2015年，科学、技术和工程学等各个领域的巨大进步将再次以深刻的方式影响和改变世界，从埃博拉药物到虚拟现实；从开垦商业太空栖息地到机器人开源革命，美国《大众科学》杂志网站近日为我们遴选出2015年十大最值得关注的科技动态，这些进步让我们对新的一年充满更美好的期待。

    一、离岸风力发电时代到来

    2014年，当员工开始在美国马萨诸塞州的港湾城市科德角（Cape Cod）安装高压电缆时，他们其实也在为一个可再生能源的新时代奠定基础。这些电缆会将电力源源不断地从美国的第一个离岸风力发电厂——科佩风力发电厂（Cape Wind）输送到其他地方。

    从2016年年底开始，这个发电厂的130个庞大涡轮机将为新英格兰地区（包括缅因州、新罕布什尔州、佛蒙特州、马萨诸塞州，罗得岛州、康涅狄格州共6个州）的25万居民提供其总用电量的75%；而且，在接下来的25年内，有望为他们节约72亿美元。

    目前，美国风力发电厂的总发电量约为610亿瓦，但大多数风力发电厂都位于这个国家的中部地区，远离人口密集的沿海地区。能源咨询师布鲁斯·汉密尔顿说，到2020年，从缅因州到德州，目前已经提出的这些离岸风力发电计划，有望再提供30亿瓦的电力，足以为200万户家庭供电。

    在发展离岸风力方面，美国落后英国和丹麦等国家整整10年，但这种情况可能会发生变化，汉密尔顿说：“科佩风力发电厂的成功是一个明显的标志：在美国，离岸风力发电的时代已经到来。”

    二、埃博拉药物到达西非

    2013年12月，一名2岁的几内亚男童开始发烧，排出黑色粪便并且呕吐，发病4天后，这名男童于2013年12月6日死亡。男童死后，她的母亲出现出血症状，在12月13日死亡。然后，男童的3岁姐姐也在12月29日死亡。男童的祖母后来也有同样症状，于2014年1月1日死亡。两名参加祖母葬礼者把病毒带回村落（西非部落传统葬礼有清洗、触摸和亲吻遗体等习俗）。一名卫生人员将病毒带到另一村落且死亡，医治卫生人员的医生也丧生。这名卫生人员与这名医生把病毒传染给来自其他乡镇的亲戚。盖凯杜是盖凯杜省首府，跟另外两个西非国家接壤，令埃博拉疫情蔓延。

    截至2014年11月9日，历史上最严重的埃博拉疫情已经造成14098人染病；5160人死亡，其中绝大多数在西非。

    但这一情况将在2015年出现转机。澳大利亚昆士兰大学的病毒学家伊恩·麦凯说：“这一流行病的规模之大，驱使所有人以远超以往的速度来研制疫苗或推出相关药物。”在记者发稿前不久，研究人员刚刚在西非对两种主要的抗病毒新药：brincidofovir和Favipiravir（法匹拉韦）进行了临床试验。

    Brincidofovir原本用于干扰病毒DNA复制，目前正进行针对巨细胞病毒和腺病毒感染的三期试验，约有1000人接受了该药物治疗。此前，生产商Chimerix公司针对埃博拉病毒开展了两次测试，发现该药物的确能在试管研究中抑制病毒。不过，Brincidofovir无法在猴子身上测试，因为猴子体内的一种酶会让药物迅速失活。但Chimerix公司称，针对豚鼠和老鼠的研究正在进行中。

    抗击埃博拉病毒药物法匹拉韦由日本科学家研制而成，研究表明，在老鼠接触埃博拉病毒后连续6天接受法匹拉韦治疗，可免于感染埃博拉。不过，和猴子不同，老鼠只有轻微症状，因此，试验鼠经过了基因改造，抵抗病毒的免疫防御完全缺失，这让试验结果变得很难诠释，所以需要进行更进一步的测试。

    世界卫生组织助理总干事玛丽-保莱·基尼表示，两种实验性的埃博拉疫苗可能最快于2015年1月到达西非的医疗工作者手中。其中一种疫苗由制药巨头葛兰素史克研发，其利用冷冻的黑猩猩感冒病毒作为载体，将两株埃博拉病毒（苏丹株和扎伊尔株）的遗传物质递送至人体内，疫苗注入后，这两种基因能产生一种蛋白质，激活人体的免疫系统，从而对抗病毒。而另一种疫苗则由位于爱荷华州埃姆斯的“纽琳基因（NewLink Genetics）”公司研制，这一疫苗包含有一种改造后的家畜病原体，其中包含有一个埃博拉病毒基因。

