“二十一世纪的科技”-香港中文大学博文讲座教授暨北京清华大学教授杨振宁

大会开幕式“二十一世纪的科技”-香港中文大学博文讲座教授暨北京清华大学教授杨振宁中国,南京-2001年9月17日二百多年以前，富兰克林（1709-1790）在讲到未来年代时曾经说过“人类的知识将会大大增长，今天我门想不到的新发明将会屡屡出现。我有时几乎后悔我出生过早，不能知道将要发生的事物。”他说得不错，这二百年来，人类知识确实大大增长了，也确实出现了许许多多新生事物。举凡火车、轮船、高楼、电灯、电影、电话、无线电都是富兰克林所没有看见过的。到了二十世纪后半，新生事物更是层出不穷：计算机、核能发电、电视、超音速飞机、人造卫星、激光、生物工程、器官移植、网络通讯、等等，等等，不但都是富兰克林所没有见过的，也是比他晚一百年的人都梦想不到的事物。为什么人类历史发展到了二十世纪能有如此高速的进步？回答很简单：科学发展通过五、六个世纪的蕴酿、萌芽与成长，到了二十世纪达到了技术起飞的地步，从而使人类的生产力以指数的速率年年增长，使致力于新技术的人数年年增加，使投资于新技术的资金年年增长，所有这些发展造成了二十一世纪的今天的兴旺前景。举两个简单数据来证实上面所说的高速发展情况。第一个数据：二百年前世界农业人口占总人口80%以上；而今天美国农业人口只占全人口1%到2%。以这么少的农业人口，而农业产品还可以出口，表示农民生产力已达以一挡百的效率。第二个数据：近三十年来新成立的科技公司之总资产已接近一万亿美元（见美国Fortune杂志1998年4月27日），这是史无前例的加速重点投资。在讨论二十一世纪科技发展前景以前，让我门先看一下二十世纪两个极重要的科技发展的起源：近代计算机与DNA的双螺旋结构。近代计算机1930年代开始就已经有了用许多真空管连接起来的计算机，可以说是近代计算机的远祖。可是要进化成近代计算机还须要两个关键性的新观念与新技术。第一个是数学家J.vonNeumann（1903-1957）所提出的观念。他在1945年于讨论一个新计算机的结构时，曽写道：Theoveralllogicalcontrolofthemachinewillbeeffectedfromthememory...byordersformulatedinabinarydigitalcode.（此机之总体逻辑将由记忆部门之程序控制，这些程序用二进位数字表示。）这是革命性的新观念，因为程序记在记忆中，极容易，也极迅速地，可以更改，不必经过人的操作。所以近代计算机实际应称为“储存程序的计算机”（StoredProgramComputer）。为什么引进此观念的人是数学家vonNeumann而不是工程师呢？这里面有一令人深省的道理：vonNeumann曽在数理逻辑领域做研究，而此领域一重大突破是Godel（1906-1978）所引进的Godel数：用数字表列所有可能的逻辑命题（Propositions）与证明（Proofs）。VonNeumann对Godel数有极深的认识，所以想到应把此逻辑领域的突破引到计算机结构中，从而产生了储存程序的计算机。第二个是1950年代的半导体的发现。半导体代替了真空管，而半导体体积可以非常小，所以今天可以很便宜地大量制造功能相当于一百万个真空管的芯片，从而使计算机应用伸延到了社会的每个角落，使计算机工业变成世界最大工业之一。在这里我要特别提出一点，即半导体是怎么被发现的：它是量子力学的产物，而量子力学是1920年代纯基础物理学研究的产物，当时与任何应用都完全无关。DNA的双螺旋结构1953年JamesWatson（1928-）与FrancisCrick（1916-）发表了一篇文章，提出生物遗传分子DNA的结构为双螺旋。这篇文章现在公认为是二十世纪生物学界最重要的文章，因为它指出生物衍生繁殖的机构是基于双螺旋中两个螺旋之间的化学力量，可以连合，也可以分开。这篇文章指出了造物者的一项重大秘密，把人类带进了人造生命的时代，影响极其深远，生物工程的诞生就是其影响之一。在这里我也要特别提出一点，就是双螺旋结构的发现是纯理论的发现，本来也与应用无关。