我们人类真实的科技水平究竟发展到了什么程度？【月诚故事】

September 25, 2021

标题： 《我们人类真实的科技水平究竟发展到了什么程度？【月诚故事】》

今早的知乎热榜上，当前榜首话题《我国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术，这一突破对当下及未来会产生哪些影响？ - 知乎》是一个科学问题。科学问题大多是严谨的，一般来说需要秉承求真务实的科学态度和精神去探讨，因此往往曲高和寡，导致参与话题讨论的门槛过高。

然而今早的知乎榜首话题是个例外，截至目前为止还不到一天的时间就已经积累了超过 2k 个回答，绝对属于实至名归的热议话题。原因也很简单，这是一项具有颠覆性、甚至可以改变人类历史的突破性科学研究成果，是中国科学院的科学家们为全人类做出的从 0 到 1 的原创性突破，是人类第一次找到了一种替代自然植物光合作用获得淀粉的方法。

昨天的文章中提到，早在几年前，23 岁就已经博士毕业的科普作者袁岚峰曾经提到过中国科技当时的真实水平《【科技袁人】合订版-中国科技太弱，因为在他们眼里，全世界除了中国只有一个国家：“外国”》。从当时的各项指标来看，中国都处于全球科技第二集团的领军位置。而且从全球顶级科学杂志《自然》公布的自然指数来看，中国高质量科研论文这些年的增速非常明显。

根据中科院公众号“中科院之声”今年 5 月的一篇文章《中科院连续九年位列自然指数全球首位》介绍，“近日，2021 自然指数年度榜单（Nature Index 2021 Annual Tables）发布，中国科学院再次位列全球首位。根据此前发布的自然指数数据，中科院已连续 9 年位列该排行榜全球第一。此次最新的自然指数榜单是基于 2020 年 1 月 1 日至 12 月 31 日的统计数据，展示了不同国家和科研机构在自然科学领域高质量科研产出的情况。该排行榜显示，中科院在全球科研机构综合排名中高居榜首，贡献份额超过排名第 2 的美国哈佛大学的两倍；中科院在化学、物理科学、地球与环境科学 3 个学科领域继续排名全球第一，在生命科学领域继续排名第 5。德国马普学会、法国国家科研中心、美国斯坦福大学、德国亥姆霍兹国家研究中心联合会、美国麻省理工学院、日本东京大学、英国牛津大学、英国剑桥大学占据排行榜 3 至 10 位。中国科学技术大学、中国科学院大学分列第 11、13 位。……”

此外，中科院官网去年的一篇文章《中科院连续八年位列自然指数全球首位》还提到，“今年的自然指数还增加了‘机构上升之星’榜单，追踪 2015 至 2019 年各机构高质量科研产出的增长情况。中国在该榜单居主导地位，前 44 家机构上升之星全部来自中国。其中，中国科学院大学经调整后的贡献份额增加了 242%，反映了在过去四年发表的高质量科研成果有显著增加。根据 2015 至 2019 年调整后的贡献份额变化情况，升幅最快的前五家机构分别是中国科学院大学、中国科学技术大学、上海交通大学、清华大学、中山大学。最新榜单显示，美国依然是高质量研究最大生产国。中国居第二位，2015 年以来科研产出有大量增加，差距在不断缩小。2015 年到 2019 年，中国经调整后的贡献份额增加了 63.5%，是增长最快的国家，美国下降了 10%。其他年度产出居前十位的国家是德国、英国、日本、法国、加拿大、瑞士、韩国、澳大利亚。……”

此消彼长。虽然说，“中国经调整后的贡献份额增加了 63.5%，是增长最快的国家，美国下降了 10%”，但这只是高质量科学研究的增量部分。从累积的存量部分来看，瘦死的骆驼比马大。虽然去年美国下降了 10%，但是凭借着吃老本，美国科研实力目前仍然位居全球第一。只不过，中美之间科技实力目前的真实差距，或许不像大部分人想象中的那么大了。

这一次，中国科学院的科学家们突破了二氧化碳人工合成淀粉技术，属于一次历史性的重大突破。用答主“极萨学院冷哲”的话说，“我们国家的科学家们，不声不响的搞了一个大新闻，一个诺奖级别的突破。今天起床看到合成生物学的圈里都炸锅了。甚至因为官方的宣传，在圈外也炸锅了。……。先说说这个技术的突破性，有多大呢？相当于人类用了另一种方法完成了光合作用。……。从产物来说与植物生成的淀粉无差别。并且这种合成淀粉还是可控的，不管是链长还是结构都可以控制。这为以后工业化批量生产淀粉提供了一条可以走得通道路。……”

