来源 bbc
撰文 丽贝卡·莫雷尔
编译 杨晨
审较 秦子雯
  中国的科学研究正在蓬勃发展。从建造迄今为止世界上最大的实验场所，到大规模推广最新医学进展，甚至将探索的疆域从海洋最深处延伸至外太空——中国的科学愿景宏远广大。
  仅仅几十年前，这个国家在全球科学界还没有什么地位；如今，中国的科研经费和论文发表数量只排在美国之后。
尽管发展迅速，中国仍面临不少问题。
  以下就来谈谈中国的五大科学工程，这些工程既展现了中国的雄厚实力，也显示出其弱点。中国能否领导全球科学发展，答案也许就在其中。
最大的射电望远镜

  一个大块头即将从这个巨型天坑中醒来。
  高大陡峭的弧形镜面反射着耀眼的阳光，四周绵延的群山犬牙交错般嵌入天空。建筑工人忙着给这个建筑物安装最后的部件，巨大的背景前他们的身形略显渺小。他们正在建造人类史上最大、口径达 500 米的射电望远镜。

  500 米口径球面射电望远镜（Five-hundred-metre Aperture Spherical Telescope，简称 FAST，国内又称“天眼”）工程的副经理彭勃教授说：“我们中国在天文学上还远远落后于世界。”
  “以前我们总得用国外的望远镜。我想，现在到了在中国建台望远镜的时候了。”
  FAST 坐落于中国西南部的贵州省，其体型足让其它同类望远镜相形见绌。
  最大射电望眼镜的上一个全球记录保持者是位于波多黎各的阿雷西博望远镜（Aricebo Observatory），它的口径是 305 米。英国北部卓瑞尔河岸天文台的洛弗尔望远镜（Lovell telescope）口径则为 76 米。这场口径竞赛并不简单粗暴：对于射电望远镜来说，口径确实越大越好。
  有的望远镜（如哈勃太空望远镜）通过可见光来观测可视宇宙，射电望远镜则更像一只巨大的耳朵，“聆听”太空深处传来的无线电。无线电和可见光是电磁波的不同形式。相比可见光，无线电有着极长的波长，范围从毫米级一直到 100 千米级。这些宇宙信号在太空中传播了很长的距离，因此变得非常微弱。

  所以射电望远镜必须要大。镜面越大，能收收到的信号就越多。中国这个新望远镜就非常大，研究团队希望它能收集到宇宙更深处的无线电信号。这台望远镜将用来寻找宇宙早期氢原子发射的电磁波信号。氢原子是早期宇宙的一种构成成分，分析其信息可以帮助我们了解宇宙如何演化。它还将寻找新恒星，尤其是高速自转、极端致密的脉冲星；甚至会加入到搜索地外生命的队伍里。
彭教授说：“寻找地外生命是全球每个天文台的热门课题，对一般大众也是如此。我想 FAST 能够在这方面有所斩获。”



  科研人员查遍中国野外各地的卫星图像，花了十年才找到足够放置这座望远镜的天然坑洞。2016年5月， FAST 即将竣工——距离其破土动工仅 5 年时间，这创造了大型天文望远镜修建速度的记录。




望远镜建成后的示意图


  FAST 的镜面由 4450 块三角形面板组成，工人必须克服巨大的困难，才能把每块面板悬降到位。
望远镜的结构太大，不可能整体移动，所以每块面板都可以自行调整角度。这样，科研人员便可以改变望远镜的镜面朝向，研究不同的空间区域。
  中科院国家天文台的南仁东教授策划了这个巨型项目。他说，这个望远镜是他职业生涯中最大的挑战。