未来三、四十年的科技发展今天科技发展的高速度使得我门无法预测二十一世纪末世界将发展成什么样子，就像二十世纪之初没有人能梦想到二十世纪末的生物工程与网络通讯一样。可是如果我门只讨论以后三、四十年间的发展，那么有一些大趋势现在实际上就已经相当明朗化了，下面我想就此问题提出我个人的几点看法。（1）今后三、四十年全球科技发展的重点将继续向技方面倾斜。科技研究可以大略分成基础研究、发展研究与应用研究三个阶层。（见图一与图二）。举个例子，量子力学的研究是基础研究，因为它的专注目标是基本自然规律，与实用无关；它是二十世纪头三十年的一项研究领域。半导体的研究是发展研究，因为它的专注目标是用量子力学观念发展出可以广为应用的元件，是介乎原理与商品之间的研究；它是1950年代的一项研究领域。芯片制造的研究是应用研究，因为它的专注目标是日新月异的芯片的制造；它是1970年代开始的一项研究领域。另一个例子是生物工程。1953年发现DNA的双螺旋结构的工作是基础研究。以后几十年，一直到今天，世界上许多生物学家基于DNA的结构研究出来许多新观念与新技术，这是基础研究加发展研究。而基于这些观念与技术，进三十年发展出来了新工业：生物工程，这是发展研究加应用研究。这里面三种研究的分野比较不那么完全明显，但是大体上有上、中、下三游的分类是不成问题的。一般讲起来，基础研究加发展研究是科，是大学与研究所里面的研究；发展研究加应用研究是技，是工业研究所与工厂里面的研究。我认为今后三、四十年全球科技发展的重点继续向技方面倾斜。这一点可以从图一与图二的比较明显看出来：虽然从1950年到2000年，基础、发展与应用研究三者都有增加，但增加的幅度却以后二者，尤其是第三者为大。这个大趋势是源于下面一个历史事实：二十世纪上半基础研究的成果大大增加了人类对物理世界与生物世界的了解与控制能力，从而使得新应用、新产品可以层出不穷，造成了图二所显示的今天应用研究的欣欣向荣的趋势，而此趋势在以后三、四十年还会继续下去。以后三、四十年间应用研究发展最快的将有几个领域：（一）是芯片的广泛应用，应用到大小建筑，到家庭，到汽车，到人体，到工厂，到商店，到几乎一切地方。（二）是医学与药物的高速发展。（三）是生物工程。这三个领域的发展我以为将是以后三、四十年世界经济发展的火车头。（2）如何处理科与技发展的相对比重将是十分复杂的问题，尤其是在人口较少的国家（比如一千万人口以下的国家），和发展中国家。一方面在这些国家资金比较缺乏，同时短期经济发展的压力又比较大，所以从科向技倾斜的傾向会特别明显。可是另一方面又必须注意到技的发展的根源是科。前面所举的数理逻辑、量子力学与双螺旋结构都是科，不是技，可是长期下去，这些科都引发出了庞大的技。如何处理科与技的相对比重问题必须从每一个国家的历史发展状况来着眼，不能有全球性的规律。在这里我要特别指出印度、巴西和中国这三个人口众多的发展中大国过去的政策有一点不同之处，而此不同之处有重要的长期影响，这就是新中国的自力更生的精神。这个精神过去实施了三十年，然后在此精神之外加上改革开放的长远政策，又实施了二十年，就产生了今天中国科与技都远比印度和巴西进步的局面。这是十分值得详细分析的历史。（3）贸易全球化势将继续发展，尤其在中国进入世界贸易组织（WorldTradeOrganisation）以后。科学与技术的发展，到了今天，有了贸易全球化的可能。当然这么大的，影响这么多人的动向，不可能没有反对的声音。可是总体来说，全球化今天符合世界大多数人民的利益，所以必会继续下去。二十多年以前，邓小平以他的卓越的远见和无比的毅力，把中华民族带上了一个新的方向，赶上了全球化的列车。这不仅是中国历史上的大事，也是世界历史上的大事。全球化是没有前例的大变更。一、二十年间它会带来更多的全人类生产力，可是长久下去它也会带来十分复杂的新问题，而这些新问题将和高速科技发展所带来的资源、环保、道德与宗教等问题纠缠在一起，造成二十一世纪中叶人类必须面临的新挑战。（4）中国在世界科技发展中的地位将大幅提高。今天中国的高科技比起先进国家还差一大截，这就使得许多人认为中国的科技不行。这是完全错误的看法。近代科学引进中国是二十世纪的事情。一个世纪之间只几代人就从真正的零开始发展到了