迎接21世紀(jì)新科技革命

文/李乃勝

迎接21世紀(jì)新科技革命

文/李乃勝

關(guān)于新科技革命，從2005年美國(guó)庫(kù)茲韋爾的“奇點(diǎn)臨近”，到今年元旦中國(guó)科學(xué)院白春禮院長(zhǎng)所作“新科技革命的拂曉”的報(bào)告，特別是何傳啟先生主編的《第六次科技革命的戰(zhàn)略機(jī)遇》一書，都作了不少探索性研究。在深受啟發(fā)的基礎(chǔ)上，談幾點(diǎn)個(gè)人粗淺的看法。

一、“科技革命”的本質(zhì)

縱觀人類發(fā)展史，可以看出科技革命總是與生產(chǎn)力大發(fā)展、社會(huì)大變革密切相關(guān)，科技革命作為源動(dòng)力深刻影響著人類的文明進(jìn)程。因此，準(zhǔn)確理解科技革命的本質(zhì)，對(duì)于探索其發(fā)生發(fā)展規(guī)律具有重要意義。

1.發(fā)展前提下的“否定”。

科技革命顧名思義是指科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重大變革，指從科學(xué)理論、技術(shù)進(jìn)步到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的革命性變化。因此，根據(jù)科技發(fā)展的規(guī)律，科技革命應(yīng)該是一種發(fā)展前提下的“否定”。

否定是事物發(fā)展的內(nèi)在特征，是辯證法的三大規(guī)律之一，是一切事物發(fā)展的根本?？萍几锩紫仁恰胺穸ā笔降闹卮罂茖W(xué)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而催生改變?nèi)祟愇拿鬟M(jìn)程的技術(shù)進(jìn)步，最終帶來(lái)劃時(shí)代的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往是“證偽”而不是“證實(shí)”。對(duì)科技而言，發(fā)展本身就是一種自我否定，但這種否定是繼承基礎(chǔ)上的發(fā)展，是發(fā)展基礎(chǔ)上的否定。例如，“日心說(shuō)”否定了托勒密的“至大論”，推翻了長(zhǎng)期以來(lái)居于宗教統(tǒng)治地位的“地心說(shuō)”，實(shí)現(xiàn)了天文學(xué)的根本變革，但哥白尼沿用了托勒密的科學(xué)觀測(cè)方法，他20多年觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)，與托勒密的大體一致，哥白尼實(shí)現(xiàn)了舊有數(shù)據(jù)和認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上的思想創(chuàng)新，他發(fā)現(xiàn)了托勒密的錯(cuò)誤結(jié)論。在否定的基礎(chǔ)上推進(jìn)了天文學(xué)的進(jìn)步，催生了人類第一次科技革命。再如，愛因斯坦的相對(duì)論在量子領(lǐng)域否定了牛頓力學(xué)，帶來(lái)了人類的核能和量子時(shí)代。

2.“漸進(jìn)”基礎(chǔ)上的“突變”。

漸變與突變是事物發(fā)展的兩大規(guī)律。英國(guó)地質(zhì)學(xué)家萊伊爾依據(jù)沉積層序的連續(xù)性，認(rèn)為自然界的一切變化都是日積月累、逐漸改變的；而法國(guó)的居維葉根據(jù)古生物的突然出現(xiàn)和滅絕，提出自然界的一切都是“突變”的?；仡櫩茖W(xué)發(fā)展歷史，可以看出，新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明，是一個(gè)不斷涌現(xiàn)、長(zhǎng)期緩慢的積累過(guò)程，而發(fā)展到一定程度，突然出現(xiàn)的“飛躍”或者“突變”就是革命。因此循序漸進(jìn)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明，即使再重大，也不能稱為革命；只有石破天驚的“突變”才能成為革命的標(biāo)志。哥白尼1543年出版的《天體運(yùn)行論》，一夜之間打破了“一千年的科學(xué)黑暗”。但天體運(yùn)行的萌芽可能要追溯到古希臘的畢達(dá)哥拉斯。如果《天體運(yùn)行論》的出版是跨越式突變的話，那從古希臘時(shí)代到16世紀(jì)中期，天文學(xué)和物理學(xué)就是處于一個(gè)漸變式的積累過(guò)程。從自然規(guī)律說(shuō)，地質(zhì)學(xué)上地質(zhì)年代的劃分，都是依據(jù)地球上主要生命物種的“突變”，譬如：新生代以開始出現(xiàn)哺乳動(dòng)物為標(biāo)志，第四紀(jì)是因?yàn)榈厍蛏嫌辛恕叭恕狈N。

3.科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)革命的“三位一體”。

科學(xué)是人類對(duì)自然現(xiàn)象和規(guī)律的認(rèn)識(shí)；技術(shù)是人們改造客觀世界的方法；產(chǎn)業(yè)是技術(shù)進(jìn)步的結(jié)晶?？茖W(xué)與技術(shù)既存在差別，又不可分離?？茖W(xué)強(qiáng)調(diào)的是知識(shí)性，技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是實(shí)用性；科學(xué)是認(rèn)識(shí)自然，技術(shù)是改造自然；科學(xué)是技術(shù)的源泉，技術(shù)是科學(xué)的延伸；沒(méi)有不帶來(lái)技術(shù)進(jìn)步的科學(xué)理論，也沒(méi)有不依據(jù)科學(xué)理論的技術(shù)創(chuàng)新。而產(chǎn)業(yè)是科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)品體現(xiàn)，指的是一切生產(chǎn)物質(zhì)產(chǎn)品和提供勞務(wù)活動(dòng)的集合體。能夠改變?nèi)祟惖乃枷胗^念或徹底改變對(duì)自然認(rèn)識(shí)的變革，可以稱為科學(xué)革命；能夠改變?nèi)祟愇拿鬟M(jìn)程的生產(chǎn)方式或生活方式的重大變革，可以稱得上是技術(shù)革命，這兩種革命密不可分，合起來(lái)叫做“科技革命”，而產(chǎn)業(yè)革命是科技革命的最終體現(xiàn)。

