四象限探测器（四象限探测器原理图）

大家好，感谢邀请，今天来为大家分享一下四象限探测器的问题，以及和四象限探测器原理图的一些困惑，大家要是还不太明白的话，也没有关系，因为接下来将为大家分享，希望可以帮助到大家，解决大家的问题，下面就开始吧！

本文主要内容一览

• 1、六象限光窗探测器原理
• 2、独行月球值得看嘛
• 3、宇宙顶级文明能厉害到什么程度
• 4、把问题底层原理搞清楚就是基础研究

四象限探测器（四象限探测器原理图）

1六象限光窗探测器原理

由辐射引起。光电探测器的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等。

四象限探测器（四象限探测器原理图）

2独行月球值得看嘛

《独行月球》值得看。

人类为抵御小行星的撞击，拯救地球，在月球部署了月盾计划。陨石提前来袭，全员紧急撤离时，维修工独孤月（沈腾饰）因为意外，错过了领队马蓝星（马丽饰）的撤离通知，一个人落在了月球。不料月盾计划失败，独孤月成为了“宇宙最后的人类”，开始了他在月球上破罐子破摔的生活……

《独行月球》百度网盘高清免费资源在线观看：

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3宇宙顶级文明能厉害到什么程度

宇宙顶级文明能够厉害到什么样子？这就要看什么是顶级文明了，仅仅靠自己想象的话，那可以有无限种可能。

必须承认的是，人类文明是宇宙间最高级文明的这种可能性微乎其微，所以除非宇宙间只有人类文明一个文明，不然肯定有比人类文明更高级的文明，但是这种可能性也是小的可怜。所以，宇宙间最高级文明，至少比人类先进，至于先进多少年，现在发展到了什么程度完全可以充分发挥自己的想象力。

为什么说人类是宇宙间最高级文明的这种可能性很小呢？其一就是，宇宙这么大，星球数量数不胜数，仅仅是银河系内就有超过1500亿颗恒星，如果算上其它的，星球数量更是多得可怕。虽然人类目光所及之处，并没有发现任何的外星文明，但是不得不说的是人类的科技还没有发达到能够探寻整个宇宙间的所有文明，甚至是连银河系也无法探明清楚。

其二就是人类文明是宇宙间第一个发展起来的文明乃至是宇宙间最高级文明的这种可能性也很小。这主要是根据宇宙的年龄得来的结论，现代科学认为宇宙起源于一场大爆炸，在这场大爆炸之后，宇宙开始急剧膨胀起来，时间空间也就开始形成。而通过计算得出一个结论，那就是宇宙的年龄为137亿岁左右，但是对地球上最古老岩石的分析认为，地球诞生于46亿年前，而太阳则诞生于50亿年前。

地球上最原始的生命，35亿年前才开始出现，而人类，几百万年前才发展起来，仅仅只有5000年的文明史。这个时间，对于人类而言的确是可以繁衍好多代了，但是在宇宙的年龄面前，还是显得微不足道的。所以有理由相信，人类文明不是全宇宙最高级的文明。那么就有一些文明，可能在宇宙诞生没多久之后就出现了，而至今已经发展了几十亿年的时间。

几十亿年的时间，如果还能够延续到今天的话，那实在很难想象他们究竟有多么高级的文明。宇宙间的文明可以分为三种等级，人类目前还没有到达第一个等级，一百年以后或许有希望，也就是完全利用行星上面能源的一种文明。而第二级文明，则是可以完全利用恒星上面能源的文明，他们可以制造一种名为戴森球的球体，将恒星上面的能源完全据为己用。

外星文明有多厉害？它们能够进行光速旅行？制造黑洞武器？反物质推进器？二向箔？创造一个新的宇宙？……这些技术可能吗？因为这个问题不是脑洞般的胡思乱想，而是一个科学问题，我们就需要基于科学和逻辑进行推测。

科学是通过经验实证的方法，对现象进行归因的学科。它包含两个方面的内容：一是科学的方法，二是采用科学方法获取的知识。科学知识所描述的对象包含了我们这个宇宙的运行规律，而宇宙在各处的物理规则是相同的。所以，外星文明的科学和我们的科学在本质上是相同的，而且发展的路线也应该是相仿的。

