第34章 新技术革命：期望与现实(1)

目前，国际上公认的、被列入21世纪重点研究开发的新技术领域包括信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术等。由于这些领域的新技术能够广泛渗透到人类生活的各个方面，改变人类社会的整体面貌，因此承载着各国人民的期望，特别是在经济危机的背景下。例如，信息技术推动计算机网络和信息高速公路的建立和完善，致力于将整个世界变成地球村；生物技术给农业、医药、化工和新能源等产业带来福音；纳米技术在信息材料、生物材料、能源材料等方面将大展身手；清洁能源技术横空出世，成为人类应对气候变化和能源危机的重要法宝。

从人类的历史长河来看，经济危机是经济发展过程中必然出现的产物，而人类应对经济危机的方式主要有两种：一是“战争”，二是“新技术革命”。与残酷的战争相比，新技术产业革命显然是解决经济危机的最佳手段。在2008年金融危机的背景下，美国新任总统奥巴马已正式提出要开展一场新动力能源革命，希望借此发展一批新兴产业，进入下一轮经济繁荣周期。

一、新技术革命：拯救危机的救命稻草？

历史的经验告诉我们，历次经济危机都对应着一次重大的科技创新。回顾百年历史，世界范围内的经济发展轨迹表现为非均衡的波动形态。经济学家们在长周期理论创新研究中发现，长周期与生产过程中的创新和新产品的引入密切相关，每一个长周期都对应着一次技术革命的爆发和大规模扩散，进而引发整个经济社会的结构性转变{1}。

自工业革命以来，世界经济大体上经历了五次长周期（以两次繁荣的间隔作为一个长周期），每个长周期具有以下基本特征：

（1）每一个长周期会出现一种或几种廉价且能够普遍获得的核心投入要素，它们会引发一系列潜在的新要素组合。生产核心投入要素的部门则成为每个长周期的主导产业部门。

（2）以核心投入要素为基础的新产品能够刺激新产业的建立，这些新产业的迅猛增长和巨大的市场潜力会推动经济高速增长。新的或改进的交通和通信基础设施将服务于新产业的需要，并刺激和推动所有经济部门迅速增长。

（3）虽然每次长周期的发明在新技术范式得以发展之前就已存在，但它的大规模应用只有在下次长周期的上升阶段才能实现。

第一次长周期始于18世纪末出现的英国工业革命。煤和铁是第一次长周期的核心投入要素。创新技术导致煤铁产量急剧上升，并直接推动了棉纺织业和冶铁业两个主导产业部门的崛起和迅猛发展。

第二次长周期仍以铁和煤为核心投入要素。由于蒸汽机成本的降低和性能改进，使铁可以广泛用于运输业（铁路业、造船业）建设和固定的机器设备（蒸汽动力机械）的制造。

第三次长周期的核心投入要素是钢。19世纪50年代到80年代出现的一系列基本工艺创新使钢在工业中得到广泛应用。这次长周期的支柱部门是电力。

第四次长周期的核心投入要素是石油。19世纪末至20世纪的一系列发明与创新在很大程度上降低了石油的价格。而内燃机的发明和大量价格低廉的石油促使汽车业成为主导部门。

第五次长周期的核心投入要素是芯片。1971—1972年，英特尔公司对微处理器的开发意味着“芯片上的计算机”可以廉价地制造和大批量生产。在此期间，电信业也获得了飞速发展，其原因之一在于电缆承载能力的革命性改进使得海底电缆的每个语音信道的年成本迅速下降。

第六次长周期的技术革命会是什么？目前主流看法认为，典型的技术特征是生物技术、生物电子和纳米技术，但是从时间上推断，其替代信息通信技术的时间将在2030年左右，因为不仅信息与通信技术在财富创造上的潜力仍未进入报酬递减阶段，而且生物与新材料技术本身的发展轨迹还不清晰。

二、信息技术革命：能否再创辉煌？

目前，国际上公认的并列入21世纪重点研究开发的高新技术领域，包括信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术等。

（一）信息技术：新科技革命的先导与主流

信息技术包括通信技术、计算机技术、多媒体技术、自动控制技术、视频技术、遥感技术等。其中，计算机、自动控制技术、通信网络技术是信息技术的核心，它们是新科技革命的先导与主流{1}。

