2020年10日3日，北京西單口的「科技強國」花壇。 視覺中國供圖
吳尊友
徐穎
薛其坤
胡偉武
朱定真
鄭永春
編者按
2020年是極不平凡的一年。新冠肺炎疫情全球大流行，沒有阻擋中國的科技發展。抗擊新冠肺炎疫情彰顯我國科技力量、長徵五號B運載火箭成功首飛、中國測量隊成功登頂再測珠穆朗瑪峰、北鬥三號全球衛星導航系統正式開通、天問一號發射升空奔向火星、奮鬥者號刷新載人深潛紀錄、嫦娥五號攜帶月壤成功返回……捷報頻傳、喜報不斷。
今天，我們推出專題，盤點2020的大國科技。讓我們一起回顧2020年重大科技事件，展望未來創新發展趨勢，邁進2021年。
抗擊疫情引出四大科學發現
作為2020年全球最重要的公共衛生事件，新冠肺炎疫情牽動每一個人的神經。在中國疾病預防控制中心流行病學首席專家吳尊友看來，在科學研究方面，分離新冠病毒、破解病毒基因序列、確定平均潛伏期、確定傳播方式，成為2020年最重要的科學發現。
「這四大科學發現，奠定了認識一種新型傳染病的基礎，也奠定了我們制定科學防控策略的基礎。這四大科學發現，也是中國科學家為抗擊全球新冠肺炎疫情作出的最重要的貢獻。」吳尊友說。
有人不明白，破解病毒基因序列有什麼意義？吳尊友說，實際上，病毒基因序列是人們認識一種病原體最重要的生物特徵指標——有了基因序列，就可以生產診斷試劑；有了基因序列，就可以研製預防疫苗。因此，上述四大科學發現，奠定了我國乃至世界控制新冠肺炎疫情的科學基礎，也是中國科學家為世界控制新冠肺炎疫情作出的最重要的貢獻。
在吳尊友看來，在這場必須打贏的抗疫戰鬥中，中國科學家跑出了中國速度。在武漢疫情得到控制以後，我國又陸續出現了幾起聚集性的疫情，比如北京新發地市場、大連、青島、新疆喀什等地。
「在控制這一系列疫情的過程當中，我們採取的主要措施包括四個方面。第一是早發現、早隔離、早治療；第二，根據傳染病傳播規律，在發現感染者以後，進行流行病學調查，確定密切接觸者，並對密切接觸者進行管理；第三，採用核酸檢測的方法來確定疫情的規模，發現早期的感染者。第四，治療病人。」吳尊友說。
近來，我國多地又發生了零星散發的病例。吳尊友說，我國的新冠肺炎疫情得到控制後，如果再次發生疫情，病毒一定「有來頭、有源頭」。病毒一般應該有以下幾種來源——
首先，境外回國的人員中，可能有感染者。把這些感染的人管住了，就能夠在一定程度上控制住疫情。
第二，目前在醫院接受治療的病人。
第三，境外輸入的物品。這些物品在夏季，主要是冷鏈運輸的物品，進入冬季以後，所有從境外輸入的物品都有可能帶有病毒，都有可能造成人的感染。
第四，某些研究病毒的實驗室裡面有病毒。如果實驗室安全措施不到位，造成工作人員感染，也會造成疫情的擴散。
吳尊友說，從這幾個方面可以看出，新冠肺炎疫情的再次發生，要麼是「人傳人」造成的，要麼是「物傳人」造成的。針對「人傳人」的情況，我國已經建立了一整套體系。目前，相關措施已經非常完善，由這種方式造成的風險比較小。
「相信在2021年，我們將戰勝新冠肺炎疫情。」吳尊友說，在已經過去的2020年裡，中國向世界展示了中國力量。中國科學家不負眾望，用科學技術認識新冠肺炎，用科學技術指導新冠肺炎防控，讓中國成為全球新冠肺炎疫情控制最好的國家。在2021年，相信我國還會繼續引領世界抗擊新冠肺炎疫情。
2020年的最後一天，人們迎來一個好消息：國務院聯防聯控機制發布，國藥集團中國生物新冠滅活疫苗已獲得國家藥監局批准附條件上市。已有數據顯示，保護率為79.34%，實現安全性、有效性、可及性、可負擔性的統一，達到世界衛生組織及國家藥監局相關標準要求。後續，疫苗免疫的持久性和保護效果還需持續觀察。
2021年，這樣的好消息或許會更多。
北鬥三號收官
都說2020年是中國航天大年，在這一年，中國航天邁出了很多堅實的步伐：「北鬥」「天問」「嫦娥」，等等。其中特別引人注目的就有北鬥三號全球衛星導航系統的收官之戰。
