智能时代与科学精神：褚君浩院士演讲实录

在人工智能和智慧地球中，有两个非常重要的核心技术，一个是实时感知，一个是智慧分析。

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各位同学、各位老师、各位来宾，我和大家交流一下“智能时代与科学精神”。主要讲三个方面的问题：

一、第四次工业革命

二、智能时代大趋势

三、弘扬科学精神

第四次工业革命：智能化

第一次工业革命是从18世纪开始的，以机械化为特征，蒸汽机的发明推动了整个时代的发展，人类进入了机械化时代。

第二次工业革命就是电气化，能量守恒定律和电磁学定律的发现推动了第二次工业革命。电磁感应定律是在实验室里发现的，这是发现科学定律后进行技术发明，在发现电磁感应后发明发电机和电动机。

这两次工业革命，第一次工业革命先有技术，在科学上提升再回到技术；第二次工业革命先有科学，在实验室科学规律的发现变成技术的发明，再进行科学上的提升。这两次工业革命有不同的特点，但是都有一个共同的特点，也就是科学与技术交叉推动，互相促进。

第三次工业革命是信息化，原子物理、量子力学、固体物理、现代光学、半导体科学规律的发现，促进了微电子技术原子能技术等一系列新兴产业。第三次工业革命也是从科学规律的发现到技术发明交叉推动引起的，比如从量子力学到固态能带理论到半导体技术。

我们现在说要第四次工业革命了，第四次工业革命的驱动力是什么？

首先是能源和环境问题。我们发现地球上温度上升，二氧化碳上升。2021年诺贝尔物理奖得主的研究证明，地球气候是一个对人类至关重要的复杂系统，说明了大气中二氧化碳含量的增加如何导致地球表面温度升高以及地球气候要如何变化。

第二是人类不断追求更加美好的生活。我们人类不断追求美好的生活，比如将来我们电视可能是裸眼立体电视。

第三是信息科学技术高度发展为工业革命创造条件。我们基于物质科学新发现和微纳米器件制造新技术，基于脑科学和认知科学发展促进高度智能化，信息技术也在不断地发展，数字、物理和认知网络将实现高度融合，人类将处于无所不在的网络之中。所以我们就说现在可能在酝酿第四次工业革命。

第一次工业革命机械化，第二次工业革命电气化，第三次工业革命信息化，第四次工业革命就是智能化。

智能时代大趋势

我们现在处在第三次工业革命高度发展的时候，也是智能时代开启的时候，智能时代的特点就是智慧融入物理实体系统之中，智能时代总的趋势就是智能化，它的技术态势就是有五个方面：

● 智能化低碳技术、能源互联网、分布式能源系统

● 智能化复杂体系、人工智能、智慧城市

● 智能化制造技术、先进材料、极端制造

● 智能化诊断、修复技术、智慧医疗

● 传统工业智能化升级

我们的信息基础是互联网、传感器、物联网、大数据、云计算，以及最新出现的元宇宙，体现了数字化、智能化的特征。

其中非常重要的一个方面是低碳技术。发展低碳技术，实现双碳目标，解决能源环境问题，实现人类可持续发展。

目前化石能源越来越少，而我们全球太阳能资源还是非常丰富的。笼统地计算，假如太阳能利用率15%，则只需要将13万平方公里土地（大约等于我国10%的荒漠区）的太阳能转化，就可以满足全国一年的能源需求。

现在要发展太阳能技术，包括光伏、光热、光化学、光生物，要发展智能化分布式能源系统和能源互联网技术，另外还要因地制宜推广太阳能技术的广泛应用。

因此，2009年召开了主题为“用阳光驱动世界”的化学科学与社会研讨会。五个化学学会也就是美国、日本、英国、德国、中国分别做了一个报告，我代表中国去做报告，后来形成了《中、德、美、英、日五国化学会白皮书》，我们在白皮书中完成第三部分“光伏技术的发展”。中国科学院领导都作了批示，后来设立了中国科学院太阳能行动计划。

所以低碳技术是我们这个时代非常重要的方面。

第二个方面是人工智能、智慧地球。

人工智能体现在很多方面，比如机器人打乒乓球、“嫦娥3号”的激光雷达、冬奥会的机器人，快递自动分拣、无人驾驶的车等。人工智能的发展是很多的。

智慧地球就是互联网+物联网，把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来进行智能化识别和管理。智慧地球有三大基础信息化技术，那就是互联网、物联网、大数据和云计算。

