90年代科学技术的发展趋势

1、90年代科学技术的开展趋势周光召1929 ,理论物理、粒子物理学家 ,中国科学院院士 ,中国科学技术协会主席。60年代从事核武器理论研究 ,对我国第一颗原子弹、第一颗氢弹和战略核武器设计作出了重大奉献 现在一般的提法90年代是信息时代 ,这还不全面。因为微电子学、光电子学、计算机科学、数学和其他综合开展的结果 ,会产生像自动化这样一些科学。众所周知 ,80年代有两个值得注意的事情 ,一个是由于微电子的开展 ,而且已经从科研机构进入到生产工厂 ,正开始像电视机一样进入到第个家庭。在70年代末 ,微型计算机的运算速度大约是每秒几万次 ,存贮量4K千；到80年代末 ,那么是计算速度每秒达1000万次

2、 ,存贮量M兆 ,并已经在市场上出现。这个开展速度是非常迅速的 ,90年代还将继续下去。通讯由于采用光纤通讯 ,信息传输的容量和速度都空前扩大了。现在可以预测到90年代末 ,由于微电子的开展 ,巨型计算机的运算速度比80年代末可能增加1000倍。进入家庭的计算机可望到达80年代巨型机的速度 ,并可通过网络系统与许多的计算机联网 ,形成一个家庭工作站。这种工作站不仅有很快的运算速度 ,而且利用光缆 ,具有大的存贮容量。这种工作站已经具备语言的识别 ,荧光屏有高清晰度的彩色图像显示；同时还可以配备多种专门的系统软件。工作站还可以通过光纤网络 ,通过卫星系统 ,与世界各个地方联通。在家庭里可以把高清

3、晰度电视图像、电子新闻、邮件、可识 、 、激光打印、文件复制等各种智能效劳联结起来 ,现在已经认为是可以实现的了 ,将对整个社会的生产和生活带来根本性的变化。在工厂领域 ,计算机、微处理机和精密机床相结合带来自动化的生产系统。利用计算机辅助系统可以从订货开始 ,按照一个顾客的需要来进行设计、生产、销售 ,实现完全的计算机管理和控制 ,在工作中根本是用机器人组成的综合的计算机控制的完全自动的生产系统。这种新的由于微电子和计算机所带来的生产力的变化 ,毫无疑问会对社会的生产组织和人们的生活方式带灰重大的影响。当然现在还很难预计这种影响深刻的和长远的含义。这种生产系统现在已经有雏型出现 ,在90年代

4、将得到很大普及。它除了带来上述的变化外 ,就设计来讲 ,过去要设计一架飞机 ,需要做许多实验 ,需要有大的风洞 ,最后才能定型。但由于科学研究对整个空气动力学的规律 ,对于材料的性质有了很清楚的了解之后 ,从规律性认识出发 ,完全可以做到用计算机来模拟各种不同设计的飞机的性能。由于巨型计算机的出现 ,使得可以直接从规律性的认识出发 ,在一些复杂的条件之下进行模拟 ,这就使设计过程与过去完全不同了。这种做法最早是在军事工业开始 ,例如 ,原子弹的设计 ,做试验是困难的 ,非常之困难 ,需要事先用计算机来模拟。当时 ,由于计算机运算速度不够快 ,存贮量不够 ,不能处理这么复杂的问题 ,只好用计算机

5、计算 ,不断用实验来验证的方法。尽管这样 ,计算机仍然对核武器的研制起了非常重要的作用。同时也带动了大型计算机的开展。现在微电子技术的开展 ,使得大型计算机不断出现 ,价钱变得相当廉价 ,使得一般民用工业也能采用。总之节约了许多设计费用 ,不需要建造大型的风洞 ,同时的设计的多样性增加。因为在电子计算机里模拟所花的费用和时间远少于做一个真正的模型试验。另外 ,现在还能够提出一个过去不能想象的设计思想 ,就是过去用风洞来设计试验飞机 ,这架飞机必须在任何情况下都是稳定的 ,即在飞行过程中不会掉下来。现在如果用计算机来设计和控制之后 ,有可能设计出这样一架飞机 ,它在某些条件下是不稳定的 ,而在计

