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科学、技术和工程是人类在认识和改造自然的伟大实践中获得的丰厚知识财富。它们分别对应于认识自然、改造自然的不同环节，因此，彼此之间有区别，更有联系。科学是认识自然现象、探索物质运动的客观规律所形成的基本理论、概念或原理；技术是运用科学理论，为提高效率、节约资源和开辟新生产领域而发展的方法、手段；工程是综合运用科学技术和经验，在生产实践中产生的设计、工艺、流程、装备和质量控制等。随着当代科学技术和生产实践活动的发展，三者之间联系越来越密切。科学向技术、工程的转化和渗透更加快速、广泛，工程技术对科学进步的推动作用日益强烈。它们相辅相成，相互促进，共同构成一个不断发展的庞大知识体系，成为现代生产力中最活跃的因素。
现代自然科学是从15世纪下半叶开始，在摆脱了神学的统治之后，伴随资本主义工业大生产的兴起而发展起来的。当与劳动本身直接联系的有限知识和经验已不足以推动生产大幅度进步之后，当生产过程逐渐成为科学的应用以后，科学研究开始与直接劳动相分离，形成人类三大实践活动之一，获得了高速发展。科学研究的时空范围、物质层次，愈来愈超前生产的发展。在科学前沿上获得的知识和技术，不断开辟新的生产领域，改变社会的生产关系和结构，正如恩格斯所指出，科学成为“一种在历史上起推动作用的、革命的力量”。“是最高意义上的革命力量”。
科学在不断加深人类对世界的认识、增强改造世界的能力的同时，也深刻地改变人类自身，形成科学的世界观、认识论和思维方法。恩格斯在总结19世纪科学发展的基础上，对此作了深刻的阐述：“科学和哲学结合的结果就是唯物主义。”他特别指出，细胞、能量的守恒与转化以及进化论这三大发现，对我们以唯物辩证的观点理解自然界各过程间的联系、相互作用和自然过程发生、发展进程，具有划时代的历史意义。
一、20世纪科学的伟大成就
20世纪的科学无论在深度还是在广度上，都远远超越了19世纪。相对论、量子力学和DNA双螺旋结构及遗传密码的发现，不仅带动了一系列科学技术和生产领域的发展，而且进一步深刻地改变了我们对世界图景的认识，向科学真理更进一步逼近。
1.相对论和量子力学是20世纪科学最伟大的发现
上世纪末的1895年，伦琴在研究阴极射线时，“意外地”发现了X射线，迄今正好100周年。这项发现如此重要，以至伦琴成了历史上第一位诺贝尔物理奖得主。此后第二、第三年，放射性和电子被相继发现。
上世纪末这接二连三的三项发现，动摇了经典物理学的大厦，导致了本世纪初持续30年的物理学革命。就在20世纪的开始，黑体辐射的实验测量促使普朗克提出量子论。不久，光速的测量又导致爱因斯坦提出相对论。当时，无论是X光、放射性、电子，还是量子论、相对论，在科学界也只有少数人了解。谁能料到，没过多少年之后，放射性和相对论导致了原子弹、氢弹爆炸，震撼了世界；而电子、量子论则导致了微电子、激光、计算机、超导等的出现，把人类带进了前所未见的信息时代。
在经典牛顿力学里，时空是绝对物质和运动的存在形式。而广义相对论的发现则告诉我们，物质的存在将改变时空的曲率，从而产生重力，作用于周围的物质，改变其运动。同时又在运动中改变时空曲率，引起时空本身的运动。在相对论中，质量和能量可以相互转化，从而开辟了后来的原子能时代。同时，能量的守恒和转化又是由时空性质所决定的，不依赖于具体物质的属性。这些发现更深刻地阐明了物质运动和时空规律的统一性，破除了运动的第一推动力来源于物质和时空外部的观点，进一步论证和深化了唯物论的基本原理。