  他解释说：“贵州还是一个发展中省份，我们选址又在十分偏远的农村贫困地区。所有的重型部件都要经过路况不佳的盘山公路，从几千公里外的工业区运进来。”他还说，有时候困难几乎没办法克服，偶尔也想过放弃。“不过最后我们找到了解决的方法。”
  FAST 等大科学项目代表了中国大力发展科学研究的决心。中国的研发支出已经在 2013 年超越欧洲，并可能在 2020 年超过美国。
  《自然》杂志最新发布的评估报告显示，中国的论文发表数量位列世界第二，仅次于美国。施普林格·自然科学出版集团大中华区总裁刘珺说：“我觉得中国有种紧迫感，我们在过去一百年里没有做过什么研究，错失了太多机会。而现在，我们在经费投入、社会认同以及在科学发展中能起到的作用上迎来了黄金时期。”
  不过，对那些生活在 FAST 脚下的村民来说，这台望远镜给生活带来了不好的改变。望远镜周边五公里的范围内会设置为无线电静默区，有报道称这将影响附近数千名村民的生活。
  区内禁止使用手机、无线网络等任何能够干扰望远镜的物品。政府对愿意搬迁的村民提供补偿，不过有些村民并不满意。一位村民告诉我说，以后当地的生活太不方便，所以她会很快搬走。另一位村民则说，他支持这个工程，但不满意赔偿金额。他说，这些钱不够他搬到城里住，所以暂时还会留在这里。
  项目科研人员承认村民做出了牺牲，但他们希望这个工程也能帮助这片地区。南仁东说：“它能吸引大批科研人员和游客，且对教育和下一代的培养有好处，也是中国工业的一个样板。”

  工程仍在有条不紊地进行当中，预计 2016 年 9 月完工。FAST 启动之时，中国能否重拾科学荣耀之冠？我们拭目以待。
猪眼看世界

  宽敞明亮的大棚内，一排排肉猪哼哧哼哧地在圈栏边挤来挤去——猪肉在中国是大宗商品，这家广东的农场共有两千头猪。这些猪原本只为产肉，不过现在有个不上餐桌的部位有了新用途——其中一些猪在宰杀后，它们的角膜会被取下保存，用于人眼移植。
  从猪场开车几小时就，到了中国历史最悠久、规模最大的眼科医院：中山眼科中心。中国盲人数量占世界盲人总数的五分之一，14 亿人口中有大约 800 万盲人。袁进医生一边忙碌地检查病房一边告诉我说，中国的盲人中，有 350 万到 500 万人是因为角膜疾病致盲。
角膜受伤或感染之后，如果没有得到治疗，就会导致失明。对大部分病人来说，复明的唯一希望就是角膜移植，但等待移植的时间相当长。
中国的移植器官曾经主要来自死刑犯。但在 2015 年，中国政府取消了这项具有争议的政策，转而鼓励公民登记，在过世之后捐献角膜。不过很少有人愿意这么做。袁进解释说：“中国人的传统观念很重，不愿意捐献角膜。这也是我们全年只能进行五千例移植手术的主要原因。”
不过今天，他所检查的病人移植的是猪的角膜。
  中国政府在 2015 年批准了这项实验性的移植术，目前已进行了约两百例手术。五十八岁的吴平贵（音译）是新近完成手术的病人之一。他的一只眼睛因为飞虫钻入导致感染。他对我说：“我放着伤口没管，结果越来越严重，眼睛变红，又肿又痛。”他那只眼睛最终失明，他也因此失去保安的工作。如今术后刚刚一天，他的病眼已恢复了部分视力。


  我问他是否为接受动物角膜感到惊讶，他说：“没那么惊讶，我相信医生的决定。”
  仅仅三十五年前，深圳还只是一个渔村；如今，它已经转变为创新技术中心。中国再生医学国际有限公司（China Regenerative Medicine International, CRMI）的实验室就在这里，正是他们开发了这项角膜移植新技术。
  公司的执行董事邵政康博士说：“我们花了十年时间进行研究，试过很多动物：羊、狗、猪、还有牛。我们最终发现，猪角膜的结构和人类角膜非常接近。”
  实验室内有许多烧瓶，装着从猪眼睛上摘下来的角膜。这些角膜呈乳白色，很黏，还要进行去细胞化处理。去细胞化大体上就是将猪细胞从角膜上玻璃，移除猪的DNA、蛋白质和脂质。

  此时，会引起病人排异反应的物质都已清理干净，上面的病毒和细菌也全部失活，由此避免动物疾病传染人体。留下来的只有角膜的胶原支架，保持原先的基本形状。移植之后，病人的细胞就会占据其中。邵博士向我展示了像隐形眼镜一样的角膜成品。再生医学公司已经为这项技术投入了十亿元人民币。不过邵博士坦言，这种治疗方式才刚刚起步。

