前沿科普属性的探讨

The discussion of popular works of frontier technology

都世民（Du Shimin）

摘要：有关科普属性的讨论，在前輩科学家茅以升先生的“茅以升科普创作选集”中早有论述。[1，2]三十多年过去了，这部科普创作论述一直是我科普创作的良师益友。笔者在几十年科普创作道路上有些新的认识，本文着重探讨科学前沿的科普创作的属性，它着重体现在科学的局限性、科学难题的统一性、科学探索的多学科交叉融合、科学问题的多层面、多维度及其间链接的复杂性、系统性和科学的无终极性。

关键词：前沿科技，科普属性

一. 引言

1.科普是什么？[3]

科普是科学和人民大众的桥梁。前沿科技的科普则是多学科交叉融合的桥梁。它的读者群是具有大专文化程度的研究生和各学科的科技工作者。大专文化程度还需要科普读物吗？似乎是不成问题的问题。其实古话说：隔行如隔山。特别是跨大学科时，其研究前沿知识专业性很强，要想多学科交叉融合就受到专业术语和新概念的限制，往往看不懂其论文和专著，所以在这个层面上需要前沿科普。

当媒体报道国内外科技成果时，文章很简短，有不熟悉的专业名词，有专业的新概念。媒体记者大都是文科毕业，即使有些资深记者有一定的科技知识，写出的报道仍然难以提供学科间交流。

2.为什么提出“前沿科普”的概念？

在当代，科学研究愈分愈细，学科越来越多。这么多学科研究内容，不外乎大、小宇宙，它们之间应该有相互联系，由于各个学科都有自己的掌门人和“权威”，要想多学科协同发展很困难。当今基础学科物理学都被边缘化，而数字技术无处不在，由此发展起来的电脑软硬件、人工智能技术渗透到各个学科。这种状况既正常又不正常。由此产生的新问题不受关注。如何促进多学科协同发展，帮助多学科之间的交流融合，这就需要前沿科普。

另外，我国为了促进科技创新，需要加快培养多学科人才。这也需要前沿科普方面的信息，以便编写相关教材。我国教育制度决定，每个人大都有自已学习和从事的专业，也就受此限制。具有多学科知识的人是相当少的，大都因为服从国家需要，改变了原有专业，从事新的专业工作，而获得多学科知识。通过前沿科普可以让更多人具有多学科知识。

二. “前沿科普”概念怎样提出的？

笔者退休后，为了防止老年痴呆，以网络为课堂，以博主为老师，以博客为编辑教材内容，思考学习专题，确定关键词，自己编辑教材，写出学习心得。以博峉形式发表在科学网。前后四年多，写了有五百篇博峉。笔者发现科学网有些文章图文并茂，较为通俗易懂，来龙去脉阐述请楚，是好的科普文章。唯一不足之处是联想不夠，对边缘学科和跨学科叙述很少。这就是学科知识的限制。

笔者思考对各学科的专家或教授，要不要有个桥梁沟通学科间的障碍？要不要科普介入？笔者发现确实需要。无论何人都有自己专业领域之外的知识需要科普。在自己的学术领域里是专家，出了这个领域就是学生。内行与外行是相互转化的，在今天的科研工作中已很突出。

2014年诺贝尔生理学或医学奖得主，挪威科学家莫泽夫妇和美国科学家奥基夫共同发现“大脑中的GPS”，其科普解读发表在科普刋物《大自然探索》上，笔者对此提出疑问，不同意这种说法，这类科普文章不科学。[4-8]

笔者的疑问是：

•虚、实时空转换得到的映射神经网络要不要证明其正确性？

•映射神经网络能标示鼠在运动中的记忆和存储吗？

•鼠的动物试验能推广到人的意识层面吗？

•关于GPS导航与人找回家路的关联说法，能不能成立？

•诺奖得主跨学科推测，缺少结构与机理的论述，没有多维和多层面之间链接，只是一种推测和想象，单纯细胞概念无法对小宇宙时空定位。笔者从电子学角度来说明大宇宙时空定位的方法，不一定都是GPS系统。用细胞构成的网络来说明大宇宙时空定位，应该说明宏覌到微覌多层面的链接，以及细胞层面的构造和机理与GPS系统有类似之处。莫泽夫妇将神经元在意识形成中的作用，看成简单的模块化集成功能。人要回家，必然有自主意识，决不是无意识行为。形成自主意识用GPS系统解释或用模块化集群功能解释都缺少证明，都是跨界、跨时空说法，应该有验证。

