21世纪科技发展趋势与中国科学知识创新工程(白春礼作首场主题报告)

1中科院副院长白春礼作首场主题报告：21世纪科技发展趋势与中国科学知识创新工程（2000年10月27日）世界科技发展趋势（一）.20世纪科技发展的简要回顾本世纪以来，科学技术的进步使社会生产力发展到前所未有的水平，人类对物质世界和生命现象的认识也提高到前所未有的程度。回顾百年，我们发现20世纪中影响最为深远的科学发现和技术成就是：量子论、相对论的提出、五大模型的建立和在科学理论指导下的五项尖端技术。①科学上的成就(两个理论、五大模型)量子论由于黑体辐射能谱的实验难以用经典物理学理论解释，于是普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck,1858-1947）于1900年提出了能量子（E=hv）的概念，这标志着量子理论的诞生。爱因斯坦(AlbertEinstein,1879-1955)于1905年提出光量子理论，玻尔（NielsBohr,1885-1962）又把它运用于原子内部而于1914年提出量子化的原子结构理论，经过海森伯(WernerKarlHeisenberg,1901-1976)和薛定谔（1887-1961）等几位科学家的工作，在20年代发展成量子力学。相对论在相对论诞生的历程中，洛伦兹和彭加勒（JuleHenriPoincaré,1854-1912）等人发现电磁场理论与以太漂移实验结果相矛盾，暴露了牛顿-伽利略时空观的局限性，为相对论的诞生作了准备。爱因斯坦1905年发表了论文《论动体的电动学》，创立了狭义相对论。1916年他又进一步发表题为“广义相对2论的基础”的论文，创立了广义相对论，从而实现了继牛顿以来人类时空观和物质与能量统一性认识的革命。量子理论和相对论不仅成为近代原子、分子物理和天体物理的基础，成为物理与化学及生物学交叉的重要理论基础，也成为现代核技术、半导体技术、微电子与光电子技术发展的重要理论基础五大模型量子论和相对论的产生直接或间接的导致了粒子物理的夸克模型、宇宙学的大爆炸模型、DNA双螺旋模型、计算机冯诺依曼模型、地质构造的板块模型等代表20世纪下半叶科学成就的五大模型的建立。--粒子物理夸克模型，是以量子力学和相对论结合而形成的量子场论为基础，将四种相互作用（电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用、引力相互作用）统一的理论模型；--科学的现代宇宙学是爱因斯坦开创的，作为标准模型的大爆炸宇宙模型，是以广义相对论为基础，结合粒子物理学的主要结论而提出的；--1953年沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构分子模型，使在分子水平上研究生命的分子生物学取得了重大突破；--冯诺依曼（JohnvonNeumann,1903-1957）的存贮程序－逻辑推演模型是四代数字电子计算机的基础；--全球大地构造的板块结构模型是建立在魏格纳（1880-1936）1912年提出的大陆漂移说基础上的，在60年代经地幔对流说、海底扩张说等阶段创立的。它的建立，引发了地质学的革命。②技术上的进步在科学的先导下，20世纪发展了五大尖端技术－核技术、航天技术、电子计算机技术、激光技术和基因重组技术。3核技术核物理学和相对论质能关系式为核能利用奠定了理论基础。1945年原子弹的诞生、1952年氢弹的诞生、1954年第一座核电站的建成以及各种核辐射技术显示了核技术的前景，这些技术的进步使核聚变成为人类未来最有希望的新能源；航天技术1957年第一颗人造卫星的上天，自此航天技术就成了大国技术竞争的一个重要领域。1961年载人航天飞船绕地球一周、1969年阿波罗登月成功、1977年载人航天飞机试飞成功等一系列重大进展，标志航天技术日趋成熟。电子计算机技术1946年第一台电子计算机诞生到1971年第一台通用微机出现，显示了电子计算机技术的长足发展；其硬件系统从电子管再到集成电路和大规模集成，都是以物理学的理论和实验成果为基础的；其软件系统的发展则是以数学和逻辑学为基础的。