2021年12月31日晚20时，“2022科学跨年系列活动”之“2022科学跨年之夜”在北京广播电视台科教频道播出，人民日 客户端、新华社客户端、“学习强国”学习平台、央视频、中国青年 客户端、中国科技 、北京时间、北京日 客户端、北京16+1区融媒体中心新媒体平台、科协频道、北京科技 客户端、腾讯新闻、今日头条、哔哩哔哩、新浪科技、微博、抖音、微信视频号等新媒体 络平台联合播出。
本次活动也是北京市广播电视局和北京市科协携手打造首都科普“新视听”后落地播出的首个荧屏品牌，成为推动北京广播电视 络视听和首都公民科学素质建设融合发展的一次重要尝试。
“2022科学跨年之夜”演讲全文如下。
1
科技自立自强：
电磁护航，逐梦九天
苏东林
中国工程院院士
北京航空航天大学教授
▲苏东林院士在演讲中 （摄影：张星海）
电磁干扰和电磁兼容
电磁看不见也摸不着，但却和我们的日常生活密切相关，很多人对于电磁干扰和电磁兼容不太理解，举个简单的例子，现在我们的生活都离不开电，每一个通电的设备都会产生电磁。比如在家听着收音机的时候，如果你的手机接到一个电话，收音机就会受到很大的干扰，会变得异常刺耳，这就是典型的电磁干扰。
现在我们身边的电子产品越来越多了，为什么我们反而觉得干扰的事件很少发生了呢？这是因为现在的电子产品都做得更加完备了，可以做到多个产品的电磁兼容，互不影响。
就好比说演播厅只有我一个人在讲话，大家都听得非常清楚，但如果在场的所有人同时讲话，那么现场会变得很吵，我可能就要不停的提高我的音量，别人也是如此，那样我们就越来越难听到对方说话。但如果我们彼此约定控制自己的音量，不要干扰别人，我们就能在不干扰别人的同时也不受别人干扰，这其实就跟我们的电磁兼容是一个道理。
电磁干扰只在我们生活中有这么一点微不足道的影响吗？其实不然，电磁干扰在历史上造成过航母爆炸的惨重事件。
电磁干扰造成过的重大事故
1967年，美国航母上的一个雷达，照射到它舰载机上挂载的一个导弹，意外把导弹给点燃了，最后引发了连锁的爆炸，导致了重大设备的损失以及人员的伤亡。电磁的影响有的时候就是一瞬间的，而且电磁是看不见摸不着的，很难预警的。这就要让我们更加警觉，任何事情的发生都有它的必然性，没有说哪个事故是突然发生的，其实它都有一个积累的过程，早就有迹象，只不过那些迹象可能我们不太重视，或我们没太观察到。
在我们的实际工作中经常遇到一些电磁相互干扰，导致系统出现不能正常工作的情况，轻者使性能降级，重者可能还会出现一些导致安全事故的重大隐患。这就要求我们像侦探一样，去寻找蛛丝马迹。
航天器的护航者
2021年是我国的航空大年，我们建造了属于我们中国人自己的空间站。12月9日，中国航天员在宇宙中完成了太空授课。最近总有人问我，我们平时乘坐飞机都需要把手机关机或调至飞行模式，为了不对飞机产生干扰，那为什么我们的航天员可以在空间站里进行太空授课，这个通讯难道就不会对空间站的运行产生电磁干扰吗？
其实，我们的空间站以及其他的一些航天器上所用的通讯设备，在建造的时候就已经通过了严密的电磁兼容设计，就是为了确保我们的航天器运行不受干扰。航天工程是一个非常复杂缜密的系统工程，它的稳定运行凝聚了所有航天人的心血，假使一处电磁兼容没设计好，就可能面临重大的航天事故。这就要求我们不仅要解决航天器内部各种设备的电磁兼容问题，更要让航天器免于宇宙中太阳活动，以及一些射电暴等的干扰，任何疏漏都可能导致整个航天任务功亏一篑。
其实，电磁也给我们带来了很多对于世界的认知，比如说我们探索太空，无论是到月背着陆，还是去火星着陆等等，都需要电磁。没有电磁，我们就不会知道浩瀚的星空是什么样子，也不会精确地让玉兔号车准确陆在月球上。包括我们的FAST天眼，它也要通过电磁来捕捉射电暴，看到浩瀚宇宙的一些未知的现象。所以国家的重大工程，重大的科学探索，都离不开电磁。
科学家的使命
