科技前沿與創(chuàng)新學(xué)習(xí)

科技前沿與創(chuàng)新

朱劍英教授

南京航空航天大學(xué)主要內(nèi)容一、科學(xué)技術(shù)的重要意義二、科學(xué)技術(shù)簡(jiǎn)史三、二十世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)四、二十一世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)五、科技創(chuàng)新

科學(xué)技術(shù)的

重要意義愛因斯坦的相對(duì)論

1905年，愛因斯坦在邁克爾遜測(cè)量光速實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了狹義相對(duì)論。對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體，牛頓力學(xué)不能適用。此時(shí)，長(zhǎng)度收縮、時(shí)鐘變慢、慣性質(zhì)量加大；在原子變化時(shí)，更伴隨著巨大的能量爆發(fā)：

E＝mc2E一能量，m一質(zhì)量，C一光速航天科技的偉大成就(1)1957年10月4日，前蘇聯(lián)發(fā)射成功世界上第一個(gè)航天器—“衛(wèi)星一號(hào)”人造衛(wèi)星。航天科技的偉大成就(2)1961年4月12日，前蘇聯(lián)宇航員加加林乘東方一號(hào)飛船升空，歷時(shí)108分鐘，代表人類首次進(jìn)入太空。1969年7月21日，美國(guó)宇航員阿姆斯特朗乘阿波羅1l號(hào)飛船登月，成為人類踏上月球第一人?！吧裎濉睕_宵夢(mèng)圓今朝2003年北京時(shí)間10月15日9時(shí)整,我國(guó)自行研制的“神舟”五號(hào)載人飛船升空,將中國(guó)首位航天員楊利偉順利送上太空。“神五”沖天，帶著中國(guó)人千年企盼，夢(mèng)圓浩瀚太空?！吧裰邸?號(hào)升空的重大意義“神5”升空是我國(guó)綜合國(guó)力強(qiáng)大的標(biāo)志，它將大大提高了我國(guó)的國(guó)際地位；“神5”升空大長(zhǎng)了中國(guó)人的志氣，將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展；“神5”升空展示了我國(guó)學(xué)人的風(fēng)貌，將會(huì)大大促進(jìn)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；“神5”升空增強(qiáng)了我國(guó)的國(guó)防力量，給我們的敵人以巨大的震懾?！吧裰荨蔽逄?hào)的艙段“神舟”5號(hào)由軌道艙(也叫工作艙)、返回艙(又稱座艙)、推進(jìn)艙(或稱服務(wù)艙、設(shè)備艙、儀器艙)和一個(gè)附加段（用于與其他航天器對(duì)接或空間探測(cè)）組成。飛船頂部還有一個(gè)高8米的逃逸救生塔，它裝有10臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，在火箭起飛前900秒到起飛后160秒期間（0~110千米），如發(fā)生故障，它能拽著返回艙和軌道艙與火箭分離，并落到安全地帶，使航天員轉(zhuǎn)危為安?！吧裰荨?號(hào)的六大特點(diǎn)(1)起點(diǎn)高。作為我國(guó)第一代飛船，它的研制越過了單艙式、雙艙式飛船，直接研制三艙2-3人式飛船，前蘇聯(lián)第一代飛船“東方”號(hào)是單人雙艙式、美國(guó)第一代飛船“水星”號(hào)是單人單艙式。軌道艙留軌工作半年。國(guó)外飛船的軌道艙在返回艙返回地面時(shí)就廢棄在軌道上了，而“神州”5號(hào)的軌道艙裝有太陽能電池翼繼續(xù)供電，艙內(nèi)的儀器設(shè)備能像衛(wèi)星一樣自主工作半年。技術(shù)含量高。它的電子技術(shù)和控制技術(shù)都比美俄的第一代飛船先進(jìn)得多?！吧裰荨?號(hào)的六大特點(diǎn)(2)降落傘最大。它是世界上最大的降落傘，足有1200平方米，有引導(dǎo)傘、減速傘、主傘和傘包組成。減速傘將返回艙的速度從200米/秒減至80米/秒左右后與主傘分離；主傘能把返回艙的速度減至6米/秒，一副降落傘有80米長(zhǎng)，鋪在地上有半個(gè)足球場(chǎng)大小，可疊起來卻只有小提包大，重量?jī)H90多千克。飛船空間大?！吧裰荨?號(hào)返回艙的直徑達(dá)2.5米，容積約6立方米，是目前世界上最大的。研制費(fèi)用低。直接成本不足10億人民幣，前4次費(fèi)用各約1億美元?！吧裰荨?號(hào)的有關(guān)數(shù)據(jù)(1)直接成本不足10億人民幣,前4次費(fèi)用各約1億美元。飛船總長(zhǎng)9.2米，總重7790千克。返回艙直徑2.5米，容積約6立方米，是目前世界上空間最大的載人飛船。裝有52臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，能精確調(diào)整飛船飛行姿態(tài)和運(yùn)行軌道。變軌后飛行的圓形軌道距地球343千米?！吧裰荨?號(hào)的有關(guān)數(shù)據(jù)(2)6.90分鐘繞地球一圈，還要經(jīng)受180攝氏度的溫度考驗(yàn)。共繞地球14圈，行程約60萬千米。飛船實(shí)際著陸點(diǎn)與理論著陸點(diǎn)相距4.8千米。發(fā)射飛船的“長(zhǎng)征”二號(hào)F型火箭采用了55項(xiàng)新技術(shù)。為實(shí)時(shí)跟蹤飛船情況，在國(guó)內(nèi)外設(shè)有9個(gè)陸地測(cè)控站、三大洋上有4艘測(cè)控船?？臻g科學(xué)技術(shù)的偉大成就(1)1957年10月4日，前蘇聯(lián)發(fā)射成功世界上第一個(gè)航天器—“衛(wèi)星一號(hào)”人造衛(wèi)星。1961年4月12日，前蘇聯(lián)宇航員加加林乘東方一號(hào)飛船升空，歷時(shí)108分鐘，代表人類首次進(jìn)入太空。1963年6月16日，前蘇聯(lián)尼.捷列什科娃乘東方6號(hào)飛船上天，歷時(shí)2天又22小時(shí)50分，成為世界上第一位女宇航員。1967年4月24日，前蘇聯(lián)宇航員科馬洛夫乘聯(lián)盟一號(hào)飛船返回地面時(shí)，因降落傘未打開，成為第一個(gè)為航天殉難的宇航員。1969年7月21日，美國(guó)宇航員阿姆斯特朗乘阿波羅1l號(hào)飛船登月，成為人類踏上月球第一人。空間科學(xué)技術(shù)的偉大成就(2)1971年4月9日，前蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一艘長(zhǎng)期停留在太空的禮炮一號(hào)空間站。1981年4月21日，美國(guó)成功發(fā)射并返回世界上首架航天飛機(jī)哥倫比亞號(hào)。1984年7月25日，前蘇聯(lián)薩維茨卡婭離開禮炮7號(hào)空間站，成為第一位在太空行走的女宇航員。1986年1月28日，挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)起飛時(shí)發(fā)生爆炸，7名宇航員全部遇難。1996年11月19日起飛、12月7日降落的哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)，歷時(shí)17天15小時(shí)53分鐘，完成了最長(zhǎng)的一次太空飛行。2003年2月1日，美國(guó)哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)發(fā)生空難，機(jī)上7人全部喪生?？臻g科學(xué)技術(shù)的偉大成就(3)從1957年發(fā)射人造衛(wèi)星以來，全世界共進(jìn)行了約4000次成功的發(fā)射，將約5200個(gè)不同種類的航天器送入太空軌道，進(jìn)入太空的航天員超過400名（其中12名航天員登上月球）、800多人次。

2003年10月15日北京時(shí)間9時(shí)整我國(guó)發(fā)射了自行研制的“神舟”五號(hào)載人飛船，9時(shí)9分50秒,進(jìn)入預(yù)定軌道,將中國(guó)首位航天員楊利偉順利送上太空。萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)(1)1.“飛行者─1號(hào)”的發(fā)明者是美國(guó)的威爾伯．萊特(上圖左)和奧維爾．萊特(上圖右)兄弟。威爾伯．萊特生于1867年4月16日，他的弟弟奧維爾．萊特生于1871年8月19日。2.他們的父親是基督教兄弟聯(lián)合會(huì)的一位主教，一天父親送給他們一支竹蜻蜓，激起他們的好奇，由此走上發(fā)明飛機(jī)之路。3.在萊特兄弟之前，許多人探索制造過飛機(jī)（包括貝爾和愛迪生），但都失敗。萊特的成功得益于他們的觀察、思考和實(shí)踐（他們開設(shè)了自行車修理鋪）。萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)(2)萊特的飛機(jī)萊特首飛1903年12月14日至17日，“飛行者”l號(hào)進(jìn)行第4次試飛，地點(diǎn)在美國(guó)北卡羅萊納州基蒂霍克的一片沙丘上。第一次試飛由奧維爾．萊特駕駛，共飛行了36米，留空12秒。第四次由威爾伯．萊特駕駛，共飛行了260米，留空59秒。1906年，他們的飛機(jī)在美國(guó)獲得專利發(fā)明權(quán)。美國(guó)波音客機(jī)B747空中客車A380