电子计算机的发展的巨大意义在于，它将使得人的脑力机械化成为可能。激光技术爱因斯坦的光发射和吸收理论与固体物理学结合，导致第一台激光器－红宝石激光器于1960年诞生，1963年出现半导体激光器，1964年出现气体激光器，1977年自由电子激光器问世。良好的光学性能，使它们在加工、医疗、通信等许多领域广泛应用。基因重组技术1973年基因重组的实现开辟了基因工程这一新技术领域的广阔前景。它对于增进人类健康和食物不足可能提供了最有力的手段。在药物方面，1978年实现了使大肠杆菌产生人的胰岛素，1989年外源基因安全转移到患者体内，使人4类基因治疗成为可能。在农业方面，运用基因导入创造新物种的探索可望有重大收获。（二）.21世纪科技发展趋势人类即将进入新的世纪，对于新的世纪科技将会有怎样的变革？从科学的方面看，虽然科学家一直在思考量子论和相对论之间的某些不协调，但真正能够对这两大理论产生革命性影响的思考并未成熟。因此，至少在21世纪初的一段时间里，还不会产生向20世纪初那样的科学理论大突破。对于技术而言，如果把18世纪中叶以蒸汽机的应用为标志的技术变革作为第一次技术革命，把19世纪70年代以来以电力应用为标志的技术变革作为第二次技术革命，那麽人类目前正在经历以电子计算机、通讯技术和信息资源处理技术为标志的第三次技术革命，而信息技术的变革远未结束，并将在下世纪初与生物技术的兴起合而为一，将第三次技术革命推向高潮，并最终促使人类的生产生活方式产生革命性的变革。①科学与技术结构中心发生转化。科技史表明，在科学技术发展中，各门学科、技术总是处于不平衡的发展状态，少数学科、技术往往居主导地位，起着重要的支配作用，以至成为科学技术结构的中心，或称为科学革命、技术革命的中心，并不断发生转化。自近代科学诞生以来，科学革命出现三次，其中在20世纪初发生的一场以物理学为中心的科学革命，迄今仍令人记忆犹新；相应地，依次出现了以热能技术、电磁技术和原子能技术为中心的技术革命以及目前正方兴未艾的以信息技术为中心的技术革命。根据对一般系统进化的规律性认识，把科技史作为预知未来的向导，我们对21世纪科学、技术结构中心的转移大体上可做出如下判断：新的科学革命存在可能性。尽管我们认为在21世纪初，可能不会产生新的科学革命，但随着生命科学的发展，因其研究对象的极端精巧和复杂，以及社会多种需求包括生存环境、食物、健康、福利等多方面需求的紧迫性，出现科学5问题的机遇最多，从而可能在21世纪中叶以后发展成为新的“科学革命中心”。生命科学面临的主要问题是：基因的表达和调控；蛋白质分子的折叠；生物大分子的结构与功能；细胞进行识别与防御的机制；生物体特别是神经系统的发育和工作机理；植物的光合作用等。研究最复杂客体的心理学和认知科学将成为后来崛起的高峰，并在更远的一些的年代里可能成为新的科学革命中心。人脑的工作机理将是21世纪认知科学的前沿。正象工业革命用机器代替和扩展了人类的体力劳动能力一样，这方面的科学突破，将极大地扩展人类脑力劳动的能力，其对社会进步带来的影响将是无法估量的。新的技术革命中心将是信息技术尤其是计算机技术。信息技术将成为21世纪影响最广泛的技术。其前沿重点在于：高速宽带智能化综合数据网；多媒体技术；语言、文字识别与机器翻译；虚拟现实等。模拟大脑活动而发展新的计算机原理、新的计算方法和软件是计算机科学的前沿领域。其后，生命科学技术极有可能发展成为新的技术革命中心。基因工程、发酵工程、酶工程及细胞工程技术，和应用分子生物学将对21世纪世界产业产生巨大的影响。②高度数学科学化数学一直推动着整个科学技术的发展。迄今，它的分支纷繁，已形成独立的一大门类科学，称为数学科学。它是一门典型的横断科学，具有高度的抽象性，从而不断向其它各门科学、技术渗透，为组织和构造新的知识提供理论和方法，以至从横向把众多分支学科和技术联结为一个整体。在新世纪的科学技术中，数学科学化程度将会日益增强，尤其理论科学将高度数学科学化，以至可以认为，它就是与数学科学交叉的交叉科学；而且，它还将向社会学、经济学、管理科学、哲学、思维科学等领域渗透。