第三节21世纪高技术发展展望
在21世纪里，技术发展趋势主要受到三种基本因素的影响：第一种是技术自身的发展，这是最重要的因素；第二种是科学发展状态对技术发展的巨大影响，科学的最新成就必然影响技术的发展方向和速度；第三种是社会和经济发展的需求，如信息化对社会、经济发展的强烈刺激，人类生存、可持续发展需要满足的条件，都将对技术发展的速度、方向和规模产生巨大影响。据此，大体上可以推断，以信息技术为中心的这场技术革命仍将延续到21世纪初期。全球“信息高速公路”浪潮的兴起将成为“世纪工程”，它是全球的神经中枢，使人类居住的地球就如同一个具有高度智慧的“大脑”。这样一来，它所具有的能融合现有计算机网络服务、电话和有线电视的功能，将成为教育、卫生、商业、金融、娱乐等内容极其广泛的服务项目的载体，使全球每一个角落都能通过分布式智慧网络，分享信息、实现相互瞬息交流和沟通。随之而来的多媒体时代将对人类的经济、社会生活等产生巨大影响；创立“电子政府”，改善政府的服务质量；改善医疗保健服务，建立遥控医疗系统、个人健康信息系统，实现医生联合看病；改进国民教育；居家办公；促进科学研究；创立“家庭信息中心”；建立电子商业；创办“电子图书馆”、“虚拟图书馆”等。总之，信息技术和信息革命的高度发展，使人类进人信息时代成为历史的必然。
在信息技术之后，生物技术将发展成为新的技术革命中心。
生命科学迅速发展，一系列大型计划如《国际地圈及生物圈计划》、《人类基因组作图与测序计划》、《人类前沿科学计划》、《脑的10年》、《生物的多样性利用与保护研究》等的实现，将使生物技术崛起。人类面临的一系列重大问题如人口膨胀、环境污染、粮食匮乏、疾病威胁等都迫切需要通过生物技术给以解决。
围绕着生物技术的发展，环境保护技术、农业技术等也将得到充分的发展，以致形成一个新的技术群。
在信息革命之后，将进入到智能革命，人类将从信息时代迈人智能时代，脱离前文明期，开辟后文明期。人类智能是灵中之灵，未来社会的发展主要靠人类智能，最终实现社会智能化。所谓智能，就是在一定的环境下，面对一定的问题，为了一定的目的，有效地获取、处理与理解相关的信息，进而再生出合理的策略信息，并运用策略信息成功地解决问题、达到预定目的的能力。由此可见，智能的核心在于获取、处理、理解、再生和运用信息的能力。没有理解能力的智能，不可能是高等智能。实质上，知识革命就是智能革命，知识的激活就能体现智能，即是说，只有知识的获取、使用和处理，才能体现智能。由此可以认为，在21世纪里，人类必将进入智能时代。
一、21世纪的信息技术
光子技术与光电子技术正在崛起，将成为21世纪信息技术的支柱。光子技术主要指对光子流进行控制的技术，包含光的产生、传输、调制、开关、放大和转换等技术。激光二极管问世，使光子能够代替电子。光子作为信息载体具有很多优点，如光子器件及其系统的响应速度远比电子的高，响应时间可达1010秒量级，加之承载信息的光子又具有可大规模互联和并行传输与处理的能力。因此，光子技术已遍及许多领域。还有光子承载信息的波导技术与系统，如光纤光波导；光子探测和分析的光学检测技术与系统，如光谱分析技术、遥感技术；光子承载信息及加工的光学信息处理与通信系统以及微光子技术，如光集成等，在21世纪里，微电子技术、微光子技术及其结合的微光电子技术将成为未来信息技术的三大支柱。
计算机技术是信息技术中最为核心的技术，主要是进行信息处理或加工，它部分地代替了人脑的功能，可以说是人类大脑的延伸。现代计算机是一种程序处理的通用工具，它的处理对象是信息，处理结果也是信息。利用计算机解决科学计算、工程设计等各种问题都是按照一定的算法进行的。而这种算法是定义精确的一系列规则，它指出怎样以给定的输入信息经过有限的步骤产生所需要的输出信息。算法的特殊表示称为程序。信息处理的一般过程是针对解决的问题事先编制程序，再存人计算机内。然后利用存储程序指挥、控制计算机自动工作。其通用性的基础，则在于利用计算机进行信息处理的共性方法。