介于宇宙空间的庞大（可观测宇宙大约直径为930亿光年）和物质数量的巨大，即使只有极低的概率诞生生命，外星生物的绝对数量也是有很多的。但目前我们并没有发现外星生物，更不用说外星文明了。

根据对宇宙的研究发现，宇宙诞生于138亿年前的大爆炸（目前所观测到的现象都支持这个模型，也是科学界的共识），宇宙是通过不断演化到今天这个模样的。在宇宙最开始的十多亿到几十亿年间并不适合生物生存。也就是说，外星生命存在历史也是有限的。

图：宇宙大爆炸模型

生物的演化到智慧生命需要的时间是漫长的，地球从单细胞生物到今天的人类花了40多亿年。这差不多可以估算出外星文明能够诞生和发展科学的时间最多只有30亿年左右。

科学并不是呈线性发展的，需要长时间的积累才能够进行突破，所以它有平台期和爆发期。而且，科学的发展越到后面越是艰难。就比如说，要想验证超弦理论，就需要建造差不多银河系直径这么大的粒子对撞机，这是人类未来上千年都无法实现的。

图：元素周期表，这个宇宙的化学元素都在上面了

根据元素的化学性质，能够形成较复杂和稳定结构的有机物都以碳元素为基础，也就是说，外星生物最大可能和地球生命一样，都是碳基生命。虽然有科学家提出了可能存在硅基生命、硼基生命，但即使是在实验室环境中，它们都无法和碳基有机物一样形成复杂和稳定分子。

基于碳基生命的文明诞生的地方应该是一颗岩石行星，其围绕着一颗恒星运行。恒星是有寿命限制的，其质量越大寿命越短。所以，文明的发展如果不能在这个有限的时期内突破到能够进行星际航行，它们就会灭亡。

质量大的恒星由于其主序星阶段的时间较短，不足以让行星诞生生命或是发展出较高水平的文明。而质量太低的红矮星由于会产生致命的太阳风暴（其光度太低，宜居带非常靠近恒星），所以存在生命的可能性不大。能够产生生命的恒星和太阳质量差不多大，其寿命有约100亿年，但根据恒星的演化来看，适应生命诞生和发展的时间只有约50亿年左右，算上演化出智能生命的时间，可能最多只有1020亿年来发展科学。

能够诞生外星文明的恒星系周边不能够有大质量的恒星，因为其寿命终结时的超新星爆发会摧毁周边数十光年内的生命。宇宙环境是险恶的，生命是脆弱的。

图：超新星爆发想象图

图：超新星爆发的遗迹蟹状星云

我们根据上面的事实可以得到一些结论：

外星文明是存在和稀少的，但由于宇宙的宽广，我们没有发现它们。外星文明发展的时间受限于宇宙的演化，是有限的。外星文明的发展历程和人类文明发展是相似的。

因此，我们就可以根据人类的科学和技术发展史来推导出外星文明的先进程度。

人类文明的发展从本质上可以看做是对能源的利用方法和效率的提升。这点可以从三次工业革命中看出。根据这一点，前苏联科学家卡尔达舍夫将宇宙文明划分为三级：行星文明、恒星文明和星系文明。

图：三级文明分别能利用的能源功率

行星文明就是可以利用文明所在的母行星的所有能源，目前人类尚未达到这一水平，差不多为0.7级。预计在可控核聚变反应技术达到成熟后，可以达到行星级文明。

图：可控核聚变反应堆

行星级文明的科技水平和地球目前的水平差不多，领先最多也就百余年。

恒星级文明可以利用所在恒星系的全部能源，一个恒星系的能源主要就集中在恒星所发出的能源上。因此，标志性技术就是围绕恒星的能量收集装置。

图：戴森球想象图

恒星级文明的技术能力应该拥有能航行于其母恒星系周边的宇航技术，并能够进行小范围（数十光年内）的星际殖民。反物质发动机、无工质火箭等应该是必备技术。甚至可能发展出基于“万有理论”（目前人类最接近成功的万有理论为超弦理论）的相关技术。人类要达到恒星级文明至少还需要数千到数万年。

星系文明就是能够利用一个星系的能源。这样的文明所拥有的技术还不是现在人类能够理解的。但肯定拥有“绕过”光速限制的超光速宇航技术，这样它们才能够达到控制整个星系能源的水平。它们应该能够涉足于星系间的探索了。但这样的文明应该在目前的宇宙中不存在，因为宇宙的年龄太小，还不足以发展到这样的水平。

