走进新世纪的高技术(一)
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跨入新世纪的门槛后，全球高技术领域可谓凯歌频传、硕果累累。高技术一如继往的迅猛发展继续深刻地影响着世界的各个角落，引领着社会未来的发展方向，在吸引了全球无数目光的同时也引发了热烈的争论，生机无限，气象万千。信息通信、生物、能源、材料和空间技术是5个重要的高技术领域，本文将对它们进入新世纪以来的一些主要进展和前景进行简要述评。
信息通信技术 风景这边正好
1901年12月12日，意大利工程师马可尼首次实现了人类跨越大西洋的无线电通信，当时每秒的传输容量仅为几个比特。百年之后的今天，无线电通信的效率已经提高100亿倍以上。当代信息通信技术始终风采不减，继续向深亚微米、大规模集成、网格化、智能化的方向发展，随着信息和网络技术的不断完善和提高，将不可逆转地把人类社会带入一个“连通的信息化世界”。新的通信技术、高性能计算机、下一代互联网和高智能机器人仍是持续的热点。
光纤通信技术
光纤通信技术的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。今天光纤通信技术进入了又一次蓬勃发展的新高潮，其演变和发展的结果将在很大程度上决定电信网和信息业的未来大格局，也将对本世纪的社会经济发展产生巨大的影响。
信息技术中的一个热点，是继续提高通信传输的速率和频宽。用电信号传输，单波长传输的速率极限是每秒100吉比特。光通信潜力则大的多，但传输距离延长后由于光信号的波形发生畸变，信号会变差。日本电信电话公司在不把光信号变为电信号的情况下开发出了一种新装置，能在光信号传输时检测到信号的波形畸变，然后将信号恢复原状，从而开发出世界上最快的光通信技术，单波长传输速率达到每秒160吉比特，相当于每秒可传4部两小时长的电影。这一速率是现有传输速率的16倍，精确度提高200倍以上，并可以适应各种温度和气压变化，显然这项新技术为建设传输速率更快的新一代光通信网奠定了基础。
美国哈佛大学和佐治亚技术研究所分别利用一束强激光轰击一团铷原子，生成具备这团铷原子量子态的单个光子，再将该光子传送过100米长的光缆，生成携带同样量子态的另一团铷原子，从而成功实现了原子和光子之间的量子态隐形传输。这项关键的技术突破意义重大，将为建造“坚不可摧”的全球通信网络和运算速度惊人的量子计算机奠定基础。
高性能计算机
高性能计算机是很多计算机技术的源头，其研发水平是一个国家科研实力的重要标志，各国之间你追我赶、互不相让。2005年IBM“深蓝”超级计算机系统继续蝉联冠军，至11月“深蓝”再次创下了新的世界纪录：达到每秒280.6万亿次浮点运算！不过日本已宣布，将在2010年前开发出每秒运算能力达1000万亿次的超级计算机，以用来进行制药设计和超微细材料的模拟研究。
美国惠普公司宣布，该公司的量子科研小组发明了一种可取代电脑基本构件——晶体管的新元件，目前科研人员正在分子水平上对计算机进行彻底改造。这种名为“交换点阵式插锁”的新元件为建造应用纳米元件的计算机提供了一项重要的关键元件，能够提供普通计算机所需的信号恢复和转换，并将计算机的功能提高数千倍。如同当初真空管取代电磁继电器、晶体管取代真空管一样，“交换点阵式插锁”取代晶体管也将成为历史必然。
每秒峰值运算速度达10万亿次的曙光4000A系统的研制成功，使中国成为继美、日之后第三个能制造10万亿次商品化高性能计算机的国家。该系统投入应用后，可以极大地节省如气象预报、药物评价筛选研究等方面科学计算的工作量。2004年11月曙光4000A系统在上海正式启用，标志着中国最大的网格主节点投入运行，一座信息技术领域的"三峡大坝"正在构建。
下一代互联网
随着“无时无刻不联网”时代的到来，互联网用户继续快速增长，至2005年底全世界网民数量已接近10亿。同时，电子政务、网上医疗、网上购物等网络应用项目开始风靡全球，互联网正迅速走进寻常百姓之家，甚至成为一种生活方式，虚拟与现实的界限越来越模糊了。博客、网瘾、视频，这些过去不曾出现或极少出现的词汇和事物现在已然成了热门话题。
