现代应用研究中的诸多领域，都严重依赖于一种被称为梯度下降(gradient descent)的关键算法。这是一种常被用于寻找特定数学函数最大值或最小值的方法，也被称为函数优化方法。梯度下降可用于计算多种任务，包括哪种产品制造方式利润最高、哪种员工轮班机制最优等等。尽管如此，研究人员一直没能彻底理解这种算法的核心意义。如今最新研究终于给出了解释，确定梯度下降从本质上是在解决一个具备固有困难性的计算问题。从这个角度来看，最新结果为梯度下降找到了效能上限，因此研究人员不可能在实际应用中获得超出这个极限的性能结果。论文发表在预印本网站 arXiv 上。

一个与病毒大小相仿、悬浮在光束中的二氧化硅晶体，几乎是静止不动的。奥地利与瑞士的两支研究小组各自独立成功将这种直径仅在 100 到 140 纳米之间的微小纳米物质冷冻起来，使其几乎进入最低能量量子态，实际温度仅比绝对零度高几百万分之一度。最后他们又以极高的精度将这粒物质固定起来。 这还仅仅只是开始。他们的目标是将这些物体置于所谓量子叠加态——即除非测量，否则无法确定其实际位置。具体来讲，处于叠加态中的粒子可能同时存在于两个甚至多个位置中的一个，只有在观察的一瞬间才能被确定。这也正是量子力学当中最反直觉、最令人们难以理解的基本性质。 时至今日，让亚原子粒子、原子以及光子（即无质量的光「粒子」）进入叠加态已经不是特别困难；但由于粒子随时会与周边环境相互作用，所以这种量子效应往往极易受到干扰，物体越大相互作用越强，建立叠加态也就更加困难。这些相互作用几乎会立即破坏叠加态，并给物体留下独特且能明确定义的属性。 尽管如此，研究人员一直在稳步增加既能稳定观察到叠加态、体量又更大的观测对象——从粒子到小分子、之后是更大的分子。如今他们已经把处于叠加态的物质块提升到了纳米等级。没人知道这种量子属性的扩展在原则上能走多远。也许在大到一定程度之后，量子效应必然会因引力的影响而消失？但也有可能，这个残酷的物理世界并没有给量子效应设下硬性的体量边界。答案究竟如何，我们将拭目以待。

Ahana Fernandez 和她的同事在中美洲热带雨林中跋涉时，总会听到一种不寻常的声音：尖锐、重复的吱吱声。这些声音来自大银线蝠（Saccopteryx bilineata)的幼崽。在对超过 55000 只蝙蝠幼崽的叫声进行分析之后，研究人员发现这些声音与人类婴儿的咿呀学语有着显著的相似之处——它们都会无休止地重复同一个音节。换句话说，这些蝙蝠也许能帮助我们建立一套模型，用于理解包括人类在内的某些哺乳动物如何将早期声音转化为“言语”。

地球轨道上目前有超过 29000 颗卫星、火箭碎片以及其他大到足以从地面上跟踪到的物体。体积再小一点、无法直接进行地面观测的“小碎片”更是数以百万计。仅 SpaceX 公司在过去两年内就发射了约 1700 颗卫星，用于支撑其提供卫星宽带的 Starlink 星链计划。不少其他企业也在规划类似的项目，这还没有算上世界各地正在或计划要发射的后续卫星。绕地轨道日益严重的拥堵问题，大大增加了发生太空碰撞的风险。位于德国达姆施塔特的欧洲航天局运营中心控制着多颗卫星，每天都会收到数百封警报邮件，提醒其太空碰撞可能即将发生。今年 5 月，NASA 工程师还在国际空间站的一台机械臂上发现了一个 5 毫米直径的洞，显然是与未知太空垃圾碰撞所造成。这些现实情况不仅提醒我们应该更认真地规划太空探索计划，同时也表明全球太空研究界确实该为太空交管工作制定一套可持续框架了。这方面举措将给依赖于轨道观测结果的科学家、乃至整个人类社会带来助益，让卫星以和谐有序的方式支撑起现代通信与导航体系。

