昨天,7位全球顶尖科学家在2023腾讯科学WE大会上撒下了一颗种子。
是科学的种子,也是希望的种子。
任何伟大的创造和探索,都源于最初小小的好奇、思考。它们就是种子,播撒下去,向阳而生,不断成长,才有了一个一个推动社会进步的科学奇迹。
本次WE大会把“种子”作为主题,是要致敬那些播撒种子、改变未来的科学探索者们。
科学家们回顾了各自研究领域的“科学种子”,展示了这些科技探索影响未来的美好蓝图。他们还播下了很多“希望的种子”,部分科学家在会前和青少年面对面交流,期待把对科学的好奇和向往,种在孩子们的心中。
现在,上干货。
超导的“超能力”
by 赵忠贤
中国科学院院士、原超导国家重点实验室主任
超导越来越被重视,应用越来越多,是因为它的超能力,也是天然优势——零电阻。
这是科学家在1911年的重要发现。通俗地说,一般情况下,电流经过传导体,都会遇到阻力,产生损耗。但是,当低于某一临界温度,如果这个传导体是超导体,那么阻力变零。
拿远距离电力输送来说。使用传统电缆,部分电量将因传输过程的电阻,导致发热,被消耗掉。但是,超导电缆把这个问题迎刃而解,不损耗电量,大大节约了成本。
除了零电阻,科学家们还发现,超导能排斥外部磁场,减少摩檫力,把物体运转速度做大幅度提高。磁悬浮列车就是这一特性应用的典型。
一百年间,超导现象吸引了众多科学家投入其中。他们不断实验、研究、探索,取得BCS超导微观理论、超导隧道效应、金兹堡-朗道(GL)唯象理论、磁通量子化等研究成果,并试图发现超导新规律,推向更多的应用场景。
如今,在前人基础上,超导的新领域——高压近室温超导,已经成为全球物理学家的研究热点。在临界温度大于250K的高温情况下如何实现超导现象,是否有更实用的超导体,降低成本、提高性能等,成为了大家研究的重点。
能源、交通、通信、医疗、探矿、污水处理、电力、量子计算等更多行业也因此得到更大受益,人们的生活将随之拥有更多变化。
这正是探索超导的魅力。
沙漠也可以造水
by 奥马尔·亚基
美国科学院院士,2018年沃尔夫化学奖得主
干燥的沙漠真的可以造水?
奥马尔·亚基给出了肯定的答案。他有一种很妙的想法,从沙漠的空气中吸出水份。因为大气的水含量相当于全部的湖泊水流,把它们利用起来,沙漠可能变为绿洲。
但是,空气中含有氧气、二氧化碳等很多分子,如何把水分子聚起来、吸出来,需要改变现有的分子结构。
奥马尔·亚基研究了一种全新的合成材料——金属有机框架(MOFs)。这是一个分子多孔状的化学化合物,打破原有的分子结构,像海绵一样,一旦有空气飘过,就可以吸附并冷凝空气中的水分子。
经过实验验证,200克的MOFs,每天可收集5升水,足够普通人的一天使用水量。而对于沙漠,如果一个小型吸水器采用了MOFs,在北美最干燥的沙漠,一天竟可以从空气中吸收7升水。
这样的效果让人们看到了解决地球水资源短缺的新希望,同时也带来了新启发:MOFs既然除了吸水,是否可以吸收空气中的二氧化碳,解决气候变暖的问题呢?