協(xié)和號(hào)客機(jī)

協(xié)和號(hào)超音速客機(jī)：該機(jī)是目前世界上唯一在航線上運(yùn)營(yíng)的超音速商用運(yùn)輸機(jī)。與它同時(shí)代的圖－144早已退出了競(jìng)爭(zhēng)。1969年初試飛，1975年投入使用。飛行速度：M2.04,標(biāo)準(zhǔn)客座為100，最大客座為140，最大載重航程5000公里，起落噪音太大，于1979年停產(chǎn)，總共生產(chǎn)了20架。該機(jī)于2000年7月25日巴黎當(dāng)?shù)貢r(shí)間下午4點(diǎn)45分在巴黎東北郊戴高樂機(jī)場(chǎng)起飛后不久即墜毀，機(jī)上109人,地面5人罹難（見下右圖）。2003年6月1日退出航運(yùn)。

F16輕型戰(zhàn)斗機(jī)

F-16是美國(guó)研制的輕型戰(zhàn)斗機(jī)，主要型號(hào)有A、B、C、D、E等，可攜帶AIM-9L“響尾蛇”空對(duì)空導(dǎo)彈2-6枚，其中E型為戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，可攜帶4-8枚先進(jìn)中距空對(duì)空導(dǎo)彈或6枚“幼畜”空對(duì)地導(dǎo)彈或炸彈。最大速度2340公里/小時(shí)。臺(tái)灣于2001年購(gòu)入了約60架。該機(jī)價(jià)格相對(duì)較低，性能優(yōu)良，不少國(guó)家都裝備了該機(jī)。B-2隱形轟炸機(jī)隨著隱身戰(zhàn)斗機(jī)的投產(chǎn)，美國(guó)國(guó)防部和國(guó)會(huì)要人也開始接受了“隱身轟炸機(jī)”這一概念，并于1979正式批準(zhǔn)了空軍提出的研制這種飛機(jī)的申請(qǐng)報(bào)告。次年，美國(guó)空軍就研制“先進(jìn)戰(zhàn)略突防飛機(jī)(ASPA)”進(jìn)行了公開招標(biāo)，諾斯羅普公司提出的方案得到了首肯。隨后，美國(guó)空軍把該機(jī)的研制項(xiàng)目正式定名為“先進(jìn)技術(shù)轟炸機(jī)(ATB)"，—這就是B—2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)的最初名稱。F117隱型戰(zhàn)斗轟炸機(jī)美國(guó)Ｆ－１１７Ａ戰(zhàn)斗機(jī)是世界上第一種服役的隱身戰(zhàn)斗機(jī)，主要用于攻擊地面目標(biāo)。１９８３年開始裝備部隊(duì)，１９８９年美國(guó)入侵巴拿馬時(shí)首次使用。在１９９１年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，有４０余架Ｆ－１１７Ａ參戰(zhàn)，表現(xiàn)出色。沒有損失。在科索沃空襲中，被南聯(lián)盟軍隊(duì)擊落至少1架。最大使用速度馬赫數(shù)0.９，機(jī)內(nèi)武器艙可掛裝２枚９０５千克的激光制導(dǎo)炸彈或其它武器。F22隱型戰(zhàn)斗機(jī)米格-291977年開始生產(chǎn)，1994年500余架分布20余國(guó)家。兩臺(tái)伊索托夫RD-33發(fā)動(dòng)機(jī)，大修700小時(shí)總壽命1400小時(shí)。雙垂尾，最小轉(zhuǎn)彎半徑450M（400公里時(shí)速）。空重11000公斤，最大起飛重量18.5噸。轉(zhuǎn)場(chǎng)航程2100公里（1500升副油箱）最大2900公里（再加兩個(gè)800升油箱）。標(biāo)準(zhǔn)武器：6枚P-60M短距導(dǎo)彈或P-73中程導(dǎo)彈，以及4枚P-27P或P-27T中程導(dǎo)彈，改進(jìn)型可掛6枚P-77主動(dòng)制導(dǎo)PBB-AE先進(jìn)導(dǎo)彈。米格-31前蘇聯(lián)米高揚(yáng).格列維奇設(shè)計(jì)局1976年研制的重型戰(zhàn)斗機(jī)，是米格-25的改進(jìn)型。主要用于截?fù)舻涂盏臄硻C(jī)和巡航導(dǎo)彈。最大時(shí)速2550千米，實(shí)用升限21000米，作戰(zhàn)半徑1500千米，最大起飛重量44000千克。主要武器：8個(gè)武器掛架可掛8枚空對(duì)空導(dǎo)彈或枚空對(duì)地導(dǎo)彈或炸彈。還裝有多普勒雷達(dá)，搜索距離為200千米，跟蹤距離185千米，可同時(shí)截?fù)?個(gè)目標(biāo)。蘇-27動(dòng)力裝置：2臺(tái)AL-31F，單臺(tái)推力:7600公斤機(jī)載武器：30毫米機(jī)炮，10個(gè)外掛點(diǎn)，蘇27已由沈飛開始組裝生產(chǎn)，命名為殲11。主要技術(shù)數(shù)據(jù)：機(jī)長(zhǎng)：21.935米,翼展：14.7米,機(jī)高：5.932米,機(jī)翼面積：46.5平方米,最大起飛重量：30000千克,最大使用速度：2.35M升限：18000米,作戰(zhàn)半徑：1500公里。蘇-37蘇-37是俄羅斯蘇霍伊實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)局開放型聯(lián)合股份公司研制的多用途全天候超機(jī)動(dòng)性戰(zhàn)斗機(jī)，蘇-37是在蘇-27基礎(chǔ)上為俄羅斯空軍研制一系列第四代戰(zhàn)斗機(jī)和第五代多功能戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃實(shí)施過程中的重要一步。該機(jī)采用了集成式遠(yuǎn)程電子控制系統(tǒng)以及現(xiàn)代化的數(shù)字式武器控制系統(tǒng)蘇37軍用機(jī)

關(guān)于航空航天科技的

重要戰(zhàn)略思想變化現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的特點(diǎn)是：1）“非接觸”2）“精確打擊”3）“無人化”4）“空軍首當(dāng)其沖”5）“可能是空軍決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)”；航空武器裝備的發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)從“以防為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椋骸肮シ兰鎮(zhèn)洹?；空?zhàn)要“先敵發(fā)現(xiàn)”、“先敵發(fā)射”、“精確打擊”、“先發(fā)制人”；現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是高科技戰(zhàn)爭(zhēng)，信息技術(shù)尤其重要，現(xiàn)代飛機(jī)是“e-飛機(jī)”；飛機(jī)總設(shè)計(jì)師的主專業(yè)正從氣動(dòng)、強(qiáng)度轉(zhuǎn)向控制、電子、信息。

諾基亞的神話

1.芬蘭的諾基亞公司原是生產(chǎn)橡膠鞋的工廠，后來引進(jìn)信息技術(shù)，轉(zhuǎn)變到生產(chǎn)手機(jī)的公司。2000年銷售的手機(jī)占領(lǐng)全球市場(chǎng)的37%。2.諾基亞現(xiàn)在全球有雇員54000名，其中22000人在芬蘭，另有20000人在芬蘭依附諾基亞而工作。3.2000年3月諾基亞的市值達(dá)3000億美元，超過歐洲的任何公司。2001年全球銷售額250億美元，大致相當(dāng)芬蘭政府整個(gè)年財(cái)政預(yù)算。4.諾基亞成為芬蘭經(jīng)濟(jì)的火車頭，它占了芬蘭股市值的2/3，和該國(guó)總出口的1/5，把500萬芬蘭人與世界上各地?zé)o形網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的總計(jì)10億人連起來。全球首富比爾?蓋茨1)比爾?蓋茨1973年（19歲）離開哈佛大學(xué)從商,1975年以5000美元資本創(chuàng)辦微軟，抓住信息技術(shù)的關(guān)鍵—操作系統(tǒng)來發(fā)展企業(yè),到1987年成為億萬富翁，1994年成為世界首富，現(xiàn)已連續(xù)九年居首位。2《福布斯環(huán)球商業(yè)與金融》雜志（2003）報(bào)道，蓋茨的個(gè)人財(cái)產(chǎn)為410億美元，比前一年減少了100多億美元。但比第二名沃倫.巴菲特還是領(lǐng)先很多（沃倫.巴菲特的個(gè)人凈資產(chǎn)為305億美元,2002年為350億美元）。鄧小平同志的指示1989年，鄧小平同志講：“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力；科學(xué)是了不起的事情，要重視科學(xué)，最終可能是科學(xué)解決問題”?？茖W(xué)技術(shù)簡(jiǎn)史從宇宙史到科技史

宇宙史：150~200億年地球史：47億年人類史：240多萬年人類文明史：至多6000年人類科技巨大變革時(shí)間：300多年人類認(rèn)識(shí)科技作用時(shí)間：最近50多年科技時(shí)代

