我们的顶流科学家在做什么?
添加时间:2025-08-01 点击次数:589
前几关于经典的文章中曾提到,我们的科技可能已有了自主发展的基础。这不是说不要国际合作,而是说已可以不怕美国的卡压,甚至脱钩。因此产生一个想法,如果关于历史争论,除了不仅为话语权什么打嘴仗,还想弄清楚我们从哪里来,往何处去的话,那么科技的发展,无疑在筑就它们的基础,才能够有足够的信心争论或说讨论它们。
然而关于科技,我们自然已不仅是网上热热闹闹的、虚实难辨的六代机、韦神,甚至人工智能等等传说,从生活各方面也能体会到各种扎扎实实的进步。但是我们对我们的科学家们,特别是顶流科学家在做些什么的了解好像并不多。就像如我这样学物理出身的人,多年来何偿又关心过他们。除了像潘建伟、施一公等个别的,他们的绝大多数,似乎成了这个喧嚣时代的隐身人,泯然于众。
这样就有了想了解这个群体的想法,然而要自己完成这个任务,别说手头缺少必要的资料,再科学的领域这么宽泛,也超出了自己的知识能力。因此自然又想到请AI帮忙,请它帮忙写篇关于他们的文章,为自己,也为想了解他们的人。如前番做法一样,根据自己想了解的内容,给DS立了个如下的写作提纲。
首先,分别介绍下王贻芳、薛其坤、潘建伟和张杰等科学家各自研究的领域,他们在这些领域中研究的问题,在科学里的地位和可能的主要应用有哪些?
其次,分别介绍下上面四位科学家在各领域内已做了哪些工作,目前在解决什么问题,有没有可能在五年或十年时内做出关键性的突破,像互联网一样改变人们的生活?
第三,国内如上面四位一样的国内顶流科学家主要还有哪些?他们所研究领域是什么,欲解决什么问题?如果问题解决,可能会对人类产生什么影响?
为了给DS立提纲,我事先在网上做了点功课,了解下当下国内关于顶流科学的一些信息。在查询时看到一篇介绍国内最接近诺贝尔奖的科学家的文章,虽然对这个题目不怎么感冒。因获诺贝尔奖永远不是目的,它只是科技重大突破的副产品。看了内容也觉得存在问题,不仅夸大,还有错误,比方说文章把潘的研究写得是颠三倒四,像是他研究的仅是量子信息安全的。还说量子技术普及了怎样怎样,不知道自半导体发现以来,哪里在制造或用到半导体器件,哪里就在用量子技术,也就是说量子技术早已普及到我们生活、工作和生产方方面面。不过这篇文章帮我要找到了几位顶流的国内科学家,这样就像水蒸气凝结成液体或固体一样,有了凝结核。DS一如际往的好用,很快完成了写作。看了DS的文章,由于有些地方不满意作了些修改,因此下面是经过修改的DS文章。
由文章可得出,中国顶流科学家的探索,已在解锁宇宙、能源与人类健康的密码。在科技强国的战略指引下,中国科学家们正以前所未有的力度向基础科学和前沿技术发起挑战。他们瞄准的是那些一旦突破就可能重塑人类文明格局的重大科学问题——从物质的基本构成到终极能源的获取,从量子信息革命到生命健康的守护。这些研究不仅代表着人类认知边界的拓展,更孕育着改变世界的技术力量。
一、科学疆域的开拓者:领域、问题与应用前景
1. 王贻芳:粒子物理的探秘者
王贻芳院士是中国高能物理学的领军人物,致力于揭示物质最基本结构与宇宙起源奥秘。他长期专注于中微子物理和希格斯粒子研究,领导了北京正负电子对撞机上的北京谱仪III(BESIII)实验,推动轻强子谱和粲物理研究达到国际领先水平。他提出的大亚湾中微子实验方案更是成功发现了一种新的中微子振荡模式,该成果入选《科学》杂志2012年全球十大科学突破。目前,他正全力推进环形正负电子对撞机(CEPC)的建设,这是一台设计周长100公里、位于地下50-100米处的巨型科学装置。CEPC的核心目标之一是精确研究希格斯粒子性质,探索超出标准模型的新物理现象,其结果可能从根本上改变我们对宇宙基本规律的理解。
科普下,中微子是质量接近于零的一种基本粒子,最初是为了解决β衰变中能量不守恒的问题(即解释连续能谱)而提出的理论假设。它的提出拯救了能量守恒定律,并最终被实验发现证实,王贻芳发现的中微子行为模式,即为其中重要的证实实验之一。有意思的是,中微子假说是泡利在一众,包据玻尔在内的物理学家,认为在量子领域可能能量不守恒时提出的。因此自然信的人极少,但有个人听进去了,他就是杨振宁的老师一一费米,他由此提出了β衰变理论,这是电弱统一的基础。
