近来，在中國科學院合肥物質科學研讨院強磁場科學中心，我國科研團隊自主研发的水冷磁體產生了42.02萬高斯（即42.02特斯拉）的穩態磁場，改写了水冷磁體的国际紀錄。穩態強磁場是開展物質科學前沿研讨所需的一種極端條件，也是推動严重科學發現的利器。這一磁體的成功研发，為科學家探究新現象、提醒新規律供给了更好的實驗條件，也為我國建設更高場強的穩態磁體打下關鍵技術基礎。

  我國穩態強磁場實驗裝置获得严重技術打破，是科學研讨“向極端條件邁進”的重要體現。近年來，隨著理論模型、實驗技術的不斷進步，科學家們將實驗條件面向史无前例的極限狀態，在超高溫、超低溫、超高壓、超強磁場等極端條件下，许多科學現象與規律得以提醒，極大拓宽了人類的認知邊界，推動著經濟社會的發展。

  在極端條件下，可提醒自然界的根本規律、物質的新狀態以及生命的極限適應才能

  極端條件，是指實驗室中人為創造出來的、達到或挨近现在技術極限的單項或綜合物理條件，它們的影響各不相同又彼此關聯。科學研讨向極端條件邁進，能够對自然界在極端狀態下開展深化探究。在極端條件下，科學家們能够提醒自然界的根本規律、物質的新狀態以及生命的極限適應才能，從而推動物理學、化學、资料科學、生物學等多個學科的發展，助力實現技術打破。

  “在物質科學領域，我們能够把物質的狀態了解為溫度、磁場、壓力等這些根本物理參量的一個‘函數’，例如水會隨著溫度的變化成為氣態或固態，石墨在高溫高壓下會變成金剛石，许多礦產也是在地球內部高溫高壓的環境下构成的。”中國科學院物理研讨所副所長程金光介紹。

  “在一些極端條件下，许多物質會出現常規環境中難以出現的狀態。”程金光說，“當我們拓宽這些極端條件，就會觀察到许多新的物質狀態、新的物理現象。通過極端條件下的物態調控，極大拓宽了人類認知的邊界。”

  早在100多年前，荷蘭科學家通過將氦氣液化、將水銀冷卻到零下268.98攝氏度時，發現其電阻忽然消失，即超導態。超導態的發現，改變了人類對物質国际的認知，推動了动力、交通、信息、醫療等領域技術的發展。

  近年來，極端條件下的科學研讨获得了豐碩效果。比方，在高溫高壓條件下，科學家們成功组成了新式超導资料，為電力傳輸和電子設備研发供给了新的或许﹔在超低溫條件下，量子糾纏等独特現象被觀測到，為量子計算和量子保密通讯等前沿技術的發展奠定了基礎﹔全球科學家在穩態強磁場條件下的科學研讨获得了許多严重效果，這些效果在物理、化學、资料、生命健康以及工程技術等方面得到綜合應用……

  在程金光所從事的资料科學領域，探究具有奇異物理性質的新资料體系是推動凝集態物理發展的強大動力。

  “高壓技術在現代凝集態物理的研讨中正發揮著越來越重要的效果。”程金光介紹，作為與溫度平等重要的熱力學參量，高壓能够在很大程度上決定許多固態反應的方向和速率。在高溫高壓條件下，能夠组成出許多常壓條件下不存在的新式资料。通過施加高壓，還能够改變決定资料物性十分關鍵的參數——原子間距離，從而能够精確地調控物性﹔將超高靜水壓和極低溫、強磁場等極端條件結合在一同，能够探究资料在這些極端條件下的響應，提醒許多独特並具有潛在應用價值的物理現象。

  前不久，位於北京懷柔科學城的綜合極端條件實驗裝置開放了本年的第二輪一般課題搜集。

  綜合極端條件實驗裝置是北京懷柔科學城榜首個開工的國家严重科学技术基礎設施，也是國際領先的集多種極端條件為一體的實驗裝置。它由中國科學院物理研讨所承建、吉林大學共建，於2017年9月正式啟動建設。這裡有比地球磁場高出60萬倍的強磁場，有挨近地心壓強的超高壓，有挨近絕對零度（零下273.15攝氏度）的極低溫，還有把時間“切开”到隻有1秒的一億億分之一的超快光場……

