當下，全球科技發展呈現怎樣的總體趨勢？數學、物理和化學，發生著怎樣的變化？正在舉行的第四屆世界頂尖科學家論壇釋出了《全球科技前沿報告》。
科學探索不斷向宏觀拓展、向微觀深入，有望拓展人類對物質、生命、能量的基本認知，催生新的重大科學思想和科學理論。
【世界各國在探索新的計算體系】
在探索宇宙方面，近年大量的研究集中於鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）所探測的引力波訊號及其衍生的中子星合併、黑洞合併、原始黑洞、暗物質等方向，而蓋亞（Gaia）空間望遠鏡資料構建的星圖、“普朗克”太空探測器資料繪製的前宇宙微波背景輻射圖也是受到高度關注的研究方向。
在資訊科技方面，人工智慧研究及其應用是近年的研究焦點，石墨烯、矽光子、新型二維半導體、量子計算機等成為世界各國探索新的計算體系的方向，新型無線通訊、衛星通訊、量子通訊等通訊技術的研究與網路安全、隱私保護、可信人工智慧等涉及管理、倫理的研究也愈發受到關注。
在生命科學與醫學方面，基因組及表型組研究、神經科學研究、重大疾病研究（包括腫瘤、心血管疾病、中風、抑鬱症、老年痴呆症、糖尿病、克羅恩病等）是近年全球科研的熱點方向。基因組學、遺傳學和表觀遺傳學，發展與老齡化，神經科學與心理健康等同樣也是國際上各基金會資助和獎勵的重點方向。
在材料研究方面，材料科學與化學、能源、應用物理等領域呈現非常深入的融合趨勢，太陽能電池、感測、催化等是多個學科領域共同關注的重點方向。其中，感測的研究包括奈米感測器、電化學感測器、光纖化學感測器、熒光感測器、溼度感測器、生物感測器等，催化的研究主要在太陽能制氫、二氧化碳催化轉化、廢水的臭氧催化轉化等應用方向的光、電催化劑研究，而微流體、金屬奈米團簇、二維材料、超薄金屬有機骨架、生物智慧材料、憶阻器、鐳射及發光材料等也是近年科研的熱點。
在生態環境方面，全球尺度上的宏觀研究，包括全球變暖及甲烷排放、全球海洋資料分析、微生物生態、泛熱帶生物量碳圖、永久凍土融化、地殼板塊碰撞等是近年科研的關注點，而災害氣象預警、地球環境預測、極地海冰下海洋觀測、地球及海洋模擬、零排放建築、綠色城市等方向的科學研究和技術研發也在全球蓬勃開展。
【擴充套件到半徑150億光年的宇宙範圍】
數學、物理和化學，是我們最熟悉的基礎學科，近年來也發生了許多重大變化。
數學已成為高新技術的重要組成部分。近年來，數學前沿更聚焦學科內部的聯絡以及數學與計算機科學之間的聯絡，如運算元、泛函、拓撲、張量、流形等一些新的概念不斷大量湧現，日漸發展成為現代的科學語言。隨著社會的數學化程度日益提高，學科與計算機科學的深度融合，數學的應用不僅在工程技術、自然科學等領域發揮著越來越重要的作用，而且以空前的廣度和深度向經濟、金融、生物、醫學、環境、地質、人口、交通等新的領域滲透。
物理向更深和更廣的層次不斷延伸。物理學的理論和研究方法對其它學科的建立和發展起到了有力的推動作用，給現代科學技術的發展提供了新思路和新方法。近年來，物理及其交叉領域，聚焦凝聚態物理、原子分子物理和光學物理、粒子物理和核物理、天體物理等。從微觀領域來說，研究已經深入到了原子內部、基本粒子內部，發現了尺寸不斷減小、能量不斷增加的許多連續的層次原子、原子核、基本粒子、夸克等。從宏觀領域來說，研究視野已經擴充套件到半徑為150億光年的宇宙範圍，依次突破了銀河系、星團、星系和總星系的領域。研究宏觀世界的天文宇宙學和研究微觀世界的粒子物理學近年來的交叉融合是一個重要的發展趨勢。
化學是人類創造新物質的重要途徑和手段。近年來，化學及其交叉領域聚焦合成化學、量子化學、化學生物學以及能源化學等。未來，化學將不
僅肩負著創造新物質的歷史使命，還面臨著為人類社會解決糧食、健康、環境與能源等問題的挑戰，尤其是在限域合成化學、特殊結構／功能分子和材料、綠色的新化學合成、生物合成與化學合成的耦合、激發態合成化學等前沿方向持續開展創新研究，必將在人們認識和改造自然、提高人民生活質量和健康水平、推動人類發展和社會進步等方面發揮不可替代的作用。
欄目主編：黃海華 文字編輯：黃海華 題圖來源：孟雨涵攝
來源：作者：黃海華