中國科學院空天信息創新研究院研究員、北鬥導航系統科學家徐穎說，從1983年陳芳允院士提 出雙星定位的思想開始，到2020年北鬥三號最後一顆組網衛星發射，北鬥系統已經完成了它自己的建設，也在人們的生活當中獲得了很多的應用。
她列舉了一些例子：人們用手機打車，確定自己和師傅之間的位置，其實就會用到北鬥系統。此外，在漁船航運當中，北鬥也能給出海的漁民提供一個發簡訊報平安的方式，如果遇上危險，漁民還可以藉此及時向海警求救。
根據中國衛星導航系統管理辦公室的統計，2020年第一季度，在我國入網的智慧型手機，已經有70%以上提供北鬥服務。共享單車配裝北鬥終端實現精細管理，牧民坐在家裡就能通過北鬥項圈放牧牛羊，支持北鬥系統的手錶、手環、學生卡，更加方便和保護人們日常生活。通過「北鬥+支付」，能對1秒鐘內成百上千的股票、車票購買申請進行精確排隊，按序辦理。
「業內有這樣的一句話：北鬥衛星導航系統的應用只受制於人們的想像力。」徐穎說，可以期待隨著北鬥系統的建成，北鬥系統在新的一年中，有望在應用和推廣方面大放異彩，真正讓每一個中國人都用上我們自己的北鬥。
北鬥系統是通過什麼來實現導航定位和授時服務的？據徐穎介紹，北鬥的基本原理叫做「三球定位」。所謂「三球定位」，就是科學家首先測量用戶和衛星之間的距離，從中可以知道，用戶在以衛星為球心，以某個距離為半徑的一個球體上。之後，可以繼續測量它和衛星二、衛星三之間的距離，這三個球會交匯在一個點上，這個點就是用戶的位置。這也是全世界所有衛星導航定位系統的基本原理。
徐穎說，在北鬥衛星導航系統建設過程中，有一個非常核心的關鍵部件，叫做星載原子鐘，曾經受制於人，如今通過科技人員的不懈努力已經實現國產化。
事實上，截至目前，包括星載原子鐘的核心器件在內，北鬥三號已經實現了100%的國產化，像氫鍾、銫鐘、銣鍾、鈣鍾、冷原子鐘等等都已經做得非常成熟。這就是科學家常說的，國家重大科研項目的需求牽引著國家基礎技術的突破。
徐穎說，北鬥系統還有一個隱藏能力——授時，也就是科學家所說的時間同步。她說，既然北鬥有這麼高精度的時鐘，那麼它也可以給我國其他系統做精準的時間同步，在我國的電力、金融、通信等關係著國計民生的行業，為它們提供精準的時間服務。
「2021年，北鬥系統將在它的應用和推廣上取得更大的突破，讓我們一起期待，一起努力。」徐穎說。
量子技術大熱
2020年下半年，「量子科技」概念再次熱了起來，但究竟什麼是量子科技，很少有人能說清楚。
在中國科學院院士、北京市科學技術協會副主席、南方科技大學校長薛其坤看來，現在有很多人在炒作量子產品，比如說「量子鞋墊」「量子水杯」，這些概念顯然是不正確的——因為量子力學是描述原子、電子等微觀粒子的科學。
那麼，目前世界上就沒有真正的量子技術、量子產品嗎？
薛其坤說，實際上，在信息社會，有很多量子產品已經得到了應用，只是我們沒有為它們冠上量子這個詞，人們可能也不知道它們與量子科學的聯繫。比如，計算機用來存儲信息的硬碟，光纖通信的雷射，衛星定位系統用到的原子鐘，這些其實都屬於量子技術、量子產品。
據薛其坤介紹，量子是科學家在上個世紀初，為了描述微觀世界的狀態和微觀世界的運動規律所提出來的概念，它是一份一份的。正如描述人時，人們常說「一個人」「兩個人」，而並非「一個半人」或「1.3個人」一樣，量子所描述的，正是一個不可分割的最小單元。
在2012年年底，薛其坤團隊發現了「量子反常霍爾效應」。這是描述材料中電子運動規律的一個效應。在量子反常霍爾效應的狀態下，材料中的電子就像高速公路上的汽車一樣，排著隊、有序地運動。因此，該效應可以應用在未來的電子器件、計算機晶片中，一旦用上了以後，所消耗的電會大大減少，電子器件的運行速度也會加快。
「量子反常霍爾效應的發現，給了我們什麼啟示呢？」薛其坤說，一個重要啟示就是高精尖實驗技術的打造十分重要，這也是科學創新非常重要的一點。有了金剛鑽，才能攬瓷器活。現代科學技術發展到今天，這種高精尖實驗技術的打造，就像打造金剛鑽一樣，非常重要。