1. 互联网技术

现在，互联网已经家喻户晓，它是全球企业、政府和个人关注的中心。它不仅创造新行业，改变旧行业，同时也形成了一种全球性的文化现象。今天，Internet（因特网）的影响巨大，并且还将持续到很远的未来。可以说，Internet现在才处于其黎明时代或婴儿期，它的远景将更加美丽而迷人。在不久的将来，便宜而功能强大的计算装置、方便的Internet连接以及软、硬件革新，将会使Internet像今天的电力一样，成为一种普及的东西，人人都离不开它。在未来，Internet将成为人们在家庭、工作场所或者行动中常用的必不可少的工具；在未来，还会创造出一个无所不在的Internet——人们能够在任何时间、任何地点，以及从任何设备上查看个人和商业的信息、电子邮件、即时信息以及丰富的数字多媒体和万维网内容。互联网已经并且还将继续使世界变得更小，使人们更相互接近，使人类的生活更加生动活泼、丰富多彩。

2. 自动化技术

自动化技术是整个社会生活中基本的、使用最广的科学技术之一。自从20世纪60年代将自动化技术引入生产领域后，生产效率大大提高。同时，由于自动化技术的迅猛发展，使得生活节奏加快。

（1）3C工程：CAD、CAM、CIMS。自从20世纪自动化技术进入生产领域以来，其最具有代表性的成就是3C工程。从第一个C即计算机辅助设计（CAD）发展到计算机辅助制造技术阶段（CAM），再发展到计算机集成制造系统（CIMS），仅仅用了30年的时间。3C对于现代化生产的大规模定制起到了不可估量的影响。尤其是CIMS，它正在成为现代工业革命的核心技术，并已成为世界各国竞相发展的一项具有战略意义的高技术。

（2）机器人进入家庭。自动化技术的最初目的是代替人做繁重、重复、可程序化的工作。可程序化指的是可以预先规定应该先做什么、后做什么，就像排队买票一样，一个接着一个来做事情。机器人是一种高度自动化的设备。早期，在高精度的机械制造业（如汽车生产）中，工业机器人的使用不仅提高了生产效率，而且制造工艺精度高。多年来，机器人形象的“人样化”，一直是科学家的理想。这包括外形“人样化”和像人一样具有“意识”功能，即能够具有常识，能够学习、思考、判断并与人类进行智能化交流。目前，随着计算机技术、网络技术、人工智能，特别是人工神经网络的发展，机器人将越来越复杂，并且开始具有一定的学习能力。今后的机器人不仅能应用于生产，还可以更多地应用于我们的生活和娱乐活动中。似乎可以说，机器人进入家庭已经为期不远。

3. 生物识别技术

20世纪60年代，由于计算机可以有效地处理图形，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹，指纹识别技术因此大大改进。从那时起，自动指纹识别系统（AFIS），在法律实施方面的研究和应用不断拓展。日本三菱电机公司于2000年1月10日确定，将其开发的防盗“指纹”手机产品化。当然，指纹识别等生物识别技术的发展还处在起步阶段，还不能令人十分满意，还有赖于信息科技特别是人工神经网络技术的发展，使其进一步完善。

4. 人工神经网络

计算机的运行速度越来越快，计算机甚至可以战胜人类的象棋世界冠军。这就使人们不由心存这样的疑问：在不远的将来，计算机会比人脑更聪明吗？答案是否定的。科学家发现，尽管现代数字计算机发展到今天，其速算速度已经可达数万亿次每秒以上，其存储量和计算精度也成倍增长和提高，并在数值计算、符号逻辑推理方面显示出巨大的优势，然而面对连续的、模糊的、随机的信息处理问题，如模式识别、图像处理、决策判断等，却显得非常迟钝和笨拙。

人工神经网络是在现代生物学研究人脑组织新成果的基础上提出来的，是一个将大量简单的处理单元广泛连接组成的人工网络，可用来模拟大脑神经系统结构和功能。它的研究成果显示了人工神经网络具有人脑功能的基本特征：学习、记忆和归纳。近几年来，有关神经网络的研究又重新崛起成为高技术领域中一门令人注目的新兴学科。

（二）21世纪信息科技发展趋势

2008年11月13日，在2008年诺贝尔奖获得者北京论坛举行的中科院信息与创新战略研讨会上，中科院计算所所长李国杰院士对21世纪上半叶信息科学技术发展趋势做总体判断时表示，“信息科技正在进入全民普及阶段，信息技术惠及大众将成为未来几十年的主旋律；21世纪上半叶，将兴起一场新的信息科学革命，其结果可能导致21世纪下半叶的新技术革命”{1}。

1. 信息科学还处在伽利略时代

近20年来，集成电路和网络技术的飞速发展对信息科学提出了若干挑战性的理论问题：如何对付信息系统的巨大复杂性？如何保证信息系统的可靠性？如何将信息系统的功耗降低几个数量级？

