世界顶尖青年科学家们在研究什么？

·与会者认为，期刊、排名、引用量等指标所反映出来的“学术影响力”不一定能反映某项科学研究是否卓越，很多研究的重要性要经过很长一段时间才能被人们认识。一味地追求用这些简单指标去评价科学，不仅给青年学者造成巨大的压力，也不利于科学的健康发展和做出关键突破。

在科学研究领域，有人“厚积薄发”，也有人“赶早不赶晚”。随着科学工具的发展和科学专业化的加深，很多研究者年纪轻轻就已经做出重要的科学突破，发顶刊、当教授、带团队……成为科学探索的新锐力量。

2024年10月25日，世界顶尖科学家青年科学家大会在上海举行。会上，9位来自不同国家、不同领域的30岁出头的杰出青年科学家向观众介绍了他们的研究成果，主题包括对行星、人体、大脑等不同尺度结构规律的探索，观测和应用量子现象以及太阳能新材料、生物资源回收利用等能源可持续议题，从理论到应用不一而足。

在随后的小组讨论环节，与会的青年科学家与年长的同行们一起探讨了对科学创新、学术自由和激励机制以及跨学科合作等问题的看法。

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青年科学人的研究：从星辰到大地，从生物系统到量子世界

“对我来说，研究是由好奇心驱使的。当我还是个孩子的时候，就常常盯着星空，想象其中正在发生的一切。”当被问及为何从事科学研究时，目前在德国马克斯普朗克太阳系研究所工作的青年天体物理学家乔安娜·徳拉兹科夫斯卡（Joanna Dr??kowska）回答。

她的研究试图解答行星是如何形成的。在古典行星形成理论中，像太阳这样的恒星形成后，剩余的气体和尘埃会围绕它形成一个旋转的“原行星盘”（protoplanetary disk），并在其中通过不断碰撞和吸附形成更大的“星子”（planetesimals），并最终形成具有引力的行星内核，然后通过吸积气体成为行星。

通过先进的数学建模以及对比来自太阳系以外星系的新证据，徳拉兹科夫斯卡的团队发现由尘埃所形成的一种厘米级固体颗粒“卵石”（pebble）扮演了关键角色。行星并非由尘埃均匀演化而来，而是通过卵石、星子和尘埃的吸积逐步形成，这些过程中的位置等特点决定了行星的形态。这一新范式对古典理论作出了修正。

如同宇宙一般，人体也是多层次的复杂系统。随着组学技术（omics technology）的发展，人们已经能够一定程度上对人体中的基因、蛋白质等分子的特性进行全面分析。然而这些分子具体在人体空间中如何分布，则是一个更难解答的问题。

美国宾夕法尼亚大学的邓彦翔开发了两项全新的空间组学技术 Spatial-CUT&Tag 和 Spatial-ATAC-seq，通过结合机械工程、大数据分析和生物化学等技术，首次实现了在空间和全基因组水平上观察组织发育的表观遗传机制，对人们理解疾病等生物过程提供了有力工具。

“我是个训练有素的工程师，所以我对技术问题很感兴趣。但同时我也想用这些技术来解决一些具有挑战性的生物学问题，造福人类健康。”他说。

随着技术的发展和科学探索的深入，这样的跨学科研究已经是新一代研究者工作的新常态。在对神经系统的研究中，香港科技大学的王怡雯成功建立了一个人工智能（AI）模型，能够根据大脑上游区域（神经活动起始区域）的神经信号来预测下游区域（其它响应区域，如运动皮层）信号。她和合作者训练小鼠去根据声音按压杠杆，并记录它们在学习过程中的神经活动，再用所得数据去训练AI模型。

在传统方法中，获取准确的大脑下游信号需要通过植入电极等方式来完成，受到伦理和技术的限制。通过AI模拟，研究者就能够通过行为结果去预测大脑信号，对脑损伤康复、脑机接口等领域意义重大。

“大脑如何产生不同的行为，我们又是如何学习并且与环境进行互动，这些都是我感兴趣的话题。”王怡雯说，“这其实是人工智能和 之间共通的问题，而我正好在这个交叉领域工作。”

面对未知的科学领域，研究者们需要使出浑身解数“铺路修桥”，创造新的观察、测量和分析工具，比如在面对神秘的量子世界时。科学家们发现，光子、电子等微观粒子彼此相互作用时，会陷入一种“量子纠缠”状态——它们的位置、动量、自旋等物理性质相互关联，即便相距很远都能够“心有灵犀”，彼此感应。

“就像一男一女在跳探戈一样，相互配合改变自己的舞步。”来自英国赫瑞-瓦特大学的梅胡尔·马利克（Mehul Malik）形象地解释道。

这样的“舞蹈”能同时反映男女两个舞者的位置信息，处于多个可能的状态，即“量子叠加态”（superposition）。利用这个特性，人们就能够构建比计算机比特包含更多信息且能进一步纠缠通信的“量子比特”（qubits），使建造运算速度更快的量子计算机成为可能。

理论上，包含超过两个“舞者”的“舞蹈”就能包含更多的信息，这就是高维量子位（qudits）。构建这样的单位计算量更大，信息噪声更多，更难实现。马利克所领导的实验室致力于通过结合大数据建模、实验验证等方式，不断推进高维量子技术的发展。