在近半个世纪里，计算机技术一直得到了高速发展，已由硬件、软件组成了计算机系统。由于集成电路的集成度的迅速发展，使得各类计算机的性能也得到了迅速的提高。目前，计算机经历了四代的发展，并开始进入第五代发展时期。新一代汁算机是将信息采集、存储、处理、通信、人工智能结合在一起的智能计算机系统，既能处理一般信息，又能进行知识处理，并具有形式化推理、联想、学习、解释的能力，有助于人开拓未知的领域和获得新的知识。
在21世纪里，计算机技术仍然会得到迅速发展。首先，超级计算机在并行处理技术的基础上会得到充分的发展，特别是大规模并行处理（MPP）计算机。多媒体技术作为一种新技术进入计算机系统，大大拓宽了计算机的应用范围，它是把文字、数据、图形、图像和声音等信息媒体，作为一个集成体由计算机来加以处理，这样就把计算机带入了许多由声、文、图像集成的应用领域，在电子计算机飞速发展的同时，光学计算机将有广阔的应用前景。但这必须基于半导体光子学技术的发展，先形成光子集成系统，再融合电子集成系统，最后形成光电子集成系统。可以预计，光学计算机的运算速度可比超级电子计算机快1000——10000倍。接着，人们将继续发展生物计算机——分子计算机、神经计算机。
二、21世纪的生物技术
生物技术将紧接信息而崛起，并对人类社会发展起着巨大的推动作用。如它将在生态环境、伦理、道德、法律等方面引发出一系列新的变化。未来生物技术的发展，主要取决于未来生命科学以及其他科学，如物理学、化学、数学科学和信息科学的发展。特别是人类基因组作图与测序计划提前的完成，将为人类全部遗传信息的破译奠定基础。如其中与生命活动有关的重要基因，以及与人类重要疾病有关的基因将会被陆续发现，其功能将会被释明，这将为生物技术开拓崭新的领域。此外，在生命科学中，无论从微观到宏观的研究方向，还是复杂系统方向的研究，如生物大分子结构与功能、神经系统（脑和周围神经）和生物圈的研究，都将开拓出崭新的生物技术，包括创造出新的生物物种。
三、21世纪的材料技术
材料科学的进展将进一步使材料技术发生革命性变化，人们可以按需要而设计和制备各种新材料，这样就可增加预见性，减少盲目性。如利用计算机进行性能预报、模拟和揭示材料结构与性能的关系、按新概念和新技术制备材料等。可以预计，一系列新材料将会得到充分的发展；高温超导材料具有广泛的应用前景，特别是在高温超导电性有突破性进展的情况下，高温超导材料会进人实用性阶段；梯度功能材料是由像金属和陶瓷、陶瓷和塑料这样不同性质的材料，不通过复合方式而通过连续改变组成所形成的融合材料，由于其组成沿厚度方向逐渐地变化，导致功能性质发生梯度变化，因而具有一系列新的性能，如在空间技术中所采用的新式发动机的材料，就需要具有这种性能；智能材料具有多种奇特的性能，如适应环境（检测、分析、判断、自修复等功能），具有抑制劣化和损伤等的“能动性”，它将成为新材料中的一朵奇葩；纳米（1019米）材料是由构成材料的粒子尺寸减小，使得界面组分占整个材料的比率上升，从而引起性质突变，如纳米固体材料表现出许多特异的物理、化学性质等。总之，材料技术将朝着高功能化、超高性能化、复杂化和智能化方向发展。
四、21世纪的能源技术
人类将发展取之不尽的聚变能。我们知道，氢核的结合能更小，而某些氢核结合成质量较大的核时，却能释放出更多的结合能。如一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，就能释放出17.6兆电子伏的能量，这种结合能称为聚变能。要使核发生聚变，必须使它们接近到短距离为10米，即核力发生作用的距离。为此，要使大量的氢核获得足够大的动能来克服核子间正电荷的斥力以产生聚变。如物质达到几百万度以上的高温时，核外电子已和原子脱离，这时，小部分原子核就具有足够的功能，在互相碰撞中发生聚变。这种反应又叫热核反应，在宇宙中是很普遍的现象，如在太阳内部或许多恒星内部存在1000万度以上的高温，热核反应在这些地方激烈地发生着。用原子弹爆炸产生高温也能引起热核反应，氢弹就是按照这样的原理制造出来的。