希格斯子(代表希格斯机制)是标准模型中为解决“如何在保持理论对称性的前提下赋予基本粒子质量”这一核心问题而提出的关键性假设。它解释了W/Z玻色子、夸克、电子等粒子的质量来源,也就解释了我们身体的质量问题,因此被媒体称为“上帝的粒子”,否则我们真成了虚空。其存在,在提出48年后,也就是在2012年被实验证实,完成了标准模型最后一块拼图。由此可以理解,在杨振宁先生竭力反对建CEPC的情况下,王为什么仍如此执着地要建CEPC。
2. 薛其坤:高温超导的破壁人
薛其坤院士是凝聚态物理领域的战略科学家,他瞄准的是超导材料的温度极限突破这一世界级难题。超导材料在临界温度以下可实现电流零损耗传输,但长期受限于“麦克米兰极限”(40K以下)。薛其坤团队在2025年取得革命性突破,发现镍氧化物在常压下具有高温超导性,使镍基成为继铜基、铁基之后第三类突破麦克米兰极限的材料体系。他们自主研发的“强氧化原子逐层外延”技术,能在纳米尺度精确“搭建原子积木”,解决了困扰领域数十年的材料制备难题。这一突破的意义不仅在于科学机理的突破,更将推动超导技术在电网无损输电、磁悬浮交通和核磁共振成像等领域的实用化进程。
借高温超导,小议一下电能。说起来,现代社会是在能源的基础上构建起来的,而能源中又以电能最为重要,原因是电能传输和转化使用最为方便。想像一下,如果突然没电,我们的社会少说是否要倒退几百年?而社会越发展,对电能的需求量就越大,尤其人工智能的发展,为支撑其算力,它已成了电能黑洞。因此为了满足人们生活和发展的需要,人们是竭尽全力发展电能技术。
然而发展电能技术,也无外于两种途径,即开源节流。因为开源,因此我们就有了火力发电、水力发电、风力发电、太阳能电板,等等。下面说到的聚变能,即轻核聚变产生的能,它不仅清洁,且可以说取之不尽,用之不竭。如果能实现控制,人类的能源问题有望彻底解决,所以称之为终极能源。节流,不仅是指节约用电,因为电能的存储问题还没有彻底解决,电发出来就要用掉。为了用掉所发出的电,同时又使昼夜用电均衡,我们才有了峰谷电的管理办法。而且是指减少用电时的传输损耗,超导材料的发展可以极大减少电能在传输时的损耗,甚至损耗接近零地。
但是理想总是美好的,而现实总是骨干的。自超导现象发现以来,高温超导问题始终没有得到解决,因此虽然高温超导材料不断有发现和突破,但仍走不出实验室。所谓的麦克米兰极限是 BCS理论(一种描述常规超导的微观理论)解释框架下,常规超导体临界温度的最高理论值(约40 K,大约是零下233℃),后被高温超导体的发现突破,其中就包括了薛其坤先生的研究,标志着超导研究又迈出一步。
3. 潘建伟:量子世界的架构师
潘建伟院士是量子信息科学的国际先驱,专注于量子通信与量子网络的构建。他率领团队在量子纠缠分发、量子隐形传态等方向取得系列突破,研究成果曾与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等并列被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”。近年来,他带领团队将光量子纠缠传输距离拓展至50公里光纤,创下世界纪录。其核心目标是构建天地一体化的量子通信网络,实现理论上“无条件安全”的信息传输,并为分布式量子计算奠定基础。量子通信技术一旦成熟,将从根本上解决国防、金融等高安全需求领域的通信保密问题,重塑全球信息安全格局。
比起前两项及下两项的研究,量子通信就像量子理论一样很魔幻,因此总觉它的研究关系的是未来技术。比方量子纠缠作为量子通信的基础,其意思是当两个或多个粒子相互作用后形成关联态,即使将它们分隔至任意远距离(即非定域性),对一个粒子的测量会瞬间决定(理论上不需要时间)其他粒子的状态(如自旋、偏振等)。粒子间的这种关联不受空间限制,因此无法用经典物理解释,被爱因斯坦说成是“幽灵般的超距作用”。有意是的是,因为它们关联的是“态”,即相当于传过去是“态”,而不是物质,因此并不违反相对论。
