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下載安裝Flash播放器七個領域的難題與挑戰(zhàn)
（1）生命與健康
生命與健康領域是最活躍的領域，也是最有挑戰(zhàn)的領域。全面分析生命與健康領域的難題需要巨大篇幅。本文以四個問題為例，略作說明。
其一，基因藥物。目前，針對某些疾病已經(jīng)部分開始使用基因藥物。然而，廣泛高效地研發(fā)基因藥物仍是一個很大的挑戰(zhàn)。工程上的一項挑戰(zhàn)是開發(fā)更好的系統(tǒng)來快速獲取病人的基因組，另一項挑戰(zhàn)是收集和管理病人的大量信息，還有一項是開發(fā)經(jīng)濟便捷的診療設備（基因芯片和傳感器）來診查血液中的微量化學物質(zhì)。另外，需要改進系統(tǒng)來找到針對個體病人的有效并且安全的藥品。還需要發(fā)展新的方法讓基因藥物快速有效地到達人體的患部。
其二，對大腦的逆向工程。目前，人類已經(jīng)開發(fā)出一些會思考的機器，并讓他們掌握了一些特定的技巧，比如下國際象棋，但是，廣義上的人工智能還遠沒有實現(xiàn)。未來植入體內(nèi)的電子器件，有可能替代失去的或受損的神經(jīng)細胞，從而實現(xiàn)同樣的神經(jīng)功能，例如，讓失憶癥患者重新恢復記憶，讓盲人重見光明，讓殘疾人重新恢復行動能力等。
其三，人造生命。美國學者戴維.雷赫斯基（David Rejeski）說，合成生物學將徹底改變未來 100年內(nèi)我們制造任何東西的方式。一些科學家正在嘗試真正的再造生命。例如，一些科學家已經(jīng)合成了一個細菌的基因組，構建了人造細胞器（organelle），制造出一種完全由人造基因控制的單細胞細菌等。
其四，人工光合作用。2010年8月，美國能源部撥付專款，在加州建立人工光合作用聯(lián)合中心，以加速人工光合作用這項“革命性”能源技術的研發(fā)進程，該計劃的目標是在未來10年內(nèi)完成科學理論和原型的銜接。
（2）信息科技
信息革命已經(jīng)進行了40多年，未來的挑戰(zhàn)仍然很多，前景廣闊。
中國科學院《中國至2050年信息科技發(fā)展路線圖》認為，信息科技的變革與挑戰(zhàn)主要包括4個方面：1.21世紀信息技術的一個重要目標是使用戶看見的信息化系統(tǒng)能夠產(chǎn)生規(guī)模效應，從而使得軟件業(yè)和服務業(yè)也產(chǎn)生類似摩爾定律的走勢，這將引發(fā)一場革命；2.CMOS芯片技術發(fā)展的摩爾定律還將繼續(xù)有效，芯片制成技術達到10納米以后，新的技術，如納米碳管器件、分子與量子器件等可能會成為主流技術。電子計算技術和光電子、光計算技術的融合最有可能成為未來匯集計算、存儲、通信于一體的新一代芯片技術，也將推動片上光計算技術的實現(xiàn)，以及片上互聯(lián)網(wǎng)和片上實驗室的實現(xiàn)；3.算法研究將從單一算法轉(zhuǎn)移到對多個算法相互影響的研究；4.對嵌入式設備和傳感器發(fā)送的海量信息進行存儲、搜索、校對、匯總和分析，將是21世紀信息領域新的挑戰(zhàn)任務；5.在重視數(shù)字技術的同時，還要探索模擬量處理的新途徑以及數(shù)?；旌咸幚淼男路椒?。
記錄生命技術：數(shù)字將獲得永生。1945年，美國工程師范內(nèi)瓦.布什提出了個人的“擴展存儲器（Memex）”設想：Memex是對人們記憶的一種補充，它是一個基于微縮膠卷存儲的“個人圖書館”，可以存儲、搜索和檢索一個人終生所閱讀的書、記錄和同他人的聯(lián)系。50多年以后，比爾.蓋茨表示：“終有一天，計算機能夠記錄下一個人終其一生所看到和聽到的任何信息?！睂τ谏鐣W家來說，廣義上的記錄生命意味著人們將會獲得一個前所未有龐大的數(shù)據(jù)流來增進對人類行為的了解，而對每個人來說，它可能意味著一個小的有限的永生。
（3）空間科技
走向太空是人類的夢想，空間科技是科技發(fā)展的主要方向之一，21世紀的空間科技將給人類展現(xiàn)從來沒有過的發(fā)展前景，它的挑戰(zhàn)也是不言而諭的。
中國科學院在《中國至2050年空間科技發(fā)展路線圖》中提出，中國空間科學發(fā)展的重點是：在黑洞、暗物質(zhì)、暗能量和引力波的直接探測、太陽系的起源和演化、太陽活動對地球環(huán)境的影響及其預報和地外生命探索等方面取得突破。
