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在马克思辨证唯物主义哲学中有一句经典的概括：“世界是物质的，物质是联系的，联系是有规律的，规律是可以被认知的。”物质科学的发展正印证着这样的规律。在第三届江苏省青年科学家年会上，中国科学院常务副院长白春礼院士作了题为《科学发展与物质科学变革性研究》的特邀报告。一个半小时的报告带领与会者走近物质科学发展的前沿。未来，由物质科学前沿突破推动的种种神奇的变革性技术将百花盛开，为人类的未来生活带来便捷，为赖以生存的自然环境带来清洁，为自然科学中未知领域的研究带来希望。
核能利用，点亮未来可替代能源新曙光
在IEA发布的《世界能源展望2008》预测，从2006年至2030年世界一次能源需求从117.3亿吨油当量增长到了170.1多亿吨油当量，增长了45％，平均每年增长1.6％，能源供应安全将成为制约世界经济的重要因素。白春礼表示，目前作为人类主要能源的煤、石油、天然气以及用于产生核裂变能的铀，将在数十年至一、二百年内枯竭。白春礼指出，在物质科学宏观尺度研究中，核能研究是基本科学问题之一，先进核聚变技术和核聚变技术的研究将有可能从根本上解决能源问题。
白春礼认为，在众多可替代能源中，只有核能才可能被人类大规模使用，核能包括核裂变能和核聚变能，未来核能也将逐步取代化石能源成为人类的主要能源。但是，核电要长期发展必须面对的两大关键问题，一个是核燃料的稳定供应，一个是核废料的安全处置。钍一直被认为是一种潜在的核能资源，白春礼介绍说，钍资源是铀的3倍，我国探明储量丰富，钍资源可支付我国核电数百年，理想情况可达千年。以钍为核燃料，产生的核废料少，放射性低，原理可行，但仍有许多基础科学和关键技术问题尚未解决。对于核废料解决问题，他表示中国科学家正着手推进加速器驱动的次临界系统（ＡＤＳ）研究，期望通过燃烧高放射性废料，使之嬗变成为半衰期很短的物质，达到处理核废料的目的。同时，他也畅想了未来清洁、安全和永久性能源——聚变能。核聚变与太阳能、风能、地热相比，不受时间和地域的限制，反应的原料是氢的同位素氘和氟，氘丰富地蕴藏在水中，可人工制取，所以它也是一种取之不尽的能源。把海水通过核聚变转化为能源，1升海水中30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油，按目前世界能源消耗水平，可供人类用上亿年。除了燃料丰富且价格低廉，同时，核聚变几乎没有放射性废物产生，运行安全可靠。但要实现人工核聚变还存在很多技术困难，点亮未来能源新曙光，还需要科技工作者共同努力。
纳米绿色制版，引领印刷业技术新变革
物质科学大显身手的地方有很多，不仅仅局限在科技领域，同样引领文化的传承与发展。也许这会让人疑惑，一向分门别类的科学事业和文化事业，怎样在物质科学前沿技术的发展下，统筹前行，共促发展呢？
文字传承文化，活字印刷被誉为我国古代最具影响力的四大发明之一，这是印刷行业的第一次飞跃。二十世纪，第一台汉字激光照排机诞生，我国重大工程技术成就——激光照排技术成就我国印刷技术跨越式发展，“汉字信息处理与印刷革命”仅次于“两弹一星”名列第二。
虽然激光照排技术比古老的铅字排版工效至少提高5倍，被印刷业广泛应用。但是这种技术也不是十全十美的。白春礼指出，因为激光照排是将文字通过计算机分解为点阵，然后控制激光在感光底片上扫描，用曝光点的点阵组成文字和图像，带来的废液排放严重污染自然环境。无论是激光照排技术，还是现在流行的计算机直接制版技术（CTP技术），其基础都是感光材料预涂层及感光成像技术。在生活中，我们发现印刷上内容的纸张常常会预留很多的空白处，但这并不表示这些地方没有消耗原料，相反因为在印刷的过程中，对于空白的地方一样会进行预先涂层，这就会浪费掉将近90％的资源。
