| 何傳啟：第六次科技革命的機遇與對策 |
| ——從人類文明與世界現代化角度看科技革命 |
□何傳啟（中國科學院中國現代化研究中心）
編者按
在過去500年裡，世界上先後大約發生了五次科技革命，包括兩次科學革命和三次技術革命。中國與前四次科技革命無緣；失去四次科技革命的機會，中國的國際地位一路下滑。以社會生產力（按購買力平價計算的人均國內生產總值）為例，1700年中國社會生產力水平排名世界第18位，1820年排第48位，1900年排第71位，1950年排第99位。目前，世界正處於第六次科技革命的前夜。第六次科技革命將是中國復興的一次歷史性機遇，值得科技界和全社會重視和思考。本報特刊發何傳啟研究員的專題文章，供讀者參考和討論。
早在19世紀，恩格斯就說過：「社會一旦有技術上的需要，則這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進。」這種論斷反覆被歷史所驗證。例如，在人類文明和世界現代化進程中，通信是一種需要，信息儲存和傳遞是人類發展和世界現代化的重要基礎，19世紀以來先後出現了電訊技術和信息科學；在國家發展和國際競爭過程中，現代化是一種需要，發達國家要保持世界先進水平，發展中國家要追趕世界先進水平，20世紀以來先後出現了現代化研究和現代化科學。一般而言，科技發展有三個動力：好奇心、市場需求和國家安全。本文主要從人類文明和世界現代化的角度，展望21世紀的科技需求和科技革命，討論它的方向、影響和對策。在這裡，科技革命是科學革命和技術革命的統稱，指引發科技範式以及人類生活和生產方式的革命性轉變的科技變遷。
上篇：
世界現代化與第六次科技革命
一、人類文明和世界現代化的科技需求
在人類歷史上，科技、文明和現代化是相互促進的。科技發展是文明進步和現代化的組成部分，科技成果是文明和現代化的動力源泉。在21世紀，文明進步和現代化既依賴於科技進步，又對科技發展形成巨大的需求拉動。
1.人類文明和世界現代化的歷史邏輯
從科技角度看，人類歷史是一部創新史。工具製造革命使人區別於動物，人類進入原始文化發展時期。農業革命使人從食物採集者變為食物生產者，人類進入農業文明發展時期。工業革命使人從手工生產者變為機械化生產者，人類進入工業文明發展時期。知識革命使人從物質消費追求者變為精神消費追求者，人類進入知識文明發展時期。從農業文明向工業文明的轉變是第一次現代化，從工業文明向知識文明的轉變是第二次現代化。世界現代化的本質是人類文明的一種革命性和前沿性變化，是不斷從傳統文明向新型文明的歷史性轉變。文明發展的實質則是不斷創新和滿足人類層層遞進的生活需求。
（1）人類文明進程具有周期性和加速性
首先，人類文明進程具有周期性。從人類誕生到21世紀末，人類文明進程的前沿過程分為四個時代，即工具時代、農業時代、工業時代和知識時代；每個時代都包括起步、發展、成熟和過渡四個階段，形成一個發展周期。在農業時代，許多國家和民族的文明發展具有周期性和循環性，從起步、發展、成熟到衰落。人類文明是由許多要素組成的。有些文明要素的變化遵循進化論，如科技的發展等；有些文明要素的變化具有周期性，例如權力分配的變遷等。
其次，人類文明進程具有周期加速性。人類文明進程的發展周期在加速（縮短）：工具時代的發展周期約200多萬年，農業時代約5000多年，工業時代約200多年，知識時代預計約100多年。有些文明要素的發展在加速，如生產力提高和科技進步的加速等。例如，世界平均的人均GDP的年均增長率，在公元1000～1700年期間約為0.05%，在公元1700～1950年期間約為0.5%，在1973～1998年期間約為1.33%；知識時代快於工業時代，工業時代快於農業時代。
其三，人類文明進程具有周期轉移性。在人類歷史上，文明發展方向發生了三次轉變。在工具時代，採集、狩獵和社會化是人類發展的主導方向。在農業時代，種植、畜牧和滿足生存需要成為文明發展的主導方向。在工業時代，工業、服務和滿足物質生活需要是文明發展的主導方向。在知識時代，知識、信息和滿足精神生活需要成為文明發展的主導方向。隨著人類文明的發展方向的周期性轉移，文明和現代化的主導產業、生活需求和科技需求也在周期性轉變。
