迎接21世紀新科技革命

文/李乃勝

迎接21世紀新科技革命

文/李乃勝

關于新科技革命，從2005年美國庫茲韋爾的“奇點臨近”，到今年元旦中國科學院白春禮院長所作“新科技革命的拂曉”的報告，特別是何傳啟先生主編的《第六次科技革命的戰略機遇》一書，都作了不少探索性研究。在深受啟發的基礎上，談幾點個人粗淺的看法。

一、“科技革命”的本質

縱觀人類發展史，可以看出科技革命總是與生產力大發展、社會大變革密切相關，科技革命作為源動力深刻影響著人類的文明進程。因此，準確理解科技革命的本質，對于探索其發生發展規律具有重要意義。

1.發展前提下的“否定”。

科技革命顧名思義是指科學技術領域的重大變革，指從科學理論、技術進步到產業發展的革命性變化。因此，根據科技發展的規律，科技革命應該是一種發展前提下的“否定”。

否定是事物發展的內在特征，是辯證法的三大規律之一，是一切事物發展的根本。科技革命首先是“否定”式的重大科學發現，進而催生改變人類文明進程的技術進步，最終帶來劃時代的產業發展。科學發現往往是“證偽”而不是“證實”。對科技而言，發展本身就是一種自我否定，但這種否定是繼承基礎上的發展，是發展基礎上的否定。例如，“日心說”否定了托勒密的“至大論”，推翻了長期以來居于宗教統治地位的“地心說”，實現了天文學的根本變革，但哥白尼沿用了托勒密的科學觀測方法，他20多年觀測得到的數據，與托勒密的大體一致，哥白尼實現了舊有數據和認識基礎上的思想創新，他發現了托勒密的錯誤結論。在否定的基礎上推進了天文學的進步，催生了人類第一次科技革命。再如，愛因斯坦的相對論在量子領域否定了牛頓力學，帶來了人類的核能和量子時代。

2.“漸進”基礎上的“突變”。

漸變與突變是事物發展的兩大規律。英國地質學家萊伊爾依據沉積層序的連續性，認為自然界的一切變化都是日積月累、逐漸改變的；而法國的居維葉根據古生物的突然出現和滅絕，提出自然界的一切都是“突變”的。回顧科學發展歷史，可以看出，新的科學發現和技術發明，是一個不斷涌現、長期緩慢的積累過程，而發展到一定程度，突然出現的“飛躍”或者“突變”就是革命。因此循序漸進的科學發現和技術發明，即使再重大，也不能稱為革命；只有石破天驚的“突變”才能成為革命的標志。哥白尼1543年出版的《天體運行論》，一夜之間打破了“一千年的科學黑暗”。但天體運行的萌芽可能要追溯到古希臘的畢達哥拉斯。如果《天體運行論》的出版是跨越式突變的話，那從古希臘時代到16世紀中期，天文學和物理學就是處于一個漸變式的積累過程。從自然規律說，地質學上地質年代的劃分，都是依據地球上主要生命物種的“突變”，譬如：新生代以開始出現哺乳動物為標志，第四紀是因為地球上有了“人”種。

3.科學、技術、產業革命的“三位一體”。

科學是人類對自然現象和規律的認識；技術是人們改造客觀世界的方法；產業是技術進步的結晶。科學與技術既存在差別，又不可分離。科學強調的是知識性，技術強調的是實用性；科學是認識自然，技術是改造自然；科學是技術的源泉，技術是科學的延伸；沒有不帶來技術進步的科學理論，也沒有不依據科學理論的技術創新。而產業是科學技術的產品體現，指的是一切生產物質產品和提供勞務活動的集合體。能夠改變人類的思想觀念或徹底改變對自然認識的變革，可以稱為科學革命；能夠改變人類文明進程的生產方式或生活方式的重大變革，可以稱得上是技術革命，這兩種革命密不可分，合起來叫做“科技革命”，而產業革命是科技革命的最終體現。

科學、技術和產業是一種上、中、下游的辯證統一關系，是一個從認識源頭、生產力轉化、最終抵達實施效果的完整過程。具體表現為：科學發展到一定程度形成理論認識的突破，即科學革命；科學革命產生的理論認識會引導新技術的問世，導致技術革命;新技術的推廣和應用形成新的產業結構，即產業革命。如法拉第發現電磁感應現象、麥克斯韋建立電磁理論，就是科學革命；愛迪生發明電燈、西門子發明發電機就是技術革命；由此帶來的電氣化時代就是產業革命。所以，科技革命就是以科學革命理論為指導，以技術革命為支撐，落腳點是生產力大解放，產品結構大變革。