文[9]指出：“北大发现磁感应蛋白或揭开“第六感”之谜”，这是北京大学生命科学学院膜生物学国家重点实验室谢灿研究员及其研究团队，通过对果蝇基因组实验，发现了一种蛋白质复合体，可以在磁场中定位方向，并在多个动物物种中找到了这种蛋白基因。研究人员将其命名为磁感应蛋白（MagR）。相关论文在线发表在英国自然出版集团的学术期刊《自然·材料》上。这种磁感应导航可看成动物的“第六感”。这是从蛋白质角度研究动物导航。   

笔者从电磁兼容学科角度，对这一报道提出下列疑问：[10,11]

1. 研究者应测量地球磁场大小，然后在反方向施加一强磁场，再观察磁感应蛋白是否反转方向。

2.如果北大的试验能在电磁屏蔽室内进行，实测室内磁场，观察磁感应蛋白是否改变原先方向。完成这两项试验后，再分析判定是否是地磁引起。 

《环球科学》以“每个细胞都知道方向”为题，阐述了一种“细胞平面极性定位”法。从文题看，生命体基本单元有“灵性”吗？细胞有方向感，这是因为细胞有极性。这种说法与北大的研究结果不一致。极性与地磁不是同一个概念。[12]

多个研究团队研究对象及蛋白质具有极性的结果是类似的。但解释其机理有差异。北大强调地球磁场影响，是第六感官形成。而文[12]认为是生物体组织成长过程受极性控制，才形成规则排列。对细胞整齐排列的控制因素的解释有很大差异。谁是谁非？

《环球科学》刊文：“大脑的第七感官”。文中指出：人有公认的五种感官：视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。而感知空间位置和运动的感觉称作第六感官、如今又将免疫系统纳入第七感官。[13 ]不难看出，生物学家对人的第六感官说法颇多。而动物定位方式也不完全相同。

上面说的是两件事，却相互关联，又相互矛盾，在研制成果的层次上有人称作“顶级”。实际上这“顶级”不能盖棺定论。只能看作科学探索的不同视觉的结果，这些结果有矛盾很正常。因为科学不等于真理，科学也无终极！要揭示“庐山真面目”需要前沿科普去沟通多学科、多层面和多视觉的探索结里。

科学的局限性[14 ]

最近，科学家、数学家和哲学家们已经开始讨论人类认识世界的能力的局限性。这是20世纪科学（特别是物理学）研究的重要成果和发展的推动力。

2013年，麻省理工学院出版社出版了诺森•S•亚诺夫斯基著的《The Outer Limits of Reason：What Science, Mathematics, and Logic Cannot Tell Us（理性的外部限制：科学、数学和逻辑不能告诉我们什么）》。这本书讨论了科学理性的局限性，物理学、逻辑学、计算机和我们的思维过程的局限性，介绍了许多不能被科学、数学和理性回答、无法预测或知道的、永远不会被理解的问题。

•除了天气之外，许多系统也会呈现混沌。

•流行病学家发现，某些疾病的传播，可能受到诸如感染该疾病的特定个体等小因素的影响。

在所有这些不同的系统中，存在不可预测的物理过程。

•宇宙比他想象的要复杂得多；那么海森堡发现的“测不准原理”把拉普拉斯确定论的前提推翻了。海森堡的测不准原理是量子力学的核心特征之一，与我们日常的经验有很大不同。在量子世界中，存在着不能同时确定两个属性的情况。