网友“起起起起起风了”说，“这玩意要配合可控核聚变+生物酶发展，真的可以流浪地球了。”网友“time4s”回复说，“格局小了，起码太阳系内都可以溜达了”。

高赞答主“李雷”回答说，“颠覆性科技，‘喝西北风’也许会成为fashion（哈哈）。从官方的评价来看：‘继上世纪 60 年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，中国科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成’。这是我国科学领域的第二次巅峰突破，合成的可是淀粉这种复杂有机物，这也是我们粮食的主要成分！……。简单的说一下，这个实验的做法是：首先将二氧化碳用无机催化剂还原为甲醇。然后甲醇被转换成为三碳，接下来是三碳合成六碳，最后，聚合成为淀粉。和标准天然淀粉对比，其结构基本一致。无论是吸收峰，还是核磁共振信号，都佐证了这种合成和天然淀粉非常接近了。————有多大的意义————。我们从小往大来说：1，步骤简单：……。2，速度快，效率高：……。3，远景：……，有了这种技术，高山峡谷，沙漠，冰原，这些地方都可以成为农业产地。4，温室问题？全球变暖呢？……，但是有了这种技术，那直接把二氧化碳固定下来，这效率比农业和植物快多了，那是不是温室气体问题就可以解决了？5，更遥远的未来：空间站，甚至走向宇宙都是可以解决的，……比如，火星大气主要是二氧化碳，比例高达 96%，那简直是新的粮仓啊。6，一个问题：能量！淀粉到二氧化碳，是一个逐步放能的过程。然后葡萄糖再变成二氧化碳。而这一步相当于逆流而上，必然需要能量。那么，能量从何而来？其实，和很多人想象的不同，这个研究的重大意义之一，就在于，他们采用的能量就是太阳能。这也是本文的另一个合作单位中科院大连化物所的‘液态阳光’：……”

划重点， 他们采用的能量就是太阳能 。简单的一句话，却让人类的未来瞬间充满了无限想象。

很多人以为美国制定了大国竞争战略之后，我们的竞争目标就应该是美国。但从中科院连续九年位列自然指数全球首位，并且研究出了人工合成淀粉这种可以改变人类历史的突破性技术来看，或许“带领整个人类踏上星辰大海的旅途”是件真事儿！

在科幻小说《三体》中，有一种神级文明，可以通过虫洞技术，瞬间到达宇宙的任何一个角落，并将能量转化为质量，实现自身的纯能化。《三体》中，还有一种归零者文明，可以将整个宇宙重启归零，拥有改变整个宇宙的能量。当然，这些都属于科幻小说中的场景设定。

1964 年，苏联天体物理学家卡尔达肖夫为了回答“我们人类的科技水平发展到什么程度”这个问题，专门创立了一种可以衡量宇宙文明等级的指数，被称作“卡尔达肖夫指数”。根据这个理论，文明本身是能源和科技的产物，而可控能源本身又和科技水平有关，于是卡尔达肖夫根据文明可以汲取和利用能量的能力来计量文明的层级，并定义了三个层级的文明程度。其中，第一层级文明可以使用在它的故乡行星所有可用的资源，被称为“行星文明”，对于人类而言就是地球。第二层级对人类而言就是能够利用整个太阳系的能量。第三层级就是整个银河系。

科普作者袁岚峰的解释更加通俗易懂一些，在几年前的“科技猿人”视频作品中他曾说到：“我经常说，看事情要看基本面。假如说，我们现在发现一个外星的文明，那么他最先问的问题是什么？他会问对方什么样的政治制度，经济制度吗？肯定不会的。他最先问的第一个问题肯定是，对方是具有什么样的科技水平。关于文明的这个等级，原苏联有一个物理学家叫做卡达谢夫。他提出一个标准，‘一个文明能够用多少能量来对外通信？’然后所谓 I 型文明，是说你能够用整个地球的能量。这样达到的功率是多少呢？是 10 的 15 次方到 10 的 16 次方这么多的瓦特。那人类现在实际做到多少呢？实际上我们连 I 还没做到，我们是 0.72 型文明，我们还不能用整个地球的能量向外输出。那么 II 型文明是能够用整个恒星的能量，就是我们的太阳，这是 10 的 26 次方瓦特。那 III 型文明是能用整个星系的能量，是 10 的 36 次方瓦特。你看我们现在连 I 型还没有到，所以你看我们差得有多远。你如果问科学家，或者说有一定科学修养的人，他对于文明之间的比较就会知道，不同的文明之间等级实在相差太远了。高等级的文明遇到低等级的文明就是碾压。了解了这个科技有多么重要之后，你会发现它重要到什么程度呢？重要到以前说，中国有多么不好的所有的文章，它都会归于一点就是中国的科技不行。但是实际上，这个情况已经发生了重大变化。但凡是中国科学界内部的人，都知道这个情况已经变了，……”

越来越像是科幻小说中对于人类未来的场景设定，然而这些曾经看似遥不可及、绝对不可能发生的事情又确实正在悄然发生。中科院的科学家们，不声不响地就搞出了一个大新闻。

总的来说，科学技术才是第一生产力。用科普作者袁岚峰的话说，“实际上我们连 I 还没做到，我们是 0.72 型文明，……。你看我们现在连 I 型还没有到，所以你看我们差得有多远。”。但或许有一天，科学家们真的可以带领整个人类踏上星辰大海的旅途，而流浪地球也不再是科幻小说中才有的场景，起码太阳系内都可以溜达了。

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