科学技术指的是什么？

社会上习惯于把科学和技术连在一起，统称为科学技术，简称科技。实际二者既有密切联系，又有重要区别。
科学解决理论问题，技术解决实际问题。科学要解决的问题，是发现自然界中确凿的事实与现象之间的关系，并建立理论把事实与现象联系起来；技术的任务则是把科学的成果应用到实际问题中去。
科学主要是和未知的领域打交道，其进展，尤其是重大的突破，是难以预料的；技术是在相对成熟的领域内工作，可以做比较准确的预测。

分类
1、数学：数学的研究对象是现实世界中的数量关系与空间形式。研究数量关系或数的部分属于代数学范围，研究空间形式或形的部分属于几何学范围。
2、物理学：物理学原是自然科学的总称。由于物质和能量是自然界的基本组成要素，物理学就是研究自然界的物质结构和能量变化的科学。
3、化学：是研究各种具体物质的性质、组成和结构，以及在特定条件下它们所发生的反应和变化的自然科学。
天文学：天文学是研究天体的运动和性质的科学。广而言之，它研究宇宙的物质结构和能量变化。
4、地学：地学是地理学的简称，包括地理学和地质学两个学科。地理学是研究地球表面即人类生存在其中的地理环境的科学，主要探索地球表面自然和经济地理要素的分布规律和空间关系，有自然地理、人文地理、部门地理、区域地理等分支学科。

出品：科普中国

制作：大阪大学 张昊

监制：中国科学院计算机网络信息中心

英国《自然》杂志日前发表评论文章称，全球60多位著名科学家、商业领袖、政策领导人等警告说，我们只有3年时间可以扭转全球二氧化碳排放形势。7月7日至8日即将在汉堡召开的G20峰会前夕，科学家们为扭转全球碳排放形势提出6个里程碑，“以免为时已晚”。

而就在月初，美国总统特朗普声明，美国将退出《巴黎协定》，日本雅虎在首页第一时间转载了这一报道，报道发布后的24小时之内，留言数达到了两千多条，登上了雅虎新闻热搜榜，全天排名12位。

可以说，美国的这一决定，不仅将对世界化石燃料和新能源产业产生极大影响，更引爆了包括日本在内的全球舆论。“特朗普大统领（日语：意为总统）”的刁蛮任性，实实在在的戳伤了日本网民的小心脏。

图1. 日本雅虎该条新闻赞同比例最高的十条留言，全部在讨伐特朗普

图2. 其他高赞同留言节选，可见特朗普算是跟日本网民结下了梁子

大气层中的二氧化碳含量只有区区0.04%，却扮演了地球空调一般的重要角色。二氧化碳仿佛一层温室薄膜，将来自太阳的热量蓄积在地表，延缓其向宇宙空间逸散的速度。

如果缺乏这万分之四的二氧化碳，地球表面的平均温度将从现在的14摄氏度降低到-19摄氏度，人类能够生存的地域面积将大大缩小，如今的中高纬度地区可能都将变成冰雪覆盖的不毛之地，可见相当微小的二氧化碳含量就能对地表温度造成强烈影响。

然而，近一百多年以来，大气中二氧化碳的含量已经达到1750年的140%。照此趋势预测，2100年左右，地球平均气温将在2000年水平的基础上增加0.3—4.8摄氏度。

气候变暖将在地表地貌和生态系统的各个环节产生严重的后果。例如，两级冰川消融导致的地球海平面上升，极端天气灾害多发，农业生产遭受影响，荒漠化加剧，热带地区虫媒传染病扩散，珊瑚礁异常死亡，森林火灾频发等等。

时至今日，科学界的主流观点已经明确了人类工业革命以来的生产、生活中对化石燃料的过分利用是造成温室气体排放和地球气候变暖的直接诱因。石油，煤炭，天然气等化石燃料在燃烧过程中产生的二氧化碳，饲育家畜过程中其消化道排出的甲烷，以及人工合成的氯氟烃类制冷剂是当前温室气体的主要来源。

图3. 联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的历次报告书

参考其中关于全球变暖趋势的评价，可见从1990年第一次发布报告到最近公布的第五次报告，关于人类活动是否是造成全球变暖的主要因素这一命题在认识上是不断深化的。

特朗普拒绝的，究竟是哪些措施？

氯氟烃类制冷剂具有极强的温室效应，所幸各国已经达成协议，2050年之前将在全球范围内停止应用。甲烷的温室效应也强于二氧化碳，但是毕竟总量上仍然小于前者。人类应对气候变暖的关键，还在于大力减少化石燃料的使用，以期减少二氧化碳气体的排放。具体而言就是开源节流，一方面积极开发新能源及相关技术，降低对化石燃料的依赖；另一方面尽量提高能源利用效率，减少无谓浪费。