③跨门类科学与技术整合化6在整个科学技术的结构中，最大的门类莫过于自然科学和社会科学、物质技术和社会技术。这类跨门类科学和技术必将汇流，以至在更深层次上融合。六七十年代兴起的世界性环境与发展运动，促使自然科学与社会科学走向大综合，并导致环境科学等综合性科学的诞生。新近兴起的工业生态学、人类生态学等又为这种整合展示了美好的前景。在本源上，人类社会就属于自然界、生存于自然界，社会现象本质上就是一种高级的自然现象。因此，自然科学和社会科学内部蕴含着共性；包括研究客体的一致性，基本的科学概念、理论的类似性和逻辑的同型性。相应地，物质技术（自然技术）和社会技术－社会科学的应用、社会组织和管理方法的总和－也发展成为庞大的复杂系统，称为大技术系统。人类社会活动、持续发展必将致使这两大门类技术的整合。跨门类科学和技术整合化，对于建构新的哲学认识论和方法论具有重要的意义。过去，在长期分化科学、技术基础上建立的经典哲学认识论和方法论有其局限性，而跨门类科学、技术的整合化必将给未来哲学增添崭新的内容。④科学与技术一体化。科学史表明，直到19世纪中叶，自然科学与物质技术的关系才开始变得密切起来，以至形成了共生关系。在严格意义上的社会科学也经历了约200年的发展，与之有密切联系的社会技术发端更早。在20世纪里，科学与技术一体化趋势已开始显现出来，即科学技术化、技术科学化并且彼此紧密相依。在未来，科学与技术一体化或整体化趋势将会增强，即科学子系统之间发生相互作用而产生整体效应，并显示出更多的社会功能，对人类社会的发展产生巨大的推动作用。生命科学技术可能成为科学与技术一体化的杰出代表。⑤科学技术高度社会化、社会高度科学技术化。在21世纪里，科学技术研究将形成更大的社会建制，并由一国建制向国际化建制发展，科学技术活动由国家规模向国际规模发展，并向社会机体进行全面的渗透，以至成为人类社会的重要活动。在科学技术高度社会化的过程中，同时伴生着社会高度科学技术化。未来的社会可持续发展必须依赖于科学技术高度发展所形成的巨大力量。这包括，既要使科学技术按其社会合意性的方向发展，以7致采用更高水平的科学技术去遏制科学技术产生的消极作用；同时，又要将世代持续发展奉为神圣原则和价值准则，选择正确的发展目标，消除科学技术异化现象，使人类进入一个更加繁荣、更加人性化、更加文明的新纪元。中国科学院的知识创新工程（一）中国科学院知识创新工程产生的背景自1920年熊彼得揭示社会经济增长与技术进步的相关性以来，科学技术活动就作为经济系统的内在变量被纳入经济学的研究对象。同时，我们也看到伴随着人类前两次的技术革命，使得响应技术革命的国家与民族得以崛起，而忽视技术革命或对技术革命反应迟缓的国家和民族走向衰落。如18世纪中叶产生的工业革命英国的崛起，而昔日海上霸王葡萄牙、西班牙的一蹶不振、封建体制下中国的衰落；19世纪70年代到20世纪初以电力应用为标志的二次技术革命，造就了美国、日本、德国的崛起，以及伴随着第一次世界大战的结束，奥匈帝国的瓦解；二战以来以信息技术应用为标志的第三次技术革命造就了日本、西德的重新崛起，以及英国的衰落（近年来，英国加大对科技创新的支持力度，经济增长较快，已呈现复苏迹象）。值此世纪之交，科技已然成为推动经济社会发展的最为重要的因素之一，并且随着科技的迅猛发展，世界正在从工业经济的阶段逐步发展走向知识经济时代。工业经济时代，争夺的主要制高点是自然资源，尤其是矿产资源和能源。经济发展主要依靠资本，资本是生产要素中最主要的因素。本世纪两次世界大战都主要是因为争夺资源和市场引起的。在知识经济时代，最关键的要素是科学技术，是知识的创新和创新应用。知识与资本和自然资源的本质区别在于，资本和自然资源是不能共同使用的，只会减少，不能共享；而知识是可以多次使用的，而且在使用过程中得到不断地发展和增值。一个国家、一个民族把握了最新的知识、最多的知识产权，它就把握了未来。我国正处于从实现小康向中等发达国家前进的一个关键时期，能否实现经济的可持续发展，步入