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“科學探索獎”得主最關注這十大問題
發布者:admin | 來源:科技日報 | 0評論 | 4720查看 | 2021-08-02 21:24:12    

8月1日,首屆“青年科學家502論壇”在南方科技大學舉行。此次論壇由騰訊和南科大共同主辦,邀請多位兩院院士、重點大學校長、“科學探索獎”獲獎人出席。


論壇現場劉傳書攝


“502”寓意“科學探(tan)索(suo)獎(jiang)”每年評選出50位青年科學家,將對(dui)未來50年的科學技術(shu)突破產(chan)生重大影響。


“科(ke)學探(tan)索(suo)獎(jiang)”是由(you)騰訊基(ji)金(jin)會出資支(zhi)持、科(ke)學家主導(dao)的(de)公益性獎(jiang)項(xiang),是目前國內金(jin)額最(zui)高的(de)青年(nian)科(ke)技(ji)人(ren)才資助計劃之一。獎(jiang)項(xiang)面(mian)向基(ji)礎科(ke)學和(he)前沿技(ji)術領域,每年(nian)遴選不(bu)超(chao)過50名(ming)獲獎(jiang)人(ren),每位獲獎(jiang)人(ren)將(jiang)在5年(nian)內獲得總計300萬元人(ren)民幣(bi)的(de)獎(jiang)金(jin),且可自由(you)支(zhi)配。“科(ke)學探(tan)索(suo)獎(jiang)”于2018年(nian)騰訊公司(si)成立(li)(li)20周(zhou)年(nian)之際(ji)設立(li)(li),由(you)騰訊公司(si)董事會主席兼首(shou)席執行官馬化騰,聯合楊振(zhen)寧(ning)、饒毅、陳(chen)十一、程(cheng)泰寧(ning)、高文、何華武、李培根、毛淑德、潘建偉、施一公、鄔賀銓、謝克昌、謝曉亮(liang)、張益唐等知名(ming)科(ke)學家共(gong)同發起。


論壇上發布了由100名“科學(xue)探(tan)索獎”獲獎人提出(chu)并投票產生的“十大(da)科學(xue)技術問題”,體現中國杰出(chu)青(qing)年科學(xue)家們的前(qian)沿(yan)探(tan)索和對(dui)未來趨(qu)勢的判斷。


十大科學技術問題


一.人類的意識,以及學習和記憶的生物基礎從何而來?


解讀人:李毓龍(北京大學(xue)(xue)生(sheng)命科(ke)學(xue)(xue)學(xue)(xue)院教授,2019年“科(ke)學(xue)(xue)探索獎”生(sheng)命科(ke)學(xue)(xue)領域獲獎人)


目前研究表明,意識的(de)產生以(yi)及(ji)學(xue)習記(ji)憶(yi)能力的(de)發(fa)展主要依(yi)賴于我們的(de)大(da)(da)腦。而人類大(da)(da)腦中有(you)數百億(yi)的(de)神(shen)經(jing)元(yuan),神(shen)經(jing)元(yuan)之(zhi)間(jian)會(hui)形成復雜的(de)網絡連(lian)接。想要進一步理解大(da)(da)腦的(de)工作原理,人類需要在技(ji)能樹(shu)上(shang)點亮一系(xi)列(lie)學(xue)科深度交叉的(de)新技(ji)術(shu):包括神(shen)經(jing)網絡空(kong)間(jian)結構解析技(ji)術(shu)、大(da)(da)規模神(shen)經(jing)活動(dong)記(ji)錄(lu)和分析技(ji)術(shu),以(yi)及(ji)精準的(de)神(shen)經(jing)操控技(ji)術(shu)。


二.人腦和機器是否能實現直接通訊?


解(jie)讀人(ren):楊玉超(chao)(北京大學人(ren)工智能(neng)研究院研究員、2019年“科學探索獎”信息電子領域獲獎人(ren))


根據世界衛生組織(zhi)報告,截止目前(qian)全球殘疾人(ren)數量已超過10億(yi),僅(jin)中國就(jiu)有(you)(you)超過8500萬(wan),這樣一個龐大(da)群體的(de)(de)生存質量亟待改(gai)善。對于具有(you)(you)肢體殘疾和(he)(he)感(gan)知(zhi)(zhi)障礙的(de)(de)人(ren)群來說(shuo),實現人(ren)腦和(he)(he)機(ji)器的(de)(de)直接(jie)通(tong)訊可以部分甚至完全恢復(fu)其(qi)運動和(he)(he)感(gan)知(zhi)(zhi)功能,極(ji)大(da)地便(bian)利其(qi)生活(huo),是(shi)一個關系億(yi)萬(wan)人(ren)福祉、具有(you)(you)重要(yao)現實意義的(de)(de)問題。