在这一背景下，2015年12月12日，联合国气候变化大会在巴黎召开，联合国气候变化框架公约195个缔约国一致同意通过《巴黎气候协定》。

这份协议的签署，标志着全球气候治理开启了新的历史阶段，它的签署和生效，将是全球应对气候变化的关键一步。这份协议确立了2020年后全球共同应对气候变暖的行动方针，并提出了一系列明确的减排目标。例如，协议提出，本世纪中将全球平均升温控制在工业革命前的2摄氏度以内，争取控制在1.5摄氏度。到2030年，全球温室气体排放要从2010年的500亿吨降到400亿吨。

同时，不少国家也提出了本国的减排方案及具体指标。例如，中国提出到2030年，本国单位GDP的二氧化碳排放量要在2005年的水平上下降65%，并将非化石能源在总能源结构中的比重提高到20%左右，力争在2030年前后达到二氧化碳排放峰值。

图4. 几种典型温室气体的占比、性质、来源以及暖化系数比较

发达国家集体对巴黎协议的达成也做出了相当大的让步和妥协。协议指出，发达国家应主动承担更多的责任，为发展中国家提供技术和资金支持，促进发展中国家转变发展方式，最终实现全球减排目标。

《巴黎协定》的达成，是全人类精诚合作的结果，体现了人类在因应共同面对的发展问题时前所未有的一致团结，可以说是全人类历史上的一次高光时刻。特别是中美两国，作为二氧化碳排放量前两位的国家，在气候变化问题上相互所持的合作立场为协议的最终达成提供了坚实的基础，体现了大国的责任和担当，受到世界各国舆论广泛赞誉。美国前总统奥巴马也将《巴黎协定》的达成作为其任期内一项标志性的政治功绩。

然而，美国现任总统特朗普，却在奥巴马政府已经正式签署协议的不到一年后，以协议内容损害美国利益为由退出该协议，震动了全球各国。

世界各国政府高层都在特朗普公布退出决定后表达了自身立场，指出各国仍将团结前行，绝不退缩，例如中国外交部对该事件做出回应：“无论其他国家立场如何变化，中国将认真履行《巴黎协定》”。此外，不少表态也对特朗普政府的决定加以批评。而日本环境大臣山本公一在表达“极度失望”的同时，还使用了“愤怒”这一感情色彩更为激进的词语。日本政府在此次事件中的立场与上面给出的日本网民意见可以说是高度统一。

为什么日本网友这次对美国很愤怒

美日的亲密关系人尽皆知，那么这次，弥漫于日本全社会的，对特朗普的不解与愤怒，到底从何而来？为什么日本政府和网民对该事件的关注度如此之高呢？归根到底，这与日本的国情密不可分。

首先，日本面对的能源安全形势相当严峻，应对手段却捉襟见肘，新能源技术的开发和利用，乃是关乎日本未来国运的重大命题。

作为化石燃料资源极端匮乏的岛国，根据2013年的统计数据，日本的能源自给率仅为6%，在世界各国中排名倒数。目前，日本的石油供给主要依赖于海湾产油国，天然气供应主要依赖于马来西亚，澳大利亚，卡塔尔等国，此外来自美国的页岩气也从2017年初开始登陆日本市场。由于几乎全部的化石燃料均来自于远洋运输，不仅自身的能源安全毫无保障，燃料成本也大幅上涨。

图5. 世界主要国家能源结构及能源自给率（来源：OECD/IEA报告）

此外，中国、印度、土耳其等同样缺乏充足化石燃料的国家采取了大力发展核电的举措，来削减能源消费中化石燃料的占比。日本最初选择了相同的道路，2010年日本政府提出，到2030年为止，核电和新能源电力要分别占到电力消费的53%和21%，可以说实质上日本政府在彼时将核电确立为了未来一个时期内日本能源结构的主力。

然而，天有不测风云，2011年3月的福岛核事故不仅迫使日本政府重新审视核安全的相关议题，也在日本民间激起了废核运动的新高潮。本就对原子能存在历史痛点的部分日本民众，对核电的信任在福岛的惊世灾难后消失殆尽。虽然日本政府相关机构一再下调未来电力能源结构中核电的预期占比，发展核电仍然在各派激烈的拉锯中处于事实上的停摆状态。因此，日本将推进新能源技术作为一项基本国策，在相关领域始终展现出积极的推动姿态也实属无奈之举。

