同济大学海洋与地球科学学院院长翦知湣院士:科学研究最重要的是“证伪”,而不是“证明既有理论是对的”

来源:智汇海洋   发布时间:2025-09-04 20:09:51 

【编者按】近期,上海市启动“十五五”规划“百家访谈、万家调研”活动,广泛征集社会各界对“十五五”规划编制的意见建议。解放日报·上观新闻与上海市发展改革委共同开展对战略科学家、决策咨询专家的深度访谈,受访专家作为各自领域的顶尖人才,既有对相关行业的一线观察,更有面向未来的战略思考,共同助力上海“十五五”规划编制工作。

本期受访专家为中国科学院院士、同济大学海洋与地球科学学院院长翦知湣。

人物简介:翦知湣,中国科学院院士,同济大学海洋与地球科学学院院长。长期从事海洋地质学的教学与科研,主持国家自然科学基金重点项目、973计划项目、国家重点研发计划项目等30多个科研项目,在西太平洋古海洋与古气候研究方面取得系统性创新成果。作为第一完成人获上海市科技进步奖一等奖;担任国家重大科技基础设施“海底科学观测网”东海子网的首席科学家,主持国际大洋钻探第368航次和南海“深海勇士号”载人深潜航次。

【向深海进发】

记者:您曾经提到“中国要成为世界海洋强国,一定要向深海大洋进军”,为什么这么说?深海研究对海洋经济有哪些重要意义?

翦知湣:71%的地球表面积是海洋,其中80%以上是水深超过2000米的深海,只有边上的一点点是浅海。就海洋科技能力而言,如果只停留在浅海,不能到深海去,那是不够的。一个国家要成为世界海洋强国,科技能力就要能到两极、到深海。

目前,中国的深潜能力位居世界前列。中国载人深潜事业以“奋斗者”号、“蛟龙”号、“深海勇士”号为核心,自2012年起在南海开展科学实验航次,逐步实现从近海到深远海的跨越式发展。

深海资源十分丰富。深海的石油、天然气资源有很多,按照联合国的统计数据显示,3万亿海洋经济中超过1/3是深海的油气资源,包括今后的深海矿产资源。

国际上,深海采油已经可以深入到水下3000米左右,中国的深海采油技术多在水深1500米左右,所以我们在深海技术方面还要进一步有所突破,尤其是深海采油装备的自主研发能力上,还要进一步提升。

翦知湣教授在同济大学2025级新生骨干培训营上作报告。

记者:要实现海洋强国,上海可以承担怎样的重任?

翦知湣:所谓海洋强国,体现在军事、科技和经济三个方面。上海是中国海洋科学、海洋工程技术和海洋经济三个交汇的高地,比如说,载人深潜器从“奋斗者”号、“蛟龙”号到“深海勇士”号都是在上海地区制造的;目前,海洋领域共有11个全国重点实验室,其中3个在上海,2个在杭州,也就是说长三角就占据了半壁江山;科技部把中国主导的国际大洋钻探计划(DODP)的科学中心放在了上海同济。

人工智能的兴起,给海洋科技带来了新契机。其实,海底观测网本身就是人工智能加海洋大数据——我们直接把光电缆铺到海底下,在水下依靠机器人来观测探测,机器人如果没电了,还能自主去充电;传回来的多源数据,通过大数据挖掘,可以建模后智能预测。

在海洋研究领域,上海的高校资源也相当丰富,同济、上海交大、华师大、复旦在海洋研究领域都有自己的侧重点。比如,同济大学有“三深”研究,即深钻、深潜、深网,既有国家大科学工程,又有大洋钻探的国际大科学计划,还有深潜的科学研究;复旦大学有海洋大气系,它们瞄准的是深远海气象灾害,实际上就和中国气象局上海台风所连在一起了;还有长兴实验室牵头的海底划界与权益全国重点实验室,他们主要做海底的深部探测。

从这种意义上说,上海应该勇挑国家重任,在深海研究领域有所作为,进一步突破。

【“三深”联用,叩问地球奥秘】

记者:同济大学在深海科技方面有“三深”技术,即深潜、深钻、深网,目前“三深”技术与全球的顶尖技术相比,处于什么样的水平?

