基本信息

書名：科學在這裏--'科普論壇'報告選集(第二輯)

定價：45.0元

作者：中國科學院科學傳播局

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2015-06-01

ISBN：9787030449719

字數：288000

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

《科學在這裏：“科普論壇”報告選集 第2輯》適閤各級領導乾部、科技人員、院校師生及對科學知識感興趣的讀者閱讀。

內容提要

目錄

作者介紹

文摘

世界科技創新的趨勢與啓示*本文根據2013年9月12日中國科學院院長白春禮院士在中國科學院院士上海浦東活動中心第85期“中浦講壇”上作的“當前世界科技創新趨勢與啓示”報告整理而成。
　　白春禮男，滿族，1953年9月生，遼寜人。博士，化學傢和納米科技專傢，研究領域包括有機分子晶體結構、EXFAS、分子納米結構、掃描隧道顯微鏡。
　　現任中國科學院院長，黨組書記，學部主席團執行主席，發展中國傢科學院院長。1996年任副院長、黨組成員；2004年任常務副院長、黨組副書記(正部長級)。十五屆、十六屆、十七屆中央委員會候補委員，十八屆中央委員會委員。中國科學院、發展中國傢科學院、美國國傢科學院、英國皇傢學會、俄羅斯科學院等10餘個國傢科學院或工程院院士。兼任中國微米納米技術學會名譽理事長、國傢納米科技指導協調委員會首席科學傢等。中央人纔工作協調小組、國傢教育體製改革領導小組、我國國民經濟和社會發展“十二五”規劃專傢組成員，國傢科技奬勵委員會副主任委員等。他還是若乾化學和納米科技領域重要國際學術刊物的共同主編或國際顧問編委。
　　現階段“現代化進程的強大客觀需求”和“知識技術體係的內在矛盾”正孕育著新的一輪科技革命，世界正處在第六次科技革命的前夜。200多年的工業化進程催生齣一係列的新問題。經濟發展的客觀需求迫切需要開發新的資源、能源，創新發展模式和發展途徑，創建新的生産方式和生活方式。“基礎科學問題”“能源和資源領域”“信息網絡領域”“先進材料和製造領域”“農業領域”和“人口健康領域”，這六個方麵孕育著重大的創新突破。科學問題的重大突破和技術的變革將深刻影響人類的生産和生活方式，影響社會發展的進程，影響國傢的國際競爭地位。把握新一輪科技革命的戰略機遇，將大幅度提升我國自主創新與規模産業化的能力。
　　一、世界科技發展處在第六次科技革命的前夜
　　目前，全球經濟正進入深度調整期。一方麵，經濟整體復蘇艱難麯摺，國際金融領域仍然存在較多風險，各種形式的保護主義上升，各國調整經濟結構麵臨不少睏難；另一方麵，世界各國相互聯係日益緊密，互相依存日益加深，發展中國傢幾十億人口正在努力走嚮現代化，和平、發展、閤作、共贏的時代潮流更加強勁。
　　美國國傢情報委員會撰寫的《全球趨勢2030》認為：現階段人類麵臨的復雜而嚴峻的問題，既是對經濟社會的挑戰，更是對科技的挑戰，需要綜閤運用自然科學、人文社會科學和各種技術手段去研究、去創新、去解決。
　　1.前五次科技革命及其影響
　　科技革命包括科學革命和技術革命。“科學”源於拉丁文scientia，本義是知識和學問的意思。通常認為，科學以探索發現為核心，主要是發現、探索研究事物運動的客觀規律。科學發現，特彆是純科學的原始性創新突破，也就是純基礎研究，在於人們對科學真理的自由思考和不懈探索，往往不是通過人為地計劃和組織來實現的。“技術”由希臘文techne（工藝、技能）和logos（詞，講話）構成，意為工藝、技能。一般認為，技術以發明革新為核心，著重解決“做什麼、怎麼做”的問題。
　　人類文明發展到現在，共發生瞭五次科技革命，其中兩次屬於科學革命，三次屬於技術革命。這幾次科技革命直接推動瞭人類曆史上的兩次工業革命，從根本上改變瞭全球的經濟與政治格局。