6、算机的控制下 ,加以操作又可以在任何情况下是稳定的 ,设计这样的飞机可以节约很多的资金和材料 ,因为要设计制造一架完全稳定的飞机 ,强度在各方面要求都很高 ,要浪费掉很多的材料；如果是在计算机控制下稳定的话 ,就可以使很多的要求降低 ,这时设计出的飞机样子就可能和现在的很不一样。这些都会给设计领域带来种种变化 ,生产过程也会带来许多变化 ,在社会的许多方面同样也带来很多变化。例如 ,金融活动和商业活动 ,据预测 ,在90年代将没有10元钱以上的钞票在市面上流通 ,全部都用信用卡 ,变得如此方便 ,买东西很可能通过家庭电视来订货 ,而不是现在这样到市场购置 ,在电视里显示出各种各样的商品 ,任你

7、挑选 ,还可以通过电视把自己的特殊要求提出来进行订货 ,因此商业活动、推销活动跟过去完全不一样了。又如现在的交通非常拥挤 ,将来可能通过光纤网络系统把各种劳动加以方案和组织 ,而不需要把这么多的人都聚集到一个地方去工作。随着科学技术的开展 ,会带来整个社会的生产组织、生活组织和生活方式的变化。这个变化中 ,上面讲到的是可以看到的方面 ,在80年代已有一些个别的局部实现了 ,有些模型已显示出来 ,只需要大规模的推广；另一方面 ,可以预计的是智能的开展 ,就是用机器来局部代替人的脑力劳动。智能的开展已经过了几个阶段。就是引进很多专门统计 ,把许多专家的经验总结起来 ,然后通过电子计算机来进行智能判

8、断。现在正开始第六代计算机 ,是完全模拟人的大脑活动 ,就是要计算机像人的脑子一样工作 ,它能够接受信息 ,能够处理这些信息 ,这里有记忆、推理、判断等等过程。因此这样的电子计算机或用这样的电子计算机武装的机器人 ,开始具有局部的思考能力 ,在外界的环境的变化之下能够自行进行调节、适应、判断的能力 ,最近开展起来的神经网络的计算机已经在这方面迈开了第一步。过去的计算机尽管运算速度很快 ,存贮量很大 ,但与人脑还是有很大区别。人脑有两个局部 ,左脑和右脑。它们的功能不完全一样 ,一局部能够进行逻辑揄 ,现在电子计算机能够完成；另一局部是进行形象思维 ,例如 ,一个小孩子能够很快识别第三和李四 ,

9、能够很快抓住一个图像的特点 ,把它存入记忆 ,再看到一个图像 ,能把这个特点以出来 ,进行识别。可是 ,现在所有的计算机都很困难 ,把某个人的特征输入计算机 ,情况有一点变化 ,计算机就识别不了。现在要开展一种新原理的电子计算机 ,要完全模拟人脑的功能 ,既有逻辑推理能力 ,又能对图像、声音识别 ,能够在不是很精确的情况下进行推理和判断 ,这种计算机完全有可能在90年代取得根本上的突破。这也交进计算机科学上的重大突破 ,这个突破将对生产、对社会的各个方面产生极大的影响。人类社会的进步 ,由于机器的创造代替了体力劳动引起了一个飞跃性的变化。虽然最好的计算机也不能代替整体人的智力开展 ,计算机的智

