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徐光宪院士:第六次科技革命有四大核心内涵

来源:wdwcms.com 时间:2019-11-28 编辑:经典散文

作者:徐光贤资料来源:中国科学新闻出版:2013年

商品名称选择:萧中院士

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徐光贤:第六次科技革命有四个核心内涵

邓小平同志指出“科学技术是第一生产力” 因此,解决当前世界经济危机的根本出路是牢牢把握第六次科技革命。

图片来源:Neto

目前,第六次科技革命的核心内涵正在国内外进行讨论和探索,尚未达成共识。 如果我们能够准确预测新技术革命的核心内涵,我们将勇敢地迈出成为领导者的关键第一步。

■徐光贤同志

邓小平同志指出“科学技术是第一生产力” 因此,解决当前世界经济危机的根本出路是牢牢把握第六次科技革命。

中国科学院院长李春号召我们中国人成为第六次科技革命的领导者,肩负起振兴中国的历史责任。 我非常同意白崇禧主席的号召,认为中国人要有足够的勇气领导第六次科技革命,就必须首先确定第六次科技革命的核心内容。

《第六次科技革命的机遇》(2012年4月,科学出版社第二版),由中国科学院中国现代化研究中心出版,任何出版社出版,对第六次科技革命做了大量的研究、分析和讨论。他们每年出版的《中国现代化报告》提供了重要的参考资料。

目前,国内外都在讨论和探索第六次科技革命的核心内涵,尚未达成共识。 如果我们能够准确预测新技术革命的核心内涵,我们将勇敢地迈出成为领导者的关键第一步。

探索并独立提出我们对第六次科技革命内涵的理解,可以极大地启发我们的创新思维,培养高素质的创新人才,建设创新型国家

本文掷砖引玉,提出第六次科技革命的核心内涵是:(1)大化学的科技革命;(2)新生命科技革命;(3)钱学森先生的大成智慧革命与新信息和互联网革命;(4)物理科学革命 其中,第二个得到了国内外大多数人的认可。第四条在国内外也经常被提及。第三是钱学森晚年的重要科学思想,但一直没有得到重视。第一个还没有在国内外长大。这是我个人的意见。

当前中国和世界亟待解决的问题

我认为第六次科技革命的核心内涵必须解决当前中国和世界的紧迫问题,缓解世界经济危机,使各国走上健康发展的道路。 目前,大约有14个问题值得我们特别关注。

(1)彻底改造污染环境的化工厂,建立绿色化学和化工冶金企业

(2)目前化学原料主要来自石油或煤(使用煤焦油或电石) 因为它们也被用作能源和燃料,如果维持目前的消耗率,世界石油资源将在几十年内耗尽,煤炭资源将在一百或两年内耗尽。

(3)减少温室气体二氧化碳排放,即少用煤和油,大力发展节能和新能源,如稀土节能灯、用稀土材料作为发电机的风能、用稀土光电转换材料的太阳能、用钍的核能等。

(4)经济高效开发不可再生、不可替代的稀土等矿产资源,保护环境,综合利用 发展从废品中回收稀土的技术,避免稀土和其他不可再生战略矿产资源的浪费和迅速枯竭。

(5)高效低成本节约利用淡水资源和海水淡化问题

(6)高科技材料的研发和化学合成

(7)海洋和太平洋空资源的开发利用(如海底可燃冰和月球上大量氦-3核聚变能源)

(8)人体健康与新药、新药和人工器官的研发 人工生命的合成使化学和生物学相互联系。 研究直接针对病变的靶向药物的合成,大大降低药物的副作用

(9)固氮酶的人工合成使水稻和小麦等非豆科植物也能利用空气体中的氮而不使用氮肥,或者用新的生物技术培育含固氮酶的非豆科植物,从而引发农业科技革命

(10)研究光合作用的基本原理,找出光合作用的催化机制,提高太阳能的利用效率,可能会导致农业技术的革命。

(11)天气预报、地震预报、台风预报以及其他天灾人祸的预防和急救问题

(12)军事科技问题 为了呼吁世界和平,中国必须拥有先进的军事科学技术,才能在维护世界和平中有发言权。 为了阻止第三次世界大战,世界主要国家的军事力量必须保持平衡。

