中國科技發(fā)展的巨大飛躍

編譯 陳軼翔

中國在生物技術(shù)、計算科學(xué)和空間科學(xué)方面都取得了重大進展，那中國未來是否會超越西方國家呢？

1992年的夏天，在中國東北部城市長春的吉林大學(xué)，我認(rèn)識了彭笑剛，他當(dāng)時是化學(xué)系的一名研究生。他告訴我，他的夢想是有機會在美國頂尖實驗室工作。笑剛顯然聰明又勤奮——據(jù)我所知，中國大多數(shù)理工科學(xué)生皆是如此。我祝他好運，同時不由得想，他已準(zhǔn)備迎接一個巨大的挑戰(zhàn)。

四年后，作為《自然》雜志的編輯，我編輯出版了一篇關(guān)于納米技術(shù)的論文——加州大學(xué)伯克利分校的世界領(lǐng)先化學(xué)家的相關(guān)研究，其中就有笑剛。這篇發(fā)表于1996年的論文如今已被收錄在長達10卷的《自然》雜志史上最優(yōu)秀論文綱要中，其譯本已在中國出版。

隨后，我目睹了笑剛在美國的成功。他于2005年成為阿肯色大學(xué)的終身教授。但在最近，當(dāng)我有機會與笑剛再次接觸時，我發(fā)現(xiàn)他已經(jīng)搬回了中國，如今就職于浙江大學(xué)。

對笑剛來說，美國似乎不再是唯一的“機會之邦”，因為當(dāng)下，中國的科學(xué)家在中國國內(nèi)實施科學(xué)研究也一樣能夠產(chǎn)生全球影響力。

伴隨著中國經(jīng)濟的崛起，中國的科學(xué)實力也在不斷增強。2018年1月，美國國家科學(xué)基金會報告稱，2016年中國的科學(xué)出版物數(shù)量（42.6萬）首次超過了美國（40.9萬）。懷疑者可能會說，科學(xué)出版物重在質(zhì)量，而非數(shù)量。但是，認(rèn)為中國和東亞其他國家一樣，只會模仿而不會創(chuàng)新的觀點肯定是錯誤的，既傲慢又陳舊。在幾個科學(xué)領(lǐng)域，中國正開始引領(lǐng)世界潮流。1992年當(dāng)我參觀中國實驗室的時候，只有部分高校（例如，北京大學(xué)）的資源看起來才能夠與西方國家優(yōu)秀大學(xué)相提并論。而如今，中國的頂尖科學(xué)家能夠獲得的資源令許多西方同行羨慕。曾經(jīng)一度，中國最優(yōu)秀的科學(xué)家移居國外以謀求更好的發(fā)展；如今，中國的博士后研究人員則普遍在西方國家的一流實驗室里獲得經(jīng)驗后選擇回國發(fā)展——中國政府將幫助他們建立實驗室，相比之下，西方能提供的實驗室就黯然失色了。

中國的“墨子號”量子衛(wèi)星

很多人都被“千人計劃”吸引而回到中國——年齡在55歲以下（無論中國公民與否），受聘于名牌大學(xué)和研究所的全職崗位，獲得的薪水和資源都高于正常水平。中國科學(xué)院微生物研究所的高福，取得了牛津大學(xué)博士后學(xué)位，繼而又獲得了哈佛大學(xué)博士后學(xué)位，他說：“三四十年前，鄧小平將中國很多的學(xué)生和研究者送往發(fā)達國家去學(xué)習(xí)，現(xiàn)在是他們報效祖國的時候了?！?/p>

香港科技大學(xué)的一名物理學(xué)家陳子亭說：“與香港的大學(xué)相比，中國一流大學(xué)為科研人員提供的待遇可能高得多。他們能夠提供更多的實驗室并幫助安排配偶的工作，致使香港這里的青年教員招聘工作越來越具有挑戰(zhàn)性。”其他富裕的東亞國家和地區(qū)，如新加坡和韓國，也感受到了同樣的壓力。

中國政府以堅定的決心有條不紊地致力于追求科學(xué)的引領(lǐng)地位。中國的年度研發(fā)支出從1995年到2013年增長了30多倍，到2016年達到2340億美元。來自中國的國際出版物數(shù)量與這一增長保持同步。倫敦弗朗西斯·克里克研究所的干細(xì)胞生物學(xué)家羅賓·羅佛爾-巴杰（Robin Lovell-Badge）說：“對于某些中國研究人員來說，經(jīng)費是充足的，可能比國際上的競爭對手更多，這往往為中國研究人員帶來競爭優(yōu)勢。”