（2）世界現代化與科技革命是相互促進的
首先，世界現代化是18世紀以來的一個客觀現象。關於現代化，迄今沒有統一定義。一般而言，現代化是18世紀以來人類文明的一種前沿變化和國際競爭，它包括現代文明的形成、發展、轉型和國際互動、文明要素的創新、選擇、傳播和退出，以及追趕、達到和保持世界先進水平的國際競爭和國際分化。在18世紀到21世紀期間，世界現代化的前沿過程可以分為兩個階段和六次浪潮，其中，第一次現代化是從農業經濟和農業社會向工業經濟和工業社會的轉變，第二次現代化是從工業經濟和工業社會向知識經濟和知識社會的轉變；六次浪潮分別是機械化、電氣化、自動化、信息化、仿生化和體驗化（表1）。
其次，科技革命是16世紀以來的一種歷史現象。目前，關於科技革命也沒有統一定義。在本文裡，科技革命包括科學革命和技術革命，科學革命指引發人類生活觀念深刻變化的科學巨變，技術革命指引發人類生產方式深刻變化的技術巨變。在過去500年裡，大約發生了五次科技革命（表2）。
其三，科技革命與世界現代化是相互促進的。例如，第一次科技革命發生在16～17世紀，它是世界現代化的前奏，為世界現代化和第一次產業革命準備了科學知識、科學方法和科學精神。第二次和第三次科技革命分別推動了第一次和第二次產業革命，第四次和第五次科技革命推動了第三次和第四次產業革命。世界現代化的前四次浪潮和產業革命都是由科技革命所推動的。可以預計，第五次和第六次浪潮和產業革命將同樣由新科技革命所推動。科技革命的重要發明和創新，不僅推動了產業革命，而且與經濟周期緊密相關。科技革命和產業革命，既是世界現代化的一種表現形式，也是後者的重要組成部分。
2.人類發展和世界現代化的科技需求
人類發展和世界現代化的科技需求是全方位的，但只有部分需求可以引發科技革命。引發科技革命的科技需求，可以和需要從不同角度進行分析；一般而言，它與人類文明的前沿特徵有關，與科技革命的判斷標準有關。
（1）基於人類學的科技需求分析
人類從誕生起就生活在地球的自然環境裡。人類的生存和發展離不開四個要素：物質、能源、信息和空間，當然人體是基礎。關於這四個要素和人體自身的科技需求，可以作為討論科技發展的一種歷史邏輯和分析框架。
在農業時代，人類的主要科技需求是關於能源（糧食）和物質的科技，包括農學、天文學和實用技術等，關於信息、空間和人體的科技也有一定的發展。空間科技指與人類生存空間相關的科技。在工業時代，人類的科技需求是關於物質、能源、信息、空間和人體的科技，包括全部的現代科技。在知識時代，人類的科技需求包括綠色高科技、綠色能源、信息技術、航天運輸和生命科學等。
工業時代的科技發展，根據技術特點大致可分為三個階段：機械時代（18世紀開始）、電氣時代（19世紀開始）和電子時代（20世紀40年代開始）。知識時代的科技發展，根據技術特點大致可分為三個時代：資訊時代（20世紀70年代開始）、再生時代（21世紀20年代開始）和宇航時代（21世紀下半葉）。
如果說，18～20世紀的科技重點是改造自然和滿足人類需求，那麼，21世紀的科技重點將是改造人類自身和適應宇宙環境，適應宇航時代的需要。
（2）基於心理學的科技需求分析
關於人類行為心理的研究有許多理論，20世紀40年代美國心理學家馬斯洛提出的「需求層次理論」有廣泛的影響力。他把人的需求劃分為五個層次：生理需要、安全需要、情感需要、尊重需要和自我實現的需要；其中，前四個層次的需要是基本需求，第五個層次的需要是發展需求（高級需求）；一般而言，當低一層次的需求滿足後，高一層次的需求就會產生，但也有例外情況發生。
如果把人類抽象為一個「人」，可以用「需求層次理論」來分析它的科技需求。在農業時代，人類面臨生存壓力（糧食問題），它的需求屬於基本需求，科技發展主要是天文學、數學、農學和醫學等。在工業時代，人類面臨不斷增長的物質生活需要，它的需求屬於基本需求，科技發展主要是與物質生產相關的科技，包括現代科技的各門科學。在知識時代，人類的物質生活已經非常豐富，面臨的壓力主要是生活質量和精神生活需要，它的需求屬於高級需求，科技發展主要是與物質和文化生活質量相關的科技。精神需求還包括健康長壽和遨遊太空等。
