每到年底，国际科学界公认的权威刊物美国《科学》杂志都会评选十大科学突破，这不仅是对年度科技大事的年终盘点，从中更能看出近些年来科学界的前沿热点研究方向。

今年的十大突破就反映出21世纪以来科学发展的三大趋势：一是大科学工程解决特定大科学问题作用显著；二是生命科学持续升温，一些重病难病不再是不治之症；三是预印本网站兴起改变科研成果的传播模式。

在今年十大突破中，有两项来自物理学领域，分别是人类首次“看到”引力波和便携式中微子探测器。

当选为头号突破的“看到”引力波是典型的大科学工程项目，美国在过去几十年为此累计投入11亿美元，今年的论文仅署名作者就有3674人，他们来自全球953个机构。便携式中微子探测器的背后，也有着来自4个国家20多个机构的80余名科学家。

事实上，没有大科学工程，过去20年里物理学领域的另两大突破也难以实现。2015年获诺奖的中微子振荡发现，依靠的是日本超级神冈探测器和加拿大萨德伯里中微子观测站。而2013年获诺奖、被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的发现，是欧洲核子研究中心大型强子对撞机的实验成果。

《科学》杂志主编杰里米·伯格在题为《科学的大与小》的社论文章里总结道，有着明确目标的大科学计划似乎要比那些目标模糊的大科学计划更成功。发现引力波的美国“激光干涉引力波天文台”项目就是一个典型例子，它有着坚实的理论基础、明确的目标、充足的时间和资金，还有一支相当重视管理工作的优秀团队。

但伯格也指出，就像今年十大突破反映的那样，大量的重要发现还是来自人数较少的小型研究团队，这些团队会提出更多开放式但有时影响深远的问题。

“小科学项目可以探索各种各样的问题，可以在探索中视情况相对容易地调整科研方向，”伯格说，“小科学项目的一些发现能为需要更多协调的大科学项目奠定基础。事实上，广义相对论的发展、干涉仪的发明以及黑洞和中子星概念的提出与发现，都是带来今年头号突破成果的必要条件。”

四项生命科学成果中，除了冷冻电镜技术外，另三项分别是基因疗法、精准基因编辑和广谱抗癌药，多多少少都与基因有着关联，反映出围绕基因做文章是当前一大热点。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。

而在美国，今年一下子有三种基因疗法获得批准，其中两种治疗癌症，一种治疗遗传病。美国食品和药物管理局局长斯科特·戈特利布评价说，基因疗法正处于一个“转折点”，“我相信基因疗法将成为治疗甚至治愈许多重病难病的支柱”。

生物学预印本兴起的入选也许出乎许多人的意料。预印本是指未经同行评审就上传至公共平台供人查阅的论文草稿，其好处是第一时间发表，有助跟同行及时交流，快速获得反馈。

而传统的学术刊物在发表论文前大多要经过同行评议，其好处是文章质量有保证，但审稿过程一般较漫长，需要数月甚至数年时间，以至于“论文发表出来时，所有的兴奋通常已消失殆尽(《科学》杂志语)”。

最早的预印本网站是1991年建立的阿奇夫论文预印本网站，主要针对物理学，如今70%的粒子物理论文都先以预印本方式发表。近30年后，生物学领域的预印本也开始兴起。2013年上线的bioRxiv网站现在每月上传论文近1500篇，今年该网站还获得了美国陈－扎克伯格倡议公司的资金支持。

《科学》杂志说，许多期刊已允许作者把他们提交的论文先以预印本方式发表，还有一些编辑甚至到bioRxiv上寻找可供发表的论文。欧美许多研究资助
机构也出台政策鼓励使用预印本。同时，预印本还能帮助年轻科学家迅速建立学术记录。这些都表明，预印本已带来“科学传播文化的重大变化”。

有意思的是，今年火得不行的人工智能研究并未入选，这可能在情理之中，因为人工智能的产业化才刚刚开始，人们看到的更多是这个领域的潜力。

另外，量子通信和量子计算技术也没有上榜，这同样可以理解，因为它们距实际应用仍有距离。不过，中国量子卫星项目首席科学家潘建伟入选2017年英国《自然》杂志十大科学人物，彰显出量子技术正受到科学界的高度关注。