(13)和平科学的理论与实践问题 两次世界大战和持续的局部战争发生在20世纪。第三次世界大战必须在21世纪避免,因为如果它发生,那将是一场毁灭一半人类的核战争。 因此,我们必须研究和平科学的理论和实践。

(14)研究世界人口控制和优生优育问题,研究中国人民与世界各国人民和谐共处、共同繁荣和共同幸福的理论和实践。

正确理解化学科学和伟大的化学革命

伟大的化学革命是第六次科技革命的主要内涵之一

大化学革命(广义分子科学)与上述14个世界中亟待解决的十大问题密切相关。 新生物技术革命与第八、第九和第十个问题有关。 大成智慧革命与问题11至14相关 物理革命对22世纪产生了深远的影响。

为什么以前没有人提出伟大的化学革命?自上个世纪下半叶以来,国内外有淡化化学科学的思潮。人们认为化学是一门古老的科学。它在20世纪没有取得任何重大进展。化学很少出现在新闻媒体和报纸上。 在第六次科技革命中,也很少有人提到化学。 我认为这是一个误会

联合国决定将2011年定为国际物理年。这是继2005年被指定为国际物理年之后对第二个基础科学的强调。这也是淡化公众对化学看法的一部分纠正措施,意义重大。

20世纪下半叶国内外舆论对化学科学的误解

误解之一:化学没有提出20世纪的重大科学问题 20世纪,人类完成了最着名的三大科技项目:(1)人类基因组计划;(2)曼哈顿项目;(3)阿波罗登月计划 在这三大科技项目中,化学实际上是无关紧要的。 事实上,这些重大科技项目的完成是许多学科的共同贡献,其中一半是化学的贡献。 认为化学与重大科技项目无关是一种误解。

尽管人类基因组计划是由生物学家提出的,但它是由分析化学家完成的。 它的全名应该是“人类基因分子化学测序计划” 分析化学家贡献了75%以上 然后,中国化学家独立测序水稻等重要基因 在美国学习的中国化学家也在提高快速测序、大大降低成本、使个体的整个基因组测序成为可能,以及作为遗传疾病的重要诊断方法方面做出了突出贡献,从而使制定个性化治疗和保健计划成为可能,并大大提高了人类的平均寿命。

曼哈顿计划是美国原子弹试验项目 中国还独立完成了原子弹的试生产。 这是我国核物理学家和放射化学家共同完成的任务。 放射化学贡献了50%

阿波罗登月计划是由美国发起的,后来中国也开发了一个巨大的太空计划空 这是中国航天科学家和工程师完成的一项伟大工程,但开发关键导航材料、月球航天器专用新材料以及用于扫描、记录和传输的新材料都是化学家的任务,占贡献的25%。 因此,20世纪的三大科学项目与化学密切相关,总贡献率达50% 认为化学与重大科技项目无关是一个严重的误解。

误区二:报纸经常说20世纪发明了六大技术:(1)信息技术;(2)生物技术;(3)核电厂和核武器技术;⑷航空空空间和导弹技术;(5)激光技术;(6)纳米技术 然而,很少有人提到化学合成(包括分离)技术,包括合成氨、合成尿素、合成抗生素、新药、新材料和聚合物。

没有上述六种技术中的一两种,人类仍然可以生存。 然而,如果没有哈勃发明的高压氨合成和随后的尿素合成技术,世界粮食产量将至少减半,世界70亿人口中有35亿人挨饿。 没有合成各种抗生素和大量新药的技术,人类就不可能控制最可怕的传染病,如天花、肺结核、伤寒、痢疾等。缓解心脑血管疾病,平均寿命缩短25年。 没有合成避孕药具,人类无法有效控制人口。 如果没有合成纤维、合成塑料、合成橡胶技术,人类的生活将受到很大影响。 信息技术的核心是集成电路芯片,它是通过化学光刻在化学提纯制备的硅单晶晶片上生产的。电脑的记忆材料也是化学合成的,大量的合成高分子材料被用于其他部件。 另一个例子是核电厂的关键是核燃料铀和钚的生产和后处理,以及放射性废水的处理,所有这些都是化学工业。

