30项引领未来的科学技术
注：本文是结合2008年中国科协开展的“引领未来的10项科学技术”等评选活动而撰文，署名作者为苏青、敬石开、吴晓琦、陈广仁、田若松、侯米兰，刊载于2008年第8期《未来与发展》。近十年过去后，回头再看当时遴选出的30项科学技术，有的已经对今天的社会生活产生重大影响，有的即将产生重大影响，由此可见当时评选的意义所在。
1 “10项引领未来的科学技术”评选活动介绍及入选条件
2008年,中国科协成立50周年。为进一步整体提升全社会推动公民科学素质建设工作，激发公众关注科技、热爱科技、运用科技的兴趣，达到弘扬科学精神、普及科学知识的目的，中国科协以“发展与责任”为主题，面向全社会开展了“10项引领未来的科学技术”等系列评选活动[1，2]。“引领未来的科学技术”（以下简称“科学技术”）是指，“对未来人类社会生存与发展有着重大的、积极的影响，并预示着未来科学技术的发展趋势、潮流和方向，并可预见的重大科学发现、重大技术发明、科技突破等”。入选的“科学技术”必须满足：①须是现实社会尚未成熟，但已呈现诞生的萌芽、发展的趋势或可能取得的科学发现、技术发明、科技突破；② 须与自然科学、技术或工程某一领域的未来发展密切关联，且将具有原创性的科学发现、技术发明、科技突破；③须对未来人类社会的生存与发展产生重大的、积极的影响[3]；④ 按50年左右的时间尺度评估入选的“科学技术”对未来社会的影响。
评选活动的通知自2008年3月11日发布，截止当年6月18日，评选活动组委会办公室共收到公众推荐的“引领未来的科学技术”条目725项。6月19日，中国科协学会服务中心组织有关专家学者，从725项条目中遴选出40项候选条目；6月24日，本项评选活动评审专家组又从40选候选条目中评选出如下30项“引领未来的科学技术”，最终入选的“10项引领未来的科学技术”将由公众从这30项中投票决定。本文介绍了30项候选“科学技术”的具体内容——按第2轮评选得票多少顺序排列，以期向公众普及相关的科学技术知识。
2 30项引领未来的科学技术
2.1 量子通信技术
量子通信技术是量子力学与传统信息科学结合的产物，它是利用光的量子特性通过单个光子或纠缠光子传输“0”和“1”的数字信息来实现信息的高速传递。从理论上说，该技术可以传输超大容量的信息，且能够用于开发用经典手段无法破译的密码。但是，由于光子在传输过程中会发生衰减，在实际应用中实现远距离的光纤量子保密通信难度很大，目前量子密码在光纤中的最大传输距离只有200公里左右。不过，最新的研究表明，利用通信卫星和自由空间纠缠光子分发，很有希望实现更远距离乃至全球化的量子通信网络[4]。
2.2 海水淡化技术
海水淡化技术是指利用海水脱盐生产淡水以实现水资源利用的开源增量技术，它主要包括蒸馏、冻结、反渗透、离子迁移、化学法等淡化技术等。目前全世界有120多个国家和地区采用海水或苦咸水淡化技术获得淡水，海水淡化系统及生产量以每年10％以上的速度在增加。随着淡水资源紧缺形势的加剧，海水淡化将可能是21世纪诞生出的一种新型的生产淡水的未来水产业[5]。
2.3 基因治疗
基因治疗是利用遗传操作，在基因水平上预防或者抑制疾病的发生或恶化的一种治疗手段，已逐渐成为生物医学中快速发展的重要领域，并给一些遗传及后天疾病的治疗带来了希望。基因序列的异常是遗传疾病的基础，因此，这类疾病只能通过基因治疗的手段解决。基因治疗虽然被认为尚缺乏充分的基础性研究，但其治疗的潜力仍然巨大，随着越来越多疾病的发病机制被定义在基因水平上，基因治疗的手段也必将发挥出巨大的潜力，并有望成为今后的常规治疗方法而造福于人类[6]。
2.4 新型人机交互技术