下一代互联网将比现在的网络传输速度提高1000倍以上，基础带宽可能会在40G以上，并使网络安全的可控性、可管理性大大增强。2004年12月25日，中国下一代互联网示范工程(GI)核心网CER2主干网正式开通，这是目前世界上规模最大的纯IPv6互联网，理论上一部DVD电影可以在4秒钟的时间里传输完成。CER2大量采用具有中国自主知识产权的核心网络技术及产品，其开通标志着我国下一代互联网建设全面拉开序幕，在世界下一代互联网发展上抢得先机。
网络安全继续成为政府和企业关注的焦点。在遭遇电子"珍珠港事件"的偷袭——冷不防的、全面出动的网络突然袭击时，往往会导致通信、金融、运输、动力、军事等重要基础设施失效而产生严重后果。量子密码技术由于特别适合于光通信环境，己越来越受到关注。继2004年6月世界上第一个量子密码通信网络在美国正式投入运行之后，2005年中国科学院量子信息重点实验室在国际上首次解决了量子密钥分配过程的稳定性问题，经由实际通信光路实现了125公里单向量子密钥分配，这是迄今为止国际公开报道的最长距离的实用光纤量子密码系统，使我国的量子保密通信向国家信息安全应用迈出了关键的一步。
高智能机器人
随着计算机的信息处理能力呈指数级增长，机器人有可能成为地球上最能干而且适应能力最强的物种。电影《终结者》和《黑客帝国》中，人类被机器人统治的场面在不久的将来或许不再是天方夜谭。从2005年机器人的发展趋势可以看到，性能日益完善的高智能机器人正在悄悄改变着人们的生活方式：各种各样的家庭机器人将成为众多家庭里的新角色，照顾老人、看护孩子、做家务等等。
日本是发展机器人技术最迅速的国家之一。2005年6月在日本举行的世界博览会上，大阪大学的研究人员展示了一款完全具有人类女性外貌的“女机器人”，“她”不仅拥有柔软的硅树脂仿真肌肤，并且体内装备的31个传感器和电动机可以使其像人类一样运动和感知，包括眨眼睛和呼吸。研究人员宣称，将来有一天仿真型机器人完全有能力欺骗我们相信他们是真正的“人”。
据说，当年阿基米得在确立了力学的杠杆原理之后，曾自豪地大声宣称：给我一支足够长的杠杆，我将能够撬动月球！其豪情真可谓是惊天动地了。当代纳米科学家们也不逊色，他们同样潇洒地大声宣布：给我一支足够短的杠杆，我将能够撬动原子！而2005年的法国科学家们则在世界上首次成功地让一个分子做出了各种各样的动作！科学人员利用特种显微镜仪器，通过刺激分子产生不同的电子状态，可以控制分子做出各种动作，从而使它变成一个分子“机器”。据称，这一成果将对今后人类精确控制单分子级别大小的机械、进而开发出纳米机器人产生重要影响。
现代生物技术 走进新时代
现代生物技术和生命科学将成为21世纪引发新科技革命的重要推动力量， 近20年来现代生物技术的发展越来越引人注目并日益呈现出两个显著的特点，其一，现代生物技术可以突破物种界限，有效地改造生物有机体的遗传本质；其二，现代生物技术带来的经济效益和社会效益日益显著，生物技术产业化今天几乎遍及人类经济生活的各个领域。许多专家认为，现代生物技术产业将会成为21世纪的朝阳产业。
基因组研究
基因组研究继2000年取得重大进展以来不断续写辉煌。2001年美、日、德、中、法、英6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布了人类基因组工作框架图的基本信息。经过初步测定和分析，科学家发现被称为万物之灵的人类只有3～4万个基因，远非以前认为的10万个。2004年10月国际人类基因组计划协作组宣布，经过多国科学家近3年的“修纂”，人类基因组精确DNA序列图最终完成，其误差率低于十万分之一，涵盖了99%人类染色体组的图谱。这使得人类在探索自身奥秘过程中向纵深迈进了一大步。
近年来，多种动、植物的基因组图谱破译成果继续不断涌现，对从分子水平上研究人类健康医学问题，以及生物机能意义非凡。其中水稻基因组序列全图图谱绘制的全面告捷尤为瞩目，水稻成为迄今第一个基因全部为人类所掌握的农作物，是人类农业育种史上的一个重要里程碑。科学家还成功破译了人类最为密切的“亲戚”——黑猩猩的DNA，分析显示黑猩猩与人类在基因上的相似程度达到96%以上。可见，现如今这类基因组破译工作已越来越成为家常便饭，标志着人类基因测序技术已日臻成熟和完善。
2005年年底，美国政府公布了一项癌症基因图谱绘制计划，旨在找到所有致癌基因的微小变异，从而为治疗各类癌症开辟新天地。该计划将对1.25万份癌症肿瘤样本进行基因测序，涉及50种类型癌症，测序工作规模预计比人类基因组计划大100倍。
干细胞技术与克隆技术
