科技发展的世纪回眸

杨叔子2006年2月修改科技发展的世纪回眸当前趋势与思考江泽民“七一讲话”科学技术是第一生产力，而且是先进生产力的集中体现。科学技术的突飞猛进，给世界生产力和人类经济社会的发展带来了极大的推动。未来的科技发展还将产生新的重大飞跃。我们必须锐敏地把握住这个客观趋势，……突飞猛进，日新月异，科技更新周期：18世纪80-90年19世纪70-40年20世纪5-10年近来更短科技成果由发现（发明）到应用电动机65年雷达15年核反应堆4年电话56年喷气机14年集成电路2年无线电35年电视12年激光技术1年真空管31年尼龙11年胡锦涛2005年全国科技大会讲话发轫于上个世纪中叶的新科技革命及其带来的科学技术的重大发现发明和广泛应用，推动世界范围内生产力、生产方式、生活方式和经济社会发展观发生了前所未有的深刻变革，也引起全球生产要素流动和产业转移加快，经济格局、利益格局和安全格局发生了前所未有的重大变化。进入21世纪，世界新科技革命发展的势头更加迅猛，正孕育着新的重大突破。内容一、科技发展的20世纪回眸二、科技发展的21世纪初趋势三、几点思考一、科技发展的20世纪回眸（天翻地覆慨而慷）1+2+3+4=10一个技术，二个理论，三个工程，四个模型，共计十项。20世纪科技的部分重大发明发现飞机，磁悬浮列车，火箭，喷气发动机，人造卫星，宇宙飞船，飞船登月，火星探测器，机器人，半导体器件，芯片，计算机，无线电广播，雷达，遥感技术，隐形技术，电视，扫描隧道显微镜，原子弹，氢弹，导弹，夜视仪，GPS，核电站，同位素，抗生素，试管婴儿，生物芯片，生物钢，克隆，高分子合成材料（合成橡胶），化肥（尿素），……一个技术：计算机技术，二个理论：相对论，量子论，三个工程：曼哈顿工程，阿波罗登月工程，人类基因组工程，四个模型：夸克模型，宇宙大爆炸模型，DNA双螺旋模型，地球板块模型。一个技术：计算机技术贝尔实验室第6任总裁，微电子专家，J·M·洛斯：“工业革命延伸了我们的肌肉，通讯革命扩展了我们的意识，而今天的信息革命正在扩大我们的思维。”“计算机与晶体管，掀起了信息革命的第一次冲击波；网络掀起了第二次冲击波。”1946年2月世界第一台电子计算机ENICA在美国宾夕法尼亚大学工学院研制成功。二个理论：1.相对论美国《时代》1999年12月26日将爱因斯坦评为“世纪人物”；“过去的100年里，全世界发生的变化比历史上任何一个世纪都多得多。其原因不是政治或经济上的，而是技术上的——技术直接来自于基础科学的进展。任何科学家显然都不能像爱因斯坦那样代表这些进展。”1905年，爱因斯坦26岁，发表5篇论文，最伟大的是第3篇《论动体的电动力学》，它包含了“狭义相对论”。二个理论：2.量子论量子理论与相对论堪称20世纪最伟大的科学革命。它们的创立与发展成为物理世界更普遍的基础理论，奠定了整个现代科学与技术的基础。从根本上改变了人类科学技术的面貌。如果说，相对论探索的是宏观世界的规律，那么量子论探索的是微观粒子的科学。1900年12月14日马克斯·普朗克在德黑兰的德国物理学会上关于黑体辐射问题的报告，宣告了量子论的诞生。三个工程：1.曼哈顿工程“原子弹之父”奥本海默在核爆炸观测站，面对原子弹爆炸试验，他想起了印度古诗：“我是死神，我是世界的毁灭者。”1945年7月16日5:24，美国新墨西哥州中南部白沙导弹基地，命名为“小玩意儿”的世界第一颗原子弹爆炸，相当于1.9万吨TNT。三个工程：2.阿波罗登月工程阿波罗登月工程在人类历史上具有划时代的意义。阿姆斯特朗率先走出登月舱，一步一步走下扶梯，在月球上踏上了地球人的第一脚印。他说：“这一步，对一个人来说，只是一小步，而对整个人类却是一大步。”1969年7月20日美国东部时间16点17分40秒，登月舱在月球“静海”西南部安全着陆。三个工程：3.人类基因组工程2000年末，美国《科学》将“基因组测序数据集约化”评为本年度最重要的突破，这也许是这10年，甚至是整个世纪的最亮色，因为这将促使人类重新审视自身居住的整个世界。