自计算机诞生以来，人机交互技术经历了穿孔纸带、批处理、联机终端、多媒体用户界面等阶段。“以人为中心”和使交互方式更接近于人类自然交流形式，是未来人机交互的总体特征。科学家们正在努力使计算机能听、能说、能看、能感觉，语音将成为人机交互的重要通道。虚拟现实将是彻底实现和谐、自然、以人为中心的人机交互方式,并为用户提供包括光、声、力、嗅、味等全方位、多角度的真实感觉。新型人机交互技术将可能彻底改变人们使用计算机的方式，并对计算机使用的广度和深度产生深远的影响[7]。
2.5 受控核聚变技术
受控核聚变是在一定的条件下，控制核聚变的速度和核规模，实现安全、持续、平稳的能量输出的一种聚变能技术。目前发现的主要受控核聚变方式有：超声波核聚变、激光约束（惯性约束）核聚变、磁约束核聚变（托卡马克）。受控核聚变由于具有原料充足、经济性能优异、安全可靠、无环境污染等优势，因而有望成为人类取之不尽、用之不竭的理想能源[8]。
2.6 对地观测集成技术
对地观测集成技术是一种通过构建一个由多系统组成的综合、协同和持续发展的全球对地观测集成系统（GEOSS），综合多种电磁与非电磁手段，建立全方位、多层次的卫星-航空-地表-地下4位一体、立体协同的广义遥感监测体系，以便为人类社会提供更快、更多、更好的对地观测数据与全球变化信息的技术。该技术未来有望在地震、海啸、飓风、暴雨、洪水等自然灾害的精准监测和预警预报方面取得突破，通过准确监测和预报灾情，来防止和减少灾害，从而给人类带来平安和福祉[9]。
2.7 虚拟现实技术
虚拟现实技术是综合利用计算机图形学、光电成像技术、传感技术、计算机仿真、人工智能等技术，模拟现实存在在计算机系统上创建一个具有视、听、触、嗅、味等多种逼真感知效果的技术。近年来，在虚拟现实的基础上又发展出了增强现实技术。该技术通过跟踪用户的位置和姿态，把计算机生成的虚拟物体或其他信息准确地叠加到真实场景的指定位置，实现虚实结合、实时互动的新体验。虚拟现实技术和增强现实技术广泛应用于军事、先进制造、城市规划、地理信息系统、医学生物、教育培训、文化娱乐等领域，有望产生巨大的经济效益和社会效益[10]。
2.8 超高速交通工具
超高速交通工具是指时速超过400公里的地面交通工具。它是21世纪下半叶随着经济社会的高速发展，人口的急剧增长，生活节奏的不断加快，人均占用陆地不断减少，公众对地面交通提出的新需求。发展真空(或低压)管道交通，或许是研制超高速交通工具的一种有效途径。超高速交通工具的问世，将使省际之间的人员流动类同于今天城区之间的人员往来，从而彻底改变人们的时空观[11]。
2.9 干细胞技术
干细胞技术，又称再生医疗技术，是指通过对于干细胞进行分离、体外培养、定向诱导、甚至基因修饰等过程，在体外繁育出全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官，并最终通过细胞组织或器官的移植来实现对临床疾病的治疗的一种技术。 人们可以利用干细胞技术来替代人体中病变或衰老的组织、器官，以便治疗传统医学方法难以医治的多种顽症，如白血病、早老性痴呆、帕金森氏病、糖尿病、中风和脊柱损伤等一系列目前尚不能治愈的疾病。从理论上说，应用干细胞技术能治疗各种疾病，且较之许多传统治疗方法，它具有无可比拟的优点[12]。
2.10 极端制造技术
极端制造技术是指在极大型或极小型或极精密型等极端条件下的制造技术，主要用于制造极端尺寸或极高功能的器件。极端制造技术的最新成果目前已初见端倪，如：微射流光纤传输系统，比目前的光纤传输速度快约10倍；科学家正在研制的量子计算机运行3秒的计算量，相当于现在计算机运行上百亿年的计算量；未来的超速飞机的时速将达8000公里，等[13]。
2.11 深空探测技术
深空探测技术是指人类对太阳系以外的星系进行科学探测的技术。该技术的发展将有利于进一步破解地球的起源与演变、行星和太阳系的形成与演化等奥秘，有利于人类探寻地球外生命和文明，有利于开发和利用太空资源。尽管深空探测的未来还充满挑战和风险，但人类探测深空的步伐将不会停止，并将依此不断造福于人类社会[14]。
2.12 高产绿色现代农业技术