我在北京航空航天大学（以下简称“北航”）完成了本科、研究生、博士的学习后，又在这里继续教学30多年，如今我的学生们已经肩负起了国家重大工程的建设，最让我骄傲的就是每次接到同学们的喜 。在国庆60周年，国庆70周年，抗日战争胜利70周年阅兵上，我会第一时间接到我的学生打来的电话。
特别是国庆60周年，那次让我特别惊喜，我的学生在电话中说：“苏老师！苏老师！快看电视上，是我们的飞机在飞！”因为他研制的国防装备能够在国人面前展示，以及我们能在世界面前展示中国的国防力量，他那种喜悦的心情让我特别自豪，他们很好地诠释了北航的空天 国的精神。
北航给我们的教育，让我们从内心深处感受到，国家离不开一代又一代航空航天人的艰苦奋斗，包括我们学校的缔造人之一，钱学森老先生，包括那些从国外回来的27位海外教授，以及我们电磁领域的著名的学者宋丽川老先生，他们都是怀揣着 国的梦想，放弃了原本在国外优越的学习和工作生活环境，回到国内，从一穷二白开始，白手起家，用科学家的智慧，用辛勤的劳动，在国家的支持下，一步一步建立起了我们自己的航空航天事业。
北航有一个特别好的传统，就是带着学生到我们的主机场所，去观察一线的需求，这里是像飞机制造的现场，我们所有的战机都是在这里经过考核飞翔出来的。我们今天能有这么强大的国防，有那么多先进的战机，是依靠了许多勇于用生命来飞出战机性能的试飞员。
我们学校的一位老师给我们讲了一个故事，以前试飞员在飞行回来的时候，家属都是可以迎接他们胜利回归的。但是后来发生了一件事情，就不让家属到现场了，这是因为一次非常惨痛的事故。有一次一个飞行员在飞机着陆的时候，飞机的姿态没有调整过来，最后飞机是背朝地着陆的。当时我就在想，这会不会是因为电磁干扰导致飞行的姿态没有调整过来呢？所以，我就立志一定要把飞机的电磁兼容工作搞好，保证我们飞行员的安全，战时也能保证我们的战机在战场上取胜。
2
后疫情时代：
健康活到100岁
樊代明
中国工程院院士
美国医学科学院外籍院士
法国医学科学院外籍院士
无论喜欢不喜欢，人这一辈子都要经历生、老、病、死。
自古以来，人们对生死提出了很多看法，比如“生当作人杰，死亦为鬼雄”，又如“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”。其实，生是很短暂的，死也是很短暂的，而生和死之间这个过程我们叫“活”。
我们“活”的是什么呢？我们活的是“命”，生命的命。生命是什么？按我的理解，生命是无限的时间中，我们每一个人的“一会会儿”；是无际的空间中，我们每一个人的“一点点”。仅凭这一点点、一会会儿，我们能活下去确实不易。
我们为什么能活下去？因为生命在“奋斗”。
你还能记住出生时的三次特别的哭声吗？这三声啼哭，并不是我们向世界宣告自己的到来，而是在表达求生的欲望。
第一次哭声是我们要呼吸——我们需要氧气，不然就会憋死。自从有了第一次哭声以后，我们全然不知一辈子吸了多少氧，平平静静就过来了。
第二次哭声是要饮食——含上奶瓶，我们就不哭了。这一辈子吃下多少的食物和水，我们也是全然不知，其数难计。
那第三声哭声是什么呢？那就是排泄，只有进没有出，我们恐怕也是要“憋死”。
保护呼吸系统
在人体的细胞里，有一种细胞器称为线粒体。线粒体负责为细胞供能，让我们有力量。线粒体产生能量需要什么？需要氧气。我们只有吸入氧气，再将这些氧气输送到细胞里头，才可能产生能量。
我们的肺是一个了不起的器官，从我们出生一直到离开这个世界，肺脏一直在工作，从来没有停息过。肺内的气体交换面积很大，这使得我们吸入足够的氧气并通过肺泡进入到血液循环，再运到组织当中。反过来，组织中产生的二氧化碳等又通过肺呼出体外。
▲樊代明院士在科学跨年夜现场演讲 （摄影：张星海）
但是，有的人为了一时的快乐而频繁吸烟，对肺脏产生了很大的损害。到最后，肺内的气体交换面积就越来越小。所以，吸烟者首先是跑着喘气，然后站着喘气、坐着喘气，最后躺下来都得喘气。更重要的是，吸烟会引起肺组织的增生，最后可能演变为癌组织，又侵占了更多地方。