中國科學(xué)院上海神經(jīng)科學(xué)研究所所長蒲慕明表示，最終目標(biāo)是形成一個本國的自主創(chuàng)新的研究環(huán)境。他說：“中國政府開始認(rèn)識到，大規(guī)模投資和海外人才招聘是不夠的。我們需要建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，建立機制，以促進中國國內(nèi)科研的創(chuàng)新?！边@并非易事，而且不會在短期內(nèi)實現(xiàn)。他補充道：“國家領(lǐng)導(dǎo)人表示，科研領(lǐng)域是允許冒險行為的，但是對科學(xué)家和項目進行評估的系統(tǒng)，以及大學(xué)課程中的指導(dǎo)思想和方法卻又不鼓勵冒險?！?/p>

不過，中國的實力在某種程度上也可以歸因于絕對數(shù)量。陳子亭說：“一個國家總是有一定比例富有才華而具創(chuàng)新精神的人。中國的人口眾多，正是其優(yōu)勢所在。”

中國科研機構(gòu)鼓勵研究人員發(fā)表高質(zhì)量論文的一個頗具爭議的方法是提供現(xiàn)金獎勵。一項調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2016年，發(fā)表在《自然》或《科學(xué)》雜志上的一篇論文能讓作者獲得近4.4萬美元的獎金，甚至有時一篇論文的最高獎勵多達16.5萬美元（約100萬人民幣）。

根據(jù)中國科技大學(xué)的量子物理學(xué)家潘建偉的說法，作為全球科技舞臺上的一個相對遲來者，中國需要這樣的獎勵措施來保持熱情。對此，陳子亭表示：“獎勵制度是透明的，高層管理者的期望表達得很清楚。我在中國的大多數(shù)朋友都認(rèn)為這不是一個問題——很多人都覺得，任何規(guī)則，哪怕是簡單而幼稚的，總比沒有規(guī)則的好?！?/p>

但這是否會誘使研究人員作弊——偽造結(jié)果或擇優(yōu)而取，從而可以聲稱有一個重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)呢？2016年對現(xiàn)金獎勵的調(diào)查顯示，剽竊、代筆論文以及其他為發(fā)表論文所做的科研不端行為出現(xiàn)了上升趨勢。蒲慕明表示，無論如何，現(xiàn)金獎勵的做法并不普遍。他說：“只有少數(shù)幾個級別較低的研究機構(gòu)在這樣做，而不是中國科學(xué)院或頂尖大學(xué)?！彼J(rèn)為，在中國，學(xué)術(shù)不端行為和欺詐行為的問題在更大程度上與質(zhì)量監(jiān)控不力或缺乏懲罰性措施有關(guān)。

然而，這種模式似乎很清晰，值得其他國家注意：中國在科研領(lǐng)域的這種方法似乎是為了確保頂尖研究人員得到充足的資金和資源，使他們能夠繼續(xù)很好地進行科學(xué)研究。

克隆、胚胎學(xué)和病毒學(xué)

上海的一個實驗室成功克隆出了兩只獼猴——最近這一消息成為全球的新聞頭條，不僅僅是由于該科學(xué)成就令人震撼，還因為其對人類的影響。雖然從綿羊（1997年的克隆羊“多莉”）到豬、狗、牛等哺乳動物都曾被成功克隆，但靈長類動物的體細(xì)胞克隆卻一直沒有解決。蒲慕明及同事們攻克了這個難題——他們把獼猴的卵細(xì)胞進行了處理，將克隆個體的遺傳物質(zhì)放置于一組分子混合物中，這些分子喚醒了促進胚胎發(fā)育所需的基因。到目前為止，中國的研究團隊用于克隆的細(xì)胞核是從其他獼猴胎兒身上提取的，而不是從成年獼猴身上提取的。但蒲慕明告訴我說：“我認(rèn)為用成年獼猴體細(xì)胞進行克隆也將很快實現(xiàn)，可能在一年內(nèi)完成?！?/p>

中國登月計劃的進一步大膽嘗試

2018年1月，中國科學(xué)院克隆出了兩只小獼猴寶寶“中中”和“華華”

這種關(guān)于人類近親的克隆實驗很容易引發(fā)倫理爭議，而因為期間有多次失敗——在79次嘗試中只有2只存活下來，更是引發(fā)了人們對倫理道德方面的憂慮。盡管如此，這項工作仍然使人類克隆繁殖理論上看起來更加可行。雖然圍繞這類研究存在倫理問題（許多國家是禁止的，包括英國），但已經(jīng)開展的工作和成效證實了一種觀點，即如果中國鎖定某個特定的科學(xué)研究或技術(shù)，那沒有實現(xiàn)不了的。