4.從思想解放到產業發展的完整過程。

回顧歷史上數次改變人類文明進程的科技革命，往往是思想啟蒙開幕，政治革命發端，然后是顛覆式的科學發現，突破式的技術創新，進而引發產業革命，最后帶來劃時代的社會發展。從16世紀近代物理學開端到現在，這一規律反復出現，不但體現了科技革命的整個過程，而且體現著全球范圍內政治、科技、經濟中心的轉移。

（1）意大利作為第一次科技革命的故鄉。

為什么中外學者公認第一次科技革命發生在16世紀的意大利。一場資產階級在思想文化領域的反封建運動，使意大利最早從封建制度的桎梏中解放出來，產生了最早的資本主義制度。這就是思想啟蒙發展到制度革命的先例。資本主義制度為意大利的科學發展創造了自由的天空,于是科學革命迅速到來,哥白尼的“日心說”；布魯諾的“宇宙觀”；達芬奇發現月球不發光、發現視網膜成像、發現血液循環；伽利略發現重力加速度、發現了月球的山脈和溝壑、發現了木星的三顆衛星、發現了太陽黑子；維薩留斯創造人體結構理論。特別是達芬奇，號稱萬能天才，他既是畫家、雕塑家、建筑師，更是“百科全書”式的科學家，有人說：如果達芬奇的科學手稿能及時發表的話，人類科學事業至少會跨越200年。在當時環境下，這些科學巨匠的科學發現完全有悖于宗教理論，是徹頭徹尾的科學革命。

隨之而來的是全球性技術變革，首先表現在文藝復興時期建筑技術的大發展。弗羅倫薩的麥迪奇大教堂成于達芬奇之手；米開朗基羅完成了號稱世界第一的梵帝岡大教堂；米蘭的多姆大教堂作為建筑藝術的精品拔地而起，達芬奇還為此設計過升降機；伽利略發明了鐘擺計時技術，發明了天文望遠鏡，使整個意大利人驚呼“哥倫布發現新大陸，伽利略發現新宇宙”。這些重大科學發現和技術發明大大促進了產業革命，把整個歐洲推向了“地理大發現”的新時代。迪亞士的船隊繞過好望角；達伽馬的船隊到達中南半島；哥倫布發現“西印度”；亞美利哥發現美洲；這些輝煌的名字把歐洲推向了以航海產業為代表的新時代，由此拉開了“大國崛起”的序幕。

（2）英國成為第二次科技革命的發源地。

第二次科技革命的號角在17世紀末的英國吹響。自當年“英西大海戰”一舉擊敗西班牙“無敵艦隊”之后，偏居海島一隅的大不列顛登上了歷史舞臺。經過一百年的探索，特別是培根的思想啟蒙著作、莎士比亞鞭笞現實的作品，催生了新思想的誕生。終于在1688年完成了號稱“光榮革命”的資產階級民主革命，結束了封建王權統治，創造性地建立了君主立憲的社會制度，使小小的英倫三島迅速變成了不可一世的“日不落帝國”。牛頓作為第二次科技革命的旗手，集科學之大成，在數學、天文學、物理學、光學等領域都有杰出的建樹，發現了萬有引力；提出了力學三大定律；特別是1667年發表了《自然哲學的數學原理》，使全歐洲在驚呼：“上帝創造了世界，牛頓發現了上帝創造世界的方法。”從牛頓開始，人們知道自然現象存在著規律，而規律是可以被認識的。1765年瓦特作為技術革命的旗手發明了真正帶來產業革命的蒸汽機；1776年亞當·斯密發表了《國富論》，揭示了市場經濟的最基本原理。可以說牛頓為產業革命創造了一把科學的鑰匙，瓦特拿著它開啟了產業革命的大門，亞當·斯密揮動著一只無形的手為產業革命締造了一個新的經濟秩序。

