褚君浩：智能时代与科学精神的培养
在2024年第二期《未来公开课》中，中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员、复旦大学光电研究院院长褚君浩以《智能时代与科学精神的培养》为题发表了主题演讲，他向大众科普智能时代的到来，分享个人成长经历，强调科学精神在智能时代的重要性。
以下为演讲全文
非常荣幸跟大家做个交流，我想我今天交流的主题，是《智能时代与科学精神的培养》。
第一次工业革命其实是这个蒸汽机，那么由于蒸汽机的发明，所以我们牛车、马车、帆船，都变成了拖拉机、火车头、轮船。第二次工业革命是电气化，其实它主要就是从实验室里面开始的。实验室里面我们都知道，有电磁感应电流，当我们如果说把一个磁铁去靠近一个线圈，这个线圈里面就会有感应电流产生。把这个磁铁离开这个线圈，也会有感应声电流产生，那么这也是一个科学现象。
但是这个科学现象什么样子能够做到有用?怎么能够把产生的电流把它拿出来?这就涉及技术发明了，是吧?所以当时科学家也很聪明，就把这个原来是线圈固定、磁铁在运动，他变变，把磁场固定，而线圈，这个导线的这个磁铁固定，而线圈在里面转动。这有一个时期，就把电引出来了，那就是发电机。
第三次工业革命，就是信息化。那我们有科学方面，有原子物理、量子力学、固体物理，是吧?促进我们电子技术、微电子技术、原子能技术、光学技术的发展。
那么我们说，接下来也许可能会有第四次工业革命，那么第四次工业革命推动力是什么?首先是能源环境凸显，全球可持续发展面临巨大压力。北冰洋可以去旅游，为什么?北冰洋的冰都化掉变成水了，所以上个世纪以来，温度上升、人口增加、二氧化碳，都是指数级的上升。如果格陵兰岛上面的冰全部化掉，海平面要上升7.2米。那么上升7.2米是什么概念呢?我们的上海到南京都浸在水里面;山东变成两个岛。所以全球气候变暖、能源环境问题，人类可持续发展问题，是第一个驱动力。
第二个驱动就是人类不断追求更加美好的生活。第三个驱动力就是我们现在信息科学技术高度发展，为工业革命创造条件，是吧?我们数字化发展成大数据，程序化发展到智能化，对吧?都在不断地发展。
所以如果说我们第四次工业革命发生，如果也要用什么化来说，那就智能化。就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，第四次工业革命就可能是智能化。也就是把智慧融入一个物理的实体系统里面去，把人工智能融入一个物理世界里面去，那么其中非常重要的一点就是科学与技术交叉推动。
那么智能化的时代最核心的就是有好多智能化的系统，那么怎么是一个智能化的系统呢?有一次我看同济大学他们做了一个机器人，这个机器人是守球门的，它能够看得见球，说明它像人一样有五官，它能够动态感知;它能够分析这个球怎么过来，相当于有人一样，有大脑，能够思考;第三个，它把球能够自动地把它扑倒，说明它有自动反应。
所以一个智能化的系统里面一定有三大系统，有动态感知，像五官一样，靠传感器;有智慧识别，相当于大脑分析思考和大数据物理模型;有自动反应，相当于人有肢体，它靠算法、靠共知，是吧。那么智能化的系统在人工智能、智慧地球、智慧这个地球、智慧城市、人形机器人，都有非常大的这个应用的范围，是吧?
