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BBC关注中国科学革命5个“高大上”工程

观察者网 2016年05月24日09:45

[摘要]从世界有史以来规模最大的实验,到大范围内推广最新医学进展;从幽深的海洋到遥远的太空,一步步推进探索的极限,中国科学研究正在展示出万丈雄心。

英国广播公司近日(BBC)关注中国的科学革命,他们进入这些顶端的中国实验室和科研场所,采访了大批中国一线科研人员,以大量的图文关注中国在五大领域的最新进展,包括天文观察(天眼看星空——FAST望远镜)、生命科学(猪眼看世界——猪角膜移植人体)、中微子探测(寻找奇怪的粒子——大亚湾中微子实验)、深海科考(探险幽深的海洋——彩虹鱼无人潜水器)和航天(飞向浩瀚的太空——载人航天和探月计划),堪称一部纪录片。

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BBC网站头版截图

观察者网转载全部图文,以飨中国读者。

BBC:中国的科学革命

中国正在把科学“超大化”。

从世界有史以来规模最大的实验,到大范围内推广最新医学进展;从幽深的海洋到遥远的太空,一步步推进探索的极限,中国科学研究正在展示出万丈雄心。

回望几十年前,在全球科学排名榜上,中国几乎是榜上无名。现在,根据科研投资和发表的学术论文总数来评估,中国仅次于美国。

尽管突飞猛进,中国依然面临挑战。

下面这五大重要的科研项目,既彰显中国的实力,也揭示中国的弱点。或许有助于理解这样一个问题:中国是否能够成为全球科研领域的领跑人。

一、天眼看星空

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巨大的天然深坑内,中国“天眼”即将问世。

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四周群峦叠嶂直刺云霄,中间硕大的圆盘在阳光下熠熠生辉。在这样拔地倚天的大背景映衬下,为项目收尾的建筑工人显得如此渺小。这就是史上最大、500米口径的射电望远镜(FAST)。

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彭勃教授

中国科学院国家天文台射电天文技术实验室主任、FAST项目副经理彭勃说:“在天文学领域,我们远远落后于世界。

“过去我们只能出国,使用外国的望远镜。我觉得到时候了,我们要在中国建造自己的东西。”

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FAST位于中国西南部的贵州省,建成后规模将超过所有其他射电望远镜。

先前的记录保持者位于波多黎各的阿雷西博天文台,口径305米。

英格兰北部卓瑞尔河岸(JodrellBank)的洛弗尔望远镜(Lovelltelescope)口径只有76米。

这并不仅仅是中国要在口径上胜人一筹,研究射电天文学,越大真的是越好。

有些望远镜——比如哈勃太空望远镜——是用光来“远望”可见宇宙,但是射电望远镜更像是个“耳朵”,“收听”太空深处物体发出的无线电波。

和光一样,无线电波也是一种电磁辐射,但是波长非常长,从大约一毫米到一百多公里。这些宇宙信号在太空中穿行遥远的距离,因此也非常、非常弱。

就是为什么射电望远镜必须要大的原因——口径越大、可接收的信号就越多。

中国的这个新望远镜口径如此之大,研究人员希望它能收到来自宇宙深处的无线电波。

射电望远镜将搜索氢的遥远信号——氢是宇宙起源的“积木”之一,可以帮助科学家理解宇宙变迁。

它也将寻找新星,特别是快速旋转、密度极高的脉冲星;此外,FAST也将加入寻找外星生命的行动。

彭勃说:“寻找外星生命是所有望远镜的热点关注之一,公众也很感兴趣。我认为FAST能够做贡献。”

科学家花费了10年的时间审视中国农村地区的卫星图像,才找到了能够容纳FAST望远镜的天然深坑。

但是,工程工期却是创纪录的短,也就五年多一点,现在进入收尾阶段。

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望远镜的大“锅”由4450块三角形面板拼装组成,每一块都要小心谨慎地安放入位。