图6. “3.11”东日本大震灾影响区域以及福岛核电站所在位置（来源：网络）

其次，日本在新能源相关技术领域深耕多年，以汽车工业为例，日系厂商在常规混合动力车方面的技术领先优势难以撼动。同时，持续的研发投入也让日本相关行业积累了大批先进成果，目前已有相当一部分实现市场化或处于市场化前期阶段。

今年2月，某田公司旗下的混合动力车全球销量达到了千万辆，远远超过其它竞争对手，其中本土市场就消化了过半。根据该公司提供的数据，相比传统的内燃机车型，二氧化碳排放量减少了约7700万吨，汽油消耗量减少了约290万升。

此外，虽然在纯电车方面发力较晚，存在感不足，但日本车企在新能源汽车的另外一条技术路线——氢燃料电池车方面，再次走在了世界前列。2014年就生产出了世界上首个商业贩售的氢燃料电池车款，可见日本对未来实现氢能源社会的信心和期待。

由于氢燃料电池唯一的排放产物是水，氢燃料电池车与纯电车类似，都可以实现二氧化碳的零排放，且续航能力优秀，不存在纯电车的续航焦虑。虽然现有的氢气获取途径仍然可能消耗大量电力，但随着再生能源电力等相关技术的进步以及加氢站等基础设施的大规模建设，一个立足于不依赖于化石燃料的未来氢能社会将很有可能在本世纪中叶前得以实现。

此外，在对节能减排同样具有重大意义的新一代功率半导体研究方面，日本同样处于世界领先的位置。

图7. 传统的Si PCU（左）和SiC PCU（右）。由于SiC远超Si的耐热性，可以省略整个冷却机构，因此结构简单而紧凑。注：PCU代表Power Control Unit，中文名称功率控制模块，是电动车以及燃料电池车的核心部件之一，作用是将电池供应的直流电转化为交流电驱动电动机从而使汽车获得动力（来源于网络）

从碳化硅、氮化镓等下一代功率半导体芯片的制造开发，到相关功率器件的结构设计和封装技术，再到功率模块与机电系统的调试整合，无不深入涉足。新一代功率半导体器件，由于具有一系列材料物理性能上的优越性，可以在耐压程度，耐热温度，高频开关性能等方面表现出远胜于传统硅基功率器件的性能，在高铁，新能源汽车，通讯基站设备，高性能雷达等领域应用前景广阔。

图8. 几种常见的制氢技术总结，可见能够同时实现低成本无排放的技术尚不存在，人类迈向氢能社会的路途依然漫长

目前，日本汽车厂商已经开始准备新一代功率半导体器件的市场化。由于具备优秀的耐高温性能，传统的液体冷却管路机构可以被风冷甚至散热基板取代，这将大大减少车用部件的体积和系统复杂性，从而实现更大的车内空间和更经济的燃料利用效率，达到节能减排的最终目的。

除此之外，日本在LED照明，电机用高性能磁性材料，生物催化制氢，高温超导等新能源产业的相关领域也有较强实力。《巴黎协定》大背景下的全球节能减排运动可以给日本企业提供更多的市场和机遇，日本自然希望各国都能积极参与其中。美国此番脱离协议，引起日本社会的不满和焦虑也就不足为奇了。

最后，新能源天然具有清洁少排放的特点，日本举国上下对发展新能源产业凝聚了强大的共识，在主要发达国家中一向以应对气候变化的积极行动者自居，民众对气候变化造成的严重后果认识深刻，节能减排意识相对较高。

日本的资源国情在客观上为日本政府和产业界大力推动新能源技术提供了背景和支点，也使得日本民众从幼儿园教育开始就具有强烈的能源危机意识，因此日本民间对节能减排存在高度共识。

日本的大学，政府机关等都设有专门的组织机构和专职人员负责节能减排相关的宣传企划，实施监督等等。以大阪大学为例，吹田、丰中、箕面三大校区的动态用电量都会在食堂的显著位置予以发布，时刻提醒师生注意节电。同时，空调的制冷制热温度都有适宜的推荐值，大部分实验室都能认真遵守。夏季的用电高峰期间，用电费用会相应向上调整，达成节能目标的实验室会得到一定的现金奖励，具体而言就是把节约的电费用科研经费的形式向各实验室发放。这一措施对不少资金较为紧张的实验室吸引力不小，经常听到年轻教授实验室的学生们抱怨老师执行学校的限温措施太过严格。此外，空调滤网每年两次的定期清洗也是各院系及研究所必须执行的任务。

图9. 阪大萌物“鳄鱼博士”