10、力开展是人给予的 ,人创造出来的 ,但现在计算机开始局部代替人的脑力劳动 ,完全可以把很多专家的知识集中在一起 ,有可能做到比个别人更聪明 ,更加有经验。这样一个时代 ,对人类的进一步开展会是一个强有力的推动和挑战 ,90年代在微电子技术和电子计算机技术方面 ,将会有较大的开展。生命现象一直是非常重要的 ,直到现在人们对许多生命现象还是非常无知的。而生命现象规律的揭开 ,对人类社会起到不亚于计算机所起到的作用 ,对于人类生存有密切关系 ,对农业、医疗卫生、环境等都有极其密切的影响。如果了解生命现象的规律和本质就可以从根本上改造农业、医疗卫生 ,改变人类的生存环境。生命科学在最近几十年有了秀大的

11、开展 ,人们已经弄清了遗传是怎么产生的 ,遗传的基因在分子水平上的结构。脱氧核糖核酸 ,有10万个以上 ,这样的基因以一种密码的排列次序 ,存在染色体和因位之中。虽然都是同样种类的生物 ,但是它的个体又有千种万种不同的差异 ,这些差异都反映在它的遗传基因上。这些生物体虽然每一个都不一样 ,但都经历了很多共同的阶段 ,都是从一个受精卵、单细胞逐步地发育成一个成熟的生物。那么这些基因到底在时间上、空间上怎样排列 ,怎样启动？而且一个成熟的个体 ,很可能每个细胞里都载着原来的全部基因信息 ,那么它为什么不会再生呢？人已经变成一个成人以后 ,为什么不会重复它原来的发育过程？为什么一定遵循发育、生长、最

12、后衰老这样一个过程？原来长出一只手来这样一个基因 ,为什么经过这个过程以后就不起作用了？如果让这个基因再次产生作用 ,会不会再次产生一只手来？此类问题在学科上叫做基因的表达和调控。这样一些根本问题在高等生物里是个空白。这些是涉及到生物的整个发育、生长过程 ,是一个大的课题。另外在生命科学中还有一个重要的课题 ,就是生命中 ,个体有很多重要系统 ,如神经系统 ,不仅需要了解的分子水平上神经是如何发育的 ,如何生成的 ,同时还要了解它如何传递信息 ,如何进行记忆和思考 ,如何识别外界的声音、图像 ,所以它不仅是单个细胞的问题 ,或是细胞里基因的问题 ,而是一个系统的部下 ,即整个神经系统是怎样工作

13、的 ,中枢神经系统和下边的系统是怎样连接的？免疫系统也是一个非常重要的系统 ,生物体在复杂的环境中生存 ,它必须有保卫自己的系统。它怎样识别外来的敌人 ,又怎样去消灭外来的敌人 ,在什么情况下产生缺陷？现在有许多免疫系统的疾病 ,就是它不能识别外来的还是自己的 ,对自己的细胞进行攻击 ,这是一个重要的免疫系统的疾病。在一个生命体中还有很多的重要的其他系统。这样一些总理2 ,一方面从分子的水平 ,从基因的角度来了解生物体；另一方面又从一个复杂系统的角度来了解 ,这是当前生命科学所面临的重大问题。90年代生命科学会有突破性的进展 ,一方面是由于这方面知识的积累 ,已经创造了很多的条件；另一方面其他

14、科学的开展为观测分析生命科学的现象提供了很好的条件 ,如电子计算机 ,还有很多物理的、化学的、仪器设备。所以现在世界上许多国家把大量资金投入到这个领域 ,人体科学就是生命科学最重要的一局部。当前国际上还有一个重要方案 ,要把全部人的遗传基因大约有10万个以上在因位和染色体中的地位全局部析出来 ,如何再装进去。即把不需要的基因拿走 ,需要的某种基因装进去 ,这叫做重组定的技术。把这些结合起来 ,对人体从分子水平了解人体的发育、生产衰老过程 ,了解神经系统、免疫系统在分子水平的活动机理 ,将起到新的突破。这是世界科学家的联合的巨型方案 ,投资几十亿美元之多 ,社会已为生命科学的进一步开展提供了各方

