徐光宪院士：第六次科技革命有四大核心内涵
*同志指出:“科学技术是第一生产力”。因此，解决当前世界经济危机的根本出路是牢牢把握第六次科技革命。
资料来源:Neto
目前，国内外都在讨论和探索第六次科技革命的核心内涵，并没有达成共识。如果我们能准确预测新科技革命的核心内涵，我们就能在勇敢成为领导者的过程中迈出关键的第一步。
■徐光先
*同志指出:“科学技术是第一生产力”。因此，解决当前世界经济危机的根本出路是牢牢把握第六次科技革命。
中国科学院院长白春礼号召我们中国人要成为第六次科技革命的领导者，肩负起振兴中华的历史重任。我非常同意白主席的号召，认为中国人要有勇气领导第六次科技革命，首先必须确定第六次科技革命的核心内容。
中国科学院中国现代化研究中心出版的《第六次科技革命机遇》(2012年4月第二版，科学出版社)对第六次科技革命进行了大量的研究、分析和讨论。他们关于中国现代化的年度报告提供了重要的参考资料。
目前，国内外都在讨论和探索第六次科技革命的核心内涵，并没有达成共识。如果我们能准确预测新科技革命的核心内涵，我们就能在勇敢成为领导者的过程中迈出关键的第一步。
探索并独立提出我们对第六次科技革命内涵的理解，可以极大地启发我们的创新思维，培养高素质创新人才，建设创新型国家。
本文提出第六次科技革命的核心内涵如下:(1)大化学科技革命；(2)新生命科学和技术革命；(3)钱学森先生的大成智慧革命和新信息与互联网革命；(4)物理科学的革命。其中，第二个被国内外大多数人所认可。第四条在国内外也经常被提及。三是钱学森晚年的重要科学思想，但并未引起足够的重视。第一个在国内外都没有被提出过。这是我个人的意见。
中国和世界亟待解决的问题
我认为，第六次科技革命的核心内容必须是解决当前中国和世界面临的紧迫问题，缓解世界经济危机，使各国走上健康发展的道路。目前，大约有14个问题值得我们特别关注。
(1)彻底改造污染环境的化工厂，建立绿色化学、化工和冶金企业。
(2)目前的化工原料主要来自石油或煤(使用煤焦油或电石)。因为它们也被用作能源和燃料，如果保持目前的消耗速度，世界石油资源将在几十年内耗尽，煤炭资源将在一百或两年内耗尽。
(3)减少温室气体二氧化碳排放的问题，即少用煤和石油，大力发展节能和新能源，如稀土节能灯，使用稀土材料作为发电机的风能，太阳能来自稀土光电转换材料，核能来自钍等。
(4)经济高效开发不可再生、不可替代的稀土等矿产资源，保护环境，综合利用。发展从废旧产品中回收稀土的技术，避免浪费和快速消耗稀土和其他不可再生战略矿产资源。
(5)节约和利用淡水资源，高效低成本淡化海水的问题。
(6)高技术材料和化学合成的研发。
(7)海洋和空间资源的开发利用(如海底可燃冰和月球上的大量氦-3核聚变能源)。
(8)人类健康与新药、新药和人造器官的研究和开发。人工生命的合成使化学和生物学相互联系。研究直接针对病灶的靶向药物的合成，并显著降低药物的副作用。
(9)固氮酶的人工合成使非豆科植物如水稻和小麦也能利用空气中的氮而不使用氮肥，或用新的生物技术培育含固氮酶的非豆科植物，引发农业科技革命。
(10)研究光合作用的基本原理，找出光合作用的催化机制，提高太阳能的利用效率，可能会引发农业技术的革命。
(11)天气预报、地震预报、台风预报以及其他自然和人为灾害的预防和急救问题。
(12)军事科学和技术问题。为了呼吁世界和平，中国必须拥有先进的军事科学和技术，以便在维护世界和平方面有发言权。为了制止第三次世界大战，世界主要国家的军事力量必须平衡。
(13)和平科学的理论和实践问题。两次世界大战和连续的局部战争发生在20世纪。第三次世界大战必须在21世纪避免，因为如果它发生，那将是一场毁灭一半人类的核战争。因此，我们必须研究和平科学的理论和实践。
