绿色发展、科技人文与跨学科思维——访谈金涌院士

彭青龙

(上海交通大学外国语学院，上海 200240)

人类社会发展史是一部追求美好生活和生命质量的历史，也是一部从自然界不断获取能源而壮大人类自身的历史。在这个过程中，一方面，科技进步使人类利用自然、改造自然、支配自然的能力倍增；另一方面，自然资源和环境也在不断遭到破坏，并达到了前所未有的程度。可以说，人类正面临着威胁社会可持续发展的巨大的生态危机和能源危机——引发了有识之士的担忧。“溪边白鹭，来吾告汝。溪里鱼儿堪数。主人怜汝汝怜鱼，要物我、欣然一处。”(辛弃疾·鹊桥仙)诗人辛弃疾所描绘的田园风光正一步步离我们远去，气候变化所导致的各种灾害以及过度采伐自然资源所引发的问题正在警示人类：若不秉承绿色能源的理念，并制定相应的政策，人类社会生存的前景将十分黯淡。诚然，日新月异的科技创新正在改变人类的生活方式、工作方式，乃至思维方式，但随之衍生出的人文社会问题并没有得到应有的关注和研究，科技人文的鸿沟正在扩大，自然科学、工程技术和人文之间的隔膜日益增多。在此背景下，上海交通大学特聘教授彭青龙率先提出“科技人文命运共同体”的概念，期望通过系统性的学术研究，积极开展学术活动，探索打破自然科学与人文社会科学的学科壁垒、消解“科技人文融通赤字”的有效路径。基于此，《上海交通大学学报(哲学社会科学版)》推出“院士跨界高端访谈”栏目，围绕“面向未来的科技人文”诸多方面，开展深入交流。本期访谈中国工程院院士、清华大学金涌教授，访谈主题聚焦“绿色发展、科技人文与跨学科思维”。

彭青龙：尊敬的金院士，您好！很荣幸今天您能拨冗接受我们的访谈。您是化学领域非常知名的权威专家，我们首先从人类社会与化学的关系谈起。众所周知，钻木取火对人类进化与社会发展产生了十分重要的影响，从熟食中获取能量大大增强了人类的体质，提高了人类自身的生存能力。后来，得益于化学化工等科技领域的发展，人类的生活和生命质量都得到了大幅提升。中国古代的四大发明曾为世界的科技文明做出了巨大贡献，为什么四大发明会分别在战国、东汉、唐朝早期和北宋时期出现，是因为当时的社会文化氛围有利于四大发明的诞生吗？尽管四大发明为中国赢得了声誉，但并没有为中国后来的科技地位赢得可持续的发展优势，我们当时拥有的技术优势为何最终没能转化成科学优势？

金涌：这个问题很多专家都有过探讨。中国文化在先秦时期曾有过一次繁荣发展，从哲学到数学领域，诸子百家都出现过很多有造诣的成果，同一时期希腊和罗马是西方文化的中心。西方继承了古希腊、罗马文明，随着文艺复兴运动的爆发再次迎来了文化的辉煌。古希腊、罗马文化和中国传统文化的区别在于，西方世界不将数学视为一个计算工具，而是一个分析问题、培养逻辑思维的工具。随着数学的发展，一些求真方法也随之出现，即注重求证、实验的逻辑思辨，至此，现代研究问题的模式已初具雏形。

创新需要能工巧匠和工匠精神。中国的科技发明于宋朝达到巅峰，宋朝的经济发展迅猛，对各种技术的需求较大，唐朝和宋朝的社会环境较为开放，吸收了国外各方面经验，宋朝匠人拥有较高的地位。中国长期以来就有“万般皆下品，唯有读书高”的古训，宋朝给予匠人较好的待遇，一定程度上打破了这一占据绝对统治地位的思想；元朝社会出现混乱，导致科学技术的发展一度出现停滞；明朝严格的匠籍制度规定“匠不离局，匠役永充”，工匠地位大大下降，自主经营权受到限制；晚清到民国战乱不断，工匠精神的泯灭导致中国科技发展进入停滞期。而与元朝同一时期的西方爆发了文艺复兴，摆脱了宗教束缚，所继承的古希腊、罗马的科学研究方法倡导观察、研究、实验、分析，强调辩证地看待问题，由此，西方很快便开始对科学问题的不断探索；而中国只讲求实用性，研究科学的目的是解决具体问题，而非深究其原理。

美国著名物理学家亨利·奥古斯特·罗兰曾说过：“如果停止科学进步，仅关注技术开发，那么我们很快就会堕落，会沦为与中国人一样的民族，他们接连好几代都没进步，是因为只满足于科技应用，从不探寻其深层原因。中国人早知火药应用，如能用正确方法探寻其功能的原因，就可以发展出化学，甚至物理学……(但都没有)以致我们现在把这人口众多的古老民族当作野蛮民族。如果不深入探索，就像捡起富人掉落的面包屑，得到更多的面包屑就自认比富人更富有，而忘却富人拥有面包。”(1)金涌.科技创新启示录[M].北京：清华大学出版社,2020：22.所以他告诫西方人，一定要进行科学研究，不能止步于应用。