20世纪下半叶是以技术发明和技术创新为标志的时代，然而信息科学还是一门年轻的科学。近40年，信息技术走在了信息科学的前面。目前的信息科学只相当于1905年以前的理论物理研究，信息科学还处在伽利略时代。20世纪下半叶，信息技术发展迅猛，但信息技术的大部分基础理论是在20世纪60年代之前完成的，近40年，信息科学没有取得重大突破。

网络已成为信息技术的主体，Internet可能是人类历史上最大的工程，但至今没有理论可以解释随机操作的Internet为什么能做到如此大的规模而不崩溃，就如同2000多年前中国没有建筑理论却建成了万里长城。对于网络尚有许许多多的问题需要回答，比如：如果整个Internet是一台巨大的计算机，那么，什么是这个网络计算机的公共编码？什么是它的体系结构？什么是它的地址空间？什么是它的处理器与指令系统？什么是它的编程语言？如何设计与分析它的算法？网络世界的基本规律是什么？什么是它的守恒量？有没有类似于物质不灭定律、能量守恒定律、惯性定律之类的规律？

网络的健康发展必须基于坚实的科学理论，今后几十年发展网络科学是信息领域中一项最基础的科研工作。在信息科学的指引下，21世纪的信息技术也将展现新特点，将会在重视技术作为生产力决定性因素的同时，更加重视信息科学的研究探索，特别是与纳米、生命、认知等科学的交叉研究；更加重视医学及与人类健康有关的信息科学技术；更加重视生态和环境影响，探索对有限自然资源和无限知识资源的分享、共享和可持续利用，重视信息技术与人文艺术的结合，以及信息技术伦理道德方面的研究和对信息技术社会作用的法制化管理与监督。其中最重要的是，在继续发展工程技术的规模、效益的同时，更加重视信息技术的多样性、开放性和个性化，更加重视信息技术惠及大众。

2. 计算＋传统科学=新科学

13世纪，十进制计算从印度通过阿拉伯世界传到欧洲，同时发明了代数运算，开启了计算和科学并行交织发展的历史。17世纪，牛顿和莱布尼兹同时发明了微积分，新的计算模式具有描述变化速度的能力，使人类得以发现自然规律，发展了力学、热学、声学、光学、电磁学等学科。数学根植于人类的日常生活。同样，编写计算机程序的大量日常工作可能会导致产生新的数学。如同望远镜促进天文学、显微镜促进医学发展一样，数字计算机的发明，特别是近20年微处理器和网络技术的突飞猛进，使大规模并行计算和网格计算成为可能，将导致一场科学的革命，21世纪将产生以并行计算为基础的新科学。

21世纪的发展趋势是从计算机支持科学家作传统科学研究转向计算嵌入到科学研究的全过程，形成新的科研形式。计算机科学对于生物学，如同数学对物理学一样重要。计算机科学的思维方式将渗透到分子生物学的全过程。计算生物学将成为生物学的主流。

美国未来学家Raymond Kurzweil于2005年出版的《接近奇异点》称，技术的指数级发展将不可避免地导致超人类智能的出现，他预测这一时间为2029年。但是，人脑是数十亿年生物进化的结晶，计算速度的提升并不能刻画人脑的所有功能，目前离解开大脑智慧之谜还有很远的距离，也许在数百年内也无法解开。人机和谐共生是发展信息技术的基本追求，发展信息技术不能把人变成机器，但人却可以给机器带来启示。

通过生物几十亿年进化形成的人类大脑是通过大量神经元并行分布工作获得智慧的，不是靠单个神经元的高速信息处理，神经信号传输速度为毫秒级。大脑里有大约1000亿个神经元，每个神经元有数千个神经连接，而每个神经连接还有大约1000个神经通道。

信息科学必须从生物和人脑等天然系统中获得启示，特别是找到如何实现大规模并行分布处理、动态连接、自适应性、容错和自修复性等功能的机制，使信息系统走出20世纪的壁垒。

3. 信息技术的发展主流是惠及大众

从1946年电子计算机诞生算起，信息技术已经走过64年。从20世纪80年代PC的诞生算起，信息技术的大规模应用已有20多年。信息技术和产业界的多数人认为，信息技术已进入广泛普及阶段。

信息领域今后还会不断出现新技术，从某个角度看，有些甚至是颠覆性新技术。但总的来讲，以信息技术为特征的经济发展长波（每个长波平均为50~60年）已开始进入后半期。因此，今后30年的信息技术的发展主流是普及应用，要使信息技术惠及大众。普及信息技术可能比普及电力技术更困难，需要更长时间。所谓技术普及，是指如同电力系统一样，用户只需知道电源插座在哪里。信息技术离这种普及还有很长的路要走。

三、生物技术革命：编织众多梦想