根據(jù)美國科技預測項目的預測，21世紀人類有可能登陸火星，建立月球基地，與外星生命接觸，實現(xiàn)星際旅行等。其他問題還有：什么驅(qū)動了大爆炸？大爆炸之前是什么？什么是行星形成的條件？生命在行星上出現(xiàn)的條件是什么？等等。
（4）地球與環(huán)境
2008年，美國國家研究理事會（National Research Council）發(fā)布了《地球的起源和演化：變化行星的研究問題》的研究報告，提出了21世紀地球科學的10個重大問題：1.地球和其他行星的起源；2.地球早期的演化歷史；3.生命的起源；4.地球內(nèi)部的運動及其對地表的影響；5.地球的板塊構造與大陸；6.地球的物質(zhì)特性對地球過程的控制；7.氣候變化的原因與幅度；8.地球—生命的相互作用；9.地震、火山噴發(fā)等災害及其后果的預測；10.地球內(nèi)外流體運動對人類環(huán)境的影響。
2000年，美國宇航局（NASA）提出了“地球科學事業(yè)（ESE）戰(zhàn)略計劃”，認為地球和環(huán)境科學領域的重要問題包括：全球地球系統(tǒng)是怎樣變化的？地球系統(tǒng)的主要驅(qū)動力是什么？地球系統(tǒng)如何響應自然和人為引起的變化？地球系統(tǒng)的變化對人類文明的后果是什么？如何更好地預測地球系統(tǒng)未來的變化？
2002年，美國宇航局（NASA）發(fā)布了《NASA 固體地球科學工作組報告2002》，提出了未來25 年NASA 固體地球科學的最優(yōu)先領域。它們分別是: 1.板塊邊界變形的特征是什么？對地震災害意味著什么？2.構造、地貌、水文和生物過程是如何相互作用以塑造地形并產(chǎn)生自然災害的？3.冰體、海洋和固體地球是如何相互作用的，它們將如何影響海平面的變化？4.巖漿系統(tǒng)是如何演化的？火山在什么條件下噴發(fā)？5.什么是地幔和地殼動力學？地球表面是如何響應的？6.什么是地球磁場動力學？它與地球系統(tǒng)是如何相互作用的？
2009年，中國科學院在《中國至2050年生態(tài)與環(huán)境科技發(fā)展路線圖》中提出了生態(tài)與環(huán)境的八大重點研究領域：1.全球氣候變化及其生態(tài)學過程；2.退化生態(tài)系統(tǒng)修復與生物多樣性保育；3.城市化與環(huán)境質(zhì)量；4.土地/流域/海岸帶生物地球化學過程；5.環(huán)境污染控制與修復；6.清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟；7.環(huán)境污染與健康效應；8.先進監(jiān)測與預報技術。此外，與可持續(xù)發(fā)展的綠色技術也是發(fā)展的前沿。
（5）能源與資源
人類的生存和發(fā)展離不開能源和資源，地球上的能源和資源是有限的，能源和資源的挑戰(zhàn)是無限的。保證能源和資源的持續(xù)供給是人類的重大挑戰(zhàn)之一。
1997 年，美國總統(tǒng)科技顧問委員會（PCAST）完成了“面對21 世紀挑戰(zhàn)的聯(lián)邦能源研究與開發(fā)”研究報告，它認為美國21 世紀面臨的能源挑戰(zhàn)包括: 美國的經(jīng)濟發(fā)展仍將依靠可靠的、買得起的能源； 環(huán)境友好的，CO2和其他污染物排放少的能源結(jié)構；國家安全要求保障石油供應或替代，并防止核擴散。能源研究開發(fā)的重點是:能源效率；潔凈能源；CO2 封存。
2009年，中國科學院在《中國至2050年能源科技發(fā)展路線圖》中提出了中國能源科技的十個發(fā)展方向：高效非化石燃料地面交通技術、煤的潔凈和高附加值利用技術、電網(wǎng)安全穩(wěn)定技術、可再生能源規(guī)模發(fā)電技術、生物質(zhì)液體燃料和原材料技術、深層地熱工程化技術、氫能利用技術、天然氣水合物開發(fā)與利用技術、新型核電與核廢料處理技術、具有潛在發(fā)展前景的能源技術。
2008年，中國自然資源學會在《資源科學學科發(fā)展研究報告》中提出未來資源科學的發(fā)展趨勢包括：1.生態(tài)服務功能與環(huán)境安全研究；2.資源結(jié)構優(yōu)化、高效和可持續(xù)利用研究；3.資源安全戰(zhàn)略研究；4.資源科學技術創(chuàng)新研究；5.資源法制建設和資源倫理建設研究；6.資源安全和預警研究。