物质通过相互作用而发生运动，呈现出丰富多彩的形态和变化。在相互作用和运动变化中不变的性质，即其对称性具有根本的意义。进一步的研究表明，物质的基本形态和基本的相互作用，都由对称性所决定。1954年，杨振宁和米尔斯还指出，由规范不变性决定相互作用，到80年代已在弱相互作用和强相互作用中得到了实验证明，并为统一各种相互作用提供了有力的理论基础。直到今天，自然界基本的对称性及可能的破缺，仍是物理学前沿的研究课题。1956年，李政道和杨振宁提出了弱相互作用中左右对称性的破缺，导致宇称的不守恒，是当时最重要的理论突破，因此，他们获得了1957年的诺贝尔物理奖。
量子力学是本世纪物理学和相对论同样重要的两大突破之一。古典物理把物质的运动分为两种互不相容的类型。一种是粒子的运动：粒子有确定的位置和速度，在作用力下沿着特定的轨道运动。另一种是波的运动：波具有特定的频率和波长，在介质中像波浪起伏那样运动前进。在古典物理中，电子是粒子，而光是电磁波。但古典物理学在研究原子中电子的运动以及电子和光的相互作用中，遇到了不可克服的矛盾和困难。从1900年提出量子的假说经过1／4世纪的努力，才建立了没有内在矛盾的量子力学理论。在量子力学中电子和光同时都具有粒子和波的特性。粒子的能量和波动的频率成正比，动量则和波长成反比。波粒二重性在直观上很难理解，但却有无数精确的实验证明。由于电子作为波动的频率高，波长短，通常以一个波包或近似粒子的形式出现。但当电子运动的空间和其波长相当，电子波动的性质便显现出来。今天，微电子和光电子器件的尺寸已缩小到电子的波动性质开始起重要作用的关口，这些器件的设计和工艺已开始发生重大改变，将形成能力更强的量子器件。
波粒二重性向哲学提出了许多问题，并引起了激烈的争论。今天，没有可能报告这些问题和争论结果，我只想举例说明科学的重大发现会在人们对世界的认识上产生深刻的影响。例如过去我们认为，世界物质的结构是由下一层更简单、更小的物质通过相互作用构成的。分子由原子构成，原子由电子和原子核构成，原子核由中子和质子构成，而中子和质子则由夸克构成。如此下去，会永无穷尽吗？当我们不断深入物质的内部，走向尺寸愈来愈小的空间和时间，相应的物质波将具有愈来愈短的波长和愈来愈高的频率，从而具有愈来愈大的动量和能量，最终可能会在简单物质的内部激发极为复杂的运动形态和结构。现已了解，真空也是有复杂结构的。简单和复杂这一对矛盾在这里实现了相互转化。今天研究夸克的相互作用和结构需要很高能量的加速器，耗资几十亿美元，而有待证实的更为基本的结构单元已不再是只有少数几个自由度的粒子，而是具有无穷多自由度整合各种物质和相互作用的超弦。这是当今量子力学和相对论结合而产生的量子场论所发展出来的最新理论成果。如果这一理论能在下一世纪得到实验的证实，将是基础科学最伟大的发现，将对时空、物质和相互作用的统一性和差异性作出更深刻的说明。
如果以能量作为尺度，1个电子通过1伏电压，所获得的能量称为1电子伏，约相当于电子在1.1万摄氏度温度时所有的平均热能。通常化学分子的化合和分解在室温到几百摄氏度的温度进行。核反应中能量变化从几百万到几亿电子伏。产生夸克对需要几十亿到几千亿电子伏。在不同的能量区，不同的相互作用起主要作用。在百万电子伏以上是强相互作用，即核力起主要作用。在千电子伏以下则是电磁作用起主要作用。重力很弱，只对质量大的客观物体起作用。弱相互作用也相弱，它导致不稳定核的衰变，但不会对物质结构的形成起重要影响。
科学实验已经反复精确地证明，在化学和生物活动的能量层次上，只有电磁场是基本的相互作用力。电子在原子核周围运动，会形成屏蔽、交换，而产生出不同的作用力形式。它们已经可以根据量子力学原理，利用计算机精确地加以模拟和预言。现在社会上有人鼓吹可能存在新的相互作用力，以为所谓的人体特异功能辩护，是毫无科学根据的。人体和一切物质一样是由电子和原子核构成的，遵循相同的基本规律。唯物主义认为，意念是物质运动的一种形态，不是独立的存在，不能产生新的相互作用。今天在能量超过万亿电子伏的能区仍可能发现未被认识的基本相互作用，但不可能在日常生活的能区。
2.DNA双螺旋和遗传密码的发现打开了理解生命奥秘的大门