那当然现在智能时代，它有一些技术态势，它的技术态势由智能化分布式能源系统、低碳的技术、能源互联网、智能化复杂体系、人工智能、智慧城市，ChatGPT说了，人形机器人。智能化制造技术、先进材料、智能化提升传统工业、智能化诊断修复技术、智慧健康，包括现在脑机接口，AI for science，AI融入物理世界，science for AI。所以这个里面涉及多学科的支撑、多领域的应用、多方向的延展，它的核心就是数字化、智能化。
那么智能化的系统有两大应用的场景，一个人工智能、工业机器人、服务机器人、下棋机器人、手术机器人、聊天机器人、人形机器人。还有个应用的分类，智慧地球，智慧的空天海地一体化、智慧能源、智慧城市、智慧工业园区。
里面有两个核心技术，一个是实时感知传感器芯片;另外一个就是智慧分析技术，模型分析、大数据分析。当然可以把这两个技术把它集成到一起，那就是智能芯片。传感器是根据我们的科学研究的规律，我们科学上面就发现什么呢?物质的不同运动形态，光、声、热、电池，包括生命运动，都是互相能够转换的。那么利用这种转换的规律，我们就可以发明多种传感器。
现在把这样的技术用在月亮上，月亮上有嫦娥3号、有嫦娥4号，在月亮的表面去获得月亮表面的光谱，就知道月亮表面的那些颜色到底是什么成分。这样的技术在火星的表面也在做。现在在月亮的正面，有嫦娥3号。在月亮的背面，有嫦娥4号。月亮的背面，现在人还没去过，就是中国的嫦娥4号在月亮的背面。所以现在中国在这方面的技术，已经是在国际处在这个第一梯队的水平。
现在红外探测应用非常广泛，对地观察“透明地球”，大气、海洋、陆地都可以进行探测，航天工程、深空锻造、探月工程、火星探测、小行星、太阳系等。在地球上面人工智能、智慧地球、红外热像环境监测、红外的军事应用成分分析、医疗成像、无人机等多方面的应用都要红外技术，这个核心技术。
当然这里面，需要用不同的半导体材料来制备红外探测器。一种材料制备一种探测器，不同的波段用不同的材料来制备它的红外探测器，这有好多科学规律。所以我们要掌握材料技术，要掌握器件结构，要掌握物理模型。工艺要优化，工程要把它实现。
我们智能时代，科学技术发展很快，特别需要优秀的人才。要解决国家重大的需求，科学前沿的问题，要实现科技的创新，特别需要创新型的人才，需要科学家、工程师、高素质的技术人才。
对于学生来说，需要掌握基础知识、专业知识，还要相关领域的知识。而且要善于思维，善于提问，善于观察世界。要具备很强的学习新知识的能力，要具备很强的解决设计问题的能力。尤其现在人工智能发展很快，我们要能够学习新的知识，要能够解决实际问题，能够把人工智能这些新的技术跟我们所研究的具体领域结合起来。所以现在也特别需要培养科学精神。
我小时候念书，小学成绩不太好，都是4分为主，自然5分，但写字画图不好，都是3分。有一次我的中学徐汇中学，叫我去写几个字，“东西汇通，古今传承”，我写了好多遍，拿出几张纸都给校长，说这两张纸还可以，挑一张吧。他们把它刻在墙上了。我那个时候就在想，“少壮不努力，老大徒悲伤”。所以年轻人小时一定要很努力，不能到老了就不能用了。
我记得到初中二年级，我突然对数学感兴趣了，工科都很好。初三转到另外一个学校，到徐汇中学。因为初二下学期功课变好了，徐汇中学的老师在班级里面表扬我，其实我人不在班级里。他说我们要转来一个同学，怎么好，其他的同学就告诉我了，我非常激动、非常高兴，我深深地感到表扬为主，激发成绩。
我从初三以后，看好多书，看《天文学相对那个ABC原子物理学》、《分子物理学》、《绝对微分学》、《科学家奋斗史话》、《居里夫人讲科学与社会》、《从近代物理学的观点看宇宙》、《眼前预探宇宙》等等，非常勤奋，很着急。
当时我记得有三顿中饭，把饭钱省下来，我去买了两本分子物理学的书，还做好多笔记。笔记里面的内容就是三种类型，一种是励志的，一类是鸡汤型的，一类是思考型的。
励志型的大概就是有一个外国人说我们中国在科学上不会有成就，我就发表感想了，在笔记里面写这个是不可容忍的，这是三座大山压迫而制的，我们要继承前人刻苦勤劳勇敢，取得科学上的伟大成就，要奋发图强，这就励志了。
还有一些鸡汤型的，比如伟大作品的产生，有赖于人与山为林，整天布满于喧闹的街市，却难以有所成。
