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過去10年來,霍金、彭羅斯、潘建偉、姚期智等94位全球頂尖科學研究者登上騰訊科學WE大會舞臺,分享宇宙學、理論物理、生命科學、地球科學、空天科技、信息科技、智能制造等十多個領域的基礎科學研究及前沿科技應用。

10月28日,2023騰訊科學WE大會如期而至。今年是該活動舉行的第11年,而且也是三年后首次回歸線下。公眾線上線下參會累計近1億人次。

“11 年來,WE大會始終致力于探討如何運用科學,幫助我們更好地了解世界、制定解決氣候變化和可持續發展問題的方案”,騰訊首席探索官網大為表示,人類需要利用 AI 等技術,不斷提升所有關鍵領域的生產力,以應對“食物、能源與水”等基礎資源稀缺的重大挑戰。

本屆以“種子”為主題,包括七位頂級學者進行演講:兩位諾貝爾獎得主——“石墨烯之父”安德烈·海姆、首顆系外行星發現者迪迪埃·奎洛茲,兩位中國科學院院士——中國高溫超導研究奠基人之一趙忠賢、國家作物種質庫主任錢前,以及“網狀化學”領域開拓者·亞基、世界衰老生物學權威琳達·帕特里奇、磁控固液相變材料開發者蔣樂倫。

當科技改變世界,人類將記錄下科學技術誕生的每一刻。

鈦媒體App梳理了其中演講的關鍵技術內容,以及專家與鈦媒體App等的交流內容分享,以饗讀者:

“簡單回答,最快的方法就是不要試圖去贏得獎項,”10月28日,諾貝爾物理學獎得主、“石墨烯之父”安德烈·海姆(Andrew Geim)現場對鈦媒體App等表示,對于獲得諾獎的心態,他認為有些人把贏得諾貝爾獎作為職業生涯的目標,但其實“順其自然就好,不要刻意去追求經濟價值。帶著一點兒自嘲,帶著一點兒微笑去做研究,總有一天會成功的,這一點很重要,而不是試圖贏得任何東西。”

中國科學院、美國科學院、英國皇家學會院士,2010年諾貝爾物理學獎得主 安德烈·海姆

作為獲得過諾貝爾獎和搞笑諾貝爾獎的“雙料諾獎得主”,安德烈·海姆與合作者在實驗室扔掉的廢棄膠帶上,將石墨的層狀結構分離開來,獲得了人類首個二維材料——“石墨烯”,并具有非常高的熱傳導性和電傳導性。這一發現立刻引起了全世界科學界的關注,并使得過去10多年石墨烯材料的廣泛應用。

2010年,安德烈·海姆團隊因“研究二維材料石墨烯的開創性實驗”獲得諾貝爾物理學獎。而在此之前,他還曾將一只青蛙放到磁場中顯示出懸浮空中畫面,為超導材料的應用提供了新的思路,令他獲得“搞笑諾貝爾獎”。

石墨烯又稱單層石墨、碳單層,是一種由碳原子組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜材料,并且是所有其他維度的石墨材料的基本構建模塊。目前,石墨烯是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料。

從學術到工業應用,有些材料花了70年,但石墨烯只用了20年,處在一個飛躍性的階段。安德烈·海姆在演講中表示,石墨烯的降溫屬性和光源屬性可以用在包括電池、光照材料、冷卻LED、增強運動鞋上的熒光色等領域,而且還可以改進無人機的性能。此外,二維材料還能加到可穿戴可彎折的電子產品中,包括手表、可折疊手機等。他還提到,利用石墨烯可以輕易模仿、解釋、驗證了70年前就被科學家預測的量子世界隧穿現象,這為更多科學家利用電子的隧穿改進計算機組件、創造未來量子設備新材料提供依據。

對于中國是否會在下一代半導體材料的競爭中領先,安德烈·海姆認為,當前無法描述未來材料科學的進化趨勢,它就像是商業中的一種黑天鵝事件。從現有的應用看,石墨烯可以用于下一代電子產品,而不再是硅。樂觀點來說,也許10年后,人類將會看到更多基于石墨烯材料的二維晶體管。