综上所述，目前宇宙中最先进的文明可能就是恒星级文明。我们可能可以通过观测恒星的光度变化发现这样的文明存在。但目前我们最多只能观测到存在于银河系内的这样的文明。

宇宙顶级文明能厉害到什么程度？

从理论上来看，宇宙刚诞生一亿年应该不太可能形成行星的！有几个理由，因为大爆炸后的第一代恒星都是贫金属恒星，而行星在这个时代还是泡影！而只有超大质量的恒星才会超新星爆发成中子星、黑洞，抛洒的物质才能形成的星云，又需要经过漫长坍缩才会形成新的恒星和行星，因此存在行星的恒星应该是二代恒星！只有短短一亿年的时间，形成行星明显是不够的！

我们观测到最古老的系外行星是115亿年前的卡普坦b，因为银河系形成与12610亿年，银河系中最古老的行星和宇宙最古老的恒星可以相互参考，当然事实上我们并未观测完整个银河系，当然这只能作为参考！

一个领先地球文明100多亿年的文明是个什么样的世界，我们应该无法想象，他们还在以物质状态吗？还需要依托于行星吗？还被限定在这个宇宙中吗？

也许都已经成为了凌驾于我们这个宇宙的神级文明，怎么来形容这个文明的程度呢？也许可以左右星系的进程，也可以控制宇宙局部的发展，甚至可以从宇宙的一边模拟出另一边的世界，也许对于他们来说这并不是一件难以实现的事情，也许只要控制宇宙这个多维空间中的各个空间分界就可以了！

而对于他们本身，也许早已脱离形体，而是以一种能量状态存在的生命，而寿命几乎和宇宙同寿，与之提供足够的能量即可永久生存下去，而他们还可以脱离这个宇宙，超脱于宇宙之外而静观整个宇宙的进程，就像我们看着生态球里的生命演化一样！

科学最终答案，宇宙顶级文明中惊人的七个级别，一级更比一级震撼心灵！宇宙之中除了人类，可能还存在更高智慧的地外文明，尽管目前人类还没最终证实，但20世纪后的UFO事件已经层出不穷，下面我就为各位看官梳理一下宇宙之中的文明等级。我相信地外文明的证实只是个时间问题，宇宙文明的七个级别，一级更比一级惊人的震撼心灵！一级文明（行星文明）：据说我们人类目前的级别只到0.7级，也就是我们人类目前只能具备卫星与主行星之间来往的能力，地月来往已经基本实现，可是更深层的行星之间的往来还不具备，例如，地球到金星、水星、火星这几颗最近的行星间的旅行能力还不具备，因此，我们距离一级文明的实现还有一段距离！二级文明（恒星文明）：我们都知道太阳时一颗巨大的恒星，而在银河星之中却分布着数不清的恒星，人类只有达到恒星与恒星之间这么长的距离后，才具备恒星文明的级别，如果有一天人类能够掌握远距离利用恒星能量或者近距离直接索取恒星能量的时候，才真正具备二级文明的水平。三级文明（星系文明）：这是指该种文明已经完全具备在文明所在的大星系之中，自由旅行的能力。例如，可以在银河系之中自由旅行并长久生存。

四级文明（列星系文明）：该种文明已经具备在不同星系间来往的能力，例如，银河系与仙女座以及猎户座星系之间，或者更远的星系之间进行遨游来往的能力，这种文明的旅行可能会利用宇宙虫洞等这种特殊途径进行实现。五级文明（多维空间转换文明）：具备这种能力的文明，可以在一个星球、星系、以及更多大型天体的不同维度之间相互转换的能力，例如，由地球的三维空间，转换到地球的四维空间甚至地球的更高维空间之中，我们举个例子。当速度以及方法正确后由地球的三维空间转换至地球的四维空间，就可以回到地球的过去以及通往未来，其实质是地球运动（量子震动可以使看不见的能量转化为物质态，并产生电磁波，从而构成引力场）的每一个能量点都处于一个独一无二的密度值空间之中，轨迹类似基因结构，当物体转换到四维空间后，我们就可以随意捕捉到地球所处的每一个能量点，进入这个地球曾经的运行轨迹的某一颗能量点的量场里，我们就可以看到这一量场所在位置的景象，而过去，现在，未来在宇宙空间是同时存在，可以看我曾经发表的文章（时空象限矩阵理论：宇宙如何构造？用时空象限理论，告诉你一个不为人知的事实！也就是说这种文明可以实现人类所谓的穿越。同时，不仅具备在同一维度的列星系旅游的能力还具备在同一宇宙的不同维度中旅行的能力！

