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目前，全球面臨着許多共同的挑戰，這些相互交疊的問題催生出了一系列相互關聯的技術方法。《科學美國人》聯合世界經濟論壇，評選出了2021年全球十大新興技術。這份榜單包含了讓作物自製肥料、用呼吸檢測疾病、就地取材3D打印房屋和天基物聯網等極具前景的技術創新。
天文學家推測銀河系將在50億年後與仙女座星系碰撞。但這並非嚴格意義上的碰撞，因為星系中大部分空間都空無一物，星系中大部分恆星也僅會擦肩而過。兩個星系中心的黑洞會合併，釋放強大的引力波。在這個過程中，太陽可能會被拋到星系際空間，也可能成為新星系中一顆不起眼的恆星。
數量龐大、空間結構各異的蛋白質，是生物能實現複雜生命活動的基礎。為了破解生物體內蛋白質的結構，科學家一直在尋求突破。2020年，人工智能算法AlphaFold2率先打破局面。它僅基於氨基酸序列，就能準確預測人體幾乎所有蛋白質的空間結構。隨着AlphaFold2的算法開放源代碼，它給生命科學、醫學等領域帶來的變化，也非常值得期待。
1859年的卡林頓事件是有觀測記錄以來人類經歷過的最劇烈的一次太陽風暴，然而歷史上的太陽風暴可以比它強數十甚至數百倍。科學家發現，在過去一萬年裡地球至少受到了三次超級太陽風暴的衝擊。這些超級太陽風暴可能來自萬年一遇的「超級耀斑」。如果今天地球被這樣的超級太陽風暴擊中，全球聯網的社會將受到毀滅性的破壞，所有電子數據都可能會被抹去。
人工智能ARTIFICIAL INTELLIGENCE
如果不得不捨棄一種感覺，很多人的選擇都會是嗅覺。但實際上，嗅覺是最容易激起人們回憶的一種感覺。嗅覺的底層機制和其他感覺有較大差異。對同一種氣味，人和人的感覺可能大相徑庭。嗅覺甚至比視覺還要複雜。雖然嗅覺是神經科學領域最早研究的感覺，食品工業也極大促進了嗅覺研究的發展，但科學家在試圖人造嗅覺系統時，卻面臨着極大的困難。
對單細胞生命來說，演化成為多細胞生命看起來並沒有什麼優勢：體細胞必須放棄自己的繁殖機會，轉而給整個個體提供支持。是什麼因素使生命不止一次地選擇了多細胞的生命形式？為了回答這個問題，研究者試圖重現多細胞生命的誕生過程。在短短兩年時間內，實驗室內的單細胞酵母菌演化出了多細胞團，也展現出了很多讓人深思的特徵。
原本笨拙的攝像機正在開始變得聰明。當攝像機和AI算法結合後，它不僅能記錄信息，還能對這些信息做出判斷。這項被稱作情感AI的技術正在被用於識別情感、性格、意圖等無形的信息，但分析的準確性受到了一些質疑。表情是否是人類通用的情感語言？構建數據集時的偏見又會如何影響算法？
160多年前，達爾文的《物種起源》橫空出世，奠定了生物演化理論的根基。此後，群體遺傳學、中性演化等理論上的突破，一次次地修正和擴展了演化理論。然而，隨着生物學快速發展，生物學家認為當前的演化理論依然無法充分解釋新的發現；遺傳信息如何傳遞、如何決定生物的性狀等難題，依然在不斷挑戰着這套久經考驗的理論。部分學者甚至呼籲從根本上修改和擴展演化理論。達爾文的理論真的已經不適用了嗎？
從馮·布勞恩在20世紀50年代提出空間站的設想以來，這個想法所面臨的挑戰幾乎等同於整個科學界、工業界所面臨的最前沿的挑戰，此外，它還會嚴重影響社會資源分配的問題。當火熱的登月計劃逐漸慢下來以後，科學家才有機會分出一些精力和資源去嘗試改造火箭，讓它成為初代的人造空間站。在「天空實驗室」的短暫成功讓科學家看到希望後，航天飛機的設計又被提上日程，促成「國際空間站」的跨國大合作也開始加速推進。
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