他還專門提到，科學傳播不僅是科學知識的傳播，還應該包括科學精神的傳播，科學思想的傳播以及科學方法的傳播。「『少年強則國強』，我衷心地希望廣大青少年熱愛科學、追逐科學，將來做一個科學家，為中華民族的偉大復興作出你們的貢獻。」薛其坤說。
核心技術自立自強
剛剛過去的2020年，不少人在關心著晶片，以及如何發展晶片的核心技術。
中國科學院計算技術研究所研究員、中科技術股份有限公司董事長胡偉武被媒體稱作「龍芯之父」，在他看來，研發自己的晶片還是要走「市場帶技術」的道路——立足於科技的自立自強，通過自主研發把核心技術掌握了，然後在體制內市場的帶動下發展起來，並且走向開放市場競爭。
「有的產品像『養豬』，確實一年就能出來；有些產品像『養牛』，三年就可以犁地去了；而一些核心技術產品則像養孩子：我們沒見過誰家孩子五歲就能掙錢養父母的，你得養他二三十年——核心技術產品包括『工業的心臟』發動機，包括『信息產業的心臟』CPU，這些都是需要花二三十年工夫甚至更多時間，才能掌握的。我們要走這條路。」胡偉武說。
他以「龍芯」為例，龍芯團隊從2000年開始籌備，2001年在中科院計算所開始研發龍芯CPU。
「中國要不要做自己的CPU？剛開始我們沒有得出共識。有些人說：我們明明可以買到很便宜、很好用的東西，你為什麼要浪費錢來做這個事情？」胡偉武說。
2010年，胡偉武團隊開始轉型做企業、要讓市場來檢驗，走向產業。他們總體上幹了兩件事：一個是把中科院計算所的科研成果（樣品）變成產品；一個是在市場中「試試看」——到現在為止，他們已經進行了3輪迭代。
據他介紹，第一輪試錯花了5年時間，2015年，龍芯CPU出貨了，每年出貨幾萬片，解決了數以千計的問題；第二輪是2016年到2019年，每年能賣幾十萬片，同期又解決數以千計的問題；現在是第三輪試錯開始，在過去的2020年，他們的CPU已經賣到上百萬片了。
「我們相信，到2022年，被體制內的市場帶動了3輪迭代後，龍芯CPU有能力走向開放市場。」胡偉武說，在多年的試錯過程中，龍芯技術水平不斷提高，如今龍芯生態已包含幾千家企業，形成了一個產業鏈，其軟體生態也不斷豐富，CPU性能提高了12倍。
在他看來，做核心技術的人，不僅要「擼起袖子加油幹」，還需要「耐著性子堅持幹」。核心技術產業，是以30年為周期的。他相信再有10年，就可以做出一個新的龍芯生態。
「有些東西是不能取巧的。如果把科技創新比作一個數學函數，我們常關注3個變量：體制機制的改進、經費的投入，還有人才。但創新這個函數需要第四個變量，也就是時間、耐性。」胡偉武說，「兩彈一星」的先輩，靠的也是「5+2」「白加黑」的直道追趕，只要依靠實事求是的作風、自力更生的精神、愚公移山的精神，就能幹好它。
天氣預報還做不到100%準確
天氣預報到底準不準，這是人們每逢出門都可能會想起的一個問題。2020年暴雨頻發，再次讓人們關注到它。
有人認為，國家投入了許多經費，也有那麼多的科學家在研究天氣，人們似乎早該把天氣的原理和預報掌握了，能100%地作出準確預報。但在中國氣象局公共氣象服務中心氣象服務首席朱定真看來，天氣是一個非常複雜的過程，從科學上講，現在還做不到100%的預報準確率。
據他介紹，所謂氣候是一個大背景，水圈、巖石圈、生物圈、冰雪圈、大氣圈，五大圈層交互影響共同形成了特有的氣候，再加上變化多端的大氣環流，整個過程異常複雜。而天氣，又是在氣候這個背景下發生的。
正因如此，幾乎所有的國家都拿出自己最快最大的計算機，用來計算氣象問題——它涉及的信息量太大了、影響因素太多了，不用最快最大的計算機根本不夠處理。
「除了觀測手段、綜合處理數據的能力和快速計算能力要提高以外，我們還要重新認識一下對天氣的理解。」朱定真說。
他以2020年6月梅雨期間的一次暴雨為例，這種在氣象圖上一個一個凸起的對流雲團，氣象人叫它中小尺度的對流雲團。這種氣象是天氣預報領域最難報的，它屬於特別典型的突發天氣。
