2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”中“嫦娥六號返回樣品揭示月背28億年前火山活動”圖解。
以上圖片均為國家自然科學(xué)基金委員會提供
"> “實現(xiàn)原子級特征尺度與可重構(gòu)光頻相控陣的納米激光器”概念圖。
以上圖片均為國家自然科學(xué)基金委員會提供
數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、《國家創(chuàng)新指數(shù)報告2024》、《2024年全球創(chuàng)新指數(shù)報告》
日前，國家自然科學(xué)基金委員會在2025中關(guān)村論壇年會開幕式上發(fā)布了2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”。這些進(jìn)展是我國基礎(chǔ)研究取得重要成果的縮影和代表，在科技界產(chǎn)生良好反響，受到社會各界廣泛關(guān)注。
2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”主要分布在數(shù)理天文信息、化學(xué)材料能源、地球環(huán)境和生命醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域。把握新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革重大機(jī)遇，了解和掌握科學(xué)研究的趨勢和特征至關(guān)重要。2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”體現(xiàn)了什么發(fā)展趨勢，又將如何服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展？
——編 者
科學(xué)研究不斷突破人類認(rèn)知邊界
月背28億年前的火山活動揭示了哪些奧秘？黑洞如何影響星系的演化形成？激光器的特征尺度推進(jìn)至原子級別有何意義？量子計算如何融合物理學(xué)和信息科學(xué)？科學(xué)研究向極宏觀拓展、向極微觀深入、向極端條件邁進(jìn)、向極綜合交叉發(fā)力，不斷突破人類認(rèn)知邊界。
極宏觀
2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”中，有多項成果在探索宇宙奧秘、揭秘微觀世界中獲得重大新發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)了科學(xué)空白，在全球產(chǎn)生了重要影響。
人類對月球的認(rèn)識更進(jìn)一步。嫦娥六號任務(wù)首次實現(xiàn)月球背面采樣返回，為研究月球背面火山活動提供了獨有的素材，根據(jù)首批月球背面樣品，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李秋立、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所徐義剛和中國科學(xué)院國家天文臺李春來等共同揭示了月背28億年前火山活動，開啟了月球研究新階段。
長期以來，黑洞如何影響星系的形成演化一直缺乏明確的觀測證據(jù)，也成為亟待解決的重要科學(xué)問題。南京大學(xué)王濤等科研人員創(chuàng)新性地探索中心黑洞質(zhì)量與星系冷氣體含量之間的關(guān)系，首次揭示了中心黑洞的質(zhì)量是調(diào)制星系中冷氣體含量的最關(guān)鍵的物理量：中心黑洞質(zhì)量越高的星系，其冷氣體含量越低。而冷氣體又是星系中恒星形成的原料，因此這一發(fā)現(xiàn)對中心黑洞影響星系形成演化提供了重要的觀測證據(jù)，向著最終解開星系生死轉(zhuǎn)變的謎團(tuán)邁出了堅實的一步。
極微觀
激光器的微型化開啟了光子技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元，深刻變革了人類的科技與生活。北京大學(xué)馬仁敏等提出了奇點色散方程，建立了介電體系突破衍射極限的理論框架，研制出迄今模式體積最小的激光器——奇點介電納米激光器，將激光器的特征尺度推進(jìn)至原子級別。此外，他們還基于納米激光器構(gòu)建了可重構(gòu)光頻相控陣，使得納米激光器陣列可以“同步起舞”，生成可重構(gòu)的任意相干激射圖案。該研究為信息技術(shù)領(lǐng)域提供了一種新的光源。
極端條件
極端條件通常是指在實驗室中人為創(chuàng)造出來的、達(dá)到或接近目前技術(shù)極限的單項或綜合物理條件。2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”中，就有這方面的創(chuàng)新突破。
20年前，《科學(xué)》雜志創(chuàng)刊125周年之際，公布了全世界最前沿的125個科學(xué)問題，“固體中是否可能存在超流現(xiàn)象？如何實現(xiàn)？”被列為其中之一。如今，我國科研人員取得了重大突破。中國科學(xué)院理論物理研究所/中國科學(xué)院大學(xué)蘇剛、李偉，中國科學(xué)院物理研究所孫培杰和北京航空航天大學(xué)金文濤等研究發(fā)現(xiàn)三角晶格阻挫量子磁體實現(xiàn)超固態(tài)的磁性對應(yīng)，即自旋超固態(tài)，這是首次在固體材料中找到自旋超固態(tài)存在的可靠實驗證據(jù)。該團(tuán)隊還實現(xiàn)了94毫開爾文（零下273.056攝氏度）的極低溫，開辟了無氦—3極低溫固體制冷新途徑。隨著量子材料固態(tài)制冷技術(shù)的不斷發(fā)展，有望為量子科技、空間探測等國家重大需求提供重要的技術(shù)支撐。