談及自己為什么能夠獲得兩個不同的諾獎時,他還風趣地表示:“這可能是因為我知道很多其他的諾貝爾獎獲得者不是很幽默。”

安德烈·海姆強調,人們發明鉛筆已經有快500年的歷史,當你用鉛筆在紙上畫出痕跡,里面其實就有石墨烯的存在。而這種材料每天在人們的眼前出現,但直到今天,人們才發現這個神奇的材料。“在我們習以為常的生活中,還有很多值得發現的奇跡。”

100多年前,捷克童話作家卡雷爾·恰佩克(Karel Capek)在劇本《羅素姆萬能機器人》里,首次提出了“機器人”(Robot)的概念。百年來,科幻作品里的機器人,從外型到能力都發生了巨大變化。

及至1991年,卡梅隆導演的《終結者2》上映,作為大反派的液態機器人T-1000刷新了人們對機器人的想象。它擁有可以融化成液體再重新凝固成人型的強大技能,不僅能在受傷后自行修復傷口,還能在被液氮凍到炸裂之后自我再造。

如今,科學家正不斷把科幻作品的虛擬人物變成現實。

今年1月25日,科學期刊《細胞》旗下雜志《物質》(Matter)發表了中山大學深圳生物醫學工程學院教授蔣樂倫和他們的合作者的實驗論文“磁控固液相變材料”。

中山大學深圳生物醫學工程學院教授蔣樂倫

該論文指出,磁控固液相變材料融合了固態與液態金屬的優勢,是液態金屬材料和磁性顆粒混合制備而成的。其中,固態時具備較高剛度和高負載能力,液態時則可以像水一樣自如形變。基于科幻電影中萬磁王角色帶來的靈感,該材料不僅能通過合金化調節溫度控制形態相變,也可以通過外磁場來控制其運動、變形、分裂、愈合等形態變動。

“我們已經證明了磁控固液相變材料和機器人在生物醫療、工業制造等領域的應用可能。微型磁控固液相變機器人可以在無線磁場控制下進入人體,完成靶向藥物運送、異物清除等醫療任務。”蔣樂倫表示,論文中通過“復刻‘T-1000’的越獄場景”,展示了關于磁控固液相變機器人的研發成果,讓論文讀者能夠更直觀地理解這項工作。

論文評審人則指出,“這是一種磁控相變材料,里面含有磁性顆粒和液態金屬,能夠實現一些非常有趣的能力。它能夠適用一些非常創新性的應用,比方說修復電子電路等,特別是在材料研究方面取得了新進展。”

在應用層面,蔣樂倫教授表示,目前它是一個基礎性研究的工作材料,目前做了一些應用探索,比如零部件組裝、液態螺絲釘固定、修復電腦主板電路等。而在醫學領域,磁控相變材料可以在40攝氏度夏進入人體,以固態形式包裹藥物逐步液化,以及透過人體形成渦流釋放藥物等。

談及人形機器人的發展,蔣樂倫對鈦媒體App表示,人形機器人在醫療領域很有應用前景。

他指出,從波士頓動力的人形機器人到特斯拉的“擎天柱”,人形機器人從簡單的傳統運動控制理論,走向基于 AI、電機的一些多關節控制,這成為發展趨勢。由于 AI 與機器人的結合,人形可以發展更好的技術方案,比如類似人的結構和運動方式從而正茶館行走、瑜伽動作。

“我們看到了人形的發展很快,迭代很快。因為AI技術這幾年發展的速度是非常快的。所以總體上,我是比較看好這個技術。但人形機器人在醫療領域的應用更多是服務型的,比方說家庭有老人需要是陪護或是輔助性工作,我覺得人形機器人應該是很有應用前景,而且現在成本降得比較低了。”蔣樂倫表示。

蔣樂倫在演講中表示,“設想未來,我們可以基于液態金屬機器人實現自下而上的集群制造,液態金屬材料可以在磁場作用下變形成不同的微單元,而微單元可以相變成形為不同的零部件,進一步像樂高一樣自我組裝成機器人,便在磁場操控下并行于運動,可以制造不同功能的機器人。”

