【文章內(nèi)容簡介】 法國（ 1770年 —1830 年） → 德國（ 1810年 —1920 年） → 美國（ 1920年 — ） → 可能轉(zhuǎn)向東方（日本、中國）從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到技術(shù)發(fā)明高技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)域(1) 信息科學(xué)技術(shù)（包括微電子、光電子科學(xué)技術(shù)）(2) 生物科學(xué)技術(shù)（包括生命科學(xué)技術(shù)）(3) 新能源科學(xué)技術(shù)（包括核能科學(xué)技術(shù)）(4) 新材料科學(xué)技術(shù)（包括納米科學(xué)技術(shù)）(5) 環(huán)境科學(xué)技術(shù)（包括地球科學(xué)技術(shù)）(6) 航空航天科學(xué)技術(shù)（包括空間及軍事科學(xué)技術(shù)）(7) 海洋科學(xué)技術(shù)（包括地球科學(xué)技術(shù)）(8) 先進(jìn)制造科學(xué)技術(shù)（包括微機(jī)電系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)）(9) 管理科學(xué)技術(shù)（包括軟科學(xué)技術(shù)）(10)認(rèn)知科學(xué)技術(shù)（包括人腦和智能系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)）21世紀(jì)改變?nèi)祟惖目茖W(xué)技術(shù)科學(xué) 技術(shù)物質(zhì)科學(xué) 信息技術(shù)生命科學(xué) 生物技術(shù)納米技術(shù)能源技術(shù)12個重大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目1.超大規(guī)模集成電路和軟件2.信息安全與電子政務(wù)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(nóng)產(chǎn)品深加工8.奶業(yè)發(fā)展9.食品安全10.節(jié)水農(nóng)業(yè)11.水污染治理12.重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)21世紀(jì)的科學(xué)客觀世界（ 1）世界 層 次 典型尺度 尺度范圍 實(shí)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(xué)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(xué)渺觀 1036米 =1034厘米31025厘米以下基本粒子內(nèi)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(jié)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(lǐng)域 的許多物理學(xué)特性尚未研究清楚。近年來的重大基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)展 。 “宇宙黑洞 ”之迷 。、弱作用力、電磁力、和強(qiáng)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(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)（近似為 1/137）也在改變； 。（ RNA的機(jī)理） 。 ,幾百年來科學(xué)界曾重獎懸賞的若干問題（如四色問題、費(fèi)馬定理等）已被證實(shí) 。21世紀(jì)重大科學(xué)難題、暗能量和宇宙黑洞 (原子加工和自組裝 )、細(xì)胞起源與凋亡信息科學(xué)技術(shù)信息科技的重大意義 ：從機(jī)械化、自動化發(fā)展到數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化、個性化、參與式、交互式，一部分工廠將實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電腦控制、全自動化和無人現(xiàn)場操作的生產(chǎn)。 ：網(wǎng)絡(luò)化與參與式將減少級的管理層次，生產(chǎn)單元將成為有自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)功能的生產(chǎn)自治體 (智能體 )，增加部門協(xié)同、增加生產(chǎn)廠家和消費(fèi)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(jì)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(xué)習(xí)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(jì)的電腦21世紀(jì)的微電子技術(shù)微電子芯片科技前沿 : ?(35納米 ) 1）市售奔 4芯片 ,用的是 ?技術(shù) , 紫外線波長 ?,深紫外線波長可達(dá) ?,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(chǎn)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(dá)到飽和。 :光刻機(jī) 從美進(jìn)口 1千萬元 /臺， 從荷蘭進(jìn)口只 700萬元 /臺。 我國應(yīng)發(fā)展自己的微電子芯片設(shè)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(wǎng)膜分子 )的芯片，這種生物芯片的速度比半導(dǎo)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(jīng)相連。未來的計(jì)算機(jī) (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(dāng)刻線寬度 小于 30納米 時(shí)，就會發(fā)生 量子效應(yīng) ：電子可以越過導(dǎo)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(yù)計(jì)刻線寬度達(dá)到 5070納米時(shí)，硅電子芯片的集成 電路便達(dá)到頂點(diǎn)，這大概在 2023年 左右達(dá)到。216。 基于集成電路的計(jì)算機(jī)短期內(nèi)還不會退出歷史舞臺。 但一些新的計(jì)算機(jī)正在躍躍欲試地加緊研究，這些計(jì) 算機(jī)是： 1）超導(dǎo)計(jì)算機(jī)； 2）納米計(jì)算機(jī)； 3）光計(jì)算機(jī)； 4） DNA計(jì)算機(jī)； 5）量子計(jì)算機(jī)。未來的計(jì)算機(jī) (2)— 超導(dǎo)計(jì)算機(jī)216。芯片的集成度越高，計(jì)算機(jī)的體積越小，這樣才不致因信號傳輸而降低整機(jī)速度。但這樣一來就使 機(jī)器發(fā)熱嚴(yán)重 。解決問題的出路是研制超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。216。電流在超導(dǎo)體中流過時(shí)，電阻為零，介質(zhì)不發(fā)熱。 