【正文】 1 科普宣傳手冊 第一篇 中國自主創(chuàng)新科技成果 鐵基超導(dǎo)摘得國家大獎(jiǎng) 2020 年初的國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，趙忠賢院士等人的“ 40K 以上鐵基高溫超導(dǎo)體”研究獲頒 2020 年度國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。 超導(dǎo)被認(rèn)為是 21 世紀(jì)材料領(lǐng)域最重要的課題，在這個(gè)領(lǐng)域已有 10 人獲得 5次諾貝爾獎(jiǎng)?；诔瑢?dǎo)原理的磁懸浮鐵路已經(jīng)為中國人所熟悉，醫(yī)院使用的磁共振成像儀器（ MRI）中的磁體也基本上都是由超導(dǎo)材料制成的。超導(dǎo)現(xiàn)象一般要在接近絕對零度時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，找到轉(zhuǎn)變溫度在 40K 以上的材料已經(jīng)十分難得。 首顆“量子衛(wèi)星”關(guān)鍵部件研制完成 有了量子通信， CIA 再也別想監(jiān)聽你啦。光量子電話網(wǎng)的“一次一密”提供了絕對安全：兩人通話期間，密碼機(jī)每分每秒都在產(chǎn)生密碼，一旦通話結(jié)束，這串密碼就會(huì)立即失效，下一次通話絕對不會(huì)重復(fù)使用。中國已經(jīng)建成了試驗(yàn)性的量子通信城域網(wǎng)，可用于金融機(jī)構(gòu)的隱匿通信等工程，也可用于對電網(wǎng)、煤氣管網(wǎng)、自來水網(wǎng)等重要能源供 給和民生網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)視和通信保障。 今年末，由中國科學(xué)家完全自主研發(fā)的世界首顆“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”完成關(guān)鍵部件的研制與交付，衛(wèi)星有望先于歐美在 2020 年左右發(fā)射，在軌設(shè)計(jì)壽命為 2 年。到 2030 年，中國有望建立首個(gè)全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。 2 量子通信首席科學(xué)家，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授 意念控制癱瘓肢體 因中 風(fēng)導(dǎo)致偏癱的董阿姨只通過“想”，就能“指揮”自己原本無法動(dòng)作的肢體“聽話”地完成相應(yīng)動(dòng)作，以后甚至能站起來行走、拿東西，直至慢慢康復(fù)。身隨意動(dòng)、思行合一，這不是科幻電影中的場景，而是借助了天津大學(xué)研制的人工神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)?！拔覀兘o機(jī)器人系統(tǒng)起名為‘神工一號(hào)’，取義‘鬼斧神工’”， 6 月 14 日，這項(xiàng)讓不少中風(fēng)、癱瘓人士燃起獨(dú)立生活希望的成果公布，標(biāo)志著我國在康復(fù)醫(yī)學(xué)上的重大突破。 一名癱瘓少年在腦控機(jī)械外骨骼的幫助下，為今年的巴西世界杯開球。與在世界杯上亮相的腦控機(jī)械外骨骼相比，“神工一號(hào)”更能夠體現(xiàn)出“ 純意念”。體驗(yàn)者把裝有電極的腦電探測器戴在頭部，并在患病肢體的肌肉上安裝電極，借助“神工一號(hào)”的連接，就可以用“意念”來“控制”自己本來無法行動(dòng)的肢體。將來的“神工二號(hào)”、“神工三號(hào)”體積會(huì)更小，便攜可穿戴。它可以輔助病人完成更多復(fù)合精細(xì)的肢體動(dòng)作，推廣至包括脊髓損傷在內(nèi)的更多患者，甚至實(shí)現(xiàn)重癥癱瘓的意念交流。它對大腦狀態(tài)的探測與分析、肌骨運(yùn)動(dòng)健康的維持和訓(xùn)練等一系列技術(shù)新思路將應(yīng)用于一些特殊人群，比如長期在軌的航天員，在我國載人航天計(jì)劃中大有用武之地。 3 技術(shù)人員在指導(dǎo)因中風(fēng)偏癱的董姓患者使用“神工一號(hào)” 超級(jí)稻畝產(chǎn)過 1 噸 2020 年 9 月，湖南雜交水稻研究中心的最新成果 —— “ Y 兩優(yōu) 900”湖南隆回百畝高產(chǎn)示范片，平均畝產(chǎn)達(dá)到 公斤，首次實(shí)現(xiàn)了超級(jí)稻百畝片過千公斤的目標(biāo)，標(biāo)志著第四期超級(jí)稻研究的重大突破。袁隆平實(shí)現(xiàn)了畝產(chǎn)過 1 噸的承諾。 