六级文明（平行宇宙文明）：这种文明的生命体已经发展到能量与物质可相互转化的叠加状态，可以实现独立的宇宙与另一个平行宇宙之间的旅行，能够适应不同宇宙之间的任何环境以及任何维度。

根据宇宙大爆炸理论，宇宙诞生到现在已经有137亿年了。在这漫长的137亿年中，宇宙只产生了地球这一个文明吗？对于茫茫的宇宙来说，这似乎是不可能的事情。很多人都相信，宇宙中除了地球人类文明以外，一定还会存在着其它外星文明的。

图示：宇宙中顶级文明有多厉害？

对于宇宙中顶级文明能厉害到什么程度，科学家是有一套理论来描述的。这就是卡尔达舍夫等级。卡尔达舍夫等级等级是苏联的天文学家尼古拉卡尔大舍夫提出的一种用来衡量宇宙中存在的文明技术先进等级的方法。卡尔达舍夫等级划分的标准可以帮助我们了解宇宙顶级文明能够厉害到什么程度？

卡尔达舍夫等级的三种类型由低到高分别是：

图示：能够利用恒星能源的戴森球

通过卡尔达舍夫等级划分的三个等级我们可以看出，第三等级的文明是最先进，最厉害的。如果我们银河系中存在着第三等级文明的话，他们可以飞行到银河中他们想去的任何一个地方。能够在直径多达10万光年的银河系中自由航行，在我们人类的文明中只出现在科幻小说中。可以想象达到了第三等级的文明是有多么的厉害。

除此之外，科学家还设想了第四级文明。第四级的宇宙文明已经能够将暗物质和暗能量作为自己的能源。暗能量和暗物质对于人类来说，还只停留在理论上，至今还没有发现它们，更别说加以利用了。因此这种第四等级的文明可能就是宇宙中最厉害的文明了。它们有多厉害？我们的大脑已经无法想象了。

图示：第四级文明

回过头来看看人类目前处在什么等级呢？人类现在在地球上还在使用着石油之类落后的化石燃料，并且还经常为这种落后的能源大打出手。地球上上其它更先进的能源还没有全部利用起来。而地球的卫星月球上的能源人类根本还没有能力去开采。

很遗憾，人类目前连第一等级文明还没有达到！尚且处在0.73等级。可以毫不夸张的说，宇宙中最先进的文明对于我们人类来讲就像神一般的存在。而它们俯视我们人类文明就像我们看地上忙碌着的蚂蚁一样。

图示：宇宙文明

宇宙中的顶级文明厉害到什么程度？这是我的观点，欢迎大家大开脑洞，一起讨论！

有科学家把文明划分了七个等级，我们人类的文明等级只有0.72级，看来比起超文明，我们差的不止是一星半点啊！

初级文明：也叫行星文明，熟悉了解自己的母星，并能合理自由的开采利用母星资源，掌握了能在系内行星之间穿梭往返的能力。所以说为什么人类文明只有0.72级，我们其实对地球了解甚少，就物种而言，我们也才了解了不足5％，对海洋物种所知更少，因为我们的深海探测最深也只在10900米处稍作停留。而太空探索，也只载人登月。。。人类如今是骄傲的，我们自以为取得了五千年先祖们都没有的成果，牛逼哄哄地一会打这个，一会遏制那个，实际上越是低等文明，其原始的侵略性越强，这与科技水平的高低没有太多联系。

二级文明：也称为恒星文明，这类文明掌握了收集、储存、利用恒星能量，以及反物质、负引力能量，初步实现了曲速引擎，可在一定范围内改变时空曲度，进行恒星系间的旅行。该类文明具备强侵略性。

三级文明：也称为星系文明，或次维度文明。这类文明发现了维度转换、掌握了如何创造虫洞在不同时空与星系间穿梭，并与其它三级文明建立了沟通渠道，开始以养宠的角度观察一级文明。该类文明已完全掌握了基因编辑，可达到肉身不死的地步。

