年12月31日晚20:00，由北京市科学技术协会、北京广播电视台主办，北京科学中心承办的“科学跨年之夜”在北京广播电视台纪实科教频道和全网同步播出，薛其坤、程和平、孙丽丽等十一位科学家接力演讲，为公众奉献了一场精彩纷呈的科学盛宴。来看演讲全文（以节目顺序为序）。
1
圆梦飞天三十载
演讲嘉宾：
谌廷*（中国酒泉卫星发射中心测发技术总体专家）
大家好，我是酒泉卫星发射中心从事测试发射总体工作的正高级工程师谌廷*。我现在所在的位置，就是被习主席亲切地称为“承载着中华民族光荣与梦想的土地”——酒泉卫星发射中心。我现在所在的位置身后，就是著名的中国载人航天发射场垂直总装大楼。就在前不久，在这里我们刚刚顺利完成了神舟十五号飞船的发射任务，这也是空间站建设阶段最后一次载人飞行任务。在这次任务中，我们首次实现了两个乘组，六名航天员胜利会师太空。在轨交班轮换和中国载人航天史上又写下了浓墨重彩的一笔。年是中国载人航天工程实施三十周年；对于一直处于探索和忙碌阶段的中国航天人来说，三十年弹指一挥间，中国载人航天从零起步，从最初的纸上论证建设到太空实体建设，从第一艘无人飞船发射到现在的三舱三船和太空合体，我们已经相继完成了十七次必须确保万无一失的发射任务。先后把五艘无人飞船、两个空间实验室和十批航天员顺利安全送入了太空。我到中心工作也是机缘巧合：年我在上研究生以前，我对中国的航天事业尤其是对载人航天工程知之甚少，在中心工作的一个师兄回去读研究生，给我介绍了中心的发展情况，尤其是讲到中心正在论证建设载人航天发射场，计划要将中国的航天员送入太空，实现中华民族的千年飞天梦想时，对我来说真是一个巨大的吸引。我当时就想，如果自己能作为一个建设者，亲手把中国的航天员送入太空，那会是多么令人骄傲的一件事情！所以当时我就下定决心，将来毕业以后一定要到这个地方去寻找自己奋斗的方向。我当时上学的地方是在大城市，很多同学毕业后都想留在大城市，但是我却毅然决然地拎起了自己的行李，跋涉了两千多公里，穿过了两百多公里的戈壁荒漠，来到了酒泉卫星发射中心，在这里一干就是二十多年。也正是从这天起，我在航天道路上见证了中国航天人创造的一个又一个奇迹。年我刚来到中心工作的时候，被分到了数据处理部门。报到的第一天一进到办公室，映入眼帘的就是一台老旧的、体积庞大的判读设备，当时这台设备故障频繁，中心面临巨大压力，因为第二年马上就要执行神舟一号飞船的发射任务了，我们的数据处理工作，就是负责在火箭飞行后，把所有的光学雷达遥测数据分析汇总，判断火箭的飞行状态，判断火箭上各个系统工作是否正常，这台判读设备承担了中心所有光学胶片的判读任务，但一次判读需要花费一周左右的时间。大家都知道，当时神舟一号飞船，在太空仅仅飞行了二十一个小时就返回了地面，可是我们数据处理结果却需要半个月的时间才能拿出来，这是非常令人尴尬的一件事！当时中心给我们下达了任务，要求三天内必须要完成快速数据处理。可是我们的胶片判读工作仅仅是判读就需要三天以上的时间，为了能顺利完成神舟一号任务的快速数据处理工作，就必须在数据处理的瓶颈问题，也就是我们的判读设备上下功夫。当时中心购买设备不但研制周期长，而且价格昂贵，所以我们下定决心在原有设备上进行改造。当时我们数据处理部门只有我一个是检测技术和仪器仪表专业的技术人员，所以改造工作责无旁贷地落在了我的身上，最后我们通过大半年的时间顺利地完成了判读设备的改造，不仅让一台价值百万的老旧设备重新焕发了生机顺利地完成了神舟一号任务的胶片判读工作，而且这台设备后面又稳定运行了十年，先后参加了多次的卫星和飞船的发射任务，为中国的航天事业作出了重要的贡献。在中心工作了二十多年，除了神舟一号无人飞船发射，神舟五号第一次载人飞船发射给我留下深刻印象以外，还有一次神舟八号发射也给我留下了深刻的印象。年神舟八号飞船发射，是我国首次执行在轨交会对接任务，这也是我国空间站建设的重要前提。从神舟一号到神舟十五号，每次发射任务大家从电视上看到的都是，我们的0号指挥员在倒计数点火发射的口令，好像感觉都是一样的，事实上我们每次发射是不一样的：比如说神舟一号任务到神舟七号飞船发射任务，因为是单飞船发射，飞船进入太空以后没有交会对接任务，所以对点火发射的窗口没有严格的要求。但是从神舟八号飞船以后，所有的飞船发射都要与空间站或者空间实验室在轨交会对接，所以在神舟八号飞船任务发射期间，提出了零窗口发射的要求，要求我们的点火时刻分秒不差，这对我们发射场来说是一个巨大的挑战。我们中心的工作人员先后经过了多次的技术改进和大量的实操演练，最后确保神舟八号飞船实现了零窗口的点火发射，最终顺利实现了在轨的交会对接。近年来，我们还通过深挖火箭潜力，不断地改进火箭控制的迭代算法，已经成功地将点火时刻从零窗口拓宽到三十秒。不仅实现了安全性和可靠性的大幅度提升，也提高了火箭和飞船的入轨精度，使交会对接更加便捷。如年11月份在文昌发射的天舟五号货运飞船，就实现了两小时的快速自主交会对接，创造了全新的世界纪录。年我们对发射场的地面测发控系统进行了全面的升级改造，不仅实现了小型化、综合化和一体化，且具备了自动发控、手动发控和应急控制的多种综合控制能力。另外我们对火箭加注系统也不断地进行更新迭代，以前每次发射任务地面工作人员要进入塔架完成加注，与火箭的管路连接，加注完成以后又要进入塔架撤收这些管路，不可避免地要与火箭推进剂进行接触，而我们的常规火箭推进剂是有*的，易燃易爆，少量吸入就会损伤人的呼吸道，吸入过量甚至会致人死亡。