【文章內容簡介】 30 年） → 法國（ 1770年 —1830 年） → 德國（ 1810年 —1920 年） → 美國（ 1920年 — ） → 可能轉向東方（日本、中國）從科學發(fā)現(xiàn)到技術發(fā)明高技術及其產業(yè)的領域(1) 信息科學技術（包括微電子、光電子科學技術）(2) 生物科學技術（包括生命科學技術）(3) 新能源科學技術（包括核能科學技術）(4) 新材料科學技術（包括納米科學技術）(5) 環(huán)境科學技術（包括地球科學技術）(6) 航空航天科學技術（包括空間及軍事科學技術）(7) 海洋科學技術（包括地球科學技術）(8) 先進制造科學技術（包括微機電系統(tǒng)科學技術）(9) 管理科學技術（包括軟科學技術）(10)認知科學技術（包括人腦和智能系統(tǒng)科學技術）21世紀改變人類的科學技術科學 技術物質科學 信息技術生命科學 生物技術納米技術能源技術12個重大關鍵技術攻關項目1.超大規(guī)模集成電路和軟件2.信息安全與電子政務及電子金融3.功能基因組與生物芯片4.電動汽車5.高速磁懸浮列車6,創(chuàng)新藥物與中藥現(xiàn)代化7.主要農產品深加工8.奶業(yè)發(fā)展9.食品安全10.節(jié)水農業(yè)11.水污染治理12.重要技術標準21世紀的科學客觀世界（ 1）世界 層 次 典型尺度 尺度范圍 實際范圍 適用理論脹觀 1040米=1024光年31014光年以上河外星系 尚無宇觀 1021米=105光年從 3億 公里到31014光年從太陽系到 銀 河系廣 義 相 對論宏觀 102米 從 3106厘米到 3億 公里從大分子到太陽系牛 頓 力學微觀 1017米 =1015厘米從 31025厘米到 3106厘米從基本粒子到大分子量子力學渺觀 1036米 =1034厘米31025厘米以下基本粒子內部超弦（尚未建成）客觀世界（ 2） : 1)萬有引力常數(shù) :G, 2)光速 :c, 3)普朗克常數(shù) :h。 這三個常數(shù)結合成一個長度 ,即 (hG/2πc 3)1/2≈10 34厘米 , 這個長度正好就是 “ 超弦 ” 的尺度 . 1015厘米 , “ 超弦 ” 的尺度比它 小 19個數(shù)量級。 5個層次世界的典型尺度之間的數(shù)量級差距都是 1019。 109米，介于 “ 宏觀 ” 與 “ 微觀 ” 之間，這一領域 的許多物理學特性尚未研究清楚。近年來的重大基礎科學進展 。 “宇宙黑洞 ”之迷 。、弱作用力、電磁力、和強作用力統(tǒng)一起來的“超弦理論 ”；（電子電荷 e、 光速 c、 普朗克常數(shù) h） 在改變，由 e、 c、 h組成的精細結構常數(shù)（近似為 1/137）也在改變； 。（ RNA的機理） 。 ,幾百年來科學界曾重獎懸賞的若干問題（如四色問題、費馬定理等）已被證實 。21世紀重大科學難題、暗能量和宇宙黑洞 (原子加工和自組裝 )、細胞起源與凋亡信息科學技術信息科技的重大意義 ：從機械化、自動化發(fā)展到數(shù)字化、網絡化、集成化、智能化、個性化、參與式、交互式，一部分工廠將實現(xiàn)遠距離電腦控制、全自動化和無人現(xiàn)場操作的生產。 ：網絡化與參與式將減少級的管理層次，生產單元將成為有自學習、自組織、自適應功能的生產自治體 (智能體 )，增加部門協(xié)同、增加生產廠家和消費者的直接銷售。 ：家庭將配有全媒體 (All—Media) 的工作站 (比多媒體電腦功能還要全 )，將把高清晰度電視、高保真音響、數(shù)字電視電話、攝象、傳真、電子郵件、數(shù)據(jù)傳輸、電腦計算和各種專家系統(tǒng)功能集成起來，通過信息高速公路與外界社會及世界相聯(lián)系，解決生活、學習和工作中各種問題。人們可以在家中辦公，集中開會沒有絕對必要，家庭將成為社會的最重要的基本單元。婦女將獲得徹底解放，將更多參加工作和社會活動，兒童的家庭教育變得更為重要。 、影響綜合國力、影響國家地位。21世紀的電腦21世紀的微電子技術微電子芯片科技前沿 : ?(35納米 ) 1）市售奔 4芯片 ,用的是 ?技術 , 紫外線波長 ?,深紫外線波長可達 ?,因此可做到 ? ?的芯片。 2）目前上海中芯公司 (與臺灣合作 )即為 ?水平。. 3）英特爾公司 1971年生產的第一個芯片只有 2300個晶體管， 2023年底推出的奔騰 4芯片則集成了 4200萬個晶體管。 4） IBM公司稱 2023年 8月已用單分子碳納米管制成了世界上最小的邏輯電路。 :還可繼續(xù) 1015年 ,到 20232023年達到飽和。 :光刻機 從美進口 1千萬元 /臺， 從荷蘭進口只 700萬元 /臺。 我國應發(fā)展自己的微電子芯片設備制造業(yè)。 :有兩種： 1）一種是 生物分子邏輯元件 (如人的視網膜分子 )的芯片，這種生物芯片的速度比半導體芯片還可提高 100倍； 2）另一種是醫(yī)療檢測用的生物芯片。它可與人的神經相連。未來的計算機 (1)216。按照 摩爾定律 ，每過 18個月，微芯片的集成度翻一番。 集成度決定于微芯片上的刻線寬度。當刻線寬度 小于 30納米 時，就會發(fā)生 量子效應 ：電子可以越過導線和 絕緣層，從一個地方跳到另一個地方，甚至發(fā)生短路。216。 預計刻線寬度達到 5070納米時，硅電子芯片的集成 電路便達到頂點，這大概在 2023年 左右達到。216。 基于集成電路的計算機短期內還不會退出歷史舞臺。 但一些新的計算機正在躍躍欲試地加緊研究，這些計 算機是： 1）超導計算機； 2）納米計算機； 3）光計算機； 4） DNA計算機； 5）量子計算機。未來的計算機 (2)— 超導計算機216。芯片的集成度越高，計算機的體積越小，這樣才不致因信號傳輸而降低整機速度。但這樣一來就使 機器發(fā)熱嚴重 。解決問題的出路是研制超導計算機。216。電流在超導體中流過時，電阻為零，介質不發(fā)熱。 1962年，英國物理學家約瑟夫遜提出了 “超導隧道效應 ”，即由超導體 — 絕緣體— 超導體組成的器件（ 約瑟夫遜元件 ），當對其兩端加電壓時，電子就會像通過隧道一樣無阻擋地從絕緣介質穿過，形成微小電流，而該器件兩端的壓降幾乎為零。與傳統(tǒng)的半導體計算機相比，使用約瑟夫遜器件的超導計算機的 耗電量僅為其幾千分之一 ，而執(zhí)行一條指令所需的時間卻要 快 100倍。216。1999年 11月，日本超導技術研究所與企業(yè)合作，制作了由 1萬個約瑟夫遜元件組成的超導集成電路芯片。據(jù)悉，該所定于 2023年生產這種超導芯片， 2023年前后制造出這種超導計算機。未來的計算機 (3)— 納米計算機216。在納米尺度下，由于有量子效應，硅微電子芯片便不能工作。其原因是這種芯片的工作，依據(jù)的是固體材料的整體特性，即大量電子參與工作時所呈現(xiàn)的統(tǒng)計平均規(guī)律。如果在納米尺度下，利用有限電子運動所表現(xiàn)出來的量子效應，可能就能克服上述困難。216?？梢杂貌煌脑韺崿F(xiàn)納米級計算，目前已提出了四種工作機制： 1）電子式納米計算技術； 2）基于生物化學物質與 DNA的納米計算機； 3）機械式納米計算機；4）量子波相干計算。