中国

2014年，中国科学界的第一件大事，是国家自然科学一等奖的颁奖。因为有“国际首创”的硬指标，2000年以来的14年中，该奖项仅仅颁出5次，可谓是中国含金量最高的科技大奖。这次获奖的“铁基超导”，也不可避免地被人们用放大镜审视，赞赏者说有诺奖资格，批评者则指出，日本科学家早就提出了思路，中国人并无开创之功。

“世界领先”，是中国科学家几十年来一贯的追求，也是旁观者始终解不开的心结。

　　2014年，中国的确在一个领域成为了“世界领先”。IMF说，按购买力平价，中国GDP今年已经超过美国，2015年将成为中国世纪的元年。由此引发的争论，当然更加激烈，只能交由时间去检验。不过，假如我们相信中国真的成了GDP第一，这又意味着什么？

　　历史总能给我们讲述一些有趣的故事。1872年，美国GDP总量超越英国。不知道是不是巧合，1870年代的科学界，也发生过一场美国人和英国人之间，有关“首创”的争论。

　　1859年，12岁的爱迪生找到了一份在火车上售报的工作，十年后的1869年，他已经在纽约成立了自己的科技公司，发明了“爱迪生普通印刷机”。1879年，爱迪生设计出白炽灯，让自己青史留名。

　　爱迪生的故事如今人尽皆知，英国人约瑟夫·斯万却没有这样的运气。比爱迪生年长不少的斯万，早在1860年就发明了白炽灯的原型，1875年，他改进了当年的技术，先于爱迪生造出实用的白炽灯，并于1878年拿到专利。斯万和爱迪生的专利之争一度被人上纲上线到国家层面，但今天，两位科技先驱同样受人尊重。

　　维多利亚时代的英国人是否曾想到，一百多年后的人们回想起那个年代，总是先想到小学课本里的爱迪生，而不是伟大的“日不落帝国”？

　　今天的我们，又该如何认识自己的时代？对于80后来说，小学课本里的现代科技是日本新干线、美国铱星。如果2014年的我们要给下一代人编写课本，又会写些什么？是中国高铁开始在全球布局，还是第一颗量子通信卫星已经完成攻关？

　　对未来的想象总是充满魅力。当爱迪生在美国建立起庞大的电网系统时，他一定已经料到，100余年后的今天，电力已经成为人类的基本需求。但他恐怕想不到，100余年后的今天，美国老旧的电网在每一次飓风面前变得脆弱不堪，而饱受环保主义者批评的中国特高压建设正在艰难前行。

　　那么再过100年，中国人将会如何改变世界？转基因技术能够在全球消灭饥饿吗？意念控制将治愈瘫痪吗？核电将提供用之不竭的清洁能源吗？

　　回顾2014，观察者网挑选出中国科技工作者的十大进展，标准不是“世界领先”，不是行业重要性，只希望与读者们一起展望一种未来。

　　2014年初的国家科学技术奖励大会上，赵忠贤院士等人的“40K以上铁基高温超导体”研究获颁2013年度国家自然科学一等奖。

　　超导被认为是21世纪材料领域最重要的课题，在这个领域已有10人获得5次诺贝尔奖。基于超导原理的磁悬浮铁路已经为中国人所熟悉，医院使用的磁共振成像仪器（MRI）中的磁体也基本上都是由超导材料制成的。超导现象一般要在接近绝对零度时才会出现，找到转变温度在40K以上的材料已经十分难得。《科学》杂志对此评论称，“中国如洪流般不断涌现的研究结果标志着在凝聚态物理领域，中国已经成为一个强国。”

　　没想到的是，这一奖项随后在科学界引发质疑。有科学家称，日本科学家Hosono在2008年就在高压状态获得43K的临界温度，中国科学家常压下的稀土元素替换做法和加高压起到的是类似效果，因此算不得原创。

　　2014年底，这一争论已经逐渐平息，而获奖成员之一的陈仙辉教授又发现了一种新的铁基超导材料OHFeSe。

　　有了量子通信，CIA再也别想监听你啦。光量子电话网的“一次一密”提供了绝对安全：两人通话期间，密码机每分每秒都在产生密码，一旦通话结束，这串密码就会立即失效，下一次通话绝对不会重复使用。中国已经建成了试验性的量子通信城域网，可用于金融机构的隐匿通信等工程，也可用于对电网、煤气管网、自来水网等重要能源供给和民生网络基础设施的监视和通信保障。

