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  來源：光明網-《光明日報》

  白春禮 滿族，1953年生，遼寧人。現任中國科學院院長，黨組書記，學部主席團執行主席，發展中國家科學院院長，兼任中國科學院大學校長。

  演講人：白春禮 時間：2012年12月30日 地點：中國科學院大學•科學與人文論壇

   黨的十八大強調，科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置，并明確提出了“實施創新驅動發展戰略”。這是黨中央從全面建成小康社會的戰略高度，基于對我國當前和未來加快轉變經濟發展方式的重大戰略需求，基于對世界科技發展新趨勢的深刻認識，而作出的一項重大戰略決策，指明了新時期我國科技的發展方向，賦予我國科技界新的歷史使命。我們作為科技界的一員，更應該主動地來適應發展的新要求。

  美歐學者預言，一種建立在信息技術和清潔能源相結合基礎上的新一輪工業革命即將到來。

  對當前世界科技趨勢的判斷

   科技革命有兩種驅動：一種是社會需求驅動，一種是知識與技術體系內在的驅動。

  到現在為止發生了五次科技革命，其中兩次是科學革命，三次是技術革命。

  在16世紀和17世紀，以伽利略、哥白尼、牛頓等為代表的科學家，在天文學、物理學等領域帶來了世界第一次科技革命。這場前后經歷144年的科技革命是近代科學誕生的標志。

  18世紀中后期，蒸汽機、紡織機的發明及機器作業代替手工勞動帶動了第二次科技革命，這也是世界上第一次產業革命，蒸汽機的廣泛使用推動了英國的工業革命與現代化。

  在19世紀中后期，以電力技術和內燃機的發明為主要標志的第三次科技革命，帶動了鋼鐵、石化、汽車、飛機等行業的快速發展。

  19世紀中后期至20世紀中葉，以進化論、相對論、量子論等為代表的科學突破引發了第四次科技革命，也促進了自然科學理論的根本變革。

  到了20世紀中后葉，以電子計算、信息網絡的出現為標志帶來了第五次科技革命。科技革命現在還在持續地發展。

  科技革命源于社會需求驅動，又極大地促進了社會和經濟的大發展。比如，在18世紀中后期，當時英國工業生產能力相當于全世界的40%—50%，歐洲大陸和美國也在那時先后開始了工業化進程。19世紀中后期發生的第三次工業革命，也是第二次技術革命，德國迅速躍升為世界工業強國。德國在化工方面發展很快，我們現在的一些基本化工、原材料，包括化肥在內的很多技術都源于德國在那個時候的創新。美國在世界工業生產中的份額于1890年上升到世界第一位，日本也在那個時期起建立了工業化基礎。到20世紀中后期的第五次科技革命，美德法英等進入工業化成熟期，日本在這個階段抓住了機遇，實現了經濟的騰飛，1950年—1985年經濟增長高達約120倍。

  科技革命的另一驅動來源于知識與技術體系內在矛盾。20世紀初發生的第四次科學革命的標志性成果包括：量子力學、相對論、宇宙大爆炸學說、DNA雙螺旋結構模型、板塊構造理論、計算機科學等。但20世紀下半葉以來，從科學角度來說，未能出現可以與上述六大成果相提并論的理論突破或重大發現，“科學的沉寂”已達60余年。

  新科技革命孕育重大創新突破

   當今世界科學技術發展呈現出多點、群發突破的態勢，某些領域將會引發群發性、系統性突破，產生一批重大理論和技術創新，涌現一批新興交叉前沿方向和領域，進而引發新一輪科技革命。

  新一輪科技革命和產業革命，涉及科學和技術的深刻變革，為中國科技發展提供了難得機遇，也帶來了前所未有的挑戰。科技工作者身處時代潮流，也肩負著偉大歷史使命，理應將目光投向黎明，理應勇于獲得新一輪科技革命的“第一棵蘑菇”，敢于成為“第一只領頭羊”。作為中國的科技工作者，如何能夠在新一輪科技革命當中搶得先機，不再像前幾次科技革命那樣落后于人，需要我們認真思考。