(十四)研究世界人口控制和优生问题，研究中国人民同世界各国人民和谐共处、共同富裕、共同幸福的理论和实践。
正确理解化学科学和化学大革命
化学大革命是第六次科技革命的主要内容之一。
大化学(广义分子科学)的革命与上述14个世界迫切需要解决的十大问题密切相关。新的生物和技术革命与第八、第九和第十个问题有关。大成智慧革命与问题11至14有关。物理革命对22世纪产生了深远的影响。
为什么以前没有人提出过伟大的化学革命？自上世纪下半叶以来，国内外出现了淡化化学科学的思潮。人们认为化学是一门古老的科学。它在20世纪没有取得任何重大发展。化学很少出现在新闻媒体和报纸上。在第六次科技革命中，很少有人提到化学。我认为这是一个误解。
联合国决定将2011年定为国际物理年。这是继2005年国际物理年之后对第二基础科学的强调。这也是在化学中淡化公众意见的一部分，具有重要意义。
20世纪下半叶国内外舆论对化学科学的误解
误解之一是:化学在20世纪没有提出重大的科学问题。在20世纪，人类完成了最著名的三大科技项目:(1)人类基因组计划；(2)曼哈顿项目；(3)阿波罗登月计划。在这三个主要的科技项目中，化学实际上是无关紧要的。事实上，这些重大科技项目的完成是许多学科的共同贡献，其中一半是化学的贡献。认为化学与重大科技项目无关是一种误解。
尽管人类基因组计划是由生物学家提出的，但它是由分析化学家完成的。它的全称应该是“人类基因分子的化学测序计划”。分析化学家贡献了超过75%。中国化学家随后对水稻等重要基因进行了独立测序。在美国学习的中国化学家在改进快速测序方面也做出了杰出贡献，大大降低了成本，使对个体的整个基因组进行测序成为可能，并作为一种重要的遗传疾病诊断方法，从而使制定个性化的治疗和保健计划成为可能，并大大提高了人类的平均寿命。
曼哈顿计划是美国的原子弹试验计划。中国还独立完成了原子弹的试生产。这是一项由我们的核物理学家和放射化学学家共同完成的任务。放射化学贡献了50%。
阿波罗登月计划是由美国发起的，后来中国也发展了一个巨大的太空计划。这是中国航天科学家和工程师完成的一项伟大计划，但关键导航材料、月球航天器专用新材料以及扫描、记录和传输等新材料的开发都是化学家的任务，占25%。因此，20世纪的三大科学项目与化学密切相关，总贡献率为50%。认为化学与重大科技项目无关是一种严重的误解。
误区二:报纸经常说20世纪发明了六大技术:(1)信息技术；(2)生物技术；(3)核电站和核武器技术；(4)航空航天和导弹技术；(5)激光技术；(6)纳米技术。然而，很少有人提到化学合成(包括分离)技术，包括合成氨、合成尿素、合成抗生素、新药、新材料和聚合物。
没有上述六项技术中的一两项，人类仍然可以生存。然而，如果没有哈勃发明的高压氨合成和随后的尿素合成技术，世界粮食产量将至少减半，世界70亿人口中的35亿人将会挨饿。没有合成各种抗生素和大量新药的技术，人类不可能控制最可怕的传染病，如天花、肺结核、伤寒、痢疾等。以及缓解心脑血管疾病。平均寿命将缩短25年。没有合成避孕药，人类就无法有效控制人口。如果没有合成纤维、合成塑料、合成橡胶技术，人类的生活将会受到极大的影响。信息技术的核心是集成电路芯片，集成电路芯片是在化学提纯法制备的硅单晶晶片上用化学光刻法制作的。计算机的存储材料也是化学合成的，大量的合成高分子材料被用于其他部件。另一个例子是，核电厂的关键是核燃料铀和钚的生产和后处理，以及放射性废水的处理，所有这些都是化学工业。
纳米技术是化学家发明和合成的新技术，如碳60、碳纳米管、石墨烯等纳米尺度材料，发现纳米材料具有特殊的性质。激光、光纤、航空、航天、导弹等技术领域不需要化学合成的高科技材料。因此，上述六项技术离不开化学合成技术。