1953年，沃森和克里克揭示了生物大分子脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构。DNA分子是由4种碱基核苷酸分子所组成的两条长链缠绕而成。生物体遗传基因的密码由4种碱基的特写排列次序所编码。人体中独立的基因数约10万个。每个基因含几百到上万个碱基对，共有约30亿核苷酸碱基对，分藏于23对染色体的DNA之中。
DNA双螺旋链的碱基对是严格互补的，它们以弱的化学力结合在一起，在一定的外界条件或酶的作用下，双螺旋将解体，形成的两条单链，可以作为母版而进行严格的复制，复制出有完全相同基因的DNA，以满足生长发育和繁殖的需要。DNA有如一条磁带，它以遗传信息谱写、记录、传播着一支美妙的生命之歌。
现在已经了解基因中包含制造蛋白质和调控各种生命活动的信息，4种核苷酸碱基是遗传信息的基本字母，通常分别用A、G、T、C4个字母表示。在执行制造蛋白质任务中，这些字母每3个组成特定的单词，称为密码子，传达着制造某种氨基酸的指令。这些指令通过以DNA为母本而拷贝出的和DNA类似的分子核糖核酸(RNA)作为信息传送的载体，从细胞核中进入细胞质产生由一系列氨基酸组成的长链，此后由于各氨基酸之间的化学力而折叠成三维结构的有生物活性的蛋白质分子。
我们知道，地球上约有100多万种动物、30多万种植物和很多种微生物。现已清楚，从最低等的单细胞生物到最高等、最复杂的人，其主要的基本组成物质就是核酸和蛋白质。可以说，科学家已在分子水平上建立了生物世界多样性和生物物质一致性的辩证统一观，对生命现象的认识已深入到核心层次。
在揭示生命本质取得实质进展的同时，一门以上述成果为基础，利用生物体系和工程原理来生产生物制品、培育新物种的综合应用性学科－－生物技术，自70年代后获得迅速发展。现代生物技术已经能够分离、扩增和重组特定的基因，可以把外来基因引入动植物细胞中，产生新的遗传性状，形成转基因植物和动物。具有人的某些基因的动物，已在实验室中育成，可以为人类生产某些稀缺的蛋白酶。将抗病毒的基因导入植物细胞，使植物具有抗病侵染能力。如果导入杀虫毒蛋白基因，可使害虫食用植物叶片后即自己死亡。目前，现代生物技术已在医药、食品、化工、能源、农业、环境保护中广泛应用，一个新的产业正在蓬勃发展之中。
近100年来，人类不仅取得了上述三项划时代的科学成就，而且，其他各门科学技术都得到了长足发展，极大地推动了经济、社会各方面的进步和变化。可以说，20世纪是人类历史上辉煌的科学技术世纪。不过，科学前进的脚步是无止境的。人类在科学探索的道路上，只有里程碑，没有终点站。每一项重大的发现或突破，都是迈向下一个未知的新起点。在20世纪行将结束的时刻，可以预料，新世纪将拥有更加夺目的科学光辉。
二、当代科学技术的前沿及发展趋势
世界由运动的物质构成。物质有丰富的、多层次的内部结构和相互作用。研究不同层次上物质的结构、物质间的相互作用和在相互作用下产生的运动形态和运动规律，始终是基础科学无止境的前沿。
以数和形作为研究对象的数学是一切科学技术的基础，它的发展反映人类智力的提高，它不断提供进行科学分析的语言和工具。今天，没有一门科学技术能离开数学的帮助。数学的应用已遍及从科技到经济的各行各业。今后，基础数学、应用数学和计算数学将继续发展，成为推动科技进步的重要力量。
天文的观测表明，我们的宇宙很可能起源于150亿－200亿年前的一次大爆炸。目前，仍处于膨胀过程之中。在产生的初始，半径很小，能量和温度很高，充满超弦这样的基本物质场。以后，随着天体的膨胀，温度降低，逐渐形成多层次的物质结构，直到星系和星体。宏观天体的起源和微观物质结构密切相关，是现代天文学揭示出来的自然界的奇观。
高技术来源于科学前沿研究的成果，又受到市场的大力推动，反过来也推动科学研究向前发展。科学和技术紧密结合的高科技是综合国力的重要组成部分。未来的科学技术将普遍以高速度向前发展。这里，不可能全面介绍，只选择其中的生命科学、认知科学、信息科学、材料科学、环境科学和非线性科学，分别谈谈它们的发展趋势。