答案依然是肯定的。只要对MOFs的分子孔状做一定调整,完全可以捕捉到空气中的二氧化碳。
其实,MOFs的背后是科学探索的创新思维。解决人类面临的所有挑战,正是需要这种创造性。
发现水稻的遗传基因
by 钱前
中国科学院院士,国家作物种质资源库主任
中国的水稻育种对解决世界粮食问题产生了重要影响。这离不开优异种源的创新和利用。
上世纪五十年代,我国科学家培育了一批“矮秆品种”的水稻。这一品种的特点是秆矮,穗大,收获指数大大增加,从而使得产量大幅提高。矮秆品种的大规模推广,引领了全球第一次水稻“绿色革命”。
矮杆品种之后,我国培育出了杂交水稻,再次走到了世界前列。研制杂交水稻有个大前提,需要两个基因不同但能优势互补的品种进行杂交。
上世纪六十年代,袁隆平院士团队开创了水稻杂交育种研究的先河;1970年,和团队成员率先发现天然雄性不育野生稻株“野败”,又引领全国水稻人经过三年集智攻关,第一个杂交水稻正式问世。
随后,一批又一批科学家深耕杂交水稻育种创新,不仅形成了多条杂交水稻育种路线,还把相关品种技术带到更多发展中国家,对保障世界粮食安全起到了重要作用。
一粒种子改变世界,这两次影响世界的水稻育种革命,和优异种质资源的发现和利用密切相关。
目前围绕超级杂交稻开展了理想株型、优质高产、抗虫耐逆、籼粳杂种优势利用等,新的品种在产量、米质等方面更上一层楼。
未来,通过“BT IT”进行精准设计育种,将是我国水稻育种的主攻方向,科学家们也在继续加紧破译水稻遗传密码,探寻着水稻育种潜力的边界。
一切还未完成,但不变的是,理论和实践齐头并进。创新更加优异的种源,始终是作物育种的灵魂和核心。
揭秘老年疾病的奥秘
by 琳达·帕特里奇
英国医学与科学院、美国艺术与科学院、德国国家科学院院士
一枚硬币总有正反两面,同样适用于年龄衰老。
当人类平均寿命持续延长时,也在遭遇“过早衰老综合症”,因年老而引发的疾病越来越多,发病率也越高越高。人类该怎么办?
科学家正在探究影响衰老的身体机能、影响因子等,通过适当的干预手段,帮助人类在变老的过程中保持健康。
科学家们发现了200多种与衰老相关的疾病,同时在长寿人群基因定位中,洞察到一些关键的营养感应分子。对人体来说,不同的细胞有不同的功效,有的是促进代谢,有的是抗击压力等,只有保证这些细胞正常工作,才能促进健康。
现在,科学家们找到了一些干预方法。比如,科学地调整饮食结构,吃少些,保持健康生活方式,对预防糖尿病等是有效的,也很简单。
另外,合理使用药物进行干预,也是选择之一。不是去开发抗衰老的新药,而是利用现有药品,发现它们对老年疾病的积极效应。比如,雷帕霉素复合药主要用于肾病移植,科学家们在鼠类实验中发现,它还有促进健康的另一面。
希望每个人在享受长寿的生命时,也能健康和快乐。
寻找第二个地球
by 迪迪埃·奎洛兹
2019年诺贝尔物理学奖得主,“起源联盟”负责人
“地球是唯一有生命的星球吗?”
要回答这个问题,首先得找到更多类似于地球的行星。可麻烦在于,浩瀚宇宙,行星是暗淡的,很难被观测到。
根据行星围绕恒星的特点,科学家们找到了破解的办法,在恒星运动时,观察行星的移动轨迹。三十年前,基于这种思路,通过对行星细微移动的观测,迪迪埃·奎洛兹发现了第一颗太阳系外的行星——马座51 b。
它带来了全新认知,原来,行星不光存在于太阳系,整个宇宙存在着各种各样的行星。但它们长什么样子,有什么特点,需要科学家们做更多研究。
随后,科学家们采用质量和体积两个维度,计算不同行星的密度,对它们做深入了解。
科学家们还找到了观测行星的一个最佳时间——凌日,也就是行星运行至恒星正前方的时刻。因为在那一刻,不仅可以观测到行星发出的光,还能探测到行星散发的热辐射。
掌握了光谱、温度以及行星体积、密度等情况,科学家们就能进一步判断行星的大气层中含有哪些物质。
参照地球大气层的结构,对这些物质做对比分析,成为判断行星是否存在生命迹象的重要线索。