15、面的条件。要把人的10万个基因都搞清楚 ,这相当于500本书 ,每本书有1000页 ,每页3有1000个6个字组成的基因符号。这么一个量 ,没有大型计算机的帮助是根本做不到的 ,现在这些条件都开始具备了。最近找到了把一段段基因取出来加以复制的新的方法 ,这样会加快方案的完成 ,90年代 ,这方面会有很大的开展。这个开展会对农业、医药卫生、环境产生秀大的影响。这种影响已经开始 ,但时间比拟短 ,规模比拟小 ,能不能大规模应用 ,还需要观察。例如 ,把生长激素基因移到动物里 ,这样一种转基因的猪少耗饲料 ,多产瘦肉 ,已经做到了。但这种猪有缺点 ,很容易得病 ,因此 , ,这种猪肉能不能吃 ,能不

16、能大规模推广 ,还须进行大量的试验。如果把人的基因、动物的基因结构都搞清楚了 ,不但能把有用的基因放进去 ,同时也能清楚放进去的基因对其他的基因有什么影响 ,会不会把某些有害的基因启动 ,等等。因为农药需求很大 ,所以现在对生物技术抱有很大希望。但要看到 ,如果没有足够的规律认识 ,可能会遇到一些新的问题。要想真正开展的生物技术 ,当前就要支持规律性认识的根底研究。规律性的认识一旦搞清楚 ,必然会找到一种好的技术、一个好的方法 ,在生产上大规模应用。90年代要保护人类生存环境 ,保护人类生存环境在90年代将会是科学界 ,也包括社会在内非常关注的一个课题 ,而且会花很多投资和人力来进行科学研究的

17、问题。在过去 ,人类的生产是受到自然条件、自然资源一定程度的制约。但在人口比拟少、生产规模不大时 ,这种制约是不那么明显的。人类在生产过程中 ,又不断改变自然界。这种改变 ,有向好的方面 ,但往往也会使自然界向坏的方面开展。随着人口的增多 ,生产规模的扩大 ,对自然界的影响就越来越大 ,而自然界能够随人类活动影响的能力就开始明显地有一定的限度。在限度之内 ,自然界是可以恢复的；但在限度之外 ,自然界就会出现永久性的 ,或要花费很多力量才能恢复的环境的破坏。环境问题之所以引起世界上的重视 ,是因为人类所影响的环境的变化是可发觉到的变化。例如 ,由于人类的活动 ,包括工业、农业的活动 ,造成植被损

18、失 ,沙土流失。植被的减少 ,特别像热带森林的减少 ,造成灾害的频率在各国都在上升 ,我们国家亦如此。从50年代起 ,自然灾害、旱灾、水灾、泥石流、酸雨在世界各地广泛发生 ,因此使大家认识到 ,向自然界索取不能是无限的 ,自然界的随能力是有际的 ,人类必须保护其生存的地球 ,为子孙后代创造一个继续生存的环境。90年代这方面的呼声会更加高涨 ,这方面的科学研究会变成一个重要方面。环境的研究对一个国家的工农业生产会产生越来越重要的影响 ,特别对不兴旺的第三世界国家。以我国为例 ,到2019年 ,我国人口将增长到13亿人 ,这样的人口增加对各方面的要求是很可观的 ,如果每人每年平均400千克粮食 ,

19、全国粮食产量要再增加1/61/5；对各种原材料、能源都带来更多的需求。而我国又是资源相对贫乏的国家。就能源来讲 ,现在煤年产量10亿吨 ,如能源光靠煤 ,2019年煤年产量增到15亿吨 ,环境总是就比现在严重得多。现在酸雨已经非常严重 ,西南一带pH值已经到4 ,引起农田、植物和动物的大面积破坏和死亡。这些都需要从长远利益出发自学认真地对待 ,在进行工业建设时 ,必须把环境保护作为重要问题加以考虑 ,不考虑环境保护的工农业生产措施都可能带来意想不到的很坏的后果。1989年到山东考察 ,青岛、烟台附近海岸本来是粮食高产区 ,由于当时没有认识环境的因素 ,这里高产靠抽地下水取得 ,结果在莱州一带

