听课了！湘江大讲堂上，白春礼院士讲了这些科学概念

3月24日，2023年湘江大讲堂首场讲座在长沙举行。

会上，全国人大民族委员会原主任委员、中国科学院原院长、中国科学院院士白春礼作了题为《深刻把握世界科技前沿发展态势 奋力实现高水平科技自立自强》的讲座。

白春礼说，准确把握科技发展前沿态势是准确研判、前瞻布局的基本前提。

白院士提的科技发展前沿概念有哪些，我们一起来学习。

第一课

向宏观拓展：追寻宇宙起源演化的脚步

宏观宇宙学的研究焦点主要是“两暗一黑三起源”，其中“两暗”是指暗物质、暗能量；“一黑”是指黑洞；“三起源”是指宇宙起源、天体起源和宇宙生命起源。

这些方面一旦取得重大突破，就将使人类对宇宙的认识实现重大飞跃，可能引发新的物理学革命。

暗物质暗能量

当代宇宙学、物理学最前沿的研究方向，是认识宇宙起源和演化最关键的一步。

在宇宙可观测到的物质之外，还存在暗物质、暗能量。宇宙中可见物质仅占4.9%，而暗物质占到26.8%，暗能量占到68.3%。

探测暗物质的方式主要分为三类——

对撞机探测，如欧洲核子中心的大型强子对撞机；

在地下进行的直接探测，如我国在四川锦屏山地下实验室中正在开展的相关实验；

间接探测，主要在外层空间进行，通过收集和分析高能宇宙射线粒子和伽马射线光子寻找暗物质存在的证据。

黑洞

这是密度极大、体积极小的天体，具有强大的引力，连光都无法逃脱。研究黑洞的形成、性质、结构及其演化规律，对于更深入认识宇宙的演化具有重要意义。

2019年4月，全球多国科研人员合作的“事件视界望远镜”项目发布了世界上首张黑洞图像，证实了爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。

2022年8月，美国国家航空航天局发布一段音频，音频根据距地球约2.4亿光年英仙座中心黑洞发出的声音合成。

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引力波

在1916年，爱因斯坦就基于广义相对论预言了引力波的存在，但直到2015年，人类才探测到引力波的信号。

物质运动的变化，会对周围时空造成扰动，形成像一块石头丢进水里那种一圈圈波纹，向远方扩散，这就是引力波，又叫时空涟漪。

2015年，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）2次探测到引力波信号。2015年以来科学家已观察到90多个引力波事件。

我国近年来先后启动了“太极计划”“天琴计划”等空间引力波探测计划。

第二课

向微观深入：探究物质世界和生命的终极奥秘

从微观结构探究物质世界和生命的本质及运行活动规律，是世界科技前沿的另一个发展方向。

微观粒子

人们认知的构成物质的最小或/及最基本的单位，是组成各种各样物体的基础。

2013年，标准粒子模型预言的61种基本粒子全部被发现，成为人类认识微观世界的一个重要里程碑。

相关研究推动了天体物理、宇宙学和核物理等学科的重大发展。

量子

现代物理的重要概念。即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。

举个例子，太阳光是有能量的，科学家发现太阳光的能量不是连续的，而是可以分成很小的一份一份的能量，科学家把每一份最小的能量单元叫做光子，光子就是一种量子。除光子外，电子、原子、原子核等微观粒子，超导体、玻色—爱因斯坦凝聚等宏观尺度下的量子系统都遵从量子力学的规律，都可以统称为量子。

量子通信和量子计算是当前的研究热点。2016年，我国成功发射了世界首颗量子信息科学实验卫星“墨子号”，在国际上首次实现千公里级星地双向量子密钥传送和量子隐形传态，并成功实现洲际量子密钥保密通信。

2019年，谷歌宣布开发出了54量子比特的超导量子芯片，对一个电路采样一百万次只需200秒，而当时运算能力最强的经典计算机需要一万年。

我国先后构建了光量子计算原型机“九章”“九章二号”，超导量子计算原型机“祖冲之号”“祖冲之二号”，成为目前唯一在两种物理体系都达到“量子计算优越性”的国家。

基因组学

生命科学最前沿、影响最广的领域之一。

人体细胞DNA分子大约有10万个基因，由这些基因控制10万种人体蛋白质的合成。基因工程就是要寻找目的基因，通过对其进行剪切、剔除、连接、重组等操作，实现对生命体的调控。（注意：因科学伦理原因，基因编辑不能临床应用于所有人类生殖细胞系！）

合成生物学被誉为继DNA双螺旋结构和人类基因组测序之后的“第三次生物学革命”。科学家已经能够设计多种基因控制模块，组装具有更复杂功能的生物系统，甚至创建出“新物种”。比如，用于诊断早期癌症与糖尿病的细菌，合成出抗疟药物青蒿素。

第三课

中观层面：科学技术广泛应用和深刻影响到各个方面

科技创新作为引领发展的第一动力，已呈现出多点群发突破态势，推动人类活动范围不断扩展，深刻改变人类的工作方式、生活方式。

2nm芯片

IBM公布全球首款采用2nm制程工艺的芯片，这是迄今为止最小最强大的微芯片，能实现在“指甲盖”大小的芯片上集成约500亿晶体管。运用到手机上，电池续航时间能达到原来的4倍。

元宇宙

是一个由无数相互关联的虚拟社区组成的世界，这是互联世界进化的下一个阶段，把所有东西集中到一个无缝衔接的平行宇宙里，所以你将像生活在现实世界中一样生活在虚拟世界中。

ChatGPT

聊天机器人程序，能够通过理解和学习人类的语言来进行对话，还能根据聊天的上下文进行互动，真正像人类一样来聊天交流，甚至能完成撰写邮件、视频脚本、文案、翻译、代码，写论文等任务。

本质上是一款大型语言模型，代表了自然语言处理领域数十年的积累，也为人工智能的下一步发展注入了新的活力。

类脑器官

由实验室培育的小型干细胞培养物，与大脑结构有若干相似之处，包括神经元和其他能够实现记忆和学习等基本认知功能的细胞。

最早的类脑器官只拥有约5万个神经元，而想要扩大至具备计算机能力水平需要科学家进行培育，以容纳1000万个神经元。

其实，

湘江大讲堂上，白春礼院士提到的前沿科学概念还有很多。

希望今天的课堂，能激起你对科技的探究兴趣。

科学浩瀚，等着你探索。

（湖南日报全媒体记者 王铭俊）