11位科学家接力演讲，“2022科学跨年之夜”演讲全文来了

2021年12月31日晚20时，“2022科学跨年系列活动”之“2022科学跨年之夜”在北京广播电视台科教频道播出，人民日报客户端、新华社客户端、“学习强国”学习平台、央视频、中国青年报客户端、中国科技网、北京时间、北京日报客户端、北京16+1区融媒体中心新媒体平台、科协频道、北京科技报客户端、腾讯新闻、今日头条、哔哩哔哩、新浪科技、微博、抖音、微信视频号等新媒体网络平台联合播出。

“2022科学跨年之夜”活动由北京市科学技术协会、北京市广播电视局、北京广播电视台主办，北京科学中心、北京电视产业发展集团有限公司承办，北京科技报社、北京科技记者编辑协会协办,北京广播电视台科教频道中心制作。

作为“2022科学跨年系列活动”的主要活动之一，“2022科学跨年之夜”以“科技创新，自立自强”为主题，邀请北京市科学技术协会主席、中国工程院院士、中国医学科学院基础医学研究所分子生物学国家重点实验室主任刘德培作新年致辞，邀请高德利、樊代明、孙宝国、苏东林四位院士和张德良、吴季、陈宝权、陶飞、张立、沈阳等六位在各自领域做出重大贡献的科学家，分别就“双碳”行动、后疫情时代、智止流言、科技自立自强、科学家精神、激发好奇心、科技冬奥、数字经济、保护生物多样性、元宇宙等为主题，向公众讲述了重大科研成果的创造故事、建设科技强国的奉献故事、国家科技发展的进步故事，展现科学家们立志实现“高水平科技自立自强”的信心和决心，科技报国的奋斗豪情，使“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的科学家精神真正触达人心。科学家的演讲内容反映了北京建设国际科技创新中心的成就，以此激发科研工作者的创新活力，赋能首都创新发展。

本次活动也是北京市广播电视局和北京市科协携手打造首都科普“新视听”后落地播出的首个荧屏品牌，成为推动北京广播电视网络视听和首都公民科学素质建设融合发展的一次重要尝试。

“2022科学跨年之夜”演讲全文如下。

1

科技自立自强：

电磁护航，逐梦九天

苏东林

中国工程院院士

北京航空航天大学教授

▲苏东林院士在演讲中 （摄影：张星海）

火星着陆、月球取样、空间站建设，2021年，我国的航天科技取得了很多重大的成果。在我国科学家这些年的科研道路上，曾经有一段时间，是非常艰难的，国外的核心技术对我国实施技术封锁，“卡脖子”并不是现在才有。但是我们有一群默默工作的科研工作者，他们用几十年的潜心探索、刻苦钻研走出了一条自主创新之路，从基础理论研究，到关键技术攻关，再到重大装备研制，最后展开应用之路。

电磁干扰和电磁兼容

电磁看不见也摸不着，但却和我们的日常生活密切相关，很多人对于电磁干扰和电磁兼容不太理解，举个简单的例子，现在我们的生活都离不开电，每一个通电的设备都会产生电磁。比如在家听着收音机的时候，如果你的手机接到一个电话，收音机就会受到很大的干扰，会变得异常刺耳，这就是典型的电磁干扰。

现在我们身边的电子产品越来越多了，为什么我们反而觉得干扰的事件很少发生了呢？这是因为现在的电子产品都做得更加完备了，可以做到多个产品的电磁兼容，互不影响。

就好比说演播厅只有我一个人在讲话，大家都听得非常清楚，但如果在场的所有人同时讲话，那么现场会变得很吵，我可能就要不停的提高我的音量，别人也是如此，那样我们就越来越难听到对方说话。但如果我们彼此约定控制自己的音量，不要干扰别人，我们就能在不干扰别人的同时也不受别人干扰，这其实就跟我们的电磁兼容是一个道理。

电磁干扰只在我们生活中有这么一点微不足道的影响吗？其实不然，电磁干扰在历史上造成过航母爆炸的惨重事件。

电磁干扰造成过的重大事故

1967年，美国航母上的一个雷达，照射到它舰载机上挂载的一个导弹，意外把导弹给点燃了，最后引发了连锁的爆炸，导致了重大设备的损失以及人员的伤亡。电磁的影响有的时候就是一瞬间的，而且电磁是看不见摸不着的，很难预警的。这就要让我们更加警觉，任何事情的发生都有它的必然性，没有说哪个事故是突然发生的，其实它都有一个积累的过程，早就有迹象，只不过那些迹象可能我们不太重视，或我们没太观察到。

在我们的实际工作中经常遇到一些电磁相互干扰，导致系统出现不能正常工作的情况，轻者使性能降级，重者可能还会出现一些导致安全事故的重大隐患。这就要求我们像侦探一样，去寻找蛛丝马迹。

航天器的护航者

2021年是我国的航空大年，我们建造了属于我们中国人自己的空间站。12月9日，中国航天员在宇宙中完成了太空授课。最近总有人问我，我们平时乘坐飞机都需要把手机关机或调至飞行模式，为了不对飞机产生干扰，那为什么我们的航天员可以在空间站里进行太空授课，这个通讯难道就不会对空间站的运行产生电磁干扰吗？

其实，我们的空间站以及其他的一些航天器上所用的通讯设备，在建造的时候就已经通过了严密的电磁兼容设计，就是为了确保我们的航天器运行不受干扰。航天工程是一个非常复杂缜密的系统工程，它的稳定运行凝聚了所有航天人的心血，假使一处电磁兼容没设计好，就可能面临重大的航天事故。这就要求我们不仅要解决航天器内部各种设备的电磁兼容问题，更要让航天器免于宇宙中太阳活动，以及一些射电暴等的干扰，任何疏漏都可能导致整个航天任务功亏一篑。

其实，电磁也给我们带来了很多对于世界的认知，比如说我们探索太空，无论是到月背着陆，还是去火星着陆等等，都需要电磁。没有电磁，我们就不会知道浩瀚的星空是什么样子，也不会精确地让玉兔号车准确陆在月球上。包括我们的FAST天眼，它也要通过电磁来捕捉射电暴，看到浩瀚宇宙的一些未知的现象。所以国家的重大工程，重大的科学探索，都离不开电磁。

▲电磁兼容设计为中国空间站进行的“太空课堂”的顺利举行“保驾护航”（图片来源：视觉中国）

科学家的使命

我在北京航空航天大学（以下简称“北航”）完成了本科、研究生、博士的学习后，又在这里继续教学30多年，如今我的学生们已经肩负起了国家重大工程的建设，最让我骄傲的就是每次接到同学们的喜报。在国庆60周年，国庆70周年，抗日战争胜利70周年阅兵上，我会第一时间接到我的学生打来的电话。

特别是国庆60周年，那次让我特别惊喜，我的学生在电话中说：“苏老师！苏老师！快看电视上，是我们的飞机在飞！”因为他研制的国防装备能够在国人面前展示，以及我们能在世界面前展示中国的国防力量，他那种喜悦的心情让我特别自豪，他们很好地诠释了北航的空天报国的精神。

北航给我们的教育，让我们从内心深处感受到，国家离不开一代又一代航空航天人的艰苦奋斗，包括我们学校的缔造人之一，钱学森老先生，包括那些从国外回来的27位海外教授，以及我们电磁领域的著名的学者宋丽川老先生，他们都是怀揣着报国的梦想，放弃了原本在国外优越的学习和工作生活环境，回到国内，从一穷二白开始，白手起家，用科学家的智慧，用辛勤的劳动，在国家的支持下，一步一步建立起了我们自己的航空航天事业。

北航有一个特别好的传统，就是带着学生到我们的主机场所，去观察一线的需求，这里是像飞机制造的现场，我们所有的战机都是在这里经过考核飞翔出来的。我们今天能有这么强大的国防，有那么多先进的战机，是依靠了许多勇于用生命来飞出战机性能的试飞员。

我们学校的一位老师给我们讲了一个故事，以前试飞员在飞行回来的时候，家属都是可以迎接他们胜利回归的。但是后来发生了一件事情，就不让家属到现场了，这是因为一次非常惨痛的事故。有一次一个飞行员在飞机着陆的时候，飞机的姿态没有调整过来，最后飞机是背朝地着陆的。当时我就在想，这会不会是因为电磁干扰导致飞行的姿态没有调整过来呢？所以，我就立志一定要把飞机的电磁兼容工作搞好，保证我们飞行员的安全，战时也能保证我们的战机在战场上取胜。