中国传统文化，是造成中国的科学技术很长一段时间落后于西方的原因之一，那时整个社会都崇尚求取功名的读书人，忽视匠人的地位，因而缺少对问题的深究。外国人研究并发展了从中国传来的技术，最后超越了中国，中国近一两百年都远远落后于西方，最终沦为半殖民地，令人惋惜。此外还有两个原因，一是腐败的政治制度，二是传统宗法陋习——对祖先的崇拜有时会给中国人施加很重的思想包袱，从而无法接受新的发明。

文化之间的交流具有重要意义。改革开放以来中国进入快速发展、文化交流阶段，我们已经从“跟跑者”转变为“并跑者”，而且正在向“领跑者”前进，这一代年轻人肩负的重任，就是通过创新来引领整个世界科学技术的发展。

彭青龙：新中国成立后，化学化工的发展进入新的历史时期，中国在一穷二白的基础上发展成为世界上最大的制造业大国之一。您如何看待新中国成立七十多年来中国在化学化工产业上取得的成就？现在中国在世界格局中处于何种地位？还存在哪些短板？请问如何补足这些短板？

金涌：中国的化学工业曾一度非常落后。民国初年甚至将火柴称作洋火，将汽油、煤油称作洋油，那时的中国基本没有什么化学产品。新中国成立后迎来了经济、工业各方面的蓬勃发展，当时国家对化学工业最迫切的要求是解决粮食问题，所以20世纪50年代中国化工的主攻对象是化肥。当时中国的人口基数大，土地面积小，人均拥有的土地资源大概不到美国的 1/10，若要增加单位面积的粮食产量，除了精耕细作外，肥料必不可少。化肥是最主要的肥料，化工部曾被戏称为“肥料部”，氮肥、磷肥、钾肥最受重视。

20世纪50年代起，石油化工成为中国化工的领头羊。在二战以前，德国的化工技术在全世界首屈一指，德国化工以煤炭为主，用煤制造出各式各样的燃料、材料，属于煤化工。自20世纪40年代，美国发现了众多大油田，炼油成为化工热潮兴起的主要标志，美国依靠炼油技术生产了许多石化产品，如塑料、橡胶、纤维，中国那时只能从国外引入这些产品。古巴革命成功后，中国和古巴建立了友好的国际关系，派了一批学者到古巴，进入美国在古巴开设的炼油厂学习，由此，中国的炼油技术在参考古巴的基础上自主发展起来。

以前的中国没有炼油产业，都是从苏联引入炼油技术，中国第一家合成橡胶厂建在兰州，将粮食做的乙醇转化制成橡胶，化工产业开始在中国兴起。新中国成立以来，化工对于人们的衣食住行产生了非常大的影响，支撑了整个文明社会。“衣”，中国现在的涤纶产量占世界的65%，由于棉花产地有限，中国大力发展化纤，化纤是中国高分子化工最突出的代表；“食”，从新中国成立之初的2 264亿斤粮食到现在的1.3万亿斤粮食，中国的粮食年产量翻了5.9倍，依靠的正是化工对农业的大力支持，生产的化肥、薄膜、农药提升了粮食产量；“住”，建筑需要的水泥、玻璃、钢铁、内装修，都属于化工产品，中国高速发展的住房产业也依靠化工的支撑；“行”，所有的油，如润滑油、汽油、煤油都属于化工产品，未来电动汽车普及后，电动车的电池也属于化工产品。化工支撑着整个现代文明的社会生活，基础化工意义重大，生产与高端制造相匹配的高端材料是我们现在的主攻方向。

改革开放后中国化工真正迎来了大发展，通过技术引进、吸收、消化和再创新，中国很快便掌握了技术，生产能力有了大幅提升，快速成为全世界最大的生产地和全球制造大国，在化学化工体系中处领先地位。中国化工产品的总销量在不考虑石油的前提下，世界排名位居第一，若加上炼油中国排名第二，美国排名第一。中国的化工产品销量如此巨大，是因为其定价低廉，并销往全世界。有一种名为三聚氰胺的优质化学原料，可以用来生产很多高档油漆，还可以用来防火、阻燃，由于其价格非常低廉，国外的很多厂家，特别是一些东南亚国家直接代为销售，中国便很快占据并覆盖了全球市场，以至于其他国家不再具有竞争优势。由于中国的运作能力、市场经营能力以及化工复制能力十分强劲，外国人便封锁了高端产品的生产技术，使得现在想要购买最先进最前沿的技术成为一个难题，因为高端制造业的前提是必须先有高端材料，比如歼-20的飞机排气口就需要非常优质的碳纤维，先进材料是整个化工高端制造依托的基础。

