摘要:有望拓展人类对物质、生命、能量的基本认知

当下，全球科技发展呈现怎样的总体趋势?数学、物理和化学，发生着怎样的变化?正在举行的第四届世界顶尖科学家论坛发布了《全球科技前沿报告》。

科学探索不断向宏观拓展、向微观深入，有望拓展人类对物质、生命、能量的基本认知，催生新的重大科学思想和科学理论。

【世界各国在探索新的计算体系】

在探索宇宙方面，近年大量的研究集中于激光干涉引力波天文台(LIGO)所探测的引力波信号及其衍生的中子星合并、黑洞合并、原始黑洞、暗物质等方向，而盖亚(Gaia)空间望远镜数据构建的星图、“普朗克”太空探测器数据绘制的前宇宙微波背景辐射图也是受到高度关注的研究方向。

在信息科技方面，人工智能研究及其应用是近年的研究焦点，石墨烯、硅光子、新型二维半导体、量子计算机等成为世界各国探索新的计算体系的方向，新型无线通信、卫星通信、量子通信等通信技术的研究与网络安全、隐私保护、可信人工智能等涉及管理、伦理的研究也愈发受到关注。

在生命科学与医学方面，基因组及表型组研究、神经科学研究、重大疾病研究(包括肿瘤、心血管疾病、中风、抑郁症、老年痴呆症、糖尿病、克罗恩病等)是近年全球科研的热点方向。基因组学、遗传学和表观遗传学，发展与老龄化，神经科学与心理健康等同样也是国际上各基金会资助和奖励的重点方向。

在材料研究方面，材料科学与化学、能源、应用物理等领域呈现非常深入的融合趋势，太阳能电池、传感、催化等是多个学科领域共同关注的重点方向。其中，传感的研究包括纳米传感器、电化学传感器、光纤化学传感器、荧光传感器、湿度传感器、生物传感器等，催化的研究主要在太阳能制氢、二氧化碳催化转化、废水的臭氧催化转化等应用方向的光、电催化剂研究，而微流体、金属纳米团簇、二维材料、超薄金属有机骨架、生物智能材料、忆阻器、激光及发光材料等也是近年科研的热点。

在生态环境方面，全球尺度上的宏观研究，包括全球变暖及甲烷排放、全球海洋数据分析、微生物生态、泛热带生物量碳图、永久冻土融化、地壳板块碰撞等是近年科研的关注点，而灾害气象预警、地球环境预测、极地海冰下海洋观测、地球及海洋仿真、零排放建筑、绿色城市等方向的科学研究和技术研发也在全球蓬勃开展。

【扩展到半径150亿光年的宇宙范围】

数学、物理和化学，是我们最熟悉的基础学科，近年来也发生了许多重大变化。

数学已成为高新技术的重要组成部分。近年来，数学前沿更聚焦学科内部的联系以及数学与计算机科学之间的联系，如算子、泛函、拓扑、张量、流形等一些新的概念不断大量涌现，日渐发展成为现代的科学语言。随着社会的数学化程度日益提高，学科与计算机科学的深度融合，数学的应用不仅在工程技术、自然科学等领域发挥着越来越重要的作用，而且以空前的广度和深度向经济、金融、生物、医学、环境、地质、人口、交通等新的领域渗透。

物理向更深和更广的层次不断延伸。物理学的理论和研究方法对其它学科的建立和发展起到了有力的推动作用，给现代科学技术的发展提供了新思路和新方法。近年来，物理及其交叉领域，聚焦凝聚态物理、原子分子物理和光学物理、粒子物理和核物理、天体物理等。从微观领域来说，研究已经深入到了原子内部、基本粒子内部，发现了尺寸不断减小、能量不断增加的许多连续的层次原子、原子核、基本粒子、夸克等。从宏观领域来说，研究视野已经扩展到半径为150亿光年的宇宙范围，依次突破了银河系、星团、星系和总星系的领域。研究宏观世界的天文宇宙学和研究微观世界的粒子物理学近年来的交叉融合是一个重要的发展趋势。

化学是人类创造新物质的重要途径和手段。近年来，化学及其交叉领域聚焦合成化学、量子化学、化学生物学以及能源化学等。未来，化学将不

仅肩负着创造新物质的历史使命，还面临着为人类社会解决粮食、健康、环境与能源等问题的挑战，尤其是在限域合成化学、特殊结构/功能分子和材料、绿色的新化学合成、生物合成与化学合成的耦合、激发态合成化学等前沿方向持续开展创新研究，必将在人们认识和改造自然、提高人民生活质量和健康水平、推动人类发展和社会进步等方面发挥不可替代的作用。

文章来源：《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/zonghexinwen/2021/1104/1878.html