8月1日，首屆“青年科學(xué)家50²論壇”在南方科技大學(xué)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(diǎn)大學(xué)校長、“科學(xué)探索獎”獲獎人出席。

論壇現(xiàn)場 劉傳書攝

“50²”寓意“科學(xué)探索獎”每年評選出50位青年科學(xué)家，將對未來50年的科學(xué)技術(shù)突破產(chǎn)生重大影響。

“科學(xué)探索獎”是由騰訊基金會出資支持、科學(xué)家主導(dǎo)的公益性獎項(xiàng)，是目前國內(nèi)金額最高的青年科技人才資助計(jì)劃之一。獎項(xiàng)面向基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)領(lǐng)域，每年遴選不超過50名獲獎人，每位獲獎人將在5年內(nèi)獲得總計(jì)300萬元人民幣的獎金，且可自由支配。“科學(xué)探索獎”于2018年騰訊公司成立20周年之際設(shè)立，由騰訊公司董事會主席兼首席執(zhí)行官馬化騰，聯(lián)合楊振寧、饒毅、陳十一、程泰寧、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、張益唐等知名科學(xué)家共同發(fā)起。

論壇上發(fā)布了由100名“科學(xué)探索獎”獲獎人提出并投票產(chǎn)生的“十大科學(xué)技術(shù)問題”，體現(xiàn)中國杰出青年科學(xué)家們的前沿探索和對未來趨勢的判斷。

十大科學(xué)技術(shù)問題

一.人類的意識，以及學(xué)習(xí)和記憶的生物基礎(chǔ)從何而來?

解讀人：李毓龍(北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授，2019年“科學(xué)探索獎”生命科學(xué)領(lǐng)域獲獎人)

目前研究表明，意識的產(chǎn)生以及學(xué)習(xí)記憶能力的發(fā)展主要依賴于我們的大腦。而人類大腦中有數(shù)百億的神經(jīng)元，神經(jīng)元之間會形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連接。想要進(jìn)一步理解大腦的工作原理，人類需要在技能樹上點(diǎn)亮一系列學(xué)科深度交叉的新技術(shù)：包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)解析技術(shù)、大規(guī)模神經(jīng)活動記錄和分析技術(shù)，以及精準(zhǔn)的神經(jīng)操控技術(shù)。

二.人腦和機(jī)器是否能實(shí)現(xiàn)直接通訊?

解讀人：楊玉超(北京大學(xué)人工智能研究院研究員、2019年“科學(xué)探索獎”信息電子領(lǐng)域獲獎人)

根據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)告，截止目前全球殘疾人數(shù)量已超過10億，僅中國就有超過8500萬，這樣一個(gè)龐大群體的生存質(zhì)量亟待改善。對于具有肢體殘疾和感知障礙的人群來說，實(shí)現(xiàn)人腦和機(jī)器的直接通訊可以部分甚至完全恢復(fù)其運(yùn)動和感知功能，極大地便利其生活，是一個(gè)關(guān)系億萬人福祉、具有重要現(xiàn)實(shí)意義的問題。

當(dāng)前腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高速意念打字、人腦控制機(jī)械手快速抓取等任務(wù)，但離人腦和機(jī)器直接通訊還有相當(dāng)大的距離。精準(zhǔn)、小型化、高度集成化、生物兼容性強(qiáng)的腦機(jī)接口是未來的發(fā)展方向。

三.通用人工智能是否能實(shí)現(xiàn)?

解讀人：山世光(中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員、2019年“科學(xué)探索獎”信息電子領(lǐng)域獲獎人)

人類一直以萬物之靈自居，但計(jì)算機(jī)誕生后，人類的基礎(chǔ)計(jì)算能力和機(jī)械記憶能力卻被機(jī)器碾壓式超越。65年前，人工智能(AI)作為一門學(xué)科誕生，其先驅(qū)們曾經(jīng)樂觀地相信不用20年即可實(shí)現(xiàn)人類水平的智能，現(xiàn)實(shí)卻是殘酷的，AI科學(xué)家們越來越清晰地認(rèn)識到實(shí)現(xiàn)通用人工智能(AGI)是一項(xiàng)巨大的科學(xué)挑戰(zhàn)，人工智能研究的兩次“寒冬”讓更多的研究者徹底失去了實(shí)現(xiàn)AGI的信心。但最近十年來，深度學(xué)習(xí)的復(fù)興，特別是最近BERT/GPT-3等具備超強(qiáng)語言能力的預(yù)訓(xùn)練大模型的誕生，再次燃起了AI專家心中的理想火焰。目前，求解之路仍然迷霧重重，甚至連初見端倪的預(yù)訓(xùn)練大模型是否是正確的起點(diǎn)亦不得而知，AI科學(xué)家們只能在迷霧中上下求索。

四.如何延緩衰老，促進(jìn)機(jī)體修復(fù)，提高人類壽命?