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望远镜太大、整体无法移动,但是每一块面板位置都可以调整。这就意味着,科学家可以根据自己选择的太空观测领域,调整望远镜的表面角度。

500米口径球面射电望远镜工程总设计师、中科院的南仁东教授说,FAST望远镜是他职业生涯中的最大挑战。

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南仁东教授

南教授说:“贵州是一个发展中省份,我们的工程项目地点非常偏远,在贫困的农村地区。“所有的沉重部件都需要从几千公里之外、途经崎岖的山路从工业区运过来。”

他说,有时候难度太大、几乎无法战胜,他本人都曾想过放弃,“不过最后,我们总算找到了办法。”

回首久远的历史,中国曾经是世界科学的领先者,最著名的贡献有四大发明:指南针、造纸术、印刷术和火药。但是,岁月流逝,之后历代王朝更加关注文艺,科学举步不前。

1960年代文化大革命动荡期间更加糟糕。许多知识分子、科学家被下放,大多数科研工作陷入停滞。

但是,射电望远镜这类项目是中国科学复兴的强有力象征。2013年,中国的研发投入超过欧洲,预计2020年将超过美国。

《自然》杂志最近一份评估报告显示,就发表的学术论文数量而言,中国现在位居世界第二,仅次于美国。

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刘珺

科技领域出版巨头“施普林格·自然集团”大中华总裁刘珺(CharlotteLiu)说:“中国好像有一种紧迫感。过去100年我们没有搞研究,失去了许多机会。

“就资金投入、对科研能够起到作用和社会的认知而言,现在(中国)是黄金机会。”

但是,对于生活在周边地区的人来说,射电望远镜也带来一些不受欢迎的后果。

望远镜周边五公里的村庄被设定为无线电静默区,一些报告显示,数千人将受到影响。

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所有可能对望远镜构成干扰的设施——比如移动电话、无线网络都被禁止。虽然政府承诺给自愿搬迁的人发放补偿,但是其中一些人并不满意。

一位妇女告诉我,在这里继续生活下去太困难了,所以她会搬走。

另外一名男子则说,他支持望远镜项目,但是他对补偿金额不满,认为这点钱不够搬到城里去,所以他决定目前还是留下来。

科学家表示,他们知道有人要做出牺牲,但是他们希望望远镜将帮助促进该地区的发展。

南仁东说,“望远镜会吸引来大批科学家和游客,也是教育、培养下一代和中国工业的好榜样。”

望远镜项目按预期计划进展顺利,预计九月完工。

启动后,我们将有机会看到,中国的“天眼”是否能够帮助中国摘取科学桂冠。

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二、猪眼看世界

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灯火通明的大棚内,一群群的猪在圈内拥来挤去。猪肉在中国是大宗生意,广东的这个猪场总共有2000头肉猪。

不过现在,猪身上的部位最终可不都是要上餐桌的。

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肉猪和角膜用猪

屠宰后,其中一部分猪的角膜——也就是眼睛前端透明的膜性组织——将被摘除保存,用于移植人眼。

几小时车程以外,是中国历史最悠久、规模最大的眼科医院“中山眼科医院”。中国盲人占世界盲人总数的五分之一,14亿人中盲人总计有八百万。

繁忙的病房中,角膜病专科主任袁进医生正在查房。他说,角膜疾病致盲病例的总数在350万到500万之间。

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袁进医生

角膜受伤或者感染之后,如果不妥善治疗,最终可能会导致视力丧失。对许多病人来说,唯一的希望是移植。但是,等待的时间相当长。

在中国,移植器官的主要来源曾经是死刑犯人。但是去年,政府禁止了此类争议性做法,鼓励国人登记、死后捐献器官。

不过,选择这样做的人很少。袁进医生说:“中国人观点比较传统,他们不愿意捐献角膜。这也是我们一年只能做5000例角膜移植手术的主要原因。”