还思考一些问题，还写论文，寄到《物理学报》，退回来。还发一些感想，看到我们学的功课里面都是外国人的定理，怎么没有中国人的定理?伦次定理、焦耳定理，我感觉认为我们中国人那么多，也应该在科学上要有贡献，把这些感想都写在我的学习日记里面。
在大学里面，我记得有一次写黑板报上写一篇文章，叫《勤奋加智慧等于力量》，署名叫“坦牛”。人家说什么意思?我说在平坦的田野上，像牛一样勤奋地工作。心里面怎么想呢?爱因斯坦、牛顿有一种科学家的情结，想当科学家。
后来大学毕业到中学当老师，也很努力，干一行爱一行，我请拖拉机手把手扶拖拉机开到学校里面来，手扶拖拉机有静力学、杠杆原理，开起来有运动学、动力学，里面内燃机里面有热力学。
我在中学，有老师还写好多科普的文章写科普的书，还要技术，根据自己的兴趣做研究，到上海图书馆去查文献。还跟我的一些同学，当时我们一些科技爱好者，还研究基本粒子，当时上海有个基本粒子谜小组，还发表论文。
后来到1978年，我就考到中科院上海技术物理研究所，去做研究生了。当时考研究生，我记得很清楚，要考半导体物理学，但是大学里面上课的时候没有上这门课，我就自修的。但是我大学里面普通物理学特好，理学特好。我自修这门课，做笔记推到公社，考的时候考到90分第二名，我就到中科院上海技术物理研究所去当研究生去了。所以打好基础非常重要，要培养学习新知识的能力。
以后我就跟汤定元先生研究窄禁带半导体碲镉汞，而窄禁带半导体碲镉汞是红外探测器最好的材料，一直到现在为止也都是。
在这样的研究中间，汤定元先生很有远见，因为当时有好多材料，其他一些材料是不是也能够做红外探测器好材料呢?大家还有些看法不一样。但是汤定元先生就看中了碲镉汞这样一个材料，所以我就跟汤定元先生一直研究窄禁带半导体，做了好多研究，发表了好多论文，对窄禁带半导体碲镉汞的基本的物理性能，从光电跃迁到它的各种光学性质、电学性质、晶镉振动的现象、二维电磁器等，做了好多的研究，发表了好多论文，所以在国际上有影响。所以国际上有一本最著名的科学手册，叫《LB手册》，它的题目就是《科学技术中的数据与函数关系》，它每隔10年-15年，邀请世界上有影响的科学家来修订一次，我就是做这个职业，我就负责含汞化合物，也就是国际上面所有的含汞化合物的论文，它所得到的结果能不能写到这本书里面去?那是由我来写的。为什么?因为我在这方面做了大量的工作，发表了好多有价值的论文，所以国际上就有影响。
我们在这个领域，在国际上就有一席之地。而且在这样的基础上，我们推动材料器件的研究，碲镉汞红外探测器，实现它在风云卫星上的应用，实现在空天探测上的应用。
我感到要调动内生动力，要表扬为主、激发成绩、积极思考，而且要培养科学的兴趣，如饥如渴地读书。要发挥发展特长，而且要树立远大的志向目标，努力、坚持不懈，而且要融入时代的潮流，与科技的发展共成长，培训创新能力。
创新能力有好多方面，首先是遵循客观的规律，然后要修炼内在的素质，要勤奋、好奇、渐进、远志，要凝聚驱动的力量。这个驱动的力量非常核心的是兴趣的驱动、智能的驱动，还有成就感的驱动。另外要培养奋斗的精神，勇于解决疑难的问题。要培养杰出的精神，积极求进、一丝不苟。当然还要培养合作的精神，合作共赢。
现在中国GDP总量全世界第二，但是人均还是很低，所以要辩证地来看问题，既看到我们发展好的一面，也要看到我们发展不够的一面。我们现在论文很多，论文现在全世界第一，现在科技人才也很多，科技人才辈出，成果累累，文章专利数量世界领先，成果奖项数量、质量都提升，还有国内人才计划。但是我们原创成果、专利转化、杰出人才、能工巧匠还有待提升，还有一些“卡脖子”的问题有待解决。
所以我们现在特别要做一些思考。比如有一次我看神舟十四号载人飞船发射，为什么他们会成功?我当时就想了这四点，一个是循规机制，第二是勤奋踏实，第三是有兴趣、有责任，第四是奋斗合作。这样的成功四要素。
上次我看我们这个空间站，他们到空间站外面来看地球，他们看到地球在天上飘，人类地球好不容易，也很孤独。当时我就想两点，一点，你看我们中国空间站上去了，但我们科技创新的制高点。第二点我们要建设人类美好的家园。然后再一想我们空间站怎么能够上去呢?也是成功四要素，循规机制、勤奋特策、兴趣责任、奋斗合作。
这次嫦娥三号到天上去，下降的时候，激光雷达就发现地面不平，它就移动了25米，实现了。