要“看”到这些微观世界种种奇妙现象的细节，就需要更有效的观测工具。美国加州大学洛杉矶分校的塞尔希奥·卡瓦霍（Sergio Carbajo）设计了一种光子“录像”系统，能够观测到处于量子纠缠状态的光子。而浙江大学的宫晓春则开发了国际首个阿秒团簇复合测量系统。阿秒相当于10的负18次方秒，以其为单位的脉冲激光能够帮助科学家以“慢镜头”观察电子电离过程等现象。

除了上天、入微的科学探索之外，青年科学家在更加“接地气”的材料、能源领域也颇有建树。年仅29岁的浙江大学教授薛晶晶主导开发了一种新型钙钛矿光伏材料。通过在无机结构中混合有机部分，这种材料展现出了优越的性能。香港科技大学的曾超华教授则领导了多个研究项目，致力于提升有机垃圾等生物资源降解和回收利用的效率，以及优化循环路径。

青年科学人关心的：创新、自由与合作

在小组讨论环节中，主办方向与会的青年科学家们提出7个主题，内容涵盖科学创新、科学的社会影响、跨学科合作、与社会各界的沟通、研究与创业以及科学共识等内容。

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对于科学创新，在场的青年科学家们认为，跨学科合作是创新的源泉之一。而“科学家通常在沉默中工作”，他们的研究通常窄而深，缺乏更宏观的视角，有时候意识不到其它领域正在发生什么。不同学科使用的术语、思维方式也存在差别，不同专业的人常常难以沟通。此外，有些科学家也缺乏沟通的技巧，不善于寻找“队友”。这对合作创新造成了阻碍。

“有时候在会上不跟人搭讪，不是因为我刻薄，而是因为我是个I（内向型）人。”薛晶晶说，“就算开得了口，找到合适的合作者也并不容易。”

对此，与会者们认为，为来自不同背景的学者创造更多交流的机会，以及学习一些沟通与合作的知识，或许能起到帮助。

有人表示，目前“发表至上”的科学成果评价体系也在很多方面阻碍科学创新。比如一项软件发明，可能相关的论文会获得一定的认可，但软件本身却无人问津。

与会者认为，期刊、排名、引用量等指标所反映出来的“学术影响力”不一定能反映某项科学研究是否卓越，很多研究的重要性要经过很长一段时间才能被人们认识。一味地追求用这些简单指标去评价科学，不仅给青年学者造成巨大的压力，也不利于科学的健康发展和做出关键突破。

“这种带来科学进步的关键性突破，实际上应该是由好奇心、追求乐趣和自由的动机所驱动的。”一位进行总结发言的青年科学家表示。

一位年长的科学家提到，很多“顶刊”手握判断科学研究好坏的“生杀大权”，其中还有很多非学术的行政因素参与，是不合理的。

目前的科学评价体系对某些研究，如应用研究，更加“偏爱”，导致很多基础研究创新得不到资金等方面的支持。对于青年研究者来说，这不仅限制了他们的研究自由，还会导致一些好的科研想法无法付诸实践。对此，与会者们一致认为，为青年学者和基础研究设立专门的资助机构是一项行之有效的办法，在欧洲等地区已有一些成功案例。

对此，科学家有责任向社会各界说明基础研究的重要性。然而有人表示，科学家与政府、媒体和大众的沟通并不十分通畅，主要原因是科学的语言常常难以“翻译”成普通的语言。对此，设立更加畅通的沟通渠道，加强与媒体的联系以及从事科普工作，都是可能的解决途径。

而对于科学家创业的话题，很多青年学者表示对其“又爱又恨”。一方面，创业带来的经济回报能够提升科学家的生活水平，助其安心科研，甚至成为科研的资金。而另一方面，大部分科学家不仅可能因不熟悉商业世界而遭遇失败，还可能会因为创业而搁置科研。

“创业成功了就财富自由了，但如果失败，那很可能连科研也做不了了。”一位青年科学家说。

最后，与会者们还讨论了国际间科学合作的障碍。某些国家对跨国研究合作进行限制，极大损害了学术自由和创新。一位与不同国家的研究机构有着合作关系的研究者表示，这些限制造成极大的不便，也不利于青年学者的成长。

“我相信在场的人都强烈同意科学应当是开放的，而不应该被视为国家的‘秘密’而被‘国家化’（nationalize）。这违反了科学进步背后的所有原则。”会议主持人、美国纽约科学院院长兼首席执行官杜宁德（Nicholas B. Dirks）说，“我们的讨论就是科学家愿意合作的证言，是我们对建立全球科学共同体的坚定承诺。”

该论坛是2024世界顶尖科学家论坛的分论坛之一。据悉，本届世界顶尖科学家论坛由世界顶尖科学家协会（WLA）主办，鹏瑞公益基金会联合主办。自2018年创设至今，论坛已成功举办6届，与会诺贝尔奖得主累计超过250人次，中国两院院士超过150人次，全球杰出青年科学家超过750人次，已成为连接世界顶尖科学家的重要纽带和促进国际科学界高端对话的重要平台。与论坛伴生的“顶科协奖”对标世界最高学术水平，截至今年已评选出三届共9位杰出科学家。