  近年來，凭借極端條件获得創新打破，已成為科學研讨的一種重要范式。程金光認為：“隨著科學的發展，物態調控的手法變得愈加精细、復雜，许多重要科學發現有賴於極端條件的打破。”

  “在大科學時代，通過建設先進的極端條件實驗設施，創造極端溫度、極端壓力、超強磁場等極端狀態，有助於發現新物質、提醒新規律、開辟新應用。”中國科學技術發展戰略研讨院科技與經濟社會發展研讨所所長陳志認為。

  近年來，我國严重科学技术基礎設施建設加速推進，大科學裝置日趨完備，為開展極端條件下的科學研讨供给了強有力的保证。在華南理工大學教授殷盼超看來，树立並發展集成多種極端條件的實驗裝置，將為提高我國科學研讨水平、實現严重原創打破供给重要支撐渠道。

  極端條件下的科學研讨往往触及多學科穿插，需求不同領域的科學家緊密协作。中國科學院院士、復旦大學副校長馬余剛認為，開展極端條件下的科學研讨，要重視协作，通過树立一些多學科的實驗室和研讨團隊，積極推進學科穿插交融。

  “不僅要達到單項的極端條件，還要將不同的極端條件綜合起來。”程金光舉例，綜合極端條件實驗裝置有多達20個實驗站，其间絕大多數實驗站都將2至3個極端條件結合到一同。使用這些綜合極端條件，能够開展资料组成、物性表征、量子調控、超快過程等領域的前沿研讨。

  極端條件的實現，往往需求復雜的實驗設備和精深的實驗技術。馬余剛表明，物理學是一門實驗科學，触及極端條件的儀器和裝置许多都是精细儀器、高精度特别設備。因而，要高度重視科研儀器設備方面的自主創新。

  “此外，極端條件下的科學研讨需求既懂實驗、又懂理論的復合型人才，對人才培養也要充沛重視。在树立並發展集成多種極端條件的實驗裝置的同時，還要依托這些科研渠道積極培養人才。”馬余剛說。

  近年來，科研范式發生深化變革。在馬余剛看來，大規模算力、機器學習等新的研讨手法、研讨方法，對極端條件下的科學研讨產生了重要影響。“通過人工智能輔助計算等手法，已經能够很好地模擬一些極端條件，我們要通過這些科研新范式，把極端條件下的科學研讨繼續引向深化。”

  極端條件不僅在科學研讨方面效果巨大，還能為技術創新供给支撐。“近年來，许多动力、资料領域的打破，都是隨著極端條件的拓宽获得的。此外，深空、深海、深地等戰略高技術領域，也是極端條件出現較多、應用較廣的領域。”馬余剛介紹，“比方，深海環境裡也能够做中微子研讨，深地條件下能够開展生命科學方面的探究。總之，極端條件為许多領域打開了新天地。”

  極端條件下的科學研讨，也積極服務經濟社會高質量發展。比方，现在在醫學領域廣泛應用的結構解析和非侵入性成像——核磁共振技術，便是強磁場條件催生的應用技術。再比方，我國穩態強磁場實驗裝置投入全面運行后，研發裝置衍生的效果和依托裝置研讨產生的多項效果，如組合掃描探針顯微技術、國家Ⅰ類抗癌創新靶向藥物等，已順利實現轉化和應用。

  在浙江杭州，依托即將開工建設的極弱磁大科學裝置，中國科學院院士、北京航空航天大學教授房建成帶領團隊制作了零磁空間縮比樣機，著力霸占磁屏蔽等關鍵技術，並推動相關效果轉化。

  房建成介紹，比较強磁場方面的效果，科學界對弱磁條件仍知之甚少。近年來，他和團隊在零磁與近零磁極端條件下，開展零磁醫學、生物學、化學、基礎物理和资料學等方面的基礎研讨，產生了一批原創性效果，也實現了技術的落地轉化。

  專家表明，極端條件科學研讨远景無比廣闊。展望未來，科學研讨向極端條件邁進將繼續推動多個學科的發展，科學家將能夠更深化地探究極端條件下的物質狀態、生命行為和国际演化等科學問題。同時，極端條件科學研讨也將為新资料、新动力等領域的創新供给重要支撐。（記者 谷業凱）

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