高产绿色现代农业技术是以促进农产品、生态、资源安全和提高农业综合经济效益的协调统一为目标，以倡导农产品标准化为手段的新型农业发展技术。这种技术可以弥补恶性农业循环破坏生态环境的不足，丰富现代农业的内涵，促进现代农业与传统农业有机结合，给现代农业发展目标注入新的活力和生机。它在保障人们的粮食数量和质量安全、满足当代人类需求的同时，还能给后人留下足够的生存和发展空间[15]。
2.13 可再生能源与清洁能源技术
可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的能源，如风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。清洁能源技术是指研制开发环境污染物和二氧化碳等温室气体零排放或低排放的新型能源技术。可再生能源是清洁能源的一种，资源分布广泛，适宜就地开发利用，且对环境无害或危害极小。大力开发利用可再生能源资源，对于减少化石能源消耗，保护生态环境，减缓全球气候变暖，推进人类社会可持续发展将有着及其重要的意义[16]。
2.14 深海开发技术
深海开发技术通常指对500米以上的海洋区域的油气资源、矿产资源、生物及基因资源等进行勘探、开采、利用的技术。该技术的核心问题是解决由于水深所带来的低温、高压、环境恶劣、作业条件复杂下的一系列开采技术问题。海洋资源尤其是深海资源对未来人类社会可持续发展越来越重要，在尽量减少对海洋环境影响的前提下，大力发展深海开发技术有着十分重要的意义[17]。
2.15 高温超导技术
所谓超导现象是指某些材料在极低温条件（通常为数K）下，电阻变得很小甚至为零，并有抗磁现象。但是，低温超导现象通常很难在现实中得到应用，研究高温超导技术由此意义重大。高温超导现象在诸如电力输送、受控热核聚变反应装置、超导磁悬浮列车、超导计算机等领域具有广阔的应用前景。目前，科学家已经发现了温度可达100K左右的高温超导材料，这为超导现象的实际应用提供了可能性[18]
2.16 量子计算机
量子计算机是以量子比特为信息处理单元，以量子比特序列为运算对象的具有全新构架的未来计算机。在量子计算中，量子比特序列处于各种特殊的量子态，量子力学态叠加原理提供了极为强大的量子并行计算能力。量子计算本质上是利用了量子相干性，在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它与外部环境相互发生作用，导致量子相干性衰减，即退相干。因此，克服退相干问题是使量子计算成为现实的核心问题。量子编码（量子纠错码、量子避错码和量子防错码等）是迄今发现的克服退相干最有效的方法之一。科学家预测，最终实现量子计算的方案将可能以某种新型材料和新型量子器件为突破口[19]。
2.17 脑科学
狭义的脑科学是指神经科学，广义的脑科学是指研究脑的结构和功能的科学，包括认知神经科学等。脑科学研究的最终目的是阐明人类大脑的结构和功能以及人类行为与心理活动的物质基础，增进人类神经活动的效率，提高对神经系统疾患的预防、诊断和治疗服务水平。对人脑和神经系统分子发育和工作机制的深入研究，将逐步揭示脑和认知过程的奥秘，促进认知科学、教育学和信息科学的发展，并有望为人的智力开发和电脑科学带来新的突破[20]。
2.18 克隆技术
克隆的含义是无性繁殖，根据克隆技术应用的层面不同可分为分子克隆、细胞克隆和动物克隆3个主要类别。分子克隆主要应用于对遗传物质DNA或RNA的操作；细胞克隆主要是应用体外培养技术，大规模地体外扩增细胞数量；动物克隆的方法主要有胚胎分割、孤雌生殖和细胞核移植技术等3类。细胞核移植技术是最常用的一种克隆技术。治疗性克隆技术伴随核移植技术的发展而逐渐成为当前的研究热点，利用核移植技术获得病人自身同源的干细胞系，分化成为目的细胞，从而达到代替病人体内患病细胞的治疗目的[21]。
2.19 感冒疫苗