四级文明：也称为超星系文明，维度文明，此类文明可进行维度创造，可实行像《三体》里的降维打击，可对星系内的星体进行重组构建调整引力平衡。但同时对资源的需求更多样化，需求量大，此类文明仍具有侵略性，具有毁灭星系的能力。

五级文明：此类文明也可称为超维文明，他们掌握了维度生存能力，已不仅仅是维度跨越，可进行不同维度的资源调用，此类文明对资源的需求量大，但已经不需要用侵略的方式获取，他们类似于一级文明所信仰的基督、佛陀，他们是充满着善意的真正的超智慧文明，为前四类文明做守护与指导。

六级文明：也称为异次元文明，可进行多重宇宙穿梭旅行且不需借助飞行工具，可在任意宇宙生存，该文明已经不再受肉体束缚，属于意识体，此类文明已不具备“人”的特征，没有生杀与慈悲观，因为创世数据已成定律，无须干预。该类文明掌控着宇宙星系间的文明刑罚。

七级文明：宇宙的创造者，一切定律的撰写者，已然封神，无法想象，自然无话可说。。。

虽然明知道在宇宙形成后一亿年还形不成恒星，但可能这种文明的生命可能不需要吧！宇宙诞生一亿年后就形成文明，并且还未曾中断过，说实话这种文明我无法想象。。。或者说这种文明就是宇宙本身吧！

要知道按照现在的理论来看宇宙的年龄大约为138亿年，而按题中所说这个文明的年龄就是137亿年！就算假设这个文明的发展速度再慢，这么长的时间下来也难以想象，或许我们已经不能用科技水平去衡量这一个文明，或许在我们看来他们就如玄幻小说一般，甚至比玄幻小说更离谱，毕竟玄幻小说也是我们想象出来的。

可能对于他们来说宇宙已经没有秘密，一切皆可用但是也存在一个问题那就是这个文明也已经无法在宇宙中生存！要知道一个文明要在一个环境中生存其前提必须是这个环境大于这个文明，以人类为例，我们并没有将地球完全了解，或者说地球仍能满足我们的发展，当某一天地球被我们摸透了，地球就已经不能满足我们，我们就必须跳出地球！但长达137亿年的文明，这个宇宙可能也已经满足不了这个文明的发展了，要么毁灭，要么跳出这个圈子！

以我们人类目前的文明等级来看，到第三级文明也就是星系文明还是我们可以想象的，之后有人说第四级文明可能是猜测利用暗物质和暗能量（两者占可视宇宙范围内质量的约95%）作为他们的能源就已经无法想象了。

所以问其能厉害到什么程度已经没有意义了，不客气的说就相当于让猪去想相对论一样有意义吗？

上世纪60年代，俄罗斯物理学家尼古拉·卡尔达舍夫，在对外星文明发出的射电信号进行分析时，提出了宇宙文明分三个等级的设想（也有用不同的标准分为七级的）。

一级文明可以掌握行星级别的能量。二级文明可以掌握一颗恒星的能量。三级文明可以利用100亿颗恒星的能量。

让我们来看一看科学家眼里的三级文明什么样。

当一个社会达到了三级文明，他们拥有了巨大的能量，比我们现在的能量多几百亿的几百亿倍，或者说10倍。

人类可以离开太阳系，在整个银河系中殖民。伦敦大学天文学家伊恩·克罗福德在谈到三级文明时说：假定典型的殖民范围为10光年，飞船的速度为光速的10%，建立一个殖民地和这个殖民地派生出的殖民地之间有400年的间隔，那么大约不超过500万年的时间，整个银河系就被殖民化了。

在整个银河系中生活，无线电通讯将无法满足人类的需要。试想一下人类之初，我们的祖辈要离开部落不远的地方都很困难，就知道通讯的作用有多么大。他们开发出了高于光速的通讯方法，比如开发虫洞，在亚原子层面进行高于光速的通讯。

他们可以随意地改造任何星体，改变行星，恒星的运行轨道轻而易举。他们甚至可以移动中子星那样的天体制造人工黑洞，为人类打开通往平行宇宙的入口，实现人类在本宇宙消亡时逃离到另一个宇宙的梦想。

