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科技革命发生的领域和方向

  准确预见科技革命何时、何处发生是困难的,但也并非无迹可寻。从资源与需求面临的挑战看,以下领域和方向将最有可能发生重大科技创新突破。

  在能源与资源领域,人类必须转变无节制耗用化石能源和自然资源的发展方式,迎来资源节约、高效、清洁、可循环利用的时代。这要求在一些基本科学问题上取得突破。例如,先进可再生能源和核能的开发,高效制氢与存储技术,不可再生资源的高效、清洁和循环利用,水资源高效利用及清洁循环,生物资源开发利用,深部地球、海洋和空间资源的开拓等。

  在信息领域,无论是集成电路、存储器、计算机还是互联网等现有信息技术,都将遇到难以继续发展的障碍,呼唤信息科技新的突破。例如,新的网络理论,网络云计算,网络安全与智能管理,人机交互与语言文字图像的智能处理,海量数据挖掘与管理,自旋电子、分子、量子器件,光电子、量子、基因计算等。

  在先进材料与制造领域,未来30至50年,能源、信息、环境、人口健康、重大公共工程等对材料和制造的需求将持续增长,先进材料和制造向全球化、绿色化、智能化方向发展,制造过程将更加清洁、高效和环境友好。新的突破可能发生在:绿色、智能材料结构与性能设计,制备过程精确控制及全寿命成本控制,极端条件下材料结构和性能演化规律,近终尺寸形貌加工以及材料器件一体化等。

  在农业领域,将进入生态、高效、可持续的时代,在保障食物安全功能的同时,农业还将担负起缓解能源危机、提供多样需求和保护生态环境等使命。这要求在一些基本问题上取得突破,如,生物多样性规律,高效、优质、抗逆农业育种的科学基础与方法,营养、土壤、水、光、温与作物相互作用机理和精准控制方法,耕地可持续利用的科学基础,农业对气候变化的响应,健康食品的科学基础等。

  在人口健康领域,全球人口在本世纪中叶可能达到90亿至100亿,人类必须控制人口增长,提高人口质量,保证食品和生态安全,防治重大流行病,并将关口前移,走一条低成本、普惠保健之路。这要求在一些基本科学技术问题上取得进展。例如,营养、环境、行为对人的生理心理健康的影响,基因遗传、变异与修复机理,疾病早期预测诊断与预防干预的科学基础,干细胞与再生医学,生殖健康和早期诊断治疗,老年退行性疾病延缓和治疗的科学基础等。

  一些重要基本科学也正孕育着重大突破。例如,对暗物质、暗能量、反物质的探测,将深化人类对宇宙和物质世界的认识。探索对构成物质的分子、原子和电子的精确调控,进而在光/电/热转化、光合作用与光催化,能量、信息的储存、传输、处理等领域实现新突破。合成生物学的出现打开了从非生命的物质向人造生命转化的大门,为探索生命起源和进化开辟了新途径。人类将不断深化对脑和认知的探索,一旦突破,将导致科学思维方法的创新,进而推动认知科学、教育学、心理学、信息与计算科学的革命。

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