纳米技术是化学家发明和合成的新技术,如碳60、碳纳米管、石墨烯等纳米材料,发现纳米材料具有特殊的性质。 在激光、光纤、航空空、航空航天、导弹和其他技术领域,不需要化学合成的高科技材料。 因此,没有化学合成技术,上述六项技术就无法实现。

但是化学和化学工业非常谦虚,从不提及抗议(这句话是英国杂志《自然》在2001年的评论中说的) 我们应该大力宣传20世纪发明的七项技术,即化学合成(包括分离)技术和上述六项技术。 在20世纪的七项发明中,对人类生活和世界经济发展影响最大的两项最迫切需要的发明是化学合成技术和信息技术。

以上七项技术根据其对国内生产总值的贡献进行排名(根据中国2004年的统计数据)。首先是与化学、化学工业、冶金、炼油、医药和高科技材料合成密切相关的行业,统称为过程工程。 中国科学院化学冶金研究所前所长郭慕孙院士有先见之明,将他们的研究所更名为中国科学院过程工程研究所。 当生物技术将来成熟时,它可能会进入过程研究所,因为技术非常相似。

过程工程对国内生产总值的贡献达到16.6%,居首位。 第二是信息产业,包括计算机和芯片制造、电信服务、网络服务、软件产业等。 对国内生产总值的贡献为9.0% 第三是飞机、航空航天、人造卫星、导弹工业 第四是核电厂和核工业 这四个行业都是大行业,其中核燃料生产和重水生产实际上是化工行业,但都包含在核工业的计算中。 第五个是生物技术和生物产业,2004年占国内生产总值不到1%,但前景光明。 第六是纳米工业 第七是激光技术产业

迷思3:化学是一门古老的科学,有200到300年的历史,几乎没有发展前景。 事实上,化学是创造最新物质的科学,是20世纪发展最快的一流基础学科之一。

1900年《美国化学文摘》注册的已知化合物只有550,000种,从天然产物中分离出来并测定其组成,然后人工合成。 45年后,到1945年,它翻了一番,达到110万种。 到1970年的25年后,它又翻了一番,达到236.7万种。 从那以后,新化合物的生长速度大大加快了。截至2011年9月14日,化学文摘社登记号已达1万种,其中生物大分子6314万种,合成新药、新材料等广义新分子5371万种,比1970年增加50倍。 在过去的110年里,没有任何一门科学像化学一样创造了如此多的新物质,在过去的40年里,化学文摘社的化学注册数量增加了近50倍。

以上是合成化学在数量上的成就。从质量和重要性来看,合成和分离化学获得了41项诺贝尔奖。 对人类至关重要的发明实例包括:

首先,哈勃(F .哈伯)于1909年发明了以锇为催化剂的高压氨合成技术,并于1918年获得诺贝尔奖 C.博世改进氨合成技术并获得1931年诺贝尔奖。 这项合成氨技术被外国媒体评为20世纪最重要的发明,因为它解决了世界上最重要的粮食生产问题。

其次,霍沃斯获得了1937年诺贝尔合成维生素C奖 R.库恩因人工合成多种维生素获得1938年诺贝尔奖 A.布滕南发现并分离纯化了多种性激素,多马克发现了具有抗菌活性的磺胺类药物,并获得1939年诺贝尔奖 A.弗莱明、易卜链和弗洛里发现了青霉素的治疗作用,并发明了它的生产技术,获得了1945年诺贝尔奖。 R.罗宾逊因其在生物碱分离和纯化方面的研究获得了1947年诺贝尔奖。 S.瓦克斯曼发现链霉素,并获得1952年诺贝尔奖。 这些维生素、抗生素、激素和其他新药的合成对人类健康做出了巨大贡献。

第三,施陶丁格因研究聚合物聚合原理而获得1953年诺贝尔奖。 齐格勒-纳塔催化剂由齐格勒和纳塔发明,用于聚合物合成,获得1963年诺贝尔奖。 艾伦希格尔和艾伦G麦克德尔米德因在导电聚合物合成方面的研究获得了2000年诺贝尔奖。 聚合物合成化学的发展极大地提高了人类的生活水平。

