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2018年世界科技進展評述與未來展望

發稿時間:2019-01-23 13:33:47   來源:學習時報  

  世界范圍內正在展開一場空前的科技競賽,人類智慧將會被發揮到極致,進而促進科技實現重大突破,新的科學觀念和思想將帶來新的生活方式和社會文化風尚,新的技術發明和應用將創造出新產業和新就業。未來30年,很可能發生三次接續的重大科技與產業變革,人類社會將在連續不斷的科技飛躍中得到高度發展,其影響將媲美農業革命和工業革命。

  在金融?;サ?0年后,2018年科學技術在多個領域和方向上繼續保持著快速進展的勢頭,這讓人們益發堅信,世界正處于新科技革命與產業變革的進程之中。

  從2008到2018:對增長極限的憂慮與探求

  金融?;氖抵?,是科技創新的?;?。工業革命以來,人類社會已形成了“科技突破—產業變革—金融擴展—經濟增長”的迭代發展模式。以摩爾定律放緩為代表,科技重大進展低于預期,進而引起對“增長極限”的憂慮。

  一是材料制造的極限。新興產業急需開發各種超材料、新材料,極端應用(如自動駕駛對安全的極限要求等)、極端環境(如極寒、極熱、極壓等)、極端工藝(如制造精細程度不斷突破極限)帶來全面挑戰。

  二是能源動力的極限。高質量發展急需綠色廉價能源,全球化有賴于更快捷、更智能和更高效的新型交通。這對實現更低甚至接近零的能源邊際生產和輸配成本,超高速、空地一體化交通技術等提出了緊迫的現實需求。

  三是認知智能的極限。物質能量開發及產業、技術進步都有賴于認知范圍的擴展。對“三生”(生命、生物、生態)、“四深”(深空、深海、深地、物質深層)等認知探索亟待加快加深,萬物互聯、泛在智能急需盡快實現。

  四是生態承載的極限。生態壓力繼續增加,全球碳排放總量比上年增加2.7%,再創新高。在首次估算出地球上所有生物5500億噸的碳儲存總量中,占比不到1%的人類,數量再創新高,人口資源環境協調可持續發展的瓶頸亟待突破。

  面對極限的挑戰,主要國家和地區都持續加強科研投入,積極拼搶最前沿的高科技、新科技和黑科技,揭開了堪稱史上最大范圍和最大規模的科技創新與政治博弈宏大進程。

  坐標2018:正在改變規則的八大科技進展

  一是深空探測取得近幾十年來的多個“第一”。首張最精確的、包含17億顆恒星的銀河系三維地圖(“蓋亞”衛星),打破了塵封40多年的飛行器最快速度紀錄(太陽探測器“帕克”);首次在火星發現(高鹽度)液態水(“火星快車”);“近距離”看到太陽系邊緣小行星(“新視野號”觀測小行星“天涯海角”);幾十年后人類再次發射重型火箭(重型“獵鷹”);探測到宇宙大爆炸1.8億年后第一批恒星發出的無線電信號。此外,“洞察號”成功著陸火星并開始工作,成為第三個在役探測器。人類第三次向水星發射探測器。兩個探測器分別抵達“不死鳥”和“龍宮”兩顆小行星,并在未來返回地球,為太空采礦奠定基礎。

  二是物質深層認識的重要“首次”。首次實現反氫內基準能量躍遷,對認知和操控反物質邁近一步,對于未來能源等發展有極為重要的價值。首次測出質子內部的壓強,是地球大氣壓力的100萬億億億倍(1030倍),是中子星核心壓力的10倍。首次精確定位來自太空、到達地球的“幽靈粒子”起源,對物質世界有了更深理解。

  三是生命科學深度破解生命“天書”。胚胎首次細胞分裂研究獲“改變教科書”發現,父系和母系染色體分頭控制雙方染色體的分離。首次繪出史上最完整的大腦圖譜(黑腹果蠅高清晰度三維腦圖)。各國科學家通力合作,使用源于四川的“中國春”小麥品種,繪制出小麥基因組圖譜;小麥基因組多而復雜,約為水稻的40倍。在藍藻中發現新型光合作用機制,為尋找外星生命和改良作物帶來新思路。利用DNA測試技術,首次發現5萬多年前丹尼索瓦人(父親)與尼安德特人(母親)的混血兒,對人類演化有了新認識。

  四是生物技術持續增強促進健康的能力。利用基因編輯技術首次讓皮膚細胞變身干細胞,為治療多種疾病提供新方法。首次利用激活的視網膜干細胞,恢復小鼠視力,將為視網膜退行性疾病提供治愈方法。在沒有使用精子或卵子的情況下,利用干細胞開發出了一種胚胎樣的結構,向制造人工胚胎又邁近一步。癌癥患者在免疫細胞治療5年后,依然保持無癌狀態,創造新紀錄。