科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)是一種上、中、下游的辯證統(tǒng)一關(guān)系，是一個(gè)從認(rèn)識(shí)源頭、生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化、最終抵達(dá)實(shí)施效果的完整過(guò)程。具體表現(xiàn)為：科學(xué)發(fā)展到一定程度形成理論認(rèn)識(shí)的突破，即科學(xué)革命；科學(xué)革命產(chǎn)生的理論認(rèn)識(shí)會(huì)引導(dǎo)新技術(shù)的問(wèn)世，導(dǎo)致技術(shù)革命;新技術(shù)的推廣和應(yīng)用形成新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，即產(chǎn)業(yè)革命。如法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象、麥克斯韋建立電磁理論，就是科學(xué)革命；愛迪生發(fā)明電燈、西門子發(fā)明發(fā)電機(jī)就是技術(shù)革命；由此帶來(lái)的電氣化時(shí)代就是產(chǎn)業(yè)革命。所以，科技革命就是以科學(xué)革命理論為指導(dǎo)，以技術(shù)革命為支撐，落腳點(diǎn)是生產(chǎn)力大解放，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大變革。

4.從思想解放到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的完整過(guò)程。

回顧歷史上數(shù)次改變?nèi)祟愇拿鬟M(jìn)程的科技革命，往往是思想啟蒙開幕，政治革命發(fā)端，然后是顛覆式的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，突破式的技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)而引發(fā)產(chǎn)業(yè)革命，最后帶來(lái)劃時(shí)代的社會(huì)發(fā)展。從16世紀(jì)近代物理學(xué)開端到現(xiàn)在，這一規(guī)律反復(fù)出現(xiàn)，不但體現(xiàn)了科技革命的整個(gè)過(guò)程，而且體現(xiàn)著全球范圍內(nèi)政治、科技、經(jīng)濟(jì)中心的轉(zhuǎn)移。

（1）意大利作為第一次科技革命的故鄉(xiāng)。

為什么中外學(xué)者公認(rèn)第一次科技革命發(fā)生在16世紀(jì)的意大利。一場(chǎng)資產(chǎn)階級(jí)在思想文化領(lǐng)域的反封建運(yùn)動(dòng)，使意大利最早從封建制度的桎梏中解放出來(lái)，產(chǎn)生了最早的資本主義制度。這就是思想啟蒙發(fā)展到制度革命的先例。資本主義制度為意大利的科學(xué)發(fā)展創(chuàng)造了自由的天空,于是科學(xué)革命迅速到來(lái),哥白尼的“日心說(shuō)”；布魯諾的“宇宙觀”；達(dá)芬奇發(fā)現(xiàn)月球不發(fā)光、發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜成像、發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)；伽利略發(fā)現(xiàn)重力加速度、發(fā)現(xiàn)了月球的山脈和溝壑、發(fā)現(xiàn)了木星的三顆衛(wèi)星、發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)黑子；維薩留斯創(chuàng)造人體結(jié)構(gòu)理論。特別是達(dá)芬奇，號(hào)稱萬(wàn)能天才，他既是畫家、雕塑家、建筑師，更是“百科全書”式的科學(xué)家，有人說(shuō)：如果達(dá)芬奇的科學(xué)手稿能及時(shí)發(fā)表的話，人類科學(xué)事業(yè)至少會(huì)跨越200年。在當(dāng)時(shí)環(huán)境下，這些科學(xué)巨匠的科學(xué)發(fā)現(xiàn)完全有悖于宗教理論，是徹頭徹尾的科學(xué)革命。

隨之而來(lái)的是全球性技術(shù)變革，首先表現(xiàn)在文藝復(fù)興時(shí)期建筑技術(shù)的大發(fā)展。弗羅倫薩的麥迪奇大教堂成于達(dá)芬奇之手；米開朗基羅完成了號(hào)稱世界第一的梵帝岡大教堂；米蘭的多姆大教堂作為建筑藝術(shù)的精品拔地而起，達(dá)芬奇還為此設(shè)計(jì)過(guò)升降機(jī)；伽利略發(fā)明了鐘擺計(jì)時(shí)技術(shù)，發(fā)明了天文望遠(yuǎn)鏡，使整個(gè)意大利人驚呼“哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)新宇宙”。這些重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明大大促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)革命，把整個(gè)歐洲推向了“地理大發(fā)現(xiàn)”的新時(shí)代。迪亞士的船隊(duì)繞過(guò)好望角；達(dá)伽馬的船隊(duì)到達(dá)中南半島；哥倫布發(fā)現(xiàn)“西印度”；亞美利哥發(fā)現(xiàn)美洲；這些輝煌的名字把歐洲推向了以航海產(chǎn)業(yè)為代表的新時(shí)代，由此拉開了“大國(guó)崛起”的序幕。