逐梦九天不止步，万里苍穹任遨游，作为电磁领域的工作者，我们希望用自己的努力，继续助力国家航空航天事业，实现电磁强国的梦想。

2

后疫情时代：

健康活到100岁

樊代明

中国工程院院士

美国医学科学院外籍院士

法国医学科学院外籍院士

中国抗癌协会理事长

无论喜欢不喜欢，人这一辈子都要经历生、老、病、死。

自古以来，人们对生死提出了很多看法，比如“生当作人杰，死亦为鬼雄”，又如“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”。其实，生是很短暂的，死也是很短暂的，而生和死之间这个过程我们叫“活”。

我们“活”的是什么呢？我们活的是“命”，生命的命。生命是什么？按我的理解，生命是无限的时间中，我们每一个人的“一会会儿”；是无际的空间中，我们每一个人的“一点点”。仅凭这一点点、一会会儿，我们能活下去确实不易。

我们为什么能活下去？因为生命在“奋斗”。

你还能记住出生时的三次特别的哭声吗？这三声啼哭，并不是我们向世界宣告自己的到来，而是在表达求生的欲望。

第一次哭声是我们要呼吸——我们需要氧气，不然就会憋死。自从有了第一次哭声以后，我们全然不知一辈子吸了多少氧，平平静静就过来了。

第二次哭声是要饮食——含上奶瓶，我们就不哭了。这一辈子吃下多少的食物和水，我们也是全然不知，其数难计。

那第三声哭声是什么呢？那就是排泄，只有进没有出，我们恐怕也是要“憋死”。

保护呼吸系统

在人体的细胞里，有一种细胞器称为线粒体。线粒体负责为细胞供能，让我们有力量。线粒体产生能量需要什么？需要氧气。我们只有吸入氧气，再将这些氧气输送到细胞里头，才可能产生能量。

我们的肺是一个了不起的器官，从我们出生一直到离开这个世界，肺脏一直在工作，从来没有停息过。肺内的气体交换面积很大，这使得我们吸入足够的氧气并通过肺泡进入到血液循环，再运到组织当中。反过来，组织中产生的二氧化碳等又通过肺呼出体外。

▲樊代明院士在科学跨年夜现场演讲 （摄影：张星海）

但是，有的人为了一时的快乐而频繁吸烟，对肺脏产生了很大的损害。到最后，肺内的气体交换面积就越来越小。所以，吸烟者首先是跑着喘气，然后站着喘气、坐着喘气，最后躺下来都得喘气。更重要的是，吸烟会引起肺组织的增生，最后可能演变为癌组织，又侵占了更多地方。

当肺部的气体交换出现障碍时，为了保持供氧，心脏的工作负荷就会加重，最后还会引起肺心病等疾病。所以，我们一定要格外爱惜自己的肺。

呵护消化和排泄系统

人类的生存，不仅需要“氧气的氧”，还需要“营养的养”。而人体消化道对于营养吸收的重要性不言而喻。

在人体的肠、胃、肝、胰等消化器官的共同努力之下，日常饮食中所摄入的东西，才最终变成身体需要的物质。因此，我们吃的东西要平衡，既不要过多也不要过少，既不要过精也不要过粗，既不要过快也不要过慢，既不要过早吃也不要过晚。只有这样，才能保护消化道的健康。

可是，有部分的人喜欢喝酒，但是酒喝多了，对消化道的危害很大。

实际上，我们的消化道就像房间里的墙壁，表面涂了一层“白灰”保护层。酒精会破坏消化道表面的粘液层，进而引起肝炎、肝硬化和肝癌等。38度以下的酒，对消化道黏膜的损害相对小，而50度以上的酒，损害则是很大的。

如今，酒精性的肝硬化已经成了非常常见的疾病。所以大家饮酒要极为限量，保护宝贵的消化道。

维持人体的平衡，还讲究“有进也有出”。这方面，排泄系统功不可没。近年来大量医源性和药源性的疾病出现，就是由于一些人不加选择，吃了很多不应该吃的药。因此，我们在平常的吃、喝当中，都一定要有所节制。

“抗老”不如“延老”

生命在发展的过程中，往往要经历两个考验：一个是老，一个是病。

生命究竟有多长，是自然界已经固定了的。比如老鼠只能活2年多，狗可以活14~ 15年，而根据现在科学的计算，人的寿命极限是120岁。当代社会的平均寿命接近80，所以我们还有40年的“奔头”。

当然，每个人都活到120岁是不太可能的。如果给这40年打个对折，那人们能力争达到的“天年”就是100岁。

从出生到老，我们不断地追求增强自己身体的力量。但是这个世界上，没有谁能永远平安，我们都难免会经历疾病或者受伤的状态。各种疾病来来往往，忽来忽去，有的病因是外来的，比如新冠肺炎病毒；有的病是体内的平衡出了问题，于是引起了疾病。

人们总说要“抗老”，但正如树木到了季节终究要落叶，“抗老”是做不到的。我们能够做到的是“延老”，即延缓衰老到来的时刻，尽量地活得长。我们也经常说“抗病”，但有些疾病不是用“抗”的，而是要调节的——与其说抗病，不如说防病。

（摄影：张星海）

当代社会有很多损害人体自然力，不利于延老、不利于防病的因素出现，此前提到的吸烟、酗酒就是例子。

此外，人体的许多功能，会随着体内外情况的变化而变化。这些影响因素包括外界环境，包括心理状态，也包括了时间。

这个世界上的“日出日落、潮起潮落、花开花落”，都会随时间的变化而变化，人体也不例外。所以，正午十二点努力工作，效果也很好；晚上十二点还在加班熬夜，那就是在“以命抵命”。我们要掌握生物钟的规律，反其道而行终究行不通。

总之，我们只有从科学的角度来理解人生、理解健康，才能达到“生不老、老不病、病不死，健康活到100岁”。

3

“双碳”行动：

神奇的地下“井工厂”

高德利

中国科学院院士

中国石油大学（北京）石油与天然气工程

国家重点学科负责人

石油工程教育部重点实验室主任

石油、天然气、煤炭，是当今世界的三大能源支柱。可是这三大支柱，也是排放二氧化碳的“大户”，尤其是煤炭。2020年，我国的能源消费结构中，煤炭、石油、天然气加在一起，占比接近85%（其中煤炭近57%）。

为了阻遏全球变暖，我国提出了“双碳”目标，即：力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值，并努力争取在2060年前实现碳中和。在国家“双碳”战略目标的要求下，我们必须减排。

既要实现“碳达峰、碳中和”目标，又要保障国家能源安全，这是我国面临的重大需求和挑战。在可以预见的未来，传统化石能源依旧是人类所依赖的主要能源，因此我们必须推动传统化石能源的绿色开发与利用，亟需用创新性思维和办法来解决相关问题。

煤炭不能简单放弃

在我国大力推进碳减排的形势下，把煤炭“换掉”行不行？立足于现实来说，这是很难做到的。

我国陆地埋深在1000~3000米这个层面的煤炭资源量将近3.8万亿吨，埋深超过3000米的更深部还有不少煤炭资源，而且海洋覆盖区域也蕴藏着丰富的煤炭资源。可以说，我国是一个名副其实的“煤炭大国”。

人们平时生活和生产中使用的电力，其实属于“二次能源”，是燃烧煤炭或其他能源资源转化而来的。如今我国电力的供应基本上是稳定的，但是，如果离了煤电，电力供应的安全保障就会受到很大影响。2021年，全国很多地方电力供应紧张，甚至限电、断电，就与煤炭供应减少有很大的关系。

我们不妨换一种新的思路：能不能把煤炭等化石能源变成低排放的低碳清洁能源？如果我们实现了这个目标，就既能保证国家能源安全，又能兼顾环保减排的要求。

▲高德利院士在科学跨年夜现场演讲 （摄影：张星海）

我们要怎么样才能实现这个目标呢？我们可以想办法把原本建在地面的煤制气（氢气及其他燃气）、煤制油等化工厂及煤电厂，都“搬到”地下去就好了。

例如，让煤炭在地下实现绿色、低碳的转化，产出氢气、甲烷气等气态能源，而包括煤灰、煤渣等在内的固体废物，则可全都留在地下。如此一来，我们国家能源消费结构就可以跨越石油时代，从目前的煤炭时代进入未来的气态能源时代。

神奇的地下“井工厂”

地下煤层中往往含有煤层气，其主要成分为甲烷气（学名），它还有一个恐怖的名字叫“瓦斯”。很多人都知道，煤矿瓦斯爆炸，是采煤过程中的第一大“杀手”。再者，煤层气如果被释放到大气中，还会导致严重的温室效应，等量煤层气所产生的温室效应要大于二氧化碳的20多倍。

但从另一个角度来看，煤层气其实也是种低碳清洁的非常规天然气。相关资料显示，我国陆上煤层气资源量达到71万亿立方米，其中埋深超过2千米的煤层气资源量超过40万亿立方米。在采煤前先将煤层气开采出来，即“先采气后采煤”，这不仅能减少煤矿瓦斯灾害、保护大气环境，而且还能增加天然气供给，缓解我国天然气供求矛盾。