  新一輪科技革命會在哪些領域發生呢？在哪些領域可能發生重大突破呢？應該在哪些領域進行前瞻性部署呢？這些都是非常重要的問題。坦率地說，對于新科技革命的重大創新突破可能發生在哪些方面，科學預測也不會很準。有些科學家回顧過50年前做的一些科學預期、技術預見，發現很多都不準，但是，大的發展方向是可以預期的。

  中國科學院組織了多名專家、院士，用了大約一年的時間來研究未來可能發生重大突破的領域。今天，我把研究的主要成果和主要觀點跟大家報告一下。我們認為在一些基本科學問題以及能源與資源、信息網絡、先進材料和制造、農業以及人口健康等領域，孕育著新科技革命的重大突破口。

  第一，在宇宙演化、物質結構、意識本質等一些基本科學問題上，孕育著新的科技突破。

  首先，在宇宙演化方面，揭開暗物質、暗能量之謎，將是繼哥白尼的日心說、牛頓的萬有引力定律、愛因斯坦的相對論及量子力學之后，人類認識宇宙的又一重大飛躍，將引發新的物理學革命。暗物質是具有質量，但是不會和光發生任何作用的物質。暗能量是充滿宇宙空間，使宇宙膨脹加速、具有負壓力的能量。

  2012年3月，我國科學家通過國際合作，首次實現了中微子第三種振蕩模式的精確測量。第三種中微子振蕩到底存在不存在？測量的精度能否達到十分肯定的程度？科學界對此抱有很多期待。中科院、國內有關機構及國際合作者在大亞灣中微子實驗中發現的中微子振蕩模式，標志著我國在粒子物理研究的最前沿取得了世界領先的重大成果。上周，它被列為美國《科學》雜志評選出的2012年世界十大科技突破之一，也是以中國科學家為主研究的成果首次被國外評為當年度十大科技突破之一。2012年7月4日，歐洲核子中心向全球宣布，找到一種新亞原子粒子，與之前預言構成質量的“上帝粒子”（希格斯玻色子）特征“一致”，這項成果也被美國《科學》雜志評為2012年世界十大科技突破之一。

  其次，在物質結構方面，隨著科學家已經能夠對單粒子和量子態進行調控，量子世界的探索從“觀測時代”走向“調控時代”，量子計算、量子通信、量子網絡、量子仿真等領域將實現變革性突破，也可以成為解決人類對于能源、環境、信息等需求的重要手段，其意義不亞于量子力學進展導致的20世紀信息革命。

  例如，2012年諾貝爾物理學獎獲獎者在量子物理學方面取得了卓越的成就。法國的塞爾日•阿羅什打造出一個微波腔，借助單個原子在微波腔中會輻射或吸收單個光子的特性，實現了操縱單個光子。美國的大衛•維因蘭德制造出了一個離子阱，先用光來俘獲離子，然后用激光冷卻離子，進而對離子進行測量和控制。兩位物理學家用突破性的實驗方法，使單個粒子動態系統可被測量和操作。

   再次，在意識本質方面，探索智力的本質、了解人類的大腦和認知功能，是當代最具挑戰性的基礎科學問題，一旦突破將極大深化人類對自身和自然的認識，會引起信息與智能科學技術新的革命。

  例如，2011年4月11日，《自然》雜志刊載：英國科學家開發出一種新技術，繪制出小鼠視覺皮層的部分神經連接“布線圖”，使揭開大腦之謎、開發出計算機大腦模型的夢想離現實又近了一步。2011年8月，國外媒體報道：美國國防預研規劃局（DARPA）研制的大腦控制機械手臂問世，它可能以通過大腦植入微小芯片的手段，讓大腦直接將指令傳輸給機械手臂，瞬間完成指定動作。2012年2月17日，英國《每日郵報》報道：DARPA正在進行一項綽號為“阿凡達”的研究項目，研制像電影《阿凡達》所展現的，用人腦遠程控制機器人軍團，實現讓人類士兵用思維控制機器人參戰，使真人遠離戰場。隨著科研成果不斷進步，對意識本質的探索也逐漸深入。

  第二，在能源與資源領域，人類必然從根本上轉變無節制耗用化石能源和自然資源的發展方式，迎來后化石能源時代和資源高效、可循環利用時代。

  可再生能源和安全、可靠、清潔的核能將逐步代替化石能源，成為人類社會可持續發展的基石。通過對未來全球能源結構的分析和預測，歐洲研究報告預計到2050年全球一半的能源需求將通過可再生能源來滿足。