随着我们的显微镜和测量仪器的改进，不确定性原理也就不那么麻烦了。这不是技术上的限制，而是我们了解宇宙的能力的固有局限性。

•如今航天技术虽然让人惊叹！但至今飞行器离光速很遥远。发动机不带燃料也未解决。可是天文学说的都是多少亿光年。该怎么证明这些数值？

•显微技术的出现，将自然科学的研题从宏观迈入微观和纳覌层面，生物学和物理学都有这类问题。人眼眼球与视网膜之间就是宏观与微观分界面。这之间发生了什么？如何链接的？成了科学研题的盲区，似乎科学的局限性利用显微技术得到解决和发展，却又出现新的局限性。另外还出现新的问题：宇宙的宏观与微观怎么统一？

科学的统一性

宇宙的宏观与微观怎么统一？只是科学统一性的一个方面。数学科学的统一、地学各学科的统一、地球演化的统一、遗传、发育与进化的统一、医学的统一等。这些问题已经引起我国科学家的关注。李福利教授发表的“自然科学四大难题的交叉与统一”一文，[15]对

•宇宙的演化；

•物质的结构；

•生命的起源；

•意识的产生。

四大难题会不会交叉与统一？文中进行了讨论，并指出这四大问题之间有交叉，有相似的共同机理，这就是对称性破缺，而对称性破缺可能是真空涨落。也就是说，这四大基本问题可能交叉统一于真空涨落。

最近，《环球科学》刊文：“六个最重要的科学问题”，即

•时空是什么？

•暗物质是什么？

•技术的极限在哪里？

•认知的极限在哪里？

•意识是什么？

•生命如何起源？

后两个问题与前面所说的问题是一样的。这六个问题是否交叉和统一？这一文章指出：我们是通过自己意识理解宇宙和这个世界，所有理解却有局限性，如同神话中所说，咬住自己尾巴的蛇被困在那里。困在同一个起点和终点。另外也表明问题之间有交叉，需要寻找统一。

科学的复杂性与系统性

科学家钱学森认为：“人体作为一个系统。首先它是一个开放的系统，也就是说这个系统与外界是有交往的。比如，通过呼吸、饮食、排泄等，进行物质交往；通过视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等进行信息交往。此外，人体是由亿万个分子组成的，所以它不是一个小系统，也不是一个大系统，而是比大系统还大的巨系统。这个巨系统的组成部分又是各不相同的，它们之间的相互作用也是异常复杂的。所以是复杂的巨系统。”实际上，当前的人工智能只使用了人类理性中可程序化的一小部分，距离人类的理性差距还很大，更不要说初步接近人类更神奇的部分--―感性了![16]

钱学森先生是我国航天开创领军人物，他跨大学科研究小宇宙却受一些人指责，更不用说中国科技大学原校长朱清时， 2017-06-14 ，朱清时在北中医演讲：我用身体观察真气和气脉[17]。却遭到与论的围攻，诸多媒体一片反对之声，笔者不想一 一列出媒体和发声者名字 。[18]

必须指出：总是有少数人把自已不理解的事物说成伪科学，自已也没有研究，把自己祖宗也批判了。我们不可能不知道，人类在大宇宙中如同恆河中的一粒沙子，我们每个人在大宇宙中如同微纳观层面，现在研究细胞就是微纳层面，如果没有系统覌，热捧细胞概念，能搞清小宇宙吗？能为小宇宙这一复杂巨系统建模吗？让人奇怪地是，暗物质和喑能量普遍认为没有找到，可是在中科院举办的刋物《科学世界》上，标明了暗能量在宇宙中的准确区域，这是根据什么标定的？令人不可思议！在中国科技媒体上，出现如此之大的反差，究竟是为什么？

钱先生是跨大学科的提出者、实践者，为我们作出了榜样。他在晚年研究人体科学，从探索大宇宙的航天技术进入生命科学的微观领域的小宇宙，他用系统观提出对小宇宙的认知，这对当今生命科学的研究具有重要的指导意义。奇怪的是一些人却将钱先生研究人体科学说成是他晚年的污点，他们这种观点是站不住脚的。[19]