试想，在未来几百年，在地球上资源被开发得差不多之时，我们还有什么可以赖以生存的资源？这里可以引入循环经济的概念——使用过的资源被重新还原为原料后再制造。循环经济思想由生态文明衍生而来，地球在寒武纪后发展出了三个主要的生物群落：植物作为制造者，主要通过阳光、水、二氧化碳以及一些元素合成蛋白质、淀粉、纤维素给动物食用；动物，是享用者和消费者；分解者微生物则将动物的排泄物分解，使其回归土壤后被重新利用。植物、动物、微生物之间存在一个由阳光驱动的循环生物链，由于阳光可以存在46亿年之久，所以这种发展模式是可持续性的。若要使社会生态也可持续发展的话，我们需要效仿自然生态。工业社会若要使产品于全生命周期被运用，就要实现这样一种循环：从原料到产品到被消费再到被废弃，最后重新再变回原料——这种社会生态循环便离不开化工，因此从长远来看，化工对循环经济有着重要意义。

目前我国存在的问题和短板是缺乏颠覆性创新。其中急需攻克的短板之一是高端材料，即高性能材料，这是化工未来的发展方向，也是最重要的创新；另一个短板是生化技术，自DNA的螺旋形结构被发现以来，生化技术获得了深远发展，未来生物和化工结合的生化技术能够创造出更多的颠覆性创新技术，这也是化工的另一个发展方向。粮食充足的美国为了防止粮价下跌，选择用粮食做乙醇，所以美国的工业乙醇有四千万吨，将工业乙醇加入汽油中不仅可以节省汽油，也减少了对环境的污染；中国由于粮食紧缺，加入油里的工业乙醇不到三百万吨，和美国相差一个数量级。那么生物技术能否带来新的突破？曾有一位新西兰的华侨带来一个生化菌种，该菌种无需粮食，用一氧化碳就可以生产乙醇，而煤也可以产生一氧化碳，这样就可以用工业方法制作乙醇。目前，我国在生化技术上相对落后，国外对菌种的保密措施很强，由于害怕菌种的流失所以对他国进行严格监控，因此，生化技术也是接下来需要攻关的方向，特别对制药和化妆品产业而言意义重大，我相信新一代研究者能够补齐这些短板。

彭青龙：在您的著作当中时常提到绿色发展主要是统筹人类社会与自然和谐发展共存的关系。在经历了崇拜自然、依赖自然、改造自然的认知之后人们越来越认识到自然资源的稀缺性，进入到保护资源的阶段。然而仅仅有认知还不够，需要推动系统性的社会变革方能实现绿色发展和可持续发展的目标。恩格斯曾说过，“人们愈会重新地不仅感觉到，而且也认识到自身和自然界的一致，而那种把精神和物质、人类和自然、灵魂和肉体对立起来的荒谬的、反自然的观点，也就愈不可能存在了，……但是要实行这种调节，单是依靠认识是不够的。这还需要对我们现有的生产方式，以及和这种生产方式连在一起的我们今天的整个社会制度实行完全的变革。”(2)中共中央编译局.马克思恩格斯选集：第3卷[M].北京:人民出版社,1972:518-519.您的著作中对循环经济有着深刻的认识，可否请您结合绿色发展生态文明建设，谈谈绿色发展、生态文明建设与循环经济的关系？怎样使循环经济与国际国内双循环新发展格局实现有效对接并促进高质量发展？

金涌：20世纪有不少学者围绕这个问题进行过争论，有一个名为“罗马俱乐部”的学术团体(3)罗马俱乐部是关于未来学研究的国际性民间学术团体，也是一个研讨全球问题的全球智囊组织。俱乐部的宗旨是研究未来的科学技术革命对人类发展的影响，阐明人类面临的主要困难以引起政策制定者和舆论的注意。目前主要从事有关全球性问题的宣传、预测和研究活动。成立于1968年4月，总部设在意大利罗马。认为经济发展应该放慢放缓，以保证地球资源的延续。他们指出，随着人口的迅速膨胀，生活水平的不断改善，终有一天地球资源会耗尽。他们还提出，如此高速地发展制造业，必然导致资源的匮乏，最终导致社会崩溃，因此需要抑制整个社会、经济的发展，甚至有人为了保护自然认为社会应该倒退，这是必须承担的代价。也有一批“乐观派”学者认为这并不构成问题，他们认为，世界的发展将是一个没有极限的增长过程，资源会随着技术的发展齐头并进。(4)金涌,阿伦斯.资源·能源·环境·社会：循环经济科学工程原理[M].北京：化学工业出版社,2009：30.虽然现在自然资源确实已经接近上限，但资源与技术之间是共生关系，比如现在含铁量小于30%的矿石不会被视作铁矿石，中国从澳大利亚买来的矿石含铁量都在60%以上，然而随着技术的进步和新技术的出现，也许30%含铁量的石头也会有朝一日变成矿石。

这时，有一批生态学家通过研究发现自然生态是循环的，便提出人类应当效仿自然生态，构建一个循环的社会生态，使经济能够可持续发展。这个观点在20世纪末通过各种交流渠道传播后，被中国的一批生态学家所认同。2002年，国内有学者开始讨论这个问题，后来我也邀请了十几位院士、四十多位教授，举办了一个香山会议，目的是搭建团队、统一思想。在会议上，大家关于循环技术和循环经济达成共识，循环经济学会由此成立，挂靠在我们系，每年举办一次年会，由不同的学校轮流主办。最终经过一系列的推进，循环经济理念在全国传播开来，习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”这一思想，也体现了绿色发展对环境改造的重要性。循环经济、生态文明、绿色发展实际上具有相关性，特别是现在倡导的“高质量发展”概念，“高质量”就是生产高端产品，这对科学技术的依赖度更高。