1.生命科学
自从DNA双螺旋结构发现以来，从分子水平上了解物种进化和亲缘关系，了解生命体在细胞层次和系统层次的活动规律有了长足的进步。已经实现了基因的分离、扩增定序和重组；找到了若干致癌和致病的基因；人工合成了一些有生物活性的分子；探明了某些蛋白质的结构和功能的关系；了解了细胞膜内外信息传递的部分机制等等。但是，对生命奥秘的认识还有漫长的道路要走，对生命现象还有大量问题仍不了解。例如：基因的表达和调控；蛋白质分子的折叠；生物大分子的结构和功能；生物体特别是神经系统的发育和工作机理；植物的光合作用；细胞进行识别和防御的机制等等。当然，基因工程的应用对生态系统、人类健康和社会伦理的影响，还要全面深入地研究，对生物技术的应用要经过严格试验，谨慎而行。
人体中数以亿计的细胞都是由最初一个受精卵发育而来，它们中每一个都不是一个自主的实体。一旦通过DNA而产生以后，就像机器的部件一样运转，对外部条件作出难以想象的精巧反应。DNA中编码的信息如何使各个器官中的细胞准确地按时间发育、按空间排列、互相协同地发生相互作用，是一个尚未全部了解的重大问题。基因中不仅包含了制造蛋白质的信息，同时有整套的软件程序，能够感知外部的信息，进行处理并作出反应，这种基因称为调控基因。它能在细胞分化发育过程中，根据周围不同的环境信息，确定哪一部分细胞发展成神经系统，哪一部分发展成内脏和四肢，什么时间启动这些器官的发育或停止其生长等等。
科学家正在进行巨大的努力，要在下世纪初弄清人类DNA中全部30亿个碱基对的排序，以确定全部的基因，从中了解控制生命过程的全部信息。这些工作具有重大意义，会产生对待疾病、对抗衰老的全新方法和技术。例如病毒是以自身的DNA进入细胞内，干扰细胞内DNA的复制程序，使之发出复制病毒DNA的指令，使细胞停止自身的工作，而成为制造病毒的“工厂”。如再能骗过人体的防御系统，而逃避了被歼灭的命运，则人体就要发病了。如果了解这些过程的细节，就有可采取措施提高细胞抗干扰的能力，激活免疫细胞的识别力以达到防病治病的目的。现在已经知道，DNA上的缺陷会引起某些蛋白质制造能力的丧失而形成遗传疾病，也会引发癌症和其他疾病。基因修补将成为下一世纪重要的医疗技术。
当前，对生命现象的认识已达到相当深刻的地步。物理学、化学和计算机科学已为对生命本质的进一步研究提供了许多新的思路、观念，准备了强有力的观察和分析手段。在生命科学中取得新的重大突破的条件已日趋成熟。前述许多问题中，无论哪一个得到解决，都将是重大的科学成果，并会对生物技术及相关产业带来革命性的影响。到下世纪，将实现用转基因生物生产食物、原料；用改变致病基因、补充缺损基因的方法进行治疗；转移人的血液基因到猪体内形成转基因猪，有可能减少排斥效应，为异体器官移植开辟新的途径；利用植物直接生产对环境无害的塑料；利用生物酶在室温下的良好的催化作用，将会从根本上改造传统的化学工业。
2.认知科学
人用大脑去认识世界。但人类对大脑本身的认识却比对大自然的认识肤浅得多。人的思维和意识是如何由人脑产生的？能不能用计算机加以模拟？这是最基本的科学问题之一。人的大脑是自然过程中最伟大的杰作，彻底揭开大脑的奥秘是自然科学面临的最大的挑战。
人的大脑皮层是一个高度折叠的、约2毫米厚的神经元层，由近千亿个神经元组成。每个神经元伸出轴突和数千个其他神经元相连，形成约10[14]个连结点，又称突触。在外界声、光、味和自身活动的刺激下，一组神经元被激活，每个神经元发出电信号，沿轴突传递到另一个神经元，进行信息的收集、加工、存储、处理和综合。大脑在逻辑运算上虽不如一台高速运行的计算机，但图形识别和直觉判断的能力则远远高于一台超级计算机。这一矛盾暗示我们：人脑的工作原理不同于目前计算机的结构和运算方式，它除了逻辑思维、抽象思维以外，还有形象思维。例如要将两只眼睛的信息结合一起，进行颜色感知、运动计算、确定边缘，最后形成三维的运动图象，是十分复杂和高度精确的。人用一眨眼工夫即可完成，但即使用一台超高速计算机也很难作到。因此，探索人脑的认知过程和模式，对创造性地发展计算机科学，是一项必须的选择。
