Part.1

2053年,世界的样子

30年前相比,2053的时空仍遵循经典力学。

引力(F)没有随时间膨胀,光线也没有随岁月偏转。

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这里的大楼,和30年前一样仍然那么科幻。

它们并没有被空气氧(O)化,也没有被海风腐蚀。

他们矗立在城市的中央,一直在证明牛顿力学是文明的基石。

但人心变了,与30年前相比。

我们变得更加从容和自信,更加豁达和宽容。

相信生命是一个熵-的过程,但又无可避免的制造熵+

相信社会进步是一种积分过程,而不完全是功利的h/2π量子化。

2053年的中国,我们的科学家正在试图统一四种力。

2053年的华人,诺奖不再只是难以企及的梦想。

这个时代,想像力没有被社会吸引而弯曲,原创力被科学引擎推动得更加张扬。

可回溯到30年前,中国又是什么样子的。

Part.2

2023年,又是什么样子

2023年,那是一个相对浮躁的年代。

有一部分人开始怀疑F=M(dV/dT)万物皆可控。

不再认为麦克斯韦电磁转化Φ=B·S·cosθ天经地义。

在不确定性中行走了一段距离后,相信不确定性才是真理,甚至相信混沌定理开始席卷世界。

一样安定是“极小概率C”波动可能才是“大数定律”

特别是在科学方面存在自我怀疑:

我们的原创力有点弱?

当然,并非人人如此。

一些年青科学家在理论和实践中奋勇前行,我们有着顶尖原创天赋。

一些机构也给予这些人力量,在科学方面我们一样取得伟大成就。

2023年的努力与专注,没有想到孕育出2053年的奇迹。

Part.3

那些年,种下了一颗颗种子

回首2023年,足足过去30年了。

当时在时光缝隙中撒下的科学种子,

如今已成为引领世界前行的灯塔。

亮着的实验室在提问,不眠的研究者在回答。

《问道前沿:科技如何构筑我们的未来》这本书,就是一种时代的见证。

作者杨国安

发行时间2023年

一句话推荐:一本书让管理者、产业人士、投资人、科研人员等看清趋势洞见未来。

这个时代的未来布局者,既要目光长远,又要谨慎用心。

这个时代的科学家们,既要保留理想主义,又要应对现实压力。

从2053年回头来看,那是一个高瞻远瞩的时代。

在迷茫中寻找并坚定目标,更值得尊重并细细揣摩。

这本书记录的这些科学家,都是“科学探索奖”的获奖人。而“科学探索奖”激励的这些科学家,一个个成为科学带头人。

科学探索奖”于2018年设立,是一项由新基石科学基金会出资、科学家主导的公益奖项,是目前国内金额最高的青年科技人才资助项目之一

为鼓励科学家们心无旁骛地探索科技“无人区”,“科学探索奖”每位获奖者将连续5年、获得总计300万元资金。五年来,“科学探索奖”评选了248位获奖人

对一个国家而言,基础科学的投入和发展,影响其未来中长期的竞争力。

这本书的作者、腾讯集团高级管理顾问、青腾教务长杨国安2023年9月表示:

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龙头企业是需要有使命感去支持基础科研的。除了自身要加大科研投入,企业也可以利用资金灵活等优势,做一些基础科研的创新资助。今年是科学探索奖五周年,五年来,腾讯探索了一套社会力量资助基础研究的创新机制,希望成为国家的有益补充。

目标纯粹,就是种下一粒粒的科学种子,未来将在华夏各地生根发芽。

受访的每一位科学家都需要回答一个问题:

在这个领域,

你觉得30年后的中国会是什么样的图景?

30年后的中国,在当时的那些科学家眼中,是什么样子呢?

通过聆听这些科学之心的对话,窥探未来的科技中国。

Part.4

30年后,中国是什么样子?

与30年前相比,中国不仅在科学探索上取得了显著进展,更在社会文明和人文精神方面也焕发着崭新的活力。而这一变革的推手,正源自一群怀揣科学梦想的杰出科学家。

书中将问题聚焦于生命科学、能源环境、数智科技这三个与生活密切相关的科学领域,用一年多的时间,访问在这些领域内进行前沿研究的科学家。

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通过记录这15名优秀青年科学家的故事,沉浸式领略科学思考和行动的轨迹。

生命科学领域,科学家们对细胞、蛋白、基因等微小生物单元进行深入研究。

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李毓龙(北京大学)

—研究领域—

神经生物学

这个领域的研究和发展,面临的最大挑战是什么?如果让你来描绘你所在领域中国30年后的未来,你能想象到的是什么样的图景?