    因为有这么多生命危在旦夕，因此，一般要耗时数年的新药和新疫苗的研制过程被压缩到数月。尽管埃博拉疫情的发病率在有些地方已经下降，但美国贝勒医学院院长皮特·霍特兹说：“每周我们都会看到感染数量的快速增加。”没有人能保证这些在动物身上有效果的疫苗和药物在人体上也有同样好的表现，但聊胜于无，是目前所有病人的想法。不管怎样，这些疫苗和药物带来的是希望。

    三、超快数据传输加快科学发展进程

    当大型强子对撞机（LHC）于今年春季“重出江湖”时，它将产生有史以来最庞大的数据量——每年将产生40千兆兆字节的数据。这种汹涌而至的数据量的飙升反映了科学界的一个趋势：日益精密的仪器将产生越来越庞大的数据。

    尽管这是一件好事，但也是一个问题，尤其对那些与LHC这样的大型设备远隔千里的科学家来说，如何快速获取这些有价值的数据成了他们亟待解决的问题。尽管海量数据能在超高速光纤网络（比如美国能源部的影子光纤网络“ESnet”，其数据传输率为1011/秒）中，以火箭般的速度传输，但一到缓慢的水下缆线，传输速度就直线下降。

    不过，到今年1月底，ESnet将能横跨大西洋进行数据传输，在美国和欧洲的实验室之间，提供3.4×1011/秒的数据传输速度，这将改变全球合作的速度和格局。

    ESnet负责人格里格·贝尔说：“不仅在物理学领域是如此，在气候科学和基因组学领域也是如此，数据传输成为最棘手的问题，全球各地有大量的团队在工作，我们的使命是使距离变得无关紧要。”

    四、探测器将揭示矮行星的秘密

    史上第一次，人类将于同一年内对两颗新行星进行探测。这里的“新”不仅指此前从未曾有探测器到达过，而且也指类型之新。冥王星和谷神星都是矮行星，谷神星还是太阳系中最小的、也是唯一一颗位于小行星带的矮行星，这意味着它们不仅体积大、体型圆（与地球类似），而且与其他行星共享轨道（与地球不同）。研究表明，对这些处于中间地带的行星的研究将是我们理解太阳系的形成和演化历程的关键。

    美国国家航空航天局（NASA）的宇宙飞船将于2015年3月份“拜访”谷神星。谷神星是小行星带的一个异类，它的宽度约为590英里，重量为这一小行星带内所有其他小行星总重量的三分之一，其大约诞生于46亿年前太阳系形成初期。研究表明，谷神星的表面拥有黏土矿物和霜冻，其大气层很稀薄，或许还有一个地下海洋。

    冥王星是另一颗迄今还没有太空飞行器访问过的矮行星，甚至连哈勃太空望远镜也只能观察到它表面上的大致容貌。当NASA的“新地平线（New Horizons）”探测器于2015年7月份掠过冥王星时，可能会做出更重大的发现。冥王星的直径约为1440英里，是“柯伊伯带”中目前已知最大的天体。“柯伊伯带”是太阳系在海王星轨道外黄道面附近、天体密集的中空圆盘状区域，其中满是冻岩。多年的研究使人类掌握了一些基本细节：冥王星拥有5个已知的卫星，其中一个卫星的体积超过冥王星的一半。冥王星的轨道非常特殊，气候极端：夏季，表面的冰蒸发进大气中；在冬天又凝结到地面上，狂暴的温度变化也可能导致冥王星的表面出现冰喷发。

    但大多数情况下，我们不知道会发现些什么，“新地平线号”探测器进入柯伊伯带是对未知领域的一次探险，用科学家阿兰·斯特恩的话来说就是：“数十年来未曾有之事件。”

    五、广义相对论接受检验：可能催生“万物之理”

    1915年11月，阿尔伯特·爱因斯坦公布了一组方程式，颠覆了我们对于时间和空间的观念。整整一个世纪过去了，令人沮丧的是，他的伟大理论仍不完整。广义相对论的确已成为我们理解宇宙大爆炸、黑洞以及重力本身的基础，但整套理论的关键部分仍然未经证实。

