【央视新闻】“中国科学院2022跨年科学演讲”线上开讲!哪些新成果值得关注?
2022-01-06
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  据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道,2021年12月29日至31日,中国科学院在线上举办了连续三天的“中国科学院2022跨年科学演讲”。在辞旧迎新之际,这一新颖的科普方式吸引了众多网络用户。本次跨年演讲以“复兴路上的科学力量”为主题,通过邀请奋战在科研一线的研究人员进行演讲,解读过去一年我国前沿科技成果,分享科研、科普的幕后故事。

  我国科研在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实验?在量子领域取得了哪些进展?通过贝壳能看出哪些宇宙奥秘?

  ↑中科院天津工业生物技术研究网副研究员蔡韬演讲:我们通过人工设计的方式,重新走了一遍自然进化(图片来源:某短视频app直播截图)

  如何将废弃的二氧化碳变成淀粉?

  不通过光合作用能够生成淀粉吗?在以往的认知中,答案毫无疑问是否定的。淀粉是高分子碳水化合物的统称,是粮食最主要的成分,谷物粮食70%-80%的重量都是淀粉分子。除了食用之外,淀粉还可以用于多种工业用途,例如饲料生产、制药、纺织等等工业领域。

  2021年,中国科学院天津工业生物技术研究网研究人员提出了一种颠覆性的淀粉制备方法,不依赖植物光合作用,以二氧化碳、电解产生的氢气为原料,成功生产出淀粉,在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成,使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能,取得原创性突破。

  针对这三大挑战,研究人员提出了化学与生物耦合的工业化合成思路。利用光伏等可再生能源转化出高密度的电氢能以替代太阳能、从我国工业排放中获取高密度的二氧化碳,通过化学还原过程将二氧化碳还原为一碳化合物,再从自然界与人工合成中找寻能够催化一碳化合物变成淀粉的酶,将淀粉复杂的生成过程简单化、易操控化。

  经过反复的试验与配对,研究人员找到了最适合的酶,并将淀粉合成速度不断提高。打通了高密度能量生物利用的跨越之门,这也意味着自然界中的所有能量都可以先转化为电能,最终储存到淀粉中。

  ↑中科院空间应用工程与技术中心研究员张伟:空间实验室阶段,还有数千个实验项目正在规划中(图片来源:某短视频app直播截图)

  我国在太空完成了哪些新实验?

  我国在太空科学方面的研究涉及众多领域。在空间实验室阶段,包括天宫一号在内开展了十几个项目。在天宫二号上面,科研人员进行了冷原子钟实验,这些冷原子钟能够长期、缓慢地进行匀速运动。目前,我国冷原子钟达到了7.2×10 -16这一稳定度,在国际上处于领先地位。

  在量子通信领域,借助空间站,潘建伟院士解决了诸多关键问题,将激光通信速率成功达到1.6Gbps。同时通过一个小型化量子密钥分发终端实现了天地量子密钥分发,为未来终端的实用化和建立量子通信网络奠定了基础。

  在生物领域,借助太空所具有的微重力环境,研究人员进行了高等植物从种子到种子的培养,并发现植物水分代谢变强,“出汗”更多了。生长速度变慢,花期也相应推迟,整个周期都受到空间的影响。

  另外,空间站特殊的轨道高度为地球天文观测和空间物理的研究提供了良好条件。研究人员展开了对地观测的新体制验证,借助三维雷达高度计、多角度宽波段的成像仪等工具为地球进行了更精细、更准确地描绘。

  量子是什么?我国取得了哪些进展?

  量子是离散变化的最小单元,一个变化如果是不连续、跳跃式的变化,就被称为离散变化,这种变化也是量子化的。它的最小单元就是一个量子,比如说一个人上台阶,可以上一个台阶、两个台阶,但是不可能上半个台阶,这时候一个台阶就意味着一个量子。

  2020年的12月,潘建伟院士团队发布了“九章”光量子计算机,远超当时最强的超级计算机,实现了100万亿倍的计算优势。2021年10月26号潘建伟研究组发布了“九章”二号,将优势推进到了1024倍,是全人类唯一的可靠的量子计算机。

  在量子通信方面,我国也取得了世界领先的成果。在2016年发出了世界上第一颗量子科学实验卫星“墨子号”;2017年开通了世界上第一条量子保密通信的骨干网——京沪干线,从北京到上海这2000公里以上通过中间的30个节点能够实现量子的保密通信;在京沪干线开通的同一天,中国科学院院长白春礼院士同奥地利科学院的院长安东·塞林格通过墨子号作为中继以及维也纳地面站,实现了首次洲际的量子保密通信对话。

  通过贝壳能看出哪些宇宙奥秘?

  科研人员将鹦鹉螺的隔片切开后发现,这些小隔片是月轮,即一个月长一个。当将这些薄片放置于显微镜之下,研究人员发现里边有30层,30层刚好和月亮围绕地球旋转一周的时间非常接近。

  进一步研究贝壳化石后,研究人员发现,贝壳中蕴涵着一个个“小宇宙”。4亿年前的化石隔间上面只有9层,3亿年的变成了15层,2亿年的变成了20层。这与月亮绕地球旋转天数变化十分接近。在4.2亿年以前,月亮绕地球转一圈仅需9天,而且月亮当时离地球的距离只有今天的43%。

  鹦鹉螺还具有更多奥秘。在数学家看来,鹦鹉螺是一条黄金螺旋线。鹦鹉螺的螺旋线非常接近于黄金分割,黄金螺旋线也被称为艺术设计的金钥匙,在自然中无处不在,仅人体上就有18处黄金分割点。

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