第四,1985年,科尔(R.F.Curl)、斯莫利(R.E.Smally)和克罗托(H.W.Kroto)发现了碳元素的第三种形式巴克球(富勒烯),其中最重要的是C-60 富勒烯可以制成新的超导材料、有机化合物、聚合物和纳米材料,赢得了1996年的奖项。 零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯等纳米材料的化学合成 因此,纳米科学是建立在化学合成科学的基础上的。

化学作为一门中心学科的形象已经被它在交叉学科的巨大成就所埋葬。

化学是连接数学、物理和化学这六门传统科学中的前一门和后一门的核心科学 化学也是社会急需的核心科学。化学与人们的生活密切相关。 化学是一门中心科学,它与十门新兴或朝阳科学紧密相连、交叉和渗透,如信息、生命、材料、环境、能源、资源、地球、海洋、空和核科学。

化学有许多重要的交叉学科,包括十大朝阳科学和六个基础学科,但是化学家非常谦虚,放弃了交叉学科的命名权 例如,“化学生物学”被称为“分子生物学”,“生物大分子的结构化学”被称为“结构生物学”,“生物大分子的物理化学”被称为“生物物理学”,“固体化学”,“液体化学”,“溶液理论”被称为“凝聚态物理”,“聚合物物理化学”被称为“软物质物理”等

这样,化学作为一门重要的中心科学,被社会视为配角和伴娘科学,并没有受到重视。 世界着名的《自然》杂志也向化学家投诉,并在2001年发表了评论。 评论提到,“当其他学科因其成就而闻名时,化学经常发现该学科最辉煌成就的声誉被其他学科所拥有。” 哈佛大学教授乔治怀特塞德斯也说:“化学中许多最有趣的部分经常被称为其他名字。” 我从未发现化学家发生了什么事。他们总是过于谦虚和孝顺。 他们发现了这些有趣的技术,当其他人拿走它们时,他们甚至没有喊叫或抱怨。 你永远不会发现生物学家会容忍别人拿走他们这样做的东西。 “化学家的谦虚是一种美德,但它不会吸引优秀的年轻学生 化学专业优秀学生的缺乏将影响十大前沿新兴科学的发展,这个问题将会很大。

第六次科技革命的核心内容

第六次科技革命的核心内容,按重要性排序:1。伟大的化学(广义分子科学)和技术革命;2.生命科学和技术革命;3.大成智慧革命;4.物理科学的革命

1。伟大的化学和技术革命

大化学与技术革命的内涵,首先要为中国和世界当前迫切需要解决的问题服务。例如在前面提到的14个问题中的前10个问题都与大化学有关。为了直接解决前三个问题,化学科学和技术必须进行彻底的革命。

(1)有机化学将从碳氢化合物及其衍生物的化学向碳水化合物及其衍生物的化学转变,化工流程都要完全改变,教科书要重写。

20世纪有机化合物的原料主要从石油和煤焦油来,所以有机化学定义为碳氢化合物及其衍生物的化学。按照现在的消耗速度,世界石油储量将在几十年内耗竭,煤炭将在一二百年内耗竭。这样有机化合物的原料不得不改为可以再生的植物资源,有机化学也将改为碳水化合物及其衍生物的化学。这是革命性的变化。

(2)绿色化学、原子经济化学和循环化学的革命。

20世纪的化工企业造成严重的环境污染,这种情况必须彻底改变。要大力发展原子经济的循环化工流程。人们敬而远之的化工企业要改造成为花园式的绿色企业。

(3)新药物和人工器官的合成及组装导致新医药革命。

(4)稀土风能发电机、稀土节能灯、新光电转换材料、海底可燃冰开发和利用、重水聚变和月球He-3的开发等,将引起新能源革命。

(5)天然植物中只有豆科植物的根瘤能够吸收利用空气中的氮,别的农作物如水稻、小麦必须使用氮肥。如果人工合成固氮酶成功,则可以不用化肥,直接利用空气中的氮。这将引起农业革命。上世纪50年代有远见的化学家卢嘉锡院士、唐敖庆院士、蔡启瑞院士等提出固氮酶课题,他们先从理论着手,提出固氮酶的“福州模型”和“厦门模型”,和后来国外学者从天然固氮酶中提出的结晶非常相似,进一步准备人工合成固氮酶,但因没有得到大力支持而中断。