令人惊喜的是,通过詹姆斯·韦伯空间望远镜,迪迪埃·奎洛兹再次观测到一颗具有特别意义的太阳系外行星,它的大气层含有二氧化碳、甲烷以及一些高等有机分子。而这些物质是地球大气层里的组成部分。
这是极大的鼓励,虽然还没有生命迹象的答案。但是科学家们一直相信,越来越多和类似地球的行星被发现,人类距离答案更近了。
石墨烯的“取金术”
by 安德烈·海姆
中国科学院、美国科学院、英国皇家学会院士,2010年诺贝尔物理学奖得主
石墨烯的发现过程很有趣。
安德烈·海姆用透明胶布石墨上粘了一下,把粘在胶带上物质提取下来,发现了不同于三维材料(拥有长宽高的材料)的石墨烯。它是世界首个二维材料。
石墨烯有很多优点。它很更薄、更轻,只有一个原子层厚度,大约0.338nm;它很更强、更坚硬,比钢还强韧200倍;它的导电性很好,是金属铜的10倍。
当然,除了这些优势,它从电子设备上提取黄金,很有一套。
科学家把电子垃圾磨碎,溶解在特制的溶液中,加入些许由石墨烯制成的膜,短短几分钟内,纯金就能粘在膜的表面。初浅计算,1克石墨烯可以提取到近两倍的黄金。这对电子垃圾的回收利用、资源循环具有重要意义。
其实,石墨烯有着特别广泛的生活应用。比如,石墨烯涂料极大提高了抗腐化的能力;手机材质若有石墨烯,可以散热更快;石墨烯滑板、鞋子等可以增强耐用性。
当然,科学家并不把它的使用价值局限于体验提升,而是想着如何创造革命性的应用。
比如,未来的可穿戴电子设备是否可以做到透明、弯曲等,手表是透明的,手机是可弯曲的。
这些都需要靠想象力,也值得做更多研究。
机器人真的“越狱”了
by 蒋乐伦
中山大学生物医学工程学院教授
电影《终结者2》有个经典科幻场景,监狱栅栏挡住了机器人T-1000,他秒变液体形态,穿杆而过。
现在,想象成真了。
蒋乐伦所在的中山大学联合卡内基梅隆大学、浙江大学研制了一款特殊的机器人,关在铁笼时,能熔化为液体,像流水一样,从栏杆空隙渗出,到铁笼外时,再变回原来状态,其功能丝毫不受影响。
这款“变形”机器人有自己的专业名称——磁控固-液相变的液态金属机器人。
在不同场景,机器人在固态和液态之间轻松切换,是机器人研究领域的前沿方向。要做到,必须解决两个核心问题:机器人用什么材料造?以什么方式操控变形?
在众多材料中,科学家们找到了一种镓基液态金属。相比于其他金属,它的优势是具有高导电性,像水一样流动,同时毒性很小甚至为零,对人类不造成任何伤害。
但是,它也有不足,就是无法在室温下于固态和液态间作自动切换。为此,科学家们把这种切换操控权交给了磁场。
蒋乐伦精心设计了一个路径:当固态转化为液态时,采用电磁感应加热,也就是利用电流产生的热效应,融化为液态机器人;当液态需要变为固体时,则采取热点制冷和自然冷却等,快速凝固为固态机器人。这种操控仅需要远程操作,安全性很高。
研究还在持续深入。未来,液态金属机器人一定在很多场景下大有作为,比如变身为“智能给药胶囊”,潜入病人身体的病变位置,作靶向治疗等。
一切都值得期待和付出。
在去年的WE大会上,腾讯宣布正在深圳前海总部,建造一座永久开放的公益科技馆,要联合顶尖科研机构,利用数字科技,系统性呈现人类百年科学的发展脉络及突破性成果。
在今年的WE大会上,发布首个延展科普产品——“数字种质库”诞生了。
这是腾讯联合中国农业科学院国家作物种质库共同建造的。种子是农业的芯片,种质资源就是种子的芯片,代表着种子的遗传基因。
我们利用3D建模等数字技术,对340个国家作物种质库全品类种质资源,进行数字化扫描、建模,实现三维动态呈现,高保真还原植物生长的全生命周期等。
届时,大家还可以看到太空水稻“小薇”等10种作物,从萌发到结实的全程动态三维影像。
希望通过数字科技的力量,更好地助力农业科研,提高公众对农业创新的认知。
更多精彩,敬请期待。
今年也是WE大会的第十一个年头。
在新的十年,我们希望为每一个人播下一颗科学的种子,看到科技为生活带来的美好,不断浇灌、持续成长,在心中开出幸福之花。
正如腾讯首席探索官网大为所说,