科学技术与未来

——新科技革命的历史、现状及未来

1 新科技革命产生的历史背景

新科技革命指的是20世纪50年代以来（至今方兴未艾）在世界范围信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、激光技术、新制造（加工）技术、空间开发技术、海洋开发技术……高新技术群落的崛起.新科技革命是科学技术作为一个系统，在一定社会历史条件下，自组织演化的必然结果.其产生的科学与技术方面的基础主要有以下二个方面.(1)第一次科学革命（16～19世纪）：自然科学摆脱神学统治，走上独立发展的道路，建立起近代自然科学体系，确立了实证科学的方法传统.第二次科学革命（19～20世纪初）：突破机械的自然观，人类的认识从宏观进入微观与宇观，发现了微观粒子运动的规律.第三次科学革命（20世纪50年代以来）：系统科学、非线性科学的兴起，使人类认识从追求简单性转变为探索复杂性.(2)以蒸气动力技术为主导的第一次技术革命（18世纪中叶～19世纪上叶），使生产的技术方式机械化.以电力技术为主导的第二次技术革命（19世纪中叶～20世纪初）使生产的技术方式在机械化的基础上电气化.以电子技术为主导的第三次技术革命（20世纪30年代～20世纪70年代）使生产的技术方式在机械化、电气化的基础上自动化.

2 新科技革命的主要内容

新科技革命是上述历史上科学革命的产物、技术革命的继续及发展.

2.1信息技术能量、材料、信息是物质世界的三个基本要素；随着科学技术与社会生活的不断发展，信息的重要性愈来愈显得突出.什么是信息？对这个问题从不同角度有不同的回答.从最一般的意义来说，信息指的是客观世界的物质运动与主观世界精神活动所表现出来的各种状态特征的总和.这些特征被人的感觉器官或仪器所感觉到或测量到并被纪录或表达下来，就成为了一些数据、图像、符号、语言、文字等，它们包含着所表征事物或事件的内容，即客观世界物质运动或主观世界精神活动的状态特征.信息技术则是有关信息的产生、收集、传输、接受、处理、存贮、检索等技术的总称，包括微电子技术（提供电脑芯片）、计算机技术、通信技术、信息存贮技术、数据库技术、网络技术……在信息技术发展中，20世纪90年代在全球兴起的“信息高速公路热”，特别引人注目.信息高速公路的正式名称叫做“国家信息基础设施计划”，指的是建立起由信息库、信息处理机（计算机）、通信网以及各种电子设备组成的信息网络.每一个人在网络上既可以浏览信息，又可以发布信息，从而，把整个世界变成了一个“地球村”.

2.2生物技术生物是一种高级的物质运动形态，它们是同时具有自我更新、自我调节、自我复制的物质系统.生物技术指的是运用工程的方法对生命系统进行作用，以实现预期目的的一种技术，故生物技术又称为生物工程.在生物技术中，基因重组技术处于核心地位.基因重组技术指的是将某些具有特殊性能的遗传基因从生物体中分离出来并进行重组，然后再转移或整合到另一些生命体中去.由于这种基因重组技术的出现，人类就可以根据需要，用工程的方法来改造现有的生物物种或制造新的生物物种.在众多生物技术应用的项目中，“人类基因组计划”具有特殊的重要意义.1990年10月，“人类基因组计划”开始实施.其要点是：测出人类DNA中全部（约3×1010）核苷酸的顺序，搞清人类的10万个基因的全部蓝图以及这些基因在人类23对染色体上的位置.美国、英国、德国、日本、法国和中国的1 000多名科学家参加了这个计划的研究，于2006年胜利完成.“人类基因组计划”的完成及进一步研究（解读基因密码的含义）将对人类疾病（特别是癌症、艾滋病等疑难病）的预防及治疗产生决定性的作用，开辟人类延年益寿的新途径.

2.3新能源技术能源是指能够提供能量的自然资源.能源是一切物质活动的基础.目前，人类所使用的能源（煤、石油、天然气等）多为非再生能源，已日渐枯竭；因此，寻找新能源成为关系人类生存与发展的重大问题.20世纪70年代以来，人类加快了新能源的开发利用，目前主要集中在以下方面：（1）太阳能的开发利用太阳每年投射到地球上的能量为529×1024 J，比现在每年人类总消耗的能量大10 000多倍.20世纪70年代以来，人类加快了对太阳能开发利用的研究，已取得初步成效.在光—热转化、光—电转化、光—化学转化方面都取得一定突破，但离充分利用还有很大距离，有巨大的发展潜力.（2）地热能的开发利用
地热资源是地球陆地表层以下10km深度内
15～400℃范围含热能量.500 m以内地热贮量相当于4 948万亿吨标准煤.各地对地热资源的开发利用，正在因地制宜地广泛展开，前景十分广阔.（3）风能利用风力机可以将风能转变为电能、机械能、热能.据估计，在离地面100 m以内的上空，陆地风机可吸收的能量每年约1.3×1012 kW, 相当于全世界水力发电的总和.（4）除此之外，新能源开发利用还包括核聚变能、海洋能、生物质能、氢能、可燃冰以及多种多样的节能技术.总之，新能源的开发利用完全可以消除多少有些令人恐慌的“能源危机”.