从克隆羊多利问世距今短短的几年时间里，克隆牛、克隆猴、克隆猫、克隆鼠、克隆猪等多种克隆动物相继诞生。科学家在动物身上的实验预示，克隆人类胚胎干细胞将会开启一个再生医学新时代。科研人员可以利用干细胞培养出用于移植或替换的组织和器官，为病人及老年人带来福音。制造用于移植的干细胞的最好办法就是从由病人自身遗传物质克隆的胚胎中获得干细胞。这种干细胞以及由它们发育成的组织的基因与病人基因一致，因此不太可能受到病人免疫系统的排斥。
2005年干细胞研究领域最为上镜的人物当非韩国“克隆之父”黄禹锡莫属了，随着其“研究成果”陆续发表在美国《科学》和英国《自然》杂志上，黄一举成为基因研究领域的领军人物，风头之健，一时无人能出其右。不过该神话故事并没有维持多久，几乎一夜之间，黄禹锡又从韩国英雄变成了韩国“国耻”，其负面影响可能相当持久。由于该事件可能直接影响到其他国家政府和公众对干细胞研究的态度，使得本来就已经饱受争议之苦的干细胞研究变的更为艰难。
2005年3月第59届联合国大会批准了《联合国关于人类的克隆宣言》，要求各国禁止有违人类尊严和保护人的生命原则的任何形式的克隆人实验。不过，科学家正设法从技术角度解决该问题。美国哈佛大学宣布，首次研究成功将普通皮肤细胞转变为胚胎干细胞的技术，在这一过程中无需再使用人类卵子或制造新的人类胚胎。即使该技术无法直接得到临床运用，它也将大大推进干细胞研究的数量和质量，并且有可能从此结束相关的伦理争议。有专家乐观预言，2006年的生命科学研究很可能会突破伦理障碍，迎来春暖花开的新机遇期。
战胜重大疾病
从艾滋病、疯牛病、SARS，直到最近出现的禽流感，经由动物传染给人类的疾病不断出现。如何加强科学研究，搞清这些原来只在动物中存在或传播的病毒传染给人类的途径、机制，防止人类之间的相互传染、生产出切实有关的疫苗成为未来科学家攻关的重点。
各国政府纷纷投入大量的人力物力，从事禽流感疫苗的研制。美国率先告捷，8月6日美国国家过敏症与传染病研究所宣布，该所研制的禽流感疫苗人体试验取得初步成功，针对H5N1型病毒产生了很强的免疫反应，有望运用于禽流感的蔓延。这是首次有证据显示，注射疫苗可以成为对抗禽流感致命病毒的强大武器。随后，俄罗斯、中国、法国也相继宣布成功研制出人用抗禽流感疫苗。11月22日中国国家食品药品监督管理局批准人用禽流感疫苗——“大流行流感疫苗”开展临床研究，标志着我国在防控大流行药物研发方面取得了新的进展。此外，日本东京大学开发出短时间内生产针对高致病性禽流感疫苗的技术，使疫苗的生产速度大幅度提高。
艾滋病成为人类健康的重大威胁至今已有近20年时间，到目前为止尚未找到非常有效的预防办法和治疗药物。法国巴斯德研究所的科学家成功地在兔子身上获得可以阻止多种艾滋病病毒入侵的抗体。虽然抗体目前只是在实验室里实现了其功能，但足以为艾滋病疫苗研究展示令人乐观的可能性。
新材料技术 无限风光在险峰
新材料技术的发展不仅是当代信息技术和生物技术革命的基础，而且给信息、绿色制造、生物和医学等领域带来极大的发展空间。进入新世纪，新材料技术继续向材料的结构功能复合化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备和使用过程绿色化的方向发展。
纳米材料
纳米技术从根本上改变了材料和器件的制造方法，孕育着新的技术革命，进而将引起21世纪又一次产业革命。纳米技术的应用研究目前正在半导体芯片、光学新材料等领域快速发展。在前一领域，纳米级晶体管的应用研究期望突破传统的极限；在后一领域，目前可调控直径5至几百纳米的纳米导线。
碳纳米管是由一层或若干层石墨卷曲而成的笼状“纤维”，其比重只有钢的1/6，而强度却是钢的100倍。如果用碳纳米管做成绳索，是目前所知的唯一能从月球上挂到地球表面而不被自身重量所拉断的绳索。美国IBM公司的科研人员在2001年用纳米碳管制造出了第一批晶体管，这一利用电子的波性而不是常规导线实现传递信息的技术突破有可能导致更小更快的芯片出现。由于10－20年内硅晶体管将达到其物理极限，因此该项技术突破对未来的芯片性能会产生深远的影响，并可能使现有的硅芯片技术逐渐被淘汰。
2005年10月美国莱斯大学宣布，该校科研人员历时8年终于成功研制出了由纳米单分子制成的世界最小的“汽车”。这辆纳米汽车的整车长度不超过4个纳米，却拥有底盘、车轴、车轮等基本部件，能在凸凹凸不平的原子表面行进，是世界上第一辆能像真车一样滚动运行的纳米汽车。假如把一根头发丝设想为一条柏油马路的话，那么其宽度足以使2万辆纳米汽车浩浩荡荡地并排行驶！科学家希望，这些肉眼看不到的微型机器将来某一天被用来向细胞“运输”药物，或许还能用于消灭癌症及治疗其它疾病。