然而，化学和化学工业非常谦虚，从不提及*(这句话是在英国杂志《自然》2001年的一篇评论中说的)。我们应该大力宣传20世纪发明的七项技术，即化学合成(包括分离)技术和上述六项技术。在20世纪的七项发明中，对人类生活和世界经济发展影响最大的两项最迫切需要的发明是化学合成技术和信息技术。
上述七项技术根据其对国内生产总值的贡献进行排名(根据2004年中国的统计数据)。首先是与化学、化学工业、冶金、石油炼制、医药和高科技材料合成密切相关的工业，统称为过程工程。中国科学院化学工程与冶金研究所原所长郭慕孙院士曾有先见之明，将该所更名为中国科学院过程工程研究所。当生物技术在未来成熟时，它可能会进入过程研究所，因为这些技术非常相似。
过程工程对国内生产总值的贡献达到16.6%，居首位。第二是信息产业，包括计算机和芯片制造、电信服务、网络服务、软件产业等。对国内生产总值的贡献为9.0%。第三是飞机、航空航天、人造卫星、导弹工业。第四是核电厂和核工业。这四个是大工业，其中核燃料生产和重水生产实际上是化学工业，但包括在核工业的计算中。第五个是生物技术和生物产业，2004年它们占国内生产总值的比例不到1%，但前景光明。第六是纳米产业。第七是激光技术产业。
误区三:化学是一门古老的科学，有200到300年的历史，发展前景渺茫。事实上，化学是创造最多新物质的科学，是20世纪发展最快的一流基础学科之一。
1900年在美国化学文摘(CA)中登记的已知化合物只有55万种，它们是从天然产物中分离出来并测定其组成，然后人工合成的。45年后，到1945年，这一数字翻了一番，达到110万种。到1970年的25年后，它又翻了一番，达到236.7万种。从那以后，新化合物的生长速度大大加快了。截至2011年9月14日，化学文摘社注册人数达到1.1685亿种，其中6314万种被确定为生物大分子化学序列，5371万种被合成为新药、新材料和其他广义新分子，比1970年增加50倍。在过去的110年里，没有任何一门科学像化学一样创造了如此多的新物质，在过去的40年里，化学文摘社的化学注册数量增加了近50倍。
以上是合成化学在数量上的成就。从质量和重要性来看，合成和分离化学获得了41项诺贝尔奖。对人类至关重要的发明实例包括:
首先，哈勃于1909年发明了以锇为催化剂的高压氨合成技术，并于1918年获得诺贝尔奖。博世改进了合成氨技术，并获得了1931年诺贝尔奖。这种合成氨技术被外国媒体评为20世纪最重要的发明，因为它解决了最重要的世界粮食生产问题。
第二，霍沃斯获得了1937年诺贝尔合成维生素奖。库恩因人工合成多种维生素获得了1938年诺贝尔奖。布特南特发现并分离了多种性激素。多马克发现了抗细菌的磺胺类药物，并获得了1939年诺贝尔奖。弗莱明、E.B.Chain和H.W.Florey发现了青霉素的疗效，并发明了其生产技术，获得了1945年诺贝尔奖。鲁宾逊因对生物碱的分离和纯化的研究而获得1947年诺贝尔奖。美国瓦克斯曼发现了链霉素，并获得了1952年诺贝尔奖。这些维生素、抗生素、激素和其他新药的合成对人类健康做出了巨大贡献。
第三，史陶丁格因研究聚合物聚合原理获得1953年诺贝尔奖。齐格勒和纳塔发明的用于聚合物合成的齐格勒-纳塔催化剂获得了1963年诺贝尔奖。艾伦·杰·赫格和艾伦·G·麦克德尔米德因在导电聚合物合成方面的研究而获得2000年诺贝尔奖。高分子合成化学的发展极大地提高了人类的生活水平。
第四，在1985年，科尔、斯莫利和克罗托发现了第三种形式的碳元素——富勒烯，其中最重要的是碳60。富勒烯可以制成新的超导材料、有机化合物、聚合物和纳米材料，赢得了1996年的奖项。零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯和其他纳米材料的化学合成。因此，纳米科学是建立在化学合成科学的基础上的。