20、,地下水位已抽到比海水还低十几米 ,形成了海水倒灌；海水以一天1米的速度向内侵蚀 ,海水所到之处一片荒芜 ,原来的高产田变成荒土 ,这就是一个惩罚。现在要解决这个问题非常困难 ,要把侵入的海水弄出去很困难 ,要付出很高代价。假设 ,引黄河水把海水冲出去 ,或根本改变耕作制度 ,使地下水上升 ,都要花费很大的代价。总之 ,环境因素是90年代进行生产必须考虑的问题。还有一个所谓“温室效应现象。温室效应简单讲是人类活动增加了二氧化碳在空气中的浓度 ,二氧化碳在工业化后比工业化前上升了1倍。地球温度低 ,太阳温度高 ,二氧化碳使可见光透过 ,红外光不能透过 ,相当于在地球外表加了一层被子 ,一层塑料薄

21、膜 ,光线透进来就不再出去。从这个简单的事实出发 ,科学家认为二氧化碳的增加会使地球温度增高。这本身又是一个很复杂的科学问题 ,气象的因素很多 ,冷热由很多因素决定 ,如很多的云反射太阳光 ,地球的温度就要变冷。19901991年 ,有厄尔尼诺现象的形成 ,这也是海洋某一地方温度升高造成 ,应当警惕。虽然夏粮形势很好 ,但秋粮仍是未知数 ,可能长江中下游一带雨水过多。总之 ,科学家正在研究 ,如果确有温室效应 ,地球在较短时间里温度上升 ,50年内气温如果升高1.54 ,情况就相当严重 ,引起北极、南极冰融化 ,海水上升 ,上升1米就淹大片陆地 ,几千万人就没有地方可去。气候的变化 ,加拿大和

22、苏联可能变好 ,因为气温变暖 ,能生产更多东西；而对现在谷物产地可能有问题 ,中纬度地区变得更加干旱。要防止这种严重后果 ,就要减少二氧化碳排放量。此外 ,甲烷气体也秀糟糕 ,甲烷气体是生物腐烂时产生的 ,有人认为水稻田产生的沼气甲烷气体的一种可能是相当多的。如果这种现象要罅 ,对中国是非常严重的 ,因为中国主要烧煤 ,产生二氧化碳；中国又是水稻生产最多的国家。这一方面是科学问题、经济问题；另一方面还是个政治问题 ,因为有一些兴旺国家可能要限制中国的开展。这是一个非常严重的问题 ,必须引起多方面的关注 ,必须研究对策。听说国家科委正组织力量研究这个问题。另一全球性问题是所谓“臭氧层的破坏。在平

23、流层中存在臭氧 ,臭氧可以阻止紫外线就增加2%。某些气体 ,主要是氟里昂可以跟臭氧结合 ,使臭氧减少 ,破坏了臭氧层。一些人喜欢紫外线 ,因为紫外线可以消毒。正因为紫外线能量大 ,既可以消毒 ,又会破坏某些分子链 ,损害某些细胞。臭氧层破坏 ,紫外线过多 ,一方面皮肤癌可能增加；另一方面植物不能适应过量紫外线 ,细胞受破坏不能自然修复 ,生长受到影响。由于生产氟里昂使臭氧减少 ,尚无定论 ,还需进行科学研究 ,现在正研究代用气体。已有一些国家在加拿大开会 ,签了一引起协议 ,现在正研究借用气体。已有一些国家在加拿大开会 ,签了一引些协议 ,在90年代限制氟里昂气体生产。这也说明环境问题在90年