（2）英國(guó)成為第二次科技革命的發(fā)源地。

第二次科技革命的號(hào)角在17世紀(jì)末的英國(guó)吹響。自當(dāng)年“英西大海戰(zhàn)”一舉擊敗西班牙“無(wú)敵艦隊(duì)”之后，偏居海島一隅的大不列顛登上了歷史舞臺(tái)。經(jīng)過(guò)一百年的探索，特別是培根的思想啟蒙著作、莎士比亞鞭笞現(xiàn)實(shí)的作品，催生了新思想的誕生。終于在1688年完成了號(hào)稱“光榮革命”的資產(chǎn)階級(jí)民主革命，結(jié)束了封建王權(quán)統(tǒng)治，創(chuàng)造性地建立了君主立憲的社會(huì)制度，使小小的英倫三島迅速變成了不可一世的“日不落帝國(guó)”。牛頓作為第二次科技革命的旗手，集科學(xué)之大成，在數(shù)學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域都有杰出的建樹，發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力；提出了力學(xué)三大定律；特別是1667年發(fā)表了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，使全歐洲在驚呼：“上帝創(chuàng)造了世界，牛頓發(fā)現(xiàn)了上帝創(chuàng)造世界的方法?！睆呐ｎD開始，人們知道自然現(xiàn)象存在著規(guī)律，而規(guī)律是可以被認(rèn)識(shí)的。1765年瓦特作為技術(shù)革命的旗手發(fā)明了真正帶來(lái)產(chǎn)業(yè)革命的蒸汽機(jī)；1776年亞當(dāng)·斯密發(fā)表了《國(guó)富論》，揭示了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的最基本原理?？梢哉f(shuō)牛頓為產(chǎn)業(yè)革命創(chuàng)造了一把科學(xué)的鑰匙，瓦特拿著它開啟了產(chǎn)業(yè)革命的大門，亞當(dāng)·斯密揮動(dòng)著一只無(wú)形的手為產(chǎn)業(yè)革命締造了一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)秩序。

（3）法國(guó)大革命成為第三次科技革命的導(dǎo)火索。

第三次科技革命發(fā)源于18世紀(jì)末的法國(guó)。從大文豪伏爾泰的思想啟蒙，到孟德斯鳩的《法的精神》、盧梭的《社會(huì)契約論》、狄德羅的《百科全書》，都提出了更徹底的資產(chǎn)階級(jí)思想，帶來(lái)了法蘭西的思想大解放，終于爆發(fā)了1789年7月14日攻打巴士底獄，摧毀了專制統(tǒng)治，把路易十六送上了斷頭臺(tái)。一場(chǎng)轟轟烈烈的法國(guó)大革命，建成了號(hào)稱“自由、平等、博愛”的法蘭西。迅速出現(xiàn)了一批世界級(jí)的杰出科學(xué)家，比如拉瓦錫作為近代化學(xué)之父，提出物質(zhì)不滅定律，建立了新化學(xué)理論；蓋呂薩克發(fā)現(xiàn)了氣體分配定律；居維葉推出了古生物學(xué)理論；拉普拉斯建立了二階二次偏微分方程；還有拉格朗日公式、傅立葉級(jí)數(shù)、蒙日定理、達(dá)朗貝爾方程等等。在數(shù)理化各個(gè)領(lǐng)域，以法國(guó)為中心帶來(lái)了革命性的變化。

在技術(shù)方面，圍繞著電磁領(lǐng)域，出現(xiàn)了庫(kù)侖定律、安培公式等等，帶動(dòng)了“電氣化”時(shí)代的到來(lái)，使全世界迅速進(jìn)入了以“電”為能源的產(chǎn)業(yè)革命新階段。

（4）德意志的統(tǒng)一大典催生了第四次科技革命。

第四次科技革命在19世紀(jì)末的德國(guó)萌動(dòng)。號(hào)稱歐洲走廊的德國(guó)不斷重演著分裂與統(tǒng)一的歷史。日爾曼民族不斷地考問(wèn)世界，也不斷地拷打世界。一代詩(shī)人歌德、席勒發(fā)出了思想解放的吶喊，馬克思提出了唯物辯證法、歷史唯物主義及剩余價(jià)值理論，還有叔本華、尼采的唯意志主義，羅素的邏輯實(shí)證主義，都是重要的思想啟蒙。后來(lái)“鐵血宰相”俾斯麥勵(lì)精圖治，于1871年在凡爾賽宮完成了德國(guó)統(tǒng)一大典，實(shí)際上是用戰(zhàn)爭(zhēng)完成了空前的政治革命。普魯士國(guó)王捐獻(xiàn)出豪華的王子宮,建立了洪堡大學(xué)，而且承諾：國(guó)家必須對(duì)教學(xué)和科研活動(dòng)給予物質(zhì)支持，但不干涉教育和學(xué)術(shù)活動(dòng)。正因?yàn)橥瑫r(shí)擁有國(guó)家的保障和充分的學(xué)術(shù)自由，才成就了德意志的科學(xué)家，導(dǎo)致了一大批代表人物的出現(xiàn)，比如：有機(jī)化學(xué)之父李比希、現(xiàn)代物理學(xué)家普朗克、數(shù)學(xué)大師高斯，還有黎曼幾何、希伯特算術(shù)、薛定諤方程、海森堡量子力學(xué)。這些光輝的名字足以證明當(dāng)時(shí)的德國(guó)應(yīng)該是第四次科技革命的中心。特別是愛因斯坦提出相對(duì)論，作為科學(xué)革命的代表幾乎轟動(dòng)了全世界。

