“二十一世紀(jì)的科技”-香港中文大學(xué)博文講座教授暨北京清華大學(xué)教授楊振寧

大會(huì)開幕式“二十一世紀(jì)的科技”-香港中文大學(xué)博文講座教授暨北京清華大學(xué)教授楊振寧中國(guó),南京-2001年9月17日二百多年以前，富蘭克林（1709-1790）在講到未來(lái)年代時(shí)曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“人類的知識(shí)將會(huì)大大增長(zhǎng)，今天我門想不到的新發(fā)明將會(huì)屢屢出現(xiàn)。我有時(shí)幾乎后悔我出生過(guò)早，不能知道將要發(fā)生的事物?！彼f(shuō)得不錯(cuò)，這二百年來(lái)，人類知識(shí)確實(shí)大大增長(zhǎng)了，也確實(shí)出現(xiàn)了許許多多新生事物。舉凡火車、輪船、高樓、電燈、電影、電話、無(wú)線電都是富蘭克林所沒(méi)有看見(jiàn)過(guò)的。到了二十世紀(jì)后半，新生事物更是層出不窮：計(jì)算機(jī)、核能發(fā)電、電視、超音速飛機(jī)、人造衛(wèi)星、激光、生物工程、器官移植、網(wǎng)絡(luò)通訊、等等，等等，不但都是富蘭克林所沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的，也是比他晚一百年的人都?jí)粝氩坏降氖挛?。為什么人類歷史發(fā)展到了二十世紀(jì)能有如此高速的進(jìn)步？回答很簡(jiǎn)單：科學(xué)發(fā)展通過(guò)五、六個(gè)世紀(jì)的蘊(yùn)釀、萌芽與成長(zhǎng)，到了二十世紀(jì)達(dá)到了技術(shù)起飛的地步，從而使人類的生產(chǎn)力以指數(shù)的速率年年增長(zhǎng)，使致力于新技術(shù)的人數(shù)年年增加，使投資于新技術(shù)的資金年年增長(zhǎng)，所有這些發(fā)展造成了二十一世紀(jì)的今天的興旺前景。舉兩個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)上面所說(shuō)的高速發(fā)展情況。第一個(gè)數(shù)據(jù)：二百年前世界農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝?0%以上；而今天美國(guó)農(nóng)業(yè)人口只占全人口1%到2%。以這么少的農(nóng)業(yè)人口，而農(nóng)業(yè)產(chǎn)品還可以出口，表示農(nóng)民生產(chǎn)力已達(dá)以一擋百的效率。第二個(gè)數(shù)據(jù)：近三十年來(lái)新成立的科技公司之總資產(chǎn)已接近一萬(wàn)億美元（見(jiàn)美國(guó)Fortune雜志1998年4月27日），這是史無(wú)前例的加速重點(diǎn)投資。在討論二十一世紀(jì)科技發(fā)展前景以前，讓我門先看一下二十世紀(jì)兩個(gè)極重要的科技發(fā)展的起源：近代計(jì)算機(jī)與DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。近代計(jì)算機(jī)1930年代開始就已經(jīng)有了用許多真空管連接起來(lái)的計(jì)算機(jī)，可以說(shuō)是近代計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)祖?？墒且M(jìn)化成近代計(jì)算機(jī)還須要兩個(gè)關(guān)鍵性的新觀念與新技術(shù)。第一個(gè)是數(shù)學(xué)家J.vonNeumann（1903-1957）所提出的觀念。他在1945年于討論一個(gè)新計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)時(shí)，曽寫道：Theoveralllogicalcontrolofthemachinewillbeeffectedfromthememory...byordersformulatedinabinarydigitalcode.（此機(jī)之總體邏輯將由記憶部門之程序控制，這些程序用二進(jìn)位數(shù)字表示。）這是革命性的新觀念，因?yàn)槌绦蛴浽谟洃浿?，極容易，也極迅速地，可以更改，不必經(jīng)過(guò)人的操作。所以近代計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)稱為“儲(chǔ)存程序的計(jì)算機(jī)”（StoredProgramComputer）。