看到科技新闻你会从多少个角度去理解？

　　它求真，它好奇，它探触边界。它在经验与先验之外天马行空，“它在我们面前像一个伟大而永恒的谜。”

　　21世纪以来，全球科技创新进入空前密集活跃的时期，新一轮科技和产业变革正在重构全球创新版图、重塑全球经济结构。信息、生命、制造、能源、空间、海洋等原创突破为前沿技术、颠覆性技术提供了更多创新源泉，学科之间、科学和技术之间、技术之间、自然科学和人文社会科学之间日益呈现交叉融合趋势。一如科学哲学家卡尔波普尔所说：“一切伟大的科学理论都意味着对未知的新征服。”

　　当下，我国迎来了世界新一轮科技和产业变革同国家转变发展方式的历史汇期，既面临着千载难逢的历史机遇，又面临着差距拉大的严峻挑战。习总在两院院士大会、中国科协第十次全国代表大会上指出：“经过多年努力，我国科技整体水平大幅提升，我们完全有基础、有底气、有信心、有能力抓住新一轮科技和产业变革的机遇，乘势而上，大展宏图。同时，也要看到，我国原始创新能力还不强，创新体系整体效能还不高，科技创新资源整合还不够，科技创新力量布局有待优化，科技投入产出效益较低，科技人才队伍结构有待优化，科技评价体系还不适应科技发展要求，科技生态需要进一步完善。”

　　本期专题以建设世界科技强国中的青年力量为内核，盘点全球前沿科技的潮流前瞻，梳理我国当下科技领域发展中的难题与困境。从“卡脖子”问题到“创新出题者”，从解放科研人员的活力到全球科技治理，从院士的殷殷烛心到少年的脑洞迷航，如此阡陌随行，共析青年成长与科技发展间的范式。

　　这篇文章的主题虽是“2021全球前沿科技博览”，但是科技前沿无穷无尽，我只能向大家讲讲自己所知的这十分有限的一部分。

　　仔细想一想，我觉得在讲解各个领域之前，更有价值的是先为大家提供一个大图景。我们为什么会去看一个科技新闻？也就是说，这个科技新闻的重要性何在？当我们认真思考这个问题，就会发现，公众关注科技新闻的理由一般可以分为四类：一类是国家排名，典型语言是“超越了某某国家”；一类是终极目标，典型语言是“星辰大海”；一类是基础设施，典型语言是“工欲善其事，必先利其器”；还有一类才是科学成果本身，典型语言是“扩展人类知识边界”。下面我们就来分类阐述。

　　最常见也最容易理解的，是争夺排名。在这个层面上，中国目前大部分的成果还属于追赶型，即别人已经做到了某件事，现在我们也做到了。例如美国和苏联都曾经从月球取样返回，现在中国的嫦娥五号也做到了。以前只有美国成功登陆过火星，现在中国的“天问一号”也做到了。2021年6月11日，中国国家航天局公布祝融号火星车与着陆平台的合影

　　有趣的是，2019年，中国嫦娥四号在月球释放的月球车玉兔二号仍然在正常工作。因此，中国成了目前唯一一个同时在两颗地外星球上有工作中的巡视器的国家。2019年1月11日，玉兔二号月球车与嫦娥四号着陆器两器互拍

　　更有趣的是，《日本经济新闻》为此发了个社论：敦促中国有序开发宇宙。虽然内容一如既往的双标，硬往威胁论上拉，但这标题本身就挺令人舒适欢迎这样的敦促，我们会努力有序开发宇宙的！

　　这是一个鲜明的例子，说明当你超过他足够多的时候，他的宣传策略就不得不变化了。这令人联想到，中国刚开始载人航天计划的时候，外界有许多怀疑和嘲讽的声音。然而现在，就很少听到这样的声音了。因为中国的航天成就太明显，无法用阴谋论简单抹杀了。

　　中国第一次火星探测的尝试是在2011年，当时中国的探测器“萤火一号”参与俄罗斯的“福波斯-土壤号”探测计划，搭乘俄罗斯的火箭升空。但“福波斯-土壤号”进入地球轨道后芯片失效，无法变轨，最终在大气中焚毁。而印度的火星探测第一次尝试就很成功，“曼加里安号”探测器在2014年9月进入火星轨道，至今还在传回数据。所以，印度保持了“第一个也是唯一一个首次探测火星就完全成功的国家”的纪录。