所谓量子隐形传态,即是一种利用量子纠缠特性,将未知量子态的信息精确传输到远处的技术,也就是前面讲到的传“态”,形成量子通信。这样量子通信相当于可以不需时间地将信息,传送到任何地方,包括地球以外。打个不恰当的比喻,一个人将其女儿远嫁外地。过了一段时间,他女儿生了个儿子,他自然地就做上了外公,这与其女儿在什么地方,告不告诉他没有关系。然而问题也就出在这里,这个人虽然做上了外公,但他本人并不知道,要让他知道怎么办呢?打个电话,或者寄封信。量子隐形传态也类似,要发送一个测量粒子,让纠缠着的粒子态发生改变。而这个测量粒子,因为只能经典方式传送,自然不能超光速,即由于量子纠缠本身不能传递信息,必须结合经典通信才能完成传输,这样可以推想,即使量子通信研究成功,其实际通信速度如何,还需要检验。
安全性是量子通信的另一个优点,理论上量子密钥具有不可破解性。然后由于通信总是搭建在物理设备上的,而物理设备总是存在可攻击的问题。比方设备缺陷攻击:实际器件(如探测器)可能存在漏洞,被黑客利用(如“光子数分离攻击”);中继节点风险:量子中继站可能成为攻击目标,中继节点可能降低安全性。另外,如人工智能发展一样,量子通信可能也需要一些器件的突破,比方态存储器、量子芯片,等等。由此可见,先行者总是困难重重的,问题不仅源于未知,还来自于已有观念的束缚。也正因为如此,不管如何微小的进展,都应该值得赞赏。
4. 张杰:终极能源与脑科学的双轨探索者
张杰院士在激光聚变能源与神经科学两大领域均有开创性贡献:
(1)在能源方向,他提出并持续完善“双锥对撞点火”激光核聚变方案,致力于解决人类终极能源问题。该方案通过超强激光驱动等离子体产生高能电子束,精准触发核聚变“点火”。其原理如同在压缩的氘氚燃料靶丸上施加“临门一脚”,大幅降低对压缩对称性的要求。
前面已提到,聚变能是终极能源,其不仅清洁,且可以说取之不尽,用之不竭,如果能实现控制,人类的能源问题有望彻底解决。大家可能知道,太阳能即源自太阳内部的聚变能,因此人工聚变能又称为“人造太阳”。自从氢弹首次成功释放人工核聚变,人们就开始思考着聚变能的和平利用。
聚变能与裂变能一样都是核能,在具备了裂变能成熟技术,即核电站技术的今天,人们为什么还要执着于开发聚变能呢?虽然聚变能与裂变能同属“核”字辈能量,但基因完全不同。两者的核心差异在:裂变是“拆重核”,聚变是“拼轻核”,前者带来放射性包袱,后者几乎甩掉所有包袱。稍具体地说,裂变是“高风险、高废物、燃料有限”的过渡技术,而聚变是“燃料无限、废物极少、本质安全”的终极能源。
需注意的是聚变能“燃料无限”,其实其反应用的“氚”材料,在自然界存在极其稀少,全球的储量仅约20kg,ITER(国际热核聚变实验堆)需首次注入5kg,而未来商业堆年消耗300g/1GW。因此需要解决氚燃料循环问题,这是可控聚变能要解决的核心问题之一。另外,需要注意的是,说聚变能是清洁能源,也只是相对裂变能而言的,“氚”燃料本身就具有放射性,如果以后用Li(锂)等材料生产“氚”,也可能有放射性物质产生。因此安全问题,依然是聚变能利用要解决的问题,只是与裂变能解决方法不同而已。因此可见,技术总会带来其副作用,或好或坏。
张杰院士的“双锥对撞点火”技术,通过物理过程解耦和结构创新,解决了激光聚变中“压缩难、加热难、不稳定、效率低”的核心难题,为实现低门槛、高效率、可控性强的激光聚变点火提供的中国原创方案,是目前各种方案最具可工程化的方案,到2024底已完成了11轮的大型综合实验验证。然后如果“氚燃料循环”不解决,仍难以实现聚变能的应用,因此可以说聚变能利用唯一的困难是“工程复杂度”本身。
(2)在脑科学方向,他揭示了胆汁酸代谢紊乱与阿尔茨海默病的关联机制,发现脱氧胆酸(DCA)通过TGR5受体调控淀粉样蛋白生成的新通路,为阿尔茨海默病的早期干预提供了全新靶点。
二、前沿突破与未来变革:时间表与可能性
1.王贻芳:巨型对撞机的中国方案
王贻芳团队已基本完成CEPC关键部件预研,多数设备已达标,如高效率微波速调管样机效率达60%(正向80%目标优化),磁铁技术等少数难点攻关预计2-3年内解决。若CEPC在十年内建成,中国将成为希格斯粒子研究的全球中心,推动新材料与粒子探测技术的革新。不过其对社会生活的直接影响将是渐进式的,更可能通过技术溢出(如超导磁体、真空技术)推动医疗成像、工业检测等领域升级。