在技術(shù)領(lǐng)域，涌現(xiàn)出倫琴射線、歐姆定律、赫茲電磁波、西門子發(fā)電機(jī)、拜耳化學(xué)等一大批改變?nèi)祟愇拿鬟M(jìn)程的技術(shù)發(fā)明。從普朗克、薛定鄂、海森堡、倫琴，到愛因斯坦，這一批科技巨人拉開了以量子理論為指導(dǎo)的“核能”和“電子”時(shí)代的序幕。

（5）美國(guó)二戰(zhàn)后成為第五次科技革命的中心。

第五次科技革命誕生在二戰(zhàn)期間的美國(guó)，迄今主導(dǎo)自然科學(xué)和高新技術(shù)的新潮流。美利堅(jiān)自詡為“民主、自由”，但由于戰(zhàn)爭(zhēng)和發(fā)展的需要，確實(shí)極度重視頂尖科技人才。當(dāng)年愛因斯坦到普林斯頓大學(xué)工作的薪水與美國(guó)總統(tǒng)羅斯福一樣多。二戰(zhàn)中幾乎無(wú)償?shù)亟邮芰艘淮笈q太血統(tǒng)的著名科學(xué)家，如：費(fèi)米、馮·卡門、馮·諾依曼、奧本海默、愛因斯坦等等。直到今天，幾乎是用低廉的成本讓全世界的科學(xué)家為其服務(wù)。100年來(lái)科學(xué)領(lǐng)域近500個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)得主美國(guó)占了一半以上；世界500強(qiáng)企業(yè)中近200個(gè)屬于美國(guó)。從1946年電子管計(jì)算機(jī)在賓夕法尼亞大學(xué)問(wèn)世，到今天以互聯(lián)網(wǎng)為代表的數(shù)字地球，把全人類推向了信息革命的新時(shí)代。

二、科技革命前夜的“騷動(dòng)”

回顧世界科技革命的歷史，往往是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的科學(xué)積累之后，一些離經(jīng)叛道的學(xué)術(shù)思想，一批顛覆式的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，一堆否定式的技術(shù)發(fā)明在緩慢的發(fā)展中突然浮出水面，成為科技革命的先兆。今天，一些超出想象的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)進(jìn)步，使我們有理由相信，世界正處于一場(chǎng)新科技革命的前夜。

1.哺乳動(dòng)物克隆。

在生命科學(xué)領(lǐng)域，從來(lái)沒(méi)有人相信哺乳動(dòng)物能夠通過(guò)無(wú)性繁殖做出來(lái)，故“克隆羊”的誕生，翻開了生命科學(xué)嶄新的一頁(yè)，幾乎一夜之間震撼了全世界。1997年2月27日《自然》雜志公布了威爾莫特等人的研究成果：經(jīng)過(guò)247次失敗之后，他們?cè)?996年7月5日克隆出一只基因結(jié)構(gòu)與供體完全相同的小羊“多利”。它的出現(xiàn)，在理論上證明了，同植物細(xì)胞一樣，分化了的動(dòng)物細(xì)胞核也具有全能性，在分化過(guò)程中細(xì)胞核內(nèi)的遺傳物質(zhì)沒(méi)有不可逆變化；在實(shí)踐上證明了，利用體細(xì)胞進(jìn)行動(dòng)物克隆的技術(shù)是可行的，為大規(guī)模復(fù)制動(dòng)物優(yōu)良品種和生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物提供了有效方法。利用同樣方法，人完全可以被復(fù)制。因此“多利”的誕生在世界各國(guó)科學(xué)界、政界乃至宗教界引起了強(qiáng)烈反響。各國(guó)政府紛紛作出反應(yīng)：禁止克隆人類！但克隆技術(shù)的巨大理論和實(shí)用價(jià)值促使科學(xué)家加快了研究步伐，必將帶來(lái)生命科學(xué)領(lǐng)域的革命性改變。

2.中微子超過(guò)光速。

愛因斯坦的狹義相對(duì)論認(rèn)為，光速是宇宙速度的極限，沒(méi)有任何物質(zhì)運(yùn)動(dòng)可以超越光速。但2011年9月23日，歐洲核子研究中心發(fā)現(xiàn)：被送往732公里之外格朗薩索實(shí)驗(yàn)室的中微子比光速快了60納秒到達(dá)。這很有可能會(huì)顛覆支撐現(xiàn)代物理學(xué)的相對(duì)論。盡管迄今對(duì)此科技界一直有不同的聲音，甚至認(rèn)為是“擺烏龍”，也有人認(rèn)為是光纜連接問(wèn)題，但畢竟大大震撼了科技界。因?yàn)橐坏┍蛔C實(shí)超過(guò)了光速，那將徹底改變?nèi)祟悓?duì)整個(gè)宇宙的看法。其中一種觀點(diǎn)認(rèn)為，宇宙中可能還存在其他未知維度，中微子正是抄了其他維度的“近路”，才“跑”得比光快?！爸形⒆映馑佟庇殖闪艘粋€(gè)有待證實(shí)或者“證偽”的革命性發(fā)現(xiàn)。

3.宇宙大爆炸。

宇宙大爆炸是描述宇宙誕生初始條件及其后續(xù)演化的宇宙學(xué)模型。大約在150億年前，宇宙所有的物質(zhì)都高度密集在一點(diǎn)，有著極高的溫度，因而發(fā)生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物質(zhì)開始向外膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。這一模型得到了當(dāng)今科學(xué)觀測(cè)的支持，最直接的證據(jù)來(lái)自對(duì)遙遠(yuǎn)星系光線特征的研究和微波背景輻射。