朱定真打了一個比方：想要預測它，就相當於人們在家煮牛奶或者煮麥片，當前者要煮開的時候，人們都知道要冒泡了，可是誰能猜出來第一個泡在哪兒、第二個泡在哪兒？放到天氣預報裡，哪裡冒泡就是哪裡有局地對流，這是不確定性的、短時間內突發的，波及的範圍尺度也很小。
「氣象人對於這種強對流天氣，只能說清楚它在什麼樣的天氣背景下會出現，但一定要說幾點幾分什麼地方會出現，那是很有難度的。」朱定真說。
他還表示，對於更長期的預報，比如對7天以上、10天以上甚至於一個月兩個月的天氣預測，也是比較困難的。在這個過程中，幹擾因素太多，它的準確率也必然會下降，正因此，「一短一長」現在依然是氣象預測的難點。
曾有人問朱定真，對氣象預測的未來有什麼想法，或者對2021年有哪些期待？
他想到最重要的一點是，氣象人必須繼續秉承科學精神，去做好氣象服務。但與此同時，他也希望公眾能夠用更科學的態度來看待氣象服務、來支持氣象事業，在人們共同的努力下，讓氣象為生命安全、生產發展、生活富裕、生態良好作出更精彩的服務。
從月球到火星，奔向星辰大海
2020年12月19日，國家航天局向中國科學院移交了嫦娥五號從月球採集回來的月球土壤和巖石樣品，共1731克。中國科學院國家天文臺專門為此建設了月球樣品實驗室，保存分配這些月球土壤和巖石，並組織科學家開展科學研究。
有人說，1731克的月球土壤是不是少了一點？畢竟，美國已經採了兩三百千克的月球土壤。在中國科學院國家天文臺研究員鄭永春看來，對於月球樣品，重量並不是最為關鍵的因素，如今的高精尖分析儀器，不必說1731克，即便是170克樣品，也可以滿足很多分析需求。相比樣品重量，科學家更希望，從月球上的不同地區，採集回多樣化的月球土壤——那裡含有更豐富的信息。嫦娥五號做到了。
經過16年的努力，我國探月工程「繞、落、回」三步走已經圓滿收官，接下來，「探、登、駐」中的「登」和「駐」也將在路上。據鄭永春介紹，探月階段完成之後，就要進行登月和月球駐留的工作。
「月球是人類走向深空的一個前哨基地和中轉站。既然探月已經成功，那麼登月和駐月也即將到來。」鄭永春說，這是一個可以持續幾十年，甚至上百年的事業，人們可以為此持續地努力。
2020年，我國還有一個太空飛行器備受矚目，它是天問一號，如今正在飛向火星。截至2021年1月3日，天問一號已經在軌飛行163天，飛行裡程突破4億公裡，距離地球約1.3億公裡，距離火星約830萬公裡。
天問一號的任務是我國獨立開展行星際探測的第一步，將通過一次發射實現對火星的「繞、著、巡」，即火星環繞、火星著陸、火面巡視。
2020年7月23日，鄭永春在位於海南的中國文昌航天發射場，親眼目睹了長徵五號火箭攜帶天問一號探測器飛向太空。這個火星探測器在2020年國慶節，傳回它在億萬公裡之外的一張「自拍照」——
一片漆黑的太空中，鮮豔的五星紅旗讓每個中國人心潮澎湃。而在2021年春暖花開之際，來自中國的火星車則將登陸火星。按計劃，天問一號將在一個多月後實施近火制動，進入環火軌道，準備著陸火星。
「那時，這顆紅色星球將第一次迎來中國的探測器，中國將在全世界成為又一個探測器登陸火星的國家。我非常期待這一天。」鄭永春說。
據他介紹，火星是一顆類地行星，有北極有南極有赤道，有東半球有西半球，還有大峽谷。甚至，火星上還有整個太陽系最高的山峰，叫奧林匹斯山，它有珠穆朗瑪峰的兩三倍之高。
更讓人感興趣的是，火星上曾經有過大規模的液態水，即便是現在，它的地下還有冰川的跡象，還有滷水湖。
「火星，是整個太陽系裡和地球環境最像的行星，也是人類從地球出發，唯一有可能實現大規模移民的星球。」鄭永春說，雖然現在的地球看似一切安好，但如果看看地球歷史的記錄就會知道，地球上的生命在未來必然會面臨大滅絕的命運，因此，人類必須居安思危，未雨綢繆。
「未來人類將從地球出發，先到月球，再到火星。只有人類在地球和月球之間來去自如的時候，才能走向更遠的火星。」鄭永春說。
中青報·中青網記者 邱晨輝 來源：中國青年報
（來源：中國青年報）