大国重器

序 我们能为实现国家科技自立做些什么？

 我们这个时代的底色可以说是科技塑造的，科技的飞速发展使得日新月异、一日千里这样的词不再只是比喻，往往代表了我们当下对时间和空间的真实感受。人类在 18 世纪中期进入第一次工业革命时期，19 世纪中期因电力的运用而迎来了第二次工业革命，中国缺席了这两次工业革命，在 20 世纪后半叶抓住了信息技术引领的第三次工业革命的机遇，终于迎头赶上。仅仅 100 多年前，我们这个积贫积弱的农业国面对“千年未有之变局”还在为谋求民族独立而奋斗，而如今，我国已拥有 41 个工业大类、207 个工业中类和666 个工业小类，成为全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家，并实现了全面建成小康社会的目标，科技进步在其中的重要作用大家有目共睹。
 都说“十年生聚，十年教训”，10 年时间可以带来很大改变，尤其是对于生活在现代的我们。11 年前的 2011 年，知乎成立。那一年，中国的国内生产总值（GDP）首次超越日本，成为全球第二大经济体；载人航天工程“三步走”规划迈出第二步的重要阶段，我国第一个空间实验室平台——“天宫一号”发射成功，“神舟八号”顺利与“天宫一号”完成对接。同一年，袁隆平百亩超级杂交水稻亩产破 900 千克。
 2015 年，知乎年度十大问题中出现了“你是什么时候感觉到‘中国强大了’？”这样的问题。也是在这一年，诺贝尔生理学或医学奖被授予了我国中医科学院首席科学家屠呦呦，因她通过发现青蒿素，从而开创疟疾治疗新方法。那一年，中国还成功获得了2022 年北京冬季奥运会的主办权。
 11 年后的今天，中国的 GDP 已经达到了作为世界第一的美国 GDP 的 70%。载人航天工程“三步走”进入第三阶段：作为“天宫号”空间站落成的重要步骤，我们刚刚发射“天舟四号”，成功对接空间站“天和”核心舱；“神舟十三号”载人飞船上的 3名航天员顺利返回地球，以 182 天的总任务时长刷新了中国载人航天飞行任务的纪录。国产大飞机 C919 也传来喜讯，即将交付首家用户的首架飞机首次飞行试验成功。
 知乎成长的这十多年，与亿万用户一起见证了我国科学技术的高速发展。这些成就举世瞩目，也无一例外地频频登上知乎热榜，它们牵动着我们每个普通中国人的心弦。很多知乎答主都是各行各业的科技骨干，不少人亲身参与了这些成果的建设过程，更多的用户则为中国取得的每一次科技进步鼓掌加油——“长征五号”的首飞成功、暗物质粒子探测卫星“悟空”号获得重大成果、“嫦娥四号”着陆月球背面，都曾成为知乎年度十大热门问题。
 在 2021 年知乎举行的“向科学要答案”专题活动中，我通过视频回答了“什么是‘科技自立’？我们如何实现科技自立？”这一问题，最后提出了这样一项倡议：“为科学点赞同，让真正的科学知识获得传播；为科学家点赞同，让辛勤工作的科技工作者获得认可；为科学精神点赞同，向科学要答案，让每个人都能从中获得解答。”在我国走向科技自立的道路上，知乎也在尽着绵薄之力。这是知乎的初心，也是知乎创立 11 年来一直努力并投入大量精力在推动的事业。你现在看到的这本知乎版《大国重器》就是其中的一部分。
 知乎图书此次策划的《大国重器》，选取了我国 2011—2021 年中 50 项具有代表性的科技成果，较全面地反映了我国在基础科学、前沿科技、经济民生、健康保障四个方面所取得的重大成就。以前，我们用地大物博来形容自己，历史悠久、人口众多是我们对“大国”的定位；而现在，我们在综合国力上重新回到世界前列，大至宏观世界的天体运行、星系演化、宇宙起源，小至微观世界的基因编辑、粒子结构、量子调控，我国都走在当今世界科技发展的最前沿，这才是我们需要担负起的“大国”责任。