  我國在能源資源研究方面與國際先進水平還有較大差距。我們常說中國“地大物博”，但如果人均分配資源，我們是貧乏的。我國是否“物博”還需要探礦，所以我們進行了深部資源探測分析。世界上一些礦業大國礦床的勘探深度達到2500—4000米，而我國已有礦床的勘探深度大都小于500米。這是因為我國探礦技術手段與這些發達國家相比還有很大的差距。例如，美國使用人工地震和水平鉆探等開采技術，成為唯一大規模商業開采頁巖氣的國家。2010年，美國頁巖氣產量達到1378億立方米，占美國天然氣產量的25%左右，近五年年均增長48%，200多家企業掌握了頁巖氣開采技術，推動了一場“頁巖氣革命”。美國說，不依靠中東石油，依靠頁巖氣可以保證自己能源的供給，甚至可以輸出頁巖氣的開采技術。在這方面，我國還存在一些技術瓶頸，而且不可能從美國直接購買頁巖氣開采技術。這不僅是因為技術昂貴，最主要是美國頁巖氣開采技術需要耗費大量能源和大量水，可能不適合中國實際。

   第三，在網絡信息領域，信息技術和產業正在進入一個轉折期，2020年前后可能出現重大的技術變革。

  目前，寬帶網絡、無線網絡、智能網絡繼續快速發展，超級計算、虛擬現實、網絡制造與網絡增值服務等產業突飛猛進。集成電路正在逐步進入“后摩爾時代”，計算機逐步進入“后PC時代”，“Wintel”平臺正在瓦解，多開放平臺正在形成。互聯網將進入“后IP時代”，云計算興起是信息技術應用模式的一場變革，信息快速發展改變了目前學習、科研、制造、貿易等的形式。2011年，淘寶網和天貓在線購物交易額達6000多億元，這說明大家從淘寶網買東西的比例越來越多，這種網絡商業化的模式也在改變著人們的生活方式。

  但是，是否現有信息網絡就夠用了呢？肯定不是。未來的信息技術將要應對規模、性能、能耗、安全四大技術挑戰。再過十幾年，到2025年會怎么樣呢？估計那時會有百億級用戶、萬億級的終端，而我們現有的技術無法支撐，這就是規模上的挑戰；到了2025年，我們需要ZB（10的21次方）級數據處理，采用現有技術需要100億臺服務器，但是我們現在不可能有那么多臺服務器，這就形成了對性能的挑戰；谷歌數據顯示每次點擊需要耗費0.0003度的電，到2025年，采用現有技術的年用電量將是2009年全國發電量的3倍，這無疑是對能耗的挑戰；現在存在攻擊、信用竊取和監管問題，2025年將顛覆傳統信息網絡的安全邊界，延伸到物理世界和人類世界，不可避免的要面對安全挑戰。人機物三元融合的新應用正逐步將現有ICT技術推到極限，變革勢在必行。

  第四，在先進材料和制造領域，綠色和智能將凸顯。

   材料和制造是人類文明的物質基礎，而且制造業是國民經濟的產業主體。智能制造從分子層面設計、制造和創造新材料，與直接數字化制造結合，將產生爆炸性的經濟影響。未來30-50年，能源、信息、環境、人口健康、重大工程等對材料和制造的需求將持續增長，先進材料和制造的全球化、綠色化、智能化將加速發展，制造過程的清潔、高效、環境友好日益成為世界各國追求的主要目標。

   新一代材料的發現和應用可以改變生產、生活的很多方面。例如，新一代石墨烯是目前最薄、最硬的納米材料，幾乎完全透明，電阻率比銅和銀更低。石墨烯的研究成果在2010年獲得諾貝爾物理學獎。預計2024年前后，石墨烯器件可望替代CMOS器件，應用領域包括納電子器件、光電化學電池、超輕型飛機材料等。基于石墨烯開發出新型儲能設備，可將充電時間縮短到一分鐘；作為導電材料和導熱材料，可用在光伏或光熱產業；各國正在加大研發投入，推動商業化。