當(dang)前腦(nao)(nao)機(ji)接(jie)口技術(shu)已(yi)經實現(xian)高速意念(nian)打(da)字、人(ren)腦(nao)(nao)控(kong)制機(ji)械手快速抓取等任務,但離(li)人(ren)腦(nao)(nao)和機(ji)器直接(jie)通訊還有相當(dang)大(da)的距(ju)離(li)。精準、小型化(hua)、高度集(ji)成化(hua)、生物兼容性強的腦(nao)(nao)機(ji)接(jie)口是未來的發展(zhan)方(fang)向。


三.通用人工智能是否能實現?


解讀人(ren):山世光(中國(guo)科學院(yuan)計算(suan)技術研究所(suo)研究員、2019年“科學探索獎(jiang)”信息電子(zi)領域獲(huo)獎(jiang)人(ren))


人類(lei)一直以萬物之(zhi)靈自居(ju),但計(ji)算機(ji)誕(dan)生后(hou),人類(lei)的(de)基礎(chu)計(ji)算能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)和機(ji)械記(ji)憶能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)卻被機(ji)器碾(nian)壓式(shi)超越。65年前,人工(gong)智能(neng)(neng)(neng)(AI)作(zuo)為一門學科(ke)誕(dan)生,其(qi)先驅們(men)曾經(jing)樂觀地相信不用20年即可實現(xian)人類(lei)水平的(de)智能(neng)(neng)(neng),現(xian)實卻是(shi)(shi)殘(can)酷的(de),AI科(ke)學家們(men)越來越清晰地認識到實現(xian)通用人工(gong)智能(neng)(neng)(neng)(AGI)是(shi)(shi)一項巨大(da)的(de)科(ke)學挑戰,人工(gong)智能(neng)(neng)(neng)研(yan)究的(de)兩次“寒冬”讓更多的(de)研(yan)究者(zhe)徹底失去(qu)了(le)實現(xian)AGI的(de)信心。但最(zui)近(jin)十年來,深(shen)度學習的(de)復興,特別是(shi)(shi)最(zui)近(jin)BERT/GPT-3等(deng)具備超強語言能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)的(de)預(yu)訓練(lian)大(da)模(mo)型的(de)誕(dan)生,再次燃起(qi)(qi)了(le)AI專家心中(zhong)的(de)理想(xiang)火焰。目前,求(qiu)解之(zhi)路仍然(ran)迷(mi)霧重重,甚(shen)至連(lian)初見端(duan)倪的(de)預(yu)訓練(lian)大(da)模(mo)型是(shi)(shi)否是(shi)(shi)正(zheng)確的(de)起(qi)(qi)點亦不得而知(zhi),AI科(ke)學家們(men)只能(neng)(neng)(neng)在迷(mi)霧中(zhong)上(shang)下求(qiu)索。


四.如何延緩衰老,促進機體修復,提高人類壽命?


解讀人:劉穎(北(bei)京大學未來技術學院(yuan)教(jiao)授、2019年“科(ke)學探索獎”生命(ming)科(ke)學領域獲獎人)


隨著人(ren)口老(lao)齡化的(de)(de)(de)加(jia)劇,衰(shuai)(shuai)(shuai)老(lao)及相(xiang)(xiang)關疾病(bing)正在帶來巨(ju)大的(de)(de)(de)社會(hui)和經濟負擔,大力推(tui)進衰(shuai)(shuai)(shuai)老(lao)領(ling)域的(de)(de)(de)研(yan)究刻不(bu)容(rong)緩。1939年,研(yan)究人(ren)員(yuan)發現限制熱量攝入(ru)可延長(chang)大鼠的(de)(de)(de)壽命(ming),首次證明衰(shuai)(shuai)(shuai)老(lao)可以(yi)(yi)(yi)被(bei)人(ren)為干預。1988年,利用秀(xiu)麗隱(yin)桿(gan)線蟲進行的(de)(de)(de)遺(yi)傳學(xue)研(yan)究實(shi)現了另(ling)一突(tu)破。研(yan)究人(ren)員(yuan)發現一個名為age-1的(de)(de)(de)基因(yin)的(de)(de)(de)突(tu)變可以(yi)(yi)(yi)將線蟲的(de)(de)(de)壽命(ming)增加(jia)40-60%,證明了對單一基因(yin)的(de)(de)(de)干預就能(neng)影響和決定(ding)生物體的(de)(de)(de)壽命(ming),這(zhe)些讓人(ren)們確信(xin)能(neng)找到決定(ding)衰(shuai)(shuai)(shuai)老(lao)速度和壽命(ming)長(chang)短的(de)(de)(de)“法寶(bao)”。未來我(wo)們需要更多(duo)(duo)的(de)(de)(de)工作(zuo)來整合(he)多(duo)(duo)條衰(shuai)(shuai)(shuai)老(lao)相(xiang)(xiang)關遺(yi)傳通路,以(yi)(yi)(yi)加(jia)深對衰(shuai)(shuai)(shuai)老(lao)生物學(xue)基礎的(de)(de)(de)理解。