極綜合交叉
2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動的解讀專家、復(fù)旦大學(xué)副校長馬余剛表示，這些科學(xué)進(jìn)展還有一個顯著特點，就是充分體現(xiàn)了科學(xué)研究向極綜合交叉發(fā)力，學(xué)科交叉融合成為加快科技創(chuàng)新的重要驅(qū)動力。人工智能與生命科學(xué)相結(jié)合，材料學(xué)、臨床神經(jīng)科學(xué)以及工程技術(shù)等交叉融匯，量子計算融合物理學(xué)和信息科學(xué)……在遴選過程中，他們發(fā)現(xiàn)不少科學(xué)進(jìn)展都是學(xué)科綜合交叉研究的成果，將有望產(chǎn)生更多顛覆性技術(shù)和引領(lǐng)性原創(chuàng)成果。
先進(jìn)實驗裝備、重大科技基礎(chǔ)設(shè)施等提供有力支撐
嫦娥六號帶回的月背樣品填補(bǔ)研究空白，科研人員為促進(jìn)光子技術(shù)革新研制新型重要科研工具，借助冷凍電鏡技術(shù)揭開多種關(guān)鍵神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運體的神秘面紗……重大理論發(fā)現(xiàn)和科學(xué)突破越來越依賴于先進(jìn)的實驗裝備、重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、重大科學(xué)工程等科研條件的支撐。
重大科學(xué)工程、科學(xué)項目、科技基礎(chǔ)設(shè)施
在嫦娥六號之前，人類開展的10次月球采樣均位于正面，想要揭開更多的月球起源和演化奧秘，必須到月背去。2024年6月，嫦娥六號帶回1935.3克月球背面樣品，刷新了中國人逐夢星辰的新高度。
能夠提高對月球的認(rèn)知水平，源自中國探月工程自主創(chuàng)新、勇闖“無人區(qū)”的拼搏奮斗。這也充分彰顯了重大科學(xué)工程、科學(xué)項目、科技基礎(chǔ)設(shè)施對于科技創(chuàng)新的巨大推動力。
中國空間站履職兩年交出優(yōu)異成績單、去年“中國天眼”FAST發(fā)現(xiàn)6個距離地球約50億光年的中性氫星系、中國“人造太陽”創(chuàng)新“億度千秒”世界紀(jì)錄……先進(jìn)的實驗裝備和重大科技基礎(chǔ)設(shè)施等科研條件，成為重大理論發(fā)現(xiàn)和科學(xué)新突破產(chǎn)生的有力支撐。
新型科研工具
馬仁敏等實現(xiàn)原子級特征尺度與可重構(gòu)光頻相控陣的納米激光器，本質(zhì)上也是為促進(jìn)光子技術(shù)革新而研制的重要新型科研工具。
專家表示，20世紀(jì)的發(fā)明中，晶體管和激光器占據(jù)重要地位。晶體管依托電子，激光器依托光子。從上世紀(jì)60年代開始，激光技術(shù)便在兩個極端方向上不斷拓展，一方面，向超高功率發(fā)展，例如用于可控核聚變的激光裝置，另一方面，激光器的微型化趨勢日益加速。相較于常規(guī)激光器，納米激光器具有小體積、低能耗等特點，在信息技術(shù)、傳感探測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
隨著對微觀結(jié)構(gòu)的探索日益深入，科學(xué)家持續(xù)改進(jìn)觀測技術(shù)，對顯微鏡提出了更高更極致的要求。超分辨熒光顯微鏡和冷凍電鏡的出現(xiàn)，使科學(xué)家得以在幾十納米到零點幾納米尺度上觀察亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，極大拓展了對生命科學(xué)的認(rèn)知視野。2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”中，中國科學(xué)院生物物理研究所趙巖團(tuán)隊，聯(lián)合中國科學(xué)院物理研究所姜道華等在闡明單胺類神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運機(jī)制及相關(guān)精神疾病藥物調(diào)控機(jī)理的攻關(guān)過程中，就借助冷凍電鏡技術(shù)揭開了多種關(guān)鍵神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運體的神秘面紗。
重大科學(xué)工程、重大科技基礎(chǔ)設(shè)施等既是前沿科學(xué)思想和先進(jìn)技術(shù)的集成，也是開展基礎(chǔ)研究、獲取原創(chuàng)成果的利器，還具備顯著的“溢出”效應(yīng)，能夠帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)研發(fā)能力和制造水平的大幅提高。
把論文寫在祖國大地上
為人工智能等技術(shù)發(fā)展提供新的路徑，有望開辟新的物理學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和疾病治療提供新的理論基礎(chǔ)……科技創(chuàng)新堅持面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康。
國家重大需求