不过今天,袁进医生正在检查的是接受猪角膜移植的病人。

中国政府去年批准开始此项实验,迄今移植手术已经做过大约200例。

58岁的吴平贵(音译)最近刚做了手术。

原来,小虫子飞进一只眼睛导致吴平贵角膜感染。他告诉我,“没有好好护理伤口,越来越严重。眼睛红、肿、很疼。”

后来吴平贵的伤眼失明,他也丢掉了自己的保安工作。现在吴平贵刚做移植手术24小时,视力已经开始恢复。

我问他,移植动物角膜感到吃惊吗?他回答,“不太吃惊,我信任医生的决定。”

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35年前,深圳还是一个渔村,现在已经发展为创新枢纽。开发猪角膜移植技术的“中国再生医学国际有限公司”(CRMI)实验室就位于深圳。

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邵正康博士

公司首席执行官邵正康介绍说,研发历时10年。他说:“我们试过许多动物,山羊,狗,猪,牛。最后发现猪角膜和人类角膜非常相似。”

实验室内摆放着许多装满猪角膜的瓶子。猪角膜呈乳白色、黏腻状,移植前需要接受去细胞处理。

也就是说,去掉角膜上的猪细胞,去掉基因、蛋白质和血脂。

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猪细胞的角膜组织

所有一切可能引起病人免疫排斥的都要被去除;所有的病毒、细菌也都要杀死,避免任何疾病从动物传给人类。

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无猪细胞的角膜组织

保留下来的,只有猪角膜的基本形状和胶原蛋白结构。

在移植后与人体细胞融合重生。

邵正康给我展示了最终成品,处理后的猪角膜看上去很像隐形眼镜。

CRMI公司为此项目总计投入10亿人民币(1.5亿美元),但是邵正康承认,目前这种治疗手段仍然处于早期。

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猪角膜

“它和传统治疗手段区别很大,全部都是新的,需要时间介绍给医院、病人和社会。”

CRMI公司介绍,移植手术的成功率在90%以上,几乎与人类角膜移植成功率持平。但是也有部分人认为,中国动作太快,没有足够评估风险和道德。

动物器官移植给人类只是中国涉及争议领域之一。干细胞研究、克隆、胚胎基因改造也在国际科学界掀起波澜。

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CRMI实验室

“施普林格·自然集团”大中华总裁刘珺说:“我认为,有些人的观点是,中国处在科学前沿,因此,对开发最新技术有很大的雄心和胃口。

这样看来,启动之前并没有付出足够的时间和努力去辩论、探讨和全面理解后果。”

但是刘珺说,世界各地其他研究人员越来越多的关注好像确实也在改变着现状。

“在中国,科学仍然相对很年轻。搞科研的文化和道德需要时间来开发和培养。”

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手术后检查

中山眼科医院内,吴平贵的检查效果不错。他的眼睛还有一些红,但是已经开始愈合。

他说,这将给他的生活带来很大的变化,他希望好了以后可以找到一份新工作。

三、寻找奇怪的粒子

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我乘坐电动车深入地下。高速穿过岩石中开凿出的通道,来到大山之下的最深处。

中科院高能物理研究所研究员曹俊教授解释说:“岩石是花岗岩,相当硬。我们头顶上有300米厚的花岗岩,屏蔽宇宙射线。”