我认为双循环格局中的内循环十分重要。内循环强调经济发展，拉动消费是拉动经济发展的重要一环。目前中国的消费存在一些问题，例如中国的化妆品市场，尤其是高端化妆品市场完全被外国控制，来自外国的高端化妆品进口份额含税高达4千亿元，各种渠道总计1万亿元，而我国石油进口份额仅3万亿元左右，高端化妆品产业是我们急需夺回自主权的产业。于是我和一位有机化学专业的教授又策划了一场香山会议，成立了一个高端化妆品研发团队，主要聚焦四个课题：一是高端化妆品原料，它是一种从天然植物中提取的合成原料，这方面我们具有一定优势，因为中药都是从植物中纯天然提取、发酵、半合成的；二是化妆品的质地是膏状，膏状在化工学里有一个专门术语叫软物质，并非固体、液体或气体，而是一种像牙膏一样的物质，它涉及纳米、纳米胶束等各种物理、化学问题，也有这方面专家参与到化妆品制造过程中；三是化妆品的品质好坏问题，我们邀请了北京所有知名皮肤科大夫，让他们针对皮肤健康和化妆品的关系问题，谈一谈对皮肤和化妆品相融性理论层面的认知；四是做营销、做平台、做品牌，涉及文化层面以及科技人文的结合。我们再次召开了香山会议，筹建了研究所、专家系统、皮肤健康化妆品联盟，希望未来我们联盟能成为中国化妆品业内最有影响力的认证单位，推动中国化妆品产业的发展。

要想实现双循环新发展格局，国内经济的发展要依赖先进制造业，高端制造业要靠先进材料推动。对于消费端的大众，可通过我们的研究拉动消费。生态文明建设的全过程均与化工互通，我们也在积极实践。

彭青龙：能源工业与国民经济，特别是与人们的衣食住行密切相关，您在多部著作中对此均有论述。整体而言，现阶段中国已从“中国制造”走向“中国创造”，甚至走向了“中国智造”。但在一些关键领域，依然存在一些卡脖子工程，这涉及多个领域，如芯片、互联网技术等。那么，能源工业领域是否也存在卡脖子工程？我们应如何突破？中国在实现绿色发展的道路上有哪些优势？如何发挥好这些优势？

金涌：中国要想从工业社会转向智能化社会、信息化社会，需要在诸多高新技术领域有所突破。目前我们对互联网技术和芯片技术只提供原料上的支撑，比如现在生产电动车电池所需要的材料是由我们来研发供应的。高端制造需要高端材料，1991年日本学者饭岛发现了一种非常好的导电材料——纳米碳管，它的应用依赖于大批量生产，这是我们可以突破的关键技术，但当时生产出来的纳米碳管销量一般。到了2007年，一个美国风投公司发现了它在锂电池中的应用价值，摇身一变成为了全世界最大的碳管生产商。但我们还是有技术领先优势的，这一次我们将产品做成了一种由碳管和石墨烯生成的立体三维碳材料卖给日本，日本在此基础上做出了泡沫铝，这是锂电池的正极材料，清华大学知道后，在半年多的时间里也做出了泡沫铝，将其转让给了中国公司。这个故事证明，我们可以在材料的支撑上实现突破，中国的优势主要在于绿色发展所需要的颠覆性技术创新能力，今天中国的研发能力，虽然不是世界最好的，但进步飞快，我认为人才优势是中国最大的优势，中国已经具备了研发颠覆性技术的人才条件，只要三十年内继续沿着正确的道路走下去，就能实现由中国制造向中国智造转型的愿景。

但我认为目前还存在一些体制上的问题。理论上创新发展的主体是企业，因为企业有经济实力，是最大受益者，理应在创新方面发挥引导作用。从研发到生产中间存在非常艰难的中试过程，但企业有这个能力渡过工程开发阶段的难关。一个企业必须有自主知识产权、自己的专利才能实现长远发展，一般来说只依赖技术转移无法长久运作，外国的所有的百年老店都拥有自有研发技术。但经研究发现，中国的创新主体存在一个问题，即绝大多数国有大企业的厂长任期都是有期限的，而技术突破绝不是三五年就能实现的，往往十年磨一剑，使他们在任期间难以看到技术带来的眼前红利，所以国有大厂通常缺乏积极性。

彭青龙：尽管世界各国的现代化进程不尽一致，但在绿色发展和可持续发展方面似乎已达成一定程度上的共识，这从联合国的可持续发展“十年行动计划”中可以看出。然而由于种种原因，国际社会还存在绿色发展以外的威胁。古特雷斯说，“国际社会面临着二十一世纪以来最严重的全球性地缘战略紧张局势、危及人类生存的气候危机、全球互不信任以及数字技术的负面影响等迫在眉睫的四大威胁，必须用二十一世纪的解决方案来应对。”(5)联合国发起可持续发展目标“行动十年”计划[EB/OL].中国军网,(2020-01-22)[2021-07-05].http：//www.81.cn/gjzx/2020-01/23/content_9724316.htm.中国提出要在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，彰显大国的担当与责任。但如何实现这一目标是一个复杂的问题，您可否从系统工程理论的角度，谈谈国际社会和中国实现绿色发展目标的主要路径和方法？