1962年，英國物理學(xué)家約瑟夫遜提出了 “超導(dǎo)隧道效應(yīng) ”，即由超導(dǎo)體 — 絕緣體— 超導(dǎo)體組成的器件（ 約瑟夫遜元件 ），當(dāng)對其兩端加電壓時(shí)，電子就會像通過隧道一樣無阻擋地從絕緣介質(zhì)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(dǎo)體計(jì)算機(jī)相比，使用約瑟夫遜器件的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的 耗電量僅為其幾千分之一 ，而執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間卻要 快 100倍。216。1999年 11月，日本超導(dǎo)技術(shù)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(dǎo)集成電路芯片。據(jù)悉，該所定于 2023年生產(chǎn)這種超導(dǎo)芯片， 2023年前后制造出這種超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。未來的計(jì)算機(jī) (3)— 納米計(jì)算機(jī)216。在納米尺度下，由于有量子效應(yīng)，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(shí)所呈現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)平均規(guī)律。如果在納米尺度下，利用有限電子運(yùn)動所表現(xiàn)出來的量子效應(yīng)，可能就能克服上述困難。216?？梢杂貌煌脑韺?shí)現(xiàn)納米級計(jì)算，目前已提出了四種工作機(jī)制： 1）電子式納米計(jì)算技術(shù)； 2）基于生物化學(xué)物質(zhì)與 DNA的納米計(jì)算機(jī)； 3）機(jī)械式納米計(jì)算機(jī)；4）量子波相干計(jì)算。它們有可能發(fā)展成為未來納米計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)。未來的計(jì)算機(jī) (4)— 光計(jì)算機(jī)216。與傳統(tǒng)硅芯片計(jì)算機(jī)不同，光計(jì)算機(jī)用光束代替電子進(jìn)行計(jì)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(jì)算機(jī)的設(shè)想早在 20世紀(jì) 50年代后期就已提出。 1986年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的戴維 米勒研制成功小型光開關(guān)，為同實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室開始用光計(jì)算機(jī)工作。216。光計(jì)算機(jī)有全光學(xué)型和光電混合型。上述貝爾實(shí)驗(yàn)室的光計(jì)算機(jī)就采用了混合型結(jié)構(gòu)。相比之下，全光學(xué)型計(jì)算機(jī)可以達(dá)到更高的運(yùn)算速度。216。研制光計(jì)算機(jī)，需要開發(fā)出可用一條光束控制另一條光束變化的光學(xué) “晶體管 ”?，F(xiàn)有的光學(xué) “晶體管 ”龐大而笨拙，若用它們造成臺式計(jì)算機(jī)將有輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)用化還很困難。未來的計(jì)算機(jī) (5)— DNA計(jì)算機(jī)216。1994年 11月，美國南加州大學(xué)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(nèi)控制酶的作用下，使 DNA堿基對序列發(fā)生反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算。阿德勒曼在《科學(xué)》上公布了 DNA計(jì)算機(jī)的理論，引起了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。216。阿德勒曼的 計(jì)算機(jī)的計(jì)算與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)不同，計(jì)算不再只是簡 單的物理性質(zhì)的加減操作，而又增添了化學(xué)性質(zhì)的切割、復(fù)制、 粘貼、插入和刪除等種種方式。216。 DNA計(jì)算機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其驚人的存儲容量和運(yùn)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(shí)的 DNA計(jì)算，就相當(dāng)于所有電腦問世以來的總運(yùn)算量。更重要的是， 它的能耗非常低，只有電子計(jì)算機(jī)的一百億分之一。216。 與傳統(tǒng)的 “ 看得見、摸得著 ” 計(jì)算機(jī)不同，目前的 DNA計(jì)算機(jī)還是 躺在試管里的液體。預(yù)計(jì)， 10到 20年后， DNA計(jì)算機(jī)才可能進(jìn)入實(shí) 用階段。未來的計(jì)算機(jī) (6)— 量子計(jì)算機(jī)216。量子計(jì)算機(jī)以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，利用 原子的量子特性進(jìn)行信息處理。216。 由于原子具有在同一時(shí)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(shí)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(jīng)作過這樣的比喻：假設(shè) 一只老鼠準(zhǔn)備繞過一只貓，根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)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(shí)從貓的左邊 和右邊繞過。216。 量子計(jì)算機(jī)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(zhì)包圍的巨大磁場；它不能利用硬盤實(shí)現(xiàn)信息的長 期存儲；但高效的運(yùn)算能力使量子計(jì)算機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景我國信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（ 1）(1)“ 九五 ” 期間我國信息產(chǎn)業(yè)年平均增長速度達(dá) 到 %， 2023年中國信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值突破了 1萬億元 , 已成為工業(yè)經(jīng)濟(jì)第一支柱。(2)2023年 8月統(tǒng)計(jì) ,我國家庭擁有電腦 900多萬臺 , 普及率達(dá) %。(3)彩電 2023年生產(chǎn) 3742萬臺（日本僅 1000萬 臺），國內(nèi)需求僅 1000萬臺 /年，還有 2023多 萬臺需外銷。