1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃提出星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導(dǎo)出星系都在互相遠(yuǎn)離的宇宙膨脹說(shuō)。1964年，美國(guó)貝爾公司的彭齊亞斯和威爾遜，在調(diào)試發(fā)射天線時(shí)，出乎意料地接收到一種干擾噪聲，而且不同方向上信號(hào)的強(qiáng)度都一樣，歷時(shí)數(shù)月而無(wú)變化。這種噪聲的波長(zhǎng)在微波波段，對(duì)應(yīng)于3.5K的黑體輻射出電磁波。一般稱之為3K宇宙微波背景輻射。這一發(fā)現(xiàn)被列為60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)之一。彭齊亞斯和威爾遜于1978年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。但是宇宙大爆炸理論否定了宇宙能量守恒、質(zhì)量守恒定律。自然界本來(lái)“物質(zhì)不滅”，原來(lái)的物質(zhì)只能以不同形式轉(zhuǎn)換成另一種物質(zhì)。而大爆炸從“零”開始，完全是“無(wú)中生有”，那“零”之前是什么？由此引起的對(duì)暗物質(zhì)、暗能量、反物質(zhì)的探測(cè)將徹底改變?nèi)祟惖挠钪嬗^。

4.海底熱液生物群落。

我們對(duì)生物的認(rèn)識(shí)，習(xí)慣于“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”，但在可見光不可能到達(dá)的深海底，居然有大量海洋生命群落存在。由于海底熱液環(huán)境與地球剛剛誕生時(shí)的環(huán)境非常相似，所以海洋熱液生物的研究將為人類研究生命起源提供重要依據(jù)。

在水深4000米以上的大洋深處，在大洋中脊、弧后張裂盆地、轉(zhuǎn)換斷層、無(wú)震海嶺等地殼構(gòu)造活動(dòng)帶，不斷噴出濃重的熱液流體。所攜帶的硫化物在噴口附近沉淀下來(lái)，形成煙囪狀堆積，科學(xué)家們稱之為“黑煙囪”，屬于重要的貴金屬硫化物礦床。

在高黑、高溫、高壓、劇毒、缺氧的“煙囪”周圍，生活著許多生物群落。研究表明：硫細(xì)菌是熱液生物存在的基礎(chǔ)，它靠熱液帶出的能量進(jìn)行化合作用制造有機(jī)質(zhì)，支持著這種特殊的熱液生物群。因此，海底熱液生物是傳統(tǒng)生物學(xué)的一個(gè)嶄新挑戰(zhàn)，甚至?xí)?dòng)搖生命起源和進(jìn)化的理論。

5.準(zhǔn)晶體。

自然界的物質(zhì)有著固定的晶格結(jié)構(gòu)，最大的特點(diǎn)就是存在可重復(fù)的對(duì)稱軸和對(duì)稱面，由此產(chǎn)生了晶體的各種特性。但“準(zhǔn)晶體”的發(fā)現(xiàn)，打破了原子結(jié)構(gòu)必須具有重復(fù)性這一黃金法則。

1982年4月8日，以色列科學(xué)家謝赫特曼發(fā)現(xiàn)了“準(zhǔn)晶體”，其原子結(jié)構(gòu)不具備可重復(fù)性，這一發(fā)現(xiàn)徹底違反了自然“規(guī)則”。隨后，科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中制造出了準(zhǔn)晶體。2009年，意大利科學(xué)家賓迪在俄羅斯東部哈泰爾卡湖獲取的礦物樣本中發(fā)現(xiàn)了天然準(zhǔn)晶體，分析表明：“準(zhǔn)晶體”結(jié)構(gòu)能天然形成，而且也能在自然環(huán)境下保持穩(wěn)定。

美國(guó)和意大利科學(xué)家對(duì)在俄羅斯發(fā)現(xiàn)的天然“準(zhǔn)晶體”進(jìn)行了化學(xué)分析，結(jié)果表明，這種礦石很可能是隕石的一部分，在隕石與地球的撞擊中遺落到地球上。這也表明，準(zhǔn)晶體能在很多環(huán)境下自然產(chǎn)生，而且，在宇宙學(xué)時(shí)標(biāo)上保持穩(wěn)定。準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)，是晶體學(xué)研究中的一次“顛覆性”突破。它的發(fā)現(xiàn)者也因此獲得2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

三、新科技革命的內(nèi)涵

21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)、海洋開發(fā)的世紀(jì)，也是“信息科學(xué)時(shí)代”和“腦科學(xué)時(shí)代”。體現(xiàn)了21世紀(jì)人類社會(huì)對(duì)生命科學(xué)、海洋科學(xué)、信息科學(xué)、腦科學(xué)的需求與期待。在今后10～20年內(nèi)，有可能發(fā)生一場(chǎng)以智能、藍(lán)色、可持續(xù)為特征的新科技革命，在許多領(lǐng)域?qū)?huì)帶來(lái)重大變革，最突出的特征可能表現(xiàn)為“三個(gè)結(jié)合”。

1.人腦與電腦的有機(jī)結(jié)合。

人是萬(wàn)物之靈，大腦支配人的一切生命活動(dòng)。人的生命體、大腦和思維過(guò)程是不可分割的統(tǒng)一體。人腦的情感功能、聯(lián)想功能、創(chuàng)新功能都是計(jì)算機(jī)不具備的。各種智能模型迄今還不能圓滿地對(duì)大腦思維活動(dòng)進(jìn)行模擬，人們還不了解信息在大腦中的存在形式和編碼方法，特別是對(duì)概念、意識(shí)、情感和創(chuàng)造性思維過(guò)程的研究還根本無(wú)從著手。