如今，水稻也不再僅僅是南方的專利。 10 月，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán) 的 146 畝“水稻機(jī)械精量旱穴播技術(shù)與機(jī)具”示范田畝產(chǎn)也達(dá)到 公斤，打破了袁隆平的紀(jì)錄。新疆兵團(tuán)采用的這一技術(shù)是靠水稻直播機(jī)在旱地直接整地、播種，不需要育秧、栽秧，可大大節(jié)省勞動(dòng)力，適合在干旱地區(qū)推廣。 旱地能種水稻，海里也行。 2020 年 10 月，廣東湛江種植專業(yè)合作社主任陳日勝堅(jiān)持種植了 28 年的海水稻獲得農(nóng)業(yè)部認(rèn)可。中國的鹽堿地有 億畝之多，基本撂荒，如果都能長出水稻，以目前產(chǎn)量 (畝產(chǎn) 300 斤 )計(jì)，每年能多打 1890億斤糧食，相當(dāng)于現(xiàn)有全國糧產(chǎn)的五分之一。 4 袁隆平院士在隆回田間察看超級(jí)稻 中國批準(zhǔn)一種轉(zhuǎn)基因玉米進(jìn)口 美國農(nóng)業(yè)部部長湯姆維爾薩克年底透露，中國農(nóng)業(yè)部已經(jīng)批準(zhǔn)進(jìn)口先正達(dá)集團(tuán)所開發(fā)的、含有 MIR162 成分的抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米。 MIR162 轉(zhuǎn)基因玉米 2020 年屢屢成為關(guān)鍵詞，并且早已超出了科學(xué)范疇。僅僅 2020 年上半年，中國退運(yùn)至少 125 萬噸 MIR162 玉米，造成美國公司和農(nóng) 民損失近 29 億美元，成為兩國經(jīng)貿(mào)關(guān)系的重要議題。美國農(nóng)民為什么熱衷于種植轉(zhuǎn)基因作物？顯然是因?yàn)榱畠r(jià)高產(chǎn)。最近十年，來自巴西和美國的轉(zhuǎn)基因大豆已經(jīng)嚴(yán)重沖擊了中國東北的農(nóng)業(yè)，而在民間抗議聲不斷的背景下，中國的轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展近乎停滯。有消息稱，中國轉(zhuǎn)基因水稻的合法牌照已經(jīng)到期，但官方遲遲沒有續(xù)發(fā)。 轉(zhuǎn)基因在中國已經(jīng)不是一個(gè)科學(xué)問題，而是民眾對政府的信任問題。轉(zhuǎn)基因自然有其風(fēng)險(xiǎn)，但也節(jié)省了大量化肥農(nóng)藥，如何權(quán)衡利弊，顯然不能“隔壁王大媽說了算”。袁隆平說，他愿意帶頭試吃轉(zhuǎn)基因?？茖W(xué)家的人格能夠換來理性的交流嗎？ 轉(zhuǎn)基因玉米會(huì)成為新的爭議焦點(diǎn)嗎？ 5 揭示老年癡呆癥致病蛋白結(jié)構(gòu) 施一公第一次被普通人知道，恐怕還是因?yàn)?2 年前沸沸揚(yáng)揚(yáng)的院士風(fēng)波。不過施一公本人并沒有把精力全部放在批評體制上。如今，他順利增選為院士，在科研上也有新的成果。 他領(lǐng)導(dǎo)的研究組在世界上首次揭示與阿爾茨海默癥（即老年癡呆） 發(fā)病直接相關(guān)的人源γ分泌酶復(fù)合物的精細(xì)三維結(jié)構(gòu)，為理解γ分泌酶復(fù)合物的工作機(jī)制以及阿爾茨海默癥的發(fā)病機(jī)理提供了重要線索，在人類對該病的研究歷史上邁出了關(guān)鍵一步，填補(bǔ)了空白。該成果以長文的形式由英國《自然》雜志于 6 月 29日在線發(fā)表，并且罕見地同時(shí)收到《細(xì)胞》、《科學(xué)》等期刊的投稿邀請。施一公自己也表示：“這是我職業(yè)生涯上最重要的突破。” 施一公：這是我最重要的突破 探月再入飛行器試驗(yàn)成功 2020 年，印度航天放了一顆“迷你衛(wèi)星”，用美國拍一部科幻電影的錢發(fā)射了自己的第一個(gè)火星探測器。相比之下，中國的目光“短淺”得多，繼續(xù)專注于月球。 中國探月“三步走”終于走到了最后一步。 2020 年 10 月，我國自行研制的探月工程三期再入返回飛行試驗(yàn)器，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號(hào)丙運(yùn)載火箭發(fā)射升空，一周后完成繞月并成功返回地球。這次試驗(yàn)的“打水漂”式著陸技術(shù) 6 并不是什么新創(chuàng)造，但從月球軌道以極高的速度返航，仍然充滿著風(fēng)險(xiǎn)。 每走一小步，都進(jìn)行謹(jǐn)慎的試驗(yàn)，這或許正是中國航天低事故率的原因。 