面对印刷业对资源的浪费和环境的污染，物质科学在纳米尺度的研究基础上，一种纳米绿色制版技术被提上研究日程。白春礼介绍说，这种纳米制版技术不避光、低成本、无污染、高度自动化，这将解决目前感光化学成像带来的污染和浪费问题；这种直接物理成像过程大大简化了工艺流程，降低了成本，也使印刷的控制变得更加简单、方便和高效，真正实现了直接制版的绿色数字化时代；同时，纳米粒子有效增强转印材料的耐摩擦性，同时避免微米颗粒复合引起的打印头堵塞及分辨率低等问题，纳米科技的应用，不仅大大提高了耐印力，而且有效地提高了影像的精度。 不需要感光成像、不会污染环境、印刷流程缩短……由物质科学纳米尺度研究领域，催生出以“非感光、低成本、无污染、高度自动化”为特征的纳米绿色制版技术，将推动我国印刷行业的技术进步，成为取代激光照排和计算机直接制版技术的前沿印刷制版技术。
量子密码，未来网络通信安全的守护神
21世纪的今天我们过多的依赖网络去工作和生活，网络通信、电子商务、电子金融……大量敏感信息通过网络去传播，为了保护个人信息的安全性，防止被盗和篡改，信息加密成为解决问题的关键点。有没有绝对可靠的加密方法？加密密钥被窃取或破译的可能性有多大？在物质科学量子尺度的研究领域里，量子密码研究给了我们一个很好的答案。
白春礼指出，经典的保密方式理论上已经被证明是可以破解的，而基于量子学原理的保密方式，则在理论上是不可破解的。量子密码术是密码学与量子力学结合的产物。这种加密方法是用量子状态作为信息加密和解密的密钥。简单来说，量子加密就是利用具有特殊量子性质的光子产生密码的技术，量子的一些神奇性质是量子密码安全性的根本保证。
他举例说，2004年在北京与天津之间成功实现了125公里光纤的点对点的量子密钥分配，解决了量子密码系统的稳定性问题。2007年，在北京商用光纤上实现了40公里范围内四用户的城域量子通信网络。2009年，国庆60年之际，在关键区域之间也构成绝对安全的实时语音密量子通讯热线，保证了信息传递的安全和准确性。
量子通信技术的发展，让人们看到了信息安全的曙光，但是白春礼同时指出应用的一个难题，光纤存在固有的光子损耗，所以光量子传输难以通过光纤向远距离拓展。因为近地面自由空间通道会受地面障碍物、地表曲率、气象条件的影响，因此光量子传输难以在地面自由空间中向远距离拓展。但在自由空间中，环境对光量子干扰极小，如果光量子穿越大气层进入外层空间，损耗更接近于零，所以利用卫星平台，克服地表曲率的量子通信技术已经进入研究之中。
微观物质研究，解密奇幻未知空间
宇宙是怎样形成的？通过将高度活跃的质子以超快速度撞击到一起，上演微缩版的“宇宙大爆炸”。以“小”见“大”，两颗微小的质子竟能揭示宇宙起源的奥秘，这正如白春礼所說，在物质科学的研究中，宏观、微观是有着密切联系的。
物质科学中，还有空间尺度和未知尺度的研究。空间尺度研究的基本科学问题是天体提高分辨率观测方法，天文甚长基线干涉技术推动了我国探月工程的进程；在未知尺度领域里，暗物质和暗能量的发现，大尺度的天文观测技术和微观粒子的实验探测，将使物质世界得到全新认识。
在谈到未知尺度的研究时，白春礼指出，暗物质和暗能量是21世纪最大的科学之谜，暗物质存在于人类已知的物质之外，已知物质的能量和暗物质的能量相比小于三分之一，暗物质的问题起源于天文观测，但最终解决则依赖于物理学与天文学的结合，它是天文学与物理学的交叉与融合的前沿。一方面，利用天文方法对暗物质在宇宙空间中的分布作出越来越精确的测量，这对进一步帮助我们理解暗物质的本质至关重要。另一方面，在实验室去探测暗物质粒子信号变得日益重要，黑暗物质研究从天文观测的大尺度宏观性质转向暗物质的微观粒子性质的实验探测。