五.如何實現量子計算實用化?


解讀人:陸朝(chao)陽(中國科(ke)技大學(xue)量子物理與量子信息研究部教(jiao)授、2019年(nian)“科(ke)學(xue)探索獎”前沿交叉領域獲獎人)


在數據(ju)暴增(zeng)的(de)時(shi)代,如(ru)何滿足人(ren)(ren)類對算力(li)“貪得無厭”的(de)需求?量子(zi)計(ji)(ji)算是目(mu)前人(ren)(ren)類唯一(yi)被嚴(yan)格(ge)證明具有(you)解(jie)決經(jing)典(dian)計(ji)(ji)算機無法(fa)求解(jie)的(de)問題的(de)潛力(li)的(de)新方(fang)法(fa)。然而,真(zhen)正的(de)應用還(huan)有(you)諸(zhu)多挑戰,其中(zhong)之一(yi)就是如(ru)何把真(zhen)實重大應用映射(she)到量子(zi)計(ji)(ji)算系統中(zhong)。量子(zi)模(mo)擬和(he)計(ji)(ji)算的(de)能力(li)隨可(ke)操縱(zong)的(de)量子(zi)比特數呈指數增(zeng)長,因此如(ru)何有(you)效擴展(zhan)量子(zi)比特的(de)規(gui)模(mo)和(he)高保真(zhen)的(de)邏(luo)輯操作是核(he)心(xin)任(ren)務。


六.清潔能源、環境保護、氣候變化的協同機制如何建立?


解讀(du)人(ren):王書肖(清華大學環境學院教授、2019年“科學探索獎(jiang)”能源環保領域(yu)獲獎(jiang)人(ren))


當前世界(jie)面(mian)臨能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)資(zi)源(yuan)(yuan)匱(kui)乏(fa)、全(quan)(quan)球氣候(hou)變化(hua)(hua)、生態(tai)環(huan)境(jing)惡(e)(e)化(hua)(hua)等一(yi)系(xi)列重(zhong)大(da)挑(tiao)戰,原因之(zhi)一(yi)就是人(ren)類對(dui)化(hua)(hua)石(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的大(da)量消耗和嚴重(zhong)依賴。目前全(quan)(quan)球化(hua)(hua)石(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)占(zhan)一(yi)次能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消費比(bi)重(zhong)超(chao)過80%。化(hua)(hua)石(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)燃燒產(chan)生的二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳占(zhan)溫室氣體總(zong)排放的70%以上,是造(zao)成全(quan)(quan)球氣候(hou)變化(hua)(hua)的主要原因;同時,化(hua)(hua)石(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)生產(chan)和使用過程產(chan)生大(da)量的二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硫(liu)、二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)氮、一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳、揮發性有機物(wu)、顆(ke)粒物(wu)等大(da)氣污(wu)染物(wu),導致大(da)氣環(huan)境(jing)惡(e)(e)化(hua)(hua),每年造(zao)成全(quan)(quan)球數百(bai)萬例早逝。探索(suo)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)環(huan)境(jing)氣候(hou)協(xie)同治理機制,提出氣候(hou)友好的清潔(jie)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)和環(huan)境(jing)保護協(xie)同路徑,對(dui)于實(shi)現全(quan)(quan)球可(ke)持續發展(zhan)目標具(ju)有重(zhong)要意義。


七.暗能量和暗物質的本質是什么?