目前，太陽能和核融合發(fā)電是能源科技里的兩大熱點，太陽能的開發(fā)利用尚存在諸多挑戰(zhàn)，例如太陽能的收集、轉(zhuǎn)化、蓄能和轉(zhuǎn)換效率等。核融合是太陽能量的來源?？茖W家認為核融合能提供干凈的能源。人工核融合已經(jīng)歷了小規(guī)模的試驗示范階段，目前的問題是如何將其推廣為一種經(jīng)濟、有效、環(huán)境友好的產(chǎn)業(yè)。
（6）物質(zhì)科學
物質(zhì)科學主要包括物理學和化學，是研究物質(zhì)的微觀結(jié)構及其相互作用規(guī)律的科學。物質(zhì)科學的突破和發(fā)展，將改變?nèi)祟悓ξ镔|(zhì)世界、宇宙空間的認識，并帶動或促進相關學科的發(fā)展。科學家們認為，物理學的突破有可能產(chǎn)生新的能源和新宇宙觀。
2002年美國國家科學研究委員會（NRC）發(fā)表了《建立夸克與宇宙的聯(lián)系：新世紀11大科學難題》的研究報告。這11個科學問題是：1.什么是暗物質(zhì)？2.暗能量的性質(zhì)是什么？3.宇宙是如何開始的？4.什么是引力？5.中微子有質(zhì)量嗎，它們?nèi)绾斡绊懹钪娴难莼?.質(zhì)子不穩(wěn)定嗎？7.超高能粒子來自哪里？8.在極高密度和極高溫度下，新形態(tài)的物質(zhì)是什么樣的？9.是否存在額外的時空維度？10.從鐵到鈾的各種重元素是如何形成的？11.需要一種新的光和物質(zhì)理論來解釋在甚高能和溫度時發(fā)生的情況嗎？
2001年，美國國家科學院出版了“新時代的物理學：縱覽”的研究報告。提出了六個挑戰(zhàn): 發(fā)展中的量子技術，創(chuàng)造新材料，了解復雜體系，統(tǒng)一自然界的各種相互作用力，揭示宇宙，把物理學用到生物學。
著名物理學家李政道先生認為，21世紀科學上有4個需要回答的問題:為什么三大作用的理論都是對稱的，但實驗結(jié)果卻是不對稱的，對稱與不對稱有什么關系？所有的基本粒子（夸克）12種，一半看得見，為什么單獨卻都看不見；為什么全宇宙中90%以上的不是我們看到的物質(zhì)，而是暗物質(zhì)，這種暗物質(zhì)到底為何物？現(xiàn)在至少知道有100萬個類星體，每個類星體的能量是太陽能量的1015～1016，遠遠超過太陽的能量，這種擁有巨大的能量的類星體是從哪里來的？
北京大學徐光憲院士認為21世紀的化學是研究泛分子的科學，化學難題涉及四個方面：1. 化學反應理論和定律；2. 結(jié)構和性能的定量關系；3. 納米尺度的基本規(guī)律；4. 活分子運動的基本規(guī)律。
（7）會聚技術
2001年，美國商務部技術管理局（DOC）、國家科學基金會（NSF）、國家科學技術委員會納米科學工程與技術分會（NSTC-NSEC）在華盛頓聯(lián)合發(fā)起了由科學家、政府官員、產(chǎn)業(yè)界技術領袖等參加的圓桌會議， 首次提出了“會聚技術”的概念：納米科學與技術、生物技術與生物醫(yī)學（包括基因工程）、信息技術（包括高級計算機與通信）、認知科學（包括認知神經(jīng)科學），這四大發(fā)展迅速、潛力巨大的前沿技術的融合稱為會聚技術（NBIC）。會后，NSF主持將這次會議中的發(fā)言、共識、建議等集中編纂了《提升人類能力的會聚技術》。該報告闡述了四大領域的關系：如果認知科學家能夠想到它，納米科學家就能夠制造它，生物科學家就能夠使用它，信息科學家就能夠監(jiān)視和控制它。
科學家們認為，會聚技術會給我們帶來一個前景：基于會聚技術的認識和應用，人類大腦的潛力將被激發(fā)出來，人的悟性、效率、創(chuàng)造性及準確性將大大提高，人體及感官對外界的突然變化，如事故、疾病等的感知能力變得敏感，人類將可以以原子或分子為起點來診斷和修復自身與世界，老齡人群普遍改善體能與認知上的衰退，人與人之間產(chǎn)生包括腦與腦交流在內(nèi)的高效通訊手段，社會群體有效地改善合作效能，社會大幅度減少資源與能源的消耗，降低對生態(tài)環(huán)境的破壞與污染。人類將在納米的層次上重新認識和改造世界以及人類自身。
摘自《第六次科技革命的戰(zhàn)略機遇》，何傳啟主編，科學出版社出版。