认知科学是在神经科学、心理学、科学语言学、计算机科学乃至哲学的交界面上发展起来的，它以人类的智能和认知活动为研究对象。认知科学的突破对信息科学技术的发展，对新产业的开拓将起革命性影响。同时，认知科学的出现表明在人脑功能活动的研究方面，不再只是思辨式的，而是建立在严格实践基础上的现代科学。
模拟大脑活动而发展新的计算机原理、新的计算方法和软件是计算机科学的前沿。其目标是使计算机多少具有人类才有的模式识别、学习、容错和纠错、联想、推理、判断和决策的能力。这方面的突破将使机器进一步部分代替人的脑力劳动，在人类发展史上将开辟一个新时代。
认知科学要回答人的精神活动，如感情是如何由大脑的物质产生的。这个问题具有重要的哲学意义。虽然难度极大，现已开始利用现代科学仪器进行观察和研究，下一世纪将有可能得到初步的回答。
3.信息科学
信息是人类社会创造的知识的总和，其中既有实时的对个别事物所处状态的感性知识，又有反映事物共同的内部结构和运动规律的理性知识。利用信息进行预测和实时调控，进行设计和规划，是在物质资源有限的情况下，取得最优配置和最佳效益的重要手段。掌握信息，并善于利用信息，是取得事业成功、由落后赶上先进的必要条件。
信息的采集、识别、传输、分类、存贮、加工和处理是信息科学研究的对象。自本世纪中叶半导体集成电路、计算机、光纤和卫星相继出现以来，信息科技一直加速地发展，当前，0.6微米的微电子芯片已经在规模生产，市场已推出每秒亿次以上浮点运算能力的个人计算机或工作站。到下世纪初，0.2微米的生产线将成为主流，每秒万亿次运算的计算机将大量使用。
今天，卫星正从各个角度监测着地球，实时记录大气、海洋和陆地的各种变化，实时跟踪作物的生长、环境污染的扩展、灾害的发生，直到每个士兵的军事行动。卫星全球定位系统能确定每部汽车、飞机和船只的位置和速度，帮助指挥交通。
由计算机、光纤和卫星组成的信息高速公路将个人、家庭、地区和国家联成一个地球村。数字化、交互式的网络将把计算机、可视电话、传真、电子邮件、高清晰度电视等集成多媒体的个人综合工作站，可以在家内进行学习、工作、会议、诊断、通讯、销售、支付和娱乐，从根本上改变人们的工作和生活方式。
信息科学在下一世纪的发展仍然会很快，这是因为物理学、化学、神经和认知科学正在提供新的材料和新的原理，为信息科学硬件和软件的发展开辟新的方向。
现在已经在纳米（10微米）尺度上进行物理学和化学的研究，对单个原子进行处理、操作，这在我们的实验室里也已实现。在几个纳米尺度下的器件，内部包含的原子数很少，只有几百到几万个，量子效应开始显著，必须进行单原子操作加工，以完成器件所需的原子排列。这样获得的器件将具有很多新的特点。生物大分子的尺寸也在纳米这一范围。生物分子识别、传递和对信息作出反应是一个重要的研究课题，可以为设计分子电子器件甚至生物计算机，提供启示。纳米电子学将为下一世纪信息科学奠定硬件发展的基础。本世纪五、六十年代，微电子技术把人们改造世界的水平延伸到了微米尺度，并因此带动了当今的信息革命。可以预期，下世纪内纳米技术将进一步在更微观的纳米尺度上，开发物质的结构和信息潜能，实现改造世界的新的飞跃。
4.材料科学
材料是高新技术发展以及现代文明的物质基础。材料科学一直是活跃的科学前沿。高分子和复合材料不断有新品种出现，一些高分子导电和磁性新材料已接近实用；传统的金属和陶磁采用纳米技术加工后已经获得更加优良的性质；高温超导体已经制造出公里级线材和通过百万安培电流的薄膜，在下世纪将得到大规模应用，在降低电力传输损耗、实现高速磁悬浮列车、加快微电子芯片运算速度等方面，发挥重大作用。非线性光学材料、光存贮材料和在原子水平上设计的超晶格材料，正使激光和光电子器件达到一个新水平。大规模光学集成的光学芯片在下一世纪将是继微电子芯片后，促进信息科学和产业发展的又一个里程碑。