2.薛其坤:超导材料的产业化曙光
薛其坤团队在镍基超导薄膜生长技术上已取得自主突破(仪器全国产化),与美国团队同期独立验证常压镍超导性。未来5年将聚焦材料临界温度提升与线材制备。若能在十年内实现液氮温区(77K)实用化,将带来电网改造的革命:据估算,采用超导电缆可使输电损耗降低90%以上,仅中国每年可节电约2000亿度。磁悬浮交通成本也有望大幅降低。
3.潘建伟:量子互联网的加速构建
潘建伟团队已实现50公里光纤量子存储纠缠,突破中继瓶颈,下一步将实现城域量子网络(百公里级)。量子中继器与卫星链路的结合有望在五年内构建省级安全通信网,十年内形成全国性量子互联网雏形。届时政务、金融等领域的通信安全将获得质变,并催生量子云计算新型服务模式。
3.张杰:聚变能源与脑疾病的攻坚
(1)激光聚变方向:张杰团队在神光II升级装置上完成6轮实验验证“双锥点火”可行性,2024年将开展第7轮(注:Al这个数据有点滞后)。若未来五年实现能量增益(输出>输入),将加速小型化聚变堆设计,为商业核聚变奠定基础。一旦成功,一升海水中的氘聚变释放能量相当于300升汽油,彻底解决能源焦虑。
(2)脑科学方向:张杰发现的DCA-TGR5-APP通路为阿尔茨海默病提供了全新干预窗口。靶向TGR5或APH1的抑制剂若在十年内进入临床,有望将AD发病推迟5-10年,到2050年全球可减少数千万患者。
三、群星闪耀:中国科学界的领航者们
除上述四位外,中国还有一批顶流科学家在各自领域推动变革:
1.高能物理团队:江门中微子实验核心成员,正建设全球最大液体闪烁体探测器,测定中微子质量顺序。结果将深化对宇宙物质起源的理解,并可能引发粒子物理模型修正。
2.量子计算团队:如中国科大郭光灿、杜江峰等,专注于量子优越性实现与纠错。若十年内实现千比特级容错量子计算机,将颠覆密码学、药物设计(如蛋白质折叠计算提速万倍)。
3.固态离子学团队:如中科院陈立泉院士等推动的全固态电池研发。2025年新型氟化准固态电解质技术已突破安全-寿命-能量密度“不可能三角”。产业化后可使电动车续航超1000公里,充电时间缩短至10分钟,推动交通全面电动化。
4.合成生物学团队:如天津大学元英进团队,致力于人工基因组设计与细胞编程。若实现微生物工厂高效合成燃料/药物,将重塑化工与医药产业,降低碳排放30%以上。
结语:科学革命的前夜
因为在上述第三部分,没有提到施一公、颜宁这一对师生,心里有些疑惑,觉得以他们的科研成就和知名度,不应该提不到他们(包括可能的团队)。就问DS,为什么忽略了施一公、颜宁等科学家,难道他们在国内还不够顶流吗?结果DS表示“道歉”,然后回了篇文章,说“你提出的这个问题非常关键——施一公和颜宁不仅是中国科学界毫无争议的“顶流”,更是推动基础科研范式转型、引领学科前沿的标杆人物。”由DS的回复,引起对本文前面提纲的怀疑,可能提纲限制了DS的发挥。因此干脆让DS写篇“反映中国顶流科学家概貌的文章。”由它发挥。结果它一口气从深海钛合金球舱到二维半导体晶圆,从量子太空实验平台到“返老还童”的细胞编程等方面,提到十几位科学家,但与前面提到科学家没有重名的。这使人更是迷惑重重,因此把这个题目让Kimi又写了一遍。结果它从数学、人工智能、医学和数据科学等关键领域,列举了四位科学家,而这四位科学家与前面指定的及让DS发挥列举的也没有一个重名。不过Kimi的文章给了个提醒,它先定义了什么“顶流”,即“既在国际学术舞台摘得“高被引”“顶尖前2%”等桂冠,也在国家重大需求中屡屡建功。”的由此想到,上述出现不重名的问题,可能是缺少对“顶流”的定义引起的。从这一点看,经不断迭代的kimi可能比起DS已在某些方面能做得严谨、规范些。不过由于不重名,也让人猜测,我们的科技发展不仅只是已能自主,从顶流科学家在前沿的探索,已处于从量变到质变的关键跃迁期,且人数众多,许多方面已到了引领科学革命的前夜。这样在不远的将来,中国本土科学家获得诺贝尔奖可能出现井喷,到了中国对人类做出更大贡献的时候……静候东日升起,拭目以待这个时刻的到来。