当肺部的气体交换出现障碍时，为了保持供氧，心脏的工作负荷就会加重，最后还会引起肺心病等疾病。所以，我们一定要格外爱惜自己的肺。
呵护消化和排泄系统
人类的生存，不仅需要“氧气的氧”，还需要“营养的养”。而人体消化道对于营养吸收的重要性不言而喻。
在人体的肠、胃、肝、胰等消化器官的共同努力之下，日常饮食中所摄入的东西，才最终变成身体需要的物质。因此，我们吃的东西要平衡，既不要过多也不要过少，既不要过精也不要过粗，既不要过快也不要过慢，既不要过早吃也不要过晚。只有这样，才能保护消化道的健康。
可是，有部分的人喜欢喝酒，但是酒喝多了，对消化道的危害很大。
实际上，我们的消化道就像房间里的墙壁，表面涂了一层“白灰”保护层。酒精会破坏消化道表面的粘液层，进而引起肝炎、肝硬化和肝癌等。38度以下的酒，对消化道黏膜的损害相对小，而50度以上的酒，损害则是很大的。
如今，酒精性的肝硬化已经成了非常常见的疾病。所以大家饮酒要极为限量，保护宝贵的消化道。
维持人体的平衡，还讲究“有进也有出”。这方面，排泄系统功不可没。近年来大量医源性和药源性的疾病出现，就是由于一些人不加选择，吃了很多不应该吃的药。因此，我们在平常的吃、喝当中，都一定要有所节制。
“抗老”不如“延老”
生命在发展的过程中，往往要经历两个考验：一个是老，一个是病。
生命究竟有多长，是自然界已经固定了的。比如老鼠只能活2年多，狗可以活14~ 15年，而根据现在科学的计算，人的寿命极限是120岁。当代社会的平均寿命接近80，所以我们还有40年的“奔头”。
当然，每个人都活到120岁是不太可能的。如果给这40年打个对折，那人们能力争达到的“天年”就是100岁。
从出生到老，我们不断地追求增强自己身体的力量。但是这个世界上，没有谁能永远平安，我们都难免会经历疾病或者受伤的状态。各种疾病来来往往，忽来忽去，有的病因是外来的，比如新冠肺炎病毒；有的病是体内的平衡出了问题，于是引起了疾病。
人们总说要“抗老”，但正如树木到了季节终究要落叶，“抗老”是做不到的。我们能够做到的是“延老”，即延缓衰老到来的时刻，尽量地活得长。我们也经常说“抗病”，但有些疾病不是用“抗”的，而是要调节的——与其说抗病，不如说防病。
（摄影：张星海）
当代社会有很多损害人体自然力，不利于延老、不利于防病的因素出现，此前提到的吸烟、酗酒就是例子。
此外，人体的许多功能，会随着体内外情况的变化而变化。这些影响因素包括外界环境，包括心理状态，也包括了时间。
这个世界上的“日出日落、潮起潮落、花开花落”，都会随时间的变化而变化，人体也不例外。所以，正午十二点努力工作，效果也很好；晚上十二点还在加班熬夜，那就是在“以命抵命”。我们要掌握生物钟的规律，反其道而行终究行不通。
总之，我们只有从科学的角度来理解人生、理解健康，才能达到“生不老、老不病、病不死，健康活到100岁”。
3
“双碳”行动：
神奇的地下“井工厂”
高德利
中国科学院院士
中国石油大学（北京）石油与天然气工程
国家重点学科负责人
石油工程教育部重点实验室主任
石油、天然气、煤炭，是当今世界的三大能源支柱。可是这三大支柱，也是排放二氧化碳的“大户”，尤其是煤炭。2020年，我国的能源消费结构中，煤炭、石油、天然气加在一起，占比接近85%（其中煤炭近57%）。
为了阻遏全球变暖，我国提出了“双碳”目标，即：力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值，并努力争取在2060年前实现碳中和。在国家“双碳”战略目标的要求下，我们必须减排。
既要实现“碳达峰、碳中和”目标，又要保障国家能源安全，这是我国面临的重大需求和挑战。在可以预见的未来，传统化石能源依旧是人类所依赖的主要能源，因此我们必须推动传统化石能源的绿色开发与利用，亟需用创新性思维和办法来解决相关问题。