1．石器時(shí)代：公元前240萬年~公元前4000年2．金屬時(shí)代：公元前4000年~公元1000年3．水與風(fēng)時(shí)代：公元1000年~公元1732年4．蒸汽時(shí)代：公元1733年~公元1878年5．電氣時(shí)代：公元1879年~公元1946年6．電子時(shí)代：公元1947年~公元1972年

7.信息時(shí)代：公元1973年~下世紀(jì)十九世紀(jì)以前的

科學(xué)技術(shù)牛頓的科學(xué)成就1.微積分奠定了近代數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)1666年《論流數(shù)》一文手稿被發(fā)現(xiàn)，這是最早的關(guān)于微積分的論述。2.光譜分析奠定了近代光學(xué)的基礎(chǔ)1666年牛頓用三棱鏡做分光實(shí)驗(yàn)，1704年出版《光學(xué)》一書。3.力學(xué)三定律奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)1682年發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》闡明了運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律。4.萬有引力定律奠定了近代天文學(xué)的基礎(chǔ)。瓦特的發(fā)明開始了

第一次工業(yè)革命世界上第一臺(tái)完整的蒸汽機(jī)于1776年由瓦特發(fā)明。2.1781年瓦特發(fā)明“太陽一行星機(jī)構(gòu)”，使往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。3.1788年發(fā)明離心式調(diào)速器，以保證轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。4.1794年發(fā)明蒸汽壓力指示器，以防鍋爐爆炸。十九世紀(jì)的科技成就(1)

一、三大科學(xué)理論1．能量守恒與轉(zhuǎn)化英國(guó)的焦?fàn)?J．P．Joule)于1843年測(cè)定了熱功當(dāng)量為460千克厘米。2．細(xì)胞學(xué)說德國(guó)施萊登(M．J．Schleiden)與施旺(T．Schwann)

分別于1838、1839年提出植物和動(dòng)物均由細(xì)胞組成。3．生物進(jìn)化論英國(guó)達(dá)爾文(CR．Darwin)1859年11月24日出版《物種起源》,提出了“自然選擇，優(yōu)勝劣汰”的進(jìn)化論。十九世紀(jì)的科技成就(2)

二、重要技術(shù)發(fā)明1.蒸汽機(jī)車：1814年7月25日由英國(guó)司蒂芬森(G．Stepherson)發(fā)明2.電磁相互作用原理：1821年由法拉第(M.Faraday)發(fā)現(xiàn)3.發(fā)電機(jī)：1866年由西門子(E．W．Siemens)發(fā)明4.電話：1876年由貝爾發(fā)明5.電燈：1879年由愛迪生發(fā)明6.無線電通信:1895年分別由意大利馬可尼和俄羅斯波波夫發(fā)明7.汽車：1885年由德國(guó)本茨發(fā)明8.飛機(jī)：1903年由美國(guó)萊特兄弟發(fā)明

二十世紀(jì)的

科學(xué)技術(shù)二十世紀(jì)偉大的科技成就一、四大基礎(chǔ)理論

1）量子力學(xué)；2）相對(duì)論；3）基因理論；4）系統(tǒng)理論。二、五大基本模型1）宇宙演化的大爆炸模型；2）物質(zhì)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模型；3）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型；4）圖靈計(jì)算機(jī)模型；5）地殼結(jié)構(gòu)的板塊模型。三、三大基本技術(shù)1）物質(zhì)變化技術(shù)；2）能量轉(zhuǎn)化技術(shù)；3）信息控制技術(shù)。二十世紀(jì)的四大基礎(chǔ)理論（1）

1．量子力學(xué)1）1900年，普朗克依據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)中能量交換不連續(xù)：△E=nh

n—1，2，…，h—普朗克常數(shù)，—電磁波頻率

而提出量子假說。2）愛因斯坦解釋光電效應(yīng)時(shí)，指出了光的波粒二重性。3）后經(jīng)過20多年的努力，玻爾、德布羅意、薛定諤等人于1925—1926年間建立了較完整的量子力學(xué)。解決了波粒二重性問題：粒子的能量與波動(dòng)的頻率成正比，動(dòng)量與波長(zhǎng)成反比。

二十世紀(jì)的四大基礎(chǔ)理論（2）

2．相對(duì)論1)狹義相對(duì)論：1905年，愛因斯坦在邁克爾遜測(cè)量光速實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了狹義相對(duì)論。在兩個(gè)假設(shè)：（1）一切物理定理在所有慣性系統(tǒng)中保持不變（2）光速在真空中不變的前提下，給出運(yùn)動(dòng)物體長(zhǎng)度收縮、時(shí)鐘變慢、慣性質(zhì)量加大（質(zhì)速關(guān)系）以及質(zhì)量同能量的關(guān)系（質(zhì)能關(guān)系）四個(gè)不可思議的結(jié)果。前三個(gè)以洛倫茲變換：（1-V2/C2）1/2為基礎(chǔ)。而質(zhì)能關(guān)系式：

E=mc2E一能量，m一質(zhì)量，C一光速更預(yù)示了原子能的巨大蘊(yùn)藏。2)廣義相對(duì)論：1915年又提出廣義相對(duì)論，在廣義相對(duì)性原理和等效原理的基礎(chǔ)上，建立了時(shí)空彎曲和引力場(chǎng)理論，揭示了時(shí)間、空間、物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律。二十世紀(jì)的四大基礎(chǔ)理論（3）

3．DNA(脫氧核糖核酸)雙螺旋結(jié)構(gòu)1)1953年沃森(美)和克里克發(fā)現(xiàn)生物大分子是由DNA組成，其結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，遺傳密碼存在DNA中(稱為基因)。2)1973年美國(guó)的科恩和博耶演示了世界上第一例DNA分子重組，打開了理解生命奧秘的大門。3)1973年成為人類進(jìn)入信息時(shí)代的標(biāo)志。二十世紀(jì)的四大基礎(chǔ)理論（4）

4.系統(tǒng)科學(xué)（又稱橫斷科學(xué)）1）研究范疇：構(gòu)成世界的三大要素：物質(zhì)、能量、信息；運(yùn)動(dòng)和變化的要素：形式、結(jié)構(gòu)、關(guān)系；三大規(guī)律：物質(zhì)變化、能量轉(zhuǎn)化、信息控制；2）分類：

信息論：是研究信息的基本性質(zhì)、度量方法以及信息的表達(dá)、獲取、傳輸、存儲(chǔ)、處理和交換的一般規(guī)律的科學(xué)。目前，信息論正與智能科學(xué)相結(jié)合，將逐步形成與系統(tǒng)科學(xué)并列的信息科學(xué)。

控制論：是對(duì)自然、機(jī)器、人類、社會(huì)以及其交融的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊與控制，達(dá)到優(yōu)化目的的科學(xué)。

系統(tǒng)論：是關(guān)于一般系統(tǒng)的本質(zhì)、特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論，還包括一些自相似、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自回復(fù)的系統(tǒng)理論，如耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論等。目前,控制論與系統(tǒng)論已統(tǒng)一。3）系統(tǒng)論方面取得的成就：（1）經(jīng)典控制論；（2）現(xiàn)代控制論；（3）智能系統(tǒng)論（大系統(tǒng)理論）。二十世紀(jì)的五大基本模型（1）

1.宇宙演化的大爆炸模型1）20世紀(jì)20年代，弗里德曼在廣義相對(duì)論的框架下，論證了宇宙脹縮，哈勃發(fā)現(xiàn)了星系紅移。2）宇宙大爆炸模型：200億年前的宇宙是基本粒子組成的“宇宙湯”→大爆炸時(shí)的溫度達(dá)100億度以上→四種基本力：引力、強(qiáng)力、弱力、電磁力逐一分化出來→物質(zhì)形態(tài)依此演化為原子、氣態(tài)、恒星體系、現(xiàn)在的宇宙。3）四項(xiàng)觀測(cè)事實(shí)證明了大爆炸理論：（1）觀測(cè)表明：任何天體的年齡都小于200億年；（2）河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移，表明宇宙膨脹；（3）所有天體的氦與氫的比例大致相同：1:4；（4）1965年探測(cè)熱輻射譜的微波背景輻射時(shí)，得到宇宙的溫度約為3K。二十世紀(jì)的五大基本模型（2）

2.粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型1）20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種微粒子,它們由兩類十二種基本粒子構(gòu)成它們是夸克(上、下、奇異、粲、底、頂)和輕子（電子、子、子、電子中微子、子中微子、子中微子）。2）所有粒子的運(yùn)動(dòng)遵循四種基本力：引力、電磁力、強(qiáng)力、弱力的相互作用。引力和電磁力在宏觀世界可觀察到，強(qiáng)力和弱力只有在微觀世界的粒子作用中才顯露。弱力在中子及其它粒子衰變過程中出現(xiàn)，強(qiáng)力是夸克相互間的作用力，其強(qiáng)度最大，這種力使夸克組合成強(qiáng)子（現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的數(shù)百種粒子大多是強(qiáng)子）。輕子只參與引力、電磁力、和弱力作用，而不參與強(qiáng)力相互作用。若以強(qiáng)力的強(qiáng)度為1，則電磁力為10-2，弱力為10-13，引力為10-38。3）從四種力的作用來看，基本粒子為三種：夸克、輕子、傳播子（傳遞力的粒子）。傳遞強(qiáng)力的是膠子（共有8種，質(zhì)量為0），傳遞弱力的是W+、W-、Z0中間玻色子（質(zhì)量是質(zhì)子的80-90倍），傳遞電磁力的是光子（質(zhì)量為0），傳遞引力的傳播子至今尚未發(fā)現(xiàn)。二十世紀(jì)的五大基本模型（3）