24、代要带来一引起生产上的变化。对我国来说 ,人口多 ,可耕地少 ,沙土流失严重 ,土壤退化 ,都影响中华民族进一步生存 ,所以在90年代要在这方面下大力量进行科学研究。在进行生产建设时 ,尽量减少在环境方面的损失。很多科学家对建设三峡电站工程持一种很谨慎的态度 ,是因为三峡工程要在相当大的程度上改变生态环境 ,如果没有预测 ,就会带来严重后果 ,世界上已有这样的例子。例如 ,里海每年水位下降 ,是缺水的。苏联曾把流向北冰洋的水截断流向里海 ,对里海一带来讲是有好的效果。水量虽然只占流向北冰洋水量的1%2% ,但给北冰洋附近陆地生态带来很大变化。对大的工程需要做比拟长期的、认真的科学研究 ,希望各

25、方面的同志对科学家的意见 ,不要单纯地看成反对某件事情 ,而要认真听取并合作把事情搞清楚。又比方植树造林 ,大家都赞成 ,科学家也赞成。但在某些局部地区如何植树造林可能有不同意见 ,甚至非常锋利。某个地方为了保持水土 ,在山上植了松树。但从科学家来看 ,这个举动不仅没能保持水土 ,反而加速水土流失 ,因为当地农村农民要烧柴 ,而植树后不许砍伐 ,农民只好把树下的植被、草全部挖掉当些烧 ,树下完全是土。这个地方很少暴雨 ,毛毛雨均匀地下到土里被吸收了。但下到树上反而出问题 ,水不是均匀地分布 ,在树上沿着叶子集中流下 ,小雨变成中雨、大雨 ,局部地方造成水土冲失 ,久之那个地方水土流失反而严重。

26、所以要做一件事情 ,不要外表地看 ,认为好就做 ,而要进行周密的科学观察 ,做实验 ,然后再推广 ,要上升到理性认识。尤其是环境问题 ,要经过相当一段长时间才能反映出来 ,而一旦反映出来再去改变就相当困难。希望我国政府、科技领导同志能够特别关注生产建设中的环境因素。科学家的活动范围、空间和时间的尺度远远超过了今天的生产实践 ,所以现在在实验室中做的许多事情是看不出目前什么用途的。希望大家有马克思那样的风度 ,对现在看不到用途的科学研究也感到喜悦 ,给予支持。经济条件不够 ,想支持也难；经济条件够时 ,应想方法给予支持。虽然暂看不到实际效益 ,但将来会有实际效益的；即使将不一定有实际效益 ,但对

27、于全人类文化的开展 ,对于世界观、哲学都会有重大的意义。例如高能物理 ,原子核是由质子和中子组成 ,质子和中子有很多用途 ,质子和中子内部是有构造的 ,是由三种不同的“夸克所组成的 ,“椟克不叫根本粒子 ,根本粒子到此就到头了 ,根本粒子里还有更根本的。“夸克具有的性质与电子、质子、中子等都不一样 ,它很重要的一个我是只存在于束缚的状态 ,只存在于原子核内部 ,它不像质子和中子可以自由出现 ,但它又是一个明确的粒子。电子和原子核作用力是按平方距离减少 ,如同地球和太阳 ,只要给予一个能量 ,就可能接吻开 ,“夸克的作用力恰恰相反 ,两粒子离得越远 ,作用力越大 ,所以怎么也拉不平 ,既然不能单独存在 ,研究它就特别困难 ,需要用能量越来越高的加速器 ,把东西打到里面去 ,看它的性质和结构 ,北京正色电子对撞机就是研究其中的一种“夸克 ,加速器很庞大 ,有一个200米的直线加速器 ,一个环形加速器 ,探测器已经是比拟先进的电子设备仍然很大 ,有上千吨重。90年人美国已决定投资80亿美元建造一个大约周长有70多公里的加速器 ,使用的超导磁铁比现在北京正负电子对撞机的能量提高1万倍 ,它的探测仪器本身重达几万吨 ,价值几亿美元。这样的前沿研究的实际意义 ,现在是一点也看不出来 ,但它所研究的对象在自