在干細(xì)胞科學(xué)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，蒲慕明斷言中國已經(jīng)成為世界引領(lǐng)者，這是有充分理由的。中山大學(xué)的研究人員也創(chuàng)造了類似的奇跡——2015年，他們宣布高精度基因編輯人類胚胎——不是用于生殖醫(yī)學(xué)，而是檢查一種技術(shù)的可行性——利用無法進一步發(fā)育的體外受精胚胎，編輯致病基因變異。盡管相關(guān)的工作已經(jīng)在英國獲得許可并得到實施，但由于倫理道德原因，頂級期刊《自然》和《科學(xué)》雜志拒絕發(fā)表相關(guān)研究。巴杰說：“基因組生物學(xué)在中國的發(fā)展得到了政府的大力支持，政府在基因組測序項目上投入了大量資金?！?/p>

或許有人傾向于將中國在一些科技領(lǐng)域的主導(dǎo)地位歸因于寬松的監(jiān)管環(huán)境，但巴杰表示，情況可能并非如此。他說：“在中國關(guān)于豬和獼猴的實驗比在歐洲和美國要容易得多，而且成本也要低得多——這未必同動物研究倫理有任何關(guān)系。最優(yōu)秀的科學(xué)家希望自己的工作能夠在西方得到認(rèn)可，所以很多都接受了西方科學(xué)研究的培訓(xùn)，他們的設(shè)備也是按照西方的指導(dǎo)而設(shè)計的。但是，不能說在中國進行科研沒有任何限制。可能沒有嚴(yán)格的法律或法規(guī)，但有嚴(yán)格的指導(dǎo)方針——如果不能遵守的話，對于參與研究的科學(xué)家來說可能會有嚴(yán)重后果。”

中國在生命科學(xué)其他領(lǐng)域也取得了長足進步。中國自2013年出現(xiàn)首例致命性禽流感以來，每年都會受到類似病毒的嚴(yán)重影響，這使得病毒學(xué)研究有了非常迫切的需求。高福表示，自2002—2003年間一種始于廣州的、特別致命的流感（導(dǎo)致SARS）爆發(fā)后，中國的研究人員已經(jīng)對病毒性傳染病有了多方面的了解。

高福重點研究像禽流感這樣的人畜共患病毒是怎樣從動物跨物種傳播到人類的。他研究了SARS、埃博拉、寨卡病毒和MERS（中東呼吸綜合征）病毒的結(jié)構(gòu)和分子機制，這些病毒都有可能對全球構(gòu)成健康威脅。高福表示，中國政府在這個領(lǐng)域投入了大量資金，但他并不幻想中國能很快達到世界領(lǐng)先水平。他說：“在我看來，我們的科研總體上還遠遠落后于美國。我們需要一個更好的機制來鼓勵企業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)研究?！?/p>

量子互聯(lián)網(wǎng)

2018年1月，中國研究人員宣布，他們已將數(shù)據(jù)安全加密，利用量子力學(xué)的原理，通過衛(wèi)星傳送到奧地利的維也納——這是“量子互聯(lián)網(wǎng)”的應(yīng)用前景展示，對此荷蘭代夫特科技大學(xué)的量子物理學(xué)家羅納德·漢森（Ronald Hanson）向我描述說：“這是未來量子網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個里程碑事件?！?/p>

量子信息技術(shù)利用量子物理學(xué)的反直覺原理來處理信息——這種信息在當(dāng)今的電子設(shè)備中，用二進制碼是無法處理的。在某些任務(wù)中，與普通計算機相比，量子計算機的運算速度更快，計算信息更多；而量子通信網(wǎng)絡(luò)——量子互聯(lián)網(wǎng)——則可以按照自然的基本量子定律，使用防篡改的數(shù)據(jù)加密方法。所謂的量子密碼學(xué)原理是在20世紀(jì)80年代研究出來的，但將它們應(yīng)用于長距離傳輸中的光信號信息編碼是一項巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

在這方面中國的做法再次體現(xiàn)了其勇敢的冒險精神。政府已經(jīng)開始為從上海到北京的量子通信系統(tǒng)安裝光纖網(wǎng)絡(luò)。但對于較長距離的光纖傳輸來說，這并非萬無一失，因為光信號在光纖傳輸過程中會變得過于微弱。光信號必須通過大氣，利用激光器將軌道衛(wèi)星與地面站連接。2016年，中國發(fā)起了一項名為“空間尺度量子實驗”（Quess）的國際項目，并發(fā)射了一顆用于量子數(shù)據(jù)處理的衛(wèi)星“墨子號”（以中國古代先賢哲學(xué)家墨子為名）。