宇宙顶级文明有这么厉害吗？美国科学家加来道雄说还不止这些，也许还有四级文明，他们可以掌握暗物质的能量，可以为自己再造一个宇宙。

有没有感觉，这听起来就像做梦一样。

科幻片儿已经把这个问题回答得足够绘声绘色的了，让我们这些答题的情何以堪。

但是，一个诞生了一亿年的文明未必会很牛B。这个跟文明发展的速度有关，而文明发展是跟该文明物种所经历的环境挑战有关的。例如恐龙的祖先诞生于二叠纪与三叠纪之间的那场地球有史以来最大的物种灭绝事件，之后百废待兴，为各种生物提供了良好的生存环境，当时有一种水龙兽疯吃疯长，几乎遍布全球，化石到处都可以挖到，成了古生物断代的标准。就跟现代人类一样，过几亿年之后，要是地球上的其他什么智慧物种挖到人类遗骸就可以确定就是那个曾经的某时代的地层……而恐龙在温暖的侏罗纪诞生的，到白垩纪灭绝，整个恐龙时代跨度大约有一亿2千多年。在这么长的时间里面，恐龙智慧的进化微乎其微，主要就是因为生存条件太好了。三叠纪初的大灭绝到白垩纪末期的大灭绝之间没有什么太大的波折，整个地球处在最优渥的时代。

上图：长得像爬行时代的“猪”的水龙兽。

人类文明的诞生始于非洲大陆的干旱时代的来领，雨林退减，草原兴起，食物不再唾手可得，必需依赖智力去围猎，于是人类进化出了策略和规划的智能。后来又经历数次冰期，地球环境变化起伏相当大，于是人类继续进化，差点就被扼杀在摇篮之中——据研究人类可能经历过种群危机，总人口低至数千人。但正是这样，人类文明诞生了。

所以依据类似的规律，对于外星文明，我们也不要受到科幻大片的误导，认为外星文明多半是十分高大上的，因为他们发展得更久，必然会如人类文明的发展历史一样，在短短几千年就从衣不蔽体的原始人进化到了制造人工智能的现代人。

说不定就有那种天堂般的行星养育了一批被愚昧的原始崇拜禁锢了意识的，每日只需靠采摘植物丰沛的物产就能过活的，延续了数亿年的文明呢。

所以，要说一亿年的外星文明能厉害到什么程度，这还真难说。

而顶级文明是什么样子，请继续看科幻片吧。

文明等级的划分没有公论，文明的强弱也并不容易去比较

高维度空间中的文明对低维度的文明拥有天生的优势，因为低纬度文明的任何细节都呈现在高维度文明面前。

一般情况下，人们按照一个文明能够使用的资源去划分这个文明的等级：

……

而我们现在不去讨论文明的等级，让我们谈一谈在硬科幻作者的想象力下，一个文明可以伟大到什么程度。

硬科幻巨著《三体》中，作者刘慈欣用自己超凡的想象力为我们描绘了宇宙中超级文明的图景。

毁灭太阳系的歌者文明就是其中之一。他们的亚洲飞船遍布整个宇宙，以光速航行，每当发现文明的迹象，就毫不犹豫地消灭之，就像抬脚踩死一只蚂蚁一样简单，做这件事的个体是他们文明中地位最低的。甚至在毁灭像太阳系这样的文明时都是那样的漫不经心。

歌者文明的主要注意力放在跟边缘世界的战争上。超级文明的星际战争将物理规律用作武器。他们在宇宙中建造低光速带（光速只有十几千米每秒）长城用作防御，长度横贯整个星系旋臂，数千光年。他们将宇宙空间的维度降低来打击敌人（太阳系就是被一块二相箔打击，从三维空间变成了没有厚度的二维薄片），歌者文明甚至先将自身改造成二维文明，从而可以肆无忌惮地用降维来打击敌人。