3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型A（腺嘌呤）—T（胸嘧啶）、G（鳥嘌呤）—C（胞嘧啶）是含氮堿基對(duì)，它們分別以2、3個(gè)氫鍵相連，千萬條堿基對(duì)組成遺傳密碼。二十世紀(jì)的五大基本模型（4）

4.圖靈的計(jì)算機(jī)模型1936年，圖靈在其著名的論文《論可計(jì)算數(shù)在判定問題中的應(yīng)用（OnComputernumberswithanApplicationtotheEntscheidungs-problem）》中，以布爾代數(shù)為基礎(chǔ)，將邏輯中的任意命題用一種通用的機(jī)器來表示和完成，并能推導(dǎo)出結(jié)論。這種機(jī)器，后人稱之為“圖靈機(jī)”。圖靈機(jī)由一個(gè)控制器和一個(gè)兩端無限長(zhǎng)的工作帶組成。工作帶由大小相同的方格組成，方格內(nèi)記載著字母表上的符號(hào)?？刂破鲙в凶x寫頭，它可讀出或改寫方格上的符號(hào)。這種機(jī)器能進(jìn)行多種運(yùn)算并可用于證明一些著名的定理。圖靈還從理論上證明了這種假想機(jī)的可能性。圖靈機(jī)的思想奠定了整個(gè)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。二十世紀(jì)的五大基本模型（5）

5.地殼結(jié)構(gòu)的板塊模型1）大陸漂移說：創(chuàng)始人是魏格納，他在《海陸的起源》一書中論述了南美和非洲大陸可能拼合在一起的思想、大西洋兩岸的許多生物有親緣關(guān)系，在巖石、地層和皺褶構(gòu)造等上也相當(dāng)吻合。1950年代，古地磁學(xué)的研究結(jié)果進(jìn)一步為大陸漂移說提供了有力證據(jù)。2）海底擴(kuò)張說：地球上部是巖石圈和軟流圈，其下為高溫地幔的環(huán)形對(duì)流體，它驅(qū)使地幔的熾熱物質(zhì)從洋脊的裂谷中涌出，冷卻后形成新的海底，并推原來的海底向兩側(cè)擴(kuò)張，是海底同大陸一起在地幔對(duì)流體上漂移。3）板塊構(gòu)造說：在大陸漂移說和海底擴(kuò)張說的基礎(chǔ)上，巖石板塊構(gòu)造說成為新的全球構(gòu)造理論。全球分為七大板塊：太平洋、亞歐、印澳、非洲、北美、南美和南極板塊。板塊漂浮在軟流圈上，在洋中脊處增生，在海溝處消減，其運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源泉來自地幔的熱對(duì)流。二十世紀(jì)的重大技術(shù)成就(1)

1.諾貝爾、倫琴和居理夫人。2.1903年美國(guó)萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)。俄國(guó)齊奧爾科夫斯基提出火箭飛行理論?，F(xiàn)在民用飛機(jī)已可載運(yùn)500多人，可以環(huán)球飛行。正在研制l000人的超音速客機(jī)。軍用飛機(jī)的飛行速度己達(dá)5M(馬赫數(shù))。3.1957年10月4日蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星，1969年7月21日美國(guó)阿波羅1l號(hào)飛船第一次登月，1977年第一次航天飛機(jī)載人飛行。4.1946年莫切里與?？颂匕l(fā)明第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC，計(jì)算機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)五代：電子管—晶體管—集成電路—大規(guī)模集成電路—超(甚)大規(guī)模集成電路，正向智能計(jì)算機(jī)發(fā)展。

二十世紀(jì)的重大技術(shù)成就(2)

5.1945年8月6日在日本廣島，8月9日在長(zhǎng)崎投下原子彈。1952年美國(guó)完成了第一次氫彈爆炸(蘇1953年，中l(wèi)967年試驗(yàn)氫彈)。6.1901年馬可尼(意)實(shí)現(xiàn)第一次無線通訊，1904年弗萊明發(fā)明真空二極管，1948年肖克利發(fā)明晶體管，l968年美國(guó)實(shí)現(xiàn)第一條光纖通訊。現(xiàn)在正向信息高速公路發(fā)展。7.1965年日本制成第一輛磁懸浮列車，時(shí)速400—500公里。1997年實(shí)驗(yàn)時(shí)速達(dá)503公里／小時(shí)，為世界之最。8.1997年英國(guó)成功培育出世界上第一只用體細(xì)胞克隆技術(shù)產(chǎn)生的羊“多莉”，實(shí)現(xiàn)了生命的復(fù)制。20世紀(jì)改變世界的重要機(jī)電產(chǎn)品

人類已進(jìn)入到信息時(shí)代

1946年J.W.Mauchly和J.P.Eckert演示了ENIAC計(jì)算機(jī)，科學(xué)界認(rèn)為人類進(jìn)入到電子時(shí)代科學(xué)界認(rèn)為1973年開始人類已進(jìn)入信息時(shí)代主要標(biāo)志是：1）S.N.Cohen及H.W.Boyer演示了世界上第一例基因工程，用化學(xué)方法完成了DNA（脫氧核糖核酸）基因分子重組，改變了遺傳密碼。從信息論上看，是一個(gè)劃時(shí)代的飛躍。2）AlanKay發(fā)明了第一臺(tái)“辦公室計(jì)算機(jī)”。3）T.B.Martins及R.B.Cox發(fā)明了第一臺(tái)可理解語言指令的計(jì)算機(jī).4）超大規(guī)模集成電路（LSI）：第一次在一個(gè)芯片上做出了1萬個(gè)以上的晶體管（現(xiàn)在已超過900萬個(gè)管子）。5）J.Malland在蘇格蘭阿巴丁大學(xué)發(fā)明了核磁共振掃描（NMRS），用于醫(yī)學(xué)檢查。

二十一世紀(jì)的

科學(xué)技術(shù)21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)(1)

一、中心科學(xué)技術(shù)的轉(zhuǎn)移

1.信息科學(xué)技術(shù)目前是發(fā)展高峰期，預(yù)計(jì)其中心科學(xué)技術(shù)的地位還可持續(xù)四十年。2.生命科學(xué)技術(shù)現(xiàn)在已開始注重其發(fā)展與應(yīng)用，預(yù)計(jì)21世紀(jì)30年代開始將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹行目茖W(xué)技術(shù)。3.認(rèn)知科學(xué)技術(shù)智能化趨勢(shì)現(xiàn)已顯露，預(yù)計(jì)21世紀(jì)70年代開始將成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的中心21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)(2)

二、世界科技中心（地區(qū)或國(guó)家）的轉(zhuǎn)移中國(guó)（公元3世紀(jì)—公元13世紀(jì)）→意大利（1540年—1610年）→英國(guó)（1660年—1730年）→法國(guó)（1770年—1830年）→德國(guó)（1810年—1920年）→美國(guó)（1920年—）→可能轉(zhuǎn)向東方（日本、中國(guó)）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(gè)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(dòng)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3×1014光年以上河外星系尚無宇觀1021米=105光年從3億公里到3×1014光年從太陽系到銀河系廣義相對(duì)論宏觀102米從3×10-6厘米到3億公里從大分子到太陽系牛頓力學(xué)微觀10-17米=10-15厘米從3×10-25厘米到3×10-6厘米從基本粒子到大分子量子力學(xué)渺觀10-36米=10-34厘米3×10-25厘米以下基本粒子內(nèi)部超弦（尚未建成）客觀世界（2）1.物理學(xué)中的三個(gè)常量:1)萬有引力常數(shù):G,2)光速:c,3)普朗克常數(shù):h。這三個(gè)常數(shù)結(jié)合成一個(gè)長(zhǎng)度,即(hG/2πc3)1/2≈10-34厘米,這個(gè)長(zhǎng)度正好就是“超弦”的尺度.2.微觀世界的典型尺度是10-15厘米,“超弦”的尺度比它小19個(gè)數(shù)量級(jí)。5個(gè)層次世界的典型尺度之間的數(shù)量級(jí)差距都是1019。3.納米是10-9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1.關(guān)于宇宙起源和未來的理論;2.接近揭開“宇宙黑洞”之迷;3.把引力、弱作用力、電磁力、和強(qiáng)作用力統(tǒng)一起來的“超弦理論”；4.物理常數(shù)（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；5.破解人類染色體基因密碼;6.生命的起源問題的研究有新進(jìn)展（RNA的機(jī)理）;7.在數(shù)學(xué)領(lǐng)域,幾百年來科學(xué)界曾重獎(jiǎng)懸賞的若干問題（如四色問題、費(fèi)馬定理等）已被證實(shí);8.智能數(shù)學(xué)方法有許多突破。21世紀(jì)重大科學(xué)難題1.渺觀世界的物質(zhì)結(jié)構(gòu)2.高溫超導(dǎo)電性3.宇宙暗物質(zhì)、暗能量和宇宙黑洞4.星系與宇宙的起源5.尋找地外理性生命6.最終解決人類能源問題7.分子工程學(xué)(原子加工和自組裝)8.生命起源、細(xì)胞起源與凋亡9.思維與智能的本質(zhì)10.超級(jí)計(jì)算理論11.智能數(shù)學(xué)理論12.物質(zhì)和精神的關(guān)系問題