（3）基於科技革命標準的科技需求分析
科技革命是一個科技史學或科技哲學概念，迄今沒有公認的判斷標準。在學科史層次上，美國科學哲學家庫恩認為，科學革命是一種科學範式的轉變。在世界科技史層次上，目前比較多的學者認為，16世紀以來的科學革命有兩次，它們顯著改變了人類的生活觀念；技術革命有三次或四次，它們顯著改變了人類的生活和生產方式（表2）。概括地說，在世界科技史層次上，科技革命大致有三個判斷標準：顯著改變人類的生活觀念、顯著改變人類的生活和生產方式、社會影響人口覆蓋率一般超過50%（估計數）；其中，科學革命需要滿足第一個和第三個條件，技術革命需要滿足第二個和第三個條件。
綜合人類學、心理學和科技革命標準的相關分析，可以解釋和理解16世紀以來的科技革命。16世紀和20世紀的兩次科學革命，改變了人類對物質世界的認識，形成了新的世界觀和方法論；工業時代的技術革命主要發生在物質、能源和電訊技術三個方面，並擴散到或涉及運輸方面，主要滿足人類物質生活的基本需要；知識時代的科技革命有可能主要發生在信息、生命和空間科技三個方面，並擴散到或涉及能源和物質科技方面，它將滿足人類生活的高級需要，包括文化生活、健康長壽和太空生活的需要。
在21世紀，信息革命將實現知識和信息的無障礙獲取，為滿足人類的文化生活需要提供技術支持和根本保證；新生物學革命將為人類的健康長壽提供理論基礎和技術支持，實現人類的再生和永生，基本滿足太空生活對人體的生理要求；新物理學革命將改變人類的宇宙觀，為宇宙航行提供新理論、新能源和新工具。在21世紀下半葉，地球可能難以滿足人類發展的需要，開發太空和宇宙移民是一種可能選擇。信息、生命和物理革命的成功，將使之成為一種可能。
二、第六次科技革命的機遇與挑戰
依據上述分析，21世紀大約有三次科技革命，即第五次科技革命（約1970～2020年）的下半部（信息革命後期）、第六次科技革命（約2020～2050年）和第七次科技革命（約2050～2100年）。這裡重點討論第六次科技革命。
關於21世紀的新科技革命和科技預測已經有大量研究。許多預測研究考慮了多種因素，但主要基於科技發展趨勢。從人類文明和世界現代化的科技需求的角度進行分析，可以豐富和擴展我們對第六次科技革命的認識。這種從需求角度的預測分析，有可能反映第六次科技革命的一個側面，而不能反映它的全部。關於前五次科技革命的歷史回顧，可以為分析第六次科技革命提供一種借鑑。
1.前五次科技革命的歷史回顧
一般而言，科技革命是一個歷史過程，具有起點、終點、內容、特點、標誌性事件和世界影響等。關於前五次科技革命的起點、終點、內容和特點等有許多不同觀點，關於它們的標誌性事件則有較多共識（表3）。
（1）科學革命的結構和特點
第一次科學革命的主體部分涉及兩個學科：天文學和物理學。從哥白尼的《天體運行論》（1543）到牛頓的《自然哲學的數學原理》（1687），前後經歷了144年，猶如一場科學馬拉松。從伽利略到牛頓，建立了近代物理學的理論體系和實驗研究方法，為近代科學的形成和發展奠定了重要基礎。
第二次科學革命的主體部分涉及物理學，主要包括相對論（1905～1916）、量子論和量子力學（1900～1926），以及X-射線、放射線和電子的發現等。相比第一次科學革命的漫漫歲月，第二次科學革命是一個激動人心的時代。
第二次科學革命的「擴展部分」涉及天文學（宇宙大爆炸）、粒子物理學、遺傳學（基因和DNA雙螺旋）、現代地學（板塊學說）和計算機科學等。
科學革命存在一種「蘑菇效應」。一個重大科學突破，往往引發一叢相關的科學突破，最後形成一次改變科學範式和人類觀念的科學革命。
（2）技術革命的結構和特點
第一次技術革命的主體部分是動力技術（蒸汽機）和機器製造（紡織機和工作母機），帶動部分涉及煤炭、冶金、化工和運輸等。從蒸汽抽水機（1698）到第一條實用鐵路（1825），第一次技術革命大約持續120多年。
第二次技術革命的主體部分是電力技術（發電機和電動機）、運輸技術（內燃機）和電訊技術，帶動部分包括鋼鐵、石化、汽車、飛機和電器等。從發電機（1832）到無線電廣播（1906），第二次技術革命大約持續70多年。