進(jìn)入21世紀(jì)，信息科學(xué)和人工智能研究取得了重要進(jìn)展，“智能化”已經(jīng)成為當(dāng)前新技術(shù)、新產(chǎn)品的重要標(biāo)志。IBM已研制出新一代神經(jīng)突觸計(jì)算機(jī)，可以模擬部分大腦的認(rèn)知活動(dòng)。2011年，歐盟委員會(huì)評(píng)出了對(duì)未來(lái)影響最大的六項(xiàng)前沿技術(shù)，其中人腦工程技術(shù)名列前茅?？梢钥闯觯竽X結(jié)構(gòu)及運(yùn)行規(guī)律的解析、大腦思維的解讀和數(shù)字化、思維量子存在的物質(zhì)基礎(chǔ)及模擬人類的思維規(guī)律已經(jīng)成為生命科學(xué)、信息科學(xué)和量子物理學(xué)研究的熱點(diǎn)。

（1）腦科學(xué)研究將打開意識(shí)之門。

隨著腦科學(xué)的發(fā)展，人們開始探索意識(shí)產(chǎn)生的神經(jīng)關(guān)聯(lián)物及動(dòng)力學(xué)過(guò)程。2008年美國(guó)匹茲堡大學(xué)實(shí)現(xiàn)了讓猴子用“意念”控制機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)；2012年2月，浙江大學(xué)實(shí)現(xiàn)了讓猴子的大腦信號(hào)“遙控”機(jī)械手的五指，完成了勾、握、抓、捏等精細(xì)動(dòng)作。

在自然科學(xué)領(lǐng)域，主要是腦科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和現(xiàn)代物理科學(xué)的綜合運(yùn)用，已經(jīng)為打開意識(shí)的“黑箱”提供了工具。比如：ERP9（事件相關(guān)電位成像技術(shù)）、fMIR（腦功能成像技術(shù)）和PET（斷層顯像技術(shù)）的研究，已經(jīng)為大腦結(jié)構(gòu)掃描、心理反映監(jiān)測(cè)及大腦信號(hào)解析提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。2009年，美國(guó)學(xué)者威爾遜通過(guò)大腦微型掃描儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)大腦思考的掃描，通過(guò)腦信號(hào)轉(zhuǎn)譯成電子信號(hào)直接在網(wǎng)上發(fā)帖。

通過(guò)神經(jīng)科學(xué)、現(xiàn)代解剖學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、納米科學(xué)的組合，可對(duì)大腦內(nèi)部生理結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察、建模并模擬各區(qū)域，將有助于最終理解思維、知識(shí)在大腦內(nèi)部的存在與運(yùn)作機(jī)理。全面認(rèn)識(shí)大腦的工作機(jī)理很可能會(huì)在2050年之后。

（2）無(wú)創(chuàng)性接駁將實(shí)現(xiàn)人腦與電腦的高度融合。

腦機(jī)接口是在人腦與計(jì)算機(jī)之間建立直接的交流和控制通道，通過(guò)這種通道，人就可以直接通過(guò)腦來(lái)表達(dá)想法或操縱設(shè)備，甚至實(shí)現(xiàn)人腦與電腦人工智能的雙向融合。腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)是使人產(chǎn)生容易被解讀的腦電，然后識(shí)別出這種腦電，并根據(jù)提前定義好的編碼，解釋出這種腦電的含義?？梢灶A(yù)測(cè)，在理解大腦的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理之后，人腦和電腦之間很有可能實(shí)現(xiàn)雙向、無(wú)創(chuàng)性的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)人類智力傳到計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)成為人類智力的直接擴(kuò)展，不但會(huì)成百上千倍地增強(qiáng)人腦的功能，同時(shí)電腦與人腦可能會(huì)實(shí)現(xiàn)一定意義上的真正融合。

（3）量子理論將解開“意識(shí)”之謎。

意識(shí)是物理過(guò)程、心理過(guò)程和思維過(guò)程的統(tǒng)一體，是一個(gè)客觀存在，其誘導(dǎo)、形成、傳遞和相互作用都依賴于神經(jīng)元的物理作用。而量子論的引入，則為理解這一物理過(guò)程打開了一扇方便之門。量子物理學(xué)認(rèn)為：時(shí)間和空間是糾纏、關(guān)聯(lián)的，物質(zhì)的存在方式是量子化的場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)形式也是量子化的。任何形式的意識(shí)都必須存在于一定的時(shí)間和空間中，而時(shí)間、空間、能量和質(zhì)量間具有的相互關(guān)聯(lián)，必然影響著意識(shí)的內(nèi)容和形式。也就是說(shuō)，意識(shí)的本質(zhì)是一個(gè)量子過(guò)程。隨著新科技革命的到來(lái)，新的物理學(xué)將更好地解析意識(shí)的本質(zhì)。

在不遠(yuǎn)的未來(lái)，意識(shí)的物質(zhì)論很可能從量子論中得到答案。屆時(shí)，只要找到了意識(shí)存在的物質(zhì)形式，它就可以被復(fù)制、被轉(zhuǎn)移。人腦與電腦，自然人智能與人工智能的界限將不再存在。對(duì)物質(zhì)、宇宙和人腦的認(rèn)識(shí)，都將因量子論的研究而產(chǎn)生根本性的改變。