科学家们在一篇新论文中报告称，在实验室中使用干细胞培育的迷你大脑已经能够自发发育出基础眼球结构。在培养皿中生长的这颗微型的类大脑器官上，可以看到两个左右对称的视杯结构正在生长，这与人类胚胎期的眼球结构发育过程完全一致。这一令人难以置信的现象，帮助我们更好地理解了眼球的分化与发育过程，甚至给治疗眼部疾病带来新的希望。德国杜塞尔多夫大学医院的神经科学家 Jay Gopalakrishnan 表示，“我们的工作显示出脑类器官产生原始知觉结构的非凡能力，这些结构具有光敏感性，而且拥有与人体内相似的细胞类型。”“这些类器官有助于研究胚胎发育过程中的脑-眼相互作用，模拟先天性视网膜疾病，并提供可用于个性化药物测试及移动疗法的特异性视网膜细胞。”这里需要澄清一点，脑类器官并不是真正的大脑，只是由诱导多能干细胞发育出的小型三维结构——从成年人身上采集的细胞可逆向工程为干细胞，进而发育出多种不同类型的组织。

研究人员绘制了南极洲西部的地热热流图，并确定冰盖稳定性正面临新的潜在威胁。目前南极洲西部特怀特冰川融化产生的影响约占全球海平面上升总量中的4%；考虑到南极几乎没有其他冰川像巨大的特怀特冰川这样快速变化，这一影响数字很可能还将继续上升。在此之前，专家们一直将这些变化归因于气候波动以及冰川与海底温水团的大范围接触。但一项由德国及英国专家开展的最新研究揭示出第三个、也是最难以控制的影响因素。研究表明，冰层下方的地球内部存在大量热能，很可能影响到数百万年来冰川的滑动走向。由于身处地壳明显更薄的南极洲东部构造海沟当中，这股地热热流对特怀特冰川显得尤其明显。

人类对于能源的需求一直持续增长，当我们的能耗接近甚至超过地球上所有可用能源总和时，麻烦就来了。而早在 1960 年，物理学家 Freeman Dyson 就想到了这一点，并从英国科幻作家 Olaf Stapledon 那里借来了一个震撼人心的概念——任何需要维持足够生存空间的文明，都需要在恒星周边建造巨大的结构、全盘接收恒星释放出的能量。这就是“戴森球”。
以往提出的戴森球大多会以同步或异步形式环绕在恒星周围，通过巨型结构将恒星能转化为可用能源，同时产生大量废热。这种热量将在红外光谱中有所体现，因此存在红外信号过剩现象的恒星也许就意味着其星系内存在外星生命。
但国立清华大学的天文学家 Tiger Hsiao 表示，我们观察的方向可能有所偏差。在一项最新研究中，他和同事开始计算在黑洞周边布设戴森球是否可行。他们分析了三种不同大小的黑洞，质量分别相当于太阳质量的 5 倍、20 倍与 400 万倍。
人们通常把黑洞视为能源的吸取者而非释放者。然而，黑洞周边巨大的引力场完全可以通过多种理论过程产生能量，包括黑洞周围气体积聚发出的辐射、旋转的“吸积”物质盘缓缓落向事件视界、相对论中提出的沿黑洞旋转轴射出的物质与能量射流，以及在理论上导致黑洞失去质量并同时释放能量的霍金辐射等。
根据计算，Hsiao 及其同事得出结论，吸积盘、积聚气体和黑洞射流都可以作为可行的能源。事实上，单是质量达到太阳质量 20 倍的中等黑洞，其吸积盘产生的能量就足以为戴森球提供相当于 10 万颗恒星的光辐射能。