第三次技術革命包括電子技術和信息技術革命兩個階段，它們的內容有一定的交叉。電子技術革命和信息技術革命都包括主體部分和帶動部分，而且帶動部分或輻射面比前兩次技術革命要寬得多，涉及眾多技術領域。電子技術革命持續時間比較短（約1946～1970年），信息技術革命持續時間比較長（1970～2020年）；兩個階段加起來大約70多年，與第二次技術革命的時間跨度相當。
技術革命存在一種「綿羊效應」。一個技術領域的技術突破，可以帶動相關領域的技術進步，或者輻射其他領域，促進它們的技術進步；形成一個又一個的新技術群，從而形成一次改變人類生活和生產方式的技術革命。
20世紀以來，科學、技術與產業的聯繫逐步加強，相互關係多樣化。許多新技術建立在科學突破的基礎之上。新技術既推動了科學的發展，也推動了產業的進步。從新科學、新技術到新產品（新產業）之間的時間跨度大大縮短。
2.第六次科技革命的方向和挑戰
從人類文明和世界現代化的角度看，第六次科技革命將以生命科學為基礎，融合信息科技和納米科技，提供解決和滿足人類精神生活需要的最新科技。從科學革命角度看，第六次科技革命有可能是新生物學革命；從技術革命角度看，第六次科技革命有可能是「再生革命」，包括仿生—創生—再生的三生技術革命。
第六次科技革命將上接第五次科技革命（信息革命），下接第七次科技革命（時空革命）。它的主體部分和帶動部分將與這兩次科技革命有關。有些內容是交叉的和跨學科的，依據觀察角度不同可以歸於不同的科技革命。
（1）第六次科技革命的特徵和方向
首先，第六次科技革命的主要標誌。前面討論了科技革命的三個標準。能夠滿足三個標準的重大發現或發明，才有可能成為科技革命的標誌性事件。
信息轉換器：實現人腦與電腦之間的直接信息轉換，引發學習和教育革命。
兩性智能人：解決和滿足人類對性生活的需要，引發家庭和性模式的革命。
體外子宮：實現體外生殖，解放婦女，引發生殖模式和婦女地位的革命。
人體再生：通過虛擬、仿生和再生實現人體永生（表4），引發人生觀革命。
其他標誌：合成生命、神經再生、人格信息包、耦合論、整合論、永生論等。
其次，第六次科技革命的主體部分（主要方向）。第六次科技革命是科學革命和技術革命的融合，並與信息革命和時空革命有部分交叉。它的主體部分涉及兩類革命和多個學科，可以和需要分類討論。
第六次科技革命的科學革命部分主要包括整合和思維生物學等。
整合和創生生物學。16世紀以來，生物學發展的基本軌跡是整體—器官（系統）—細胞—分子。似乎這條路已經快走到盡頭；因為人們將會發現，即使把生物體內的每一個分子都搞清楚了，也不能完全解釋生命現象。我們需要開闢新的道路，從分子—細胞—器官—生物體，研究大量分子如何協同、耦合、整合形成細胞？細胞如何協同、耦合、整合形成組織和器官？器官如何協調、耦合、整合形成生物體？這個過程是自組織的。目前，自組織理論、協同學已經誕生，耦合理論、整合理論還在孕育之中。今天，我們正在揭開人體的全部遺傳信息，我們已經認識了成千上萬的生物體內的分子和細胞，以及各種組織和器官。如果把這些分子、細胞、組織、器官組裝起來，能否「製造一個生命」？生物體與機器（技術）的多種組合，能否創造新的生命形式和新的物種？
思維和神經生物學。人腦是思維的載體，神經系統是思維的工廠，心靈是思維的動力源，它們都是如何工作的？人腦認知和創造性思維的機理，人腦信息加工、儲存、提取和再現的機理等，非常有挑戰性。對這些問題的認識，將改善人類的智慧，推進信息技術的革命性發展。
第六次科技革命的技術革命部分主要涉及再生、信息和納米工程等。
生命和再生工程。對生命的操縱有違人類的現行倫理道德，但是，人類將逐漸具備操縱生命的能力。首先，操縱遺傳物質，改變生物特性，製造新物種。其次，操縱神經系統，改變生物行為特徵。其三，操縱生物節律，實施人工休眠和人工喚醒，改變生物的生命周期。其四，操縱生物細胞，實現體細胞無性繁殖（克隆）。其五，操縱組織器官，進行組織器官的體外培養，隨時隨意替換生物體的任何組織或器官。其六，操縱生物生殖，進行體外受孕、體外懷胎（人造子宮），實現體外生殖。其七，操縱生物性狀，建立「生物工廠」，生產人類需要的產品，如幹擾素等新藥。其八，操縱生命形式，實現生物和機器的組合。再生工程包括細胞、組織、器官、軀體、人體和物種的仿生、創生和再生等。人造組織和器官如人造心臟、肺、胃、皮膚、骨頭、血、血管和肢體等實現產業化生產。