“科幻電影往往展現的是人類對未來科技的一種美好向往,我們希望我們的智能液態金屬機器人能成為一顆種子,將來能夠開花結果。我也相信,隨著科技的進步和發展,更多的科幻場景將會照進現實。”蔣樂倫稱。

從古至今,人類身處在數千億顆恒星的銀河系中,而絕大多數恒星周圍都有環繞的行星。那么為何恒星會有行星環繞,理由是一切的開端來自于一團氫氣組成的星云,當氫氣團坍縮后,就會形成年輕星——而在恒星的周圍,殘余的物質就會形成行星。這就是人類所說的“行星理論”。

2019年諾貝爾物理學獎得主迪迪埃·奎洛茲(Didier Queloz)

1994年左右,在日內瓦大學讀研究生時期,初出茅廬的迪迪埃·奎洛茲(Didier Queloz)在米歇爾·麥耶的指導下,使用了安裝在上普羅旺斯天文臺1.93米望遠鏡上的高分辨率光譜儀ELODIE來探索褐矮星和巨型行星。他和米歇爾·麥耶共同發現了圍繞主序星的首顆太陽系外行星。奎洛茲用徑向速度測量的方法分析了飛馬座51,結果發現了一顆軌道周期為4.2天的行星,即飛馬座51b,挑戰了當時正統的關于行星形成的見解。

1995年11月,梅耶和奎洛茲共同在《自然》(Nature)雜志上發表了論文,正式對外宣布了這一史詩級發現,證實了首顆系外行星的存在,為行星科學領域開啟了無限的可能性。

2019年,奎洛茲憑借這項開創性的發現,與梅耶以及加拿大物理學家詹姆斯·皮布爾斯(James Peebles)分享了諾貝爾物理學獎。

“地球上不再有生命起源,只有生命繁衍。”2017年沃爾夫物理學獎、諾獎得主、“起源聯盟”負責人奎洛茲在演講中表示,團隊持續開發天文儀器和技術,發現數千顆行星的探測方式和研究進展。“我們通過測量行星體積、質量、溫度,以及研究大氣層,尋找并探測適合遠程研究生命的類地行星系統。”

“宇宙中有數量龐大的行星,而除了質量、體積和密度,我們還可以獲得更多的發現,這就是(太空這一)令人著迷的地方。”奎洛茲表示,“40億年前,地球地表的化學反應生成了能夠誘發生命起源的物質。而當生命出現時,生命體本身的化學機能和反應就開始影響并改變地球。現在的地球不再具備從物質轉化為生命的條件。”研究宇宙天體,探測其他行星上的生命起源事件,可以幫我們找到地球生命起源的答案。

超導是指材料在低于某一溫度時,電阻變為零(以目前觀測,即使有,也小至10?25歐姆·平方毫米/米以下)的現象,而這一溫度稱為超導轉變溫度。超導現象的特征是零電阻和完全抗磁性,因此超導材料這是一種革命性的材料。

從1911年荷蘭物理學家首次發現超導現象,到20世紀50-60年代,以鈮鈦(NbTi)超導合金為代表的實用超導體材料被人們找到,自此,科學家們開啟對低溫超導技術的研究熱潮。而找到臨界溫度更高的超導體材料,是科學家們一直以來的夢想。

1964年,趙忠賢從中國科學技術大學畢業后進入中國科學院物理研究所工作,一直從事低溫與超導研究。

在苦干和巧干的加持下,1987年,趙忠賢院士團隊從鋇鑭銅氧系統中觀察到70K的超導跡象,并意識到稀土摻雜對超導跡象的影響,最終發現臨界溫度為 92.8K 的鋇釔銅氧(Ba-Y-Cu-O)超導體,成功地將臨界溫度提高至液氮溫區。1987年2月24日中國科學院數理學部舉行新聞發布會宣布了這一發現并在世界上首次公布了元素組成。

這一研究使便宜好用的液氮可以取代原本昂貴的液氦來創造超導所需的低溫環境,引發了國際物理學界廣泛關注。

中國科學院院士,原超導國家重點實驗室主任趙忠賢

不僅如此,該成果不但極大地促進全球高臨界溫度超導體的研究,也提高了中國物理學界在國際上的地位。趙忠賢所在集體因此榮獲1989年度國家自然科學集體一等獎,他也作為團隊代表獲得了第三世界科學院物理獎。2009年,基于鐵基超導體的研究他與其他研究者一同獲“求是”杰出科技成就集體獎;2013年獲國家自然科學一等獎等。