超导材料
超导现象自1911年被发现以来，超导领域的研究一直围绕着4个主要方面进行，即新超导材料的探索、超导机理研究、超导体本身的宏观量子相干特性以及基于超导现象的其它应用。超导材料在电动机、变压器、磁悬浮列车等领域有着巨大的市场，如用超导材料制造电机，可增大极限输出量20倍，减轻重量90％。超导材料的研制关键在于提高材料的转变温度，若此问题得以解决将会使许多领域产生重大变化。
科学家目前已拥有多种极其灵敏的实验技术，这些技术将有助于更有效地研究高温超导机制。2004年5月，俄罗斯科学院固体物理研究所专家开发出一种超导磁测量装置，能够在磁场中测量物质从接近绝对零度到室温等不同温度条件下的导电性能。利用这种超导磁测量装置，俄专家已经在寻找高温超导材料方面取得了一定成果。
2005年科学家已经制造出138K的高温超导体。此外，有3家美国公司利用几种新技术制成了长度达100米的第二代超导导线。这种由钇、钡、铜和氧组成的第二代高温超导导线不仅性能优异，而且成本也有望大幅降低。
材料结构与新材料
2004年日本一个联合研究小组开发出一种由掺有二氧化钛粒子的环氧树脂制成的、充满空洞的立方体，该立方体能够神奇地把电磁波储存起来。专家认为，这一技术不仅将能够用来储存电磁波，并将其转变成电能，还可用来制造能够储蓄光的“光池”。下一步将致力研究白天可储存光能，夜间再释放使用的“光池”，以及用空中电磁波作电源的手机等实用技术。
英国曼彻斯特大学发现了一个以前不为人所知、成员多达数千种的材料新家族。这类材料只有一个原子厚，具有重量轻、强度高、柔韧性好、性质稳定等特性，并且在不同环境下表现出许多不同的性能，为工程师和设计师提供了多种可选择的新材料。
美国航天飞机上的防热陶瓷瓦片脱落问题曾给太空飞行带来极大的隐患，2005年德国航空航天中心发明的一种碳纤维耐热陶瓷瓦有可能消除这一危险。这种通过采用新工艺制造的碳纤维增强碳化硅防热瓦可以反复经受1700℃的高温，并且具有很强的抗冲击性和耐化学性，在大尺寸下也能保持性能稳定，没有裂纹。因而极有希望用于解决当前航天飞机上的防热陶瓷瓦脱落的难题。
2005年3月28日，中国国家技术发明奖一等奖授予了“高性能炭∕炭航空制动材料的制备技术”和“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”这两项成果，从而改变了该奖项连续6年处于空白的尴尬状态。前者涉及高性能炭/炭刹车材料的研究、开发及产业化，其成功不仅开辟了我国高性能航空刹车制造新产业，而且对航天、化学化工、交通运输等行业的技术进步产生重大推动作用。后者研制的连续纤维增韧碳化硅陶瓷复合材料是国际上公认的反映一个国家先进航空航天器制造能力的新型、热结构材料，可以满足航空航天器向高速度、高精度、高搭载和长寿命发展的要求，也使我国成为继法、美之后第三个掌握该项技术的国家。
能源技术 推陈出新天地宽
虽然在可预见的将来，煤炭、石油等矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及风能、太阳能、地热能、水力能、生物能等可再生能源的利用，在整个能源消耗中所占的比例正在显著提高。据统计，20世纪90年代以来，全球煤炭和石油的发电量每年增长1％，而太阳能发电和风力发电的年增长率高达20％。预计在未来10年内，可持续能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿物燃料一统天下的局面。
再生能源新技术
进入新世纪，在石油、天然气价格不断上涨且储存有限，能源普遍紧张的情况下，再生能源的开发与应用受到前所未有的重视，韩国将2004年定为“新能源、可再生能源元年”。 2005年德国可再生能源占全国总发电量的比例已达10%，德国政府希望在2020年前将可再生能源占总发电量的比例至少提高到20%。2005年底由日本经济产业省制定的作为日本未来能源政策指针的《新国家能源战略》明确表示，在降低石油依存度方面，将确立使用太阳能、风能等能源的产业，将日本对石油的依赖程度从目前约占能源消费总量的50％降低到40％。