化学作为一门中心学科的形象已经被跨学科研究的巨大成就所掩盖。
在“数学、物理、化学和生命”这六门传统科学中，化学是连接前面和后面的核心科学。化学也是社会急需的一门核心科学。化学与人们的生活密切相关。化学是一门中心科学，它与信息、生命、材料、环境、能源、资源、地球、海洋、空间和核科学等十门新兴或朝阳科学紧密联系、交叉和渗透。
化学与十大朝阳科学和六大基础学科之间出现了许多重要的交叉学科，但化学家们非常谦虚，放弃了交叉学科的命名权。例如，“化学生物学”被称为“分子生物学”，“生物大分子的结构化学”被称为“结构生物学”，“生物大分子的物理化学”被称为“生物物理学”，“固体化学”，“液体化学”，“溶液理论”被称为“凝聚态物理”，“高分子物理化学”被称为“软物质物理”等。
这样，化学，一门重要的中心科学，被社会视为配角和伴娘科学，而不被重视。世界著名的杂志《自然》也抱怨化学家，并在2001年发表了一篇评论。评论提到，"当其他学科因其成就而出名时，化学经常发现该学科中最辉煌成就的声誉被其他学科所拥有"。哈佛大学教授乔治·怀特塞德斯也说:“化学中许多最有趣的部分经常被称为其他名字。我从来不明白化学家是干什么的。他们总是太谦虚和尽职尽责。他们发现了这些有趣的技术，当其他人把它们拿走的时候，他们甚至没有喊叫或抱怨。你永远不会发现一个生物学家会容忍别人拿走他们的工作。”化学家的谦虚是一种美德，但它不能吸引优秀的年轻学生。化学专业优秀学生的缺乏将影响十大前沿新兴科学的发展，这个问题将会很大。
第六次科技革命的核心内涵
第六次科技革命的核心内容，按重要性排序为:1 .大化学(广义分子科学)和技术革命；2.生命科学与技术革命；3.大成智慧革命；4.物理科学革命。
1.伟大的化学和技术革命
伟大的化学和技术革命的内涵必须首先服务于中国和世界迫切需要解决的问题。例如，上面提到的14个问题中的前10个都与大化学有关。为了直接解决前三个问题，化学科学和技术必须经历一场彻底的革命。
(1)有机化学将从碳氢化合物及其衍生物的化学转变为碳水化合物及其衍生物的化学。化学过程应该彻底改变，教科书应该重写。
在20世纪，有机化合物的原料主要来自石油和煤焦油，因此有机化学被定义为碳氢化合物及其衍生物的化学。根据目前的消耗率，世界石油储备将在几十年内耗尽，煤炭将在120年内耗尽。这样，有机化合物的原料必须转变成可再生的植物资源，有机化学也将转变成碳水化合物及其衍生物的化学。这是一个革命性的变化。
(2)绿色化学、原子经济化学和循环化学的革命。
20世纪的化工企业造成了严重的环境污染，必须彻底改变。应大力发展原子经济的循环化学过程。人们远离的化工企业应该转变为花园式的绿色企业。
(3)新药和人工器官的合成和组装导致了新的制药革命。
(4)开发利用稀土风力发电机、稀土节能灯、新型光电转换材料、海底可燃冰、重水聚变和月球上氦-3的开发将引发一场新的能源革命。
(5)在天然植物中，只有豆科植物的根瘤能吸收和利用空气中的氮，其他作物如水稻和小麦必须使用氮肥。如果固氮酶的人工合成成功，空气中的氮可以直接利用，而不需要化肥。这将导致一场农业革命。20世纪50年代，梦想家化学家陆嘉熙院士、院士、蔡院士等人提出了固氮酶的课题。他们首先从理论出发，提出了固氮酶的“福州模式”和“厦门模式”，与国外学者提出的天然固氮酶的结晶非常相似。他们进一步准备人工合成固氮酶，但由于没有得到强有力的支持，他们被打断了。
(6)化学的繁荣将促进化学生物学和分子生物学的大发展，从而促进生命科学和医学的大发展，大大延长人类的寿命。
2.生命科技革命
生命科学技术是第六次科技革命的核心内容，这是大多数学者的共识。