為什么引進(jìn)此觀念的人是數(shù)學(xué)家vonNeumann而不是工程師呢？這里面有一令人深省的道理：vonNeumann曽在數(shù)理邏輯領(lǐng)域做研究，而此領(lǐng)域一重大突破是Godel（1906-1978）所引進(jìn)的Godel數(shù)：用數(shù)字表列所有可能的邏輯命題（Propositions）與證明（Proofs）。VonNeumann對(duì)Godel數(shù)有極深的認(rèn)識(shí)，所以想到應(yīng)把此邏輯領(lǐng)域的突破引到計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中，從而產(chǎn)生了儲(chǔ)存程序的計(jì)算機(jī)。第二個(gè)是1950年代的半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。半導(dǎo)體代替了真空管，而半導(dǎo)體體積可以非常小，所以今天可以很便宜地大量制造功能相當(dāng)于一百萬(wàn)個(gè)真空管的芯片，從而使計(jì)算機(jī)應(yīng)用伸延到了社會(huì)的每個(gè)角落，使計(jì)算機(jī)工業(yè)變成世界最大工業(yè)之一。在這里我要特別提出一點(diǎn)，即半導(dǎo)體是怎么被發(fā)現(xiàn)的：它是量子力學(xué)的產(chǎn)物，而量子力學(xué)是1920年代純基礎(chǔ)物理學(xué)研究的產(chǎn)物，當(dāng)時(shí)與任何應(yīng)用都完全無(wú)關(guān)。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1953年JamesWatson（1928-）與FrancisCrick（1916-）發(fā)表了一篇文章，提出生物遺傳分子DNA的結(jié)構(gòu)為雙螺旋。這篇文章現(xiàn)在公認(rèn)為是二十世紀(jì)生物學(xué)界最重要的文章，因?yàn)樗赋錾镅苌敝车臋C(jī)構(gòu)是基于雙螺旋中兩個(gè)螺旋之間的化學(xué)力量，可以連合，也可以分開。這篇文章指出了造物者的一項(xiàng)重大秘密，把人類帶進(jìn)了人造生命的時(shí)代，影響極其深遠(yuǎn)，生物工程的誕生就是其影響之一。在這里我也要特別提出一點(diǎn)，就是雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是純理論的發(fā)現(xiàn)，本來(lái)也與應(yīng)用無(wú)關(guān)。未來(lái)三、四十年的科技發(fā)展今天科技發(fā)展的高速度使得我門無(wú)法預(yù)測(cè)二十一世紀(jì)末世界將發(fā)展成什么樣子，就像二十世紀(jì)之初沒(méi)有人能夢(mèng)想到二十世紀(jì)末的生物工程與網(wǎng)絡(luò)通訊一樣?？墒侨绻议T只討論以后三、四十年間的發(fā)展，那么有一些大趨勢(shì)現(xiàn)在實(shí)際上就已經(jīng)相當(dāng)明朗化了，下面我想就此問(wèn)題提出我個(gè)人的幾點(diǎn)看法。（1）今后三、四十年全球科技發(fā)展的重點(diǎn)將繼續(xù)向技方面傾斜。科技研究可以大略分成基礎(chǔ)研究、發(fā)展研究與應(yīng)用研究三個(gè)階層。（見(jiàn)圖一與圖二）。舉個(gè)例子，量子力學(xué)的研究是基礎(chǔ)研究，因?yàn)樗膶Ｗ⒛繕?biāo)是基本自然規(guī)律，與實(shí)用無(wú)關(guān)；它是二十世紀(jì)頭三十年的一項(xiàng)研究領(lǐng)域。半導(dǎo)體的研究是發(fā)展研究，因?yàn)樗膶Ｗ⒛繕?biāo)是用量子力學(xué)觀念發(fā)展出可以廣為應(yīng)用的元件，是介乎原理與商品之間的研究；它是1950年代的一項(xiàng)研究領(lǐng)域。芯片制造的研究是應(yīng)用研究，因?yàn)樗膶Ｗ⒛繕?biāo)是日新月異的芯片的制造；它是1970年代開始的一項(xiàng)研究領(lǐng)域。另一個(gè)例子是生物工程。1953年發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的工作是基礎(chǔ)研究。以后幾十年，一直到今天，世界上許多生物學(xué)家基于DNA的結(jié)構(gòu)研究出來(lái)許多新觀念與新技術(shù)，這是基礎(chǔ)研究加發(fā)展研究。而基于這些觀念與技術(shù)，進(jìn)三十年發(fā)展出來(lái)了新工業(yè)：生物工程，這是發(fā)展研究加應(yīng)用研究。