我觉得现在最大的挑战其实在“人”上。比如,我们现在的工作在全世界是领先的,给很多优秀的科学家、前沿的研究提供了新的工具,但事实上,我们的合作者中,国外的科学家比国内的科学家还多。中国的科技水平在发展,但是顶尖的科学家还是比较少的。现在,我们国内有不少好的研究所,比如在北京、上海等地,研究水平是相当不错的,世界领先,但是从平均水平上来说还远远不够,比如在沿海和内陆的,受经济发展的影响,研究所的研究水平参差不齐。

我之前在美国留学,发现在其排名前100的大学中,即便是第100名的大学,可能都有非常好的甚至诺贝尔奖级的实验室存在。但是在中国,最好的可能全世界领先,但排到第100个,这种世界领先的研究团队就没有了。

我希望有更多优秀的年轻人参与进来,而且是不同学科的人。脑神经科学的复杂性,其实提供了一个很好的机会,让人们可以用交叉的手段去做研究,比如说我们实验室的荧光探针,其实就需要用到化学、物理学,乃至一些数学上的知识、计算机的技术,还有生物学。

很多年前钱永健就说过,物理学中世界最高研究水平的工作,在《科学》《自然》杂志上常常都有100个作者,研究加速器、量子通信等,学科发展到一定的程度,需要很专业的团队做这样的事情。而在生命科学乃至脑科学,你可以利用交叉的手段去一展所长,这其实是创造了新的赛道。

总的来说,我希望30年后,全国平均水平能有一个大的提升。以全世界的神经科学作为一个参考,中国各个不同的研究所、大学的神经科学研究都能茁壮成长。

刘颖(北京大学)

—研究领域—

长期关注细胞对能量和

营养物质信息的感应机制

如果让你来描绘你所在领域中国30年后的未来,你能想象到的是什么样的图景?

这个问题我经常被问,但我实在没法回答,我真的觉得科学没有办法被预期。科学的发现、技术的突破有时就像牛顿的苹果、青霉素的诞生一样,可能是某一天突然有人拍了下脑门儿想到的事情。我觉得可能做生命科学研究越多,对生命的敬畏心就越强。你会感觉怎么能这么奇妙,每一步都有很精确的调控过程。

鲁伯埙(复旦大学)

—研究领域—

神经退行性疾病相关研究

假设这项研究成立,未来有突破进展让你发现如何逆转死亡,让神经元复活,它会带来伦理学的问题吗?

我觉得这个差距还是很大的,更多的还是一个细胞生物学的问题。我想了解死亡的本质—死亡的过程,生和死的界限到底在哪里?在这个过程里,“死”到什么程度就逆转不了了?“死”到什么程度还可以逆转?我之所以想做蛋白操控系统也有这个原因。比如,假如我们有一个蛋白的操控系统,又如果复活的关键是某一些蛋白产生特定的变化,那么我们就可以对死亡的细胞加相应化合物,通过促进这些蛋白的特定变化来促进细胞的“复活”。如果“复活”是存在的,那么它可能是由一套分子系统来达成的,我想要找到这套分子系统。

陈鹏(北京大学)

—研究领域—

集中在化学与生物学的前沿交叉领域

提出“蛋白质瞬时原位激活技术”

如果描绘你所在领域30年后的未来,你能想象到的是一个什么样的图景?

我觉得30年太长了,我想先从10年谈起。我们现在对生命系统分子图景的认识,其实处在盲人摸象的阶段。很多时候,我们需要建立一个完整的分析图景,这需要整个化学生物学,甚至整个交叉领域的科学家来帮助生命学家、医学家一起建立。现在,医学还有很多疾病无法治疗,生物学家那边有很多问题没有答案,分子图景能帮助他们解决其中很大的一部分。10年后,我觉得会有一个更全面的分子图景。

20年后,可能就可以根据这样一个分子图景诞生更多的治疗技术。我们一直强调,化学生物学的一个优势就是在建立分子图景的时候,附带着把一些治疗的技术同时解决,这两件事情是整合在一起的。我们也在做这样的事情,帮着理解免疫治疗的基础问题,同时又在做免疫治疗的新策略的开发。

30年后,我希望有更多的疾病能被治好。比如干细胞的研究,往前突破的话,我们就可以加一个什么药,这样截肢的人的腿就长出来了,烧伤病人的皮肤就全长好了,刚才说的老年痴呆就被彻底地消灭了。不光是说人类的寿命增长,而且人类能够高质量地生活到长寿。还有就是对癌症的免疫治疗,也就变成像去药店买一盒抗生素一样方便。

周斌(中国科学院)

—研究领域—

谱系示踪技术

未来 10年,在再生医疗领域,你觉得你们最有机会在哪些方面有突破?