解(jie)讀人(ren):施勇(yong)(南(nan)京大(da)學天文與(yu)空間科學學院教授、2019年(nian)“科學探索獎(jiang)”天文和地學領域獲獎(jiang)人(ren))


量子(zi)(zi)力(li)學(xue)和(he)(he)廣義相對論(lun)是(shi)20世紀物(wu)(wu)理(li)(li)學(xue)兩(liang)大(da)輝煌的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成就,奠定了現代科(ke)技(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)礎(chu)(chu)。暗能(neng)量和(he)(he)暗物(wu)(wu)質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現卻直接證明(ming)了當前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒子(zi)(zi)理(li)(li)論(lun)和(he)(he)引(yin)力(li)理(li)(li)論(lun)是(shi)不(bu)正確的(de)(de)(de)(de)(de)(de)或者不(bu)全面的(de)(de)(de)(de)(de)(de),我們賴以(yi)發(fa)展科(ke)技(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“基(ji)(ji)礎(chu)(chu)”,還(huan)存(cun)在被優(you)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空間。暗能(neng)量是(shi)指未知的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“斥力(li)”來(lai)(lai)(lai)加(jia)速宇宙(zhou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膨(peng)脹,暗物(wu)(wu)質是(shi)指未知的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)質來(lai)(lai)(lai)產生(sheng)額外的(de)(de)(de)(de)(de)(de)引(yin)力(li),按(an)照目前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀測推算,這兩(liang)者分別(bie)約占(zhan)宇宙(zhou)總能(neng)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)70%和(he)(he)25%,而由質子(zi)(zi)、中子(zi)(zi)和(he)(he)電子(zi)(zi)組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)正常(chang)物(wu)(wu)質只占(zhan)5%。未來(lai)(lai)(lai),地面和(he)(he)空間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)各類大(da)型科(ke)學(xue)基(ji)(ji)礎(chu)(chu)設施將通過多種手(shou)段來(lai)(lai)(lai)探(tan)索暗能(neng)量和(he)(he)暗物(wu)(wu)質。


八.人類如何在地外行星(如火星)上居住一年以上?


解(jie)讀人(ren):魏勇(yong)(中國科學(xue)院(yuan)地球與(yu)行(xing)星物理重點實驗室主任、2020年“科學(xue)探(tan)索(suo)獎”天文和地學(xue)領域獲(huo)獎人(ren))


走(zou)出(chu)地(di)球是人(ren)類(lei)永恒(heng)的(de)(de)(de)夢(meng)想,深空(kong)探測(ce)是科技(ji)競爭的(de)(de)(de)制高點。美(mei)國(guo)(guo)和中國(guo)(guo)掌握了火(huo)(huo)星軟著陸技(ji)術,承載著人(ren)類(lei)登(deng)陸火(huo)(huo)星的(de)(de)(de)夢(meng)想,將賦予(yu)人(ren)類(lei)進(jin)化和人(ren)與自然關系(xi)新內涵。人(ren)類(lei)火(huo)(huo)星往返(fan)包括一(yi)(yi)年(nian)的(de)(de)(de)太空(kong)旅行和一(yi)(yi)年(nian)半的(de)(de)(de)火(huo)(huo)星生活(huo)。火(huo)(huo)星往返(fan)提(ti)出(chu)三(san)大挑(tiao)戰:地(di)火(huo)(huo)往返(fan)技(ji)術、生命(ming)保障系(xi)統、生理(li)心理(li)干預。太空(kong)旅行擁有(you)載人(ren)登(deng)月的(de)(de)(de)寶貴經驗做基(ji)礎(chu),火(huo)(huo)星生活(huo)則是一(yi)(yi)個從零開始的(de)(de)(de)全新工程。實(shi)現(xian)宇航員在火(huo)(huo)星居住一(yi)(yi)年(nian)以上,是對(dui)人(ren)類(lei)航天、能源、通信、電子、醫學、生物科技(ji)等(deng)各方面科技(ji)水平的(de)(de)(de)全面檢驗,由此產生的(de)(de)(de)新的(de)(de)(de)理(li)論突(tu)破和發明創造(zao)將顯著改變人(ren)們的(de)(de)(de)生活(huo)方式(shi),甚至(zhi)引發新一(yi)(yi)輪歷史性的(de)(de)(de)科技(ji)革命(ming)。


九.如何“求教”大自然,開發高度集成、智能、可修復的仿生系統?