煤炭不能简单放弃
在我国大力推进碳减排的形势下，把煤炭“换掉”行不行？立足于现实来说，这是很难做到的。
我国陆地埋深在1000~3000米这个层面的煤炭资源量将近3.8万亿吨，埋深超过3000米的更深部还有不少煤炭资源，而且海洋覆盖区域也蕴藏着丰富的煤炭资源。可以说，我国是一个名副其实的“煤炭大国”。
人们平时生活和生产中使用的电力，其实属于“二次能源”，是燃烧煤炭或其他能源资源转化而来的。如今我国电力的供应基本上是稳定的，但是，如果离了煤电，电力供应的安全保障就会受到很大影响。2021年，全国很多地方电力供应紧张，甚至限电、断电，就与煤炭供应减少有很大的关系。
我们不妨换一种新的思路：能不能把煤炭等化石能源变成低排放的低碳清洁能源？如果我们实现了这个目标，就既能保证国家能源安全，又能兼顾环保减排的要求。
▲高德利院士在科学跨年夜现场演讲 （摄影：张星海）
我们要怎么样才能实现这个目标呢？我们可以想办法把原本建在地面的煤制气（氢气及其他燃气）、煤制油等化工厂及煤电厂，都“搬到”地下去就好了。
例如，让煤炭在地下实现绿色、低碳的转化，产出氢气、甲烷气等气态能源，而包括煤灰、煤渣等在内的固体废物，则可全都留在地下。如此一来，我们国家能源消费结构就可以跨越石油时代，从目前的煤炭时代进入未来的气态能源时代。
神奇的地下“井工厂”
地下煤层中往往含有煤层气，其主要成分为甲烷气（学名），它还有一个恐怖的名字叫“瓦斯”。很多人都知道，煤矿瓦斯爆炸，是采煤过程中的第一大“杀手”。再者，煤层气如果被释放到大气中，还会导致严重的温室效应，等量煤层气所产生的温室效应要大于二氧化碳的20多倍。
但从另一个角度来看，煤层气其实也是种低碳清洁的非常规天然气。相关资料显示，我国陆上煤层气资源量达到71万亿立方米，其中埋深超过2千米的煤层气资源量超过40万亿立方米。在采煤前先将煤层气开采出来，即“先采气后采煤”，这不仅能减少煤矿瓦斯灾害、保护大气环境，而且还能增加天然气供给，缓解我国天然气供求矛盾。
如何开采这些深层能源资源呢？我们可以在采煤之前，首先在地下开设“工厂”，把危险的煤层气开采出来，作为一种低碳清洁的气态能源加以利用。
地下数千米的深处，人员作业的危险性和成本都很高，所以要在地下开设“工厂”，主要依靠定向钻掘技术。这类通过钻掘来建立的工厂显然有别于地面上搭建的工厂，可以称之为地下“井工厂”。
定向钻掘技术在油气行业内已经比较成熟了，对于地下深层的油气，人们通常是在地下建立通道，让油气自己流出来。虽然听起来像水井一样简单，但实际上油气井的结构更复杂，而且更深（如今我国最深的油气井已超过9000米了）。
借助油气领域“定向钻掘”的技术，地下工厂所需的管道、反应室等，都可以按需钻出来，可以控制钻头几乎是“想去哪就去哪”。
▲地下“井工厂”概念示意图 （供图：高德利）
我们有一个概念设计：首先在煤层顶部沿着水平方向打一个几百米（甚至上千米）的生产井，并做适当的增产改造，配套各种设施和功能。
而在煤层的底部，还要钻一些水平加热井，进行煤矿的加热转化——煤层气会吸附在煤炭上，给开采造成难度，如果在煤层底部加热，这些煤层气就会解吸出来，最终进入生产井，使煤层气的产量增加、采收率提高。
在煤层气采集完成的基础上，可对地下“井工厂”进行适当改造，以便将剩下的煤炭转化为气态能源等。
可以说，这项技术战略举措对于我国深地煤层气与煤炭一体化绿色开发来说，是极具突破性的一环。
采用绿色能源给地下“井工厂”供电
在煤层气的采集过程中，地下“井工厂”的电加热设备需要耗电来加热煤层。我国如今还是以火力发电为主，如果用火力发电的方式给矿井设备供电，岂不是“捡了芝麻，丢了西瓜”？因此，使用清洁能源发电也是很重要的。