图左海报大意是冬季的时候提醒大家要多穿衣，就算是变温动物的鳄鱼也会感觉很暖和，这样一来在办公室就无需把空调温度调到很高。图中海报大意是感谢大家的共同努力，去年的节能目标达成了，今年请继续努力。图右是分发到各实验室的贴纸，贴在机器以及电灯的开关附近，提醒大家注意节电。

另一方面，为了促进公共交通的有效利用，减少尾气污染和二氧化碳排放，日本通过行政手段鼓励民众低碳出行。日本的汽车税在主要发达国家中首屈一指，汽车税总额可以达到全国税收总额的百分之十以上。一辆180万日元购入的全新家用轿车，假设发动机排量1.8升，车体重量1.5吨以下，寿命十一年，期间仅仅与车体本身相关的总税额可以达到接近70万日元，这还不包括一个月1到2万日元的公寓停车场使用费，每次1到2千日元的外出停车费，高速道路通行费，保险，维修保养和年检等费用。虽然日本的燃油价格仅比中国高出二成左右，日本消费者在保有汽车方面所需要付出的资金是相当可观的。

此外，日本在税收政策上鼓励民众购买排量0.66升以下的轻型车，对轻型车的购置税，机动车税，保险费率都实施较大优惠。例如，一辆160万日元购入的全新家用轻型车，若寿命以十一年计算，期间与车体本身相关的总税额为36万日元，仅有普通轿车的大约一半。在这种税收政策的调节下（当然轻型车本身售价也相对低的多），日本全国2015年的轻型车保有比率达到了35%，其中最高的冲绳县更达到了54%。

大型越野一类的大排量车更是要承担极高的税负，以悍马H2为例，每年仅与车体相关的税费就约为18万日元，大致相当于普通大学毕业生的月薪。极力倡导资源节约型社会的舆论环境，加上日本民众普遍倾向于随大流不轻易彰显个性的传统文化，即便是大阪这样的大城市，悍马H2这样的大型越野也极为少见。

从以上三个比较有代表性的方面可以看出，日本政府到民间确实是在扎扎实实的推进节能减排事业，也早在几十年前就开始对限排背景下的技术研发和产业结构调整进行谋篇布局。《巴黎协定》达成之后，本准备大展拳脚的日本产业界却遭到了特朗普政权的当头棒喝，愤懑之情可想而知。

发达国家当前人均碳排放量位于各国前列，又在自身的发展历程中大量排放过温室气体，同时又掌握先进的清洁能源技术，拥有雄厚的经济实力，理应在应对气候变化方面展现更加积极的姿态。这不光是对人类的未来负责，更是一种对自身曾经犯下错误的救赎。

图10. 世界主要国家的二氧化碳排放总量和人均排放量，注意到美国的人均排放量远远超过其它发达国家，而中国的人均排放量已经相当接近发达国家的水平了，节能减排迫在眉睫（来源：网络）

十年之前，关于碳排放是不是地球变暖的主因尚存争议，各种阴谋论至今甚嚣尘上。发达国家借限制排放之名行遏制发展中国家产业发展之实的说法就是其中比较有代表性的一种，与之类似的，还有欧洲主谋论，美国主谋论等等。

然而，太多的观测事实和研究成果却不容置喙的展示了一幅地球正在加速升温，生态系统危机四伏的紧迫图景。即便退一万步讲，近两百年以来的地球升温仅仅是几十亿年地质时期中惯常的气候变动，减少碳排放也能尽量缓解这一过程带给人类和生态系统的影响。

先是退出十几个国家共同签署的TPP协议，然后又退出将近两百个国家在联合国公约框架下的气候协议，实在令人瞠目。剥开公平正义的画皮，露出的却是虚伪自私的本心，美国又将如何向盟友乃至全世界展现自己的领导力？果真只能如同日本网民所说，像动漫《哆啦A梦》中的恶霸胖虎一般用拳头让别人屈从么？为了眼前的些微利益置大义于不顾，连日本这样的铁杆盟友都大呼愤怒，所谓再领导全球一百年的口号搞不好真会闹出历史笑话。

图11. 《蜘蛛侠》海报及剧情截图，能力越大，责任越大，这句话当年不知道让多少观众热血沸腾，如今看来实在不胜唏嘘（来源：网络）

美式好莱坞大片，总是向我们传递一种美国拯救地球的价值导向。漫威旗下著名的超级英雄电影《蜘蛛侠》中的一句经典台词：“能力越大，责任越大”可以说是这种美式英雄主义情结的绝佳注脚。诚然，《巴黎协定》后，美国传统能源工业就业岗位流失等等短期现实利益受损不可避免，可哪个国家又能在全体人类共同面对的危机面前独善其身呢？

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