解讀人：劉穎(北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院教授 、2019年“科學(xué)探索獎”生命科學(xué)領(lǐng)域獲獎人)

隨著人口老齡化的加劇，衰老及相關(guān)疾病正在帶來巨大的社會和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，大力推進(jìn)衰老領(lǐng)域的研究刻不容緩。1939年，研究人員發(fā)現(xiàn)限制熱量攝入可延長大鼠的壽命，首次證明衰老可以被人為干預(yù)。1988年，利用秀麗隱桿線蟲進(jìn)行的遺傳學(xué)研究實(shí)現(xiàn)了另一突破。研究人員發(fā)現(xiàn)一個(gè)名為age-1的基因的突變可以將線蟲的壽命增加40-60%，證明了對單一基因的干預(yù)就能影響和決定生物體的壽命，這些讓人們確信能找到?jīng)Q定衰老速度和壽命長短的“法寶”。未來我們需要更多的工作來整合多條衰老相關(guān)遺傳通路，以加深對衰老生物學(xué)基礎(chǔ)的理解。

五.如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算實(shí)用化?

解讀人：陸朝陽(中國科技大學(xué)量子物理與量子信息研究部教授、2019年“科學(xué)探索獎”前沿交叉領(lǐng)域獲獎人)

在數(shù)據(jù)暴增的時(shí)代，如何滿足人類對算力“貪得無厭”的需求?量子計(jì)算是目前人類唯一被嚴(yán)格證明具有解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法求解的問題的潛力的新方法。然而，真正的應(yīng)用還有諸多挑戰(zhàn)，其中之一就是如何把真實(shí)重大應(yīng)用映射到量子計(jì)算系統(tǒng)中。量子模擬和計(jì)算的能力隨可操縱的量子比特?cái)?shù)呈指數(shù)增長，因此如何有效擴(kuò)展量子比特的規(guī)模和高保真的邏輯操作是核心任務(wù)。

六.清潔能源、環(huán)境保護(hù)、氣候變化的協(xié)同機(jī)制如何建立?

解讀人：王書肖(清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、2019年“科學(xué)探索獎”能源環(huán)保領(lǐng)域獲獎人)

當(dāng)前世界面臨能源資源匱乏、全球氣候變化、生態(tài)環(huán)境惡化等一系列重大挑戰(zhàn)，原因之一就是人類對化石能源的大量消耗和嚴(yán)重依賴。目前全球化石能源占一次能源消費(fèi)比重超過80%。化石能源燃燒產(chǎn)生的二氧化碳占溫室氣體總排放的70%以上，是造成全球氣候變化的主要原因;同時(shí)，化石能源生產(chǎn)和使用過程產(chǎn)生大量的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)物、顆粒物等大氣污染物，導(dǎo)致大氣環(huán)境惡化，每年造成全球數(shù)百萬例早逝。探索能源環(huán)境氣候協(xié)同治理機(jī)制，提出氣候友好的清潔能源和環(huán)境保護(hù)協(xié)同路徑，對于實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)具有重要意義。

七. 暗能量和暗物質(zhì)的本質(zhì)是什么?

解讀人：施勇(南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授、2019年“科學(xué)探索獎”天文和地學(xué)領(lǐng)域獲獎人)

量子力學(xué)和廣義相對論是20世紀(jì)物理學(xué)兩大輝煌的成就，奠定了現(xiàn)代科技的基礎(chǔ)。暗能量和暗物質(zhì)的出現(xiàn)卻直接證明了當(dāng)前的粒子理論和引力理論是不正確的或者不全面的，我們賴以發(fā)展科技的“基礎(chǔ)”，還存在被優(yōu)化的空間。暗能量是指未知的“斥力”來加速宇宙的膨脹，暗物質(zhì)是指未知的物質(zhì)來產(chǎn)生額外的引力，按照目前的觀測推算，這兩者分別約占宇宙總能量的70%和25%，而由質(zhì)子、中子和電子組成的正常物質(zhì)只占5%。未來，地面和空間的各類大型科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施將通過多種手段來探索暗能量和暗物質(zhì)。

八.人類如何在地外行星(如火星)上居住一年以上?

