白春礼：物质科学充满原始创新机会

物质科学是一切科学的基础，还可以衍生出一系列新的技术原理
记者：从当前科技发展态势来看，哪个领域可能出现的原始创新最多？
白春礼：从现代科技发展和当前科技发展态势分析，物质科学研究是科学发展的制高点，充满了原始创新的机会，而物质科学的变革性突破将对科技和经济的发展产生十分重要的影响。
记者：什么是物质科学？
白春礼：物质科学致力于研究物质的微观结构及其相互作用规律，它不仅是一切科学的基础，而且可以衍生出一系列新的技术原理，为新材料与新器件的研发提供新的知识基础。
物质世界的层次对应于基础学科的分类，主要有天文学、空间科学、地球科学、生命科学，乃至材料科学、物理、化学、纳米科技、高能物理、粒子物理等。虽然这些基础学科的分级并不都在一个层次上，但这些学科研究对象的尺度从大到小，所对应的科学前沿分别为宇宙的起源与演化、生命的本质、物质的本质与基本结构等。
物质世界是分层次的，每个层次均有各自的特征和发展规律。一旦对这个层次的特征和规律有了新的认知，科学与技术都将发生革命性的变化。
记者：物质科学曾经取得过哪些变革性的突破？
白春礼：李政道先生曾指出：“20世纪初, 科学中最大的谜是太阳。”20世纪中叶前, 人类所有能源都来自太阳；太阳的能量是经光传播到地球，所以光和热的研究是20世纪初物理界的两大重点；爱因斯坦由于发现光电效应而于1921年获得了诺贝尔物理学奖，光电效应研究催生了相对论和量子论，引发了一个世纪的创新革命，产生了原子结构、分子物理、核能、激光、半导体、超导体、超级计算机等等。几乎20世纪绝大部分的科技文明均源自于此。
1981年，Binnig和Rohrer教授发明了可用于观察和操纵表面单个原子、分子和原子团的扫描隧道显微镜（STM）。这一发明被国际科学界公认为是纳米科技的“眼”和“手”，催生了纳米科技走向成熟。这是对物质科学探索而催生新工具，并因此开辟新领域的典型例子。
此外，物质科学探索中的新发现奠定了诸多大科学工程的基础，同时大科学装置的应用也对物质科学的深入研究和新技术应用产生了重要影响。
中国科学院在若干基础研究前沿方面进行了布局，重点领域主要有量子尺度、纳米尺度、宏观尺度、未知尺度
记者：中科院关于物质科学研究未来确定了哪些重要方向？
白春礼：物质科学的前沿突破推动变革性技术的产生。中国科学院在若干基础研究前沿方面进行了布局，并对创新型科技拔尖人才给予了特殊支持。在这方面的重点领域，主要可分为量子尺度、纳米尺度、宏观尺度、未知尺度。
记者：在这些领域里，我们是否已经取得了一定成果？
白春礼：是的。量子尺度我们取得的重要代表性成果是量子通信——通信领域的变革。
经典保密方式理论上已被证明是可以破解的，基于量子力学原理的保密方式则在理论上是不可破解的。中国科技大学是国际上该领域最活跃的研究单位之一，在60周年国庆之际，在天安门城楼、中南海、国庆阅兵指挥部等地点之间，通过该领域的突破，构建了绝对安全的实时语音加密量子通信热线。
而纳米尺度的变革性成果是纳米绿色打印制版技术的创新，有可能让印刷业产生又一次革命。目前印刷制版技术存在的问题是：感光成像，避光操作；化学显影，废液排放；预先涂层，资源浪费。
中科院化学所目前发明的纳米绿色制版技术是非感光过程，不仅大大提高了耐印力，而且有效地提高了印刷精度。该技术的优势在于不避光、无污染、成本低、可回收，具有巨大的环境效益，并有可能在该领域引领全球。
新能源研究为未来能源问题提供解决之道。暗物质和暗能量也许是21世纪最大的科学之谜
记者：我们在宏观尺度、未知尺度里有可能取得哪些突破？
白春礼：宏观尺度的基本科学问题之一是新能源研究，可能的重要变革性成果是为未来能源问题提供解决之道。2020年全世界能源需求约为23兆兆瓦，现在用的约为13兆兆瓦；需增约为10兆兆瓦。
解决能源问题的渠道之一是新型核裂变电能，其发展必须面对两大关键问题，核燃料的稳定供应和核废料的安全处置，针对上述问题，中科院拟分别加强钍资源的核能利用基础研究和加速器驱动次临界系统（ADS）嬗变核废料的研究。核能分为核裂变能与核聚变能，若核聚变原理应用于发电，则具备极大的优势，主要表现在辐射极小，且核聚变燃料取之不竭。
我院建造的实验型先进超导托卡马克（EAST），是世界上首个建成并运行的全超导、非圆截面、磁约束核聚变实验装置，其成果表明EAST实验正朝着探索长脉冲、高参数等离子体物理这一未来聚变堆发展的重要研究方向迈进。
未知尺度的重要基本科学问题是暗物质、暗能量的研究，变革性成果将会是对物质世界的全新认识。暗物质存在于人类已知的物质之外，目前我们知道它的存在，但不知道它是什么，它的构成也和已知物质完全不同。
根据现有观测数据计算，宇宙总能量中的73%是暗能量，23%是暗物质的能量，已知物质的能量则不到4%。中科院紫金山天文台通过中美合作，发现宇宙线电子谱有一个“超出”，被认为可能来自暗物质，受到广泛关注。
我院国家天文台刚建成的大天区面积多目标光纤光谱望远镜（LAMOST），是世界上最大的光谱望远镜，将揭示不同宇宙红移处的星系分布,从而可为追溯宇宙的膨胀历史、探测暗能量的性质，提供一定的技术基础。这方面的研究完全是基础性、长远性、探索性的课题，但一旦有突破性的发现，其影响也是深远的。

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