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曹俊教授

在中国南部大亚湾地下,科学家正在研究的是宇宙中最为奇怪的粒子:中微子。

中微子产生于核反应,包括星空中的聚变到地球上核电站的核反应过程。中微子是宇宙中数量最多的粒子。

每一秒钟都有数以万亿计的中微子从我们身边飘过,但是我们感觉不到、也看不到,中微子既不带电荷、质量也非常小。有人形容它是最接近于不存在的东西。

更为奇怪的是,中微子也在不停地变。穿行在宇宙中,中微子在三种形式中互换,即学家所说的“味道”。

就好像朝空中扔出一只香蕉,眼看着香蕉变成橘子、苹果,然后再变回香蕉。就目前所知,其他粒子没有这样的行为。

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进入大亚湾研究中心

大亚湾这样的实验在全世界只有屈指可数的几个地方展开,也许会帮助科学家理解中微子的这种怪异性。在大亚湾,科学家观测的是源源不断地来自附近一家核电站的中微子。

地下通道的尽头,我们来到实验的心腹之地。

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这里安装有一系列巨大的粒子探测器,可以监测到非常罕见的中微子与其他常规粒子的对撞。

探测器设在不同地点,有的间隔几公里,通过观察中微子碰撞在不同探测器之间的差异,科学家可以勾画出粒子移动过程中的变化。

曹俊教授说:“每天我们都可以探测到数以千计的中微子,这是黄金时代,研究中微子物理学振奋人心。”

更加值得注意的是,大亚湾研究团队可以比以往任何时候更精确地计算出中微子从一种形式转变为另一种形式的可能性。他们的研究结果甚至还暗示,中微子可能存在第四种神秘的“味道”,不过这一点目前还没有得到证实。

大亚湾的研究工作非常成功,去年获颁国际知名的“突破奖”。考虑到中国仅仅从1980年代才开始向这一个领域投资,如此进步令人刮目相看。

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大亚湾项目负责人、中科院高能物理研究所所长王贻芳教授说,“现在我们开始见到成果了。”

和中国许多科学家一样,王教授也曾在国外(意大利和美国)工作。以前,离开中国的科学家很少回国,但是现在,人才外流之势出现逆转。

王教授说:“我认为,随着政府投资越来越多、机会越来越多,将来回来的人还会更多。”

海归科学家也在推动与其他国家建立联系。王教授说,中国科研要进步,需要争取更多合作。

“我认为,在所有领域,国际合作总是非常重要的。我也认为,如果对国际社会不够透明,成为领导者的机会就更少。”

“施普林格·自然集团”的刘珺也谈到了科研透明度的益处。该集团旗下《自然》杂志的一项调查显示,一些中国科学家不情愿与更广泛的研究社区分享他们的成果,但是刘珺认为这种做法适得其反。

刘珺说:“我们提倡科研和数据分享的公开性。实际上,讲求透明,研究出方法、治疗手段、新产品的效率也会提高很多。”

《自然》杂志调查还发现,中国科学家面临压力发表大批学术论文,做不到可能会影响拨款。王贻芳教授也认为存在过分强调数量、关注质量不够的现象。

“其中很多论文质量实际并不太高,至少算不上顶级质量。数量最多并不意味着就是最好的。因此我认为,还是任重道远。”

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粒子探测器

地下中微子实验室内,研究人员也在筹划下一步行动。曹俊教授告诉我,他们已经着手展开庞大的跟进实验。

“那项实验规模更大。这里每一台探测器内,我们有20吨材料,用来探测中微子。新实验中,我们将用20,000吨!”

即将建成世界第一的射电望远镜之际,中国科学家也在考虑打破另一项记录:这一次是在粒子物理学领域,在中国本土打造更大版本的“大型强子对撞机”。

曹俊说:“在中国,目前真是科学家的好时光。”

四、探险幽深的海洋

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上海以南几小时车程的地方,船厂乐声高昂,雄狮起舞,天空中巨大的气球随风摇摆。

码头人头攒动,聚在一起观看中国崭新的科考船下水仪式。该砸的香槟砸完了,该剪的绳索剪断了,100米长的新船缓缓滑入水中。

这艘科考船配有实验室和先进的科研工具,它将探索世界的大海大洋,也将帮助中国深入海底:科考船将成为深海潜水器的“发射台”。

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上海海洋大学的崔维成教授说:“人类对深海的了解还不如对月球和火星表面的了解多。这就是我为什么要为海洋科学家潜入深海创造条件的原因。”

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崔维成教授

崔维成还开办了一家私营公司——“彩虹鱼海洋科技股份有限公司”,他们不仅打造出新下水的那艘科考船,也在紧锣密鼓地研发潜水器。

“彩虹鱼”的一艘无人潜水器在最近一次试验中曾经成功下潜到4000米。

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但是,“彩虹鱼”的最终目标是载人深潜,他们计划将人送入海洋的最底处——太平洋中深度将近11000米的“马里亚纳海沟”!