如何开采这些深层能源资源呢？我们可以在采煤之前，首先在地下开设“工厂”，把危险的煤层气开采出来，作为一种低碳清洁的气态能源加以利用。

地下数千米的深处，人员作业的危险性和成本都很高，所以要在地下开设“工厂”，主要依靠定向钻掘技术。这类通过钻掘来建立的工厂显然有别于地面上搭建的工厂，可以称之为地下“井工厂”。

定向钻掘技术在油气行业内已经比较成熟了，对于地下深层的油气，人们通常是在地下建立通道，让油气自己流出来。虽然听起来像水井一样简单，但实际上油气井的结构更复杂，而且更深（如今我国最深的油气井已超过9000米了）。

借助油气领域“定向钻掘”的技术，地下工厂所需的管道、反应室等，都可以按需钻出来，可以控制钻头几乎是“想去哪就去哪”。

▲地下“井工厂”概念示意图 （供图：高德利）

我们有一个概念设计：首先在煤层顶部沿着水平方向打一个几百米（甚至上千米）的生产井，并做适当的增产改造，配套各种设施和功能。

而在煤层的底部，还要钻一些水平加热井，进行煤矿的加热转化——煤层气会吸附在煤炭上，给开采造成难度，如果在煤层底部加热，这些煤层气就会解吸出来，最终进入生产井，使煤层气的产量增加、采收率提高。

在煤层气采集完成的基础上，可对地下“井工厂”进行适当改造，以便将剩下的煤炭转化为气态能源等。

可以说，这项技术战略举措对于我国深地煤层气与煤炭一体化绿色开发来说，是极具突破性的一环。

采用绿色能源给地下“井工厂”供电

在煤层气的采集过程中，地下“井工厂”的电加热设备需要耗电来加热煤层。我国如今还是以火力发电为主，如果用火力发电的方式给矿井设备供电，岂不是“捡了芝麻，丢了西瓜”？因此，使用清洁能源发电也是很重要的。

例如，我们可以利用风能、太阳能等可再生能源电力为矿井设备供电，让“井工厂”用上“更好的电”，可促使深地能矿绿色高效开发工程实现节能减排与降本增效的目标。

“井工厂”和可再生能源电力相结合，可以做到因地制宜、就地取材。比如开采煤炭的矿场恰好风很大，就能利用风能发电；光照条件好，就可以采用光伏发电。

风能和太阳能虽然清洁，但有一个无法回避的问题：不稳定。这些可再生能源的输出，受到天气变化的强烈影响。幸而这些不稳定性对“井工厂”的影响不是特别大。只要再加一些储能的设施，就完全可以加以调节。相关技术还有待研发，并需要多学科交叉融合。

总之，既要实现“双碳”目标，又要保障国家能源安全，这是我国面临的重大需求和挑战，在可以预见的未来，传统化石能源依旧是人类所依赖的主要能源，因此我们必须推动传统化石能源的绿色开发与利用，必须用创新性思维和办法来解决核心问题。

推动我国实现“双碳”是一项关系到我国未来数十年发展的战略性举措，其不仅是履行我国作为世界第二大经济体的国际义务与责任，也是我国实现发展方式转型的必然路径。

根据我国能源矿产资源的禀赋情况，“深地能矿原位转化与绿色高效开发利用”技术应该成为我国实现“双碳”战略目标和保障国家能源安全的重大战略举措之一，特别是面对那些埋深超过1000米的深部煤炭与煤层气资源一体化绿色高效开发难题，这样的战略举措很可能是必由之路，其潜在的经济社会价值难以估量。

另外，通过实施如此重大的战略举措，可望建立跨行业交叉融合与协同创新发展范式，同时在深地能矿原位转化与绿色高效开发领域形成新的学科与产业布局，甚至在很大程度上引领未来能源技术的发展方向。

4

元宇宙：

推开“虚实融生”那扇门

沈阳

清华大学新闻与传播学院教授

在过去的2021年当中，可以说是来到了“元宇宙元年”，关于元宇宙的认知、技术和生态都有了长足的进步。

在2020年年底，我们团队做了一个虚拟人的研究报告。在这个报告当中，我们对虚拟人做了一些分析，然后到2021年上半年，我们开始去关注元宇宙

2021年3月，美国的一家公司Roblox上市的招股书里面，就明确地说了元宇宙的一些概念。到了2021年的下半年，Facebook把公司更名成Meta，元宇宙开始广泛地进入到大众的视野当中来。这个概念迅速地“出圈”了。

给元宇宙下一个定义

2021年被称之为元宇宙的元年，那元宇宙到底是什么呢？这需要从比较早的一个科幻小说说起。1992年，有一部科幻小说叫《雪崩》，在这个小说当中，实际上提出了两个概念：第一个概念就是元宇宙。

我们利用简单有效原理，可以来给元宇宙下一个定义：元宇宙是整合了多种新技术的、新型的、虚实相融的互联网的应用和社会形态。

为什么说它整合了多种新技术呢？因为元宇宙本身不是一个技术，它是一个概念。

原来我们有很多相关的技术，这些技术有各自发展的方向，它们是离散的。但是有了元宇宙概念之后，我们就知道了，目前人类可见的终极的互联网演化的方向。每一种跟互联网相关的技术都会朝这个方向去演化。

另外一个概念就是虚实相融。这是什么意思？有人认为，元宇宙是一个虚拟的世界，如果只是局限于此，就把增强现实给排除出去了。

增强现实是在我们真实的世界当中叠加一个新的虚拟的场景，举一个简单的例子，在未来的两三年当中，你戴一个智能眼镜，我也戴一个AR的增强现实智能眼镜，然后我们俩聊天：“兄弟，我们来玩一会儿西游记。”

这个时候我们俩的桌子上可以同时出现一个孙悟空，然后我们俩在智能眼镜当中去操作，可以操作孙悟空，也可以操作猪八戒。这个是在我们真实的世界上叠加一层虚拟的信息。

所以我们说元宇宙是虚实相融的，它有多种形态：有虚拟现实的元宇宙；有增强现实的元宇宙；有脑机接口的元宇宙；乃至未来科幻世界所描绘的数字永生的元宇宙。

▲沈阳教授在科学跨年夜现场演讲 （摄影：张星海）

三个最核心的技术

元宇宙涉及三个最核心的技术。第一个是XR技术，比如VR的头盔、AR的眼镜，还有MR的眼镜等。这些技术我们把它统称为XR技术。

XR技术主要解决什么问题呢？它能够让你沉浸在一个空间当中。我们现在手机可以转账，可以加微信好友，可以视频通信……你可以看到对方，但是没有办法把对方的空间分享给你。

比如，假设你的好朋友正在玉龙雪山旅游，然后你跟他视频通信，如果是元宇宙通信，他会立即把他在玉龙雪山山顶的情况分享给你。再更高级一点的元宇宙，甚至他在玉龙雪山上面感受到的温度，你也可以感受到。也就是你本人不需要到现场，你就能感受到对方整个空间中的方方面面的情况。所以这个是XR技术需要解决的问题。

元宇宙的第二个关键技术是数字孪生和游戏引擎。数字孪生主要要解决的问题是把我们的现实世界，比较完整地呈现到虚拟的空间当中去。游戏引擎要解决的问题是要构建一个比较虚拟化的场景，把我们的房子、人物等呈现到虚实相融的空间当中去。

前面有了空间、有了人，第三个关键技术要解决的是经济性问题，我们在元宇宙里面要怎么样去进行经济活动。这是元宇宙的三个最核心的属性。

给人类带来“三个拓展”

另外我们可以看到，在对元宇宙进行定义之后，大家可能会接着产生疑问：元宇宙这样一个概念，对我们人类意味着什么？

元宇宙概念的提出，对人类意味着三个拓展。第一个拓展就是对我们生存空间的拓展，比如我们可以戴一个VR的头盔，在这个头盔里面可以看到一片大的海滩。

你家里的卧室可能只有10平米，但是当你戴上VR的头盔之后，你关注到的场景可能是1000平米、甚至10000平米，然后你还可以躺在沙滩上晒晒太阳，无形中就拓展了生存空间。

第二个拓展是对感官维度的拓展。以使用手机为例，我们主要以视觉、听觉为主，你能看到 、能听到。在未来，假如我们在元宇宙里面进行交流，我们还可以戴有触感的手套，当你在元宇宙里面跟人握手的时候，你同样可以感觉到他握手时的力量。这同样也是元宇宙的一个比较深入的应用。