　　今年末，由中国科学家完全自主研发的世界首颗“量子科学实验卫星”完成关键部件的研制与交付，卫星有望先于欧美在2016年左右发射，在轨设计寿命为2年。到2030年，中国有望建立首个全球量子通信网络。国际权威学术期刊《自然》曾评论：“在量子通信领域，中国用了不到十年的时间，由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅。”

　　因中风导致偏瘫的董阿姨只通过“想”，就能“指挥”自己原本无法动作的肢体“听话”地完成相应动作，以后甚至能站起来行走、拿东西，直至慢慢康复。身随意动、思行合一，这不是科幻电影中的场景，而是借助了天津大学研制的人工神经康复机器人系统。“我们给机器人系统起名为‘神工一号’，取义‘鬼斧神工’”，6月14日，这项让不少中风、瘫痪人士燃起独立生活希望的成果公布，标志着我国在康复医学上的重大突破。

　　一名瘫痪少年在脑控机械外骨骼的帮助下，为今年的巴西世界杯开球。与在世界杯上亮相的脑控机械外骨骼相比，“神工一号”更能够体现出“纯意念”。体验者把装有电极的脑电探测器戴在头部，并在患病肢体的肌肉上安装电极，借助“神工一号”的连接，就可以用“意念”来“控制”自己本来无法行动的肢体。将来的“神工二号”、“神工三号”体积会更小，便携可穿戴。它可以辅助病人完成更多复合精细的肢体动作，推广至包括嵴髓损伤在内的更多患者，甚至实现重症瘫痪的意念交流。它对大脑状态的探测与分析、肌骨运动健康的维持和训练等一系列技术新思路将应用于一些特殊人群，比如长期在轨的航天员，在我国载人航天计划中大有用武之地。

　　2014年9月，湖南杂交水稻研究中心的最新成果——“Y两优900”湖南隆回百亩高产示范片，平均亩产达到1006.1公斤，首次实现了超级稻百亩片过千公斤的目标，标志着第四期超级稻研究的重大突破。袁隆平实现了亩产过1吨的承诺。

　　如今，水稻也不再仅仅是南方的专利。10月，新疆生产建设兵团的146亩“水稻机械精量旱穴播技术与机具”示范田亩产也达到1042.97公斤，打破了袁隆平的纪录。新疆兵团采用的这一技术是靠水稻直播机在旱地直接整地、播种，不需要育秧、栽秧，可大大节省劳动力，适合在干旱地区推广。

　　旱地能种水稻，海里也行。2014年10月，广东湛江种植专业合作社主任陈日胜坚持种植了28年的海水稻获得农业部认可。中国的盐碱地有6.3亿亩之多，基本撂荒，如果都能长出水稻，以目前产量(亩产300斤)计，每年能多打1890亿斤粮食，相当于现有全国粮产的五分之一。

　　温饱是最大的人权，中国的科技工作者一直在践行这一观念。

　　美国农业部部长汤姆·维尔萨克年底透露，中国农业部已经批准进口先正达集团所开发的、含有MIR162成分的抗虫转基因玉米。

　　MIR162转基因玉米2014年屡屡成为关键词，并且早已超出了科学范畴。仅仅2014年上半年，中国退运至少125万吨MIR162玉米，造成美国公司和农民损失近29亿美元，成为两国经贸关系的重要议题。美国农民为什么热衷于种植转基因作物？显然是因为廉价高产。最近十年，来自巴西和美国的转基因大豆已经严重冲击了中国东北的农业，而在民间抗议声不断的背景下，中国的转基因技术发展近乎停滞。有消息称，中国转基因水稻的合法牌照已经到期，但官方迟迟没有续发。

　　说白了，转基因在中国已经不是一个科学问题，而是民众对政府的信任问题。转基因自然有其风险，但也节省了大量化肥农药，如何权衡利弊，显然不能“隔壁王大妈说了算”。袁隆平说，他愿意带头试吃转基因。科学家的人格能够换来理性的交流吗？