  第五，農業領域將在一些基本的問題上取得突破。

   農業將進入生態高效可持續發展時代，不僅要繼續發揮其保障食物安全和國民經濟發展等傳統功能，還將擔負起緩解全球能源危機、提供多樣化需求和優良生態環境等新使命。

   例如，在生物多樣性演化過程及其機理，高效抗逆、生態農業育種科學基礎與方法，營養、土壤、水、光、溫與植物相互作用的機理和控制方法，耕地可持續利用科學基礎，全球變化農業響應和食品結構合理演化等方面取得突破，將能夠保證我們農業生態高效和可持續發展。另外，分子育種成為農業前沿科技和熱點。目前，我國的大豆、玉米等很多種業都是被國外公司控制，國家的育種面臨危險和挑戰。農業分子育種是戰略性新興產業。當前主流的單基因轉基因技術盡管較為成熟，但作物性狀改良范圍和空間有限，未來的發展方向是多基因控制、多目標嵌入的農業分子模塊育種。

   第六，人口健康領域孕育重大突破和產業發展。

   預計本世紀中葉，全球人口將達80億-100億。人類將面臨傳統傳染病新的變異和傳播，新的感染性疾病、心理障礙和精神性疾病、代謝性疾病、老年退行性疾病的挑戰。必須提高人口質量，保證食品、生命和生態安全，通過疾病早期預測診斷與干預、干細胞與再生醫學等研發，攻克影響健康的重大疾病，將預防關口前移，走一條低成本普惠的健康道路。

   目前，重大的疾病治療診治上，首選是常規藥物，但很難徹底治愈；其次是進行手術，一旦器官在手術中被割掉，就要進行器官移植，但是器官來源是有限的。基于干細胞的再生醫學，有望解決人類面臨的神經退行性疾病、糖尿病等重大醫學難題，引發繼藥物、手術之后的新一輪醫學革命，正在孕育重大創新突破。美國FDA已批準干細胞治療和用于心臟病和急性脊髓損傷的臨床研究。干細胞產業也隨著制藥企業和風險投資的大量介入，逐步進入成熟階段，替代器官、干細胞藥物研發等將促進干細胞新興產業快速發展。

   在上述的六個領域中，任何一個領域的突破性原始創新，都會為新的科學體系建立打開空間，引發新的科學革命；任何一個領域的重大技術突破，都有可能引發新的產業革命，為世界經濟增長注入新的活力，引發新的社會變革，加速現代化和可持續發展進程。

   科技創新與產業變革往往相伴相隨，中科院特別是應用型研究所要密切關注新的科技革命與產業革命發展趨勢，緊密結合市場需求，努力促進和引領變革。國外學者和領導人非常關注“新一輪工業革命”。美歐學者預言，一種建立在信息技術和清潔能源相結合基礎上的新一輪工業革命即將到來，將使全球技術要素和市場要素配置方式發生革命性變化，將有可能對以低成本勞動力密集為特征的中國制造業造成沖擊。

  目前，3D打印技術開始應用在設計領域，可在數小時內完成一個磨具的打印，節約了產品到市場的開發時間。中國已經有一些這方面的工作，但還沒有很多的自主知識產權。3D打印技術涉及信息技術、網絡技術和新材料等，正向更廣泛的領域應用拓展，將有可能帶來一些新的技術革命。另外，大數據（BIG DATA）作為一門新交叉學科也是我們面臨的新挑戰。2011年全球創建和復制數據總量達到1.8ZB。2012年3月，美國啟動“大數據研究和發展計劃”，把大數據稱為“未來的新石油”，六大科研機構合力研發核心技術、整合相關應用人才，大力支持協同創新。我國要在應對“新一輪工業革命”、“3D打印技術”、“大數據浪潮”等方面，抓緊研究、統籌布局、積極推進。

  迎接新科技革命的創新戰略

  世界主要國家為迎接新科技革命，紛紛把科技作為國家發展戰略的核心，出臺一系列創新戰略和行動計劃。他們都加大了科技創新投入，在新能源、新材料、信息網絡、生物醫藥、節能環保、低碳技術、綠色經濟等重要領域加強布局，更加重視通過科技創新來優化產業結構，驅動可持續發展和提升國家競爭力，力圖保持科技前沿領先地位，搶占未來發展制高點。