流行性感冒是由流行性感冒病毒引起的一种急性上呼吸道传染病，传染性强，发病率在急性传染病中居首位，对人类健康造成了严重威胁，而接种流行性感冒疫苗是预防流行性感冒的有效措施。目前已开发出具有高度安全性，适用于各类体质和各年龄段人群及高危人群的高效佐剂流行性感冒疫苗、最新的细胞组织培养流行性感冒疫苗，以及人用H5N1禽流行性感冒疫苗等新产品。未来感冒疫苗的开发应与疾病预防和控制体系充分合作，开展流行性感冒疫苗接种的临床有效性、安全性和社会经济效益研究，为疾控体系提供控制流行性感冒流行的决策依据。
2.20 核动力航天技术
随着人类对深空探测的不断拓展，航天器靠太阳能提供动力，要想去探测那些太阳能非常微弱的太阳系外部圈的行星及其卫星，将受到很大的能源补充局限。核动力驱动航天器将有望解决这一问题。有了核动力，人类可以到火星上去探索未知世界，可以在月球上建设永久基地，可以将航天器送达太阳系边缘的时间从15年缩短到5年。但新型航天器所携带的核材料仍存在安全隐患，有可能给宇航员乃至人类的生命和健康带来严重威胁。
2.21 未来家庭机器人
人的头脑不仅仅是一个信息处理器，还是一个发育器。 利用“计算自主心智发育”的概念、理论及方法，可以研发出一种类似人脑的机器；在内在发育程序指导下，这种机器能与环境交互产生自主行为，发育出心智。这就是未来家庭机器人。服务用机器人的研究将开辟未来家庭服务、社会娱乐、危险作业，以及军事方面的应用新领域。服务用机器人未来有望走进人们的日常生活和工作中，为人类提供巨大的便利和娱乐等服务[22]。
2.22 生态住宅技术
所谓生态住宅是指能充分利用自然资源并以基本保持生态环境平衡为目的而建造的住宅，它可以使物质和能源在建筑系统内有秩序地循环转换，获得一种高效、低耗、无废弃物、无污染、生态平衡的建筑环境，有利于环境保护和人类健康。生态住宅技术将有望成为解决未来经济发展与环境污染矛盾的一种有效的措施[23]。
2.23 环保材料技术
环保材料是指在材料的生产、应用和回收循环过程中，对环境污染小、对自然资源浪费少的材料，主要应用于环境污染防治、生态建材、绿色包装等领域。目前，环保材料技术研发的内容主要包括：在材料制备过程中减小公害；在材料使用过程中使用先进绿色材料，降低污染物排放；材料可安全回收并循环使用，同时尽量减少副产物等。未来的环保材料正向复合化、纳米化、多功能化的方向发展[24]。
2.24 无线能量传输技术
无线能量传输技术是指通过非接触的方式传输能量的一种技术，现有的技术主要有：①辐射技术：通过某种独特的接收器接收空气中尚未散失的辐射能量，并将其转换成电能，储存给附近的电池中；② 磁场共振技术：当两个物体在同一频率实现共振时，将实现能量的无线传输；③电感耦合技术：通过相对很直接的接触来进行能量传输；④ 从环境中“收获”能源：将自然界出现的热能、光能和振动能转换成所需的能量。上述技术目前还只能在很短的距离内实现微小能量的无线传输，大功率、远距离的无线能量传输装置的研发成功将有可能引起能源领域的一场变革[25]。
2.25 人工智能技术
人工智能技术是旨在揭示人类智能活动规律，研究、开发用于模拟和延拓人的智能的理论、方法及应用系统的技术科学。它具体研究如何让基于计算机的人工系统去完成人的智力行为。除计算机科学外，人工智能还涉及信息、控制、仿生、心理学、哲学及语言学等自然科学和社会科学的多个领域，目前它和基因工程、纳米科学一道被认为是21世纪的3大尖端技术[26]。
2.26 光电信息技术
光电信息技术以光子或光波作为主要信息载体，涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等研究领域，并以其极快的响应速度和处理速度、极大的传输容量、极高的信息容量和存储密度，以及微型化、集成化等特点，形成了以光通信、光存储、光显示和光传感为主要内容的信息光电子产业，推动着信息化社会大步向前[27]。