第三个拓展就是对我们思想上的拓展。原先我们认为探索宇宙是人类最重要的一个目标，现在有了元宇宙的概念之后，我们发现创建一个宇宙跟探索一个宇宙同等重要。

（图片来源：视觉中国）

从低到高的演进

元宇宙在今天，我们可以看到有很多种不同类型的版本。

如果是VR、AR、MR的元宇宙是一个低配版的元宇宙，加入了触感、温度感，甚至未来更难的味觉（人类所有的这些感官里面味觉是很难电子模拟的），我们可以把它叫高配版的元宇宙。

如果是脑机接口的元宇宙，我们认为它是高级先进版元宇宙。再往后面走的话，到数字永生的元宇宙，那可能是一个终极的形态。

元宇宙的场景是什么样的？

我们可以看到，元宇宙分为很多个阶段和目标。随着时间的推移，大家肯定想问，一个标准的元宇宙是什么样子的？

我以我们清华大学相关的人来举例子。一个标准的元宇宙或许是这样的：首先，我们把整个清华大学和清华大学的老师、学生全部虚拟地收入到一个虚拟世界里面去，这是第一步，叫数字孪生。

第二步，就是你自己的虚拟人进到清华大学的虚拟的图书馆里面去。你在图书馆看书的时候，你发现你左边坐着20岁的林徽因，右边坐着著名的科学家钱学森。当然在这个虚拟世界里面，钱学森也不是老年的状态，他是20岁的状态。这个时候你跟他畅所欲言，并且合了影。这一步叫虚实原生。

你跟他在虚拟世界里面合影之后，你回到真实的世界，然后你就想，我跟他的合影应该打印出来，把它装裱到相册里面去。这个时候你可以用3D打印，把你跟他的合影打印出来，这一步叫虚实相融。

而过了两天你又想，我在元宇宙里面碰到过钱老，那我能不能在真实的清华大学图书馆里碰到钱老呢？然后你就到清华大学的真实的图书馆去看，结果发现20岁的“钱学森”也在图书馆里面看书。这是他的一个高仿机器人，长得跟钱老一模一样。你上去跟“他”聊天：“那天我们在元宇宙里面是合过影的，您还记得吗？”

然后，“钱学森”告诉你：“我记得你呀，那天我们俩进行合影，你笑得非常地灿烂，你的脸上还有酒窝呢！”

这意味着什么呢？就是在元宇宙里面的虚拟这一部分（虚拟人），以及真实的这一部分（机器人），背后是一套统一的驱动引擎。他记得在虚拟的和真实的世界里面跟他交往的过程，这是一个标准版的元宇宙的场景，10年之后或许我们就能够看到。

元宇宙不完美，风险需谨慎

当然,元宇宙也不是完美的，像有的人利用元宇宙的概念来进行虚拟币的炒作,甚至进行钱财的诈骗。在元宇宙当中，也存在一系列的风险，包括知识产权的风险、个人隐私的风险等等。

举一个简单的例子，我们现在在元宇宙里面，可以把自己的整个脸三维扫描进去，做成一个虚拟人。这个虚拟人可以跟你本人一模一样，这叫真身复刻虚拟人。

你可以指挥这个真身复刻的虚拟人去说一些你可能原来没有直接说过的话，那这个时候就变成了深度伪造的一个内容了。如果用于传播谣言的话，就具备极大的社会危害性。所以我们需要强调虚实相融，只有这样我们才能真正地避免元宇宙的风险。

元宇宙时代的到来还面临很多问题，需要方方面面不断地努力。既需要社会的宽容，也需要政策精准的治理，还需要技术的不断进步，它才能最终成为一个更加美好的确定性的未来。

5

激发好奇心：

走出地球摇篮

吴季

中国空间科学学会理事长

中国科学院国家空间科学中心研究员

国际宇航科学院院士

2021年，人类载人航天活动有很多特别重要的事件，我国的空间站刚刚开始建成，航天员已经开始进驻。神舟十二号乘组顺利地待了三个月，10月份，神舟十三号乘组又顺利进驻我们国家的空间站。

未来，我国在太空中会有一个长期运行的太空实验室，这个太空实验室会给我们带来很多新的科学发现。

同时，2021年，关于太空旅游的话题也成为热点。美国有三个公司把游客送到了太空。其中，埃隆·马斯克的Space X太空探索公司把四位游客送到近地轨道上运行了三天。所以2021年也应该是太空旅游的元年。人类的载人航天活动到底是怎么发展起来的？它到底有什么意义？未来我们要到哪儿去？

人类太空活动是怎么起来的呢

我要向大家介绍四位对载人航天事业作出突出贡献的人物。

第一位是苏联科学家齐奥尔科夫斯基，他奠定了人类脱离地球引力的理论和技术途径。他是一个小学老师，对太空非常感兴趣。他通过力学的计算推算出了第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。火箭如果能够达到第一宇宙速度就可以围绕地球做圆周运动，掉不下来了，因为此时，物体在地球轨道上转动的速度产生的离心力正好和地球的引力相等。达到第二宇宙速度就会飞出地球，进入太阳系。达到第三宇宙速度就会可以飞出太阳系。这是齐奥尔科夫斯基算出来的。正是因为齐奥尔科夫斯基有这么多开创性的工作，继而带动了苏联航天活动发展得很快。1961年，苏联就把第一个人——加加林送到了太空。

第二位是德国工程师冯·布劳恩，他在工程上第一次实现了脱离地球引力。在上个世纪30年代，他非常喜欢做火箭，做了好多火箭，后来被希特勒纳入到党卫军，专门给希特勒做导弹。他设计的导弹飞行速度非常快，是第一个做到了第一宇宙速度的人。他的V-2发动机是我们全世界各个国家现有运载火箭的基础。他最重要的贡献就是做出了一个特别大的火箭——土星五号，土星五号的推力能够把45吨的探测器送到月球上，上面能搭载3名宇航员。1969年7月20日，人类第一次在月球上登陆，为人类的航天事业作出了重要的贡献。

第三位是钱学森先生，钱学森先生是一个非常好的理论家，他是空气动力学的理论家，在计算飞行器轨道和大气湍流方面做得非常好。新中国成立后，他准备回国，但受到了美国的阻挠，在美国被软禁了5年。1955年才被中国政府接回祖国。他回到祖国以后就建立了中国科学院力学研究所，1956年建立了中国的航天工业。我国的航天工业已经有近70年的历史了，都是钱学森先生白手起家建立起来的。我国首位航天员杨利伟在2003年实现了中国第一次进入太空的突破。中国到目前为止，载人航天活动都是当时钱学森先生一手建立起来的。

第四个人就是埃隆·马斯克，他的Space X太空探索公司做出了非常廉价的发动机，通过并联低成本发动机，以及对一级火箭重复利用，大幅度地降低了人类克服地球引力，进入太空的成本。使得任何一个普通的老百姓，在不远的未来，都可以买一张票到太空去旅游。

为什么要离开地球进入太空？

从加加林到刚刚进入太空的中国航天员神舟十三号乘组，所有进入太空的人类都感悟到了：地球是一个整体，人类是命运共同体！这是太空带给人类的第一次启示。

当阿波罗8号宇航员第一次在月球轨道上看到蓝色的地球慢慢地“升起”，他们被震惊了，并拍下了那张著名的照片：“地出” （EARTHRISE）。从此，人类对地球家园也有了更为深刻的认识。

1995年，两位瑞士天文学家用天文台的望远镜观测到了一颗围绕距离我们51光年远的恒星旋转的行星，这是人类第一次发现在太阳系以外也有行星存在。自此，人类在这个宇宙中不再孤独，经过出现概率计算，在银河系中至少有数百颗位于宜居带中的类地系外行星。到目前为止，空间探测已经发现了数千颗系外行星。

我们不禁发问：人类文明能否延续？我们什么时候才能和地外文明沟通？人类文明和科学处于什么阶段？有没有我们还没有掌握的自然规律？

技术的发展总会伴随着人类文明的发展。人类100多年的航空技术，以及60 年来对宇宙的孜孜探索，特别是载人航天活动的发展，也必然会引起人类文明翻天覆地的变化。

科学探索、旅游还是移民？

人类进入太空，就是为了使我们的格局更大。到目前为止，只有600多个宇航员进入过太空，只有27个美国宇航员去过月球，这其中只有12个人落过月球。未来如果有更多的人能够到太空去，人类的观念一定会发生更深刻的变化。这就是为什么我们要进入太空，要到太空去活动。

那么，如果进入太空，我们要到哪里去呢？首先地球的临近空间是可以去的。2021年，两家美国公司已经把普通人送到100公里高的临近空间。

再远一点，我们进入到近地轨道也有可能。近地轨道运行着国际空间站和中国的空间站。中国的空间站将在2022年全部建成，一直运行到2033年。建成了以后，中国空间站上面就会一直有人驻守。预计神舟十四号和神舟十五号乘组就不会在地面上交换了，他们一定是在空间站交换。