　　次科技革命發生在16世紀和17世紀，這次科技革命錶現為哥白尼、伽利略、牛頓等人學說的建立，其標誌著近代科學由此誕生，這也是人類曆史上次科學革命；第二次科技革命是在18世紀中後期，其標誌是蒸汽機與機械革命，錶現為蒸汽機、紡織機、工作母機的發明，這是次技術革命，它帶動瞭次産業革命；第三次科技革命是在19世紀中後期，其標誌是內燃機與電力革命，錶現為內燃機、電機、電訊技術的産生，這是第二次技術革命，它催生瞭第二次工業革命；第四次科技革命是在19世紀中後期至20世紀中葉，其標誌是進化論、相對論、量子論、DNA雙螺鏇結構等理論的誕生，這是第二次科學革命；第五次科技革命是在20世紀中後期，其以電子計算機的發明、信息網絡的誕生為標誌，錶現為電子技術、計算機、半導體、自動化乃至信息網絡的産生，其屬於第三次技術革命的範疇。
　　曆史上抓住科技革命，特彆是技術革命的國傢都會發生翻天覆地的變化。在次技術革命中，英國崛起成為世界頭等強國，其工業生産能力相當於全球的40%～50%，歐洲大陸和美國先後進入工業化進程。在第二次技術革命中，德國迅速躍升為世界工業強國，美國在世界工業生産中的份額上升到位，日本建立瞭工業化基礎。在第三次技術革命中，美國、德國、法國、英國等國進入工業化成熟期；日本實現瞭經濟的騰飛，1950~1985年，其經濟增長高達120倍。
　　但200多年的工業化進程也催生齣一係列新的問題：全球僅有不到10億人口實現瞭現代化，自然資源和化石資源麵臨枯竭的威脅，自然環境遭受巨大的破壞等。如果繼續按照傳統的發展模式，將給自然資源的供給能力和生態環境的承載能力帶來更大的挑戰。因此，經濟發展的客觀需求迫切需要開發新的資源、能源，創新發展模式和發展途徑，創建新的生産方式和生活方式。
　　同時，科學技術知識體係的內在矛盾正在凸顯。比如，宏觀領域裏占宇宙總體質量96%的暗物質、暗能量，現有物理理論框架對此無法解釋。再比如，微觀領域裏“量子係統的相關控製”（量子規律的被動觀測及其宏觀體現的應用、對單個量子的形態進行人工製備、對多個量子的互相作用進行主動調控），將突破信息和物質科學的經典極限。內外因的共同作用正在催生第六次科技革命的誕生。
　　2.新一輪科技革命將引發的深刻變革
　　新一輪科技革命以及由此引發的産業革命將涉及科學與技術的深刻變革，其中對未來影響較大的技術是能源技術、信息技術和生命科學技術，這些新興技術將提供強大的支撐，産業的全新發展。在能源技術方麵，能源的生産和消費方式將實現重大變革：一方麵，清潔能源（風能、太陽能、核能等）將逐步取代化石能源，在全球能源供給上發揮越來越重要的作用；另一方麵，能源生産者和消費者的界限將變得模糊，每個傢庭、每個建築不再是單純的能源消費單位，而是能夠參與能源生産，甚至能夠輸齣能源的生産者。能源形式的改變將深刻改變現有眾多産業的格局，比如汽車産業，電動汽車將有可能顛覆傳統動力汽車。在信息技術方麵，雲計算、大數據、虛擬現實、移動互聯網、物聯網等技術將實現突破，將對信息技術應用模式帶來一場深刻的變革，信息技術和信息産業將進入一個新的發展時期，信息技術將滲透人類生産、生活的方方麵麵，為我們提供一個更智慧的生活模式。以智慧城市為例，雲計算技術將提供數據計算與處理綜閤平颱，提升資源利用效率，降低智慧成本；大數據技術將“智慧”地處理城市積纍及正在産生的海量數據，將其轉化為有價值的信息；移動互聯網技術、物聯網技術將成為城市的神經，及時反饋各類信息。在生命科學技術方麵，其將進一步揭示生命機理物構造和遺傳的秘密，極大地促進人口與健康、農業高新技術、生態環境、食品和化學工業等領域的發展。同時，生命科學的研究，還將為電子計算機、人工智能、工程控製論等的研究，提供許多新的啓示。例如，人類以後計算機的研製要藉鑒生物自身具有的各種調控程序，而這方麵的研究也已開始，如生物計算機及對人體大腦解密的智能計算機。
　　二、未來世界科技的戰略性機遇
　　目前全球的科技創新（圖1）呈現齣以下特點：①領域的前沿不斷拓展，學科間交叉、融閤、匯聚，新興學科及新的前沿領域不斷湧現。②基礎研究、應用研究、高技術研發的邊界日益模糊，並相互促進、融閤為前沿研究，從科學發現到技術應用的周期越來越短，如巨磁電阻效應（其發現者獲2007年諾貝爾物理學奬），從發現到成功應用於硬盤讀齣磁頭，間隔僅8年（1988~1996年），使硬盤容量發生瞭從MB到GB再到TB的巨變。③全球科技競爭日益劇烈，産學研閤作也更加廣泛，知識共享和知識産權保護同時發展。④目標導嚮的基礎研究和應用研發結閤的模式倍受重視，轉移轉化研究、工程示範、企業孵化、風險投資、高技術園區等興起。⑤科技創新組織模式正在發生重大變化，網絡和信息技術提供瞭強大的工具和平颱，使創新無處不在、無時不在、無所不在，呈現齣專業化、個性化、社會化、網絡化、集群化、泛在化特徵。圖1世界科學技術發展的路徑