2.自然人與機(jī)器人的有機(jī)結(jié)合。

機(jī)器人誕生于20世紀(jì)60年代，在90年代得到迅速發(fā)展。當(dāng)初，它的出現(xiàn)是為了適應(yīng)制造業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，承擔(dān)單調(diào)、重復(fù)的體力勞動(dòng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人對(duì)人類社會(huì)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，人與機(jī)器的融合將是人類文明的發(fā)展方向。

（1）智能化、意識(shí)化是機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢(shì)。

機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動(dòng)化裝備的典型代表，是集計(jì)算技術(shù)、控制論、信息學(xué)和傳感技術(shù)、人工智能、仿生技術(shù)為一體的高技術(shù)產(chǎn)物。過(guò)去10年中，機(jī)器人技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展?；趥鞲衅鞯目刂萍夹g(shù)已經(jīng)成熟，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通訊和全數(shù)字化控制；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化發(fā)展，運(yùn)動(dòng)性能和柔性得到了提高。未來(lái)機(jī)器人技術(shù)正朝著自然科學(xué)類、仿真動(dòng)物類、虛擬技術(shù)類、人體科學(xué)類等機(jī)電一體化的多元方向發(fā)展。結(jié)合生物技術(shù)，未來(lái)機(jī)器人將可能擁有更靈活的類似人類的關(guān)節(jié)和仿真人造肌肉。在這種情況下，其身體機(jī)能會(huì)十分接近甚至超越人類，有可能輕易做出一些普通人很難做出的動(dòng)作。

（2）機(jī)器人將成為人類社會(huì)的必要元素。

機(jī)器人的適用范圍十分廣泛，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，機(jī)器人能夠使生產(chǎn)過(guò)程幾乎完全自動(dòng)化；在日常生活中，機(jī)器人可以代替人類完成所有家務(wù)勞動(dòng)；在高度危險(xiǎn)、極其惡劣的環(huán)境下，機(jī)器人可代替人類完成特定任務(wù)；甚至在情感上，未來(lái)的仿生機(jī)器人可以在一定程度上滿足人類情感的需要。

其中,深海機(jī)器人能承受深水高壓，可完成海底科學(xué)勘探、深海資源開發(fā)、海底救撈搶險(xiǎn)、海底工程作業(yè)等一系列人類無(wú)法完成的任務(wù)?？臻g機(jī)器人可以在月球、火星及其他星球等非人居住條件下完成先驅(qū)勘探，在宇宙空間代替宇航員完成衛(wèi)星的操作服務(wù)，甚至完成空間站上的工作，以及進(jìn)行空間環(huán)境的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。服務(wù)機(jī)器人，可以為病人診斷、護(hù)理；協(xié)助病殘人員康復(fù)；也可用于家務(wù)活動(dòng)，改善生活條件。軍事機(jī)器人在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中將成為軍事行動(dòng)的主力軍。情感機(jī)器人將會(huì)同人類外形相似，成為人類情感對(duì)象的替代品。

3.陸地與海洋的有機(jī)結(jié)合。

海洋是地球系統(tǒng)科學(xué)的主要構(gòu)成部分，與陸地、大氣構(gòu)成一個(gè)“三位一體”的耦合整體。根據(jù)目前的科學(xué)認(rèn)識(shí)，海洋將是地球上人類生存與發(fā)展的最后空間和未來(lái)資源地，同時(shí)也是影響全球環(huán)境變化的最重要因子。因此，21世紀(jì)的人類必須走向海洋，21世紀(jì)的科技革命也必然面向海洋。

（1）海洋戰(zhàn)略性資源將成為人類未來(lái)發(fā)展的新支點(diǎn)。

廣袤的深海大洋蘊(yùn)藏著豐富的海底油氣、多金屬礦產(chǎn)、天然氣水合物、熱液硫化物、深海生物及極端環(huán)境生物基因資源，是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要依托，是全人類未來(lái)的戰(zhàn)略性資源。

深海金屬礦產(chǎn)資源開采是海洋資源開發(fā)技術(shù)的最前沿。隨著深?？碧郊夹g(shù)和工程裝備技術(shù)的突破，大規(guī)模的海底“黑煙囪”不斷被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)已證明，山包狀的熱液堆積體是不斷新生的貴金屬硫化物礦床，僅就增長(zhǎng)速度而言，其“增量”部分就足以滿足人類社會(huì)的需求。大洋多金屬結(jié)核，特別是鐵錳結(jié)核和富鈷結(jié)殼，僅每年的增長(zhǎng)量比當(dāng)今人類的需求量起碼要高出四倍之多，估計(jì)在2020年左右，深海熱液硫化物礦床和多金屬結(jié)核將正式進(jìn)入開采利用階段。

海底天然氣水合物，即“可燃冰”，被稱為“21世紀(jì)能源”。迄今為止，已探明的“可燃冰”儲(chǔ)量相當(dāng)于全球化石能源儲(chǔ)量的兩倍以上，按目前世界能源消耗水平估算，海底可燃冰的儲(chǔ)量可供人類使用1000年。科學(xué)研究揭示，1立方米可燃冰釋放的熱量相當(dāng)于164立方米天然氣。但可燃冰在常溫常壓環(huán)境下極易分解成甲烷，稍有不慎就可能釀成環(huán)境災(zāi)難。這種特性使獲取可燃冰和采煤、石油不同，需要以最安全最有效的手段開采和儲(chǔ)存。目前美國(guó)、日本、印度、中國(guó)、韓國(guó)都建立了可燃冰發(fā)展計(jì)劃，大致規(guī)劃在2015年左右實(shí)現(xiàn)可燃冰的商業(yè)化開發(fā)。