在技术层面，智慧城市至少应该有感知层、互联层、分析层、反应层四层架构。它是以互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等网络组合为基础，以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民为主要特征的城市发展新模式，在城市综合管、交通物流贸易、能源环境安全、医疗文化教育、城市社区安居五大方面获得广泛应用。疫情当中，智慧医疗、数字技术在这些方面都发挥了非常大的作用。

在人工智能和智慧地球中，有两个非常重要的核心技术，一个是实时感知，一个是智慧分析。

实时感知，主要依靠传感器和芯片，比如我们对地观测和探空探测，都是依靠实时感知的传感器。传感器的应用广泛，涉及航空航天、日常生活等。我们大力发展传感器和物联网技术。

我国在将宽光谱的焦平面技术应用于FY4号气象卫星，2016年12月11日在西昌卫星发射中心成功发射，实现了国际上首个静止轨道干涉式垂直探测仪器，可在3万6千公里对大气实现高精度温度、湿度参数的垂直结构观测，相当于对大气进行CT扫描。

传感器在生活中无处不在。家庭中，相机、手机、游戏机、电脑等各种电子设备，智能电视、冰箱、洗衣机、空调等智能家电或多或少都包含了多个传感器的应用。

我们第一是从实时传感中得到信息，第二是信息怎么分析，这就需要智慧分析了。智慧分析主要依靠模型分析和大数据分析以及智能芯片。我们处在波动世界的大数据中，有机械波、电磁波、引力波，它们有频率、强度、位相、偏振等特征，对大数据的分析是非常重要的。

比如某个地方的水稻产量分析，我们可以用无人机收集水稻的光谱，把这个光谱与数据库比对，就可以知道水稻亩产是多少了。又比如需要探测某个地方有没有铀矿。将这个地方的波谱搜集起来，和数据库进行对比，就可以找到可能有铀矿的位置，定位到对应的地方就可能找到铀矿。“嫦娥4号”在月球上分析月球的土壤成分也是通过光谱分析。这样的分析方法还可以用在建筑、医学等方面。

我们要有慧眼，也就是智能传感器芯片，就像是火眼金星孙悟空和三只眼二郎神，要一看就知道是什么、想什么、做什么，要得到信息再分析信息。

弘扬科学精神，培育创新能力

在智能时代，我们要弘扬科学精神，培育创新能力。

首先是要加强基础研究、研发核心技术。基础研究是历次工业革命的科学源泉，又在历次工业革命中得以发展，基础研究将推动第四次工业革命发展，将在智能时代背景中催生新发现、发展新技术。我们要让科学与技术相互促进、交叉推动。正如老子说“有道无术，术尚可求也。有术无道，止于术”，又如庄子所说“以道驭术，术必成，离道之术，术必衰”。有生产技术和生产线，还要有“道”，有研发能力。

其次是要培育创新能力，培训创新能力要围绕四个方面展开。一是遵循客观规律，要发现规律、开发技术、实际应用；二是修炼内在素质，要勤奋刻苦、好奇质疑、目标如一、胸怀大志；三是凝聚驱动力量要兴趣驱动、责任驱动；四是培养极致精神，要精益求精、一丝不苟。

任何事情，要取得好的成果一定要付出努力。我们古人说“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”；马克思说“只有在崎岖道路的攀登上不畏劳苦的人才能到达光辉的顶点”；习近平说“辛苦都是奋斗出来的”。古时候有李白“铁棒成针”的故事，李白小时候贪玩，看到老婆婆想将铁棒磨成针，感到不解，老婆婆说：“滴水穿石, 只要肯下苦功夫, 就一定能磨成功。”李白听了很受感动, 从此他就认真读书，刻苦钻研回去以后就好好努力。

青年时期的科技工作者最富创造力。著名科学社会学家哈里特·朱克曼说：“科学上的贡献，尤其是属于开创性的贡献，出自青年科学家之手的异常的多。”以史上诺贝尔物理学奖获得者为例，在青年阶段（尤其是博士研究生期间的工作累积）所获得的研究成果占较大的比例。爱因斯坦26岁发表量子论，光量子学说，解决光电效应，提出狭义相对论原理，37岁完成广义相对论基础。

我们要爱科学，具备科学的素养，要有善于发现的眼睛、扎实的基础知识、浓厚的研究兴趣、出众的动手能力、坚韧的做事态度。

我们要建设富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国，这样的强国一定是科技强国，所以我们任重而道远，要很好地推进科技技术、社会经济发展，使得我们实现社会主义现代化强国建设的目标和理想。

谢谢大家。

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