信息和仿生工程。與第五次科技革命有交叉。人腦思維和動物信息處理的數位化模擬和仿真，實現信息和知識的無阻礙獲取、現有信息傳播渠道的整合等。開發以新原理為基礎的計算技術，大幅度提高計算速度。模擬人腦的認知和思維原理，並行處理和整合各種類型的信號，逐步建立非線性推理功能（直覺），具有部分人類情感。開發新的網絡技術，大幅度提高信息傳輸速度。「信息轉換器」的發明，實現人腦與電腦之間的直接信息轉換，人腦可以直接「知識充電」。「人格信息包」的發明，它包含人的全部人生信息、獨立人格和自主意識，使人的「網絡化生存」和網絡虛擬人（網絡人）成為可能，實現人的「網絡化永生」。
納米和仿生工程。納米仿生材料、納米仿生器官、納米仿生設計和製造等。納米工程指在分子或原子水平上逐個原子地操縱物質，在納米尺度上進行設計、加工和製造等，包括納米結構、納米加工和製造、納米材料、納米器件和系統、納米機械、納米電子元件和設備等。納米工程、信息工程和仿生工程的結合，不僅為我們開闢一個新領域，而且為人類開創一個新的工作平臺。
生命科學、信息科學、納米科學、仿生工程和機器人學的結合，信息轉換器、人格信息包、兩性智能人、人體再生和網際網路的結合，人類將獲得三種新的「生存形式」，即網絡人、仿生人和再生人，實現某種意義的「人體永生」。
其三，第六次科技革命的擴展和帶動部分，涉及兩類革命和多個學科。
生命科學的相關學科。如發育生物學、細胞生物學、分子生物學、信息生物學、空間生物學、認知科學、心理學、生物醫學、再生醫學、分子和生態農業、生態學、仿生學和仿真學、生命和宇宙起源等。目前，我們不確切知道宇宙有多大，人類來自何方，將走向哪裡，人類是否是茫茫宇宙的唯一智慧生物。
材料科學和仿生材料。人們對新材料的追求是無止境的，各種材料，如功能材料、智能材料、傳感材料、超導材料、納米材料、仿生材料、生物材料等將豐富材料家族。如果納米技術繼續發展，超微機器人組成的材料將會誕生，這種材料具有「智慧」，可以自我複製、自我組裝等。
地球和環境科學。地球是人類的生活家園。人類關注的問題包括：地球還能存在多久？地球上的資源還能開發多久？全球變化將走向哪裡？自然災害能否預防？沙漠化和荒漠化可以控制嗎？碳代謝的平衡和控制，低碳生活和非物質化，汙染防治和生態現代化等。在地球上，物質資源是有限的，環境變化是無限的，自然災害是無情的。人類要在地球上長久生活下去，就必須認識地球，愛護地球，適應地球。
綠色超級製造。隨著信息工程的發展，電腦將具備人類的智能。綠色超級製造就是指利用超級電腦系統進行的環境友好的智能製造。它將與微加工和微製造技術結合，形成微器件、微設備、微工藝、微設計、微生產等的自動化。它將把人類從繁重的體力和腦力勞動中解放出來，創新和享受將成為人類的主要活動。
綠色超級運輸。運輸工具的功能是把人和貨物從一個時空轉移到另一個時空。現有運輸工具的速度、安全性、操作性都是有限的。人類必將突破現有物理概念，發現新的物理概念，並運用新的物理原理，開發新的綠色運輸工具，實現更快更安全和環境友好的新運輸，最終突破光速的制約，實現宇宙旅行。新物理學革命將帶來新能源和新運輸工具，拉開第七次科技革命的序幕。
此外，空間科技、能源科技、海洋科技、國防科技、人工智慧、機器人學、社會科學、行為科學、科技倫理學和現代化科學等，都會受到比較大的影響。
（2）第六次科技革命的主要挑戰
首先，倫理挑戰。人造生命、人造子宮、兩性智能人和人體再生等一系列突破，將徹底改變人類對生命、家庭和性關係的認識，引發重大倫理爭論。
其次，副作用。生命工程、再生工程和仿生工程的技術和成果，既可以促進文明發展和人類進化，也會產生許多新型武器和犯罪形式。（未完待續）
《科學時報》 (2011-05-05 A2 觀察 評論)