  他说：“这是迥异于传统治疗方式的全新方法。所以推广到各医院、病人和社会上还需要时间。”

  公司称手术成功率超过 90%，和人角膜移植相当。但有些人认为中国的动作过于迅速，缺乏风险或伦理评估。动物对人移植手术只是中国陷入争议的一个方面，干细胞、克隆和胚胎基因修饰方面的工作同样在国际科研圈引发了一次次震动。


  施普林格·自然的刘珺女士说：“我想有些人抱有这样的观点，即中国处在科学前沿，因此极度有野心和精力探索最新的技术。所以在这样的大背景下，着手于一个项目前，似乎没有必要投入时间和精力去讨论、分析和完全了解其后果。”不过她也说，随着世界上其他研究者监督的日益增加，这一观念似乎有所改观。她表示： “中国的科学研究起步较晚，还需要继续发展和培养科学伦理的精神。”

  吴桂平在医院做完了检查。他的眼睛还有点发红，不过在逐渐康复。他说这次手术会给人生带来重大改变，并希望眼睛好点之后能找到一份新的工作。
粒子捕手

我坐在一辆小电动车里，沿着石头间的隧道飞驰而下，一头钻进大山的地下深处。物理学家曹俊介绍说：“这里的石头是花岗岩，很硬。我们上头的岩层有三百米厚，可以屏蔽宇宙射线。”

  这里是中国南部大亚湾的地下实验区，科研人员研究着宇宙中最奇特的粒子——中微子。从恒星的聚变到地球的反应堆，凡是核反应都会产生中微子，中微子是宇宙中数量最多的粒子之一。
  每秒穿过我们身体的中微子有几万亿个，我们却既感觉不到也看不见它们，因为它们不带电荷，而且几乎没有质量。它们被称为最似“虚无”的物质。
  不过最奇怪的是，中微子一直处于变化当中。科研人员说，中微子穿越宇宙时，会在三种状态（称为“味”）之间不断转变。这就像把一个香蕉抛向空中，它一会儿变成橙子，一会儿变成苹果，然后又变回香蕉。就我们所知，其它粒子都没有这种性质。

  世界上只有屈指可数的实验平台可以帮助科研人员解读这种怪异行为，大亚湾实验便是其中之一。它检测的是附近核电站产生的稳恒中微子流。



  在地下隧道的尽头，我们来到了实验区的核心地带。这里安装有一系列巨大的粒子探测器，用来探测中微子撞击常规粒子这种极其罕见的事件。探测器安装在不同的位置，有些相隔几公里。这么做是为了比较中微子撞击在不同探测器上的异同，科研人员可以据此追踪这些粒子运动中的变化。
  曹俊说：“我们每天都能探测到几千个中微子。现在是中微子物理的黄金时代。”
  特别的是，这支团队可以比以往更精确地计算中微子从一种状态切换到另一种状态的几率。他们的结果暗示，中微子可能存在第四种味，不过这一点还有待验证。
  这项工作非常成功，以至于去年获得了“突破奖”（一项高规格的国际奖项）。考虑到中国在上世纪八十年代才投入到这个领域，这个结果还算不错。监管这项研究的中科院高能所所长王贻芳教授说：“现在我们开始看到成果了。”
  中国许多科研人员都在国外工作过。王教授也曾在意大利和美国工作。过去，这些科研人员往往一去不返，不过现在形势已逐渐逆转。王教授说：“我认为，现在政府的投资越来越多，国内的机遇也越来越多，以后会有更多人回来。”
  而且，回国的科研人员也在协助中国与外国建立科学联系。王教授说，中国科学要想进步，就必须多与国外合作。他又说：“我认为，国际合作对每个学科都很重要。对国际社会不够开放的团队，恐怕很难成为业界领导者。”
  施普林格·自然的刘珺女士对科学公开的好处也提出过相近的观点。《自然》杂志一项调查显示，中国一些科研人员不愿意与更大的研究团体分享自己的结果，刘女士认为这样只会适得其反。她说：“我们呼吁科学公开和数据分享。实际上，在开放条件下，研究得到结果、治疗方案或新产品的效率要高得多得多。”
  调查还发现，中国科研人员还顶着发表越来越多论文的压力，达不到指标就会影响经费。王贻芳说，中国太过关心论文数量，“其实很多论文的质量都没有那么高，至少算不上顶级，所以数量多不代表最好。因此，我觉得我们还是有很长的路要走。”