    一个未被证实的预测是，加速运动的质量会产生引力波，就像船只在湖面上航行会制造出涟漪一样。2015年7月，随着名为“丽莎探路者（Lisa Pathfinder）”的探测器发射升空，搜寻引力波的工作将达到新高潮。

    “丽莎探路者”将测试一种技术，为一个新的引力波天文台做准备。另外，从2015年开始，两项在地面上进行的实验：先进激光干涉引力波天文台（Advanced LIGO）和“先进处女座（AdvancedVirgo）”引力波天文台会上岗工作。

    这些实验应该能够捕捉到恒星爆炸产生的引力扰动。科学家们还将对一个编号为PSR J0337﹢1715的“三体星系（类似太阳系这样的恒星星系，不过其有三个太阳）”的运动进行观测。他们希望借此厘清引力对各种物质的作用是否一致，就像爱因斯坦所认为的那样。

    一些科学家怀疑，相对论的某些方面确实错了。因为，多年来，宇宙学家们总是能观察到剧烈的、无法解释的星系运动，他们一般将这种运动归因于理论中的暗物质和暗能量，但在2014年的一系列会议上，物理学家们探讨了另外一种可能性:万有引力或许并非简单地以爱因斯坦所认为的方式作用。那么，矛盾就来了：广义相对论和量子力学之间发生了冲突。科学家们想了各种办法来调和这种矛盾，但迄今为止一无所获，除了数不胜数的且未有定论的与弦理论有关的论文。

    物理学家们对2015年最大的期望是，上述实验中的某个实验能揭示爰因斯坦在哪里偏离了轨道，以便其他人能跳回去并继续探索爰因斯坦所努力寻求的“万物理论”。

    六、商业太空栖息地与空间站对接

    2014年，当NASA选择太空探索技术公司（SpaceX）和波音公司这两家公司将宇航员运送到国际空间站时，商业太空飞行就到达了一个重要的里程碑。2015年，NASA将把注意力转向下一个合乎逻辑的步骤：商业太空栖息地。

    SpaceX公司计划于2015年夏末或初秋将总部位于内华达州的私人航天服务公司毕格罗航空航天公司研制的“可扩展活动舱”(Expandable Activity Modul)发送至国际空间站。一旦该栖息地与“宁静”号节点对接，它将膨胀至13英尺长，随后，在接下来的两年中，仪器将检测其在太空如何运行，能支撑多久。毕格罗宇航公司将利用这些数据，打造一个可容纳12人的太空站。

    与此同时，NASA已经开始为商业太空站制定使用标准。NASA的商业航天部主任菲利普·阿里斯特说，私营企业将有助于维持人类在近地轨道上活跃而持续的活动。他说：“美国航天事业不再只是我们的事情。”

    七、美国西部将遭遇水危机

    地质学家们知道地下水的位置所在，但他们不知道每个含水层包含多少水，就像我们能够从卫星图像上看到一个游泳池，但却不知道它有多深一样。

    美国加州已经连续3年遭遇严重干旱，水库水位触及历史低点，干燥的森林导致野火频发，一些城镇面临无水可用的窘境。加州农业生产重地“中央谷”的许多农民，甚至不得不绝望地从储备水源（自己土地下的地下水）中抽取大量水来灌溉庄稼。但这最多只是剜肉补疮，不仅如此，还造成了严重的后果：近年来，一些地区的地面已经下陷了100多英尺。

    2014年9月16日，加州州长杰里·布朗签署了3个旨在加强地下水监管的法案。人们呼吁对地下水资源进行更精确的测量和统计。加州大学欧文分校的水文专家杰伊·法姆吉列蒂说：“现在我们甚至不知道银行里有多少钱（地下有多少水），我们只知道水面越来越低。”

    新技术将对地面和地下水的总量进行探测，丰富水文地质图的内容。比如，美国斯克里普斯海洋研究所的研究员观测到的地壳上的小型洼陷，能揭示整个西部地下水的流失量；科罗拉多大学博尔德分校的团队则研发出了一种方法，能使用GPS仪器来测量土壤的湿度和积雪的厚度。