金涌：碳中和是个复杂的问题。2020年9月的联合国大会上，有121个国家提出要在2050年实现碳中和，即二氧化碳排放到2050年绝对值为零。中国因为承担着“人类命运共同体”的使命，也做出了回应：到2060年实现碳中和，相比他国晚了十年，其实还是有一定的实现难度，因为中国是世界上最大的二氧化碳排放国，2019年的二氧化碳排放量是102亿吨，占世界排放量的三分之一，是美国的1倍，且还没有达峰，在2030年前可能还会继续增长。

二氧化碳排放量仅次于中国的英国，花费了近80年才实现从碳达峰到碳中和，美国也用了40年左右，中国从2030年的碳达峰到2060年的碳中和，计划花费30年，但要想将如此巨大的排放量迅速清零是一件很困难的事。并且我们提出在新中国成立一百年时，即2050年要建成社会主义现代化强国，这就意味着这段时间内中国人均GDP要继续增长，假如碳中和目标的实现与经济发展目标同步进行，实现难度会更大。目前中国生产1万元GDP能耗需要0.5吨标煤左右，而发达国家如日本的万元GDP能耗不到0.2，美国是0.2左右，一些小国家更低。要想让中国从发展中国家向信息化社会、智能化社会转型，意味着万元GDP能耗必须大幅降低。要想让中国从工业化的时代进入智能化、信息化时代，全社会的产业都必须实现高端发展，那些产值低、能耗大的产业自然会退出时代舞台。

中国是一个建筑大国，水泥产量占全世界的60%。40年以后，这种低端产业将被淘汰，这是工业化社会向信息化社会转变的一般规律。美国的钢铁产量曾经也在两三亿吨，而现在仅1亿吨，因为产业结构发生了改变。中国首先要进行产业结构调整，因为中国已经出现了严重的资源、能源匮乏问题：73%的石油、43%的天然气从国外进口。现在中东石油的进口国主要是日本和中国，每年中国石油进口量在4亿—5亿吨，马六甲海峡的通路一旦被切断，中国就会失去石油，受到生存威胁。摆脱资源、能源、环境的制约是可持续发展的必经之路，假如中国有朝一日真正实现了碳中和，不再依赖石油、煤炭、天然气，便可真正实现可持续发展。虽然难度很大但我们依旧要尝试，有几点原因：第一，随着可再生能源的科技进步，光伏发电和风力发电的成本，无论是建设成本还是运行成本，都与火电持平，因此技术上具有可行性；第二，我们的光电资源、单晶硅产量全世界第一，硅板产量占世界的71%，我们在技术层面已经领先世界，中国电动车产量高达550万台，也是全世界第一，中国有最大的电动车市场和研发基地。

从技术角度来看，当我们减少对石油、煤炭、天然气资源的消耗，用可再生能源代替化石能源，理论上我们有可能实现碳中和，完成从化石能源时代到可再生能源时代的转变。三次工业革命都是由化石能源推动的，现在中国已经开始从化石燃料时代向化石材料时代转变。若要实现碳中和，第一步需要实现的是对煤的分质利用。中国煤炭的蕴藏量相比美国远远不足，人均拥有的煤炭存量不到世界平均的50%。我们必须寻找使煤不排或少排二氧化碳的技术，而且要将其转变为材料。实际上煤就是二氧化碳排放的元凶，煤里面的化学元素有两种，一种是碳，一种是氢。对煤炭分质利用，可以把里面的碳和氢分开，这样40亿吨的煤就可以分出2亿多吨的氢，从而减少二氧化碳的排放。炭变成半焦后，焦炭会呈现粉状，这是一种还原剂，在800—1000摄氏度的温度下可以把二氧化碳还原成一氧化碳，这样煤就可以用来做碳汇(6)碳汇(carbon sink)：是指通过植树造林、植被恢复等措施，吸收大气中的二氧化碳，从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制。了，这是一种颠覆性的转向——煤从二氧化碳排放元凶变成减少二氧化碳排放的重要原料。所谓分质利用技术就是通过半焦将二氧化碳还原成一氧化碳，一氧化碳跟氢气可以合成许多种原料，如合成甲醇等，下一步就可以开始吸收二氧化碳。

第二种技术是生化技术。水里有一种叫微藻的藻类，长度1毫米，干燥状态下含油量占百分之五六十，生长速度快，在流动过程之中，只要有海水和二氧化碳，它就能快速繁殖，但现在的技术无法将油提取出来，这个生物技术未来还有很大的突破空间。后来我们找到了之前提到的用一氧化碳生成乙醇的生物菌种，假如它能被大规模应用，就可以把二氧化碳用焦炭还原成一氧化碳，大力发展以煤为原料生产材料且不大量排放二氧化碳的技术，这样一来，我们就可以解决煤炭大量排放二氧化碳的问题。