为此我们一直朝着塔架无人化的方向进行努力，不断探索利用自动化设备来替代人工，完成危险环境下的人工操作。年，在中心自筹经费的支持下，我和项目团队怀着坚定的信心，朝着既定的自动化方向不断地努力，仅用了不到一年的时间，就研制出了首台箭栖加注对接机器人，这也是我国首套拥有自主知识产权的火箭自动加注对接系统。之后的十年里我们又对火箭加注自动对接系统不断更新迭代，现在我们已经更新迭代到了第三代自动对接机器人，安全性、可靠性和实用性都得到了大幅度的提升。在中心工作了二十多年，我和我的同事们一起，见证了一次又一次的圆满成功，也经历了无数个辛勤奋斗的夜晚——从神舟一号无人飞船成功发射，到神舟五号搭载着我国太空第一人杨利伟顺利进入太空；从神舟六号风雪出征，到神舟七号翟志刚航天员太空漫步；从神舟八号与天宫一号在太空深情一吻，再到我们神舟十四号与神舟十五号航天员在太空中胜利会师。在建设的过程中，中国航天人不断地攀登一个又一个高峰，实现了一个又一个不可能，不断地把梦想照进现实。未来中国航天人的脚步还将迈上月球、迈上火星、迈向宇宙的更深处，去探索浩瀚无比的寰宇，不断地刷新中国高度，创造中国奇迹。
2
太空育种——生物育种的国之利器
演讲嘉宾：王涛(中国农业大学生物学院教授)我是从事遗传学研究的，航天育种是我重要的研究方向。我们大家都知道，我们国家已经建成了空间站，我想这不仅圆了我们国人千百年来的飞天梦，也圆了我们中国科学家的梦。我们从新闻中看到，在空间站水稻完成了从种子萌发、幼苗生长、结穗、结籽的天的全生命周期，这个实验非常成功，换句话讲，今后我们到太空中去旅游，就不需要带大米了，我们通过我们自己的空间站就可以生产。航天科技、空间站技术这是高技术，它也是我们国家农业农村现代化核心的科技力量，给我们生物育种也提供了非常高效的一个技术平台。大家看，在我手中这是我们的一种植物，它叫紫花苜蓿，它的典型特征就是，叶子是三片叶子，这种牧草是我们全世界最重要的牧草，被称之为牧草之王，它富含蛋白质和优质的纤维，并且也有丰富的叶酸和维生素。我们每天吃的牛肉、羊肉，它们的品质好不好，我们每天喝的牛奶，它的蛋白质含量高不高，我想都与紫花苜蓿有直接的关系。它和我们畜牧业的健康发展、老百姓的生活质量密切相关。但是我们的紫花苜蓿产业，它是我们国家农业的一个短板。我们国家每年要进口接近万吨的干草，并且我们还要进口到吨的种子，这是我们国家国际依存度比较高的生产上的一个短板，我们团队从事紫花苜蓿研究有20多年，我们希望通过我们的创新能够帮助国家来解决困难，我们一直希望能培育出优质高产的苜蓿的新品种。但是，我们大家也知道，我们常规的育种效率比较低，我们培育一个新品种一般都要十几年，而太空育种呢，给我们提供了一个加快育种速度的有效的方法。借助太空中的高能射线，特别是在微重力的状态下我们种子的这个突变的效率会比在自然条件下高得多。我们国家在年的11月24号，嫦娥五号执行了探月任务，非常高兴、非常荣幸的是，我们的紫花苜蓿种子被选中进入了太空。我们团队精心挑选了5克紫花苜蓿的种子，大概有多粒。嫦娥五号在天上执行任务有20多天，这20多天里紫花苜蓿的种子发生了什么一直是我们团队所期待的。在年的1月份，我们到航天局把种子领了回来，就开始了我们苜蓿的太空育种的实验。我们育种的筛选需要比较大的规模，所以我们的团队就和山东省种业集团，在济南的正庄农场建了一个航天育种的试验基地，最早我们团队试种了多株的紫花苜蓿的种子。我记得非常清楚，在7月10号，我们看到的一幕，非常非常地惊喜，让我心跳加快，非常非常地激动，我们看到了什么呢？我们大家知道，我们常规的紫花苜蓿是每个叶柄上有三片叶子，我们看到，在太空中遨游过的种子一个叶柄上出现了七片叶子，这意味着什么？这意味着我们在单位面积里面蛋白质的含量会显著地提高，并且我们在株里边也发现了五片叶和七片叶的种子，达到了7株，我想这个效率是非常高的，这对我们育种家来讲，这是我们一辈子可遇不可求的事情。这个七叶的苜蓿，为我们今后优质苜蓿的育种奠定了一个非常好的种源基础。我们希望今后在这个基础上能够培育出我们国家优质的、高产的紫花苜蓿新品种，通过我们的努力来实现进口替代。我们现在发现的五叶和七叶的苜蓿的优异材料，是嫦娥五号在太空飞行20多天所带来的结果，现在我们空间站已经建成了，让人非常高兴的是我们的苜蓿种子也已经搭载在我们的神舟十五号上，在太空中神舟十五号将有半年多的时间，我们期望我们的神舟十五号能给我们带来更多更好的优质的变异。我想这对我们国家苜蓿产业的自立自强非常重要，我们感谢中国航天让我们农业科技插上了航天的翅膀，也期待着未来我们中国航天能给我们带来更多的惊喜。
3
看得见的生命健康
演讲嘉宾：
程和平(中国科学院院士、北京大学未来技术学院教授)