2.4新材料技术材料是物质世界三个基本要素之一，材料技术的发展是各种新技术发展的基础.20世纪70年代以来，具有各种特殊性能的材料（光导纤维、非晶态、新型陶瓷、碳60、钛合金、纳米材料、生物材料、智能材料等）不断涌现.据统计，目前已有25万种性能各异的材料问世，以满足生产及生活各方面的需要.某些重要材料的出现，往往导致某种程度的技术革命或推动新兴产业的出现，产生巨大的经济效益.例如，20世纪90年代蓬勃发展的纳米技术（10-7～10-9 m），由于其一系列独特的性能及广泛应用，就正在形成一个新产业群落并且推动并影响整个科学技术研究及产业的发展.

2.5激光技术激光是一种新型光源，它具有高亮度，方向性好，单色性好，脉冲时间短、覆盖波段宽且可调谐等优点，从而成一种强有力的技术手段.第一台激光器出现于20世纪60年代.20世纪70年代以来，找到可产生激光器振荡的工作物质千余种、激光谱线万余条、研制成不同类型的激光器数十种.与此同时，激光技术得到广泛应用，包括激光测量、激光全息、激光医学、激光通信、激光光谱分析、激光热处理激光信息、激光冷却及激光武器等诸多方面.

2.6新制造（加工）技术相对于传统的机械制造（加工）技术，新制造（加工）技术呈现出一系列新的面貌.其最突出的表现在以下方面：（1）计算机集成系统（CIMS）制造技术面对市场，从顾客的需要及企业的整体能力出发，利用电脑系统使产品的制造（加工）实现高质、低耗、快速的技术.（2）机器人技术利用机器人去进行一些特殊的制造（加工）作业.例如 水下机器人，室外遥控移动式机器人，精密装配机器人.（3）微加工技术20世纪90年代发展起来的纳米技术加工尺度已达到10-9 m，可以对单个原子、分子进行直接操作.

2.7空间开发技术20世纪50年代以来，宇航技术或空间开发技术得到迅猛发展.空间开发技术主要围绕以下三个方面展开.（1）人造卫星的发射及利用目前，人类向宇宙空间发射人造卫星约5 000个，包括资源卫星、气象卫星、通信卫星、技术试验卫星、科学探测卫星、军用卫星等，为人类的生存与发展作出巨大贡献.（2）空间工业化宇宙空间有许多地面上所没有的得天独厚的条件，如失重、高真空、强辐射、低温、超净等.目前，已发射各种类型的“空间站”进入太空，利用宇宙空间某些独特条件，进行科学实验与工业生产.（3）行星际探测把星际探测器发射到太空，已经对月球、金星、木星、土星、火星、彗星等进行了科学考察，为研究宇宙、星系、太阳、地球等的形成及演化收集第一手资料.

2.8海洋开发技术人类除向空间发展外，还试探着向海洋发展.海洋占地球面积71%，约3.6×108 km2，是人类活动的广阔天地.目前，海洋资源开发技术主要包括以下方面：（1）海洋资源开发海洋中蕴涵着丰富的石油、天然气、各种金属矿.例如，近年在海洋中发现了一种称为“可燃冰”的新能源，所蕴藏的能量达1.05×1010 t，超过地球上已探明的煤、石油、天然气能量贮存量的总和.目前美、中、日本、德国都在进行科学考察，进行开采“可燃冰”的试验.（2）海洋养殖与捕捞海洋养殖与捕捞有着悠久的历史.20世纪70年代以来的发展，主要是把海洋养殖与捕捞建立在现代科学技术基础上.（3）海洋能的开发利用海洋中有许多形式能量可开发利用，包括潮汐能、波浪能、温差能、盐差能、海流能等.目前，各国都进行了一定的探索与开发.

3 新科技革命的主要特点

新科技革命就性质而言，属于技术革命.按技术革命的时间顺序排列，这次技术革命是第四次技术革命.与历史上三次大的技术革命来比，这次技术革命呈现一系列特点.