崔维成教授带我参观潜水器的仿真模型,目前计划是在2019年深入太平洋。潜水器为鲜红色,流线型设计,可容纳三人,由厚厚的金属球体保护。

“目前还处于设计阶段,我们在测试几种超高强度的材料。”

潜水器必须承受海水重压,如有任何脆弱之处就会爆碎。

亲自见识过海底最深处的人屈指可数。

1960年,美国海军中尉唐·沃尔什(DonWalsh)和瑞士工程师雅克·皮卡德(JacquesPiccard)首次下潜至马里亚纳海沟。他们乘坐的潜水器“的里亚斯特号”重压之下一路嘎吱作响,下潜总计用时五小时。

另外仅有的一次载人探测是,2012年好莱坞导演卡梅隆(JamesCameron)乘坐亮绿色潜水器单人下潜至马里亚纳海沟。

“彩虹鱼”希望自己的潜水器成为下一个尝试者。与此同时,中国政府也在探索深海。中国的载人潜水器“蛟龙号”也是由崔维成在创建他的新公司之前设计的,“蛟龙号”已经下潜100多次,深度达到相当可观的7062米。

现在中国政府也在计划研发新型潜水器探索海底最深处。中国强调其目的完全是科学研究。但是目前海上局势紧张。

中国在南海地区卷入主权纠纷,也正在该地区加大军事部署。有人担心,海洋科技或许会被中国用于加强对争议水域的控制。

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马里亚纳海沟海葵(NOAA-2016)

“彩虹鱼”团队坚持说,他们的研发与政治无关,他们正在寻求与美国、俄国和欧洲的科学家合作。但是,“彩虹鱼”的项目也是商业活动。

“彩虹鱼”董事总经理吴辛说,希望向使用科考船、潜水器的人收取费用,目标对准三类人群。

“第一,肯定是对深海感兴趣的科学家,第二,是离岸和石油公司,最后一个是希望自己想下去看看海底到底什么样的旅游者、探险家。”

这种创业方式也许是中国科研的新模式。崔维成说,摆脱国家投资可以给研究工作带来更大的自由。他说,政府出资的项目可能更官僚、更慢。

“我认为,政府还没有找到合适的方法管理大型科研项目、让研究人员能够集中精力搞研究。他们在考虑科技改革方向的时候应该也想到这一点。”

深海研究难度很高、风险很大,海洋一大部分仍然是未知数。但是,希望成为下潜马里亚纳海沟中国第一人的崔维成相信,中国能够真正打开这条最后的前线。

五、飞向浩瀚的太空

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北京的中国科技馆内,一群孩子正在兴高采烈地玩耍,他们在空间站模型内爬上爬下,钻进迷你探测器试驾一番,甚至坐陀螺仪过过瘾。

一个小男孩儿告诉我,“太空好玩儿,很酷。”我问他有什么志向?他稍稍停顿一下说,对,长大了很想飞往太空,成为中国宇航员——太空人。

中国的太空探索项目毫无疑问抓住了人们的想象力,取得的成就也给中国人带来一种国家荣誉感。

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中国自从1970年4月24日步入太空时代。沉重的球形卫星“东方红一号”发射升空,太空中回响起歌颂毛泽东的歌声。