在我们人类进行思考的时候，我们的大脑里面发生了什么？在我们心脏跳动的时候，心脏的细胞又发生了怎样的变化？为了能够清晰地看到活体动物大脑里面的神经元、神经突触，它的结构和信号，就要借助到我们这种双光子显微镜，它就像一个高性能的X光机，能够透过大脑的组织，透过皮肤的组织看到细胞里面的结构和动态，比如刚刚我们主持人的测试结果，显示的是它在细胞层有很旺盛的线粒体的NADH的荧光信号，反映它的代谢非常旺盛，它有很丰富的胶原纤维和弹力纤维，代表着皮肤的年轻态。我与双光子显微镜的结缘最早是在年，那时我是马里兰大学的研究生，在研究心脏收缩的原理。我们开车6个小时来到康奈尔大学，看到了当时世界上第二台双光子显微镜。我的第一感觉就是它特别大，一间屋子就是一台显微镜，还有支撑这个显微镜的两台超快激光器，我就用这台双光子显微镜拍摄了心肌细胞里面线粒体的NADH信号，线粒体是细胞的能量工厂，NADH是线粒体燃烧的“煤”，它有自发的荧光，可以用双光子拍出非常漂亮的图片，来反映细胞的代谢状态，但是，总不能把一间屋子大小的显微镜背在小动物的脑袋上吧？如何才能创造出一种显微镜，能够在小动物自由行走的条件下，看到一颗一颗神经元一闪一闪的动态变化，这是揣在我心底里的一个梦想。年，微型化双光子显微镜获得国家自然科学基金委的正式立项支持，那时候我们是想做15克的微型化显微镜的探头。在年，全世界都不认为我们能做出来，我们去斯坦福大学请教他们的一位教授，现在也是美国脑计划的引领者之一。他告诉我们说你们想做15克，那是做不出来的，克还有可能。后来我把他请到北大，我们交流了一周，临走的时候他又告诉我们说，你有可能做出来。我就说你怎么又改变想法了呢？他说你们有非常好的团队，有搞激光的，有搞机械的，有搞自动控制的，有搞生命科学的，有搞光学设计的，说只有这样一个集团*的团队，才有可能一举攻克微型化双光子显微镜的难题。经过3年不懈的努力，我们团队于年成功地研发了一种高速高分辨的微型化双光子显微镜，这个就是微型化双光子显微镜的成像探头。它的大小只有拇指大小，重量只有2.2克，但是它的成像质量可以跟我们台式的屋子大小的双光子显微镜相媲美。因为足够小，足够轻便，它可以经过训练后戴在小动物的脑袋上，小动物可以自由自在地行走，也可以戴着它睡觉做梦，进行长时间的观察，获取神经元水平，甚至神经突触水平的动态的变化信号。在脑科学当中，在真实场景中来观测大脑的活动状态非常重要，所以我们的技术为脑科学研究提供了一个革命性的工具，它不仅可以看得见学习、记忆、决策等思维的过程，还可以为我们研究脑疾病的机制，比如像自闭症、阿兹海默症、癫痫、睡眠障碍等等，它的神经的机制开启了新的研究范式。如果年的那款微型化双光子显微镜算是第一代的话，那我们在年发布了第二代的显微镜，比第一代的显微镜要看多十几倍的神经元的数目，它的视场也增加了7.8倍，而且它可以看三维图像，可以像切片一样一层一层地看。马上就要出来的是第三代，第三代我们做的是微型化三光子显微镜，三光子显微镜的好处是看得更深，从小鼠的皮层可以一层一层地往下看，一直可以看到皮层下的海马区。不久前，我们用同样的便携式双光子显微镜与航天医学的专家合作，研究了人在模拟失重条件下，体表双光子的生命信号的变化，得到了一些有意义的结果。面向未来，我们启动了下一轮的技术革新，要把微型化双光子显微镜变成临床上的双光子内窥镜，来用于我们消化道、呼吸道肿瘤的早筛早查。我们特别期待，这个最初为脑科学量身打造的一个技术，能够直接服务于人民的生命健康，让我们的生活更美好。
4
保持你的好奇心
演讲嘉宾
戴伟（北京化工大学教授、英国皇家化学会北京分会主席）
我叫戴伟，戴帽子的戴，伟大的伟，我的英文名字叫DavidG.Evans，我是英国人，但是在北京已经待了二十四年。我为什么变成科学家？我为什么经常跟小朋友们一起做化学实验，为什么一辈子就做科学，是因为好奇心。我小的时候就有好奇心，现在还有好奇心，所以，做科学家离不开好奇心。我十二岁开始在家里做化学实验，刚开始的时候，我买了一些设备和药品，在哪儿做实验呢？我就是在厨房做的，然后爸爸妈妈不高兴，他说我们要做饭，厨房变这么脏乱怎么行？正好家里的小花园中，我父亲有一个小棚子，他让我在那边做实验。从十二岁开始，我在家里做了很多很多化学实验，做实验提高了我对化学的兴趣。其实，除了化学以外，我也对另外一个领域有好奇心。我对中国特别感兴趣，我喜欢化学，也喜欢中国，为什么呢？上世纪七十年代初那时候，中国改革开放还没开始，所以在英国，我们没有关于中国的新闻，这么大的国家这么多人，但是对我来说都是神秘的，跟一个黑洞一样，没有信息。我有好奇心，我想了解这个神秘的国家，所以我开始一边了解化学，一边了解中国。所以我两个爱好都是以好奇心为动机，都让我更了解化学，更了解中国。第一次有机会来中国是年，很长时间都向往，但从年开始，我每年来中国一两次，访问一两所大学作学术报告，然后去旅游。每次来中国，看到中国这么大的变化，都会强化我对中国的好奇心。你听说过著名的科学家爱因斯坦吗？爱因斯坦说，提的问题比回答的问题还重要，那么，“化学”的“化”是哪个“化”呢？对，就是变化的化，所以化学家要学习什么呢？变化，有各种各样的变化，原来的物质变成新的物质，就是化学反应。所以如果以后有人问你，什么是化学反应？你可以回答他，一种物质或多种物质变成新的物质就是化学反应。孩子都有好奇心，好奇心是天生的，所以我们作为老师，作为家长，不是培养孩子的好奇心，而是要让他们保持这个好奇心。你不能总说“哇，很神奇”就走了，你要说“这是为什么呢”？想变成科学家，就要天天提问题，天天要想“我能不能看到，我能不能通过实验得到信息”，不能说“因为我认为，所以肯定是这样”。这个不是科学家的思维，所以要利用好奇心，培养我们的科学思维。
5
鲸的逆袭之旅
演讲嘉宾