30年变化太大,没人能够预测,现实生活就有很多不确定性,就像科研一样,你无法预测将来,你只能希望30年后的将来是什么样。

我希望未来30年,我们的科研更加发达,这要求我们一定要有原创性,有非常多基础研究的投入,我们的基础越强,就越不会被“卡脖子”“卡脑子”。

就说我自己的领域吧,如果我能掌握世界上最好的遗传学技术,能够找到有效促进心脏再生的方法,无论是心肌细胞增殖,还是异种心脏再造,哪怕现在只是在小动物模型上能做出来,都是一种突破,从而为将来在临床转化做好基础。

假如全世界有1000个科研的细分领域,在30年后,希望这1000 个细分领域有三分之一或者更多是我们中国领先的。我们国家要继续为基础科研培育良好的土壤,继续增加基础科研的投入,尊重学科发展的科学规律,让它逐步发展壮大起来。

能源环境领域,科学家们聚焦“如何通过清洁能源的使用减少对环境的破坏”;以及解决清洁能源在储存、运输、使用过程中面临的系列问题。

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周欢萍(北京大学)

—研究领域—

新型薄膜光伏材料与技术的开发

如果让你来描绘你所在领域中国 30年后的未来,你能想象到的是一个什么样的图景?

30 年后,我们就要碳中和了,产能产量出口都有好几倍,甚至几十倍的提升吧。从技术层面上,我可能会觉得有主流的两种技术,一种叫作“钙钛矿单结技术”,一种叫作“叠层技术”在不同的市场上、不同的细分领域内发光发热。在太空上也有我们的这些电池。因为碳中和需要技术进步,所以我们一辈子的科研都会很有价值感,我自己觉得有成就感,也会觉得幸福。

马丁(北京大学)

—研究领域—

氢气储运

如果让你去描绘你所在领域中国 30 年后的未来,你能想象到的是一个什么样的图景?

从我儿时到我读研究生,这个领域应该是欧美或者日本最强,比如说合成氨、太阳能产氢、电解水产氢、费托合成等,国外的科学家几十年前或者是 100 多年前就发现了这些东西,他们的科学启蒙和发展更早。到了 20 世纪 90 年代,中国的催化研究有了很大的积累,同时我老师那一辈的科学家逐渐从西方回来,带回了更先进的研究思想和手段并开始培养他们的第一批研究生(也就是我们),到现在,我自己觉得就多相催化这个领域来讲,我们已经和西方同年龄段的研究者水平差不多了。30 年以后,我希望中国会成为科技的领先者,当然,这需要有更多有远见的人的支持,才能有越来越多原创性的成果。

郭少军(北京大学)

—研究领域—

提高铂催化效率、降低其使用成本

现在我们国家提出了“2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和”的目标,这对你的研究有什么影响?

2020 年财政部、科技部等五部门联合发文,在京津冀、长三角和珠三角开展燃料电池示范。氢能迎来了一个非常好的发展时机。

因为我们在高校中做的研究,大部分并不能在短时间内转化成生产力,但现在国家有了需求,我们也需要去解决一些工艺优化的问题,朝着实际应用方向不断努力。

我也常常庆幸自己当时选对了方向、选对了课题,才能遇到这样的历史机遇。

巩金龙(天津大学)

—研究领域—

围绕烷烃脱氢

和二氧化碳转化与利用等领域

假如让你描绘你所在的领域中国 30年后的未来,你想象到的是什么样的图景?

我觉得 30 年后的中国,可再生能源在总能源使用中的占比会非常高,风电、光电随处可见。能源会进入更智能化的开发和调控模式,资源利用率高的同时,整个社会的生产效率也会很高。到那个时候,环境也会很清洁,水、空气、大气,都会非常干净。彼时的中国,一定是生态宜居、世人向往的神州。

王书肖(清华大学)

—研究领域—

区域大气复合污染形成与控制

汞污染与防治

在未来的 5~10年,你觉得你所在的领域最有可能的突破会是什么?

做技术预测非常难。它有一些偶然性,不好判断。也许会非常快,一个偶然的发现,一下子就走了一大步,也可能会一下子卡很长时间。但我自己觉得,可再生能源技术和储能技术,是非常有希望在 10~15 年内取得显著进步的。

数智科技领域的科学家们,正利用人工智能、自旋芯片、类脑计算、量子信息科学等前沿技术改造着世界。

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山世光(中国科学院)

研究领域

计算机视觉

你怎么看人工智能未来的发展?