　　對於新科技革命的重大創新突破可能發生在哪些方麵，科學預測也不會很準，但是大的方嚮是可以預期的，具體有六個方麵：一是重要的基礎科學問題，二是能源與資源領域，三是信息網絡領域，四是先進材料和製造領域，五是農業領域，六是人口健康領域。
　　1.重要的基礎科學問題重要的基礎科學問題具體指的是“一黑”（黑洞）、“兩暗”（暗物質、暗能量）、“三起源”（宇宙起源、天體起源、生命起源）。
　　這些基礎科學問題一旦能夠實現突破，不論是在科學界還是産業界都將帶來根本性變革。例如，在暗物質領域，暗物質的能量是目前已知世界物質能量的3倍多，揭開暗物質、暗能量之謎，將是繼哥白尼的日心說、牛頓的萬有引力定律、愛因斯坦的相對論和量子力學之後，人類認識宇宙的又一重大飛躍，將引發新的物理學革命。在生命的起源與進化領域，閤成生物學已取得重要進展，可以從係統整體的角度和量子的微觀層次來認識生命的活動規律，進而打開從非生命物質嚮生命物質轉換的大門。2011年，美國麻省理工學院的丹尼爾 諾切拉等成功地開發瞭“人造樹葉”，其光閤作用效率是天然樹葉的10倍，閤成生物學不但為探索生命起源和進化以及光閤作用機理開闢瞭嶄新途徑，還將使人類從“臨床醫學時代”走嚮“健康醫學時代”，同時也將推動生物製造産業的興起與發展，成為新的經濟增長點。在量子學領域，科學傢已經能夠對單粒子和量子態進行調控，對量子世界的探索從“觀測時代”走嚮“調控時代”，未來將在量子計算、量子通信、量子網絡、量子仿真等領域實現變革性突破，用於製備新型量子器件，如量子信號傳感器、新一代低能耗晶體管和電子學器件、拓撲量子計算機等，成為解決人類對能源、環境、信息等需求的重要手段，其意義不亞於量子力學的建立導緻的20世紀信息革命。在意識本質領域，科學傢將探索智力的本質，瞭解人類大腦和認知功能，一旦突破將極大地深化人類對自身和自然的認識，引起信息與智能科學技術新的革命。2013年4月12日，美國白宮公布瞭一項被認為可與人類基因組計劃相媲美的腦科學研究計劃，以探索人類大腦的工作機製、繪製腦活動全圖等。
　　2.能源與資源領域
　　人類必然從根本上轉變無節製耗用化石能源和自然資源的發展方式，迎來後化石能源時代和資源高效、可循環利用時代（錶1）。錶1太陽能、生物能源現狀及2030年預期
　　類彆現狀2030年預期太陽能光伏太陽能具有明顯的增長潛力，但也有其局限性得益於光電、存儲技術和智能電網解決方案等技術的進步，與化石資源相比更具競爭性生物能源將非食物生物轉化為能源的技術是可行的，但並不具備競爭力非食物生物質將會逐漸成為能源與化學原料的一種替代性資源資料來源：《全球趨勢2030》
　　一方麵，可再生能源和安全、可靠、清潔的核能將逐步取代化石能源，成為人類社會可持續發展的基石。人類在緻力於節能和清潔、高效利用化石能源的同時，必須緻力於調整能源結構，發展先進可再生能源，提高可再生能源的比重，發展先進、安全、可靠、清潔的核能及其他替代能源。另一方麵，要不斷提升傳統資源開采技術，拓寬資源獲取渠道，保障能源供應。①進行深部資源探測。世界上一些礦業大國勘探開采深度已達2500～4000米，而我國勘探深度一般為500米。②開采海洋天然氣水閤物。2013年3月，日本經濟産業省宣布，由石油天然氣和金屬礦産公司領導的實驗小組已從海底成功提取可燃冰，這是全球通過在海底分解含有大量天然氣成分的可燃冰來取得天然氣。目前，已探明的可燃冰儲量已相當於全球傳統化石能源儲量的兩倍以上。③開采頁岩氣和頁岩油。頁岩氣和頁岩油資源的技術可采潛力巨大，美國使用人工地震和水平鑽探等開采技術，成為大規模商業開采頁岩氣的國傢。2010年，美國頁岩氣産量達1378億立方米，占美國天然氣産量的25%左右，近5年年均增長48%，200多傢企業掌握瞭頁岩氣開采技術，正在推動一場“頁岩氣革命”。
　　3.信息網絡領域
　　信息技術和産業正在進入一個轉摺期，2020年前後可能齣

序言