2000年6月26日，经美、英、日、法、德、中科学家努力，“人类基因组计划”完成了工作草图，科学史上又一里程碑。四个模型：1.夸克模型美国盖尔曼，1961年排出基本粒子的“周期表”，1962年首次提出“夸克”这一名称，并预言它构成其他粒子；1964年正式提出基本粒子结构的“夸克模型”。“夸克模型”在解释实验事实上越来越成功。但是：①在实验中从未发现“夸克”，“夸克禁闭”；②“夸克”不是不可分，还有内部结构；③物质在更深层次上还另有规律。四个模型：2.宇宙大爆炸模型1948年，俄裔美人伽莫夫提出“宇宙大爆炸模型”。3K微波辐射，原始核反应产生的氢与氦之比，与此相符。此模型勾画出一幅从相互作用的起源、基本粒子与化学元素的产生，分子的形成与生命的出现，直到行星、恒星、星系以至整个宇宙起源与演化的图景。四个模型：3.DNA双螺旋模型1953年美国沃森与英国克里克提出DNA双螺旋模型，后为实验证实。DNA即脱氧核糖核酸，1944年证明为遗传的物质基础,“基因”即为DNA的片段。DNA双螺旋结构的发现，标志着现代分子遗传学的诞生，揭示了生命在分子结构与遗传机制上的统一性，并为基因工程奠定基础。生命本质的一致性：1.基本的组成物质：蛋白质与核酸；2.蛋白质：由20种氨基酸以肽键连接而成；3.核酸：由4种核苷酸以核苷酸键构成；4.核苷酸顺序与氨基酸顺序之间的信息传递一一相应，即有遗传密码；5.动物的氧化磷酸化，植物的光合磷酸化，均取得腺三磷（ATP），提供能量。四个模型：4.地球板块模型1967年，美人摩根、法人勒皮雄与英人麦肯齐建立“地球板块模型”。分为欧亚、美洲、非洲、太平洋、澳洲与南极洲六大板块与若干小板块，在地幔上漂动。大陆漂移与板块构造可解释地球大陆变迁，预测未来发展，是20世纪地球科学的最伟大成就。最小时间10-43秒（普朗克时间）最小长度10-35米（普朗克长度）最小物质显微镜可测到数十分之一埃原子世界：隧道效应隐性传输效应最快速度光速29.9792458万公里/秒最低温度与0°K（-273.16℃）差一千七百亿分之一度最小生物支原体(无壁细胞)0.1~0.3微米四大基本问题：1.宇宙的起源，2.物质的结构，3.生命的起源，4.思维的本质，（大脑的本质）。每一个重大的突破导致一个划时代的进步。胡锦涛：基础研究的重大突破将进一步为人类认知客观规律、推动技术和经济发展展现新的前景。一个基础：数学（哲学）以上五个方面均已明确列入《规划》的《六、基础研究》之《2、科学前沿问题》中。二、科技发展的21世纪初趋势（怒涛卷霜雪，天堑无涯）1+2+3+4=10一个兴起，二个焦点，三个关注，四个支撑，共计十项。一个兴起：纳米科技；二个焦点：环境安全科技（环境友好），能源资源安全科技（资源节约）；三个关注：地球科技，海洋科技，空间科技；四个支撑：信息科技，材料科技，制造科技，生命科技。一个兴起：纳米科技1990年7月第1届国际纳米科学技术会议与第5届国际扫描隧道显微学会议同时在美国巴尔的摩举行，《纳米技术》与《纳米生物学》相继问世。纳米科技：在纳米尺度（1-100nm）上研究物质的特性与相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科技。重要意义：1）导致认知的革命：新物质世界及其特性，相应的新发现与新理论；2）引发新的工业革命：信息技术、生物与医学技术、材料技术、传统产业将发生深刻变革。1995年～2000年，纳米文献平均每年增39%纳米科技：1.提升国家核心竞争力的战略选择；2.我国实现跨越式发展领域之一。原子晶体管，原子存储器，分子存储器。衣：裤，衬衫，防弹盔甲（珍珠母），食：药物，便携式浓缩器（水），住：“灵巧”建筑，涂料，行：汽车（多方面），发动机，用：DNA电子元件，蛋白质半导体，非侵入式手术。重点：•1.纳米材料的可控制备、自组装与功能化；•2.纳米材料的结构、特性与调控机制；•3.纳米加工与集成原理；•4.概念与原理性纳器件；•5.