2020年，中國僅僅進(jìn)行了 16 次衛(wèi)星發(fā)射，少于 2020 年，且上半年只有 1 次發(fā)射。外界猜測，這段時(shí)間中國是在改進(jìn)火箭的安全性。 2020 年，美國的新一代“天鵝座”飛船發(fā)射后爆炸，國際空間站不得不繼續(xù)依賴?yán)吓f的聯(lián)盟號(hào)維持給養(yǎng)。未來人類的空間站將只能依賴中國嗎？美國電影《地心引力》的預(yù)言并不是天馬行空。 “打水漂”式著陸 高鐵實(shí)現(xiàn) 100%中國制造 李克強(qiáng)滿世界推銷中國高鐵的背后，是高鐵人終于有了取代西方的底氣。 11月 25 日，裝載“中國創(chuàng)造”牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的中國北車 CRH5A型動(dòng)車組進(jìn)入“ 5000 公里正線試驗(yàn)”的最后階段。牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)就是“高鐵之心”，猶如人的心臟，是列車的動(dòng)力之源，決定高鐵列車能否高性能高舒適地運(yùn)行；網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)則是“高鐵之腦”，決定和指揮著列車的一舉一動(dòng)。歷時(shí)七年研發(fā)探索， 100%自主化的中國高鐵已不再是夢。 2020 年，中國有著世界最長的高鐵運(yùn)營里程，高鐵車次也首次超過鐵路客運(yùn)的一半。在這個(gè)航空悲劇不斷的時(shí)代，我們可以設(shè)想一種更安全的交通方式。 7 高鐵人終于有了取代西方的底氣 人造金剛石硬度首次超越天然鉆石 人類超越自然的努力從未停止。作為“世界工廠”的中國，在人造金剛石領(lǐng)域已經(jīng)走在世界前列， 2020 年人造金剛石產(chǎn)量 已占據(jù)世界總產(chǎn)量的 70%以上。今年中國極硬材料合成再獲突破， 6 月 12 日出版的《自然》（ Nature）雜志介紹，中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)合成出硬度兩倍于天然金剛石的人造金剛石塊材。 金剛石在現(xiàn)代工業(yè)中用途廣泛，是機(jī)械與電子業(yè)切割打磨、礦山和地質(zhì)鉆探、以及建筑建材工業(yè)必不可少的工具和材料。由于天然金剛石罕見而價(jià)值不菲（高純度的金剛石就是鉆石），人造金剛石行業(yè)就成為制造業(yè)的最基本部門之一。1963 年，中國科學(xué)家成功合成了我國第一顆人造金剛石，前后用了兩年多時(shí)間，圓了國內(nèi)外多少人的百年夢想，走完了工業(yè)發(fā)達(dá)國家用了 10 多年才走完的路程。如今，中國材料科學(xué)家燕山大學(xué)田永君教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，與吉林大學(xué)馬琰銘教授和美國芝加哥大學(xué)王雁賓教授合作，在高溫高壓下成功地合成出硬度兩倍于天然金剛石的納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石塊材。這樣的超硬新材料，更是圓了世界科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的共同夢想。 天然鉆石不再是最堅(jiān)硬的材料 8 中國數(shù)學(xué)家宗傳明突破希 爾伯特第十八問題 證明哥德巴赫猜想的陳景潤，并不缺少接班人。 古希臘哲學(xué)家亞里士多德相信，如果把正四面體形狀的磚彼此無縫地相接起來，就能裝滿整個(gè)空間，即最大密度達(dá) 100%，這在 16 世紀(jì)被證明是錯(cuò)的。而北京大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院教授宗傳明花了 23 年，終于給出了正四面體的磚堆起來精確的最大密度。 幾何體的最大堆積密度，是著名的希爾伯特第 18 問題，“令許多杰出數(shù)學(xué)家競折腰”。 2020 年，美國普林斯頓大學(xué)與密歇根大學(xué)的兩組科學(xué)家借助計(jì)算機(jī)對正四面體的堆積密度展開競賽式研究。而材料學(xué)家也開始認(rèn)識(shí)到，基本單元為正四面體的納米材料可能具有十分特殊的物理性質(zhì)，其有望在應(yīng)用領(lǐng)域大展拳腳。宗傳明幾乎每天都在思考這一難題，并動(dòng)手做了許多幾何模型幫助思考，尋求創(chuàng)新思路。經(jīng)歷過無數(shù)次的失敗，他終于完成了這項(xiàng)被歐美同行盛贊為輝煌的工作。 北京大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院教