  美國在高水平就業、振興制造業、促進經濟健康發展、發展清潔能源、保持強大繁榮和全球影響力等方面采取一系列戰略行動；日本實施應對資源匱乏、老齡化社會和經濟停滯危機的新增長戰略，致力于發展綠色經濟；歐盟提出智慧增長、包容增長、可持續增長、力圖建立創新型新歐洲，在發布了“地平線2020”后，最近又發布了“Global European2050”，以復興歐洲為目標，提出了中長期研發重點和政策，力圖掌握未來發展主動權；俄羅斯實施促進經濟由資源型向創新型轉變的戰略；印度則提出2020年成為知識型社會與全球科技領導者。

   世界工業化進程使得發達國家生活水平大幅度提升，但是我們也要清醒地看到：200多年的工業化僅使不到10億人實現了現代化，卻已使自然資源和化石能源面臨枯竭的威脅，使自然環境遭受巨大破壞。面向21世紀中葉，中國、印度在內的20億-30億人致力實現現代化，大部分發展中國家在大力發展工業化，按照傳統的發展方式，將給自然資源供給能力和生態環境承載能力帶來更大的挑戰，難以為繼，迫切需要開發新的資源來源，創新發展模式和發展途徑，創新生產方式和生活方式。世界的現代化進程迫切需要一場新的科技革命和產業革命。

   從我國經濟社會發展需求看，我國處在工業化、信息化、城鎮化、農業現代化“四化同步發展”的重要時期，轉變經濟發展方式日趨急迫。我們必須充分意識到，我國目前產業結構不合理，總體上仍處于國際分工的低中端，加快產業結構優化升級，培育和發展戰略性新興產業，保持國內經濟平穩較快增長，必將更多依靠科技創新驅動。同時，經濟發展與自然資源供給能力和生態環境承載能力的矛盾日益凸顯和尖銳，突破能源資源環境瓶頸制約，解決發展不平衡、不協調、不可持續問題，同樣對科技創新提出了更加迫切的要求。

   我國正加快從跟蹤模仿向自主創新為主的轉變，這也是新時期科技發展的重大戰略任務。2006年國務院發布了中長期科技發展規劃綱要，提出到2020年把我國建設成為創新型國家的目標，對未來十多年我國科技發展進行了全面部署。2012年7月全國科技創新大會召開，黨中央提出了“必須把握新的科技革命和產業變革的機遇，堅定立足自主創新，深化科技體制改革，爭取在不太長的時間內確保國家創新能力得到大幅度提升”的新要求。

   近年來，中央和地方政府、企業投入對科技創新的投入大幅度增加，正在改變著長期以來中國科技投入短缺、人才流失、設施落后、需求不足、創新社會氛圍薄弱的局面。全社會研發投入顯著增加，2011年達到8610億元，占GDP的1.83%。國家增加對自然基金、863、973、985和知識創新工程投入；加強對基礎前沿研究和原始創新，重大科技基礎設施建設的支持；組織實施16個重大科技專項、技術創新工程、十大產業振興規劃和戰略性新興產業發展規劃；支持中科院組織實施“創新2020”，啟動戰略性先導科技專項；支持高端創新人才培養引進計劃等。

   國家部署的16個科技重大專項全面實施，取得重要階段性成效。重點領域初顯跨越發展態勢，取得了一批標志性重大成果。科技研發活動的產出快速增長，質量明顯改善。比如，成功實現載人航天、月球探測和空間交會對接；解決高速鐵路、載人深潛等國家重大工程的一系列關鍵核心科技問題；取得了中微子振蕩、鐵基超導、量子通信、iPS細胞全能性證明、生命起源與演化等一批世界領先的科學成果。

  未來幾年，是創新型國家建設的關鍵時期，我國的科技發展也將進入快速發展和攻堅克難的新階段。要實施創新驅動戰略、加快創新型國家建設，必須科學判斷世界科技發展趨勢，準確把握經濟社會發展需求，不斷深化科技體制改革。中科院作為國家科研機構，將立足國家新要求、人民新期待、科技新發展，深入學習貫徹黨的十八大精神，圍繞“創新2020”跨越發展體系總體部署，堅持“創新科技、服務國家、造福人民”發展宗旨，進一步明晰定位、認清責任、強化管理、狠抓落實，推動又好又快出成果出人才出思想，為促進創新驅動發展戰略的實施、建設創新型國家、全面建成小康社會作出新的更大貢獻！