翦知湣:目前,我们的“三深”技术已经进入世界先进行列,但还没处于领先地位。深钻,也就是大洋钻探,被称为国际深海研究的“奥林匹克”竞技场,在一条几万吨的船上透过海水进行钻探,把地壳下面的东西取出来做分析,分析里面记录的气候环境演变、地壳运动、以及矿产资源等信息。现在,我们在大洋钻探方面的论文数量仅次于欧洲、美国,超过了日本,排在世界第三。

在深潜方面,美国的“阿尔文”号从1964年就开始使用,它目前已经下潜了5000多次。中国从2012年开始进入深潜领域,虽然比别人晚起步整整40年,但我们现在的技术能力还是不错的,可以说在全球处于领先水平。最近,中国科学家在国际权威期刊Nature上发表文章,在约9500米水深的地方看到了不依赖阳光的化能合成生命群落。

翦知湣教授出海为深海研究收集第一手资料。

不仅在水下深潜,中国的科考船在探索更难领域——冰下深潜。冰下深潜遇到的一大挑战是——深潜上来可能会遇到坚硬的冰层,因为冰层会漂移,如果不能准确、实时知道冰层的位置,潜器上浮时遇到冰层就麻烦了。因此,需要精准的定位手段、先进的通信技术,来指导冰下的深潜器从哪里浮上来才安全。

未来,中国在深潜方面要朝“智能化”方向发展。我们的深潜器是十几年前制造的,在智能能力方面还可以进一步提高,比如说深潜路径的智能规划,可以通过深潜器的“眼睛”观测后来决定朝哪里走,也可以根据声纳回声来决定行走方向。

中国自己的深海观测网明年建成,规模将达到世界第一。但是仅仅规模大,并不能达到世界领先,要水准达到世界第一才行。所以,在深钻、深潜、深网这三方面,中国都已经进入世界前列。从梦想号钻探船、海底观测网,到全海深载人深潜器,以及其他国家重大科技基础设施,国家在上面投资了100多亿元,我们必须发挥这些大设施的作用、在科学上取得重大突破。

【实验室预计2027年启用】

记者:2025年启动了新一轮的大洋钻探计划,中国正在建造全球第四个国际岩心实验室?世界上已经有三个国际岩心实验室,为什么我们还要造第四个?

翦知湣:大洋钻探是一个国际大科学计划,它有一套规则。关于岩芯样品保存,现在世界大洋是划分成三块:一块是大西洋,大西洋所有的样品都放在德国的不莱梅;第二是太平洋到南大洋,这一区域的岩心样品放在美国,西太平洋到印度洋这一片区域的岩心样品放在日本。

在大洋钻探方面,中国要成为领导者之一,对世界要有自己的贡献。建设第四个国际岩心实验室,可以将采集来的岩心样品储存在实验室,供全球科研使用,这是中国对国际社会的贡献。其次,在培养大洋钻探的人才方面,用岩心样品去开发一些新技术能力,也需要有自己的岩心实验室。

因此,建设岩心实验室对于中国提高在大洋钻探领域的能力很重要。今后,沿着南海一直到“一带一路”的岩心样品都可以放到上海的国际岩心实验室,世界大洋的岩心保存从“一分为三”变成“一分为四”,既是中国对国际的贡献,也是一种国际地位的彰显。

第四个国际岩心实验室刚刚立项,在临港那里有80亩土地,大概今年11月、12月份奠基动工,预计到2027年可以开始运行。目前,我们有16000平方的海洋地质全国重点实验室、12000平方的大科学工程——海底观测网的监测数据中心,正在建设的20000平方米国际岩心实验室,再加上一条2800吨的“同济号”科考船,这便构成了同济“三深”科学与技术的主要框架。

“同济号”科考船。

【科学研究最重要的是“证伪”】

记者:海洋研究既有自由探索的部分,又有国家使命导向的元素在,在这个领域,您觉得应该怎么样继续深化基础研究?

翦知湣:现在在基础研究理论,从地球科学到海洋科学,大部分是欧美主导的理论体系。以前,我们做海洋地质研究,基本上是跟着欧美国家学习,把他们提出的假设放到中国也能发现,说明这一假设是“放之四海皆准”的。

而我们需要做的就是,提出包括地球系统科学的中国学派,就是从中国的角度去看世界。

十几年前,汪品先院士就提出来气候演变有低纬驱动,不仅仅是高纬驱动。当时,大家普遍接受的气候演变动力都是南北两极的“冰盖”,全球的长期气候冷暖由它们来调控。而汪品先院士提出了“低纬驱动”理论,即太阳直接照到赤道地区形成的热量,是从低纬传到高纬。“低纬驱动”这一观点提出来,实际上是全球的能量和水循环。

所以说,基础研究要做全球的,要做创新的东西。做科学研究要有质疑的精神,从某种角度来说,科学研究最重要的是“证伪”,而不是“证明既有理论是对的”。同时,只有第一手的材料,再加上开阔的思维才能做出好学问。

信息来源:解放日报 李蕾 李珺瑶

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