宁原（“模型师老原儿”、资深科学类节目制作人）听了刚才科学家的演讲，一定勾起了大家对探索世界的兴趣，那接下来我就带你们到我的模型世界里面转转，一起来听一个青铜变王者的故事吧。很久以前，鲸并不是我们脑海里面庞然大物的样子，它的祖先长这样：浑身有毛、长着4条腿，这不就是狗子吗？看起来还挺凶的，但是在它生活的那个年代，它只有被欺负的份儿。因为它的邻居是恐龙，还有各种天敌，只有一米多的它真的是天天挨打，瑟瑟发抖。于是鲸就选择了逃跑，慢慢地它就来到了水边，发现水里面不仅安全而且小鱼小虾也很多。于是为了生存，鲸的祖先就在这儿定居了。接下来地球上发生了一系列的灾难，恐龙和许多动物都悉数灭绝了，而生活在水里面的鲸的祖先，就在这场大灾难里面幸存了下来。不过水里面毕竟是陌生的生活环境，这小弱鸡怎样逆袭成王呢？首先鲸的祖先身上这些毛发在水里面可是一点用都没有，而且容易长虫，还阻碍游泳。于是为了在水里面游得更舒服，鲸的祖先先是褪去了身上的毛发，变成了一层光滑的皮肤。而且4条腿在水里倒效率实在太低，它的前腿就演化成了一对鳍来控制方向，两条后腿逐渐变小，干脆消失了。而尾巴变平变厚变宽大，上下摆动提供动力。不仅如此，为了更好地适应水下的生活，它的鼻孔不断地上移，从脑袋移到了头顶，于是鲸就从4条腿的狗子变成了现在这副样子。为什么有的鲸能长那么大？对于这个问题现在主流的观点是陆地上受到重力的约束，而且它又是弱鸡一个，那这小家伙就很难长大。而在海洋里面有足够的浮力，鲸就可以放开了长，越长越大，再一个海洋里面的小鱼小虾数量变多，鲸的食物就变多了。不过这些小鱼小虾都是抱团生活的，一帮一帮离得很远，那么长得大的鲸就有了天然的优势，吃得多游得快游得远，那自然鲸也就越长越大。怎么样，没想到鲸还有这么多励志故事吧！妥妥的青铜变王者呀。鲸游走了，海里面貌似还有一个漂流瓶，让我们打开看看，原来是年的新年祝福。祝全国的大朋友小朋友们在新的一年里面能够成为逆袭王者，在科学的海洋里尽情地遨游。年就要到了，你又给自己立下了怎样的flag呢？把想知道的知识告诉我，我用模型做给你们看，让我们一起来亲近自然，发现乐趣，爱上知识吧！
6
科幻让未来
走进现实
演讲嘉宾
王元卓（中国科学院计算技术研究所研究员、中科大数据研究院院长）
站在“科学跨年之夜”的现场，我们会说回望展望。其实很多年以来，我们对时间的认知都是线性的，从结绳记事到如今高精度的原子钟，时间像历史的长河，从滴水成河到涌入大海一去不复返，我们既不能回到过去，也无法走进未来。但是人类对时间的幻想却从未停止过，比如《山海经》中的烛龙，吹为冬，呼为夏，再比如《西游记》中常说的那句话——天上一日地上一年，这些神话幻想在科学家的眼里，也许就是未来科技努力发展的方向，比如大数据、人工智能。今天人们对时间的认知早已不再是线性的概念，在相对论、引力波、虫洞等科学理论的支撑下，时间旅行、时空折叠、平行时空等这些对时间和空间新的理解展现在我们的面前。什么是时间旅行呢？就是有一个能够预知未来、具有超能力的人，可以对未来进行准确的预测，甚至是干预。有人会说，这不就是我们常说的算命先生吗？通过周易推演，古人一直致力于推算运势，但却无法改变它。年曾经上映过一部基于时间旅行设定的科幻电影《少数派报告》，影片讲述了未来人类通过具有感知未来超能力的人，预知人的犯罪企图，并在犯罪行为没有发生之前，将其扼杀在萌芽当中。二十年前的科学幻想，在今天很多都已经成为了现实。基于超级计算机的大数据实时感知和智能的计算，在很多特定领域里面都可以实现较为精准的预测，无论是避免交通拥堵还是预测疾病传播，都有着成功的应用。似乎通过大数据和人工智能，人类已经初步实现了感知未来、了解未来和影响未来，那么我们有没有可能穿越回到过去呢？在相对论中，当一个物体运动的速度接近或者达到光速时，这个物体所处的时间就会变慢，而一旦能够超越光速，那么在爱因斯坦的公式中就可能实现回到过去。可是在现在的科学法则中，一切拥有静止质量的物体是不可能达到光速的，更不要说超越光速了，这似乎破灭了我们回到过去的梦想，但其实如果我们能够跨越时间和空间进入到一个虚拟的世界，这样是不是就能够回到过去了呢？这样的想法在著名的科幻美剧《西部世界》中有着生动的描述，剧中的人工智能系统雷荷波以其强大的模拟现实的功能，将人类的社会行为事无巨细地进行规划，通过雷荷波所创造的虚拟世界，人们可以回到过去的某一个时刻来获悉过去事情的真相，或者改变虚拟世界过去所发生的事情，进而来模拟未来的发展。如今，基于超级计算机的大规模模拟仿真计算，可以构建完整的地球模拟器，从而实现基于大气、海洋等各种地球部分的建模，并实现模拟仿真，从而让科学家可以准确地掌握资源、环境与气候变化的态势，预测可能发生的气候变化和自然灾害。也许这样的功能就可以让我们回到恐龙时期，看看那个时候，地球上究竟是什么样的气候。但在现实世界中要想实现这样的能力，或许我们不一定只从虫洞中来窥探到时间折叠的奥秘。通过虚拟现实技术让我们在某种意义上也可以实现时空的折叠，这时候时间似乎已经不再是一条直线在前进了，在平行时空中多维空间这些想法，伴随着科技的发展也出现在越来越多的经典科幻作品当中。像科幻电影《盗梦空间》中，每一层梦境的时间相对的速度都不一样，就像前面所说的“天上一日地上一年”，通过计算机的模拟仿真真的实现了对时间的加速，而对空间场景的随意设定，也让我们可以真正地实现在现实中的造梦。说到虚拟空间的造梦，就不得不提到一部科幻电影《头号玩家》，影片完美地诠释了元宇宙的概念。通过虚拟现实技术、虚拟现实装备和场景生成技术等，可以让人们随时进入到任何的时空场景。我们相信，随着计算技术的高速发展，虚拟人、数字生命、元宇宙等在不久的将来就会出现在人们的日常生活当中。就仿佛孙悟空拔一根毫毛就可以有无数个分身，在云上实现让我们同时遨游不同的宇宙的想法，也许将会不再是幻想。科学幻想不同于神话玄幻，科幻作品要扎根于现实世界。科幻是基于一定的科学理论或者事实，来对未来或者自然界的幻想。而科学则是对自然界的事实和规律进行探索和总结，它必须源于事实。科幻与科学貌似表面上对立，但本质上却有着非常密切的联系，科学幻想对科学的发展有着极强的预言和推动的作用，而科学的发展也带动了科学幻想的升华。科学幻想也是科学活动的重要组成部分，科学幻想让未来走进现实。