　　而现在外界就不会把中印的火星探测相提并论了，因为二者明显不在同一层面上。“天问一号”一次就实现了“绕、落、巡”三大目标，赶超了印度、日本、欧洲、俄罗斯到目前为止所有的成果，仅次于美国，因为以前其他国家只实现了“绕”，没有一家实现“落”的，“巡”就更不用提了。

　　排名上升除了有振奋人心的作用，还有直接的经济效益，即提升整个国家的形象，使得整个国家的商品在国际市场上更具竞争力。在这个意义上，火星登陆、月球采样等活动和2008年奥运会开幕式一样，都是国家形象的广告，而且是很成功的广告。

　　对于很多人来说，能认识到这一层面已经是大有进步了，不会再去问“投钱搞科研有什么用”这种不入流的问题。

　　第二大类是“星辰大海”型，即一般人对它的兴趣主要是在研究的终极目的上，而不是在技术细节上。在这方面，最典型的例子就是可控核聚变。绝大多数人都能理解，可控核聚变是人类在现有技术条件下有望掌握的最强的能源，是人类亟待攀登的下一级大台阶。但如果要讲具体的原理与实验条件，如等离子体高约束模式、聚变三重积、第一壁、偏滤器、氦灰、氚自持等等，大多数人就不知所云了。1.2亿摄氏度“燃烧”101秒

　　因此，每当有一个可控核聚变的新闻出来，公众都会很关心，不过对技术细节就总是“不明觉厉”。如果要提问，问题也大都是“离实现可控核聚变还有多少年”。对于这个老生常谈的问题，科研人员的回答也总是“还有50年”。但其实，这个50年现在是个实数，而不是虚数。

　　2020年7月28日，国际热核聚变实验堆（ITER）开始在法国组装，预期在2025年12月建成。全世界所有有实力的国家都在参加ITER项目，包括中、美、俄、日、韩、印，以及作为东道主的欧洲。同时，中国独立建设的中国聚变工程实验堆（CFETR）也在进行工程设计。中国聚变工程实验堆CFETR建筑群效果图

　　ITER和CFETR有非常明确的目标，就是在2050年左右建成示范的核聚变发电站，2070年左右建成有商业价值的核聚变发电站。你看，从现在到2070年，不正好是50年吗？中国磁约束聚变发展路线图

　　可控核聚变确实是等离子体物理中最引人关注的话题，但等离子体物理的研究范围远不止于此。例如，等离子体可以用于航天发动机的电推进，可以用于对芯片和电池的加工，可以用于向化学体系定向注入能量，由此就可以用于消毒杀菌，可以用于淡水净化，可以用于伤口止血，甚至可以用于治疗癌症。

　　而在根子上，等离子体基础理论已经很长时间没有突破了，现在这方面的基础理论仍然十分复杂，大大限制了我们的预测能力。因此，如果你对可控核聚变的关心更加深入，你就会关心到等离子体的广泛应用，关心到等离子体的基础理论。如今，也许需要基础理论的突破，才能把人类带入下一个大台阶。电推进大大扩展我们在太阳系中推动航天器的能力（《等离子体科学十年进展与展望（2020）》）

　　下面我们来谈第三类科技新闻，“工欲善其事，必先利其器”型。大家应该树立一个基本观念：现在的科学，早已不是像科学的幼年那样，通过日常观察就能做出重大发现了，而是越来越多地依靠实验仪器的进步。只有更好的仪器，才能得到更高精度的测量结果。只有测量的精度更高，才能发现以前无法发现的现象。因此，探测器的进步本身不是科学成果，但它们是科学成果的前提条件。

　　在这方面，最近的一个重大成果，是中国科学院高能物理研究所主导的国际合作项目“拉索”（LHAASO，它是“高海拔宇宙线观测站”Large High Altitude Air Shower Observatory的首字母缩写词）。2021年5月17日，高能所召开发布会，宣布拉索发现了银河系中12个超高能光子源，这里超高能的意思是达到1014电子伏特，电子伏特是一个能量单位。以前的宇宙线电子伏特的光子，拉索一下子把它提升了两个量级。拉索发布会

　　拉索在超高能段的性能不但超过以前的所有探测器，而且超过其他国家在构想中的所有探测器。因此，国际专家预测，在未来至少十年的时间里，拉索将主导伽马射线天文学。拉索采用四种探测器复合测量宇宙线信息