从宇宙、地球、原子、分子、电子到物质结构，对物质科学的深入认识，将拓展对已有重要科技概念的理解，开辟新的研究领域，萌芽若干变革性科学技术，进而带动行业和产业的发展。
（夏文燕 编辑：孙虎）
（江苏省科协）
核能利用，点亮未来可替代能源新曙光
在IEA发布的《世界能源展望2008》预测，从2006年至2030年世界一次能源需求从117.3亿吨油当量增长到了170.1多亿吨油当量，增长了45％，平均每年增长1.6％，能源供应安全将成为制约世界经济的重要因素。白春礼表示，目前作为人类主要能源的煤、石油、天然气以及用于产生核裂变能的铀，将在数十年至一、二百年内枯竭。白春礼指出，在物质科学宏观尺度研究中，核能研究是基本科学问题之一，先进核聚变技术和核聚变技术的研究将有可能从根本上解决能源问题。
白春礼认为，在众多可替代能源中，只有核能才可能被人类大规模使用，核能包括核裂变能和核聚变能，未来核能也将逐步取代化石能源成为人类的主要能源。但是，核电要长期发展必须面对的两大关键问题，一个是核燃料的稳定供应，一个是核废料的安全处置。钍一直被认为是一种潜在的核能资源，白春礼介绍说，钍资源是铀的3倍，我国探明储量丰富，钍资源可支付我国核电数百年，理想情况可达千年。以钍为核燃料，产生的核废料少，放射性低，原理可行，但仍有许多基础科学和关键技术问题尚未解决。对于核废料解决问题，他表示中国科学家正着手推进加速器驱动的次临界系统（ＡＤＳ）研究，期望通过燃烧高放射性废料，使之嬗变成为半衰期很短的物质，达到处理核废料的目的。同时，他也畅想了未来清洁、安全和永久性能源——聚变能。核聚变与太阳能、风能、地热相比，不受时间和地域的限制，反应的原料是氢的同位素氘和氟，氘丰富地蕴藏在水中，可人工制取，所以它也是一种取之不尽的能源。把海水通过核聚变转化为能源，1升海水中30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油，按目前世界能源消耗水平，可供人类用上亿年。除了燃料丰富且价格低廉，同时，核聚变几乎没有放射性废物产生，运行安全可靠。但要实现人工核聚变还存在很多技术困难，点亮未来能源新曙光，还需要科技工作者共同努力。
纳米绿色制版，引领印刷业技术新变革
物质科学大显身手的地方有很多，不仅仅局限在科技领域，同样引领文化的传承与发展。也许这会让人疑惑，一向分门别类的科学事业和文化事业，怎样在物质科学前沿技术的发展下，统筹前行，共促发展呢？
文字传承文化，活字印刷被誉为我国古代最具影响力的四大发明之一，这是印刷行业的第一次飞跃。二十世纪，第一台汉字激光照排机诞生，我国重大工程技术成就——激光照排技术成就我国印刷技术跨越式发展，“汉字信息处理与印刷革命”仅次于“两弹一星”名列第二。
虽然激光照排技术比古老的铅字排版工效至少提高5倍，被印刷业广泛应用。但是这种技术也不是十全十美的。白春礼指出，因为激光照排是将文字通过计算机分解为点阵，然后控制激光在感光底片上扫描，用曝光点的点阵组成文字和图像，带来的废液排放严重污染自然环境。无论是激光照排技术，还是现在流行的计算机直接制版技术（CTP技术），其基础都是感光材料预涂层及感光成像技术。在生活中，我们发现印刷上内容的纸张常常会预留很多的空白处，但这并不表示这些地方没有消耗原料，相反因为在印刷的过程中，对于空白的地方一样会进行预先涂层，这就会浪费掉将近90％的资源。