7
脉冲相机追光逐电
连续视觉回归自然
演讲嘉宾
*铁*（北京智源人工智能研究院院长、北京大学计算机学院教授）
在新年来临之际，我想每个人都会拍不少照片。大家拍照时往往有个习惯：“不要动啊，保持微笑，咔嚓！”今天我要给大家介绍一款新相机，这款相机没有快门，你要做的只是对准目标，精彩瞬间就不会错过，而且绝对不模糊。先看展示。现在拍摄舞台上的这台电风扇，大家左侧屏幕画面来自电视台专业摄像机，右侧屏幕画面来自我们研制的脉冲相机。现在风扇静止不动，扇页上的文字和图标两边都很清楚。现在让风扇转起来，风扇越转越快，一直到每分钟转，注意两边的画面：左边的画面出现了倒转错误，后来就模糊不清了，我们人眼看到的也是模糊一片。右边屏幕上有两个画面，分别是脉冲相机采集的实时信号和慢放画面，实时信号就像电扇一样快，本身很清楚，但人眼看不清，右侧画面是慢放，大家通过电视屏幕应该能够看清楚上面的文字，可能会有拖影，那是因为电视转拍带来的问题，现场画面清清楚楚，一点儿都不模糊。大家可能会说，这不就是高速摄像机吗？其实这个小小的脉冲相机，性能远超高速摄像机。我们看个更快的，现在屏幕上展示的是在北大物理系拍摄的6马赫高超声速风洞激波，慢放倍，每个瞬间都清晰，价格上百万的高速相机都做不到。脉冲相机为什么这么厉害？原因在于它采用了全新的连续摄影原理。数码相机继承了传统胶片相机工作原理，就是把光变化过程看作物理对象，就像一根香肠，电影是咔咔咔每秒切成24段，每一段再压扁成一幅静止图像。数码相机不用胶片，用光电器件，但成像原理并没有变，换汤不换药，胶片相机拍摄高速过程会模糊，数码相机也是如此，所以说数码相机并没有完成数字化革命。连续摄影新原理颠覆了成像概念。大家知道，数码相机的光电传感器是一颗颗独立像素组成的，0万像素就是0万个独立像素组成的阵列，为什么非要模仿胶片相机僵化地同步曝光成像呢？与传统摄影“切香肠”不同，连续摄影新原理把光过程看作一束“面条”，每个像素对应一根面条，负责把这根面条对应的光子流转换成一个电子流。要知道，光电转换通常在10纳秒量级，因此，这个过程是一个超高速过程。具体到脉冲相机，每个像素收集到额定数量光子后，转换成一个数字比特，称为脉冲，你可以认为一个脉冲是一组光子，或者一个颗粒度更大的光子。累计形成一个脉冲的时间越短，就表示光越强，反之，光越弱，因此脉冲序列的疏密变化过程对应了那个像素的光强变化过程。要得到某一时刻图像，只要把所有像素在那个时刻的光强排列成阵列就可以了。屏幕上显示的是我的挥手过程，每个时刻的图像都清清楚楚，这是新原理保证的。以后脉冲相机普及后，大家都可以拍摄足球比赛、舞台表演、动物摄影，只要你镜头对准拍摄对象，拍下几秒钟的脉冲流，你就可以连续滑动时间，找到最精彩的瞬间。发明了能够连续摄影的脉冲相机，马上会想到第二个发明，那就是相机的对称装置——显示屏：相机把超高速光子流变成高速脉冲流，显示器就把脉冲流再转换成高速光子流。现在的显示器刷新率来自接收的视频帧率，只有几十赫兹，变成高速显示器后，就能重现车轮旋转等高速过程，看这样的屏幕，就像透过玻璃看窗外景物一样自然。再接着想，把脉冲相机和脉冲显示器背靠背连通，就是第三个发明：单向透明电子玻璃。车辆、飞机、墙壁等外侧装上脉冲相机，内侧装上脉冲显示屏，从内向外看，就像透明玻璃；从外向内看，只是隐藏了摄像头的墙壁。再进一步，把电子透明玻璃做成虚拟现实眼镜。现在无论是VR、AR还是MR，都还是采用视频，最快也就是每秒帧，头部转动时往往会模糊眩晕，因为这个原因，VR眼镜很难成为消费电子产品。脉冲相机和显示屏可以从根本上解决这个问题，刷新率达到亚毫秒，就像佩戴了一个玻璃眼镜一样舒适自然，让你自由出入元宇宙虚拟世界和熟悉的物理世界，分不清楚身处虚拟还是现实之中，这时真正的数字时代就到来了。通过这个例子我想传达的是，发明无处不在。只要思维不僵化，对习以为常的基本原理和标准答案不简单接受，多问几个为什么，每个人都可能做出原始创新。牛顿重新思考苹果落地和地球的关系，发现了万有引力定律。爱因斯坦质疑时间和空间的绝对性，提出了相对论。科技创新就要刨根问底，你质疑的原理越基础，创新的颠覆性就越强，期望中国出现越来越多的原始创新！
8
量子技术
离我们有多远
演讲嘉宾
薛其坤（中国科学院院士、南方科技大学校长）究竟什么是量子科技呢？量子是科学家在上个世纪初为了描述微观世界的状态和微观世界的运动规律所提出来的概念，它是一份一份的。正如描述人时，我们说“一个人”“两个人”，而不能是“一个半人”或“1.3个人”一样，量子描述的是一个不可分割的最小单元。现在有很多人在炒作量子产品，比如说“量子鞋垫”“量子水杯”，这些概念显然是不正确的——因为量子力学是描述原子、电子等微观粒子的科学，大家一定要注意这一点。那么目前世界上就没有真正的量子技术、量子产品吗？实际上，在我们如今的信息社会中，有很多量子产品已经得到了应用，只是我们没有为它们冠上量子这个词，大家可能不知道它们与量子科学的联系。比如说计算机用到的存储信息的硬盘，光纤通信的激光，卫星定位系统用到的原子钟，这些其实都属于量子技术、量子产品。我的团队在年年底，发现了“量子反常霍尔效应”。那么，什么叫量子反常霍尔效应呢？