这些空间站主要还是做科研，但是美国政府在2020年已经把近地轨道对太空旅游开放了。因此，预计在未来三至五年，就会有近地轨道的商业太空旅馆出现。此外，人类还会向月球发展，对月球的研究积累了一定经验以后，接下来就是月球旅游。国内外对月球旅游都做了很多想象，月球应该说是最适合人类旅游的目的地，两三天飞过去，然后在那儿过两三天，然后再两三天回来。正好是一个小长假。

那么如果要再往远走的话，就会到火星。火星的科学未知还有很多，人类对火星的探测还是以无人探测为主，真正的有人探测火星还没有开始。

但是马斯克已经在设想要建造火星城，要做火星移民。火星离我们非常远，火星一去一回大概要300天的时间，这显然不适合旅游。马斯克说是做移民，但是移民也不是很容易，火星围着太阳转一圈是地球年的1.88倍。换句话说，如果有人在火星上出生，他50岁的时候就相当于一个地球人94岁了。火星自转一圈也比较慢，比24小时多一点，那么经过30多天，就比在地球上要慢一天。

如果具备很快的行星际飞行能力，我们还能去哪儿？我们还可以去金星。在金星上空50-60千米高度的大气层里面，有室温层，那里的温度也就20多度，非常舒适。在这个高度如果放一个飞艇，很容易使人类生存。

再往远，我们还可以去木星。木星有一个卫星叫木卫-2，它上面全部都是冰冻的海洋，海洋的冰层大概有几公里厚。但是在这个几公里厚的冰层下面有液态水存在，水里面也许可以发现生命。

太空旅游还可以走得更远，还可以到土卫-6，它上面有液体的海洋，但这海洋不是水的海洋，而是甲烷的海洋，甲烷的温度是负180多度。如果我们能够在土卫-6的海洋上泛舟，看到带着光环的巨大土星从海面升起，也是一个非常美妙的景色。

▲吴季研究员给听众签名 （摄影：张星海）

总而言之，我们人类的未来：要么自我毁灭，要么获得了可持续发展的能力，使得文明可以永久延续。

人类越过冯卡门线，走出地球，就可以从一个新的视角认识我们自己，就会更加热爱我们的地球家园，并从中思考和获得可持续发展的能力， 从这60年来人类走出地球后获得的太空启示，可以证明这一点。

科学的进化论告诉我们，基因突变和环境筛选是人类进化的两个最主要的因素。因此，最终能够走出地球的人类必然会由于新的太空环境的作用（包括心理和生理），逐渐成为超越现在的新人类。

6

保护生物多样性：

从一路“象”北说起

张立

国家濒危物种科学委员会委员

北京师范大学生态学教授

2021年，云南野象群集体北迁的事件相信大家都有所关注。15头亚洲象离开原有栖息地，从西双版纳一路向北行进，一度走到了昆明境内。

人们之所以都关注这群亚洲象，因为在它们行经的路上，没有什么适宜的栖息地，更多的是老百姓的农田、果园等。在这一路上，它们大概吃的庄稼、毁的粮食损失有680多万元。并且这一路又都是人口密集的农作区，大家更关心的是，不会有谁被大象踩伤吧？我们一直关注这群象，直到前一阵，它们顺利地回到了原先的家园——云南西双版纳勐养。

大象不只“向北走”

那么，为何它们会进行如此远距离的北迁呢？有人可能会想，大象会不会是迷路了呀？

其实，坦率地讲，大象一般不会迷路。在象迁徙过程中，一般都是家族里最大的个体，也就是成年的母象带队，带着她的女儿和她女儿的孩子们一同迁移。

实际上这只母象就是头象，它的记忆直接影响到它的象群是不是能找到以前的栖息地，在很多的旱季，象群是不是能够安全地找到食物、水源。可以说，头象对于象群的安全有重要的影响，一般来讲，头象不会出现迷路的问题。

在网上也有很多的网友猜测，是不是地球磁暴引发的大象定位系统发生紊乱了？还有人说是不是气候变暖造成南方太热了，它要上北方去乘凉？

我可以告诉大家，在我们过去的20年对亚洲象的研究发现，大象实际上并不单单只有这一群向北迁徙了，还有一群象在同一个时间段向南，跨过勐仑保护区，走到了西双版纳勐仑热带植物园。很多研究濒危植物的研究生很紧张，大象可千万不要把我的科研材料都吃光了，要不就毕不了业了。

同时还有一群象向西从勐养保护区走到了西边勐海县的甘蔗地里面。从这些都可以看出，大象实际上并不是简单的向北迁移，而是四散的、呈辐射状的一个迁移的过程。这是为什么呢？

我们课题组的研究生比较了在过去20年间西双版纳亚洲象适宜栖息地的卫星图片，我们发现在过去20年的时间里面，亚洲象适宜栖息地减少了超过40%。换句话说，亚洲象将近一半的家园没有了。

原先的家园怎么了？那些地区大面积地种植茶叶、橡胶、香蕉等经济物种，这些是当地老百姓经济发展、改善生活的一个重要的经济来源。但在这个过程里面，亚洲象和其他的野生动物的家园却慢慢地减少了。

▲2021年6月7日，云南省昆明市晋宁区夕阳乡，航拍野象群集体躺下睡觉（图片来源：视觉中国）

人象冲突在加剧

我国1988年颁布的《野生动物保护法》，对于亚洲象这样的濒危物种采取了严格的保护措施。在过去的40年间，亚洲象的野外种群数量从仅仅的150头左右，增长到现在300余头，种群数量翻了一倍。

随之而来的，我们在当地除了看到亚洲象快速的种群增长以外，也看到了一些人象冲突的不断加剧。

在我们做研究的西双版纳这个区域里面，原来有一些少数民族，本身就有保护亚洲象的传统文化。比如，傣族的同胞普遍认为大象是他们的吉祥物。

在普洱市思茅区有一个傣族的村子，大象到他们村子来吃一些庄稼，他们就会把大象当做吉祥物来看待，吃就吃吧。人们只是远远地看着，跟大象保持安全的距离，也不去干扰大象。大象走到他们村子的时候经常就在田埂上，排着队就走过去了，也不到农田里去踩他们的水田。

隔壁一个村子是从大娄山搬迁过来的，是另外的一个少数民族。他们认为大象到我们村子来吃东西是不好的，所以每次大象一来到他们村子里面，他们就敲锣打鼓放鞭炮，要把大象赶走。大象受到惊扰，在他们村子经过的时候，必须要到他们的水田里面去蹚一蹚。

后来我去一看，你对着大象一通敲锣打鼓放鞭炮，一惊扰它们就四散奔逃，它怎么知道我要走哪儿呢？那可不就哪儿有地方就往哪儿跑吧。

这些人为的活动不但惊扰大象，干扰了它们的行为，同时还会威胁到小象的安全，大象要保护自己的小象，也会对人发起攻击。

我们粗略地估算，2016年到2019年，将近40个人在整个亚洲象的分布区被大象踩踏致死或者致伤。

同时，过去也曾经发生过为了减缓人象冲突，人们架起了人工的电围栏，把大象电死的事情。日益严重的人象冲突，在西双版纳表现得更为尖锐，每年大象造成的农业损失超过上千万元。政府通过购买商业保险来帮助大家，对于这些大象造成的经济损失给予一定的补偿。但是这不是根本的解决办法，因为60%以上的大象已经在保护区外习惯了长期的人类耕种的这种形式。

从大象的角度来想，在一个小面积的农田里面，很容易就能取食到丰富的粮食作物，那我干嘛还要到林子里面，每天走10个小时去找吃的呢？这就产生了大象对农耕文化的适应。

▲张立教授在科学跨年夜现场演讲 （摄影：张星海）

种群在增加，栖息地在减少

过去40年间，野生动物保护所取得的成绩有目共睹。比如说我们的大熊猫，从原来的1200多只到第四次调查以后达到了1860多只。我们的朱鹮从1981年发现的时候只有7只野生个体，到现在已经在野外和圈养条件下超过7000只。很多野生动物，包括大熊猫，从濒危变为易危等级，这是天大的好事。

但是我们也发现，很多野生动物的保护区以外的野生动物栖息地已经荡然无存。因为在过去40年间，我们中国高速的经济发展，也造成了很多野生动物栖息地的丧失。这说明野生动物保护所带来的种群增长，和我们由于经济发展造成的栖息地丧失，这对矛盾之间要寻找到一种平衡。