（3）法國大革命成為第三次科技革命的導火索。

第三次科技革命發源于18世紀末的法國。從大文豪伏爾泰的思想啟蒙，到孟德斯鳩的《法的精神》、盧梭的《社會契約論》、狄德羅的《百科全書》，都提出了更徹底的資產階級思想，帶來了法蘭西的思想大解放，終于爆發了1789年7月14日攻打巴士底獄，摧毀了專制統治，把路易十六送上了斷頭臺。一場轟轟烈烈的法國大革命，建成了號稱“自由、平等、博愛”的法蘭西。迅速出現了一批世界級的杰出科學家，比如拉瓦錫作為近代化學之父，提出物質不滅定律，建立了新化學理論；蓋呂薩克發現了氣體分配定律；居維葉推出了古生物學理論；拉普拉斯建立了二階二次偏微分方程；還有拉格朗日公式、傅立葉級數、蒙日定理、達朗貝爾方程等等。在數理化各個領域，以法國為中心帶來了革命性的變化。

在技術方面，圍繞著電磁領域，出現了庫侖定律、安培公式等等，帶動了“電氣化”時代的到來，使全世界迅速進入了以“電”為能源的產業革命新階段。

（4）德意志的統一大典催生了第四次科技革命。

第四次科技革命在19世紀末的德國萌動。號稱歐洲走廊的德國不斷重演著分裂與統一的歷史。日爾曼民族不斷地考問世界，也不斷地拷打世界。一代詩人歌德、席勒發出了思想解放的吶喊，馬克思提出了唯物辯證法、歷史唯物主義及剩余價值理論，還有叔本華、尼采的唯意志主義，羅素的邏輯實證主義，都是重要的思想啟蒙。后來“鐵血宰相”俾斯麥勵精圖治，于1871年在凡爾賽宮完成了德國統一大典，實際上是用戰爭完成了空前的政治革命。普魯士國王捐獻出豪華的王子宮,建立了洪堡大學，而且承諾：國家必須對教學和科研活動給予物質支持，但不干涉教育和學術活動。正因為同時擁有國家的保障和充分的學術自由，才成就了德意志的科學家，導致了一大批代表人物的出現，比如：有機化學之父李比希、現代物理學家普朗克、數學大師高斯，還有黎曼幾何、希伯特算術、薛定諤方程、海森堡量子力學。這些光輝的名字足以證明當時的德國應該是第四次科技革命的中心。特別是愛因斯坦提出相對論，作為科學革命的代表幾乎轟動了全世界。

在技術領域，涌現出倫琴射線、歐姆定律、赫茲電磁波、西門子發電機、拜耳化學等一大批改變人類文明進程的技術發明。從普朗克、薛定鄂、海森堡、倫琴，到愛因斯坦，這一批科技巨人拉開了以量子理論為指導的“核能”和“電子”時代的序幕。

（5）美國二戰后成為第五次科技革命的中心。

第五次科技革命誕生在二戰期間的美國，迄今主導自然科學和高新技術的新潮流。美利堅自詡為“民主、自由”，但由于戰爭和發展的需要，確實極度重視頂尖科技人才。當年愛因斯坦到普林斯頓大學工作的薪水與美國總統羅斯福一樣多。二戰中幾乎無償地接受了一大批猶太血統的著名科學家，如：費米、馮·卡門、馮·諾依曼、奧本海默、愛因斯坦等等。直到今天，幾乎是用低廉的成本讓全世界的科學家為其服務。100年來科學領域近500個諾貝爾獎得主美國占了一半以上；世界500強企業中近200個屬于美國。從1946年電子管計算機在賓夕法尼亞大學問世，到今天以互聯網為代表的數字地球，把全人類推向了信息革命的新時代。

二、科技革命前夜的“騷動”

回顧世界科技革命的歷史，往往是經過長期的科學積累之后，一些離經叛道的學術思想，一批顛覆式的科學發現，一堆否定式的技術發明在緩慢的發展中突然浮出水面，成為科技革命的先兆。今天，一些超出想象的科學發現和技術進步，使我們有理由相信，世界正處于一場新科技革命的前夜。