　　有这样的探测能力打底，当然就可望它源源不断地产出重要的科学成果。因此，高能所宣称，拉索开启了“超高能伽马天文学”的时代。大家可以体会一下这话的分量，开启某种时代这种句式是很少见的。拉索打开超高能伽马天文新窗口

　　2021年6月，我和拉索项目的两位重要成员，中国科学技术大学天文学系特任教授杨睿智博士、中国科学院高能物理研究所研究员陈松战博士做了一场直播，介绍了拉索的成果。他们提到，许多外国学者对拉索十分感兴趣，希望参与国际合作，或者到中国来留学、工作。

　　我想，这是一个自然的过程：首先有新的探测仪器，然后有新的实验数据，然后有新的人员进来。中国如果要成为新的科学中心，就必然要先建成若干个引领世界的实验装置。例如已经建成的世界最大的单口径射电望远镜“FAST”，正在建设的世界最大的液体闪烁体中微子探测器“江门中微子实验”（Jiangmen Underground Neutrino Observatory，简称 JUNO），以及探测宇宙大爆炸最初信号的阿里原初引力波偏振望远镜（AliCPT），探测暗物质的“悟空”卫星（DAMPE），探测硬X射线的“慧眼”卫星（HXMT），在太空探测引力波的“太极计划”和“天琴计划”，等等，都可以从这个角度去理解。新的世界科学中心，就是这样建成的。FAST夜景江门中微子实验探测器示意图，探测器主体为一个直径 30 米的有机玻璃球。图片来源：中科院高能所

　　最后一类科技新闻，是“扩展人类知识边界”型。这其实才是我们做科研的本意，是把科研与其他各种人类活动区分开的关键。有个笑话说“奇观误国”，但科学家建造惊人的实验仪器并不是为了这个奇观本身，而是为了实打实的科学成果。

　　在这方面，一个典型的例子就是量子信息。量子信息是量子力学这个基础物理学理论与信息科学交叉产生的新兴学科，是整个科学界发展最蓬勃的领域之一。量子信息包括量子通信、量子计算和量子精密测量，目标都是利用量子力学的特性，实现超过传统信息技术的效果。量子信息的三个分支

　　中国在量子信息领域有很多引领世界的成果，例如量子通信方面的“墨子号”卫星与“京沪干线”，以及量子计算方面的“九章”光量子计算机。实际上，量子信息是极少数的中国在整体上处于领跑地位的大的科学领域之一。天地一体化量子通信网络示意图九章光量子干涉实物图

　　然而，量子信息的意义远远超过在世界上争夺排名，因为它是真正意义的战略性、颠覆性技术，被称为“第二次量子”。比如说，量子计算机取得突破，就有望破解现在所有的基于数学难题的密码。又比如说，量子保密通信的作用，就是让密码牢不可破。谷歌首席执行官预测，加密技术的终结可能在5年内到来

　　你也许会问：那如果用量子计算机去破解量子密码，以子之矛攻子之盾，会怎么样？回答是：盾胜！量子密码保密的基础并不是数学问题，而是物理原理，所以它能抵抗所有的计算机攻击，包括量子计算机。量子密钥分发对抗

　　要理解这些成果的意义，就需要对量子信息的科学原理有深入了解。仅仅喊一个“超越了其他国家”远远不够，而且抓错了重点。

　　以上谈的这四类，其实只是一个粗略的分类，表示四种常见的动机。而一个真实的研究往往会同时包括这四类。

　　例如中国的嫦娥五号，自1976年苏联的“月球24号”以来第一次从月球取回了样品，这是国家排名的视角。月球探测归根结底是为了飞出地球摇篮，走向星辰大海，这是终极目标的视角。嫦娥五号是人类迄今为止向地球之外发射的最重的探测器，达到8.2吨，这是基础设施的视角。取回月球样品之后，就可以开展科学研究，对月球起源、太阳系演化等重大问题得到很多新的知识，这才是科学家对这个项目最大的兴趣所在，这是科学成果的视角。如果你能同时从所有这些角度理解一个研究，你才算是获得了深入的认识。嫦娥五号月球取样返回流程

　　最后，祝青年朋友们更加热爱科学，关注科学，投身科学，为科学事业做出更大的贡献！作者简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞2018科普中国”十大科学传播人物。