在过去20年研究亚洲象的过程中，我们课题组也在引入类似小额信贷、社区扶贫的这种专项基金，帮助当地的老百姓寻找替代生计的办法。比如说用种竹子、卖竹笋来代替传统的甘蔗和玉米的种植，我们帮助老百姓来转变他们单一的农业种植的方式。这些都需要政府全方面的扶持，而并不是说简单的野生动物主管部门保护部门一家的工作。

不可或缺的“螺丝钉”

很多人问过我，大象是濒危物种，但它跟我们城市的人们有什么直接的关系吗？

我很难回答你这个直接的问题。因为我也不知道它跟我生活有没有直接的关系，可能没有。

但是我举一个例子，我们生活的这个地球就好比是一架飞机，我们人类坐在里面到各处去，每一个物种就好比这飞机上的一颗螺丝钉。一个物种的灭绝，相当于丢掉了一颗螺丝钉，你坐在飞机里面可能觉得没有什么问题，这个飞机还能飞。

但一个一个物种由于我们人类的活动，造成它们不断地灭绝、减少的话，那我们地球这架飞机还安全吗？它就不再安全。

哈佛大学研究学者EO.Wilson教授写了一本著名的书叫做《社会生物学》，提出了“留半个地球给其他物种”的观念。我们应该开始考虑，是否应限制一下人类过度扩张的生存需求，我们是不是真的要占据那么多地方？同样作为地球上的生物，我们是否应该给它们留一些空间？我们在地球上面跟别的野生动植物是什么样的关系？甚至于我们还能为野生动物做些什么？这些都是值得所有人思考的问题。

2021年，《生物多样性公约》缔约方大会第十五次会议（COP 15）上，各个缔约国都在讨论我们在2020年以后的10年制定什么样的目标，来保护好地球的生物多样性。

有人提出“3030目标”，就是保护30%的陆地面积作为陆地保护区，保护30%的海洋面积作为海洋保护区。但是谈何容易呢？

在过去的40年间，我们中国建设了大概2800多个国家级保护区，上万个自然保护区体系。我们在COP 15期间宣布成立5个国家公园，要建立以国家公园为主体的自然保护地体系。在这个国家公园保护地体系里面，一方面要兼顾当地社区老百姓的生存和发展，一方面要兼顾生物多样性的保护以及濒危物种的保护。

因此，我们要思考，我们是不是能够保护我们的地球，能够真正地和野生动植物和谐相处。

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智止谣言：

科技让生活更美味

孙宝国

中国工程院院士

北京工商大学校长

北京市科学技术协会副主席

我们都知道“民以食为天”。说到食品，大家很自然会想到食品安全。谈到食品安全，很多人会想到食品添加剂，一些人觉得食用含有食品添加剂的食品会影响身体健康。这是真的吗？到底什么是食品添加剂？为什么不少人都害怕它呢？

为食品质量安全护航

谈到食品添加剂，我们首先要明确两个概念，一个概念是添加剂，第二个概念是食品添加剂。这两个是完全不同的概念，但在日常当中，甚至有的食品科技工作者也经常简化，把食品添加剂简化成添加剂。这个简化是绝对不应该的，因为它会带来很多的歧义。

2008年，随着三聚氰胺事件的爆发，人们对食品安全问题的关注被推向了新高，应该说在我们很多人的心目当中都留下了阴影，在国际上也严重影响了中国形象。后来苏丹红、瘦肉精、吊白块等事件的爆发，一时间，食品添加剂就成了闻之色变的话题。其实它们都不是食品添加剂。

比如三聚氰胺不是食品添加剂，而是水泥添加剂。在水泥中，它可以作为高效减水剂，也可以在塑料中添加作为阻燃剂，还可以添加在涂料中作为甲醛吸收剂。所以，食品添加剂变成了“背锅侠”。迄今为止，我国重大食品安全事件没有一起是合理合法使用食品添加剂造成的。

另外，塑化剂是一种塑料用的添加剂，主要作用是增加塑料的柔软性、延展性和可加工性。但是，塑化剂是塑料添加剂不是食品添加剂，也不允许添加到食品当中去。很多人会问食品当中的塑化剂是哪里来的呢？一个主要的原因是环境污染，造成了水体和土壤含有塑化剂。植物生长的过程中吸收了塑化剂，转移到粮食当中去了，经过加工环节，让我们的食物中含有塑化剂成分。

▲孙宝国院士在演讲中 （摄影：张星海）

其实，我们的祖先很早就开始使用食品添加剂来改良我们的食物，这才有了现在中国丰富的舌尖文化。早在公元前2500年的黄帝时期，古人就开始在制作食品时使用食品添加剂了。大家熟知的酿酒过程中加入的糖化酶、做豆腐时候用的卤水、炸油条用到的明矾、制作火腿肠时用到的亚硝酸盐，都属于食品添加剂。

食品添加剂在世界上各个国家都必须经过科学研究、风险评估，证明对人体健康没有危害，加到食品当中去要么可以改善食品的风味；要么可以帮助食品保鲜，提高食品质量；要么可以让食品便于加工和储存。这样的物质经过风险评估证明是安全的，经过政府批准以后，正式公布再列到食品添加剂名单当中，这才是食品添加剂。

有的人喜欢喝可乐、汽水，所有这些碳酸饮料里面都含有二氧化碳，二氧化碳是食品防腐剂。不光在可乐和汽水里面，在啤酒里，二氧化碳也是防腐剂。我们喜欢吃的冰激凌、酸奶、巧克力、口香糖等食品当中都含有食品添加剂。

不仅在中国，食品添加剂在世界各国都被广泛使用。13世纪马可波罗把火腿的制作技术传到西方，如今他们制作的火腿比我们的都好吃，这正是因为他们在后来一直改良制作火腿时使用食品添加剂。由此我们可以得知食品添加剂的任务就是让食物变得更好吃、更新鲜，提高食品品质。甚至可以说，食品添加剂为食品质量安全保驾护航。

早已经与我们的生活息息相关

但如今说食品添加剂这个词，大家就会十分警惕，除了刚才提到的原因，其实就是普通老百姓很多不知道食品添加剂到底是什么，更别说它的用途了，在中国人的词典中有卤水、红曲、石膏，并没有食品添加剂这个词，而如今有了防腐剂、膨松剂、增稠剂等。所以，一些人并不了解它们的具体作用。

其实，食品添加剂早已经与我们的生活息息相关，我们日常生活中接触到的食品添加剂是非常多的，我国的食品添加剂分为22大类、2300多种。

发明食品添加剂的初衷就是让食物变得更美味，更新鲜，如果它的使用会伤害健康那就是本末倒置。不过可能还是会有人无法接受它，甚至躲开它。有人会说，我们自己做饭，不去购买加工食品，是不是就可以避免食品添加剂了？

其实不然，先从做饭用的油来说，我们小时候家里的食用油，放一段时间就会有哈喇味，这是因为油品被氧化的结果。后来科学家研究出了安全可靠的抗氧化剂，让油品的保存期更长了。

食品添加剂与生活休戚相关 （图片来源：视觉中国）

食盐很容易受潮板结，我们加入抗结剂亚铁氰化钾，这样食盐就更容易保存。再说酱油，从制备到灌装都在使用不同种类的食品添加剂，而且有些食品添加剂，我们都使用了几百年了。

很多家长觉得婴幼儿配方奶粉好，可以最大程度地接近母乳，这是食品添加剂的“功劳”。从食品科学的角度来看，配方奶粉约有近50种配料，除了乳糖、脱脂奶粉、植物油、浓缩乳清蛋白外，其余有40多种成分全部是营养强化剂或食品添加剂。近年来，由于我国拥有自主知识产权的营养强化剂和食品添加剂投入使用，高档的婴幼儿配方奶粉品质已经不亚于国外产品。

“卡脑子”比“卡脖子”更可怕

很多人都吃过从国外带回来的巧克力，大家是不是会觉得从口感上会比在国内吃到的好一些？还有细心的人会发现同品牌的巧克力，在国内买到的和在国外买到的口感也不太一样，这是什么原因？其实主要的区别就是食品添加剂。

目前，我国可以使用的食品添加剂的种类是2300多种，而国外可以使用的食品添加剂大约有15000种，想要进口到中国市场必须符合中国食品安全部门的使用标准。而发达国家的食品添加剂品种是我们的很多倍，大众对食品添加剂的接受程度也比我们更开放。

目前大家对食品添加剂的恐惧，以及整体的舆论压力，已经或多或少地影响到我们国家食品添加剂行业的发展。食品添加剂的使用、生产从某种程度上也能反映出一个国家经济社会发展以及科学技术的水平，越是发达的国家，食品添加剂的使用也就越普遍。在这个信息爆炸的时代，错误的言论和认识还是普遍存在于我们周围，“卡脑子”比“卡脖子”更可怕。