2014诺贝尔生理学或医学奖得主挪威科学家莫泽夫妇和美国科学家奥基夫共同发现的“大脑中的GPS”[14]。该文用“位置细胞”和“网络细胞”两个概念来说明这一创意。后来又提出“速度细胞”的概念。

笔者从另一视角提出疑问：莫泽夫妇是生物学家，他们也跨大学科，与钱学森先生正好相反，从细胞学跨到航天领域和导航学科，认为人脑有GPS系统，其实他们对航天技术和导航技术真的不了解，他们忽略了系统与基夲单元之间有多少层次，这之间是如何链接和相互作用，他们承认对此机理不清楚，是一种假想。问题在于这种跨学科假想缺乏系统覌。生物学家研究细胞、蛋白质、线粒体、分子和原子、基因的目的，是想获取对小宇宙的认知。如果将细胞研究继续“碎化”，如今可见1纳米，将来可能看见比纳米小一个数量级的物质，最后还是《金刚经》所说的，我们无法看到的“微尘”，也是《心经》所述的“色即是空”！我们怎么搞清楚小宇宙？

北大饶毅教授在谈“色”一文中，不仅跨学科谈到科学家牛顿对人眼的三问，现在看来这三问是跨学科问题。三百年前没有这么多学科。如今饶毅教授又引用几位诺奖得主在微纳层面的研究，实际上是对小宇宙继续“碎化”，向深度发展，这种研究缺少小宇宙内的系统性，与莫泽夫妇的研究是相同方向，莫泽夫妇将细胞网络从实体转向虚拟，通过电脑的软硬件完成的，这种做法有没有普遍适用性，是要通过物理学试验验证的。视细胞网络连接就没有六边形之说。

以上对比不难看出，東西方在研究大小宇宙的思路上是不同的，如何整合和统一東西方科学探索的认知？这也是当代科学发展所必须。

如何理解钱先生对生命科学提出的巨系统概念？钱学森先生将人体这小宇宙看成复杂巨系统，这是由许多子系统，例如眼、耳、鼻、舌、身、意感官子系统；再构成大系统，例如免疫系统、新陳代谢系统、经络系统，由大系统组成巨系统，这巨系统异常复杂。这是钱先生用系统覌阐述生命科学，分为四个层次。

生命科学是系统科学，迫切需要确立像钱先生这样的领军两弹一星的科学家，能夠整合诸多学科，让生命科学研究有重大突破。

前沿科普作品的属性

科普是以作品形式呈现在各种媒体上，其中包括报纸、期刊、专刋、书籍、网页、动画片（VCD光盘）、影视、广播、电视、电子出版物、口袋书、宣传栏窗口等。在不同媒体上呈现的形式也就不同，不同媒体是针对不同的读者群，不同的读者群是指不同年龄、不同性别、不同文化水平、不同工作性质等多种因素决定的。创作科普作品首先必须明确读者群体。但是各种科普作品有一些共性，笔者列举如下：

1.科普作品具有鲜明的科学性

科普作品的科学性是体现在作品有科学技术含量，它要普及科学知识、科学精神、科学思想和科学方法。也就是说，科普作品要传播真科学，不能传播封建迷信，不能宣传伪科学。

然而对这一问题的看法和处理往往会出现偏差，甚至出现差错。这不奇怪，因为在这个世界上有许多问题，因为科学探索的局限性、复杂性、系统性和统一性，人们尚不清楚，或者说不完全清楚。就会有争议，发表的作品就会不同。

前沿科学都是当代科学探索的新的研究方向，都是科技工作者最先提出的新概念、新理论、新假设，这些研究课题往往是有争议的，会有不同的观点和视角，研究方法往往也有不同。当今生命科学的研究中，人的记忆存储在哪里？至今难以定论。是存储在细胞内，还是在基因内，或是存储在宏覌层面。电磁辐射对人体影响的研究也充满争议。会不会致癌？各种方法的研究结果得出不同的结论，不能统一。