2.27 基因修饰技术
基因修饰主要是指利用生物化学方法修改DNA序列，将目的基因片段导入宿主细胞内，或者将特定基因片段从基因组中删除，从而达到改变宿主细胞基因型或者使得原有基因型得到加强的目的。基因修饰技术目前已广泛应用于人类生活的各个领域，利用基因修饰方法，在医学上可抑制某些病毒类宿主细胞内的病毒复制，从而达到治疗的目的；在农业上可改变农作物和畜禽的生产特性，从而达到改良以及传播优良品种的目的。但是，基因修饰的安全性以及基因修饰与人类健康、环境、文化、经济、政治之间的关系，仍然值得深入探究[28]。
2.28 可服用芯片诊疗技术
生物芯片技术是跨生物学、医学、药学、化学、物理学、光学、电子学、机械学、材料学、计算机科学等学科的综合性技术，它可将目前庞大的分立式生物化学分析系统缩微到芯片中，然后通过仪器收集信号，对细胞、蛋白质、DNA等进行准确、快速、大信息量的检测，然后供计算机对数据结果进行分析。可服用芯片疹疗技术是射频识别技术在医疗领域侵入人体内进行相关治疗的应用，它通过可以服用的射频识别芯片在体内追踪监测人体的生理及健康状况。该技术一旦广泛应用于临床，将使诊疗技术发生重大变革[29]。
2.29 新型电池
新型电池是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的主要方向。近年来，新型电池及电池材料技术成为新的研究热点，主要包括贮氢材料及金属氢化物镍电池；锂离子嵌入材料及液态电解质锂离子电池；聚合物电解质锂电池；燃料电池技术；电化学贮能超级电容器等。未来的新型电池将在电子信息、新型能源和环境保护等面向21世纪的重大技术领域中起到举足轻重的作用，在满足现代化军事装备及武器、交通运输、办公自动化、矿产探查、石油钻井、医疗器械乃至家用电器等领域也将发挥重要的作用[30]。
2.30 电子垃圾处理技术
电子垃圾处理技术旨在解决目前日益膨胀的电子垃圾和严重污染的环境问题，它将成为未来新的技术热点，对保护人类的生存环境、促进人类的可持续发展具有十分重要的意义。
3 结论
1）人类对自然界的认识是一个无限发展的过程，任何社会在任何时代都拥有世人无法料想的科技创新潜能，但这并不是说科技创新难以想象。科技创新具有继承性、延续性、关联性，因此可大致预测在哪些领域将会产生新的成就。跳跃、超前、创造性地预测科技发展具有重要的导向作用。
2）现在对未来科技发展的预测仅仅是基于过去500年现代科学历史的推测，从哥白尼时代起，现代科学开始了它的辉煌发展史，人类对自然界的认识得到了很大深化及扩展，但有许多问题仍没有太大的变化，需要激发全社会的力量，关注科技问题、投身科技研究，推动科技突破。
3）科技问题来源于社会实践、科学探索过程，但科技预测往往具有想象性、猜测性、潜在性、模糊性，而且科技发展往往有出乎意料的重大突破，即就是能准确预测某一科技领域及方法，目前也很难说清这些成就究竟能到什么地步。但科学性、重要性、可能性、新颖性、探索性是构成科技问题的重要条件。依据科技发展趋势、潮流和方向，明确处于萌芽状态、有重大影响的科技问题，有利于聚集社会资源、科技力量、公众兴趣。
4）人类想象力、社会需求、文化力量、技术传播、科学进步是科技创新的主要动因。通过民主海选的科技问题虽具有草根性，内容上可能层次不齐，但这类科普活动可充分激发公众科技兴趣，调动社会大众特别是青少年的好奇心、进取心及创造性思维，促使其不束缚于固有观念，最大程度地发挥构想能力，为科技发展奠定坚实的基础。
致谢：感谢戴景瑞、周立伟、钟群鹏、周琪、李淼、游苏宁、孔昭君、蔡荣根、杜建一、张开逊、赵宗慈、吴立新、翁端、严纯华、邓甲昊、那日苏、王鸿生、刘华杰、齐志红、朱宇等专家学者为本文提供有关撰写资料并提出宝贵意见。□
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