  在这个地下中微子实验室里，研究团队已做好了进一步探索的准备。曹俊告诉我说，庞大的后续实验已经展开。
  “这次的实验要大得多。之前每个探测器里用来探测中微子的材料有二十吨，而新实验里我们要用两万吨。”
  中国刚建起了最大的射电望远镜，科研人员又想着用这个增大版的大型强子对撞机在粒子物理领域创造新纪录。
  曹俊说：“现在是中国科研人的好时代。”
深海竞逐

  上海向南几小时车程的一家船厂外，乐声阵阵、狮舞欢腾，巨大的气球随风摇摆。港口聚集了一大群人，围观中国新科考船下水。在例行开香槟庆祝之后，工作人员斩断系绳，这艘一百米长的大船随即滑入水中。
  这艘船带有船上实验室和最新的科研设备，计划探索世界各大海域。它还要用作潜水器的母船，为中国深入海浪之下出力。这些潜水器将下潜到大洋的最深处。

  崔维成教授说：“人类对深海的了解还没有对月球和火星表面的了解多。所以我想为海洋科学工作者开发能够抵达深海的设备。”

  崔教授是上海海洋大学深渊科学技术研究中心主任，他还成立了一家叫做彩虹鱼的民营企业，用来建造新型考察船并积极开发各类潜水器。其中一种无人潜水器在最近一次测试中成功下潜至四千米深度。不过彩虹鱼的最终目标是载人探测。他们计划将人类送至大洋的最深处——深度接近一万一千米的太平洋的马里亚纳海沟。
  崔教授把我带到这台潜水器的等大模型旁，他希望它能在2019年下潜。潜水器呈亮红色，长约十米，具有流线型设计。他介绍说，舱内有足够三人的空间，外部包有很厚的金属保护壳。“目前我们还在设计阶段，正在测试几种高强度材料。”它必须承受极高的压力，这些压力来自下潜深度以上海水的重量。如果有一处强度不够，潜水器就会发生内爆。

  没有几个人亲身造访过海洋最深处。
  1960年，美国海军上尉唐·沃尔什（Don Walsh）和瑞士工程师雅克·皮卡尔（Jacques Piccard）首次下潜到马里亚纳海沟。他们的潜水器的里雅斯特号（Bathyscaphe Trieste）在下潜中不断发出咔哒咔哒的金属挤压声，下潜过程将近五个小时。
  仅有的另一次载人探险，是2012年好莱坞导演詹姆斯·卡梅隆在鲜绿色潜水器中进行的单人下潜。
  彩虹鱼希望，下一个潜入马里亚纳的就是自己。不过中国政府也在探测深海，所用的载人潜水器是崔教授成立自己公司前设计的蛟龙号。蛟龙号已经完成了一百多次下潜任务，最深深度达到令人赞叹的 7062 米。
  目前，中国政府也在计划研制一款新型潜水器，用来探索那些最深的海沟。尽管官方强调这个计划纯粹以科研为目的，但如今紧张的海洋争端却让人对此抱有疑问。彩虹鱼团队坚持自己的探测无关政治的立场，而且正在寻找与美国、俄罗斯和欧洲科研人员的合作。他们只是一个商业公司。
  彩虹鱼董事长吴辛博士说，公司计划向三类人群推出考察船和潜水器租用服务。他说：“首先自然是研究深海科学和技术的科研人员，其次是近海油气开采公司，最后是想亲自下潜看看海底的游客和探险家。”
  这种成立企业的方法或许是中国科学发展的新模式。崔维成说，公立研究机构没这么方便，政府发放项目资金手续复杂，速度也慢，脱离政府资助的研究会有更多的自由空间。
  “我想政府还没有找到管理大型科研项目的正确方法，让研究人员能一心放在研究上。他们考虑科研改革方向的时候应该想想这一点。”
深海研究活动的难度高、风险大，而且有很大的海域还没有探测过。不过，崔教授希望自己能成为第一个进入马里亚纳海沟的中国人，并且相信中国能够成为真正打破深海最后的界限的国度。
突破太空