(6)化学的繁荣将推动化学生物学和分子生物学的大发展,从而促进生命科学和医学的大发展,大幅度延长人类寿命。

2. 生命科学与技术革命

生命科学和技术是第六次科技革命的核心内涵,这是极大多数学者的共识。

(1)新的生物学是在分子水平上建立的生物学,而化学是研究分子的科学,所以大化学革命是生命科学革命的重要基础。

(2)新的生物学革命将是以分子生物学为基础,把传统的宏观生物学、生物分类学、遗传生物学、思维和神经科学等等整合成系统生物学,将进行仿生、创生、再生,直到永生的革命。

(3)通过新生物学革命,人类对自身的认识,将从无知到越来越明白自身的特点。人类基因组计划用了数十亿美元的资金。但由于近年快速基因化学测序法的发展,成本已降低到几百美元,所以每个人都有可能明白自己的遗传基因中有哪些致病基因,并加以预防和消除,加上新的、减少副作用抗癌药物和心血管药物的合成,新的再生医学技术的广泛临床应用将使人类的平均寿命大幅延长。

(4)中国人的平均寿命:1949年35岁,1978年68岁,1991年69岁,2010年74岁。建国61年增加39岁,平均年增0.64岁。新生物学革命将加快这一进程。保守估计,仍保持年增0.64岁的速度,则到2050年平均寿命应为100岁,到2100年应为132岁。

我们可以提出一个新的社会发展指数,称之为“人才的工作年限和教育年限比”。例如现在一个人从出生到大学毕业需23年,67岁退休,工作年龄44年。“工作与教育年限比”=44/23=1.91(2010年)。到了2050年,平均寿命达到100岁,退休年龄可到90岁,工作年龄67年,“工作与教育年限比”=67/23=2.91(2050年)。这样在40年中“工作与教育年限比”增长1.00,平均每年增长0.025,即2.5%。这个2.5%的增长,是最富有经验的人力增长。它将至少增加GDP 2.5%。这是了不起的贡献。

人类的平均寿命将从现在最高的八十余岁延长到本世纪末的150岁。有效工作年限将大幅提高,一生创造的财富和对社会的贡献将大幅提高,退休年龄每两年将至少提高一年。医学除疾病的治疗外,将关注预防和保健教育。

3.人机结合的大成智慧革命

大成智慧科学和大成智慧办公厅的设想是钱学森首先提出来的,是用人与计算机结合,来解决中国和世界这个复杂开放的巨系统的自然界和社会的各种问题。它涉及数学、系统科学、信息科学、计算科学、虚拟现实、网络技术、云计算技术和大数据库技术,天气、地震和灾害预报,经济危机预报和消解,消除第三次世界大战的风险等众多科技和社会问题的新方法。

4. 物理科学的革命

19世纪与20世纪之交,物理学的上空产生了几朵乌云,导致少数具有非凡天才的科学家,如爱因斯坦、波尔、薛定谔、Heisenberg、Dirac 等创建相对论和量子力学,引起20世纪科学的革命。

20世纪和21世纪之交,物理学上空同样有几朵乌云,例如相对论和量子力学如何统一?什么力量引起宇宙的加速膨胀?什么是暗能量?两者之间有没有关系?要解决这些问题很难,只有少数超人智商的人才可能去探索解决这些理论难题。它的影响可能在22世纪。

紧急呼吁教育部在高等学校自主招生理科考试中保留化学:

最近获悉,从今年开始,教育部将实行高等学校自主招生理科考试不考化学,只考数理两门。这将严重削弱化学科学的中等教育,严重加深社会人士、中学生和家长们对化学的轻视和误解,减少大学化学系的优秀生源,严重伤害中国做第六次科技革命的领头羊,也会影响中华复兴的大业。美国SAT考试相当于中国高考,其中化学的分量很重,还包含化学实验。为了减轻高中生的负担,我们可以借鉴美国的办法,让高中二年级的学生也能参加高考中1至3门课程的考试,如果获得满意成绩,三年级考试可以免考已考过的课程,避免了“一试定终身”的巨大压力。

作者简介:

徐光宪,中国科学院院士,北京大学化学与分子工程学院教授。

《中国科学报》 (2013-04-01 第8版 智库)

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