它們有可能發(fā)展成為未來納米計算機技術的基礎。未來的計算機 (4)— 光計算機216。與傳統(tǒng)硅芯片計算機不同，光計算機用光束代替電子進行計算和存儲：它以不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個芯片傳送到另一個芯片。216。研制光計算機的設想早在 20世紀 50年代后期就已提出。 1986年，貝爾實驗室的戴維 米勒研制成功小型光開關，為同實驗室的艾倫 黃研制光處理器提供了必要的元件。 1990年 1月，黃的實驗室開始用光計算機工作。216。光計算機有全光學型和光電混合型。上述貝爾實驗室的光計算機就采用了混合型結構。相比之下，全光學型計算機可以達到更高的運算速度。216。研制光計算機，需要開發(fā)出可用一條光束控制另一條光束變化的光學 “晶體管 ”?，F(xiàn)有的光學 “晶體管 ”龐大而笨拙，若用它們造成臺式計算機將有輛汽車那么大。因此，要想短期內使光學計算機實用化還很困難。未來的計算機 (5)— DNA計算機216。1994年 11月，美國南加州大學的阿德勒曼博士用 DNA堿基對序列作為信息編碼的載體，在試管內控制酶的作用下，使 DNA堿基對序列發(fā)生反應，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算。阿德勒曼在《科學》上公布了 DNA計算機的理論，引起了各國學者的廣泛關注。216。阿德勒曼的 計算機的計算與傳統(tǒng)的計算機不同，計算不再只是簡 單的物理性質的加減操作，而又增添了化學性質的切割、復制、 粘貼、插入和刪除等種種方式。216。 DNA計算機的最大優(yōu)點在于其驚人的存儲容量和運算速度： 1立方 厘米的 DNA存儲的信息比一萬億張光盤存儲的還多；十幾個小時的 DNA計算，就相當于所有電腦問世以來的總運算量。更重要的是， 它的能耗非常低，只有電子計算機的一百億分之一。216。 與傳統(tǒng)的 “ 看得見、摸得著 ” 計算機不同，目前的 DNA計算機還是 躺在試管里的液體。預計， 10到 20年后， DNA計算機才可能進入實 用階段。未來的計算機 (6)— 量子計算機216。量子計算機以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內存，利用 原子的量子特性進行信息處理。216。 由于原子具有在同一時間處于兩個不同位置的奇妙特性，即處于 量子位的原子既可以代表 0或 1，也能同時代表 0和 1以及 0和 1之間 的中間值，故無論從數(shù)據(jù)存儲還是處理的角度，量子位的能力都 是晶體管電子位的兩倍。對此，有人曾經作過這樣的比喻：假設 一只老鼠準備繞過一只貓，根據(jù)經典物理學理論，它要么從左邊 過，要么從右邊過，而根據(jù)量子理論，它卻可以同時從貓的左邊 和右邊繞過。216。 量子計算機在外形上有較大差異，它沒有盒式外殼；看起來像是 一個被其它物質包圍的巨大磁場；它不能利用硬盤實現(xiàn)信息的長 期存儲；但高效的運算能力使量子計算機具有廣闊的應用前景我國信息產業(yè)已駛上高速路（ 1）(1)“ 九五 ” 期間我國信息產業(yè)年平均增長速度達 到 %， 2023年中國信息產業(yè)總產值突破了 1萬億元 , 已成為工業(yè)經濟第一支柱。(2)2023年 8月統(tǒng)計 ,我國家庭擁有電腦 900多萬臺 , 普及率達 %。(3)彩電 2023年生產 3742萬臺（日本僅 1000萬 臺），國內需求僅 1000萬臺 /年，還有