例如，我们可以利用风能、太阳能等可再生能源电力为矿井设备供电，让“井工厂”用上“更好的电”，可促使深地能矿绿色高效开发工程实现节能减排与降本增效的目标。
“井工厂”和可再生能源电力相结合，可以做到因地制宜、就地取材。比如开采煤炭的矿场恰好风很大，就能利用风能发电；光照条件好，就可以采用光伏发电。
风能和太阳能虽然清洁，但有一个无法回避的问题：不稳定。这些可再生能源的输出，受到天气变化的强烈影响。幸而这些不稳定性对“井工厂”的影响不是特别大。只要再加一些储能的设施，就完全可以加以调节。相关技术还有待研发，并需要多学科交叉融合。
总之，既要实现“双碳”目标，又要保障国家能源安全，这是我国面临的重大需求和挑战，在可以预见的未来，传统化石能源依旧是人类所依赖的主要能源，因此我们必须推动传统化石能源的绿色开发与利用，必须用创新性思维和办法来解决核心问题。
推动我国实现“双碳”是一项关系到我国未来数十年发展的战略性举措，其不仅是履行我国作为世界第二大经济体的国际义务与责任，也是我国实现发展方式转型的必然路径。
根据我国能源矿产资源的禀赋情况，“深地能矿原位转化与绿色高效开发利用”技术应该成为我国实现“双碳”战略目标和保障国家能源安全的重大战略举措之一，特别是面对那些埋深超过1000米的深部煤炭与煤层气资源一体化绿色高效开发难题，这样的战略举措很可能是必由之路，其潜在的经济社会价值难以估量。
另外，通过实施如此重大的战略举措，可望建立跨行业交叉融合与协同创新发展范式，同时在深地能矿原位转化与绿色高效开发领域形成新的学科与产业布局，甚至在很大程度上引领未来能源技术的发展方向。
4
元宇宙：
推开“虚实融生”那扇门
沈阳
清华大学新闻与传播学院教授
在过去的2021年当中，可以说是来到了“元宇宙元年”，关于元宇宙的认知、技术和生态都有了长足的进步。
在2020年年底，我们团队做了一个虚拟人的研究 告。在这个 告当中，我们对虚拟人做了一些分析，然后到2021年上半年，我们开始去关注元宇宙
2021年3月，美国的一家公司Roblox上市的招股书里面，就明确地说了元宇宙的一些概念。到了2021年的下半年，Facebook把公司更名成Meta，元宇宙开始广泛地进入到大众的视野当中来。这个概念迅速地“出圈”了。
给元宇宙下一个定义
2021年被称之为元宇宙的元年，那元宇宙到底是什么呢？这需要从比较早的一个科幻小说说起。1992年，有一部科幻小说叫《雪崩》，在这个小说当中，实际上提出了两个概念：第一个概念就是元宇宙。
我们利用简单有效原理，可以来给元宇宙下一个定义：元宇宙是整合了多种新技术的、新型的、虚实相融的互联 的应用和社会形态。
为什么说它整合了多种新技术呢？因为元宇宙本身不是一个技术，它是一个概念。
原来我们有很多相关的技术，这些技术有各自发展的方向，它们是离散的。但是有了元宇宙概念之后，我们就知道了，目前人类可见的终极的互联 演化的方向。每一种跟互联 相关的技术都会朝这个方向去演化。
另外一个概念就是虚实相融。这是什么意思？有人认为，元宇宙是一个虚拟的世界，如果只是局限于此，就把增强现实给排除出去了。
增强现实是在我们真实的世界当中叠加一个新的虚拟的场景，举一个简单的例子，在未来的两三年当中，你戴一个智能眼镜，我也戴一个AR的增强现实智能眼镜，然后我们俩聊天：“兄弟，我们来玩一会儿西游记。”
这个时候我们俩的桌子上可以同时出现一个孙悟空，然后我们俩在智能眼镜当中去操作，可以操作孙悟空，也可以操作猪八戒。这个是在我们真实的世界上叠加一层虚拟的信息。
所以我们说元宇宙是虚实相融的，它有多种形态：有虚拟现实的元宇宙；有增强现实的元宇宙；有脑机接口的元宇宙；乃至未来科幻世界所描绘的数字永生的元宇宙。
▲沈阳教授在科学跨年夜现场演讲 （摄影：张星海）
三个最核心的技术
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