这是描述材料中电子运动规律的一个效应。在量子反常霍尔效应的状态下，材料中的电子就像高速公路上的汽车一样，排着队、有序地运动。所以说量子反常霍尔效应可以应用在未来的电子器件、计算机芯片中，一旦用上了以后，因为这种使电子运动规律有序的效应，所消耗的电会大大减少，电子器件的运行速度也会加快。量子反常霍尔效应的发现，给了我们什么启示呢？其中一个启示就是高精尖实验技术的打造十分重要，这也是科学创新非常重要的一点。中国古人有句话：“有了金刚钻，才能揽瓷器活”。现代科学技术发展到今天，这种高精尖实验技术的打造，就像打造金刚钻一样，非常重要。我想和大家分享几个小故事。第一个故事是我在年轻的时候考研的故事。我大学毕业那一年曾积极地准备考研，但最终没有成功。为了实现当一个科学家的梦想，大学毕业两年后，我又参加了一次研究生入学考试。尽管也做了很多努力，还是没有成功。但是到了年，我参加了第三次研究生入学考试，最后终于被录取了。这个故事给我们的启示就是一定要坚持，人的一生会碰到各种各样的坎坷，但是你只要坚持，我想你就能突破这些难关。还有就是我指导学生改文章的故事。有一个学生的英文写作水平不是非常理想。当他完成第一稿以后，我发现其中有很多问题。当时我就给他出了这么一个主意：你把这个文章改十遍，每改一遍存一个版本，等你改完这十遍以后，把这十个版本同时发给我。这个学生也许是为了应付，也许是对我布置的这种作业不太理解，结果他在很短的时间就完成了十个版本的文章修改。当他把这十个不同的版本发送给我的时候，我发现其中有不少版本之间只差了一分钟、两分钟。后来我就找到他，把每一个版本发生的变化做了一个分析，通过十个版本的比较，我告诉学生应该怎么写好一个文章，改好一个文章。这些都是点点滴滴的小事。但所谓理想和精神的培养，可能都要从点点滴滴做起。大家都在谈论追求梦想，但梦想是建筑在一滴一滴的汗水之上的，是建立在一步一步之上的。
科学传播不仅仅是科学知识的传播，还应该包括科学精神的传播，科学思想的传播以及科学方法的传播。“少年强则国强”，我衷心地希望广大青少年热爱科学、追逐科学，将来做一个科学家，为中华民族的伟大复兴做出你们的贡献。
9
科技赋能
耕地环保
演讲嘉宾：
郧文聚（自然资源部首席科学传播专家、国土整治中心研究员）
不可否认，今年很多人曾为我们国家的粮食安全产生过担忧。但是今天，我可以很开心地跟大家分享一个好消息，这个消息也是我们祖国的又一个伟大荣耀：年，我国粮食总产量实现了亿斤，创造了历史新高，连续8年稳稳地站在了1.3万亿斤的高水平！这是一个历史性的成就，是一个了不起的成就，是我们中国人应对当今的国际环境问题、国内经济发展问题的底气跟实力。那么，我们的粮食为什么能够实现这么大的进步呢？科技的力量或者说是科技的进步，使我们能够吃得饱、穿得暖。前些年我就曾经重点讲过“三良”——良田、良种和良法。所谓良田，是经由我们建设、适应了农业机械化生产、适应了良种下田、适应了良法下地的田。截至今年，我国经过十多年的奋斗已经建成了10亿亩高标准良田，这是我们取得粮食丰产的一个根本性保障，是第一条“硬支撑”。除了良田，第二条“硬支撑”就是良种。一粒种子可以改变世界，如今，我们已经深深地体会到了良种的作用。在我国，像小麦、水稻这些大田粮食作物，大概每十年换一次种，而每换一次种，它的增产效率就能达到10%。试想一下，这几十年来，我们换了多少次种？在这里边，又有多少科学家在做着贡献！所以说，良种对于我国实现“粮食总产上新台阶”是功不可没的。那么，第三条“硬支撑”是什么呢？良法！所谓良法，它包括了我们该怎么去耕、怎么去种、怎么去管。此外，它还包含了一个最重要的问题，即我们种的时候用什么工具去种——是赶着牛去种，还是开个小四轮去种？是开重型机械去种，还是使用无人机来种呢？我们不要小觑农业机械装备，特别是智能农业机械装备的作用，因为农机跟农艺相结合才能叫良法，它为保障我国粮食安全也作出了巨大贡献。综上，我们要感谢科技，要感谢“三大科技”的“三箭齐发”——良田科技是底盘技术，它有了重大突破，良种科技和良法科技也都有了重大突破，这才最终实现了“三大组合拳”的重大突破，这才使我们的粮食总产能在八年间稳稳地站稳1.3万亿斤这个高台阶。习近平总书记曾经讲过，我们要抓住两个“要害”，一个是种子，一个是耕地。那么很多人可能就要问了，“耕地的‘要害’是什么？”让我们试想一下，如果有了良种、有了良法，如果没有良田这个大舞台，我们又能做什么呢？说到这里，我给大家讲一个小故事：草场上，有一只羊活得很好，草场的草也长得很好。但是你们知道，想让这片草场长得足够能养好1只羊，它的地下得有多少微生物和细菌来支撑吗？我来告诉大家，这些土壤动物、土壤微生物和土壤细菌的总重量加起来，至少相当于15只羊！换而言之，地面之下要有将近“15只羊”这么丰富的微生物，才能让地面之上的一只羊长得肥硕又健康。对于人类来说，我们不能光看地上的1只羊，而是要再进一步、多想一步，去思考地下那15只羊——只有它们都生活得好，大家才能都生活得好。正因如此，未来，我们应当更加重视对耕地的保护、草原的保护、森林的保护，以及对自然资源的保护跟开发利用。我们不仅要注重地上，还要更注重地下。从这个意义上来讲，良田的基础性作用也就更强，而这也恰恰是它被称为“底盘技术”的原因——只有把这底盘做大了、做强了、做实了，良种和良法才能充分发挥它们的作用。正因如此，建设高标准的农田，这也将是我们继续努力追赶的目标。我们不仅要建成高标准农田，还要建成生态良田、智慧良田。