長征二號F運載火箭攜帶中國的神州十一號載人飛船于2016年10月在中國甘肅酒泉發(fā)射升空

這一人造衛(wèi)星的研究工作是由潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的，他曾在維也納取得博士學(xué)位，師從安東·塞林格（Anton Zeilinger）教授——量子信息科學(xué)領(lǐng)域最有影響力的科學(xué)家之一。有了這樣的背景，潘建偉可以在該領(lǐng)域挑選一份好工作，但他卻選擇于2001年回到中國。2009年，他負(fù)責(zé)為慶祝中華人民共和國成立60周年的閱兵儀式建立“量子通信熱線”；2012年，他獲得了著名的兩年頒發(fā)一次的“國際量子通信獎”。

在該項技術(shù)的發(fā)展和運行方面，潘建偉的成功似乎是不可阻擋的。2017年，他在合肥的研究團隊演示了從西藏阿里的天文觀測基地到1400公里以外的衛(wèi)星“墨子”之間的量子（光子或光粒子）首次遠距傳輸，吸引了更多新聞媒體的關(guān)注。這一壯舉并不像聽起來那么科幻——量子隱形傳態(tài)，與《星際迷航》中的版本不同，不涉及任何物質(zhì)傳播——但這可能是量子通信的一個重要手段。該研究團隊還報告了在中國地面站和“墨子”之間實現(xiàn)量子加密的傳輸。

最新的進展是把這些密鑰從北京一直傳輸?shù)骄S也納。也就是當(dāng)“墨子”在中國上空飛過時，從北京附近的興隆天文臺向“墨子”發(fā)送一個攜帶量子信息的激光信號，之后當(dāng)“墨子”穿過奧地利夜空時，再將該信息傳遞給格拉茨激光衛(wèi)星觀察站。興隆和北京之間的連接，以及格拉茨和維也納之間的連接，是通過當(dāng)?shù)氐墓饫w網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的。以這種方式，位于北京的中國科學(xué)院和在維也納的奧地利科學(xué)院（塞林格擔(dān)任院長）之間舉行的一場視頻會議，通過量子加密確保了極大的安全性——這是一個驚人的試驗，預(yù)示著量子互聯(lián)網(wǎng)未來的無限可能性。

潘建偉表示，到目前為止，Quess取得巨大成功的關(guān)鍵是在中國廣大專業(yè)人士的協(xié)同與合作。他說：“當(dāng)不同學(xué)科領(lǐng)域的研究者共同協(xié)作，進行聯(lián)合研究時，他們就能實現(xiàn)真正的創(chuàng)新?！?/p>

潘建偉表示，到國外進行技能學(xué)習(xí)對中國研究人員來說仍然很重要，而且這種情況還將持續(xù)一段時間。但同時，也有越來越多的國外研究者到中國來學(xué)習(xí)。他說：“在我的實驗室里有相當(dāng)一部分來自發(fā)達國家的外國學(xué)生，甚至其中一些還在學(xué)習(xí)漢語?！?/p>

空間技術(shù)

在中國，似乎沒有什么目標(biāo)是無法實現(xiàn)的——沒有任何東西可以阻攔。中國航天局計劃于2018年6月發(fā)起一項探月太空任務(wù)——發(fā)射一顆衛(wèi)星，將于2019年引導(dǎo)一枚搭載著一架機器人著陸器的火箭發(fā)射至月球背面。衛(wèi)星連接對于將數(shù)據(jù)從探測器傳回地球至關(guān)重要。這是準(zhǔn)備工作的一部分，目的是于21世紀(jì)30年代進行載人登月任務(wù)。在搶占太空優(yōu)勢方面，中國已被視為美國、歐洲和俄羅斯的有力競爭者，盡管目前，中國已表現(xiàn)出想要與歐洲合作的熱情。如果中國的天宮三號在21世紀(jì)20年代初能成功發(fā)射，它將搭載三名宇航員——可能包括來自其他聯(lián)合國成員國的宇航員。中國甚至還與歐洲航天局討論了建立月球基地的問題。

盡管中國有著明顯的協(xié)作精神，但其在空間技術(shù)方面的雄心壯志使人不禁聯(lián)想到15世紀(jì)鄭和開創(chuàng)性的航海之旅，如今有一些歷史學(xué)家認(rèn)為這是明朝皇帝表現(xiàn)“軟實力”和神圣統(tǒng)治的一種方式。在海上從來沒有看到過像鄭和寶船這樣壯觀的景象：它們使歐洲人——如瓦斯科·達伽馬（Vasco da Gama）探尋世界的船只相形見絀?，F(xiàn)在很多人都在思考，在科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域，上述中國全盛時代是否正在回歸。