有的时候应对不了解的流言时，如果自身的知识储备不够，可以先去了解相关领域的知识，请教相关领域的人员，通过自己的大脑思考后再做出判断，不要人云亦云，不但误自己，也会误他人。

其实我国对于食品添加剂的使用是有着非常严格的标准的，一方面要控制好使用的剂量，另一方面是不能超范围使用。比如之前就有报道，在馒头上违规使用食品着色剂，让白面馒头充当玉米面馒头，这都是违法的。

从食品质量安全方面来讲，最根本的问题是企业的自律，但只依靠企业的自律还不够，还要有法律的约束，监管必须得有惩罚，必须有相应的部门来管理，包括政府监管、社会监管和媒体监管，一旦发现问题，法律制裁。通过这三驾马车把食品安全蓝天撑起来，国外也是这样，必须重罚。

希望大家对食品添加剂有新的科学认识。让流言不再制约行业的发展。最终有一天，中国的食品不只是口味，而且安全、营养健康各方面都将是世界第一，不但我们舌尖得到了享受，我们生活的幸福指数也会越来越高。

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数字孪生：

助力数字经济发展

陶飞

北京航空航天大学科学技术研究院副院长、教授

我们的衣食住行离不开物理世界，但处于网络和信息时代的我们，同样也离不开数字世界或虚拟世界。那么物理世界和数字世界是如何关联？又是如何交互共生的呢？今天我就跟大家一起聊聊数字孪生，一种实现物理世界在数字世界的克隆、镜像、孪生和共生的技术。

物理复制与数字复制

说起孪生或双胞胎，大家第一感觉或印象就是两个对象非常“像”或非常“相似”。如一对双胞胎通常特别像，甚至一模一样。又如秦始皇兵马俑，和秦朝的士兵非常像。这只是“外形像”，只是简单的“物理复制”， 存在着一定的时间和空间的局限。

随着计算机、信息、网络等技术的普及和推广应用，为突破这种“物理复制”的局限，人们开始使用数字化技术来实现对物理世界的“数字化复制”。如可通过全息影像技术在线“复活”一个和已故歌手一模一样的数字化、虚拟的歌手。这个歌手不仅和真的歌手长得一样，在舞台上的演唱表演神态也是一模一样。

又如可采用数字化技术，在虚拟世界打造一个和现实世界的故宫一模一样的数字故宫。这样的话，我们就可以通过电脑、手机去全景游览故宫，在数字故宫中去穿格格或者阿哥的宫廷服饰，体验历史生活。

交互与共生

随着技术不断的进步和人类的发展，仅仅是数字化复制、数字化展示功能，已不能满足人们对未知世界的好奇心和探索欲。我们还想知道，在不同时空尺度的物理世界，比如极端世界、极微观世界，正在发生什么，未来还可能发生什么，如何去提前预测未来一些危险的事情，并提前干预。

如我们希望通过在地面的数字孪生体，来洞悉在遥远太空翱翔的天问一号、在万里海底作业的潜航器，以及航空发动机在极端高温、15000转速下的运行状况，并对其远程精准操控，预测未来可能发生的故障，从而提前制定规避措施。

▲陶飞教授在科学跨年夜现场演讲 （摄影/张星海）

数字孪生，从被忽视到研究热点

数字孪生概念在此背景下于2002年应运而生。由于当时使用数字孪生成本非常昂贵，而且IT技术如储存能力、通信能力、CPU计算能力等，无法满足其落地应用需求，因此数字孪生概念在被提出后的近10年中没有受到太多关注。

到2011年，美国国家航空航天局（NASA）和美国空军实验室把数字孪生运用到飞行器的健康运维中，数字孪生才真正开始应用到航空航天、军品研发中。到2015年，数字孪生技术被人们从军品引入民品和日常生活中。2020年疫情使很多工人不能到工厂去工作，甚至小朋友不能够去学校上课。这个时候我们希望通过远程数字化的方式来工作、生活和学习。应该说在2020年疫情期间，加速了数字孪生技术的发展。

我们可以通过一组数据来说明这样一个趋势，比如从学术研究的角度，我们对全球发表的数字孪生论文做了一个统计分析。在2015年之前，全世界发表的数字孪生论文总数只有24篇。而到了2018年，全球一年发表的数字孪生论文就达到了321篇。2021年已达到了2342篇。应该说数字孪生已经成为全世界一个研究热点。

截至目前，全世界已有牛津大学、剑桥大学、斯坦福大学等900多所大学，空客、西门子、GE等700多个国际著名企业，美国NASA、德国费劳霍夫研究院等400多个研究机构相继开展了数字孪生研究和探索。

数字孪生无论在理论研究方面，还是在企业应用方面都已进入了快速发展的阶段，当前已有80多个国家开展了数字孪生的研究，各国竞争也日趋激烈。

数字孪生正逐渐应用到各行各业

目前数字孪生已经在航空航天、装备制造、健康医疗、轨道交通，以及城市管理等15个大类、50多个细分领域得到了应用。

比如我们可以构建城市的数字孪生，对城市的交通红绿灯、井盖、探头等要素进行数字化管理，汇聚城市多维空间数据，从而助力实现智慧社区、智能出行、智能安防等，提升整个城市治理水平，提高居民安全和幸福指数。

当城市面临洪水侵袭，数字孪生城市能够利用降雨量、地形等信息来预测城市积水情况，并基于建筑和人口分布模拟、制定与优化疏散策略，达到避免人民生命财产遭到损失的目的。

当前，数字孪生城市被各个国家高度地重视，如新加坡政府正在打造整个数字孪生新加坡。我国也在开展数字孪生雄安新区的城市规划与建设。

可以说，当前各行各业数字化转型和智能化升级，对数字孪生需求迫切，但数字孪生目前处于研用初级阶段，要想让数字孪生造福我们的工业，服务我们的经济，助力数字经济的发展，缺少一套成熟的理论体系、技术体系、工具体系、标准体系。

我们团队近年一直坚持数字孪生研究，希望解决上述难题，助力我国制造业数字化转型和智能化升级。先后提出并建立了数字孪生五维模型，围绕五维模型提出了数字孪生车间的概念，相关工作已被中国航天科工、中航发、中船、中国兵器集团等十大集团参考应用于航空航天、船舶、高铁等十大领域产品或系统研发。

目前在纺织工业还有智慧城市方面，我们做了一些案例。如在去年疫情最严重期间，工人和技术人员不能去工厂现场工作，很多纺织企业被迫停产。为安全复工复产，企业希望对他们车间的成套装备进行数字化升级，实现远程操作、运行、监控和维护。同时希望改造和建设数字孪生纺织车间，提升纺织车间的数字化程度和智能化管控水平，以实现提质、增效、降本，复工复产。

针对纺织车间需求，我们和合作单位组建了一个联合攻关团队，吃住在现场、干在现场，克服重重困难，为一个纺织企业打造了一个1.4万平米的纺织数字孪生车间。并与合作单位共同努力，相继研发了数字孪生玻纤自动化生产线、数字孪生纺织车间立体仓库、数字孪生落卷机器人系统、数字孪生智能条桶输送系统，在纺织企业进行了应用。相关产品在2021年的上海纺织机械装备国际展览会上进行了展出。

（图片来源：新华社）

数字孪生的中国声音

虽然近年我们团队和国内学者一起在数字孪生领域开展了大量研究实践工作，但国内相关工作在国际上鲜有发声、影响力不够，国际上对国内工作了解不多、认识不足。

为提升国际影响力，促进交流合作，我们和国内学者共同发起第一个数字孪生学术会议，已连续成功召开5届；成立了数字孪生国际专家委员会，包括18个国家75位专家；创办了第一个数字孪生国际期刊；发起了数字孪生国际论坛和国际会议；受邀出版英文专著3部。

相关工作和成果在国际上产生了重要积极影响，国际上也越来越认可中国在数字孪生领域的研究工作，我们团队也受邀在《自然》（Nature）发表文章。

回想我刚回国的时候，是作为人才引进的一名副教授。很多朋友说：“陶飞，你做的这个工作太前沿了，可能你写的论文投稿出去都不会被接受，有可能你10年都评不上教授！”

我的回答是，我爱这个方向，我坚定这个方向，我可以晚一点评上教授。但是这个方向，我作为一个中国的年轻人，我输得起。我一定要在这个方向上，用我的青春去在国际上博得我的一席之地，为我们中国这个领域，发出我们中国自己的声音。

未来，我们会继续地努力，瞄准世界科技前沿，争做科技自立自强的主力军和生力军。

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科技冬奥：

自由视角技术让观赛身临其境

陈宝权

北京大学教授

前沿计算研究中心执行主任

其实很多人可能都不知道，电视转播技术的发展和奥运会赛事有着非常强的关联。甚至有观点认为，很多新兴的电视转播技术，正是以奥运会为契机推广的，换言之，奥运会推动了电视直播的发展。