解讀人：魏勇(中國科學(xué)院地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、2020年“科學(xué)探索獎”天文和地學(xué)領(lǐng)域獲獎人)

走出地球是人類永恒的夢想，深空探測是科技競爭的制高點(diǎn)。美國和中國掌握了火星軟著陸技術(shù)，承載著人類登陸火星的夢想，將賦予人類進(jìn)化和人與自然關(guān)系新內(nèi)涵。人類火星往返包括一年的太空旅行和一年半的火星生活。火星往返提出三大挑戰(zhàn)：地火往返技術(shù)、生命保障系統(tǒng)、生理心理干預(yù)。太空旅行擁有載人登月的寶貴經(jīng)驗(yàn)做基礎(chǔ)，火星生活則是一個(gè)從零開始的全新工程。實(shí)現(xiàn)宇航員在火星居住一年以上，是對人類航天、能源、通信、電子、醫(yī)學(xué)、生物科技等各方面科技水平的全面檢驗(yàn)，由此產(chǎn)生的新的理論突破和發(fā)明創(chuàng)造將顯著改變?nèi)藗兊纳罘绞剑踔烈l(fā)新一輪歷史性的科技革命。

九. 如何“求教”大自然，開發(fā)高度集成、智能、可修復(fù)的仿生系統(tǒng)?

解讀人：王鉆開(香港城市大學(xué)機(jī)械工程系講座教授，工學(xué)院副院長、2020年“科學(xué)探索獎”先進(jìn)制造領(lǐng)域獲獎人)

科技迅猛發(fā)展使得人類入太空潛深海，似乎“無所不能”。但一個(gè)最基本的科學(xué)事實(shí)卻是，即便神舟十二號上精巧的“天和”機(jī)械臂，其系統(tǒng)的集成度、智能化、以及自我修復(fù)功能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生物系統(tǒng)。在集成度方面，生物體系可以利用簡單有限的生物材料，高效制備和自組裝形成復(fù)雜的生物個(gè)體，科學(xué)家雖然能制造復(fù)雜的化學(xué)和物理單元，然而讓這些單元自發(fā)裝配成為復(fù)雜高度集成的個(gè)體結(jié)構(gòu)，仍是夢想;在智能化方面，生物體系可以融合個(gè)體感知、思考和控制反饋，衍生出群體溝通、競爭和合作，相比而言，仿生智能軟硬件卻只能實(shí)現(xiàn)其中的“冰山一角”;在修復(fù)方面，小到壁虎斷尾再生，大到生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)統(tǒng)一、低能耗和動態(tài)平衡，生物體系擁有非凡的修復(fù)本領(lǐng)，仿生系統(tǒng)的可修復(fù)探索還僅僅停留在分子層面的自愈合。

十.太陽能發(fā)電的規(guī)模化高效應(yīng)用如何突破?

解讀人：周歡萍(北京大學(xué)材料科學(xué)與工程系特聘研究員、2019年“科學(xué)探索獎”能源環(huán)保領(lǐng)域獲獎人)

地球上一切能源來自于太陽能，地球每年消耗的全部能量，僅相當(dāng)于太陽“給予”地球能量的一萬分之一，太陽能利用還大有可為。有效利用太陽能既能逐步滿足人類的能源需求，作為最重要的清潔能源之一，太陽能的高效利用也有助于減少環(huán)境污染和應(yīng)對氣候變化。光伏技術(shù)是實(shí)現(xiàn)太陽能直接向電能轉(zhuǎn)化的最有效途徑，是解決人類能源危機(jī)、環(huán)境污染的重要手段。如何通過技術(shù)手段使太陽能發(fā)電規(guī)模化高效利用，也就因此成為重大科學(xué)問題。針對太陽能發(fā)電的規(guī)模化高效應(yīng)用，目前科學(xué)家主要圍繞材料體系、制備工藝，器件結(jié)構(gòu)及工作原理展開工作。

關(guān)鍵詞： 青年科學(xué)家502論壇 科技技術(shù) 科學(xué)探索獎 未來趨