最近几年，关于碳－60等团簇或超分子的特殊结构和性能，引起科学界广泛关注和重视。碳－60是由60个碳原子组成的特殊结构，形似足球，中为空心，俗称“布基球”。碳－60被发现后，科学家又合成制备了一系列原子个数不等、形状有球、有管的类似物质，这个家庭的成员正在迅速发展。它们都有特别诱人的性能。例如，空心中掺碱金属的碳－60，已成为当今最好的有机超导材料；良好的贮氢特性，使其有可能成为无污染电动汽车的燃料电池。碳－60的出现及其引发的研究热潮表明，科学常常有“意外”的发现。只要这些发现在科学上或在实用上有重大意义，它们就有巨大生命力。
材料科学的另一个前沿是分子工程设计。按照人们的需要或意愿，设计并制造所需要的材料，很早就是梦寐以求的事。由于当代物理、化学在理论上的进步及计算机技术的发展，使分子设计已成为可能，在高聚物、合金材料等领域已有应用。可以肯定，进入下世纪后，这方面的工作将会获得进一步发展。
5.环境科学
我们居住的地球已诞生了47亿年。多少年来，地球作为一个行星，只为地球科学家、天文学家所关注。但60年代以后，日益成为经济、政治、外交领域和社会公众的热门话题。其主要原因，是由于人类活动对自然系统的影响迅速扩大，经济增长、人口膨胀、需求扩大，使人类与其赖以生存的自然环境之间的矛盾日趋尖锐，构成了人类文明过程的严重障碍。
世界人口在本世纪初大约16亿。50年代初，是25亿。90年代，已达53亿。到2000年，预计增长到62亿。但在地球上，我们赖以生存的生物圈有多大？只有薄薄几米厚的土壤，几公里厚的大气层，几公里深的海洋。而目前，无论土壤、大气还是水资源，由于人类活动的影响，都在不断恶化中。
农业是人类的生存基础，土地和水则是农业的基础。地球表面只有11%适于耕种，其中大部分已被利用。当前，土壤流失量激增，世界沙漠化的扩展速度每年大约在5万－7万平方公里，全球土壤损失量高达254亿吨，其中，中国约43亿吨。研究表明，在自然力作用下，每生成1厘米厚的土壤，大约需100-400年的漫长岁月。因此，每年全球的土壤损失量已超过新土壤的形成量。
清洁的大气已成为城镇居民享受的奢侈品。据联合国统计，在80年代后5年，世界约有13亿人居住在空气烟尘超标的地区。过量的城市烟尘及其夹带的氮、硫氧化物，造成呼吸疾患和癌症，是每年几十万人提前死亡的直接原因。据报道，我国上海等大城市空中的飘尘量，与西方世界大城市开始治理前的60年代大体相当。冰箱、空调机中氯氟烃类致冷剂的大量使用和排放，造成大气臭氧层减薄，使地球生物面临超剂量紫外线辐照受损的危害。工业发展、燃煤增加、森林和植被减少等的综合效果，使大气中二氧化碳浓度增大，造成温室效应，全球气候变暖，沿海地区面临海平面升高造成的直接影响。全球的降雨量分布会发生变化，从而引发水、旱灾情的几率加大。
地球水资源总量约15亿立方公里，但97%在海洋，淡水只有3%。由于人类淡水用量激增和水源污染，未来10年内，淡水供应不足将成为工农业发展、生活质量改善的严峻制约。我国人均淡水占有量只及世界平均值的1／3。西北、华北等干旱、半干旱地区尤其严峻，人均拥水量只有世界的人均量的1／20。北京已有80%的城市供水不足。淡水危机已成为相当现实的问题。