笔者认为前沿科普作品，应该多视角、多层面、多学科的思考，创造出新的科普作品。不能只介绍主流研究机构的覌点。

2.科普作品具有丰富的知识性

高士其先生以细菌学为主题，阐述细菌的衣食住行，细菌与人的关系，他不仅阐述细菌，还阐述其它微生物，他广征博引，涉及自然科学好多学科的知识。高士其先生撰写的《谈眼镜》，他用纵横交错的方式，纵向写眼镜的发展史，从一世纪讲到卄世纪的演变，而横向却叙述眼镜的几个兄第：望远镜、显微镜、照相机、电影机等。短短千字文，压缩了如此之多的科学知识。不仅如此，文中还恰到好处地叙述了眼镜的光学原理。并将这些光学器械关联在一起，使读者的知识面横向扩展。不难看出，好的科普作品实属不易啊！

茅以升先生是国内外知名桥梁专家，他大半辈子与桥梁打交道，他以桥为主题，阐述了钱塘江大桥、武汉长江大桥、我国的石拱古桥。他设计建造的是桥梁，他写的科普作品也是桥梁，在他心里没有不能造的桥梁。他为科学与人民大众之间建造了一座通往四化的桥梁。

科普作品的知识性要体现在围绕主题，一环扣一环，把与主题相关的知识讲清楚，逻辑性要强，不能东一鎯头西一棒子，不能让读者上气不接下气。

郭光灿院士在《科学世界》上刊文“光究竟是什么”，文中介绍了光的属性，即光的粒子性和波动性。对光的二重性的介绍充满了争论，文中给出两种试验装置，展示二重性的存在。使读者对光的属性有了更清楚的认知。这篇科普文章对前沿科技的介绍，给出了科学局限性，和光的属性探索的发展史。光的二重性为什么不能用同一套试验装置展示二重性，这让读者怀疑二重性不能同时存在。

3.科普作品的趣味性与通俗化

科普作品的趣味性是很重要的特性，它不同于科技报告和科技论文，对大众科普、少儿科普、中小学生科普，一定要注意作品的趣味性。通常标题和小标题都要醒目、形象、吸引读者。作品开头尽可能以讲故事的方式，吸引读者，以似人的方式表达主题，将专业名词通过比喻，使其通俗化。

前沿科普作品是界定在大专文化程度的读者群，其作品对学科的新概念和容易混淆的专业名词作些解释，更多地是沟通各学科之间的认知，展示单一学科视角的局限，科学探索的技木瓶颈往往通过其它学科的进展来突破。有些单一学科的前沿科普是侧重不同的研究方法获得的新的认知。对一个非常复杂的系统，通常研究是瞎子摸象式，如何能找到破解系统的切入点至关重要。

前沿科普作品的趣味性体现在作品富有联想和沟通，把夲不相干的问题关联在一起讨论，对读者有启发性思维。促进科技创新。

5.科普作品的时效性

一般说来，知识性科普作品似乎没有时效性。实际上是有时效性。特别是科技新闻一定要注意时效性。对于报纸和网页，每天都要更新，都有重大科技新闻、科学评论。有些报纸和网站都开辟了科普专栏。

我们不难发现全球发生某一重大事件时，例如局部战争、空难、自然灾害等，在媒体上总会出现各种科学评论，这些评论往往都有时效性。都有时间烙印。

前沿科普作品也有时效性，各学科研究进展不可能同步，多学科之间的交叉是不断变化的。新的视角和新的材料、研究工具、新的研究方法不断涌现，因此前沿科普作品要适应这一变化，及时创作提供新作品。

6.科普作品的创新性

科普作品是需要不断创新，科普工作者要有创新思维，对不同的读者群，其创新需求是不相同的。特别是高新技术科普一定要强调创新。

创新还要体现在主题创新、体裁创新、语言文字创新、机制创新、传播媒体创新、创作者知识更新、信息来源更新等。科普作品贵在创新，只有创新才能发展，才能继承前辈们创建的事业。

7.科普作品的多学科交叉属性

当代前沿科普作品应体现多学科交叉，诸多学科的研究所用的研究工具大都离不开电子学，生物学研究离不开化学，人眼的研究离不开光学，大宇宙探索离不开望远镜，小宇宙探索离不开显微技术。多学科的交叉使研究者以不同视角获得对事物的认知，也可能使研究者进入不同层面，展示多维特性。