（2）海洋極端環(huán)境生物基因?qū)?lái)生命科學(xué)的新認(rèn)識(shí)。

海底深部生物圈中自養(yǎng)生產(chǎn)的極端微生物保留了原始地球生命的基本生理生化特征，成為地球生命起源和演化研究的焦點(diǎn)?；钴S的現(xiàn)代海底熱液泉口成為人類探索地球深部生物及生命起源的窗口，而熱液泉口的微生物區(qū)系研究也越來(lái)越受到重視。隨著對(duì)海洋極端環(huán)境生物的研究，新一輪科技革命將帶來(lái)關(guān)于生命起源與進(jìn)化的新觀點(diǎn)。

深海極端微生物與天然氣水合物的相互作用，影響著全球環(huán)境的變化。一方面，天然氣水合物的甲烷絕大部分是由海底厭氧古菌生成。另一方面，廣泛分布的海底沉積物緊密調(diào)節(jié)著甲烷的生物地球化學(xué)循環(huán)，可緩解甲烷向海水的釋放。因此海洋極端環(huán)境生物研究將會(huì)促進(jìn)人類對(duì)海陸碳循環(huán)及全球環(huán)境變化的認(rèn)識(shí)。

深海沉積和洋殼環(huán)境孕育了海底深部生物圈的物種群落、基因組成、生理生化和生態(tài)功能的高度多樣性，深海極端環(huán)境下的特殊微生物蘊(yùn)涵著眾多尚未被發(fā)掘和利用的生物活性物質(zhì)，也是人類尋找和開發(fā)新型功能活性產(chǎn)物和天然藥物的最后疆域。在新一輪科技革命中，許多對(duì)人類具有重要意義的生物基因資源、活性產(chǎn)物和天然藥物將會(huì)在海洋中被發(fā)現(xiàn)。

（3）海洋新能源將成為人類社會(huì)進(jìn)步的新動(dòng)力。

目前看來(lái)，海洋再生能源開發(fā)還有眾多的技術(shù)難點(diǎn)，但隨著科技的發(fā)展，可靠性與可行性并存的關(guān)鍵技術(shù)裝備將會(huì)出現(xiàn)，在2020年前后，部分海洋能源將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，到2050年，海洋新能源在主要海洋國(guó)家能源需求中可能會(huì)占一半以上。

潮汐能利用技術(shù)已有一定的積累，目前各國(guó)在產(chǎn)業(yè)化方面都進(jìn)行了一定的嘗試。世界最大的渦輪式潮汐能發(fā)電機(jī)在蘇格蘭完成了測(cè)試；世界首座浮動(dòng)潮汐發(fā)電站在挪威投入運(yùn)營(yíng)；印度也建成了第一個(gè)潮汐電站。根據(jù)目前的水平，由于周期性變化的水流方向等難點(diǎn)，潮汐電站還難以大規(guī)模擴(kuò)展，但不能因此否定其輝煌的發(fā)展遠(yuǎn)景。

鹽差能主要存在于河流入海口。通常海水（3.5%鹽度）和河水之間的化學(xué)電位差有相當(dāng)于240米水差的能量密度，這種位差可以利用半滲透膜在鹽水和淡水交接處實(shí)現(xiàn)發(fā)電。目前普遍存在設(shè)備昂貴、成本高等問(wèn)題，尚不具備產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的條件，隨著技術(shù)的進(jìn)步，利用鹽差能發(fā)電會(huì)具有廣闊的應(yīng)用前景。

海水溫差能是指表層海水和深層海水之間水溫差所蘊(yùn)藏的熱能。海洋的表面把太陽(yáng)的輻射能大部分轉(zhuǎn)化為熱水并儲(chǔ)存在海洋的上層，而深層海水溫度接近冰點(diǎn)。這樣就在許多熱帶或亞熱帶海域終年形成20℃以上的垂直海水溫差。利用這一溫差可以實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)發(fā)電。根據(jù)目前的技術(shù)，尚存在熱效率低、設(shè)備投資高等問(wèn)題。隨著技術(shù)突破，海洋溫差能發(fā)電呈現(xiàn)出與海水養(yǎng)殖等多種經(jīng)營(yíng)綜合發(fā)展的趨勢(shì)。

海水中蘊(yùn)藏著容量巨大的核能。氘在海水中儲(chǔ)量極為豐富，一公升海水里提取出的氘，在完全聚變反應(yīng)中可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量；氚可在反應(yīng)堆中通過(guò)鋰再生，而鋰在地殼和海水中都大量存在。氘氚反應(yīng)的產(chǎn)物沒(méi)有放射性，聚變反應(yīng)堆不產(chǎn)生污染環(huán)境的硫、氮氧化物，不釋放溫室效應(yīng)氣體。可以說(shuō)，聚變能是無(wú)長(zhǎng)壽命放射性核廢料、資源無(wú)限的理想能源，一旦技術(shù)成熟，就有可能在一定階段永久解決人類文明發(fā)展的能源問(wèn)題。目前，國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）已實(shí)現(xiàn)能量正輸出。受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)堆在2050年以后有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)部分商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

時(shí)光進(jìn)入了21世紀(jì)第二個(gè)十年，身處新科技革命的前夜，經(jīng)濟(jì)總量已達(dá)到“世界第二”的中華民族，有能力、有信心立足新科技革命的潮頭，搶占科技發(fā)展的制高點(diǎn)，為人類作出更大的貢獻(xiàn)。

（作者：青島國(guó)家海洋科學(xué)研究中心主任、山東省科技廳副廳長(zhǎng)）