冯长根21世纪科学技术的发展趋势_精品文档.docx

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冯长根：

21世纪科学技术的发展趋势

1.21世纪，知识的生产、传播和应用将成为社会发展的决定性因素

    历史已经表明，科学技术是推动人类社会前进的最高意义上的革命力量。

科学技术是第一生产力，生产力发展促进生产关系的进步；生产关系的完善，进一步解放和促进了生产力的发展。

进入现代社会以来，科学技术和社会进步的互动关系比历史上任何时期都密切。

未来科技将以加速度向前发展，推动生产力快速进步。

    科学技术之所以有这样的作用，是因为科学技术是新知识的创造者，而知识是人类社会发展最重要的资源。

知识资源具有其它资源所没有的特点。

它一旦产生，可以永续利用，在使用过程中不仅不被消耗，而且不断发展，不断产生新的知识。

一个群体产生新知识的速度和该群体掌握的知识总量与其创造力成正比，知识丰富而创造力高的群体将以更快速度产生新的知识。

    科学技术作为新知识的创造者，在世界各国现代化过程中发挥了巨大的作用。

举几个例子。

    *牛顿力学原理与英国的现代化

    英国在16世纪已经取代西班牙夺得了海上霸权，追求财富和知识成为社会的时尚，宗教不再具有吸引力，科学和艺术出现了新的浪潮，哲学家培根（1561-1626）发出了"从实验中获得知识，知识就是力量"的号召。

    1687年，英国皇家学会出版了牛顿的伟大著作《自然哲学的数学原理》，提出了机械运动遵守的牛顿力学原理，为第一次工业革命大规模发明和使用机械打下了基础。

在培根的哲学思想和牛顿力学的指导下，在市场需求的推动下，英国的制造业、建筑业、航海业等都开始使用机器，获得快速发展。

1773年凯依发明飞梭；1754年，惠特制成滚轮式纺纱机；1764年出现珍妮多锭纺车；1785年卡特赖特发明了自动织布机，英国纺织业已基本上实现机械化。

1784年，瓦特发明了在整个工业部门普遍应用的蒸汽机，标志着第一次工业革命的兴起。

英国仗着殖民地的市场和工业优势，终于成为当时世界头号资本主义强国。

    *有机化学的兴起与德国的现代化

    德国的统一直到19世纪才完成，资本主义在德国的兴起比英国晚100多年。

    19世纪是化学兴起的世纪。

1803年英国人道尔顿提出原子论；1828年德国人维勒首次由无机元素合成有机化合物尿素，开拓了有机化学的研究领域；1857年德国人凯库勒提出了原子化学价概念；1869年俄国人门捷列夫提出了化学元素周期表。

    1856年英国人首次人工合成染料苯胺紫，由于英国可以从殖民地获得天然染料而对此不感兴趣，但立刻被没有殖民地而急于发展的德国人作为一个机遇抓住。

    1864年德国人赫夫曼、凯库勒和拜尔一起推动了德国焦油染料工业的迅速发展，以后又抓住了化学制药工业的发展。

很快，德国化学工业就成为世界领先的支柱产业。

    在英国人实现工业革命、法国人从事政治革命的同时，德国人从康德开始，完成了由机械论哲学向黑格尔、费尔巴哈、并由马克思和恩格斯集大成的辨证哲学的思想革命，使得19世纪末、20世纪初的德国成为现代物理学的发源地。

20世纪最重要的科学发现--相对论和量子力学都是在德国学术的土壤上产生的。

德国经济当时虽然不如英、法等国家，但在科学技术上迅速成为领先国家，并在全民族中普及了科学态度、科学方法和科学精神。

德国产品的质量始终是世界之最，德国的经济经过两次世界大战的破坏仍然能很快恢复，达到世界的前列，不能不说和德国民族普遍深入的科学作风有关。

    *电磁科技和美国的兴起

    1800年丹麦人奥斯特发现电流能产生磁场；1831年英国人法拉第发现电磁感应；1862年英国人麦克斯维将电和磁统一起来，建立了完整的电磁场理论，并预言光也是一种电磁波。