  中国科技馆内，有许多孩子跑上跑下：有的在一个空间站模型里钻来钻去，有的操控着几台迷你月球车，甚至还有几个在把玩一个高速旋转的回转仪。
  一个小男孩对我说：“太空很有趣，还很酷。”我问他将来想做什么，他想了一会儿说，他非常希望能进入太空，长大以后想当宇航员。
  中国的空间计划吸引了在场的每个人，可以感觉到，他们对中国的成就怀有民族自豪感。中国的航天时代始于1970年4月24日。那一天，中国向太空发射了一枚球形卫星，即东方红一号，并通过它广播一首颂扬毛主席的歌曲。随后几十年里，中国发送了更多的卫星、探测器和航天员，迅速建立起自身的太空力量。
  吴伟仁教授在北京的办公室里转动着一个巨大的月球仪，他是中国探月工程的总设计师。2013年，距人类上一次登月将近40年后，中国首辆月球车登陆月球。他自豪地在月球仪上把玉兔号月球车的着陆地点指给我看，那上面插着一小面中国国旗。

  吴教授笑着说：“中国人一向谦虚内敛，我们不喜欢在事情做完之前就到处声张，做好之后也不会多说些什么。”不过在这次采访中（他头一次面对外国记者），他却谈了许多。他表示自己的工作压力很大。
  他解释说：“我们的太空计划强调成功。探月不像一般的基础研究那样可以容错。我们失败带来的影响很大，每位总设计师和总指挥其实都非常紧张。这也是我们不愿被过多报道的一个原因。”
  他跟我说了一些中国今后的太空计划，其中就有重返月球的任务。中国有计划开展样品返回任务，即用探测器抓取月球岩石带回地球；还有月背登陆任务。这些计划在 2018 年实施。
  吴教授说：“苏联和美国多次登陆过月球，但他们都是在朝向地球的正面降落，没有去过另一面。在那一面登陆是个很有挑战性的课题。”
  中国还将目光投向了火星。最近一次新闻发布会上，中国宣布在2020年开展火星探测的任务。吴教授说：“我们要一次完成绕火探测和火星车的着陆巡视。”
  对中国来说，载人航天也是优先项。2003年，杨利伟成为中国首位进入太空的航天员。他在太空度过21个小时，回到地球后便成为了民族英雄。在他之后，又有九名航天员进入太空。今年，中国又准备将新一组航天员送上近地轨道。


  中国目前计划建造自己的空间站。他们今年将发射天宫二号空间实验室，之后还要发射一个更大的。
  这表现出中国打破道路上任何阻拦的决心，空间技术的飞速发展也反映出多领域科学的进步。2016 年 3 月，中国政府在全国人民代表大会上宣布了新的五年计划，“创新”这个词提到了几十次。
  在下一个发展阶段，中国希望从制造型经济转变为知识型经济。中国高速发展的经济正逐渐放缓，不过政府已将科研列入后续政策的核心。中国计划让科研投入在 2020 年达到国民生产总值的 2.5%。

  施普林格·自然的刘珺女士认为这点很令人振奋。“中国政府不仅致力于科研投入，也在未来十年里将科学置于重要地位。这不只是科研产出数量甚或质量的问题，我认为他们非常关注科学带来的影响。比如，科学如何主导创新和经济增长，科学如何继续解决我们未来二十年里面临的重大的社会与环境问题等等。”
  中国显然走到了一个转折点。
  钱也投了，人也在回流，大型实验马上就要启动。但伦理、合作、开放和研究质量的挑战仍需克服。整个世界都注视着这场科学变革将走向何方，也注视着中国能否完成蜕变，成为科学强国。
  原文版权信息：Author Rebecca Morelle
China Producer Xinyan Yu
Videos Richard Kenny
Online production Paul Kerley
Text editor Stephen Mulvey
Photos/Credits Xinyan Yu
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Publication date 23 May 2016
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