　　施一公第一次被普通人知道，恐怕还是因为2年前沸沸扬扬的院士风波。不过施一公本人并没有把精力全部放在批评体制上。如今，他顺利增选为院士，在科研上也有新的成果。

　　他领导的研究组在世界上首次揭示与阿尔茨海默症（即老年痴呆）发病直接相关的人源γ分泌酶复合物的精细三维结构，为理解γ分泌酶复合物的工作机制以及阿尔茨海默症的发病机理提供了重要线索，在人类对该病的研究历史上迈出了关键一步，填补了空白。该成果以长文的形式由英国《自然》杂志于6月29日在线发表，并且罕见地同时收到《细胞》、《科学》等期刊的投稿邀请。施一公自己也表示：“这是我职业生涯上最重要的突破。”

　　2014年，印度航天放了一颗“迷你卫星”，用美国拍一部科幻电影的钱发射了自己的第一个火星探测器。相比之下，中国的目光“短浅”得多，继续专注于月球。

　　中国探月“三步走”终于走到了最后一步。2014年10月，我国自行研制的探月工程三期再入返回飞行试验器，在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭发射升空，一周后完成绕月并成功返回地球。这次试验的“打水漂”式着陆技术并不是什么新创造，但从月球轨道以极高的速度返航，仍然充满着风险。

　　每走一小步，都进行谨慎的试验，这或许正是中国航天低事故率的原因。2014年，中国仅仅进行了16次卫星发射，少于2013年，且上半年只有1次发射。外界猜测，这段时间中国是在改进火箭的安全性。2014年，美国的新一代“天鹅座”飞船发射后爆炸，国际空间站不得不继续依赖老旧的联盟号维持给养。未来人类的空间站将只能依赖中国吗？美国电影《地心引力》的预言并不是天马行空。

　　李克强满世界推销中国高铁的背后，是高铁人终于有了取代西方的底气。11月25日，装载“中国创造”牵引电传动系统和网络控制系统的中国北车CRH5A型动车组进入“5000公里正线试验”的最后阶段。牵引电传动系统就是“高铁之心”，犹如人的心脏，是列车的动力之源，决定高铁列车能否高性能高舒适地运行；网络控制系统则是“高铁之脑”，决定和指挥着列车的一举一动。历时七年研发探索，100%自主化的中国高铁已不再是梦。

　　2014年，中国有着世界最长的高铁运营里程，高铁车次也首次超过铁路客运的一半。在这个航空悲剧不断的时代，我们可以设想一种更安全的交通方式。

　　人类超越自然的努力从未停止。作为“世界工厂”的中国，在人造金刚石领域已经走在世界前列，2010年人造金刚石产量已占据世界总产量的70%以上。今年中国极硬材料合成再获突破，6月12日出版的《自然》（Nature）杂志介绍，中国科学家团队合成出硬度两倍于天然金刚石的人造金刚石块材。

　　金刚石在现代工业中用途广泛，是机械与电子业切割打磨、矿山和地质钻探、以及建筑建材工业必不可少的工具和材料。由于天然金刚石罕见而价值不菲（高纯度的金刚石就是钻石），人造金刚石行业就成为制造业的最基本部门之一。1963年，中国科学家成功合成了我国第一颗人造金刚石，前后用了两年多时间，圆了国内外多少人的百年梦想，走完了工业发达国家用了10多年才走完的路程。如今，中国材料科学家燕山大学田永君教授领导的研究团队，与吉林大学马琰铭教授和美国芝加哥大学王雁宾教授合作，在高温高压下成功地合成出硬度两倍于天然金刚石的纳米孪晶结构金刚石块材。这样的超硬新材料，更是圆了世界科学界和产业界的共同梦想。

　　古希腊哲学家亚里士多德相信，如果把正四面体形状的砖彼此无缝地相接起来，就能装满整个空间，即最大密度达100%，这在16世纪被证明是错的。而北京大学数学科学学院教授宗传明花了23年，终于给出了正四面体的砖堆起来精确的最大密度。

　　几何体的最大堆积密度，是著名的希尔伯特第18问题，“令许多杰出数学家竞折腰”。2006年，美国普林斯顿大学与密歇根大学的两组科学家借助计算机对正四面体的堆积密度展开竞赛式研究。而材料学家也开始认识到，基本单元为正四面体的纳米材料可能具有十分特殊的物理性质，其有望在应用领域大展拳脚。宗传明几乎每天都在思考这一难题，并动手做了许多几何模型帮助思考，寻求创新思路。经历过无数次的失败，他终于完成了这项被欧美同行盛赞为辉煌的工作。