木子号卫星到天上去，把两个纠缠光子放到两个地方，很远。难度也很难，相当于你升飞机，要把两个硬币一个放到上海的储物箱，一个放到北京的储物箱，也成功了。但这些成功例子在什么呢?也是循规机制、勤奋踏实、兴趣责任、奋斗合作。
所以我们现在要总结这些成功的经验，要看到我们现在好多发展好的方面，比如三个特斯拉的核磁共振也做得很好，都是我们自己的技术，国产的替代，医疗器械很好，也是成功的四要素。
所以我们要有科学的精神，勤奋踏实，一步一个脚印。古人说，“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”。
李白小时候不用功，有时候他到山下看到一个老太太，铁杵磨成针，他很感动，回去就刻苦用功，后来成大事了。
有一次我到少林寺参观，看到少林寺的地，练功房这个地都凹进去了。怎么会凹进去的呢?他们说是因为练功的事，这个脚蹬地，把这个地都蹬凹进去了。
有一次看阅兵仪式，队伍很整齐，后来我知道他们练的时候头上放块砖，领子上面有这个针放在这里，保持很正。也是非常艰辛地努力，最后他们很整齐。
也就说明了我们要取得进步，要取得成功，要取得成果，一定要是“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”，是吧。
而且我们要有好奇心，不仅仅是我们去认识客观世界的规律跟奥秘。为什么是这样?为什么是那样?我们要有好奇心。而且应用规律的时候，也要有好奇心，为什么这样做是行的?为什么不能那样做?你能够做得更好吗?我们好奇心能够驱动我们的工作。
要培养好奇心驱动下的创新能力、多维思考的能力、提问质疑的能力、想象思考的能力、逻辑推理的能力、踏实坚持的能力。不仅仅我们要得到知识，通过得到知识，我们要掌握经验、积累经验，还要有创意。那么年轻人是最富于创造力的，思维敏锐，敢疑敢问，不墨守成规。我们历史上面好多得诺贝尔奖的人，都是年轻的时候的工作。我也让我的学生去统计了一下，这个得诺贝尔奖的好多都是二十几岁、三十几岁的工作，有好多是博士论文的工作，或者是博士论文工作的继续，最后得诺贝尔奖了，所以年轻人，尤其在现在这个时候，特别重视科技创新，要好好地抓紧这个时机。通过科技创新，来促进技术的发展，来推动我们产业的应用。
爱因斯坦，布尔，都是年轻人，他们三十几岁得诺贝尔奖的。布拉格，海森堡等等都是。希望我们能够，有一种培养科学的素养，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，要有坚韧的做事的态度。
当然我们还要有极致精神、工匠精神。有一次我看微信上面有个视频，它说有两个轴承，一个德国做的，一个中国做的。德国做的这个轴承，转了就不停。中国轴承呢，能够转，也能用，但是就没有德国轴承的好，对吧。所以要工匠精神，追究极致。
最近我知道有一种眼科手术，玻璃体切除，玻璃体里面需要抽出来，那个针也是进口的，中国呢也做不好，做出来质量差。所以我们不仅要做得出，还要做到最好，要有工匠精神，追求极致、精益求精。
做到其次就要掌握背后的道，要知其然，要知其所以然。古人说，“有道无术，术尚可求也。有术无道，止于术”。所以我们技术背后的规律，一定要很好地掌握。
科技创新还是有它的规律的，一般都是做实验，发现规律以后做推论，做了推论以后去再做实验，检查对不对?如果对了，就好了。如果不对怎么办呢?修改这个假设。等到一直做到对了以后，就有规律、有公式、有理论，就可以建立模型，积累了知识。
建立了模型要去推动技术工程的应用，积累了知识要科学传播。所以实践跟思维特别重要。
我们现在要培养科技创新的素质，科技创新有好多素质，我觉得勤奋、好奇、渐进、远志这八个字特别重要。当然我们科学研究、技术研究，它还有它的特点，科技创新，有灵感的瞬间性、方式的随意性、路径的不确定性。但是条件就是实实在在思考，一个没有解决的问题一直在你脑子里面思考，什么时候灵感就出来了，所以我们要自由畅想、大胆假设、小心求证，要勇于实践、勤于实践、善于实践。在思考和实践中，来培养我们的创新能力。
我办公室有副对联，叫“勤奋好学，追求科学真理”，它是渐进实现创新跨越，我想这个对联才是蛮有意思的，也和大家共勉。
所以我对于年纪轻人，我们要培育非常的潜能，那么培育非常的潜能还是有它的一定的这个规律的。我们要练就健康的体魄，要攫取外界的养料，要修炼内在的素质，要凝聚驱动的力量，要融入时代的潮流。谢谢大家。