1.哺乳動物克隆。

在生命科學領域，從來沒有人相信哺乳動物能夠通過無性繁殖做出來，故“克隆羊”的誕生，翻開了生命科學嶄新的一頁，幾乎一夜之間震撼了全世界。1997年2月27日《自然》雜志公布了威爾莫特等人的研究成果：經過247次失敗之后，他們在1996年7月5日克隆出一只基因結構與供體完全相同的小羊“多利”。它的出現，在理論上證明了，同植物細胞一樣，分化了的動物細胞核也具有全能性，在分化過程中細胞核內的遺傳物質沒有不可逆變化；在實踐上證明了，利用體細胞進行動物克隆的技術是可行的，為大規模復制動物優良品種和生產轉基因動物提供了有效方法。利用同樣方法，人完全可以被復制。因此“多利”的誕生在世界各國科學界、政界乃至宗教界引起了強烈反響。各國政府紛紛作出反應：禁止克隆人類！但克隆技術的巨大理論和實用價值促使科學家加快了研究步伐，必將帶來生命科學領域的革命性改變。

2.中微子超過光速。

愛因斯坦的狹義相對論認為，光速是宇宙速度的極限，沒有任何物質運動可以超越光速。但2011年9月23日，歐洲核子研究中心發現：被送往732公里之外格朗薩索實驗室的中微子比光速快了60納秒到達。這很有可能會顛覆支撐現代物理學的相對論。盡管迄今對此科技界一直有不同的聲音，甚至認為是“擺烏龍”，也有人認為是光纜連接問題，但畢竟大大震撼了科技界。因為一旦被證實超過了光速，那將徹底改變人類對整個宇宙的看法。其中一種觀點認為，宇宙中可能還存在其他未知維度，中微子正是抄了其他維度的“近路”，才“跑”得比光快。“中微子超光速”又成了一個有待證實或者“證偽”的革命性發現。

3.宇宙大爆炸。

宇宙大爆炸是描述宇宙誕生初始條件及其后續演化的宇宙學模型。大約在150億年前，宇宙所有的物質都高度密集在一點，有著極高的溫度，因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物質開始向外膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。這一模型得到了當今科學觀測的支持，最直接的證據來自對遙遠星系光線特征的研究和微波背景輻射。

1929年，美國天文學家哈勃提出星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導出星系都在互相遠離的宇宙膨脹說。1964年，美國貝爾公司的彭齊亞斯和威爾遜，在調試發射天線時，出乎意料地接收到一種干擾噪聲，而且不同方向上信號的強度都一樣，歷時數月而無變化。這種噪聲的波長在微波波段，對應于3.5K的黑體輻射出電磁波。一般稱之為3K宇宙微波背景輻射。這一發現被列為60年代天文學四大發現之一。彭齊亞斯和威爾遜于1978年獲得了諾貝爾物理學獎。但是宇宙大爆炸理論否定了宇宙能量守恒、質量守恒定律。自然界本來“物質不滅”，原來的物質只能以不同形式轉換成另一種物質。而大爆炸從“零”開始，完全是“無中生有”，那“零”之前是什么？由此引起的對暗物質、暗能量、反物質的探測將徹底改變人類的宇宙觀。

4.海底熱液生物群落。

我們對生物的認識，習慣于“萬物生長靠太陽”，但在可見光不可能到達的深海底，居然有大量海洋生命群落存在。由于海底熱液環境與地球剛剛誕生時的環境非常相似，所以海洋熱液生物的研究將為人類研究生命起源提供重要依據。

在水深4000米以上的大洋深處，在大洋中脊、弧后張裂盆地、轉換斷層、無震海嶺等地殼構造活動帶，不斷噴出濃重的熱液流體。所攜帶的硫化物在噴口附近沉淀下來，形成煙囪狀堆積，科學家們稱之為“黑煙囪”，屬于重要的貴金屬硫化物礦床。

在高黑、高溫、高壓、劇毒、缺氧的“煙囪”周圍，生活著許多生物群落。研究表明：硫細菌是熱液生物存在的基礎，它靠熱液帶出的能量進行化合作用制造有機質，支持著這種特殊的熱液生物群。因此，海底熱液生物是傳統生物學的一個嶄新挑戰，甚至會動搖生命起源和進化的理論。

5.準晶體。

自然界的物質有著固定的晶格結構，最大的特點就是存在可重復的對稱軸和對稱面，由此產生了晶體的各種特性。但“準晶體”的發現，打破了原子結構必須具有重復性這一黃金法則。

1982年4月8日，以色列科學家謝赫特曼發現了“準晶體”，其原子結構不具備可重復性，這一發現徹底違反了自然“規則”。隨后，科學家們在實驗室中制造出了準晶體。2009年，意大利科學家賓迪在俄羅斯東部哈泰爾卡湖獲取的礦物樣本中發現了天然準晶體，分析表明：“準晶體”結構能天然形成，而且也能在自然環境下保持穩定。