有些大神级文明甚至将数学规律用作武器，通过更改数学规律来打击敌人，我们眼中1+1=2和勾股定理这些铁律，在他们看来只是可有可无，可以随意更改的战争游戏。

而想要重启宇宙的一个或一群大神级文明能够向各个宇宙进行广播，广播一次所耗费的能量需要把相当于一整个银河系质量的物质化为纯能。

刘慈欣的另一部科幻小说《赡养上帝》中，上帝文明是一种开头所述的第三种文明，能够调用整个银河系的资源。

上帝文明不断地在银河系内创造生命，然后将他们进化成文明。将一个个荒芜的星球改造成生命的乐土。

在抵御仙女座星系和大麦哲伦星云文明的战争中，上帝文明处于劣势。为了保护银河系这片生命的乐土，他们将数量庞大的舰队和运输飞船开到前线，战舰和无数战争的残骸在自身的引力下不断收缩为一颗大恒星，因为战舰的材料是重元素，恒星在刚刚形成就发生了爆发成为一颗超新星。敌人的舰队也在超新星大爆发中毁灭。

4把问题底层原理搞清楚就是基础研究

作者 包云岗

最近，谷歌旗下的DeepMind公司在Nature上发表论文宣布使用其开发的人工智能程序AlphaFold 2将人类98.5%的蛋白质预测了一遍，并决定公开AlphaFold 2的源代码，免费开源有关数据集，供全世界科研人员使用。

那么，AlphaFold算基础研究吗？

对此，中国工程院院士李国杰将AlphaFold归为工程科学技术——“工程科学技术不只是工具，也不仅仅是基础研究成果的应用，而是在基础研究中可以发挥巨大作用的重要组成部分”。

笔者对于李国杰的这个论述特别有共鸣，同时个人对基础研究有以下几个观点，谨为抛砖引玉。

科研有其自身的规律与法则，如果不按规律办事，就会事倍功半。

那么，基础研究有什么规律？事实上，对于基础研究不同的定义反应了不同角度的认知，对应的具体实施方式也不同。

总的来说，过去几十年主要有两种对基础研究的定义：

其一，Vannevar Bush在线性模型下定义基础研究和应用研究，这种模式就把基础研究看作是一个知识储备池，是技术进步的源泉。

在这种定义下，基础研究的作用是产生知识，不需要考虑和具体技术的关系，因此在实施层面，“广撒网”可能是最有效的产生多样化知识的方式。

其二，Donald E. Stokes通过四个象限来定义不同的研究类型，Stokes把基础研究分为纯粹基础研究（玻尔象限）与“由应用驱动的”基础研究（巴斯德象限）。

在实施层面，波尔象限和线性模型下的基础研究基本一致。

而巴斯德象限中，要用尖端的基础科学研究来解决迫切、强烈且巨大的现实需求；在实践时，通过解决实际问题“倒逼”科研人员把一些应用问题的底层原理搞清楚。

笔者更青睐Stokes的四象限模型。

在笔者看来，“把问题的底层原理搞清楚”就是基础研究。

其实波尔象限与巴斯德象限在具体科研实践时其实是一样的，就是“把问题的底层原理搞清楚”，只是问题的来源有所不同而已。

波尔象限的问题来源主要来自学科自身，如为什么会有量子纠缠现象；而巴斯德象限的问题来源主要来自现实应用，如牛奶如何保鲜。

从“把问题的底层原理搞清楚”这个角度来看，只要能提出一些未解的问题，那就有潜力做出好的基础研究工作。

我们可能都有一个体会， 科技 攻关时“第一次”往往特别困难，比如第一架飞机、第一颗原子弹、第一颗人造卫星、第一款CPU、第一次火星登陆等等。哪怕曾经有其他国家实现过，另一个国家要实现“第一次”依然很艰难。

为什么？这主要因为这些“第一次”输出的不仅仅是一款原型系统，还包含背后一套研制该原型系统的技术流程以及相应的平台、材料、试剂、设备、仪器等，也就是科研基础设施。

这些科研基础设施的作用正是“把问题的底层原理搞清楚”，比如为研制飞机建设的风洞，研制CPU需要有高精度的仿真器和模拟器。

即使在物理、化学、天文等领域的基础研究，现在也都离不开各种尖端设备和仪器，像研究核聚变的EAST托卡马克装置、研究天文的FAST望远镜等。

在笔者从事的CPU芯片设计领域，很多人都看作是纯粹的工程技术，认为这里面没有基础研究。

但在笔者看来，能把CPU设计空间中一些问题的底层原理搞清楚，就是基础研究。

举个例子，苹果最近推出的M1处理器性能甚至超越Intel的桌面处理器，这得益于Ml采用了约600项ROB，这完全颠覆了传统CPU架构设计人员的观念，因为以往CPU的ROB一般都不超过200项。