第三种技术是对天然气的应用。家用是天然气错误的使用方式，工业上使用天然气，由于其含氢多，可以用来还原二氧化碳。但为什么中国倒置了天然气的使用方式？因为中国没有自己的天然气，天然气价钱昂贵，工业用成本过高，性价比不如煤炭。如何扭转这个局面已成为一个亟待解决的问题，欧洲现在的厨房开始以电取代天然气，假如我国未来太阳能发电获得普及，电的价格下降，也许可以用电来代替天然气。

现在可再生能源产生的电能，为什么仍存在弃风、弃电、弃水的问题？因为发电还不稳定，可再生能源结合储电设备是未来人类用能的最终解决方案，而可持续发展所依托的大量储电设备是中国现在的短板。在交通领域，交通工具未来会电动化，假如以后电动汽车普及，且电池以租代买，电量耗尽后会交还充电站，就可以实现电池两用，形成一定规模的局部电网，国家无需再建那些储电设备，这就是中国打造零碳电力系统的主要手段。在住房领域，我国目前住房耗能较大，主要因为建筑保温材料不够优质，散热厉害，且锅炉耗能较大，针对这个问题，国外已经做了很多的研究，如在德国推广多年的“七升房”(7)七升房：即一栋房子一平方米一年能耗不能超过七升柴油。就是一个成功案例，我国在这方面或许也会借鉴国外经验，通过大量投入来解决建筑材料技术瓶颈。

中国作为用能大国，如果工业问题和建筑、交通问题都能得到解决，碳排放目标将有可能在40年内实现。碳中和涉及四种时代变迁，一是从工业化时代进入信息化时代，二是从化石能源时代进入到可再生能源时代，三是从化石燃料时代进入到化石材料时代，四是进入到可再生循环经济时代。资源的循环利用可以解决材料不足问题，这四种时代变迁就是我们40年内要做的事，今后无论是研究、科技开发、生产、使用、运行、消费还是可再生能源，碳中和都是这些工作的目标。

彭青龙：自2013年习近平总书记提出“人类命运共同体”理念以来，国际社会也逐渐认识到这一理念的时代价值，其内涵的深刻性和前瞻性在新冠肺炎疫情中表现得更加突出。现在有学者提出，不仅卫生健康是命运共同体，科技人文也是命运共同体。您如何看待科技人文命运共同体的理念及其内涵？您曾在您的著作中论述过科学技术与工程、人文、艺术等之间的关系，您如何看待科技创新与人文的关系？

金涌：科学实践必须受到伦理的约束。科学家在做颠覆性创新时，有时可能会突破传统的道德底线，这是一定要避免的。人文可以引领科学发展的基本底线，可以赋予科学家灵魂，让他知道他应该怎么做，如果有人突破了这个底线，就应该采取一定措施。比如基因转移研究中，细胞有两种，一种是体细胞，一种是生殖细胞。体细胞可以拿来做基因转移，但生殖细胞，由于认知尚浅，容易驾驭不了，所以生物学研究中有一个约定俗成的规则，就是不要做生殖细胞的转基因。人文素养对科学研究而言非常重要，科学需要人文的指引。

人文学科中对自然科学有最大的启发和指导意义的学科是哲学，哲学是科学的科学，人文科学教会了一个人在成才之前要先成“人”，人文教育应该注重对学者人文素养的培养，这一点永远是人类文明进步的路标，没有人文精神的社会是一个野蛮社会。换言之，一个国家的繁荣昌盛，需要人文、科学、艺术三者的共同刺激，人文素养建设永无止境。

彭青龙：您曾在著作中提到“基础科学是科技创新的源头，是科技创新的关键动力”。近年来，中国在科技创新上取得了举世瞩目的成就，(8)金涌.科技创新启示录：创新与发明大师轶事[M].北京：清华大学出版社,2020：21.您认为在基础研究这块，中国相比其他国家还存在哪些主要差距？在中国从“跟跑者”转变为“并跑者”和“领跑者”这一时期，我们应如何做好基础研究、应用研究和前沿研究？

金涌：现在中国已经慢慢意识到加强基础研究的必要性。日本就是一个代表性案例，日本在20世纪过于看重技术和经济发展，不太重视基础研究，甚至到了被称为“经济动物”的地步。中国过去也因财力有限，学习的都是别国的技术。一个国家在起步阶段，为了赶超他国，发展经济，往往不是很看重基础研究，而将全部精力用于实际应用，但当在经济有了一定基础后，科技就会失去发展动力。所以日本经历了20世纪七八十年代的经济腾飞后，到了21世纪，投入了大量资金、精力到基础研究中。基础研究本身是一门“广种奇收”的研究，不是“广种广收”，也不是“广种薄收”，而是希望通过广种发现一些优秀的苗子。