“看得真”——自由视角观赛

在即将到来的北京冬奥会上，“看什么”可以交给观众自己决定，这套技术的名字叫做“自由视角观赛”。

今年4月份的时候，在国家体育馆冰球比赛的测试赛中，我们做了自由视点的测试。以这样一种技术向全球观众转播这个赛事的时候，观众可以自由地改变他的视点。他只要拿一个手机，用手指在屏幕上轻轻地滑动，就可以改变他观看的视角。

他可以随意地在这个场地“飞跃”，他可以拉近了看，可以换一个不同的角度看，也可以把时间凝固，在某一个瞬间的时候从不同的视角去观看。这样就能够给观众带来一个完全身临其境的观看体验。

电视转播技术在奥运赛事中发展得非常快。2008年北京奥运会，那届奥运会是人类首次采用2K数字高清信号进行节目直播。这个清晰度不亚于在现场3米距离直接观赛的体验，可2K清晰度还远远不够。

2016年里约奥运会，电视转播技术继续加码，4K、8K、VR悉数登场，让观赛体验实现了从“看得见”向“看得清”的飞跃。

时间来到了2022年的北京冬奥会，由于全球疫情影响，本次冬奥会不面向境外观众售票，所以我们作为东道主不仅有责任让全世界观众“看得清”，更要“看得真”。

如何做到“看得真”

那世界各地的观众是如何坐在家、拿着手机就能沉浸在赛场中进行无死角观赛的呢？首先，我们要把精彩的比赛拍摄下来。而拍摄赛事的方法与科幻电影中子弹时间的拍摄方法类似。

比如这个场景（电影《黑客帝国》中NEO躲避子弹）：通过一个360度的慢镜头全方位展示侧身躲过子弹，这样的瞬间可以给观众带来非常震撼的体验。它拍摄的方式就是从多个角度同步来拍摄这样的一个画面，然后在后期制作的时候来切换镜头。

这种电影制作技术，实际上是需要后期大量的计算制作的。不仅是计算的成本非常高，同时制作的时间也相当地长。这样的大概10秒、20秒的一个画面，可能需要上月甚至上年的时间来进行计算。

▲陈宝权教授在科学跨年夜现场演讲 （摄影：张星海）

实体摄像机+虚拟摄像机

那么如何让这样的一个技术，从一个科幻电影的拍摄，也就是一个离线的长时间制作，来进入到我们一个需要实时计算、实时传输的体育赛事转播？这里面是有很多挑战的。

首先是需要大量的相机来拍摄。举个例子，在一个舞台上，如果只有左边、右边两路信号来拍摄我，那这两个视频信号之间的转换是非常跳跃的，根本无法形成画面变换之间丝般顺滑的观看体验。

那怎么办呢？只有一个办法，那就是增加摄像机，在左右两个摄像机之间增加更多的摄像机，摄像机数量越多，画面转换越丝滑。

但是这又带来一个问题，成本太高了，太贵了！可以想象，需要实现一个360度特别平滑的视觉效果，那几十台摄像机是不够的。这可能得上千台、甚至2000台摄像机来拍摄，稍微计算一下，可能需要上亿元的硬件投入，还不说现场安装施工的难度。

要解决这个问题，就必须控制现场摄像机的数量，通过计算的手段，计算出没有拍摄到的画面。也就是说需要从几十台摄像机的画面中，计算出1000多台摄像机拍摄的效果，差不多2个机位之间，我们要插入大概30台摄像机机位的视点。

这些视点要靠计算算出来，我们管它叫做虚拟摄像机。所以最后传到用户的画面，实际上是由实际的摄像机和虚拟的摄像机的画面整合得到的。

超级视频压缩编码技术+5G网络

这样一来，视频信号经过虚拟摄像机的叠加，能够给我们带来非常平滑的观看效果。但同时又带来一个问题，如果是360度的环绕，我们需要1000甚至2000个视点，如此巨大的视频阵列，它传输信号的通量，是我们从来没有遇到过的。简单说就是我们解决了视频生成的问题，但画面传不出去。

有人说，多叫几辆应急通讯车来支援是否可以？我们大致计算过，如此多路的传输量，可能要调用大概1000台应急通讯车，才能把视频信号转播出去。而这还仅仅只是一个场馆，当有更多的场馆信号需要传输时，可想而知，全北京市的应急通讯车都调度过来也实现不了。

那怎么办？只有一个办法，就是压缩。也就是说我们把视频的信号经过压缩，保留它最有价值的信息，再发送出去。

值得庆幸的是，在视频编解码压缩传输方面，我们具有较强的人才技术储备，北京大学高文院士牵头建立了国际标准AVS3，专门用于8K视频的高效编解码。我们在此基础之上，进一步自主研发了具备自适应编码与传输技术的视频压缩与解码器。

另一方面，自由视点的信号最终要传送到我们的个人手机上面，这需要拥有非常强的传输能力。恰好5G就提供了这样的能力。目前北京、延庆赛区的17处冬奥场馆及京张高铁、京礼高速沿线建成了上百个5G基站，这样覆盖度高、便捷性强的5G信号网，将有力保障赛事自由视角直播画面的传输速度和效率。

自从测试以来，4月份在国家体育馆，9-10月份在首都体育馆，以及11月份在五棵松体育馆这连续三次测试的过程中，自由视角的效果应该说非常好。

（图片来源：新华社）

技术与基础设施都非常重要

由于我们使用的是中国人自己的编码器压缩视频，我们并没有花大价钱去购买国外的技术。这体现出了什么？习近平总书记强调要实现高水平科技自立自强，我们中国人一定要掌握关键的核心的技术，也就是所谓的“卡脖子”技术。

还有一点非常重要，也让我体会很深的是，关键技术特别的重要，基础设施也特别的重要。很多时候前沿的技术要在良好的基础设施的基础之上才能跑得起来。

非常庆幸，我们国家在基础设施方面做得非常地好。这样我们的核心技术，一些突破性的技术就能够有用武之地。

就像自由视角技术也可以用在很多其他的方面，比如说一场大型的表演；比如说我们对于某一个科学事件的观察；比如说我们在电子商务如网上购物的过程中，对商品进行一个全方位的观看。

元宇宙的概念目前很火热，元宇宙很重要的一部分便是让现实的世界有一个三维数字化的呈现。而这个三维数字化的呈现和我们通过创意生成的三维数字内容，便能有一个完美的结合。如此说来，这样的三维数字化技术将创造一个迈向元宇宙的窗口。

在北京冬奥的契机下，新技术推广有了方向和动力，这也是自由视角技术第一次在奥运相关赛场当中应用。这一次，我们希望将交互式自由视点VR技术送入寻常百姓的手中，让普通观众在观看转播时也能感受到赛场氛围，从“看得清”转向“看得真”，进而引领广播电视转播技术，实现一次全新的变革。

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传承科学家精神：

我的老师钱学森

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。

▲张德良研究员在讲述钱学森的故事 （摄影：张星海）

让我们自己动手设计和研制小火箭

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。

提出 “三严”要求

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。

▲钱学森给学生们讲课和答疑 （供图：张德良）

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。”

要求我们推迟毕业

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，大家只能交卷啦。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，100分开方乘10还是100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分你就及格了！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3000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，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，作出一点贡献，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。

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新年致辞：

大力弘扬科学家精神

刘德培

中国工程院院士

中国医学科学院基础医学研究所

分子生物学国家重点实验室主任

北京市科学技术协会主席

绿回大地，万象更新。在2022年即将到来之际，我谨代表北京市科协向全市各条战线的科技工作者致以新年的祝福！向关心和支持科协事业发展的各级党委、各级政府、有关部门和社会各界，表示诚挚的敬意！

（摄影：张星海）

过去的一年，在市委市政府的坚强领导下，在中国科协的正确指导下，北京市科协扎实开展党史学习教育，高扬新时代科学家精神，学会学术在交流中实现了发展，科普在融合中实现了升级，创新在结合中实现了提高，咨询在培育中实现了收获，科协系统深化改革工作取得了显著成效。

奋斗百年路，启航新征程。首都科技工作者要大力弘扬“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的新时代科学家精神，以“愿得此生长报国”的爱国情怀，“奋楫扬帆勇向前”的政治担当，“咬定青山不放松”的意志品格，“中流击水正当时”的奋斗精神，为实现高水平科技自立自强、实现中华民族伟大复兴接续奋斗，以优异的成绩迎接党的二十大胜利召开！

最后，预祝大家在新的一年里身体健康、工作顺利、阖家幸福！

（来源：北京科协）

出品：科普中央厨房

监制：北京科技报 | 北科传媒

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