美國和意大利科學家對在俄羅斯發現的天然“準晶體”進行了化學分析，結果表明，這種礦石很可能是隕石的一部分，在隕石與地球的撞擊中遺落到地球上。這也表明，準晶體能在很多環境下自然產生，而且，在宇宙學時標上保持穩定。準晶體的發現，是晶體學研究中的一次“顛覆性”突破。它的發現者也因此獲得2011年諾貝爾化學獎。

三、新科技革命的內涵

21世紀是生命科學的世紀、海洋開發的世紀，也是“信息科學時代”和“腦科學時代”。體現了21世紀人類社會對生命科學、海洋科學、信息科學、腦科學的需求與期待。在今后10～20年內，有可能發生一場以智能、藍色、可持續為特征的新科技革命，在許多領域將會帶來重大變革，最突出的特征可能表現為“三個結合”。

1.人腦與電腦的有機結合。

人是萬物之靈，大腦支配人的一切生命活動。人的生命體、大腦和思維過程是不可分割的統一體。人腦的情感功能、聯想功能、創新功能都是計算機不具備的。各種智能模型迄今還不能圓滿地對大腦思維活動進行模擬，人們還不了解信息在大腦中的存在形式和編碼方法，特別是對概念、意識、情感和創造性思維過程的研究還根本無從著手。

進入21世紀，信息科學和人工智能研究取得了重要進展，“智能化”已經成為當前新技術、新產品的重要標志。IBM已研制出新一代神經突觸計算機，可以模擬部分大腦的認知活動。2011年，歐盟委員會評出了對未來影響最大的六項前沿技術，其中人腦工程技術名列前茅。可以看出，大腦結構及運行規律的解析、大腦思維的解讀和數字化、思維量子存在的物質基礎及模擬人類的思維規律已經成為生命科學、信息科學和量子物理學研究的熱點。

（1）腦科學研究將打開意識之門。

隨著腦科學的發展，人們開始探索意識產生的神經關聯物及動力學過程。2008年美國匹茲堡大學實現了讓猴子用“意念”控制機械手臂運動；2012年2月，浙江大學實現了讓猴子的大腦信號“遙控”機械手的五指，完成了勾、握、抓、捏等精細動作。

在自然科學領域，主要是腦科學、神經科學和現代物理科學的綜合運用，已經為打開意識的“黑箱”提供了工具。比如：ERP9（事件相關電位成像技術）、fMIR（腦功能成像技術）和PET（斷層顯像技術）的研究，已經為大腦結構掃描、心理反映監測及大腦信號解析提供了實驗依據。2009年，美國學者威爾遜通過大腦微型掃描儀實現了對大腦思考的掃描，通過腦信號轉譯成電子信號直接在網上發帖。

通過神經科學、現代解剖學、現代數學、信息科學、納米科學的組合，可對大腦內部生理結構進行觀察、建模并模擬各區域，將有助于最終理解思維、知識在大腦內部的存在與運作機理。全面認識大腦的工作機理很可能會在2050年之后。

（2）無創性接駁將實現人腦與電腦的高度融合。

腦機接口是在人腦與計算機之間建立直接的交流和控制通道，通過這種通道，人就可以直接通過腦來表達想法或操縱設備，甚至實現人腦與電腦人工智能的雙向融合。腦機接口實現的本質是使人產生容易被解讀的腦電，然后識別出這種腦電，并根據提前定義好的編碼，解釋出這種腦電的含義。可以預測，在理解大腦的結構、功能和工作原理之后，人腦和電腦之間很有可能實現雙向、無創性的對接，實現人類智力傳到計算機上，計算機成為人類智力的直接擴展，不但會成百上千倍地增強人腦的功能，同時電腦與人腦可能會實現一定意義上的真正融合。

（3）量子理論將解開“意識”之謎。

意識是物理過程、心理過程和思維過程的統一體，是一個客觀存在，其誘導、形成、傳遞和相互作用都依賴于神經元的物理作用。而量子論的引入，則為理解這一物理過程打開了一扇方便之門。量子物理學認為：時間和空間是糾纏、關聯的，物質的存在方式是量子化的場，運動形式也是量子化的。任何形式的意識都必須存在于一定的時間和空間中，而時間、空間、能量和質量間具有的相互關聯，必然影響著意識的內容和形式。也就是說，意識的本質是一個量子過程。隨著新科技革命的到來，新的物理學將更好地解析意識的本質。