    1835年美国人莫尔斯制成发报机，1838年他又发明了莫尔斯电码，1851年他的电报系统用于铁路，1858年实现了大西洋海底电缆电报通讯；1866年德国人西门子发明了励磁电动机；1867年美国人贝尔发明了电话；1877年美国人爱迪生发明留声机；1879年美国人爱迪生发明炭丝电灯；1895年意大利人马克尼和俄国人波波夫实现了无线电发射和接收。

    美国利用地大物博和建设新大陆的开拓创新精神，利用电磁科技发展的有利时机，率先发明了电报、电话、电灯，将其迅速推向市场，又大力发展了发电机和电动机。

同时，美国以广阔的国内市场为基础，发展了大规模的汽车、钢铁、化工、电机及其他商品的生产技术，在19世纪末20世纪初成为世界的强国。

    以上例子说明了科学技术在世界各国现代化进程中所发挥的巨大作用。

21世纪这种趋势更加显著。

    2.科学与技术的结合和相互作用将更加紧密

    科学是人类在认识世界和改造世界过程中所创造的，是正确反映客观世界现象、物质内部结构和运动规律的系统理论知识。

科学理论必须符合客观实际，要逻辑严谨、没有矛盾、能够指导实践。

它由已知的观测和实验事实总结而来，又必须具有预测的能力，能够在其适用的范围内预测可能发生的新现象，并通过科学实验验证其预测。

预测与验证是确立一个新理论和其适用范围时必须采用的方法。

    科学还提供认识和改造世界的态度和方法，提供科学的世界观和处世的科学精神。

因此，科学也是一种文化，是强大的精神力量，和道德、美学等同是精神文明建设的主要内容。

    技术是在科学的指导下，通过总结实践的经验而得到的，技术在生产过程中和其他实践过程中广泛应用，包括从设计、装备、方法、规范到管理等各方面的系统知识。

技术直接指导生产、服务生产，是现实的生产力，也是一种商品。

简言之，一切能够在市场上有竞争力，获得市场承认，推动市场发展的知识都可以称为技术。

    科学与技术既有同一性，可以相互作用和转化，又具有差异性，各按自身的规律向前发展。

科学产生技术，技术推动科学，二者相互促进，密切相关。

在当代，科学与技术相互融合，相互影响，已成为现代科技发展的基本特点之一。

    科学是现代技术的发源地。

如果说19世纪之前，技术来源于生产经验的成分多于科学理性的话，那么，现代技术创新则更多地依赖于系统性、综合性的基本科学研究。

因此，高技术的定义之一就是"以现代科学技术为基础的技术"。

科学是人类认识运动的自然界所具有规律性的知识结晶，重大科学成就往往还具有基本的哲学上的意义，导致自然观、宇宙观的重大转变或飞跃。

科学作为一种以实践为依据的思想体系，是每个历史时期思想解放的先导，也是坚持真理、破除迷信的锐利武器。

一个希望振兴的民族，一刻也离不开科学的理论思维。

    另一方面，现代科学的发展，一刻也离不开技术的支撑。

新技术提供新的仪器设备和分析手段。

它扩展人类视野，帮助进行精密的观察和严格的分析，提高发现和创新的能力。

    从历史上看，20世纪不仅是科学革命的世纪，也是技术革命的世纪。

举几个例子。

    *量子理论和相对论的创立与发展，堪称20世纪最伟大的科学革命

    量子理论和相对论不仅成为近代原子、分子物体和天体物理的基础，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、微电子与光电技术发展的重要理论基础。

    *DNA双螺旋结构模型的建立，宣告人类在揭示生命遗传奥秘方面迈出了具有里程碑意义的一步

    1953年美国生物学家Waston和英国物理学家Crick提出了DNA双螺旋结构分子模型，后来的实验研究验证了该模型。

DNA双螺旋结构的发现，标志着现代分子遗传学的诞生，揭示了世界上千差万别的生命种群和个体在分子结构和遗传机制上的统一性，并为后来的以DNA重组为主要手段的基因工程奠定了基础，对当代医学和农业等的发展产生了深远的影响。