现在的项目立项大多基于强基的目的，所以要给科学家在道德标准内一定的自由，其回报可能要到十年、二十年以后，这是一种远见模式。社会加大对基础研究的重视和投入，以学科驱动基础研究，日本就是个很好的案例。有了资金以后，日本曾在21世纪之初(2001年3月)明确提出“50年内要培养30名诺贝尔奖得主”的宏伟计划，以此促进基础研究，到2019年，日本就产生了19位诺贝尔奖得主，平均每年1人。由此看来，基础研究将对后续的社会发展起到强烈的推动作用，这也是一个民族对全人类做出的贡献。中国到了现在这一发展阶段，确实需要慢慢扭转局面，在力所能及的范围内逐步地适度增加对基础研究的投入。现在每个大学都在进行强基计划，清华也有强基计划，用各种方法促进人才发展。比如清华大学有一位非常有名的世界级数学家丘成桐，他每年会招100名学生，由本人亲自挑选、亲手培养，为未来信息产业、高科技做人才储备。丘成桐的计划是以数学为前景，因为人工智能属于数学领域。清华还成立了5个学院，这5个学院学制为八年，本硕博连读，有个学院叫探微学院，意在探索微观世界。该学院以化学为基础，早期不分专业，通过各种教育模式实现强基教育。我认为基础研究对中国来说十分重要，我国经济实力已经达到一定水平，中国现在要进入到领跑者的角色，只有从基础研究中寻找思路。

彭青龙：在您的著作里您一直倡导跨学科思维，强调学科的交叉融合。2019年教育部在“卓越拔尖人才培养”的文件里，提出要建设新工科、新医科、新农科和新文科，“新”字背后的本质是什么？有论者认为这是旧瓶装新酒，你觉得所谓的“新”是否有一定的科学依据和现实需要？我们应该具备怎样的跨学科思维？

金涌：爱因斯坦曾有一句名言：“这种交叉组合作用似乎是创造性思维的本质特征”。(9)金涌.科技创新启示录：创新与发明大师轶事[M].北京：清华大学出版社,2020：178.每个学科的中心主干通常会被集中研究，而两个学科的边缘地带却是一个有待开采的富矿，需要不同学科的专家联合起来共同开发。所谓的“新”，有三层含义。

第一层含义指的是学科交叉。学科交叉是领域的拓展，是科学创新的本质。我们作为化工人，要与环境领域、农业领域交叉。由于小农经济无法一下承载先进的技术，我们必须先构建规模化经营，再加入先进技术，这就需要三产融合——工业、农业、服务业的融合。工业侧，企业家有资金、管理经验和眼光；农业侧，劳动力有土地；服务业侧，有耕种公司、种子公司，还有互联网销售、网上销售。一产、二产、三产互相配合地发展农业，这就是现代农业，即新农业。新工科和新医学都是一种跨学科。

第二层含义是创造有利于学科交叉的新形式。比如国外成立的虚拟研究院，还有清华的生态文明学院和循环经济研究院，在这里没有固定的编制，只有一个理念，即依据兴趣共同研究一个东西，通过定期交流，观点的互相碰撞，由两个人共同做研究，研究结束后队伍解散，不受人事调动问题等其他问题的制约，这样的新架构、新组织形式，更有利于学科交叉。

第三层含义是发展有利于学科交叉的新技术。最近我读了一本叫《未来呼啸而来》的书，书中提到以后的教育形式可能是充分利用学生和学者的探究能力、自学能力，以及高科技的成果，启发他们去探究问题，也许随着信息技术的高速发展，到了2030年将采取一种情景教育，比如在一个虚拟实验室里上课、在里面做尸检，这便是在情景中学习。学习历史时进入一个虚拟世界，例如返回维多利亚时代围观那时候的人们如何辩论和决策。身为一名科学家，我可以回到牛顿的时代，见证他思考的全过程。虚拟情景的构建在方式方法上可能也会带来大量创新，假如能够回到历史人物所在的那个时代，或许会给人的认知、记忆、理解带来巨大的影响和乐趣。所以新工科的“新”拥有三层含义，一个是范围，一个是方法，一个是架构。

彭青龙：在您主编的《科技创新启示录》中“能力”这一章节里，您对思维的论述十分精彩，如“联想力”和“思辨力”等。在教育领域，我们经常能听到“思考”“思辨”“思维”“思想”等概念，大学人才培养应该着眼于培养学生的思想创新和实践创新能力，您如何看待这几个概念之间的关系？有论者认为，中西方之间的差异，表面上是文化差异，实际上是思维模式的差异，您认为有哪些因素导致中西方思维上的差异？中国人独特的思维模式是什么？

金涌：我认为创新思维是由“知识、想象力、好奇心”形成的。人出于好奇对世界产生兴趣，然后借助想象力给自己构造出一个数学模型，很多时候在没被证实前，我们往往生活在未知世界的数学模型中。比如托勒密提出的“地心说”认为所有天体，包括太阳都围绕地球转动，但是这个说法是错误的，人们几百年上千年地生活在托勒密的模型里。后来哥白尼提出“日心说”，他也提出了一个模型。直到伽利略发明了天文望远镜后，才证实了哥白尼的假说，让其变成了真理和科学——这一切都是由数学模型引导的，所以人必须拥有这种抽象思维能力，以逻辑为代表的抽象思维的形成需要进行事先引导。