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东方红一号

随后几十年间,中国发射过更多的轨道器、探测器、并把宇航员送入太空,中国迅速建立起太空大国的地位。不过多年以来,中国的太空项目一直处于保密状态。

许多其他国家的太空机构比如美国航空航天局、欧洲航天局、俄罗斯航天局都是民间组织,但中国的太空项目是军队领导的。不过有迹象表明,这已经开始走向开放。

在北京的办公室内,中国工程院院士吴伟仁院士转了转一枚巨大的月球仪。他是中国探月工程的总设计师。2013年,中国将探测器送上月球,这是时隔40年后人类月球探索的第一次。

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中国玉兔号月球车

吴伟仁自豪地指了指月球仪上“玉兔”月球车登陆、标有中国国旗的地方。

他带微笑地说,“中国人比较谦虚、内向。做成事之前我们不愿谈论,做成之后我们也不愿意过多谈论。”

但是这一次采访——这是吴院士第一次接受外国记者的采访,他的态度显然不一样。

吴院士说,他的工作压力很大。他说:“我们的太空项目更加强调成功。不像其他普通的、基本的研究项目,可以容忍失败。如果我们失败了,影响很大。所有的总设计师、总指挥其实压力都很大。这也是我们不愿意过分宣扬的原因之一。”

吴伟仁院士向我介绍了中国探索太空的新项目,其中包括重返月球。

中国计划发射飞行器前往月球,搜集岩石样本带回地球,同时还计划在2018年探访月球的背面。

吴伟仁说:“苏联和美国都曾经数次登月,但那都是在月球前面、也就是对着地球的一面,从来不曾在背面。在背面登陆是一个不小的挑战。”

中国还把目光瞄准了火星。在不久前的一次新闻发布会上,中国宣布计划于2020年发射火星探测器。

吴伟仁说:“进入轨道、环绕探测、部署探测器,我们将一气呵成。”

但是对中国来说,载人探索也是一个重点。2003年,杨利伟成为中国第一位太空人。

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杨利伟

他在太空中度过21小时,返回地球后成为民族英雄。

此后,中国又先后出现九名太空人,今年还计划将另外一组宇航员送入太空。

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但是目前中国宇航员不能去的一个地方是国际空间站。

美国表示,不和中国太空部门合作,因为那是由军方管控的,美国担心共享科技可能会破坏美国的国家安全。

吴伟仁表示,中国非常希望合作,并且已经与欧洲、俄罗斯在其他项目上合作,但美国仍然是一个症结。

吴伟仁教授说:“我们多次呼吁美国取消限制,允许两国科学家合作探索。”

中国目前的方法是打造自己的空间站。”中国将于今年发射空间站实验室“天宫二号”,今后还将加大规模。

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这表明,中国有决心不让任何东西成为拦路虎。中国在太空探索领域的快速快步和中国在其他许多科学领域的突飞猛进交相呼应。

今年三月召开的人大会议上,中国政府宣布了下一个五年计划,其中数十次提到“创新”一词。

下一阶段,中国希望经济发展从以制造业为基础转向以知识产业为基础。

中国经济的高速增长已经出现放缓迹象,但是政府将研发投入放在未来计划的中心地位。到2020年,中国政府希望科技投入占到国民生产总值GDP的2.5%。

“施普林格·自然集团”的刘珺形容,这令人鼓舞。

“中国政府有决心继续向科技投入,同时也要在今后10年内把科学放在非常显著的地位。”

“这不仅仅是关于科学产出的数量、甚至质量,我认为,中国更加强调了科学的影响力。科学将如何带动创新、带动经济增长,科学将如何解决今后20年内我们面临的更严重的社会和环境问题。”

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很明显,中国处于一个转折点。

钱投进去了,科学家也在“海归”,大型实验项目即将启动。但是,在道德、合作、透明度、研究质量等方面,中国仍然面临挑战。

世界拭目以待,中国的科学革命下一步将走向何方;中国是否能够完成向世界科学强国的转型。

[责任编辑:sorazhang]
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