科学家已非常接近重现太阳的能量——尽管只持续了很短的瞬间。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员报告称，他们使用 192 台巨型激光发射器轰击一团氢元素，成功释放出超过 10 万亿瓦的聚变能量——即氢原子融合为氦时释放的能量。这相当于模拟恒星内部的聚变过程。事实上，利弗莫尔的基础武器物理副项目主任 Mark Herrmann 以照射在整个地球表面的 170 万亿瓦阳光为例，表示“此次产生的能量约是其十分之一。”他还强调，所有的聚变能量都迸发于一个大约与人类发丝直径相当的点上。但这个本质上相当于微型氢弹的爆炸点只持续了 100 万亿分之一秒。尽管如此，实验的成功激发了聚变科学家们的乐观情绪，他们长期以来一直希望聚变反应有朝一日能够为人类提供无尽的清洁能源。这一成功也标志着利弗莫尔实验室内足球场大小的激光设备终于证明了自身价值。这套投资数十亿美元的设备被命名为国家点火设施（N.I.F.），于 1997 年开始建设，直到 2009 年才开始运行——但始终没有产生任何聚变反应。2014年，利弗莫尔的科学家们终于带来了好消息，但当时产生的能量微乎其微，只相当于一个 60 瓦灯光在五分钟内消耗的能量。8 月 8日 ，他们终于将爆炸能级提升到新的水平，相当于轰击氢元素靶标的所有激光源输出能量的 70%（1.35 megajoules）。很明显，这项实验仍然无法支持聚变能的应用前景，毕竟激发聚变消耗掉的能量仍比释放的能量多。但科学家们坚信，通过对实验的不断微调，释放的能量仍有进一步增加的空间。

被称为 Chicxulub 的小行星直径约为 9.6 公里，在墨西哥尤卡坦半岛上砸出一个直径达 145 公里的巨大陨石坑。这场天地大碰撞不仅消灭了恐龙族群，同时也杀死了地球上约 75% 的动物物种。研究人员使用计算机模型分析了这颗小行星如何从小行星带的不同区域内飞向地球，并结合对 13 万颗模型小行星的观测以及采集自其他已知坠地小行星的数据与特征，发现撞击地球的天体来自外小行星带的可能性比以前认为的高 10 倍。在撞击地球之前，这颗小行星在主小行星带内绕着太阳运行。小行星带位于火星与木星之间，受综合引力的束缚而总体处于稳定位置。在此项研究发表之前，科学家认为很少会有小行星能够从小行星带的外半部分逃逸并撞上地球。但研究人员发现，这条“逃生通道”很可能由热力产生——即热力将处于外围的小行星拉出轨道并抛向地球方向。小行星带外围的天体主要是各类碳质球粒陨石，即黑色、多孔且含碳的岩石，在地球上也有不少同类岩质。在此项研究之前，其他科学家也曾努力追溯“恐龙杀手”的来源，甚至对 6600 万年前的岩石进行分析。地质学家分析后发现 Chicxulub 小行星的成分与如今我们熟悉的碳质球粒陨石相似。结合 Chicxulub 小行星漫长的观测时间尺度，科学家预测称地球很可能每 2.5 亿年就会迎面撞上一颗近 10 公里直径的小行星。他们的计算模型还显示，这些致命的“太空抛物”中近半数属于同样的碳质球粒陨石。

在 COVID-19 疫情爆发二十年前，曾有一种颇有渊源、但致命性更强的冠状病毒给整个世界带来恐慌，当时 8000 名感染者中近 10% 不幸死亡。但 2003 年出现的严重急性呼吸系统综合症（SARS），却也给幸存者们留下了一份厚礼——最新研究表明，已接种 COVID-19 疫苗的前 SARS 患者似乎能够抵御现在所有新冠病毒变体，甚至不惧未来可能出现的其他变异毒株。其强大的抗体还可避免人体受到其他动物所携带病毒的侵袭，有望为我们研究开发足以预防未来所谓泛冠状病毒的疫苗提供宝贵线索。由新加坡杜克大学-新加坡国立大学医学院新兴疾病专家 Linfa Wang 领导的团队找到 8 位 SARS 幸存者，并于最近对他们进行了两次 mRNA COVID-19 疫苗注射。Wang 及其同事在《新英格兰医学杂志》上指出，他们从受试对象血液中筛选出的抗体能有效“中和”COVID-19 早期毒株与 SARS 病毒。研究小组还进一步发现，这些中和抗体对于 COVID-19 的 Alpha、Beta 与 Delta 变体拥有良好的抵御效果，同时能保护人体免受蝙蝠及穿山甲体内发现的其他五种可传人冠状病毒的感染。