    气候变化会造成更多的干旱，这几乎是不可避免的，但这些数据将唤醒人们意识到水危机的严重性，让人们意识到水危机已然到来，并引导人们去缓解危机。

    八、机器人加入开源革命

    有史以来最复杂的三大机器人——NASA的“机器人宇航员2号（Robo-naut2）”、Rethink Robotics公司的“百特（Baxter）”工业机器人和波士顿动力公司的双足人形机器人“阿特拉斯（At1as）”有一个共同点:它们都运行“机器人操作系统（ROS）”，这个开源的操作系统正迅速成为机器人行业的“安卓系统”。

    为什么这一点意义非凡？因为“机器人操作系统”是开源运动的理想典范:它强大、免费，与其他平台采取合作而非竞争的姿态。它遍地开花，出现在波音公司和福特公司的研发实验室内。开源机器人基金会首席执行官布莱恩·格尔奇说：“在机器人领域，我们具有举足轻重的作用。”

    过去一年，“机器人操作系统”的下载量增加了一倍，达到350万次，格尔奇预测，随着“机器人操作系统”2.0版在2015年夏天的发布，下载量有望再次飙升。升级版的系统能协调机器人群组、改进机器人的行走能力、支持智能传感器等，基本上可以把全世界的机器人召集起来。

    九、人人都将拥有虚拟现实头盔

    在上世纪90年代，虚拟现实的第一次大繁荣时期，没有比杰弗里·特拉维斯更疯狂的粉丝了。这位工程师兼电影导演一直希望有朝一日能背着一款虚拟喷气背包，前往虚拟世界探险。后来，他真的尝试了虚拟现实。他说:“很差劲，图像太差了，根本无法告诉你你正在看什么。”

    时间匆匆如流水，一晃就到了2015年，特拉维斯即将推出自己的虚拟现实产品了:一款名为“火箭王牌（Rocket Ace）”的超级真实的虚拟现实飞行喷气背包。头戴Ocu1us Rift虚拟现实头盔的用户扣着一条尼龙安全带，就能进行超人式“飞行”了。

    2014年，“脸谱（Facebook）”公司收购了虚拟现实技术公司Oculus VR，使虚拟现实技术成为技术界的“香饽饽”，人类逐渐迈入虚拟现实这个新时代。特拉维斯说：“高清的小型显示器、性能更优异的运动探测传感器等都纷纷聚合在一起。”

    包括三星、索尼、谷歌、微软等在内的技术巨擘们当然也不甘落后，纷纷在虚拟现实技术领域砸下重金。三星公司同Oculus VR携手，为Galaxy Note 4手机研发了一个头盔；索尼公司为PlayStation 4研发出了虚拟现实头盔Project Morpheus。谷歌公司推出的Project Tango平板电脑也成为其在虚拟显示技术领域的第二次尝试，Project Tango摇身一变，成了“谷歌家的Oculus Rift”。而在虚拟现实技术方面，微软并不只在虚拟现实眼镜方面进行了投资，最近，微软总部透露出微软正在研究的一项被成为“Roomalive”的新技术，这一技术通过使用多个投影仪和传感器，可以将用户的房间变成游戏空间，从而提高玩家游戏的“沉浸感”。

    科技巨头们争相涌入虚拟现实领域，对消费者来说是个福音，最终将导致产品的成本大幅度降低。因此，即便2015年不会成为人人拥有虚拟现实头盔的一年，也会成为人人开始想要拥有的一年。

    十、生物仿制药为患者带来福音

    大多数药物由化学家研制而成，但最有潜力的药物中的一些，比如治疗癌症、关节炎和多发性硬化的药物，由生物学家利用活细胞制成。这些药物被称为生物制剂，其身价高昂，比如，一个疗程的乳腺癌药物赫赛汀（Herceptin）的售价为5万美元。生物技术公司无法百分百地复制生物制剂，但他们可以做到非常接近，这些相对便宜的仿制品，被称为生物仿制药，此类药物“小荷已露尖尖角”。

    因为生物仿制药与其所仿制的生物制剂在分子构成上略有不同，因此会受到更为严苛的监管。美国食品和药物管理局（FDA）于2014年夏季批准了两家公司提交的申请。汤森路透的分析师玛丽·谢列布罗夫预计，2015年监管部门将开绿灯，为更多的生物仿制药的问世和上市铺平道路，从而为患者和保险公司省下大笔钱。