纳电子学、生物学、医学；•6.单分子行为与控制；•7.分子机器的设计组装与调控；•8.纳米尺度表征与度量学；•9.与其它领域的结合。二个焦点：1.环境安全科技(环境友好)环境污染，生态失衡经济社会发展与人民生活质量提高的重大问题。1．气候变暖，6．土地荒漠化，2．臭氧层破坏，7．大气污染，3．生物多样性减少，8．水污染，4．酸雨蔓延，9．海洋污染，5．森林锐减，10．固体废物污染。还有，电磁波污染？？？化学定时炸弹（ChemicalTimeBomb）三要素：①土壤的脆弱度；②化学物质的累积量；③气候和土地利用的改变。两阶段：①累积阶段：几十年至上百年；②引爆阶段：几年至几十年。欧洲：200年间污染。22×106公顷土地，19×106公顷污染。我国：污染面积速度远超过西欧。1998年：农田污染严重的20×106公顷。占耕地面积1/5还有①人民承受能力；②地方保护主义，讳疾忌医；③治标不治本；④其他因素。结果：更为严重：对后代如何？将来危机如何？农作物大量减产，农业难以发展，民族存亡成问题。二个焦点：2.资源安全科技（资源节约）能源告罄资源枯竭国民经济中具有特别重要的战略地位。世界自然基金组织报告《生存行星指数》：1970—1995，全球资源损失1/3（1）森林面积减少10%；（2）海洋生态系统损耗30%；（3）淡水生态系统损耗50%。中国能源消耗占世界的10%以上，第二位；中国能源消耗效率低，为发达国家1/3-1/4。煤油气中国储量比11.6%2.6%0.9%世界储采比218年41年63年中国储采比92年24年58年能源结构（1998年）煤油气核水世界39.926.723.57.32.6中国71.619.82.10.36.2未来：核能，太阳能，风能，生物能还有：可燃冰（天然气水合物）1m3→150-160m3天然气贮量（不含中国）：石化能量2倍。埋藏浅，分解耗能少（1/16）问题。三个关注:地球科技人类生存的基地！（1）地球系统各圈层的相互作用；（2）地球深部钻探；（3）地球系统中物、化、生的过程及其资源；（4）海陆相成藏理论；（5）地基、海基、空基、天基地球观测与探测系统，地球模拟系统；（6）地球系统科学理论。三个关注:海洋科技人类最宝贵的资源！（1）海洋环境立体监测与保护技术；（2）大洋海底多参数快速探测技术；（3）天然气水合物开发技术；（4）海洋资源开发；（5）深海作业技术；（6）海洋生态、人类安全。三个关注:空间科技人类一定要进军空间！（1）深空探测，探测各行星；（2）开发月球，登陆火星；（3）空间物理学、化学、天文学、力学、生命学、医学等；（4）建立空间站；（5）空-天、空-地、空-水等；（6）空间保护、人类安全。四个支撑：1.信息技术1）科技发展的前沿，科技发展的关键；2）方兴未艾，速度最快，作用重大，前途无量：a)现代文明的基础;b)科学研究与技术开发的不可缺少的手段；c)高科技的关键；d)国家安全的核心。微电子——光电子——光子——光量子——量子，还有生物信息。量子计算机量子计算机实现可能，目前电子元件只能单独记忆“0”与“1”，将来量子元件可以同时记忆“0”与“1”，目前最先进的超级并行机用数十亿年时间计算,将来量子计算机极短时间完成：例：200位数的因子分解数十亿年↓数分钟1985年英国提出设想，1994年美国AT&T理论证明。量子调控研究意义1、此信息技术已露端倪，成为发达国家激烈竞争的焦点；2、可能在20-30年后产生难以估量的影响；内容：探索新的量子现象；发展量子信息学、关联电子学；发展量子通信、受限小量子体系；构建未来信息技术理论基础。四大支撑：2.材料技术（1）社会发展的物质基础；（2）科技进步的先导；（3）既古老，又前沿；（4）没有材料，就没有一切。“固态烟”（气凝胶）3克/升（3mg/cm3）主要由纯二氧化硅等组成，多孔海棉状，空气占99.8%，承受1400°C，坚固耐用。俄“和平号”空间站美“火星探路者”“生物钢”人造基因蜘蛛丝（美，加）蜘蛛丝基因→山羊体→