這里面三種研究的分野比較不那么完全明顯，但是大體上有上、中、下三游的分類是不成問(wèn)題的。一般講起來(lái)，基礎(chǔ)研究加發(fā)展研究是科，是大學(xué)與研究所里面的研究；發(fā)展研究加應(yīng)用研究是技，是工業(yè)研究所與工廠里面的研究。我認(rèn)為今后三、四十年全球科技發(fā)展的重點(diǎn)繼續(xù)向技方面傾斜。這一點(diǎn)可以從圖一與圖二的比較明顯看出來(lái)：雖然從1950年到2000年，基礎(chǔ)、發(fā)展與應(yīng)用研究三者都有增加，但增加的幅度卻以后二者，尤其是第三者為大。這個(gè)大趨勢(shì)是源于下面一個(gè)歷史事實(shí)：二十世紀(jì)上半基礎(chǔ)研究的成果大大增加了人類對(duì)物理世界與生物世界的了解與控制能力，從而使得新應(yīng)用、新產(chǎn)品可以層出不窮，造成了圖二所顯示的今天應(yīng)用研究的欣欣向榮的趨勢(shì)，而此趨勢(shì)在以后三、四十年還會(huì)繼續(xù)下去。以后三、四十年間應(yīng)用研究發(fā)展最快的將有幾個(gè)領(lǐng)域：（一）是芯片的廣泛應(yīng)用，應(yīng)用到大小建筑，到家庭，到汽車，到人體，到工廠，到商店，到幾乎一切地方。（二）是醫(yī)學(xué)與藥物的高速發(fā)展。（三）是生物工程。這三個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展我以為將是以后三、四十年世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的火車頭。（2）如何處理科與技發(fā)展的相對(duì)比重將是十分復(fù)雜的問(wèn)題，尤其是在人口較少的國(guó)家（比如一千萬(wàn)人口以下的國(guó)家），和發(fā)展中國(guó)家。一方面在這些國(guó)家資金比較缺乏，同時(shí)短期經(jīng)濟(jì)發(fā)展的壓力又比較大，所以從科向技傾斜的傾向會(huì)特別明顯?？墒橇硪环矫嬗直仨氉⒁獾郊嫉陌l(fā)展的根源是科。前面所舉的數(shù)理邏輯、量子力學(xué)與雙螺旋結(jié)構(gòu)都是科，不是技，可是長(zhǎng)期下去，這些科都引發(fā)出了龐大的技。如何處理科與技的相對(duì)比重問(wèn)題必須從每一個(gè)國(guó)家的歷史發(fā)展?fàn)顩r來(lái)著眼，不能有全球性的規(guī)律。在這里我要特別指出印度、巴西和中國(guó)這三個(gè)人口眾多的發(fā)展中大國(guó)過(guò)去的政策有一點(diǎn)不同之處，而此不同之處有重要的長(zhǎng)期影響，這就是新中國(guó)的自力更生的精神。這個(gè)精神過(guò)去實(shí)施了三十年，然后在此精神之外加上改革開放的長(zhǎng)遠(yuǎn)政策，又實(shí)施了二十年，就產(chǎn)生了今天中國(guó)科與技都遠(yuǎn)比印度和巴西進(jìn)步的局面。這是十分值得詳細(xì)分析的歷史。（3）貿(mào)易全球化勢(shì)將繼續(xù)發(fā)展，尤其在中國(guó)進(jìn)入世界貿(mào)易組織（WorldTradeOrganisation）以后。科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，到了今天，有了貿(mào)易全球化的可能。當(dāng)然這么大的，影響這么多人的動(dòng)向，不可能沒(méi)有反對(duì)的聲音?？墒强傮w來(lái)說(shuō)，全球化今天符合世界大多數(shù)人民的利益，所以必會(huì)繼續(xù)下去。二十多年以前，鄧小平以他的卓越的遠(yuǎn)見(jiàn)和無(wú)比的毅力，把中華民族帶上了一個(gè)新的方向，趕上了全球化的列車。這不僅是中國(guó)歷史上的大事，也是世界歷史上的大事。全球化是沒(méi)有前例的大變更。一、二十年間它會(huì)帶來(lái)更多的全人類生產(chǎn)力，可是長(zhǎng)久下去它也會(huì)帶來(lái)十分復(fù)雜的新問(wèn)題，而這些新問(wèn)題將和高速科技發(fā)展所帶來(lái)的資源、環(huán)保、道德與宗教等問(wèn)題糾纏在一起，造成二十一世紀(jì)中葉人類必須面臨的新挑戰(zhàn)。（4）中國(guó)在世界科技發(fā)展中的地位將大幅提高。今天中國(guó)的高科技比起先進(jìn)國(guó)家還差一大截，這就使得許多人認(rèn)為中國(guó)的科技不行。這是完全錯(cuò)誤的看法。近代科學(xué)引進(jìn)中國(guó)是二十世紀(jì)的事情。一個(gè)世紀(jì)之間只幾代人就從真正的零開始發(fā)展到了