信息科學(xué)技術(shù)信息科技的重大意義

1.改變生產(chǎn)過程：從機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展到數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化、個(gè)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(dòng)化和無人現(xiàn)場(chǎng)操作的生產(chǎn)。2.改變生產(chǎn)關(guān)系：網(wǎng)絡(luò)化與參與式將減少級(jí)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。3.影響社會(huì)生活：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(huì)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(huì)沒有絕對(duì)必要，家庭將成為社會(huì)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(huì)活動(dòng)，兒童的家庭教育變得更為重要。4.影響國(guó)防、影響綜合國(guó)力、影響國(guó)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1.芯片線寬極限:0.035(35納米)1）市售奔4芯片,用的是0.35技術(shù),紫外線波長(zhǎng)0.248,深紫外線波長(zhǎng)可達(dá)0.178,因此可做到0.25-0.18的芯片。2）目前上海中芯公司(與臺(tái)灣合作)即為0.25水平。.3）英特爾公司1971年生產(chǎn)的第一個(gè)芯片只有2300個(gè)晶體管，2000年底推出的奔騰4芯片則集成了4200萬個(gè)晶體管。4）IBM公司稱2001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。2.莫爾規(guī)律:還可繼續(xù)10-15年,到2014-2017年達(dá)到飽和。3.制造設(shè)備:光刻機(jī)從美進(jìn)口1千萬元/臺(tái)，從荷蘭進(jìn)口只700萬元/臺(tái)。

我國(guó)應(yīng)發(fā)展自己的微電子芯片設(shè)備制造業(yè)。4.生物芯片: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(cè)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)

按照摩爾定律，每過18個(gè)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(huì)發(fā)生量子效應(yīng)：電子可以越過導(dǎo)線和絕緣層，從一個(gè)地方跳到另一個(gè)地方，甚至發(fā)生短路。預(yù)計(jì)刻線寬度達(dá)到50-70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2014年左右達(dá)到。基于集成電路的計(jì)算機(jī)短期內(nèi)還不會(huì)退出歷史舞臺(tái)。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)

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(hào)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)。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(guó)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(duì)其兩端加電壓時(shí)，電子就會(huì)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?jī)H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。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(gè)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2003年生產(chǎn)這種超導(dǎo)芯片，2010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)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(dòng)所表現(xiàn)出來的量子效應(yīng)，可能就能克服上述困難?？梢杂貌煌脑韺?shí)現(xiàn)納米級(jí)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)

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(chǔ)：它以不同波長(zhǎng)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(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。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。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。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?cè)斐膳_(tái)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)

1994年11月，美國(guó)南加州大學(xué)的阿德勒曼博士用DNA堿基對(duì)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(duì)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(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。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(jiǎn)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。

DNA計(jì)算機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其驚人的存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度：1立方厘米的DNA存儲(chǔ)的信息比一萬億張光盤存儲(chǔ)的還多；十幾個(gè)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。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)

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。由于原子具有在同一時(shí)間處于兩個(gè)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(chǔ)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(duì)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。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(gè)被其它物質(zhì)包圍的巨大磁場(chǎng)；它不能利用硬盤實(shí)現(xiàn)信息的長(zhǎng)期存儲(chǔ)；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(guó)信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（1）(1)“九五”期間我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)年平均增長(zhǎng)速度達(dá)到31.4%，2000年中國(guó)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)2002年8月統(tǒng)計(jì),我國(guó)家庭擁有電腦900多萬臺(tái),普及率達(dá)18.3%。(3)彩電2000年生產(chǎn)3742萬臺(tái)（日本僅1000萬臺(tái)），國(guó)內(nèi)需求僅1000萬臺(tái)/年，還有2000多萬臺(tái)需外銷。(4)2002年7月固定、移動(dòng)電話總數(shù)達(dá)3.8億戶，其中固定電話2.01億戶,移動(dòng)電話1.8億戶,已大大超過美國(guó),居世界第一位。我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（2）（5）2000年上網(wǎng)戶數(shù)為2250萬戶，2001年為4000萬戶，預(yù)計(jì)2005年將達(dá)到2億戶，上網(wǎng)普及率達(dá)15%左右；（6）九五期間，網(wǎng)絡(luò)帶寬從幾百千比特增長(zhǎng)到200多兆，翻了數(shù)千倍；（7）十五期間，中國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持20%的高速增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模比2000年翻一番，固定、移動(dòng)電話網(wǎng)規(guī)模容量將躍居世界第一位，電話用戶總數(shù)達(dá)到5億戶，全國(guó)電話普及率達(dá)到40%。到2010年，信息產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模再翻一番。也就是說，未來十年，信息產(chǎn)業(yè)將翻兩番。在信息化過程中

值得注意的若干問題（1）信息化帶動(dòng)工業(yè)化，但不能代替工業(yè)化；信息化與工業(yè)化要均衡發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)脫節(jié)會(huì)形成信息泡沫；信息技術(shù)只是工具，它本身不是產(chǎn)品；只有制造業(yè)才能把信息技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力；發(fā)達(dá)國(guó)家，信息產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值占GDP的40%-60%,目前我國(guó)信息化的水平不到發(fā)達(dá)國(guó)家的10%，離現(xiàn)代化的要求還很遠(yuǎn)。在信息化過程中

值得注意的若干問題（2）

我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)—微電子芯片技術(shù)和操作系統(tǒng)技術(shù)依賴進(jìn)口，巨額利潤(rùn)被外國(guó)公司搶走了。目前，我國(guó)計(jì)算機(jī)公司的利潤(rùn)只有2%—3%，而國(guó)外做系統(tǒng)芯片的公司的利潤(rùn)一般為25%—35%。網(wǎng)絡(luò)安全問題是一個(gè)亟待解決的問題，主要是“一黃一黑”兩個(gè)問題。據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部的調(diào)查，目前上網(wǎng)的人群中，30%看休閑信息，22%看黃色信息。黑的問題主要是要有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)，能防止黑客侵襲。軟件要大力發(fā)展，印度的軟件出口額是我國(guó)的30倍。

生物科學(xué)技術(shù)21世紀(jì)的生物技術(shù)(1)

1.2l世紀(jì)將是人類掌握生命和智力奧秘，掌握它的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律的世紀(jì)，生物技術(shù)將形成產(chǎn)業(yè)，改變農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、材料、信息、能源等工業(yè)的面貌，人類自身的健康和智力將得到大幅度提高，加快人類自身進(jìn)化的速度。2.轉(zhuǎn)基因的技術(shù)會(huì)生產(chǎn)出特效高產(chǎn)的農(nóng)作物(如抗蟲棉花)特效藥品(如乙肝疫苗)和移植器官(轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物器官移給人體)。轉(zhuǎn)基因的西紅柿可以保存幾周不腐爛，轉(zhuǎn)抗蟲基因的煙草可以不被蟲吃掉。3.用基因療法治療腫瘤、心血管、老年癡呆、過敏等疾病。4.用生物防治代替化學(xué)農(nóng)藥，用轉(zhuǎn)移固氮基因產(chǎn)生的氮肥和經(jīng)微生物處理的有機(jī)肥代替化學(xué)肥。

21世紀(jì)的生物技術(shù)(2)

5.用生物方法生產(chǎn)分子開關(guān)、分子馬達(dá)、分子傳感器等機(jī)器元件，并集成為微型電腦和機(jī)器人。6.生物酶將用作化學(xué)催化劑，生物傳感器將隨時(shí)監(jiān)測(cè)健康狀況和環(huán)境質(zhì)量，生物農(nóng)藥和生物固氮將代替化學(xué)農(nóng)藥和氮肥。7.模仿人體功能的各種智能芯片可以植人人體，以提高記憶、恢復(fù)視力、聽力等。8.具有自組織、自適應(yīng)和自修復(fù)功能的仿生材料和器件將成為商品。9.仿照生物大腦組織制造的生物芯片和生物計(jì)算機(jī)將大大提高機(jī)器進(jìn)行圖形、文字和語音識(shí)別的能力以及判斷的水平。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

細(xì)胞質(zhì)中有線粒體；組成：細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)(蛋白質(zhì))、細(xì)胞核;細(xì)胞核由染色體組成(人體有23對(duì))；染色體：由成對(duì)出現(xiàn)的條狀體(DNA經(jīng)蛋白質(zhì)包裝)組成；DNA：稱脫氧核糖核酸，其基本單元是脫氧核苷酸；基因：是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型A（腺嘌呤）—T（胸嘧啶）、G（鳥嘌呤）—C（胞嘧啶）是含氮堿基對(duì)，它們分別以2、3個(gè)氫鍵相連，千萬條堿基對(duì)組成遺傳密碼。克隆羊“多利”的照片