另一种是形象思维，科学研究发现，很多思想产生时都是形象思维在前，比如牛顿看见苹果落地发现了万有引力，伽利略注意到教堂铜灯的摆动证实了单摆的等时性。思维逐渐通过形象思维开启，以理性思维结束，这里可以引用国学大师王国维的“三重境界”说来描述科学研究思维形成的过程：第一层“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”(晏殊·蝶恋花)说明人们在寻找科学研究方向；第二层“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”(柳永·蝶恋花)表明拼搏过程；第三层“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”(辛弃疾·青玉案·元夕)代表顿悟过程。但对于科学家来说这样还不够，顿悟后还需要深入钻研，因此思维过程强调科学根据，需要更多地启发学生养成科学的思维方法。

关于中西方的思维差异问题，我认为中国人受儒家思想影响较大，擅长整体思维，西方擅长还原思维。体现在中医和西医的区别上，中医是对整体的认知，西医则是将人体分解后再还原成一个整体。中医认为人体是一个非常复杂的结构，每个器官之间互相影响；而西医就是分解——难题分解，把一个难题分解成简单的问题，每个系统都有自己的科学，都可以深入研究，但西医对系统之间的关系没有深入的认识。中西医都有一定的价值，应互相学习，互相促进。其他的学科也一样，西方文明之所以发展迅速，是因为上天赐予了西方人四支火炬——理性思维、逻辑推理、数学运算和实验能力，这四把火炬被综合利用，引导人类在一个黑暗的隧道里不断探索前进，西方人不把数学局限于计算数字，而是将其运用到逻辑思考中去，符合现代科学的发展规律，中国现代的研究方法基本按照西方思维，也就是从古希腊、罗马继承的思维方式。

彭青龙：青年强则国强，青年是科技创新的希望，而“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置”。(10)习近平.为建设世界科技强国而奋斗[EB/OL].新华社,(2016-05-31)[2021-08-11].http://www.xinhuanet.com//politics/2016-05/31/c_1118965169.htm.您提出“美丽化学”和“美丽化工”的理念，实际上是为了吸引更多年轻人进入化学化工专业学习，而现实情况是很多年轻人无法抵挡快速赚钱行业的诱惑，或者在生活富裕的家庭背景下，不愿意像父辈那样从事艰苦的科学研究和技术革新工作，甚至受到“被妖魔化”的化学化工的影响而选择逃离化学化工学习。我们怎样才能让年轻学生对化学化工保持好奇心和想象力？怎样才能让他们拥有使命感和家国情怀？您对他们的成长成才，特别是跨学科思维能力的育成有什么建议？

金涌：我认为每代人的选择都存在差距，年轻人逃离工科现在已是普遍现象，包括美国和日本也存在这种现象，现在愿意在美国学工科的学生占比不到10%，当然也包括化工专业。社会现实的错误引导是最关键的原因，一些身价百亿的大明星，无论是体育明星，还是影视明星，给年轻人形成了不好的导向。趋利避害是人的天性。我觉得政府已经开始出台一些政策，如对演员出演一部电视剧的最高片酬做出一些限制。劳动和收入的匹配程度，需要政府从制度上做出调整。

另一方面还是要从教育层面入手，引导学生探究未知世界、未来世界的意愿。科学家们需要努力启发学生的好奇心和事业心，首先要把每个学科的故事讲好，每个学科都有自己的魅力，这就是我们作为上一代学者要做的工作——把学科真正的未来展现给年轻人，让他们产生兴趣，并愿意为之付出一生。清华大学深知，入学第一年是一个学生思想发生转变的时期，需要让他真正了解自己学科的未来，让他爱上自己所学的学科，觉得这是值得他为此付出一生的学科，当然不是每个人都要有这样的志向，我们也不需要所有人都有这样的志向，但还是要加强对学生的教育，我相信我们可以培养出一代又一代有志青年。

早年美国教授们都来中国找生源，因为中国学生有拼搏的精神，很少有美国学生愿意读博，大多去寻找别的更赚钱的工作，企业也不需要那么多博士。有一次我去拜访美国的一个研究所，顶层就是博士研究生的实验室，博士大多都是韩国人和中国人，其实这种现象现在也很普遍。世纪之交时这个现象传到了日本，日本教授也喜欢中国学生，因为中国学生吃苦耐劳，有钻研精神。现在20年过去了，中国有很多学生也在逃避艰苦。不过我认为教育可以扭转这个局面，可以引导学生的事业心，并与为社会做贡献的决心相结合，这样培养出来的学生才是最有前途的，也是最容易学成的。正是文科而非科学塑造了人的人生观、世界观、价值观，人文教育的重要性由此凸显。其实人的三观是在中学、高中阶段便逐渐形成的。我是新中国第一代知识分子之一，那时的中国正处于从一个半封建半殖民地社会转向新中国建设的新阶段，整个社会的教育都是让人们坚信要为别人而非自己做贡献，要为国家做出一番事业。我认为这种信念和理想正是现在的教育要加强的，通过人文教育帮助学生树立正确的三观，帮助一个人真正地找到自己一生正确的道路，正是人文学科的重要使命。