8.科学的质疑

科学的精髓是不断质疑。一项科研成果，不管是发表在学术期刊上，还是发表在专著里面，反映的都是当代学术界的科学认知水平。科学是探索的过程，科学研究是接近真实的过程。不能把一项科研成果当成真理，尤其是新的科研成果。

介绍前沿科技成果的科学知识是很必要的，不必对研究者都冠以科学家，甚至冠以顶级科学家。对发表的期刋冠以顶级期刊。对该成果的未来推测盲目构想，随意夸大。实际上国际期刋多国都有，不少都是权威期刋。不能突出某期刋来打压其他国际期刋。新的科学发现是有很多限制条件的，科学家获得的数据是在不同的实验条件下获得的，结论有局限性，不可以随便外延和推而广之的。

科学家要宣传的是科学知识，不是为了自己的私利而忽悠读者，更不是不负责任的胡说，发诳语。甚至是故意造假和欺骗。这不是科学家的本份。

参考文献

[1]中国科普研究所，“科普研究”专揖，2003年1月，总弟（90）期。

[2]“茅以升科普创作选集”，科学普及出版社编，科学普及出版社出版，1982年8月。

[3]王德华，我们需要什么样的科普？

本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-41757-807482.html
[4]杨先碧，“大脑中的GPS-指引我们找到回家的路”，大自然探索，四川科学技术出版社主办，2015年第一期，52-57。

[5] “大脑GPS:还有很多待解谜团”------专访2014年诺贝尔生理学或医学奖得主爱德华”，《环球科学》，2016年2月号，总第122期。

[6]医学诺贝尔奖获得者发现速度神经细胞 ，2015-7-17，

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14622.html本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-41174-906050.html  此文来自科学网孙学军博客。

[7]小宇宙有GPS系统吗？---评议《大自然探索》发表的“大脑中的GPS”一文，本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-862397.html  此文来自科学网都世民博客。

[8]第五对诺奖夫妇，作者艾莉森.阿博特（A1ison Abbott），译者汪梅子，来源：环球科学，2014年12期。

[9] 北大发现磁感应蛋白 或揭开“第六感”之谜，2015-11-18 08:16:50 来源：腾讯科技。参考消息网，2015-11-18 。

[10] 专家称大鼠也可以拥有“第六感”，2015-04-04 11:44:00 来源：新华网 。

[11] 美媒：科学家验证鱼确有“第六感”，来源：参考消息网，2015-01-18 12:10:00 。

[12]“每个细胞都知道方向”，《环球科学》，2016年第4期。[13] Noson S. Yanofsky.The Outer Limits of Reason.What Science, Mathematics, and Logic Cannot Tell Us.The MIT Press.2013

[13]“大脑的第七感官”，《环球科学》，2018年第9期

[14]科学的局限性，来源：科学网 ，2018-9-6 07:42 ，本文来自王宏琳科学网博客。
链接地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-3005681-1133080.html 

[15]李福利，“自然科学四大难题的交叉与统一”，来源：《21世纪100个交叉科学难题》、科学岀版社出版。

[15]“六个最重要的科学问题”，《环球科学》，2018年第9期。

[16]“为什么说机器学习不是人工智能？”来源：人机与认知实验室，2018-04-14 12:12。人工智能/社会科学/操作系统

[17]【独家】朱清时在北中医演讲全文：我用身体观察真气和气脉，原创 2017-06-14 朱清时 。

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MjEzNTAyMg==&mid=2650892591&idx=1&sn=6d36a252d46e0e373aec1e226a97e316

[18]媒体评朱清时院士的真气论：权威科学家宣讲玄学令人大跌眼镜(图)，2017-06-13 09:29

澎湃新闻网http://www.sohu.com/a/148399545_260616?_f=index,recom

[19]关于所谓的钱学森一生的污点，来源：百度贴吧，鸟生羽汤

https://tieba.baidu.com/p/3772047919?red_tag=2413317170