 本书介绍了暗物质和引力波的观测等目前的研究热点，包括我国用于探测暗物质的四川锦屏地下实验室、“悟空”号暗物质粒子探测卫星，以及用于研究引力波的“太极计划”。在深空探测方面，“天问一号”奔赴火星，“嫦娥五号”带回月壤，本书重点讲述了我国载人航天工程的最新进展。科学研究离不开大科学装置，作为目前世界上最大单口径、最灵敏的射电望远镜 500 米口径球面射电望远镜（FAST）——“中国天眼”，当然也少不了它的身影。本书还介绍了作为国际竞争热点的量子通信和量子计算，包括世界首颗量子通信科学实验卫星“墨子号”和目前性能最强的量子计算原型机“九章二号”。深入微观，探究生命的本质是另一个重要的科学前沿方向。对于基因编辑、基因测序、核磁共振仪器等反映科学最前沿的领域，本书也总结了我国科学家在这些方向上取得的最新科技成果。 
 除了上述科学研究及重大科学装置，本书还囊括了深刻改变人类工作与生活方式的科技应用，其中很多涉及“卡脖子”的技术突破关口。比如，大家都十分关心的超分辨光刻设备，它代表了我国在集成电路领域的发展水平；第四代核能的突破性进展，介绍了如何安全高效地利用核能源；先进制造领域的智能铸锻铣复合制造机床，引领国际复杂工艺的绿色制造；深海探测、地球探测的新手段，帮助能源开发利用和空间科学的发展；以及在此次抗击新冠病毒疫情中，我们如何通过科学助力抗疫，等等。可以说，本书可以满足读者对于我国前沿科技全方位的了解。
 本书得以完成依靠的是众多一线科研工作者严谨的写作和无私的分享，他们以问答的形式介绍了每项重器的研制目的和过程。读者可以从字里行间感受到他们对于参与我国科技自主创新的自豪感，以及对未来吸引更多优秀人才投入这场艰苦而光荣的事业的殷切期盼。我们有幸邀请到“张衡一号”卫星首席科学家申旭辉、JF-22 超高速风洞项目负责人姜宗林、港珠澳大桥总设计师孟凡超、智能铸锻铣绿色复合制造机床首席科学家张海鸥等，撰文科普他们带领团队一手研制的重器，还有多位参与锦屏地下实验室 PandaX 暗物质实验、“悟空”号数据分析、高海拔宇宙线观测站（LHAASO）实验数据物理分析的科学家讲述这些与他们朝夕相伴的重器背后的原理。你还会读到现任FAST 总工程师姜鹏研究员写的科学家故事——《我与“老南”》，了解他与“FAST之父”南仁东老师之间不为人知的师徒情。
 此外，本书通过绘制大量插图，帮助读者在理解制造重器的科学价值的同时，更好地欣赏重器之美；通过特别设计的“大事记”栏目，记录下科学家研制重器过程中取得的重要里程碑。
 本书的出版是知乎对“我们能为实现科技自立做些什么？”这一问题做出的回答，如果能够吸引手捧本书的读者对大国重器有一个初步认识，启发年轻读者爱上科学，并以投身科学研究为理想，我们的努力就没有白费。在今后，知乎还会以图书出版的形式面向普通读者推出更多的科普作品，下一本我们可能想要试着回答，为什么本书选取的50 项重大项目可以称为“重器”，它们在世界科技竞争格局中的地位究竟是什么？期待更多的读者来知乎提出问题，也希望每个人可以在国家科技自主创新的进程中用实际行动向时代交出自己的答卷。
周源
知乎创始人，首席执行官

2011—2021年，我国重大科技基础设施建设水平不断提升，在重点科技前沿领域取得了一批具有世界影响力的原创成果。本书分为基础科学、前沿科技、经济助力与健康保障四篇，邀请30余位各领域一线科技工作者撰文，以问答形式，从科学家的视角为读者科普50项国之重器背后的基础科学知识，帮助读者了解其建造意义及应用前景，拉近读者与科技前沿的距离。本书以大量手绘图解为辅助，从整体和细节上全面展现重器之美，便于读者理解和欣赏。
本书还收入同步辐射光源、“中国天眼”、中国空间站、高速风洞等重大项目的发展经历及团队侧写，由亲历者讲述重器研发背后的故事，深度挖掘我国几代科学家胸怀祖国、攻关创新、勇攀世界科学高峰的事迹，弘扬科学家精神。