濟為主要依據來判斷股市，無疑是“從複雜走向複雜”，與其先要搞透極其複雜的宏觀經濟，進而搞定也相當複雜的股市，還不如把立足點直接放在股市上，根據其基本規律行事，這樣也許更簡單，更靠譜，更有效。當然，了解宏觀經濟對於判斷股市具有一定的參考作用。

   再有，如果稍微深入觀察一下，不難發現，依據宏觀經濟來做股票的人，大多數本質上是趨勢派，他們往往會拿預測宏觀經濟趨勢的好壞程度來衡量股市的牛熊大小，看到宏觀經濟趨勢不妙，便判定股市還得走熊；反之，股市還會再牛。於是乎，為了躲避再跌，不惜低位（割肉）賣出；為了追漲獲利,不怕高位買入。你說，這麽搞法賺錢怎會不難？投資怎會順利？

    我的媽呀！引力波，股市！

《科學》雜誌評選2016十大科學突破：發現引力波奪冠

美國《科學》雜誌22日公布了其評選的2016年十大科學突破，有“時空漣漪”之稱的引力波被發現當選今年頭號突破。

今年2月，參與美國“激光幹涉引力波天文臺(LIGO)”項目的研究人員聯合宣布，他們利用LIGO的兩個探測器於2015年9月14日探測到來自兩個黑洞合並產生的引力波信號。這填補了愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的“拼圖”。

據新華社報道，《科學》雜誌的解讀文章說，引力波的發現證實了愛因斯坦在一個世紀前的預測，“震動了科學界”。這一成功來之不易，因為愛因斯坦本人都曾懷疑引力波是否真的存在，而且即便存在，也可能由於信號太弱而無法探測。“現在，物理學家正熱切期待接下來會發生什麽，因為引力波能以全新的方式來探索宇宙。”

引力波的發現今年以來已獲得多個國際重要獎項，包括一年一度的美國“科學突破獎”，它也入選英國《自然》雜誌評選的2016年度重大科學事件。

《科學》雜誌評選的今年另外9個重大科學突破分別是：

離我們最近的系外行星：比鄰星是距太陽系最近的恒星，今年天文學家發現一顆環繞比鄰星運行的類地球行星，其表面溫度理論上適合液態水存在。他們認為這個新發現的世界為詳細研究太陽系外行星提供了最佳機會。

“人機大戰”電腦獲勝：人工智能程序“阿爾法圍棋”擊敗當時世界排名第二的韓國棋手李世石。就在10年前，許多專家認為電腦絕不會在圍棋上戰勝人類的世界冠軍。

殺死衰老細胞葆青春：今年2月發表的一項動物研究顯示，清除衰老細胞能使小鼠的器官更加健康，從而使壽命延長超過20%。同一個研究小組10月還報告說，清除衰老細胞能幫助小鼠減少動脈硬化斑塊的形成。

猿類“讀心術”：研究人員利用黑猩猩、倭黑猩猩和猩猩開展的一項研究顯示，猿類可能也能揣測“他人”的心思，甚至知道“他人”的看法是不正確的，這意味著猿類與人類的相似之處可能超出了我們此前的認知。

設計人工蛋白：科學家已學會設計並合成非天然的蛋白質，為開發新藥物與材料打下基礎。

純體外培育卵子：日本研究人員利用實驗鼠的誘導多功能幹細胞，首次全程在體外培育出正常卵子，並且通過人工授精獲得健康後代。

走出非洲：3個獨立的研究顯示，非洲以外的大多數人群的祖先都可以追溯至數萬年前的一波走出非洲的大遷徙。

手持式測序儀：英國牛津納米孔公司利用一種名為納米孔的突破性技術開發出手持式DNA測序儀。與現有技術相比，這種測序方法更加便捷、廉價。

超材料鏡頭：哈佛大學研究人員利用高約600納米的二氧化鈦“納米磚”堆出一塊輕薄如紙的超材料鏡頭。如果能夠廣泛應用，未來的智能手機和相機都會變得超級輕薄。