在不遠的未來，意識的物質論很可能從量子論中得到答案。屆時，只要找到了意識存在的物質形式，它就可以被復制、被轉移。人腦與電腦，自然人智能與人工智能的界限將不再存在。對物質、宇宙和人腦的認識，都將因量子論的研究而產生根本性的改變。

2.自然人與機器人的有機結合。

機器人誕生于20世紀60年代，在90年代得到迅速發展。當初，它的出現是為了適應制造業規模化生產，承擔單調、重復的體力勞動。隨著科學技術的發展，機器人對人類社會發揮著越來越重要的作用，人與機器的融合將是人類文明的發展方向。

（1）智能化、意識化是機器人發展的必然趨勢。

機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表，是集計算技術、控制論、信息學和傳感技術、人工智能、仿生技術為一體的高技術產物。過去10年中，機器人技術得到長足發展。基于傳感器的控制技術已經成熟，實現了機器人的網絡通訊和全數字化控制；機械結構向模塊化發展，運動性能和柔性得到了提高。未來機器人技術正朝著自然科學類、仿真動物類、虛擬技術類、人體科學類等機電一體化的多元方向發展。結合生物技術，未來機器人將可能擁有更靈活的類似人類的關節和仿真人造肌肉。在這種情況下，其身體機能會十分接近甚至超越人類，有可能輕易做出一些普通人很難做出的動作。

（2）機器人將成為人類社會的必要元素。

機器人的適用范圍十分廣泛，在工農業生產上，機器人能夠使生產過程幾乎完全自動化；在日常生活中，機器人可以代替人類完成所有家務勞動；在高度危險、極其惡劣的環境下，機器人可代替人類完成特定任務；甚至在情感上，未來的仿生機器人可以在一定程度上滿足人類情感的需要。

其中,深海機器人能承受深水高壓，可完成海底科學勘探、深海資源開發、海底救撈搶險、海底工程作業等一系列人類無法完成的任務。空間機器人可以在月球、火星及其他星球等非人居住條件下完成先驅勘探，在宇宙空間代替宇航員完成衛星的操作服務，甚至完成空間站上的工作，以及進行空間環境的應用實驗。服務機器人，可以為病人診斷、護理；協助病殘人員康復；也可用于家務活動，改善生活條件。軍事機器人在未來戰爭中將成為軍事行動的主力軍。情感機器人將會同人類外形相似，成為人類情感對象的替代品。

3.陸地與海洋的有機結合。

海洋是地球系統科學的主要構成部分，與陸地、大氣構成一個“三位一體”的耦合整體。根據目前的科學認識，海洋將是地球上人類生存與發展的最后空間和未來資源地，同時也是影響全球環境變化的最重要因子。因此，21世紀的人類必須走向海洋，21世紀的科技革命也必然面向海洋。

（1）海洋戰略性資源將成為人類未來發展的新支點。

廣袤的深海大洋蘊藏著豐富的海底油氣、多金屬礦產、天然氣水合物、熱液硫化物、深海生物及極端環境生物基因資源，是人類社會可持續發展的重要依托，是全人類未來的戰略性資源。

深海金屬礦產資源開采是海洋資源開發技術的最前沿。隨著深海勘探技術和工程裝備技術的突破，大規模的海底“黑煙囪”不斷被發現，科學已證明，山包狀的熱液堆積體是不斷新生的貴金屬硫化物礦床，僅就增長速度而言，其“增量”部分就足以滿足人類社會的需求。大洋多金屬結核，特別是鐵錳結核和富鈷結殼，僅每年的增長量比當今人類的需求量起碼要高出四倍之多，估計在2020年左右，深海熱液硫化物礦床和多金屬結核將正式進入開采利用階段。

海底天然氣水合物，即“可燃冰”，被稱為“21世紀能源”。迄今為止，已探明的“可燃冰”儲量相當于全球化石能源儲量的兩倍以上，按目前世界能源消耗水平估算，海底可燃冰的儲量可供人類使用1000年。科學研究揭示，1立方米可燃冰釋放的熱量相當于164立方米天然氣。但可燃冰在常溫常壓環境下極易分解成甲烷，稍有不慎就可能釀成環境災難。這種特性使獲取可燃冰和采煤、石油不同，需要以最安全最有效的手段開采和儲存。目前美國、日本、印度、中國、韓國都建立了可燃冰發展計劃，大致規劃在2015年左右實現可燃冰的商業化開發。