建设生态农业的重要性在于，我们只有用上了智慧农业的新技术，才能更精准地用肥用药，作物才能生长得更好，同时留在田间的化肥跟农药才不会过量，避免耕地的面源污染和富营养化。从这个意义上来讲，智慧农业不仅是一个提高生产效率的技术，它更是一个生态环境的技术，是一个能为我们高品质生活提供服务保障的技术。在过去的这几年，为了更好地利用好耕地资源，我们积极响应中央号召，掀起了一场“防治黑土地退化保卫战”。大家都知道，黑土是非常珍贵的，要二百到四百年才能形成1厘米。同时，黑土也非常脆弱，一场风一场雨就能把黑土剥蚀殆尽，直接露出下边的*土。正因如此，习近平总书记才一直强调，我们要像保护大熊猫一样地保护耕地。在东北，这个比喻就更加形象——“黑”是大熊猫的黑斑，“白”是大熊猫的基色，要把那一黑一白都保护好，保护黑土地资源才大有希望。黑土地是这样，我们的红土地、*土地、青土地和白土地也都一样。在吉林大安，我们做了一块能“一季千斤”的实验田，如今它已是稻浪滚滚一派美景，而且我特别想给大家推荐的是它产出来的微盐碱大米，它的口感更好吃，熬出来的粥更黏！经过科技赋能，耕地保护一定能够让我们实现从吃得饱向吃得好的伟大转变，而这恰恰就是希望的所在。然而，科技的威力虽然是无穷的，但科技和社会也是分不开的。粮食再多，如果我们不注意节约，过多地消耗了珍贵的资源，那最终也会出现问题。最后我也在这里呼吁大家，呼吁我们广大的青少年，一定要做“光盘族”，你所节约的每一粒粮食，都是我们增加的那一粒粮食。我们不仅要做一个增产的科技创新者，同时也要做一个节约的、文明的消费者，只有这样，我们才能够青山常在，绿水长流！
10
绿色设计
碳索未来
演讲嘉宾：
孙丽丽（中国工程院院士、全国工程勘察设计大师、北京市科学技术协会副主席）我是一名工程师，从事石油化工工程设计，我常说自己是一个“手艺人”，把实验室的科技成果转化为绿色高效生产力的“手艺人”。祖国大地上一座座耸立的石油化工基地，见证着我们这些“手艺人”的艰辛和努力，当我们看到我们设计生产出来的产品与您的衣食住行息息相关时，我们由衷地自豪与骄傲！石化行业的发展关乎产业链和供应链安全稳定、民生福祉改善。我所从事的科研设计就是从源头将石化生产过程的各环节“减碳和低碳”落到实处。在这里我想给大家分享三个真实的故事。我首先给大家分享一个关乎“石油”的故事。那是在年5月，一只迷了路的“鲸鱼宝宝”误入了海南某码头近海海域，“鲸鱼宝宝”在港池上上下下玩得很开心，但人们还是将这只“鲸鱼宝宝”引离港池，奔向它本该生活的浩瀚大海。也许您好奇，一只迷路的鲸鱼宝宝和我们今天讲的话题有关系吗？有啊！提起海南，闭上眼睛，我们就会感受到蓝天、碧海、沙滩、美丽的红树林。但是你可能不知道，早在本世纪初，中国石化就在这里建成了我国首座单系列千万吨级现代化炼厂，发展至今，已经成长为千万吨级炼油、两百万吨级芳烃和百万吨级乙烯的大型现代化炼化基地。上面提到的迷路“鲸鱼宝宝”光顾的就是这个炼化基地的码头港池，大家知道，鲸鱼对水质很敏感，“鲸鱼宝宝”在港池里欢快畅游的场面给很多人留下了深刻的印象。也许您想知道，炼化企业是一个高耗能、高排放的行业，我们是怎样在国际旅游岛上建成了这样一家世界级现代化炼化企业的呢？3年，我国首座单系列千万吨级炼厂在海南启动建设，我们以建设世界级现代化炼厂并保护海岛生态环境为目标，突破传统思路，建立重油轻质化与低值产品高附加值化新工艺，实现了核心装备自主设计制造，同步攻克资源高效利用和污染源头治理两大难题，单日能耗降低15%，废水COD仅为国家一级指标的58%。海南炼厂的建设标志着我国具备了依靠自主技术设计建设国际先进水平千万吨级炼厂的能力，具有里程碑意义的示范作用。海南炼化为海南的经济发展作出了重要贡献，也始终是海南环保标杆企业。海南炼化附近的那片茁壮成长的红树林还有像“鲸鱼宝宝”一样的海洋生物见证着这里依然优质的生态环境。这是一个关乎“天然气”的故事。人类社会正面临着能源需求上升和气候变化两大重要挑战，天然气作为优质清洁高效能源，已经成为推动全球能源转型、应对气候变化的必然选择。但我国的资源禀赋是“缺油”“少气”“富煤”，寻找藏量丰富的石油和天然气资源是中国石油地质学家们的梦想和追求。本世纪初，我国在四川的川东盆地发现了大型的天然气气田，储量丰富，相当于发现了一座胜利油田。这是个令人振奋的消息，但是随后勘探发现，这里的天然气H?S浓度高达15%-18%，剧*，世界罕见。开发高含硫天然气十分危险，是个世界性难题，国外同行评价它为“*气田”，没有任何开采价值。6年，国家“十一五”重大工程——川气东送工程启动，其中的亿方/年普光天然气净化厂项目就成为该工程的咽喉。针对天然气高硫且硫态复杂的难题，我们创新集成新工艺，研制新设备，协同攻克了系列关键技术。建设期间我们平掉了八座山，改道了一条河，虽经历了5.12大地震等多种自然灾害的严峻考验，项目仅用两年多时间就按期高质量建成。投产后总硫回收率99.9%，产品天然气优于一类气指标，排放尾气中SO?浓度仅为当时国标的30%，达到国际领先水平，标志着高酸天然气安全高效净化的世界性难题得到解决。年至今累计供气超千亿方，为长江经济带70多个城市和上千家企业提供了清洁能源。科技创新让天然气成功脱硫“排*”，我们还让“*气”变废为宝产“*金”，当年就产硫磺多万吨，占全国总产量的30%，成功摆脱了进口依赖。生产出的硫磺产品等级达到优等级，实现了废弃物的资源化高水平利用。我分享的第三个故事是关乎“氢”的故事。