我觉得未来 5~10 年,人工智能方法论上会有一个大的变化,就是深度学习配合大模型基座和小样本,让计算机具有解决新问题的能力。从数据量的角度来说,可能用现在数据量的千分之一,就可以达到同样的智能能力,也许 3~5年就会找到办法比较好地解决这样的问题。

在应用的角度,也许智能算法安全会给人工智能的发展戴上更多的枷锁,对技术本身的边界,或者技术应用的边界,会有更清晰的约束。这种枷锁是必要的。

杨玉超(北京大学)

—研究领域—

长期从事忆阻器和类脑计算研究

如果描绘你所在领域 30年后的未来,你能想象到的是一个什么样的图景?

我想象不出来啊,5~10 年的话我们还可以畅想一下,10~30年,肯定不是一个三倍的关系。我做非线性的研究,常常用非线性的视角来看(问题 )。从改革开放到现在才 40 来年,发生了翻天覆地的变化,完全预期不到后面的进展。就像混沌一样,前边一个微小的量的变动,会带来一个巨大的变化,30年之后,(这个领域)可能也会天翻地覆吧。

赵巍胜(北京航空航天大学)

—研究领域—

长期研究自旋芯片

你觉得将来芯片会发展到一个什么水平?

现在其实都是可以期待的,芯片会取代所有的东西,人工智能的核心就是芯片。以后整个信息化、互联网、人工智能、大数据、数字社会、数字教育,底层全是芯片。芯片会越来越成为我们生活的一个根基。它的发展无非就是继续发展 60 年的摩尔定律,能效比继续提升,存储容量越来越大,集成密度越来越大。这个在未来几十年都不会变,再发展 60 年不会有问题。

陈宇翱(中国科学技术大学)

—研究领域—

多粒子纠缠操纵、

量子模拟、量子通信等。

如果时间放到未来 30年,然后领域扩展到整个量子信息科学呢?

一方面,量子模拟肯定会是一个比较主流的手段,不管材料也好,化学也好,(量子模拟到那个时候)已经可以为我们提供很多帮助。通用的量子计算,比如说解 Shor 算法的量子计算机,我觉得 30年还不一定能造出来,但是它一定还有其他的作用。有硬件了之后,肯定能够针对它这么强大的计算能力,设计出一些有用的算法来。我觉得可能是超算、量子模拟和量子计算三者互相结合,尤其像现在的 ChatGPT 时代、大数据时代,(量子信息科学)肯定会发挥更大的作用。

周昆(浙江大学)

—研究领域—

计算机图形学、人机交互、

虚拟现实和并行计算。

从技术发展的角度,请你展望一下未来 10 年,虚实融合对我们的日常生活有什么样的改变。

从技术化角度来看,我还是对元宇宙、全真互联网这个概念—尽管是概念—充满了期待,因为我觉得这里面 3D 内容的渗透会越来越深入。

我觉得未来—不见得是 10 年—每个人的数字化身,甚至会像我们现在的身份证系统一样。比如二三十年前,每到过年的时候,家里就要拍一个全家福,这实际上是对此刻的记忆:现在还有很多人会去拍写真集,或者婚纱照,其实都是要去纪念这件事情,是一种留影,把这件事记录下来。从我们做这个技术来看,数字化身是全息的记录,不只是一个状态的记录,而是可以互动的。打个比方来说,这个时候的“我”可以全部被数字化,这个“我”是可以跟未来的“我进行互动的。我的小孩十二三岁了,其实他三四岁的样子,我的记忆已经很淡了,我们那个时候拍了很多照片、视频,但实际上很少有机会去翻,数据量太大了,但如果把那个时候的孩子全息记录下来,它能供我们之后随时翻看,还能跟我进行互动对话,这会是非常了不起的事情。

在这些问题的深处,可以窥见国家命运的影响因子和人类奥秘的自我求索。

Part.5

至少我们在努力

这些科学家的梦想,2053年实现了吗?

有的仍然处于量子谜雾中,有的则连方程都统一了。

有的技术已经在为全人类造福,有的则已经湮灭于无限时空。

有的科学家已经成为科学泰斗,有的仍然在默默努力。

现在是2053年,一切看起来让人兴奋和骄傲。

那么未来30年呢,2083年呢,又会怎么样?

这里我们再一次引用《问道前沿:科技如何构筑我们的未来》作者杨国安的话:

至于个人和人类的未来,在访谈结束后,我保持着既悲观又乐观的态度。

“命运”是个宏大的概念,影响因素太多,疾病受到成人人体40万亿~60万亿个细胞的影响,气候变化受到全球所有国家、物种、资源的影响,但总有一种谨慎的乐观蕴含其中。

至少我们在努力,包括中国科学家在内的所有智识力量,以求真的精神可持续的理念人类命运共同体的责任感,正在做一些事,我们都在很积极地投入我们的人生。