01年11月25日美國(guó)馬薩諸塞州伍斯特先進(jìn)細(xì)胞技術(shù)公司宣布，首次利用克隆技術(shù)培育出人類早期胚胎。

干細(xì)胞研究與臨床應(yīng)用1.干細(xì)胞的“干”,是“樹干”和“根源”的意思。干細(xì)胞是指尚未發(fā)育成熟的細(xì)胞，它具有再生為各種組織器官的潛能，醫(yī)學(xué)界稱為“萬用細(xì)胞”。2.科學(xué)家認(rèn)為,絕大多數(shù)疾病,從脊髓損傷、帕金森氏綜合癥、糖尿病，到癌癥和艾滋病，都可望借助干細(xì)胞技術(shù)得到治療。3.干細(xì)胞可分為胚胎干細(xì)胞及成體干細(xì)胞。前者取自胚胎或胎兒組織(胎盤、臍帶)，可“定向分化”為不同的組織細(xì)胞(目前這種定向分化的條件和干細(xì)胞發(fā)育的調(diào)控機(jī)制尚不清楚),后者取自成體組織（如骨髓中的造血干細(xì)胞）,它只能分化成該組織的各種細(xì)胞。4.干細(xì)胞技術(shù)的理想目標(biāo)就是進(jìn)行體外“器官克隆”以供病人移植。人腦

●人腦有大腦、小腦、橋腦、髓質(zhì)四部分，有1000億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元與2萬個(gè)其他神經(jīng)元聯(lián)系，總計(jì)有2000萬億個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。●左大腦分為理解語言和形成句子(說話)兩個(gè)區(qū)域，兩區(qū)域互有聯(lián)系。破壞任一部分或其間聯(lián)系，就發(fā)生問題?！裼掖竽X能進(jìn)行圖像識(shí)別和藝術(shù)思維。是大腦主管創(chuàng)新思維的部分。●左(右)腦分別聯(lián)系人體的右(左)部分。鍛煉人的左(右)手(腳)能提高人腦右(左)部分的功能?！耠娔X能模擬邏輯思維，很難理解圖形和藝術(shù)?！袢四X的思維、想像、情感的奧秘遠(yuǎn)未揭開?！袢四X的研究將形成智能(認(rèn)知)科學(xué)，它是帶動(dòng)下世紀(jì)一切基礎(chǔ)科學(xué)研究的科學(xué)。納米技術(shù)什么是納米科技？納米是10－9m，是1毫米的百萬分之一（原子的直徑在0.1-0.3個(gè)納米之間）；納米科技是指在納米尺度（1nm到100n）上研究物質(zhì)（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學(xué)科交叉的科學(xué)和技術(shù)。納米科技的最終目標(biāo)是直接以原子、分子及物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出來的新穎的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制造出具有特定功能的產(chǎn)品。著名學(xué)者對(duì)納米科技的看法（1）1.諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者H.Rohrer給江澤民總書記一封信中寫道:“150年前,微米成為新的精度標(biāo)準(zhǔn),奠定了工業(yè)革命的基礎(chǔ),最早和最好學(xué)會(huì)使用微米科技的國(guó)家,都在工業(yè)發(fā)展中占據(jù)了巨大的優(yōu)勢(shì),同樣,未來的科技將屬于那些明智地接受納米作為新標(biāo)準(zhǔn)并首先學(xué)習(xí)和使用它的國(guó)家?！?.美國(guó)IBM公司首席科學(xué)家Armstrong從信息技術(shù)角度論述說:“正像20世紀(jì)70年代微電子技術(shù)產(chǎn)生了信息革命一樣,納米科學(xué)技術(shù)將成為下一世紀(jì)信息革命的核心?！敝麑W(xué)者對(duì)納米科技的看法（2）3.著名科學(xué)家錢學(xué)森預(yù)言:“納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)是下一階段科技發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn),會(huì)是一次技術(shù)革命,將引起21世紀(jì)又一次產(chǎn)業(yè)革命?！?.著名材料科學(xué)專家、兩院院士師昌緒先生多次撰文呼吁：“納米材料是納米科技的基礎(chǔ)和先驅(qū)，是我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步加大支持和發(fā)展的高技術(shù)之一?！奔{米材料的奇異特性（1）1.

表面效應(yīng)大于0.1微米的顆粒的表面效應(yīng)可忽略不計(jì),小于0.1微米的1克超微顆粒的表面積可高達(dá)100平方米;2.

小尺寸效應(yīng)1)特殊的光學(xué)性質(zhì):金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低(低于1%)，利用這一性質(zhì),可作高效率光熱、光電轉(zhuǎn)換材料，制作太陽能電池、紅外敏感、隱身元件；

2)特殊的熱學(xué)性質(zhì):超微顆粒的熔點(diǎn)將顯著降低，如金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064C，而到納米尺寸時(shí)僅為327C；銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670C，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100C；

3）特殊的磁學(xué)性質(zhì):超微磁顆粒的矯頑力可增加1千倍，利用此性質(zhì)可做成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量用于磁帶、磁盤、磁卡；納米材料的奇異特性（2）

4）特殊的力學(xué)性質(zhì)：納米陶瓷材料具有良好的韌性，納米晶粒的金屬要比原粗晶粒的金屬硬3-5倍；

5）其它特殊的性質(zhì)：超微顆粒還有其它的超導(dǎo)電性、介電性能、聲學(xué)性能及化學(xué)性能；3.宏觀量子隧道效應(yīng)

1)量子尺寸效應(yīng):介于原子、分子與大塊固體之間的超微顆粒會(huì)呈現(xiàn)出反常的特性，稱之為量子尺寸效應(yīng)，如導(dǎo)電金屬超微顆?？梢宰兂山^緣體，光譜線會(huì)產(chǎn)生向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)；

2）宏觀量子隧道效應(yīng)：超微顆粒的一些物理量會(huì)顯示出隧道效應(yīng)，稱為宏觀量子隧道效應(yīng)，如電路尺寸接近電子波長(zhǎng)時(shí)，電子就通過隧道效應(yīng)而溢出器件，使器件無法工作。納米科技的重要意義1.納米科技將促使人類認(rèn)知的革命2.納米科技將引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命3.納米科技將推動(dòng)各門科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展4.納米科技將影響人們的健康和生活5.納米科技將增強(qiáng)國(guó)防實(shí)力和國(guó)家安全納米科技的重要意義(1)1.納米科技將促使人類認(rèn)知的革命1)在納米尺度上有許多新現(xiàn)象、新規(guī)律有待發(fā)現(xiàn)；2)納米科技是對(duì)人類認(rèn)知領(lǐng)域的新開拓。2.納米科技將引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命1)納米科技是21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)；2)納米科技將促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)“舊貌換新顏”；3)納米科技推動(dòng)產(chǎn)品的微型化、高性能化與環(huán)境友好化,這將極大節(jié)約資源和能源，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善,為可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保證。

納米科技的重要意義(2)3.納米科技將推動(dòng)各門科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展1)納米科技是未來信息科技與生命科技進(jìn)一步發(fā)展的共同基礎(chǔ)；2)納米科技是多學(xué)科交叉融合的集中體現(xiàn)，而現(xiàn)代科技的發(fā)展幾乎都是在交叉和邊緣領(lǐng)域取得突破的,在這一尺度下，充滿了原始創(chuàng)新的機(jī)會(huì)；

納米科技的重要意義(3)4.納米科技將影響人們的健康和生活1)納米科技將給醫(yī)學(xué)帶來巨大變化，采用納米技術(shù)做成的生物芯片只需檢測(cè)少量血液,就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。納米級(jí)粒子包裹的藥物，將進(jìn)入人體，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；2)用納米科技研究耐用的與人體友好的人工組織、及器官?gòu)?fù)明和復(fù)聰器件；3)把氧化鋅納米顆粒加入防曬劑，可以使防曬劑變得透明柔滑，納米顆粒添加到動(dòng)力機(jī)械中可以增加耐久性；4）特殊的納米膜，能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過濾，從而消除污染；5）合成纖維中添加納米SiO2、ZnO2等材料，可制成抗菌、防霉、除臭、防皺和抗紫外線的內(nèi)衣、用品。

納米科技的重要意義(4)