过去的一年对于我和我的团队来说是不平凡的一年，年2月4日，举世瞩目的北京冬奥会在国家体育场“鸟巢”盛大开幕，我国承诺要给全世界一个“绿色的奥运”，我们精心规划设计了三座加氢站，为冬奥场馆用车提供清洁的氢能；与往届奥运会大量使用液化天然气或丙烷等气体作为火炬燃料有所不同，此次北京冬奥会首次使用由我们石化人研制的绿氢作为火炬燃料，绿氢就是利用可再生能源电解水得到的氢气，燃烧时只产生水。在奥运会开幕式现场，当主火炬点燃的那一瞬间，我看到一束蓝色的奥运圣火在洁白的奥运雪花中亮起时，那种对清洁能源的热爱再一次在我心中涌腾。虽说我们不是运动员，但科技创新使我们就像奥运健儿一样在不同的赛道上努力拼搏，这就让我们拥有了同样的机会，去拥抱“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”，这份独特的经历是奉献，是成长，是陶醉，值得我们永远铭记！最后，让我们畅想一下未来，石化行业正在与太阳能、风能、核能等新能源融合发展，让石油天然气用于生产满足民生福祉的清洁燃料、化工材料和特种化学品，让石化生产过程中使用更多的新能源，从而减少耗能、减少碳排放，这样我们就会离“双碳”目标越来越近。
11
我的老师钱学森
演讲嘉宾
张德良（中国科学院力学研究所研究员、中国科学院大学教授）
钱学森先生是享誉海内外的杰出的战略科学家，他放弃了国外优厚待遇，回到了当时一穷二白的祖国，为祖国的富强、人民的安康进行了不懈的努力奋斗，为中国科技的发展奠定了扎实基础。不仅如此，钱学森先生回国以后，还为我们国家培养了大批的科技人才。
钱学森先生亲自为我们讲火箭技术概论和星际航行概论。钱学森先生口才非常好，他上知天文，下知地理，什么都懂，知识面非常广。钱学森先生讲课时讲话的速度不快，但每一句话都很有分量，他可以把很深的道理用通俗易懂的语言表达清楚，让学生们一听就明白。所以，钱学森先生的课在我们学生里有很高的声望，我们大家都喜欢听钱学森的课。钱学森先生不仅给我们上课，还不定期给我们作学术报告，让我们及时了解当时世界科技发展前沿，同时还让我们自己动手设计和研制小火箭。
同时，钱学森先生对我们也很关心，只要有空他就会亲自来到教室和我们座谈，了解我们的学习情况，当时我们能近在咫尺地和大师面对面地座谈，真是感到十分的亲切，很兴奋。
钱学森先生对学生的学习要求是非常严的。有一次他的课程进行一次小测验，其中有一道题：第一宇宙速度是多少？我们都知道第一宇宙速度是每秒7.9千米，但是，我们中间有一位同学因为粗心，将第一宇宙速度写成了每秒7.9米。助教把这件事私下告诉了钱学森，他知道后非常生气。在下一堂上课的时候，把我们全班学生整整训了一个上午，他说：每秒7.9米？自行车都比你快，你还想上天去？你们这些人将来要去搞“两弹一星”工作，出现一个小数点的错误、一个单位的错误、一个数字的错误，那是要死人的。发射出去的火箭就有可能回过来打到你自己的。
通过这件事情，钱学森先生给我们提出了一个要求，叫做“三严”，也就是严格、严谨、严密。他告诉我们说：“同学们，你们要么不学习，要学习，一定认认真真学，做好每一件事，一定要做到严格、严谨、严密，从小事情做起，养成好的习惯。”
钱学森先生的课程上完了，就要进行期末考试。他的考试办法和现在的考试办法完全不一样，采用开卷考试，大家可以把座位里的教科书、参考书、资料等等都拿出来看，就是不能讨论。
考试就出两道题。第一道题概念题30分。这道题得个20分还是可以的。但是，你要得25分以上就不是那么容易了。第二道题是一个计算题70分。计算从地球上发射一个火箭，绕过太阳返回地球，把这个飞行轨道给算出来。当时我们学生一看这个第二道题，都傻眼了，不知道从哪儿着手。考试从上午8点钟考到中午12点，没有一个人交卷。钱学森说，没事，大家吃饭去，吃完饭以后回来再考。一直考到晚上6点钟，大家只能交卷了。同学们都被考得垂头丧气。
考完以后，助教一批改，80%-90%的学生不及格。这时助教都着急了，问钱学森先生这个课怎么交账？钱学森先生根本不在乎这些，他告诉助教：“没关系，你就把每个人的成绩开方乘10就行了。”为什么开方乘10？0分开方乘10是0分，分开方乘10还是分。两个点控制住了，但是中间就不一样了。36分开方乘10是60分，就是说，你只要考36分就及格了！这下大部分同学都及格了。
考完试后再来上课的时候，钱学森先生就说，你们这些人的数理基础太差了。其实我们同学都是从全国各个学校里边的尖子里挑出来的。但是，钱学森先生说这样不行啊，数理基础不好怎么去搞“两弹一星”呢！
那怎么办呢？钱学森先生说：“现在你们不能毕业，再延长半年进行补课。”当时钱学森说延长半年就只能再上半年课啦。在这半年里，我们新开了一门加州理工大学的《工程中的数学方法》课程，还补了一些其他的课程。除了这些课程以外，钱学森总共让我们做了多道很难的数学题。我们被逼得都无路可走了，但是，我们都咬着牙挺过来了，最后我们毕业了。
当时我们心里真有点不服气。但是一辈子都过去了，回过头来看看，我们能为国家做一点事情，做出一点贡献，所有这些的基础那都是钱学森培养出来的啊！正是因为他当时对我们那么严格要求，才让我们打下扎实的基础和良好的作风，在这一生中我们才能认真地做好自己的工作啊。一想起这些，我们才真正体会到钱学森先生的用心良苦。今天想到这些，我要感谢我的老师钱学森先生。
北京市科协融媒体中心制作
整理/记者：赵天宇、任孝鹏、马雪迎、韩思闲、吕冰心、李慧、赵玲、王雪莹、陈永杰