面对印刷业对资源的浪费和环境的污染，物质科学在纳米尺度的研究基础上，一种纳米绿色制版技术被提上研究日程。白春礼介绍说，这种纳米制版技术不避光、低成本、无污染、高度自动化，这将解决目前感光化学成像带来的污染和浪费问题；这种直接物理成像过程大大简化了工艺流程，降低了成本，也使印刷的控制变得更加简单、方便和高效，真正实现了直接制版的绿色数字化时代；同时，纳米粒子有效增强转印材料的耐摩擦性，同时避免微米颗粒复合引起的打印头堵塞及分辨率低等问题，纳米科技的应用，不仅大大提高了耐印力，而且有效地提高了影像的精度。 不需要感光成像、不会污染环境、印刷流程缩短……由物质科学纳米尺度研究领域，催生出以“非感光、低成本、无污染、高度自动化”为特征的纳米绿色制版技术，将推动我国印刷行业的技术进步，成为取代激光照排和计算机直接制版技术的前沿印刷制版技术。
量子密码，未来网络通信安全的守护神
21世纪的今天我们过多的依赖网络去工作和生活，网络通信、电子商务、电子金融……大量敏感信息通过网络去传播，为了保护个人信息的安全性，防止被盗和篡改，信息加密成为解决问题的关键点。有没有绝对可靠的加密方法？加密密钥被窃取或破译的可能性有多大？在物质科学量子尺度的研究领域里，量子密码研究给了我们一个很好的答案。
白春礼指出，经典的保密方式理论上已经被证明是可以破解的，而基于量子学原理的保密方式，则在理论上是不可破解的。量子密码术是密码学与量子力学结合的产物。这种加密方法是用量子状态作为信息加密和解密的密钥。简单来说，量子加密就是利用具有特殊量子性质的光子产生密码的技术，量子的一些神奇性质是量子密码安全性的根本保证。
他举例说，2004年在北京与天津之间成功实现了125公里光纤的点对点的量子密钥分配，解决了量子密码系统的稳定性问题。2007年，在北京商用光纤上实现了40公里范围内四用户的城域量子通信网络。2009年，国庆60年之际，在关键区域之间也构成绝对安全的实时语音密量子通讯热线，保证了信息传递的安全和准确性。
量子通信技术的发展，让人们看到了信息安全的曙光，但是白春礼同时指出应用的一个难题，光纤存在固有的光子损耗，所以光量子传输难以通过光纤向远距离拓展。因为近地面自由空间通道会受地面障碍物、地表曲率、气象条件的影响，因此光量子传输难以在地面自由空间中向远距离拓展。但在自由空间中，环境对光量子干扰极小，如果光量子穿越大气层进入外层空间，损耗更接近于零，所以利用卫星平台，克服地表曲率的量子通信技术已经进入研究之中。
微观物质研究，解密奇幻未知空间
宇宙是怎样形成的？通过将高度活跃的质子以超快速度撞击到一起，上演微缩版的“宇宙大爆炸”。以“小”见“大”，两颗微小的质子竟能揭示宇宙起源的奥秘，这正如白春礼所說，在物质科学的研究中，宏观、微观是有着密切联系的。
物质科学中，还有空间尺度和未知尺度的研究。空间尺度研究的基本科学问题是天体提高分辨率观测方法，天文甚长基线干涉技术推动了我国探月工程的进程；在未知尺度领域里，暗物质和暗能量的发现，大尺度的天文观测技术和微观粒子的实验探测，将使物质世界得到全新认识。
在谈到未知尺度的研究时，白春礼指出，暗物质和暗能量是21世纪最大的科学之谜，暗物质存在于人类已知的物质之外，已知物质的能量和暗物质的能量相比小于三分之一，暗物质的问题起源于天文观测，但最终解决则依赖于物理学与天文学的结合，它是天文学与物理学的交叉与融合的前沿。一方面，利用天文方法对暗物质在宇宙空间中的分布作出越来越精确的测量，这对进一步帮助我们理解暗物质的本质至关重要。另一方面，在实验室去探测暗物质粒子信号变得日益重要，黑暗物质研究从天文观测的大尺度宏观性质转向暗物质的微观粒子性质的实验探测。
从宇宙、地球、原子、分子、电子到物质结构，对物质科学的深入认识，将拓展对已有重要科技概念的理解，开辟新的研究领域，萌芽若干变革性科学技术，进而带动行业和产业的发展。
（夏文燕 编辑：孙虎）
（江苏省科协）