5.納米科技將增強(qiáng)國(guó)防實(shí)力和國(guó)家安全1)擁有納米技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)家將在國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全和國(guó)防安全方面處于有利地位；2)通過先進(jìn)的納米電子器件在信息控制方面的應(yīng)用，將使軍隊(duì)在預(yù)警、導(dǎo)彈攔截等領(lǐng)域快速反應(yīng)；3)通過納米機(jī)械學(xué)、微小機(jī)器人的應(yīng)用，將提高部隊(duì)的靈活性和增加戰(zhàn)斗的有效性；4)用納米和微米機(jī)械設(shè)備控制，國(guó)家核防衛(wèi)系統(tǒng)的性能將大幅度提高；5)應(yīng)用納米材料技術(shù)，可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性大大提高，適用于艦船、潛艇和戰(zhàn)斗機(jī)等的隱身。美國(guó)對(duì)微納制造技術(shù)的關(guān)注美國(guó)總統(tǒng)布什于2003年12月3日簽署了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究和開發(fā)法》，這是美國(guó)自太空競(jìng)賽以來最優(yōu)先資助的科技項(xiàng)目。美國(guó)總統(tǒng)布什批準(zhǔn)在未來4年內(nèi)撥款37億美元用于納米技術(shù)研發(fā)，其中95%用于科學(xué)研發(fā)—大約60%用于院校研究，35%用于政府實(shí)驗(yàn)室。美南卡羅來納大學(xué)的納米技術(shù)專家戴維·貝魯布說：“納米技術(shù)如果美國(guó)不占據(jù)首位，日本或中國(guó)將取而代之。納米技術(shù)需要培養(yǎng)，沒有政府扶持，就不可能起飛。它的應(yīng)用要等到10年、15年乃至25年之后，沒有公司愿在一項(xiàng)不能立刻提高利潤(rùn)率的技術(shù)上投資?！奔{米科技的最新進(jìn)展(1)1.分子電子學(xué)獲重大進(jìn)展1)2001年8月美國(guó)IBM公司宣布,該公司用單分子碳納米管成功地制成世界上最小的邏輯電路。碳納米管比人的發(fā)絲細(xì)100萬倍，而導(dǎo)電率是銅的1萬倍，強(qiáng)度是鋼的100倍，而重量只有鋼的1/6。2)2001年美國(guó)朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)室用一個(gè)單一的有機(jī)分子制造出了世界上最小的晶體管，稱為“納米晶體管”,大小接近1納米，在針尖大小的尺寸上可以容納1000萬個(gè)這種晶體管。它以碳為基礎(chǔ)，包含氫和硫的有機(jī)半導(dǎo)體分子為晶體管材料，以金原子層為電極。納米科技的最新進(jìn)展(2)2.以色列研制了首臺(tái)可自動(dòng)運(yùn)行的DNA計(jì)算機(jī)這部機(jī)器的“硬件”由限制酶組成,而軟件則由DNA片段作成.數(shù)以萬計(jì)的酶和DNA分子與水混合起來,形成計(jì)算機(jī),通過電泳測(cè)出計(jì)算結(jié)果.3.德國(guó)研制出單電子納米開關(guān)北威州納米研究聯(lián)合會(huì)和埃森大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),由55個(gè)金原子在平面分布形成的“納米簇”可以實(shí)現(xiàn)單電子開關(guān),這種單電子納米開關(guān)電路可能成為能耗更低的芯片的基礎(chǔ),應(yīng)用于芯片生產(chǎn)的成果將在今后一二年內(nèi)問世.

納米科技的最新進(jìn)展(3)4.中科院上海原子核研究所、上海交通大學(xué)與德國(guó)莎萊大學(xué)科學(xué)家合作,用原子力顯微鏡對(duì)單個(gè)DNA進(jìn)行“分離手術(shù)”，先將DNA分子鏈完整地拉直，并交叉鋪疊成網(wǎng)格狀，形成兩維網(wǎng)絡(luò)，再利用原子間相互作用，對(duì)分子鏈進(jìn)行切割、彎曲、修剪。終于寫成每個(gè)字母長(zhǎng)300納米，寬200納米的三個(gè)DNA字母。(解放日?qǐng)?bào),2002年1月19日?qǐng)?bào)道)5.中國(guó)科學(xué)院微電子研究所2003年12月報(bào)導(dǎo)：該所已成功研制出柵長(zhǎng)為27納米CMOS器件，能極好地抑制短溝道效應(yīng)（SCE）和DIBL效應(yīng)，有高的Ion/Iout比。據(jù)稱，2000年Intel和AMD分別成功研制出柵長(zhǎng)為30納米和40納米CMOS器件，2001~2002年又先后研制出柵長(zhǎng)為15納米的CMOS器件。納米科技的最新進(jìn)展(4)沈陽材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室于2003年11月26日?qǐng)?bào)道：該所研制成功高性能納米復(fù)合稀土永磁薄膜，可望成為新一代稀土永磁材料在信息和微型機(jī)械等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。納米科技的負(fù)面效應(yīng)

2003年7月25日世界綠色和平組織發(fā)出警告：目前世界各國(guó)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的各種納米材料，有可能形成一系列難以生物降解的新型污染物；碳納米管具有優(yōu)異的強(qiáng)度和導(dǎo)電性，但注入老鼠肺部以后，許多老鼠喘不過氣來，其中一些很快窒息死亡；沉積在鼻內(nèi)的納米粒子能夠直接進(jìn)入大腦，所以，化妝品中摻入納米粒子是否對(duì)人體（特別是大腦）有危害？必須耗費(fèi)巨資來進(jìn)行毒性測(cè)試；科學(xué)家認(rèn)為納米材料對(duì)環(huán)境影響的研究還在嬰兒期，至少還要10年才能有結(jié)論。納米科技不可炒作去年有一時(shí)期,社會(huì)上對(duì)納米科技炒作過多,不少企業(yè)宣布已推出納米洗衣機(jī)、納米冰箱、納米汽車、納米水???等等?！凹{米洗衣機(jī)”實(shí)際上是外筒內(nèi)壁加了點(diǎn)納米涂料，沒有多少作用?！凹{米水”更是假冒產(chǎn)品。我國(guó)現(xiàn)有300余家納米科技企業(yè)，絕大部分成立僅一年左右，資金一般不超過100萬元，人才匱乏，納米成果產(chǎn)業(yè)化率很低，不足20%，這些企業(yè)熱衷于炒作納米概念以作廣告。納米已走近百姓的談法過早，現(xiàn)在還不能說“納米時(shí)代”已經(jīng)來臨，納米科技的基礎(chǔ)研究很薄弱。納米科技的成熟應(yīng)用至少還要過20年。能源科學(xué)技術(shù)能源危機(jī)迫在眉睫(1)

世界經(jīng)濟(jì)得益于能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛的投入應(yīng)用。然而，這些資源將在21世紀(jì)上半葉接近枯竭。

1）可支配的石油儲(chǔ)量，大約為11801510億噸，以1995年世界石油的年開采量33.2億噸計(jì)算，大約在2050年左右宣告枯竭。

2）天然氣儲(chǔ)備估計(jì)為131800152900兆立方米。年開采量維持在2300兆立方米，將在5765年內(nèi)枯竭。

3）煤的儲(chǔ)量約為5600億噸。以1995年煤炭開采量33億噸計(jì)，還可以供應(yīng)169年。

能源危機(jī)迫在眉睫(2)4）鈾的年開采量目前為6萬噸，根據(jù)1993年世界能源委員會(huì)的估計(jì)可維持到21世紀(jì)30年代中期5）核聚變到2050年還沒有實(shí)現(xiàn)的希望。近10年來，中東及海灣地區(qū)與非洲的戰(zhàn)爭(zhēng)都是由能源而引發(fā)。這種軍事沖突，今后還將更猛烈、更頻繁；在國(guó)內(nèi)，能源問題不解決,必將嚴(yán)重地影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。總之，能源的中斷，必將導(dǎo)致世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)。能源危機(jī)遲早會(huì)爆發(fā)；它的爆發(fā)將具有爆炸性！

能源危機(jī)對(duì)我國(guó)的沖擊(1)20世紀(jì)90年代初期，我國(guó)的能源尚可自給自足，我國(guó)有自己的煤，自己的油田，豐富的水利資源，以及生物能源（主要是沼氣）的利用，使得我國(guó)利用本國(guó)能源即可滿足全國(guó)的能源需求但現(xiàn)在增加石油供應(yīng)的可能性極為有限。1999年我國(guó)石油開采量約1.6億噸，但是消耗量已上升到1.9億噸，到2010年預(yù)計(jì)消耗量將達(dá)到3億噸。能源危機(jī)對(duì)我國(guó)的沖擊(2)

“中國(guó)國(guó)家能源綜合戰(zhàn)略和政策研究”課題組對(duì)2020年我國(guó)能源消費(fèi)總量進(jìn)行了三種情況下的預(yù)測(cè)：1)不采取特別措施的基準(zhǔn)情景(A情景)：總需求為32.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；2)對(duì)相關(guān)政策采取適當(dāng)調(diào)整(B情景)：總需求為28.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；3)作較大政策調(diào)整的強(qiáng)化政策情景(C情景)：總需求為24.66億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，均值為29億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是2000年的2.2倍。如果在能源危機(jī)來臨之前，不作緊迫應(yīng)對(duì)必將嚴(yán)重地影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，在2020年以后更難保持經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，甚至?xí)?yán)重倒退！