（2）海洋極端環境生物基因將帶來生命科學的新認識。

海底深部生物圈中自養生產的極端微生物保留了原始地球生命的基本生理生化特征，成為地球生命起源和演化研究的焦點。活躍的現代海底熱液泉口成為人類探索地球深部生物及生命起源的窗口，而熱液泉口的微生物區系研究也越來越受到重視。隨著對海洋極端環境生物的研究，新一輪科技革命將帶來關于生命起源與進化的新觀點。

深海極端微生物與天然氣水合物的相互作用，影響著全球環境的變化。一方面，天然氣水合物的甲烷絕大部分是由海底厭氧古菌生成。另一方面，廣泛分布的海底沉積物緊密調節著甲烷的生物地球化學循環，可緩解甲烷向海水的釋放。因此海洋極端環境生物研究將會促進人類對海陸碳循環及全球環境變化的認識。

深海沉積和洋殼環境孕育了海底深部生物圈的物種群落、基因組成、生理生化和生態功能的高度多樣性，深海極端環境下的特殊微生物蘊涵著眾多尚未被發掘和利用的生物活性物質，也是人類尋找和開發新型功能活性產物和天然藥物的最后疆域。在新一輪科技革命中，許多對人類具有重要意義的生物基因資源、活性產物和天然藥物將會在海洋中被發現。

（3）海洋新能源將成為人類社會進步的新動力。

目前看來，海洋再生能源開發還有眾多的技術難點，但隨著科技的發展，可靠性與可行性并存的關鍵技術裝備將會出現，在2020年前后，部分海洋能源將實現大規模產業化開發，到2050年，海洋新能源在主要海洋國家能源需求中可能會占一半以上。

潮汐能利用技術已有一定的積累，目前各國在產業化方面都進行了一定的嘗試。世界最大的渦輪式潮汐能發電機在蘇格蘭完成了測試；世界首座浮動潮汐發電站在挪威投入運營；印度也建成了第一個潮汐電站。根據目前的水平，由于周期性變化的水流方向等難點，潮汐電站還難以大規模擴展，但不能因此否定其輝煌的發展遠景。

鹽差能主要存在于河流入海口。通常海水（3.5%鹽度）和河水之間的化學電位差有相當于240米水差的能量密度，這種位差可以利用半滲透膜在鹽水和淡水交接處實現發電。目前普遍存在設備昂貴、成本高等問題，尚不具備產業化開發的條件，隨著技術的進步，利用鹽差能發電會具有廣闊的應用前景。

海水溫差能是指表層海水和深層海水之間水溫差所蘊藏的熱能。海洋的表面把太陽的輻射能大部分轉化為熱水并儲存在海洋的上層，而深層海水溫度接近冰點。這樣就在許多熱帶或亞熱帶海域終年形成20℃以上的垂直海水溫差。利用這一溫差可以實現熱力循環發電。根據目前的技術，尚存在熱效率低、設備投資高等問題。隨著技術突破，海洋溫差能發電呈現出與海水養殖等多種經營綜合發展的趨勢。

海水中蘊藏著容量巨大的核能。氘在海水中儲量極為豐富，一公升海水里提取出的氘，在完全聚變反應中可釋放相當于燃燒300公升汽油的能量；氚可在反應堆中通過鋰再生，而鋰在地殼和海水中都大量存在。氘氚反應的產物沒有放射性，聚變反應堆不產生污染環境的硫、氮氧化物，不釋放溫室效應氣體。可以說，聚變能是無長壽命放射性核廢料、資源無限的理想能源，一旦技術成熟，就有可能在一定階段永久解決人類文明發展的能源問題。目前，國際熱核實驗反應堆（ITER）已實現能量正輸出。受控熱核聚變反應堆在2050年以后有可能會實現部分商業化運營。

時光進入了21世紀第二個十年，身處新科技革命的前夜，經濟總量已達到“世界第二”的中華民族，有能力、有信心立足新科技革命的潮頭，搶占科技發展的制高點，為人類作出更大的貢獻。

（作者：青島國家海洋科學研究中心主任、山東省科技廳副廳長）