3.1主导技术以技术群落的形式出现主导技术指的是代表某一历史时期技术发展的趋势与主流，影响到并推动着相关技术发展的那些技术.第一次技术革命的主导技术是蒸气动力技术，第二次技术革命的主导技术是电力技术，第三次技术革命的主导技术是电子技术.这一次技术革命的主导技术不只一项，而是一个群落，即由信息技术、生物技术、新能源技术、新材料技术、新制造技术、激光技术、生物技术、空间开发技术、海洋开发技术……构成的一个群落.这个群落之间有如下关系：新能原技术、新材料技术、信息技术分别对应着人类物质活动的三要素（物质、能量、信息），是整个技术系统的基础；生物技术、空间开发技术、海洋开发技术代表着人类发展的三个方向： 空间、海洋、复杂性领域（生命系统是最典型最重要的复杂性领域）；而激光技术、新制造（加工）技术作为一种技术手段在各个领域都有应用.

3.2宏大的技术体系建立在深厚的理论基础之上与前三次技术革命相比，这次技术革命的理论基础广阔，深厚得多.从纵向来说，其理论基础为微观粒子的量子理论，其中，信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、新制造（加工）技术、激光技术等，分别用到不同层次（分子、原子、原子核、粒子等）的量子理论.从横向来说，其理论基础为复杂性科学，这种复杂性科学的成果、方法将为高新技术发展开辟新的途径.

3.3主导技术群落的科学含量高技术分为经验性技术与科学性技术，因此，对技术而言它们存在着一个科学含量的问题.这次技术革命呈现出科学技术化、技术科学化、科学技术一体化的特征.所以，这次技术革命往往称为新科技革命，其真实意义在于说明，这次技术革命的主导技术群落的科学含量非常高.

3.4使社会信息化社会信息化包括生产的技术方式与社会生活方式二个方面的信息化.生产方式分为生产的技术方式及生的社会方式.生产的技术方式指的是生产过程所使用的生产资料（首先是生产工具）、生产方法（工艺、协作、分工等）以及它们的结合，生产的社会方式则主要指生产关系.第一次技术革命使生产的技术方式机械化；第二次技术革命使生产的技术方式机械化、电气化；第三次技术革命使生产的技术方式机械化、电气化、自动化；第四次技术革命使生产的技术方式在机械化、电气化、自动化的基础上进一步信息化.这次革命不仅使生产的技术方式信息化，而且，使社会生活方式信息化，即使生产过程与社会生活过程同时成为信息流的运行过程.从而，对社会发展产生深刻而广泛的影响.

4 新科技革命的未来发展

根据科学技术发展的一般规律及技术—产业转化原理，我们可以对新科技革命在21世纪的走向及趋势作出如下预测.

4.1第五次技术革命是智能化革命第四次技术革命主要解决信息化的问题；在信息化的过程中，已经开始接触到智能化的问题.在现阶段电脑技术中，引入了人的某些逻辑思维，常常称为智能化.目前智能化都是比较简单、低级的.智能化革命就在于：使智能计算机不仅具有人的逻辑思维能力（分类、归纳、分析、综合、推理等），而且，具有人的非逻辑思维能力（推测、联想、假设、论证、识别、反应、学习等）.大量的智能化计算机的出现及使用，将标志第五次技术革命——智能化革命的真正到来.其时间，可能发生在21世纪30～40年代.

4.2一系列新兴产业群落的崛起根据技术—产业转化原理，新科技革命的成果，在市场经济的条件下，在一定时期，将会转化并发展成为产业.目前，我们已经看到一系列新兴产业群落正在崛起.其中主要包括：（1）信息技术产业群电子信息产业（目前电子计算机产业将转化为人工智能产业）、信息咨询产业、超导信息产业、光信息产业、生物信息产业、宇宙信息产业（利用人造天体发布信息进行有效的预测与决策）等.（2）生物技术产业群基因产业（利用基因生产各种转基因产品）、生物化学产业、生物食品产业、生物医药产业（特别是基因技术在医药上的应用）、生物能源产业等.（3）纳米科技产业群纳米材料产业、纳米器件及设备产业（例如微型机器人）、纳米加工产业（在原子、分子水平上对材料、器件进行设计与加工）、纳米应用产业等.（4）宇宙开发产业群宇宙交通运输业、宇宙材料产业、宇宙能源产业（在太空建立太阳能发电站）、宇宙建筑业及宇宙旅游业等.（5）海洋开发产业群海洋机器人（21世纪进入全面应用），海洋资源业、海洋能源业、海水淡化业、海洋建筑业等.（6）“绿色”产业群人口产业（优生、胎教、保健、长寿）、“绿色”食品产业、环境工程、生态工程、循环经济等.（7）知识产业群在现代科技水平及自然科学与社会科学统一的基础上展开的咨询产业、软件产业、人才产业、文化产业、出版产业、传播产业等.