中國(guó)必須實(shí)施能源多元化（1）1.中國(guó)雖有豐富的煤礦資源,但只擁有全球石油儲(chǔ)備的2.3%和天然氣儲(chǔ)備的1%,而石油消費(fèi)卻占全世界的6%以上;2.在未來的20年，中國(guó)應(yīng)實(shí)行“節(jié)能優(yōu)先、結(jié)構(gòu)多元、環(huán)境友好”的可持續(xù)能源發(fā)展戰(zhàn)略；3.煤炭仍然是主要的能源。2002年中國(guó)能源生產(chǎn)總量為13.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中71%來源于煤炭，煤炭消費(fèi)總量為13.7億噸，占同期世界的27.7%。煤炭燃燒的排污是大氣污染物的主要來源，2002年中國(guó)二氧化硫排放總量為1927萬噸，居世界第一位。到2020年，我國(guó)煤炭消費(fèi)比例應(yīng)控制在60%左右。要提高煤炭燃燒效率和清潔利用煤炭。煤炭洗選可以脫出50~80%的灰份和30~40%的硫份，煙氣凈化可脫硫90%以上。中國(guó)必須實(shí)施能源多元化（2）4.2020年我國(guó)石油產(chǎn)量預(yù)計(jì)為1.8~2.0億噸，而消費(fèi)量最少也要4.5億噸，對(duì)外依存度可能接近60%，與目前美國(guó)的水平相當(dāng)（美為58%）;5.中國(guó)從1993年成為能源純進(jìn)口國(guó),2002年進(jìn)口原油7000多萬噸,46.4%來自中東,3%來自伊拉克,2003年至少進(jìn)口7500萬噸原油;6.2003年3月初原油價(jià)格升至每桶40美元,專家預(yù)測(cè),每桶原油價(jià)格每年上漲10美元,包括中國(guó)在內(nèi)的發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率將下降0.75%。7.中國(guó)石油消費(fèi)量年增長(zhǎng)率為4%,是世界第一。全國(guó)人大代表認(rèn)為，沒有能源保障，中國(guó)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化將拖后50年;中國(guó)必須實(shí)施能源多元化（2）8.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司已經(jīng)在哈薩克斯坦、委內(nèi)瑞拉、蘇丹、伊拉克、伊朗、秘魯和阿塞拜疆擁有了石油特許協(xié)議。中國(guó)海洋石油總公司2003年3月7日宣布斥資6.15億美元購(gòu)買哈薩克斯坦里海北部油田8.33%的股權(quán)(該項(xiàng)目預(yù)計(jì)可開采130億桶原油),另外,擬修建一條從安加爾斯克到中國(guó)大慶的總長(zhǎng)2400公里的輸油管線,每年可輸送原油2000萬噸。9.要大力開展可再生能源利用，預(yù)計(jì)到2020年其利用量將達(dá)到5.25億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比2000年的2.56億噸增加1倍左右。從資源量看，我國(guó)的可再生能源利用量是每年73億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，現(xiàn)在的開發(fā)量不足4000萬噸。在“九五”期間，我國(guó)可再生能源開發(fā)利用速度已達(dá)年均11.2%，如果將其加快到15%，就可實(shí)現(xiàn)2020年的發(fā)展目標(biāo)?？朔茉次C(jī)的出路(1)1.中國(guó)應(yīng)實(shí)行“節(jié)能優(yōu)先、結(jié)構(gòu)多元、環(huán)境友好”的可持續(xù)能源發(fā)展戰(zhàn)略2.發(fā)展以太陽能的利用為主的可再生能源的利用。據(jù)天文學(xué)家的計(jì)算，每年太陽提供給地球的能量是世界人口消費(fèi)能量的1.5萬倍。

1）光伏電力的應(yīng)用

：據(jù)德國(guó)統(tǒng)計(jì)，供應(yīng)全德國(guó)的電，只需不到10%的建筑物頂部安裝光伏轉(zhuǎn)化模板。澳大利亞正研究巨型太陽能發(fā)電塔。2）光熱利用：

在中歐和北歐等缺少陽光的地區(qū)，已經(jīng)出現(xiàn)了一些完全依賴陽光供暖的建筑物。繼續(xù)推廣太陽能集熱器、太陽灶、日光溫室等技術(shù)；研究太陽能中溫集熱器。克服能源危機(jī)的出路(2)3）生物質(zhì)燃料能源：利用荒漠和沼澤大力種植生物質(zhì)能源材料，利用基因技術(shù)發(fā)展高富含油脂植物，發(fā)展甲醇與乙醇的提取技術(shù)。重視農(nóng)村沼氣的開發(fā)利用。4）氫能源：由電解水產(chǎn)生氫或由太陽能光催化水分解氫。氫是最清潔的能源。正在研究的納米碳管儲(chǔ)氫能力高，受到廣泛關(guān)注。氫燃料電池效率高（50－80％），污染小，噪聲低?？朔茉次C(jī)的出路(3)3.水電與潮汐發(fā)電：水電實(shí)際上也是利用太陽能。三峽水電設(shè)計(jì)年發(fā)電能力847億千瓦小時(shí)。中國(guó)計(jì)劃在八年內(nèi)將水電裝機(jī)總?cè)萘吭黾拥?5萬兆瓦。相當(dāng)于八個(gè)長(zhǎng)江三峽發(fā)電樞紐或者150部核發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力。4.風(fēng)力發(fā)電：丹麥?zhǔn)秋L(fēng)力發(fā)電大國(guó)，現(xiàn)有6300座風(fēng)力發(fā)電機(jī)，提供13%的電力需求。5.核能的利用：根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，法國(guó)２００１年的核能發(fā)電量占全國(guó)當(dāng)年發(fā)電總量的７６％，核能發(fā)電比例位居全球第一。據(jù)國(guó)際能源署報(bào)告，中國(guó)未來30年核電業(yè)的年增長(zhǎng)率將達(dá)到9%，但到2030年，核能只占中國(guó)全部能源需求的3%?？朔茉次C(jī)的出路(4)6.提高燃燒效率：當(dāng)務(wù)之急是潔凈煤燃燒。要發(fā)展超臨界蒸汽發(fā)電機(jī)組和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)。7.電池技術(shù)：鋰離子電池很有發(fā)展前景；燃料電池的效率高（50－80％），污染小，噪聲低，也很有發(fā)展前景。但其可靠性和穩(wěn)定性要做深入細(xì)致的研究工作，并經(jīng)受實(shí)踐考驗(yàn)。6）各種節(jié)能技術(shù)：

科技創(chuàng)新

創(chuàng)新的背景建國(guó)50多年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大成就

●50多年走過了西方200年的路，是改天換地的50多年;●50多年經(jīng)濟(jì)上告別了短缺經(jīng)濟(jì)，大部分地區(qū)已達(dá)到小康，2001年GDP達(dá)10.2萬億元(1.2371萬億美元)，經(jīng)濟(jì)總量已占世界第六位;●谷物、肉類、棉花、花生、油菜籽、水果等的產(chǎn)量已列世界第一;●鋼、煤、水泥、化肥、電視機(jī)、摩托車產(chǎn)量已居世界第一，發(fā)電量、棉布、化纖等居第二；●我們有權(quán)利為50多年的偉大成就而自豪，但是我們沒有資格驕傲。我國(guó)在經(jīng)濟(jì)與科技方面的差距

世界各大學(xué)獲諾貝爾獎(jiǎng)前20位排行榜

未來10年中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率

可保持7-9%城市化（包括工業(yè)化和信息化）將使GDP每年增加3-5%；2.加入WTO以后，將使GDP每年增加2.5-3.5%;3.申奧成功以后，將使GDP每年增加0.5-1%;4.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化將使GDP每年增長(zhǎng)0.5-1%；5.美國(guó)麥迪森教授（《世界經(jīng)濟(jì)二百年回顧》一書著者）曾經(jīng)在1998年預(yù)言：假定中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率保持在7%，而美國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率保持在3%，中國(guó)將在2015年-2020年成為世界經(jīng)濟(jì)總量第一的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)?？萍紕?chuàng)新的主力是青年人

愛因斯坦于1905年提出狹義相對(duì)論，年僅26歲。玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論誕生于1912年，其時(shí)他不過27歲。海森堡建立量子矩陣力學(xué)時(shí)不過24歲。狄拉克23歲為量子力學(xué)找到普適的數(shù)學(xué)工具，26歲建立了相對(duì)論性量子理論。1953年4月25日，英國(guó)《自然》雜志刊登了沃森和克里克關(guān)于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，其時(shí)沃森25歲，克里克也不過37歲。哥德爾25歲提出并證明了哥德爾不完備定理。圖靈1936年提出圖靈機(jī)概念，時(shí)年24歲。大學(xué)生階段作出了巨大創(chuàng)新

1.牛頓(I.Newton)1665年(22歲)發(fā)明微積分;2.圖靈（A.M.Turing）1936年（24歲）提出圖靈機(jī)概念；3.?？颂?J.P.Eckert)1946年(時(shí)為研究生)與莫切利(J.W.Mauchly)發(fā)明計(jì)算機(jī);4.皮茲(W.Pitts)1943年(時(shí)為博士生)與麥克科洛奇(W.McCulloh)提出神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型;5.卡爾曼(Kalman)1960年(時(shí)為研究生)提出可控性、可觀測(cè)性、最優(yōu)控制理論及卡爾曼濾波；6.佩特里(Petri)1972年(時(shí)為博士生)提出Petri網(wǎng);7.密歇根大學(xué)的許多博士生在上世紀(jì)60年代進(jìn)行了遺傳算法的開創(chuàng)性的研究;8.比爾.蓋茲1975年(1973年19歲時(shí)離開哈佛