此次演講中,中國科學院院士,原超導國家重點實驗室主任趙忠賢圍繞超導的基本性質、超導應用舉例和未來超導研究展望三部分展開。

目前,高溫超導技術已逐步在能源、信息、健康等領域應用。例如,超導核磁共振成像早已成為醫學檢查的重要手段;世界上最靈敏的電子信號檢測儀、最快的魔術轉換器、最精密的陀螺儀都是用超導來實現的;加速器現在也采用超導技術。

“持續提高超導體臨界溫度、探索更適于應用的超導體材料和新工藝,將會對人類生產生活帶來深刻變革。”趙忠賢介紹說,“未來五年,商業用的超導磁懸浮列車將會出現。”

趙忠賢強調,當前高溫超導對傳統的超導微觀理論即BCS理論提出了挑戰,在微觀領域上還沒有共識,同時在實驗上缺少決定性的證據,需要深入的研究。“這既是挑戰也是機遇。高溫超導機理是重大的科學問題,這是國際物理學界的共識。”

“可以說,在未來十年,超導的應用,特別是化合物高溫超導體的應用將會有很大發展。超導,仍然是一個充滿挑戰與發現的領域,這就是超導的魅力。”趙忠賢院士在結尾表示。

中國科學院院士,國家作物種質庫主任錢前

另一位中國科學院院士,國家作物種質庫主任錢前,在演講現場回顧中國水稻育種歷經三次技術飛躍,創造性引領水稻單產提升的科學突破。其中,袁隆平院士團隊發現天然雄性不育的水稻種質“野敗”,一批科學家集智攻關,成功攻克雜交水稻制種和雜種優勢利用難題,顯著提高了稻米產量,引領了“第二次綠色革命”,為解決中國及其他發展中國家糧食問題做出了巨大貢獻。

實際上,農業科學歷經百余年創新,維系著人與自然的平衡、人類社會的穩定繁榮。

錢前認為,“當下種業發展關鍵在于進一步提升種源創新效率,將生物技術與信息技術融合,推動育種技術向數字化、信息化、智能化方向發展,將我國種質資源優勢進一步轉化為育種創新優勢。”

“水稻這個育種歷程,歷經數萬人的堅守,鑄就了科學家精神。科學家精神就是愛國、就是奉獻、就是與人就是協同,以及我要致敬南方精神。”錢前院士在演講結尾表示,我們要致敬以袁隆平、謝華安為代表的中國水稻育種家們。

金屬有機框架(MOFs)是一種神奇的新型多孔材料,其作為自組裝型多孔性材料而備受矚目,能捕獲空氣中的有毒氣體,有望在能源、環境以及生物醫學等領域大展身手。

1995年,美國國家科學院院士、約旦裔化學家、“網狀化學”領域開拓者·亞基(Omar M. Yaghi)教授和合作者,聯合研發出MOF技術引發學術圈關注。2005年,他的團隊又研發出共價有機框架(COF),實現多個已知多孔性材料的新技術突破,設計了人類歷史上首個能從低濕度環境中捕捉、在低溫下釋放并輸送飲用水的裝置。

美國科學院院士,2018年沃爾夫化學獎得主 ·亞基

根據研究成果,以MOF為核心部件的水收集器,平均每公斤MOF每天能從低濕度空氣中抽取超過1.3升水,超過維持生命所需的最低限度;在加利福尼亞莫哈韋沙漠進行的實地測試中,每公斤MOF每天能產出1升水。目前,一噸MOF材料每個循環可產出750升水。這一裝置已落地應用,并用于緩解全球的水資源壓力。

由于其巨大的科研成就,2018年,亞基獲得了沃爾夫化學獎等諸多獎項。目前,他發表了250余篇高質量論文,篇均引用次數高達300次,外界普遍認為他未來有望摘得諾獎桂冠。