等离子体是最有希望实现核聚变的介质，它可以被加热到聚变反应所需要的温度，即点火温度。要把等离子体加热到点火温度，而且还要维持高密度、长时间，这远比核裂变困难得多。目前，主要采用磁约束和惯性约束来达到聚变的条件，但仍是十分困难的。自从激光出现后，惯性约束所要求的大功率、小范围和短瞬间有了实现的可能。在磁约束聚变装置中的等离子体是多自由度或无限自由度、高度非线性系统。目前，我们对于这样的复杂系统尚了解甚少，预计到21世纪前半叶将有突破性进展，到那时可使聚变能商业化。
太阳能也是取之不尽的新能源，主要问题在于怎样提高转换效率，如光热转换、光电转换和光化学转换等的效率。此外，在空间建立太阳能发电站也是21世纪可望实现的巨大工程。
五、21世纪的自动化技术
自动化技术将进一步智能化和实用化，以致实现某些“机器思维”。如使计算机综合生产自动化系统（CIMS）或计算机集成制造系统向实用化方向发展等。1974年J.哈林顿提出CIMS的概念，即在柔性制造系统（FMS）、计算机技术、信息技术、人工智能等的基础上，将制造和工厂生产、经营活动所需的各种分布的自动化系统，通过简化、要素化与标准化有机地集成起来，以获得适用于多品种和中小批量生产的高效益、高柔性的智能生产系统。其后，该系统在向实用化方向发展方面又经历了20多年。但要真正地使之实用化尚存在着很多难点。不过，从目前发展看，CIMS在新世纪初将会真正地达到实用化。智能科学的进展将进一步推动自动化技术的发展，使智能机器人等智能系统更加完善。
六、21世纪的空间技术（航天技术）
人类将进一步发展空间技术，开辟通天路，架设星际桥，实现开拓天疆的伟大理想。首先，要降低将有效载荷运输到轨道上的费用，把载人和载货的任务分开。运货仍采用大型运载火箭；载人则采用有翼天地往返运输系统，使其全部能重复使用。其中，人们将创造出具有多种优良性能反应、机动性良好的空中飞机，它可以水平起飞、水平降落。设计方案有x一30试验机（“东方快车”）、霍托尔、森格尔等，其关键部分是推进技术综合一体化设计，因而将涉及一系列科学和技术问题。
在21世纪初，人类将在近地轨道、围绕月球和火星的轨道，以及在地一月系统中的自由点（地一月系统中的5个拉格朗日自由点Ll、L2、L3、L4、L5，在这点上，地球引力被月球引力所抵消；其他如日一地、日一木等系统中也存在自由点）上陆续建成空间港，作为空间客运的转运站。其间将巡天飞船常年巡回飞行，又有转运飞船像驳船一样在空间港与巡天飞船之间接送货物和人员。当近地空间港和火星空间港建成后，便形成一个完整的航天运输网络。
Ll与L2位于地一月的连线上，它们可能成为飞往火星的最佳起跳点。人类如长期地在月球、火星和空间港上工作、生活、定居，必须要不依赖于地球而开发完全能自给自足的生物圈，并建立初期前哨站和基地，形成开发内太阳系的完整系统。
总之，人类还将进一步开发太阳系的资源，把无限丰富的太阳能与太阳系物质结合起来，建立新的空间工业、农业，开创崭新的物质文明和精神文明，实现空间人类化。
七、21世纪的海洋技术
海洋技术，特别是海洋高技术将朝着更大规模和更加综合的方向发展，专用海洋卫星的数量将会继续地增加，如海洋遥感卫星、雷达卫星等的增多。水声技术将朝着远距离、大深度、高分辨率、高数据传输率和可靠性、智能化方向发展。海面探测技术将主要发展可靠耐久的传感器、海上平台、数据采集传输系统。
油气资源的开采将重点发展海底开采技术，并进一步适用于深海、浅海和边界性油田开发。海洋是人类生存和发展的生物资源宝库，是一个到处会遇到新化合物的世界，因此海洋生物技术将会得到更大的发展。主要体现在海洋水产生产农牧化、“蓝色革命（宏观海洋生物技术）”、分子和细胞水平的育种（微观海洋生物技术）以及海水农业技术等发展方向。陆生植物还可能“重返海洋”，这将给海洋农业带来美好的远景。
思考题
1.现代科学技术发展的主要趋势是什么？
2.简要说明高技术发展的主要特点。
3.在21世纪中，有哪些因素影响高技术的发展？