  五是超強算力的研究及應用孕育重大突破。美國以“Summit”重奪世界超算第一,性能超“神威·太湖之光”約60%,各國開始積極發展“E級超算”。“量子開關”驗證出不確定的因果順序,可能對處理量子信息有幫助。利用三個光子創造出一種全新的光物質形式,有可能應用于超快量子計算。谷歌公布世界首款72量子比特芯片,英特爾公司推出49量子位超導測試芯片。量子計算可能正進入追逐“量子霸權”的“十年競賽”。

  六是智能應用牽引新一代信息技術快速發展。集成電路制程開始挺進7nm,“超越摩爾”也在積極探索。谷歌發布人工智能芯片TPU3.0,英偉達發布新一代GPU架構。5G初現蹤影,相關標準被推遲,反映出5G標準之爭和商用之路的復雜性。物聯網、云計算、邊緣計算、霧計算等應用拓展,云端和用戶端的速度及可靠性不斷提升。對抗的神經網絡正促進人工智能更獨立,但也可能會變成數字造假工具。微軟的機器翻譯系統首次在通用新聞的漢譯英上達到了人類專業水平,實現了里程碑式突破。人工智能被用于診斷讀片、癌癥演變、藥物篩選等。生活中無人化場景越來越多,物流、服務、協作機器人等都得到快速發展,波士頓動力公司的人形機器人可以輕松進行“三連跳”。網絡安全形勢嚴峻,“僵尸攻擊”“數據泄露(Databreaches)”“數據暴露(dataexposure) ”“ 云 泄 露 (Cloudleaks)”都呈現增長態勢。

  七是物質與材料研究豐富了人們認知和調控物理世界的手段。因定義“千克”的標準物在100年間還是失去了50微克,千克將由普朗克常數重新定義。當兩層石墨烯以1.1度的“魔角”扭曲在一起時,通過適當調整,可以在絕緣態和超導態之間切換。在23℃溫度下實現了氫化鑭的超導性,創造高溫超導新紀錄。首次在準晶結構合金中發現超導性……這些對超導和量子信息技術都可能產生重要影響。彎曲空間內首次實現激光束加速,將對模擬廣義相對論以及用于控制微通道、彎曲環境中的納米顆粒提供幫助。在原子層面“無縫縫制”兩種晶體,將為制造柔性LED、超薄二維電路等帶來新思路。低成本快速金屬3D打印商用加速,將為制造業帶來變革。

  八是能源動力加速醞釀革命性變化。史上首架離子引擎飛機成功試飛,飛機將可能被“重新發明”。“加氫3分鐘,續航600公里”,有人認為2018年可被稱為氫燃料電池汽車“元年”。盡管目前還無法達到L5級(完全自動駕駛),基礎設施也尚未智能化,而且還發生了首例死亡的事件,但新銳廠商和傳統車企都加快了智能駕駛的研發和部署,道路測試日益火爆,出現了全球首個商業自動駕駛叫車服務。飛行汽車從夢想走進現實,多國政府開始積極支持飛行汽車研發和測試。晶硅、鈣鈦礦、太陽能組件光電轉化效率創紀錄,風光電持續發展。超級電池組能將電動汽車續航能力提高一倍。“迷你”核裂變反應堆成功通過測試,可為未來深空前哨基地提供動力。能源區塊鏈和智能合約在分布式能源、傳統化石能源、碳交易等方面應用加速。

  從 2019 到 2049:前所未有的世界科技“超級”革命

  一系列研究表明,目前正處于工業革命以來第五次長波下行和第六次長波興起的交匯期。世界范圍內正在展開 一場空前的科技競賽,人類智慧將會被發揮到極致,進而促進科技實現重大突破,新的科學觀念和思想將帶來新的生活方式和社會文化風尚,新的技術發明和應用將創造出新產業和新就業。未來30年,很可能發生三次接續的重大科技與產業變革,人類社會將在連續不斷的科技飛躍中得到高度發展,其影響將媲美農業革命和工業革命。

  一是智能與認知革命。前五次長波依次解決了人類賴以生存所需的能量(蒸汽革命、電氣革命)、物質(化石與合成材料革命)和信息等相關問題,隨著人工智能等發展,人的認知能力將極大提升,從而加速科學技術的突破和應用。

  二是生命與健康革命?;蟣嗉?、免疫治療、再生醫學、核心器官再造、人體增強等使得“人生過百不稀奇”,人的身體能力將極大提升,從而加速新產業和新就業的創生和壯大。

  三是能源與動力革命。風光電、核聚變、高效能電池、未來交通等實現突破,人類將獲得空前充沛的強大能源動力,人類社會運行動能極大提升,從而加速孕育出新文化、新文明。

  到2049年,全球科技競賽將進入尾聲,世界科技超級革命將開創一個全新時代??萍即蔥陸癰舊細謀淶厙蟶?、人類社會和人體自身的狀況,億萬民眾的生活水平和生命質量將得到極大提升,人類命運共同體益加鞏固。人類將成為一個跨星際物種,從而揭開人類文明、生命進化乃至宇宙演化歷程上的新篇章。毋庸置疑,中國將在其中扮演至關重要、最為積極的角色。

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