(1)新生物学建立在分子水平上，化学是研究分子的科学。因此，化学大革命是生命科学革命的重要基础。
(2)新的生物革命将以分子生物学为基础，将传统的宏观生物学、生物分类学、遗传生物学、思维和神经科学融入系统生物学，并将是一场仿生学、创造和再生的革命，直至永恒。
(3)通过新的生物革命，人类将理解自己从无知到越来越了解自己的特征。人类基因组计划已经花费了数十亿美元。然而，由于近年来快速基因化学测序的发展，成本已经降低到几百美元，所以每个人都有可能了解他们的遗传基因中哪些致病基因，并预防和消除它们。此外，合成新的抗癌药物和减少副作用的心血管药物，新的再生医疗技术的广泛临床应用将大大延长人类的平均寿命。
(4)中国人的平均预期寿命1949年为35岁，1978年为68岁，1991年为69岁，2010年为74岁。*成立后的61年中，增长了39年，年均增长0.64年。新的生物革命将加速这一过程。根据保守估计，如果年增长率仍然保持在0.64岁，到2050年，平均预期寿命将为100岁，到2100年，平均预期寿命将为132岁。
我们可以提出一个新的社会发展指数，叫做“人才工作年限与受教育年限之比”。例如，现在一个人大学毕业需要23年，退休需要67年，工作需要44年。“工作和教育年数之比”=44/23=1.91(2010年)。到2050年，平均预期寿命将达到100岁，退休年龄将达到90岁，工作年龄将达到67岁，工作和教育年数之比=67/23=2.91(2050)。这样，工作和教育年数的比率在40年中增加了1.00，年均增长率为0.025，即2.5%。这2.5%的增长是最有经验的人力增长。这将使国内生产总值至少增长2.5%。这是一个巨大的贡献。
到本世纪末，人类的平均寿命将从目前的80多岁延长到150岁。有效工作的年数将大大增加，一个人一生中创造的财富和对社会的贡献将大大增加，退休年龄将每两年至少增加一年。除了治疗疾病，医学将侧重于预防和健康教育。
3.人机结合的大智慧革命
大成智慧科学和大成智慧办公室的构想是由钱学森首先提出的。它是人和计算机的结合，用来解决中国和世界的自然和社会中的各种问题，是一个复杂而开放的巨系统。它涉及数学、系统科学、信息科学、计算科学、虚拟现实、网络技术、云计算技术和大型数据库技术、天气、地震和灾害预测、经济危机预测和解决，以及消除第三次世界大战风险和许多其他科学和社会问题的新方法。
4.物理科学的革命
在19世纪和20世纪之交，几朵乌云出现在物理学上空，这导致了一些具有非凡天才的科学家，如爱因斯坦、玻尔、薛定谔、海森堡、狄拉克等。创造相对论和量子力学，引发了20世纪的科学革命。
在20世纪和21世纪之交，物理学上也有一些乌云，比如相对论和量子力学如何统一？什么力量导致宇宙加速膨胀？什么是暗能量？这两者之间有什么关系吗？解决这些问题非常困难。只有少数具有超人智慧的人才能探索和解决这些理论问题。它的影响可能在22世纪。
迫切要求教育部保留化学在高校自主招生理科考试中的地位；
最近，据了解，从今年开始，教育部将对高等教育机构实行独立招生考试。他们不会选化学，只会选数学和物理。这将严重削弱化学科学的中等教育，严重加深公众、中学生和家长对化学的蔑视和误解，减少高校化学系的优秀学生，严重危害中国作为第六次科技革命的领导者，也影响中华民族的伟大复兴。美国高考相当于中国的高考，其中化学非常重要，还包括化学实验。为了减轻高中生的负担，我们可以学习美国的方法，这样高中二年级的学生也可以在高考中参加一到三门课程的考试。如果他们得到满意的结果，三年级的考试可以免除他们已经参加的课程，从而避免了“一生一次考试”的巨大压力。
作者简介:
徐光先，中国科学院院士，北京大学化学与分子工程学院教授。
《中国科学日报》(智库，第8版，2013年4月1日)