解(jie)讀(du)人:王(wang)鉆開(香港城(cheng)市大學(xue)機械工程系講(jiang)座教授,工學(xue)院副院長、2020年(nian)“科學(xue)探索獎”先進制造領域(yu)獲獎人)


科(ke)技迅猛發(fa)展使(shi)得人類入太空潛深(shen)海,似(si)乎“無所(suo)不能(neng)(neng)”。但(dan)一(yi)個(ge)(ge)最基本(ben)的(de)(de)科(ke)學事實卻(que)是,即便神舟(zhou)十二號上精巧(qiao)的(de)(de)“天(tian)和(he)(he)”機械(xie)臂,其系統(tong)的(de)(de)集成(cheng)(cheng)(cheng)度(du)、智(zhi)能(neng)(neng)化、以(yi)及(ji)自(zi)我(wo)修(xiu)復功(gong)能(neng)(neng)也遠(yuan)遠(yuan)低于生物(wu)(wu)(wu)(wu)系統(tong)。在集成(cheng)(cheng)(cheng)度(du)方(fang)面(mian),生物(wu)(wu)(wu)(wu)體(ti)(ti)系可以(yi)利用(yong)簡單(dan)(dan)(dan)有限的(de)(de)生物(wu)(wu)(wu)(wu)材料(liao),高效制(zhi)備(bei)和(he)(he)自(zi)組裝形成(cheng)(cheng)(cheng)復雜的(de)(de)生物(wu)(wu)(wu)(wu)個(ge)(ge)體(ti)(ti),科(ke)學家雖然(ran)能(neng)(neng)制(zhi)造復雜的(de)(de)化學和(he)(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)理單(dan)(dan)(dan)元,然(ran)而(er)讓這些單(dan)(dan)(dan)元自(zi)發(fa)裝配成(cheng)(cheng)(cheng)為復雜高度(du)集成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)個(ge)(ge)體(ti)(ti)結構,仍是夢想;在智(zhi)能(neng)(neng)化方(fang)面(mian),生物(wu)(wu)(wu)(wu)體(ti)(ti)系可以(yi)融合個(ge)(ge)體(ti)(ti)感知、思(si)考(kao)和(he)(he)控制(zhi)反饋,衍生出群體(ti)(ti)溝通、競爭(zheng)和(he)(he)合作,相比(bi)而(er)言,仿(fang)生智(zhi)能(neng)(neng)軟硬件卻(que)只能(neng)(neng)實現(xian)其中的(de)(de)“冰山(shan)一(yi)角”;在修(xiu)復方(fang)面(mian),小到(dao)壁虎斷尾再生,大到(dao)生態系統(tong)的(de)(de)有機統(tong)一(yi)、低能(neng)(neng)耗和(he)(he)動態平衡,生物(wu)(wu)(wu)(wu)體(ti)(ti)系擁有非凡的(de)(de)修(xiu)復本(ben)領,仿(fang)生系統(tong)的(de)(de)可修(xiu)復探索還僅僅停留在分子(zi)層面(mian)的(de)(de)自(zi)愈合。


十.太陽能發電的規模化高效應用如何突破?


解讀(du)人:周歡萍(北京大學材(cai)料(liao)科學與工程(cheng)系特(te)聘研(yan)究(jiu)員、2019年(nian)“科學探索獎”能(neng)源環保領域獲獎人)


地(di)(di)球(qiu)上一切能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)來自(zi)于(yu)太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng),地(di)(di)球(qiu)每年消耗的(de)(de)全部能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量,僅相當(dang)于(yu)太(tai)陽“給予(yu)”地(di)(di)球(qiu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量的(de)(de)一萬分之(zhi)一,太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)利用還大有可為。有效(xiao)利用太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)既(ji)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)逐步滿足(zu)人類的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)需求,作為最(zui)重要(yao)的(de)(de)清潔能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)之(zhi)一,太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)高(gao)效(xiao)利用也有助于(yu)減少環(huan)境污(wu)染(ran)和應對氣候變化。光伏技(ji)術(shu)是實現太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)直(zhi)接向電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)轉化的(de)(de)最(zui)有效(xiao)途徑,是解決人類能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)危機(ji)、環(huan)境污(wu)染(ran)的(de)(de)重要(yao)手(shou)段。如何通(tong)過技(ji)術(shu)手(shou)段使(shi)太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)發電(dian)規(gui)模化高(gao)效(xiao)利用,也就(jiu)因(yin)此成為重大科(ke)學問題。針對太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)發電(dian)的(de)(de)規(gui)模化高(gao)效(xiao)應用,目前科(ke)學家主要(yao)圍繞材料體系、制備工(gong)(gong)藝,器件結構及工(gong)(gong)作原理(li)展開(kai)工(gong)(gong)作。

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