2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”中，既有面向世界科技前沿的深空探索、量子技術(shù)等創(chuàng)新成果，也有面向國家重大需求，努力突破“卡脖子”技術(shù)的科學(xué)探索，積極面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，聚焦了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生改善中的迫切需求，充分體現(xiàn)了科學(xué)研究堅持“四個面向”的戰(zhàn)略導(dǎo)向，彰顯了科研工作者充分迸發(fā)創(chuàng)造力，把論文寫在祖國大地上。
光電領(lǐng)域基礎(chǔ)研究取得突破，為人工智能等技術(shù)發(fā)展提供新的路徑。針對人工智能推理與訓(xùn)練面臨的算力、能效雙重桎梏，清華大學(xué)方璐、戴瓊海等提出廣度光計算架構(gòu)，建立了光子干涉—衍射聯(lián)合傳播模型，研制通用智能光計算芯片“太極”，系統(tǒng)級能效為每焦耳160萬億次運算；提出全前向智能光訓(xùn)練架構(gòu)，創(chuàng)建了光子傳播對稱性模型，賦能高效精準(zhǔn)光訓(xùn)練。“太極”智能光計算芯片實現(xiàn)了大規(guī)模光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理與訓(xùn)練，有望以更低的資源消耗和更小的邊際成本，為人工智能大模型、通用人工智能、復(fù)雜智能系統(tǒng)的高速高能效計算探索新路徑。
物理科學(xué)研究取得了新發(fā)現(xiàn)，有望開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。我國科研人員在凝聚態(tài)物質(zhì)中引力子模的重要實驗發(fā)現(xiàn)。南京大學(xué)杜靈杰等自主設(shè)計、組裝了極低溫強(qiáng)磁場共振非彈性偏振光散射系統(tǒng)，在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中觀察到了引力子模。這種類引力子的實驗發(fā)現(xiàn)從二維空間角度揭示了度規(guī)擾動的量子是自旋2的低能激發(fā)，為在凝聚態(tài)物質(zhì)中研究量子引力問題提供了新思路，也有助于理解引力子物理的量子規(guī)律。
微型核電池因持久穩(wěn)定的電力供應(yīng)特性，在極端環(huán)境和長期運作需求中具有獨特優(yōu)勢。錒系核素是該類電池的理想“燃料”。然而，傳統(tǒng)的微型核電池設(shè)計中嚴(yán)重的自吸收阻礙了錒系核素衰變能的高效轉(zhuǎn)化。蘇州大學(xué)王殳凹、王亞星和西北核技術(shù)研究所/湘潭大學(xué)歐陽曉平等提出了一種基于“聚結(jié)型能量轉(zhuǎn)換器”的錒系微型核電池架構(gòu)，開發(fā)出新型錒系輻射光伏微核電池，達(dá)到了此類電池最高的能量轉(zhuǎn)換效率。該研究為高效微型核電池開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)，也為放射性廢物的資源化利用提供了新思路。
人民生命健康
面向人民生命健康，越來越多的科學(xué)研究聚焦疾病治療、藥物研發(fā)等重大民生問題，以科技創(chuàng)新為人民生命健康保駕護(hù)航。2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”中，多個進(jìn)展和生命健康有關(guān)，揭示了生命科學(xué)的新機(jī)制，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和疾病治療提供了新的理論基礎(chǔ)。
中國科學(xué)院生物物理研究所趙巖團(tuán)隊，聯(lián)合中國科學(xué)院物理研究所姜道華等闡明單胺類神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運機(jī)制及相關(guān)精神疾病藥物調(diào)控機(jī)理。該系列研究加深了對神經(jīng)遞質(zhì)循環(huán)的理解，為設(shè)計副作用小、成癮性低的精神疾病治療藥物提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并將推動我國精神疾病藥物研發(fā)的進(jìn)程。
長期以來，徹底治愈紅斑狼瘡、硬皮病、多發(fā)性硬化癥等自身免疫性疾病，是全球共同面臨的醫(yī)學(xué)難題。CAR—T細(xì)胞療法為緩解和治愈自身免疫性疾病帶來了新希望，但傳統(tǒng)自體CAR—T細(xì)胞療法存在個性化生產(chǎn)周期長、費用高等局限性。海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院（上海長征醫(yī)院）徐滬濟(jì)、華東師范大學(xué)杜冰、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院吳華香和華東師范大學(xué)劉明耀等采用自主研發(fā)的異體CAR—T細(xì)胞開展臨床研究，成功治療了患者。通用型CAR—T的研發(fā)和臨床使用，不僅可以提高該技術(shù)的可及性，有望實現(xiàn)細(xì)胞治療產(chǎn)業(yè)化，也為自身免疫病的治療帶來了新的手段。
X染色體的基因表達(dá)量對生殖發(fā)育至關(guān)重要?？耸暇C合征患者性染色體為XXY，是導(dǎo)致男性不育最常見的遺傳病因之一，但其額外的X染色體損害男性生殖細(xì)胞發(fā)育的分子機(jī)制數(shù)十年未解。北京大學(xué)喬杰、袁鵬、閆麗盈、魏瑗等從多維度揭示了其中的機(jī)制，為克氏綜合征患者不育的發(fā)病機(jī)制及早期治療提供了重要依據(jù)。
《 人民日報 》（ 2025年04月02日 12 版）