也许用反向工程思维，可以很快做出一个也具有600项的CPU架构设计来。

但是，谁知道苹果为什么敢这么设计？为什么是600项ROB，而不是400项，或者800项？反向工程只是工程技术，但是如果能把这些问题的底层原理彻底搞清楚，那就是CPU架构设计领域的基础研究。

要搞清楚底层原理并不容易，这需要一整套CPU架构设计基础设施的支撑——从程序特征分析技术、设计空间 探索 技术、高精度模拟器、系统仿真技术、验证技术等；还需要对大量程序特征进行分析，需要收集大量的原始数据，需要大量细致的量化分析，需要大量的模拟仿真……这些都是为了把底层原理搞清楚。

某种程度上，相比较于原型系统，平台/材料/试剂/设备/仪器等科研基础设施是更重要的输出。

只有具备这些，才能不断地去深入 探索 各种现象的底层原理，才能支持后续的迭代优化，同时也能成为培养人才的基地。

基础研究和工程技术并不是简单的二元对立。

相反，在很多领域基础研究和工程开发是交融在一起的。

出现这种交融是因为很多研究所需要的科研基础设施，如新平台、新设备、新流程都需要工程投入。

即使是探测引力波、希格斯粒子这样的基础研究，也需要工程投入研制LIGO、LHC这样的仪器设备。

一旦有了这类科研基础设施，其他人在上面开展科研就会容易很多。

美国基础研究很强，其中一个原因在于有不少学者在大学里和企业研究院里建这些科研基础设施。

比如在CPU芯片设计领域，有GEM5模拟器、CACTI模型、FireSim仿真平台等一系列基础设施，这可以让其他大学的学者更容易开展研究。

因此，有一些学者认为基础研究不需要工程，主要还是因为有人帮他们把底层的科研基础设施已经搭建完善，让他们可以更容易地去做优化，更容易发表论文。

美国的很多 科技 企业内部也会构建一套和学术界总体上打通的科研基础设施（有开源共享的、有内部自研的）。

通过将业务需求和内部数据导入到企业的科研基础设施中，就能很容易消化学术界产生的新想法，集成到企业的产品中。

因此，打通的基础设施加上人才流通，这是美国学术界—产业界形成“创新想法—得到应用—收集反馈—新的创新想法—得到新的应用”这个闭环的重要原因。

但是，中国的学术界—产业界之间尚未形成这种高效的闭环，大多数企业还没有和学术界打通的科研基础设施。

所以对于中国的学术界来说，更需要参与科研基础设施的建设，尤其是和企业一起来补科研基础设施的课。

虽然很多基础研究是纯理论 探索 ，几个人的小团队甚至一个人便可开展。

但也有很多基础研究需要大团队，需要管理与组织，例如探测希格斯粒子、研制LIGO观测引力波等。

美国国防部高级研究计划局（DARPA）资助了很多颠覆性创新项目。

我们观察DARPA的项目立项与执行过程，可以看到有一些共性特征：首先会畅想未来，设立激进的目标；科学地把激进目标分解为一系列子任务；制定具体子任务的实施计划，包括目标、时间节点等；子任务最后要集成到一个原型系统中。

“项目主管”会负责上述4个任务，具有绝对的项目决策权，同时也对项目负责，相当于抓总。大量实践证明，这种科研组织管理模式具有很高的效率。

这种模式对基础研究也有效。

以清华大学类脑计算研究中心为例，该中心于2014年成立，成员来自清华大学不同的院系。

他们的研究模式就类似DARPA项目，整个团队围绕“天机”类脑芯片开展全栈研究，并集成到自动驾驶自行车系统中，形成具有很好显示度的科研成果，发表多篇Nature、Science论文，入选中国十大 科技 进展等，同时也把清华的类脑计算学科建立了起来。

回到本文开头的问题：AlphaFold算基础研究吗？

根据本文的讨论，我们可以得出如下结论：第一，AlphaFold研发的过程中面临很多未知的问题，把这些问题的底层原理搞清楚，就需要基础研究；第二，Alpha Fold是蛋白质结构预测领域的科研基础设施，它本身就属于蛋白质结构预测领域基础研究的一部分。

（作者系中国科学院计算技术研究所副所长、研究员）