·亞基在演講中表示,他在10歲的時候就在圖書館發現了“改變他一生”的分子圖,他對此深深著迷,最終他能夠通過分子結構發明出新的化學物質。美國預計到2040年,人類會有500萬-600萬人在一年中有三個月會面臨供水緊張。因此,他認為需要尋找新的物質解決“水匱乏”問題。

對于其研究,亞基表示,“沙漠中的人們可以在家里使用太陽能驅動的水收集器,從空氣中提取出足夠一家日常所需的用水量,擺脫對自來水管網的依賴。”

“有了有機金屬框架材料,不需要能源(除了太陽能之外),生活在干旱地區的人們或是水資源不夠干凈的地方的人們,大家從此刻可以看到對水資源的希望。但這還不僅限于此,在超過100個國家都在研究各種有機技術框架的應用,包括清潔能源、清潔水等方向的應用研究。”亞基表示。

另一位從歐洲遠道而來的德國國家科學院院士、英國遺傳學家琳達·帕特里奇(Linda Partridge)夫人,她所研究的領域是抗衰老工作。

英國皇家學會副會長,英國醫學與科學院、美國藝術與科學院、德國國家科學院院士琳達·帕特里奇

帕特里奇教授1950年出生于英國,1974年于牛津大學獲得博士學位。她是生物學和遺傳學領域的權威。她致力于在果蠅等模型生物中研究衰老的基因和分子機制,成功證明了胰島素信號通路在多個物種的衰老調控中的核心作用。

她是倫敦大學學院健康老齡化研究所的主任,也是德國科隆馬克斯·普朗克老齡化生物學研究所的創始主任。Partridge教授于1996年被選為英國皇家學會院士,2008年榮獲倫敦林奈學會的達爾文-華萊士獎章,2009年被授予女爵士司令勛章(DBE)。

在演講中,帕特里奇教授表示,隨著年齡增長,老年性疾病如心腦血管疾病、阿爾茲海默癥和癌癥等的發病率與嚴重程度與日俱增,生活質量逐漸下降,人類壽命在不斷延長的同時,因衰老引發的患病率越來越高,尋找推遲衰老辦法的衰老生物學成為熱門學科。

“可以利用藥物保護人們免受與年齡有關的疾病的侵害,而不是等到這些與年齡有關的疾病先出現,再逐一治療。”琳達·帕特里奇通過動物飲食限制實驗,探究衰老的基本機制和復雜過程,并基于此研究如何限制相關基因表達來延緩衰老。她提出用雷帕霉素復合藥進行靶向預防,從而延緩不止一種老年疾病的發生,甚至徹底阻止它們。

帕特里奇強調:“我們不是為了延長生命的持續時間,而是要解決越來越長的生命末期中的健康狀況問題。”

會前交流時,當被問及目前市面上抗衰老藥物是否有效果,帕特里奇教授表示,“我不認為有任何抗衰老東西經過了正確的臨床試驗。人們經常談論的是雷帕霉素、二甲雙胍或者是α-酮戊二酸等化學藥物,盡管它們在美國等地的藥方中可以看到,合法合規銷售,但目前沒有任何臨床證據。所以我認為這個領域處于一個奇怪的‘邊緣’狀態。如今,有越來越多的臨床前證據表明,它們對于抗衰老有幫助,但還沒有通過正確的臨床實驗。”

帕特里奇坦言,相對于生理上活多久,我們應該關注老年人如何真正地生活和享受生活,而且能夠在心靈上減少孤獨。她在現場對一位小學生表示,如何健康的衰老,不僅要絕對正確的鍛煉方式、健康的飲食習慣,而且還要避免不健康的喝酒、抽煙等行為。

“但問題是,即使是擁有完美生活方式的人,也還是會出現衰老問題。所以我認為我們的身體需要額外的幫助,在此期間保持健康。”帕特里奇表示。

談及如何做科學家,·亞基在演講結尾對孩子們表示:“在學校里,如果你發現有什么吸引你的注意力,不要猶豫。不一定要有遠大的計劃,但你需要有耐心,追隨你的熱愛、興趣和好奇心。很多看似微不足道的科研工作,最終能夠造福更多人的生活。”

(本文首發鈦媒體App,作者|林志佳)

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