【央視新聞】“中國科學院2022跨年科學演講”線上開講!哪些新成果值得關注?
2022-01-06
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  據中央廣播電視總臺中國之聲《新聞超鏈接》報道,2021年12月29日至31日,中國科學院在線上舉辦了連續三天的“中國科學院2022跨年科學演講”。在辭舊迎新之際,這一新穎的科普方式吸引了眾多網絡用戶。本次跨年演講以“復興路上的科學力量”為主題,通過邀請奮戰在科研一線的研究人員進行演講,解讀過去一年我國前沿科技成果,分享科研、科普的幕后故事。

  我國科研在2021年取得了哪些突破?人工合成淀粉是怎么做到的?在太空完成了哪些新實驗?在量子領域取得了哪些進展?通過貝殼能看出哪些宇宙奧秘?

  ↑中科院天津工業生物技術研究所副研究員蔡韜演講:我們通過人工設計的方式,重新走了一遍自然進化(圖片來源:某短視頻app直播截圖)

  如何將廢棄的二氧化碳變成淀粉?

  不通過光合作用能夠生成淀粉嗎?在以往的認知中,答案毫無疑問是否定的。淀粉是高分子碳水化合物的統稱,是糧食最主要的成分,谷物糧食70%-80%的重量都是淀粉分子。除了食用之外,淀粉還可以用于多種工業用途,例如飼料生產、制藥、紡織等等工業領域。

  2021年,中國科學院天津工業生物技術研究所研究人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法,不依賴植物光合作用,以二氧化碳、電解產生的氫氣為原料,成功生產出淀粉,在國際上首次實現了二氧化碳到淀粉的從頭合成,使淀粉生產從傳統農業種植模式向工業車間生產模式轉變成為可能,取得原創性突破。

  針對這三大挑戰,研究人員提出了化學與生物耦合的工業化合成思路。利用光伏等可再生能源轉化出高密度的電氫能以替代太陽能、從我國工業排放中獲取高密度的二氧化碳,通過化學還原過程將二氧化碳還原為一碳化合物,再從自然界與人工合成中找尋能夠催化一碳化合物變成淀粉的酶,將淀粉復雜的生成過程簡單化、易操控化。

  經過反復的試驗與配對,研究人員找到了最適合的酶,并將淀粉合成速度不斷提高。打通了高密度能量生物利用的跨越之門,這也意味著自然界中的所有能量都可以先轉化為電能,最終儲存到淀粉中。

  ↑中科院空間應用工程與技術中心研究員張偉:空間實驗室階段,還有數千個實驗項目正在規劃中(圖片來源:某短視頻app直播截圖)

  我國在太空完成了哪些新實驗?

  我國在太空科學方面的研究涉及眾多領域。在空間實驗室階段,包括天宮一號在內開展了十幾個項目。在天宮二號上面,科研人員進行了冷原子鐘實驗,這些冷原子鐘能夠長期、緩慢地進行勻速運動。目前,我國冷原子鐘達到了7.2×10 -16這一穩定度,在國際上處于領先地位。

  在量子通信領域,借助空間站,潘建偉院士解決了諸多關鍵問題,將激光通信速率成功達到1.6Gbps。同時通過一個小型化量子密鑰分發終端實現了天地量子密鑰分發,為未來終端的實用化和建立量子通信網絡奠定了基礎。

  在生物領域,借助太空所具有的微重力環境,研究人員進行了高等植物從種子到種子的培養,并發現植物水分代謝變強,“出汗”更多了。生長速度變慢,花期也相應推遲,整個周期都受到空間的影響。

  另外,空間站特殊的軌道高度為地球天文觀測和空間物理的研究提供了良好條件。研究人員展開了對地觀測的新體制驗證,借助三維雷達高度計、多角度寬波段的成像儀等工具為地球進行了更精細、更準確地描繪。

  量子是什么?我國取得了哪些進展?

  量子是離散變化的最小單元,一個變化如果是不連續、跳躍式的變化,就被稱為離散變化,這種變化也是量子化的。它的最小單元就是一個量子,比如說一個人上臺階,可以上一個臺階、兩個臺階,但是不可能上半個臺階,這時候一個臺階就意味著一個量子。

  2020年的12月,潘建偉院士團隊發布了“九章”光量子計算機,遠超當時最強的超級計算機,實現了100萬億倍的計算優勢。2021年10月26號潘建偉研究組發布了“九章”二號,將優勢推進到了1024倍,是全人類唯一的可靠的量子計算機。

  在量子通信方面,我國也取得了世界領先的成果。在2016年發出了世界上第一顆量子科學實驗衛星“墨子號”;2017年開通了世界上第一條量子保密通信的骨干網——京滬干線,從北京到上海這2000公里以上通過中間的30個節點能夠實現量子的保密通信;在京滬干線開通的同一天,中國科學院院長白春禮院士同奧地利科學院的院長安東·塞林格通過墨子號作為中繼以及維也納地面站,實現了首次洲際的量子保密通信對話。

  通過貝殼能看出哪些宇宙奧秘?

  科研人員將鸚鵡螺的隔片切開后發現,這些小隔片是月輪,即一個月長一個。當將這些薄片放置于顯微鏡之下,研究人員發現里邊有30層,30層剛好和月亮圍繞地球旋轉一周的時間非常接近。

  進一步研究貝殼化石后,研究人員發現,貝殼中蘊涵著一個個“小宇宙”。4億年前的化石隔間上面只有9層,3億年的變成了15層,2億年的變成了20層。這與月亮繞地球旋轉天數變化十分接近。在4.2億年以前,月亮繞地球轉一圈僅需9天,而且月亮當時離地球的距離只有今天的43%。

  鸚鵡螺還具有更多奧秘。在數學家看來,鸚鵡螺是一條黃金螺旋線。鸚鵡螺的螺旋線非常接近于黃金分割,黃金螺旋線也被稱為藝術設計的金鑰匙,在自然中無處不在,僅人體上就有18處黃金分割點。

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