    *信息理论的发展为20世纪的通信技术、计算机和智能机器，以及生命与认知行为的研究等奠定了基础

    第二次世界大战对通信的实际需求促使了通信理论的诞生。

1948年，美国应用数学家申农发表的"通信的数学理论"奠定了现代信息论的理论基础。

1957年，美国人古德和麦克霍尔合作出版《系统工程学》，系统地引入线性规划、排队论、决策论等数学分支，为系统科学与工程奠定了数学方法的基础。

美国阿波罗登月计划是系统工程实践的成功范例。

    *20世纪以来，加速器的建造、光学与射电天文望远镜的建造、电子显微镜的发明等都为原子物理、天体物理、物质与生命科学的新发现和突破提供了手段和基础。

    3.信息科学技术和新材料将继续发挥前导作用，生命科学、生物技

    术和纳米科技将获得空前发展，成为未来科技的核心，空间科学、地球科学、海洋科学、资源环境科学和新能源技术都将成为高速发展的前沿领域

    3.121世纪仍将是信息革命的时代

    信息技术是一门十分重要的科学技术，在世界新技术革命中处于核心和先导地位；它不仅作为一项独立的技术而存在，还广泛渗透于其它各个高科技领域，成为它们发展的基本依据和重要手段。

    20世纪巨大的进步就是信息技术。

以微细加工工艺为基础，以集成电路为核心的微电子工艺技术以及光电子与微电子传感器件的开发，不但成为计算机技术的基础，也成为机电一体化技术与产品的基础，开创了智能化办公机器、商用机器、家用电器工业以及现代制造设备的新纪元。

1971年，第一台微型计算机问世；1977年美国苹果Apple公司生产的最早的个人计算机投放市场。

20多年来，信息技术迅猛发展。

低价位、高性能的个人电脑的普及，以及ATM、IP、CDMA、WDAM等现代通信技术的涌现，使人类进入了信息和网络的时代。

以我国为例，到1999年，我国光缆总长度已达到100万公里；至2000年5月，全国固定电话用户达1.24亿；到2000年6月，移动电话数达5928.7万户，居世界第二。

    当前，一种新型的经济正在美国、欧洲、亚太一些国家和地区兴起，它建立在信息（知识）的基础上，正在使社会各个领域发生迅速而深刻的变化。

这种新型经济完全改变了自工业革命以来人类生产和创造财富的方式。

    21世纪仍将是信息革命的时代。

信息科技仍将是最活跃、发展最迅速、影响最广泛和深刻的科技领域。

可以预计：

    --微电子与光电子器件及其集成结构、功能和规模将取得新的革命性的进展。

    微电子技术已经走过了大规模（LSI）、超大规模（VLSI）、特大规模（ULSI）集成时代，于1995年进入京规模（GSI）集成时代。

相应的微细加工尺寸可以缩小到0.16微米，工业化生产水平也已达到0.35微米。

    在许多国家的研制计划中，以微电子技术为中心的信息技术，占据很大比例和重要位置。

例如美国国防部制订的21项关键技术，有近2/3（13项）属于信息技术；欧洲的"欧几里德"计划11个领域中，有9个领域属于信息技术。

    --计算机结构和功能将向着微型化、超强功能、智能化和网络化的方向发展，人机界面将更为友好。

    计算机从体系结构的变革到器件与技术的革命都将要产生一次量的乃至质的飞跃，下面是21世纪前20到50年可能出现的新型计算机。

    *纳米计算机：

惠普实验室的科研人员应用纳米技术研制计

    算机内存芯片，其体积不过数百个原子的大小，相当于人头发丝直径的千分之一。

一旦研究获得成功，将为其它缩微计算机元件（包括象今天的奔腾级芯片一样的微处理器）的研制和生产铺平道路，并在可穿戴式计算机的研究方面获得突破。

    *量子计算机：

量子计算机是利用一种链状分子聚合物的特

    性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。

量子计算机有四大优点：

一是加快了解题速度（它的运算速度可能比目前个人计算机的奔III晶片快上10亿倍）；二是大大提高了存储能力；三是可以对任意物理系统进行高效率的模拟；四是能实现发热量极小的计算机。

    *光子计算机：

所谓光子计算机即全光数字计算机，以光子

    代替电子、光互联代替导线互联、光硬件代替计算机中的电子硬件、光