关于自然系统和环境问题的科学研究，至少产生三个积极结果。一是世界有识之士形成了共识：“人类只有一个地球。”“大道行于百代，权宜利于一时。”滥用资源、破坏资源、扩大生态赤字，无异于自我毁灭。世界发达地区25%的世界人口却过高地消耗着75%的地球资源，是不公正的，应该受到法律制约和道德的谴责。确立既利当代又益后世的持续发展模式，才是唯一正确选择。二是克服了过去地质、地理等单一学科分散研究的局限，建立了联系地球系统各个圈层的综合性学科体系，提出了一系列新的观念和科学方法。三是为节约资源、保护生态环境，开发了一系列新的技术和手段。“生态文明”、“绿色科技”、“清洁能源”等思想和方法，正在变得“时髦”，为社会所接受。这些既是近二、三十年的研究成果，也是科技界和全社会今后的努力方向。我国由于人口多，资源相对短缺，环境状况严峻，因此尤其要重视持续发展问题，确立资源节约型的发展战略。
生态学借助于当代高技术及其他学科的成就，已初步揭示了生物与生物、生物与环境相互作用的物质基础，以及它们相关进化的内在联系。生态系统的研究、模拟，对大幅度提高农业综合生产体系的生产力，对森林、草原、水体的综合经营，对病、虫、鼠害的控制和综合防治，都有重要意义。同时，通过对生物多样性的研究、考察，现在提出了协同进化观点。认为，某些生物种属的进化与另一些生物的进化相生相克，既相互受益，又互相制约。有生命力的生物通过竞争夺取资源，求得生存发展；通过共生节约资源，求得持续稳定。生物必须有较强的适应环境和自我调节能力。应该说，协同进行的观点比达尔文的生存竞争、优胜劣汰进化论，在反映自然进化时更全面、更准确。这些观点，对我们今天正确地认识和把握市场经济下的竞争与合作，也是有启发、有益的。
经济发展与环境保护是一对辩证关系的矛盾。环境对发展的约束，是由不合理的发展破坏了环境所致。合理的发展会给环境治理提供更多的资金和技术。持续发展的核心思想是追求合理发展，不是限制发展。中国是发展中国家，发展是首要的。但我们不能走西方工业社会“先污染、后治理”的“黑色”发展道路。在发展的同时，就要保护环境、改善环境，综合取得经济效益。事实证明，无论是东部沿海经济发达省份，还是西部贫困地区，环境保护和经济发展，都是可以相辅相成的。我院水保所科技人员到黄土高原深处建站，经过长期示范研究发现，遭到严重破坏的黄土丘陵区生态环境，20年内可以恢复。过去的沟壑荒山，如今葱郁一片，昔日的贫困山村，已踏上小康之路。
6.非线性科学
自然界和社会生活中，经常会见到一些既不稳定又难控制的过程，以及一些看似简单实则复杂的现象，如：昆虫与其天敌此消彼长的规律、气候的长期变化趋势、股票市场的价格涨落、海岸线的精确长度、化学反应的非平衡振荡、无生命的有机分子产生有生命的蛋白质等等，很难想象它们之中会有什么共同的规律。
最近30年逐步发展起来的混沌理论提出了许多新的看法。按照这一理论，简单的确定性系统在非线性相互作用下有可能产生对初值极为敏感的、貌似无规的复杂行为－－混沌。它不同于无序、紊乱或者噪声，更像是没有周期性的次序。由于混沌理论的观念不合常规，曾长期不为主流的科学界所接受，直到80年代才逐渐取得了科学界的普遍承认。
混沌理论是从研究非线性相互作用系统而逐渐发展起来的。非线性相互作用虽然普遍存在，但很难处理。长期以来不得其门而入，只是在计算机发展以后，从大量数值模拟中才得以略窥门径。
在计算机模拟中，人们发现一些简单的确定的系统，在非线性作用下，改变控制系统相互作用和行为的参数，会在一些条件下发生混沌行为，而趋向混沌的过程具有某些特征，带有普适的性质。
在复杂的非线性相互作用系统，如大气环流中，常常呈现出混沌的行为。初始条件的微小变化会带来以后状态的巨大偏离。以致人们说在北京有个蝴蝶扇动一下翅膀所引起的大气变化，有可能在几星期后导致纽约的一场暴风雨。但这并不说明这种非线性相互作用复杂系统的行为是完全无序而不可预测的。它的状态差异尽管很大，但在许多情况下会落在一个称为奇异吸引子的范围内。奇异吸引子在状态空间中形成一个有结构图形的低维空间，奇异吸引子在状态空间的维数是判断一个系统行为无序程度的变量。
对有大量外界干扰的复杂系统，常常形成特定的空间形态，如下雪时尽管各处的温度、湿度有差异，风力有大小，但由水结晶形成的雪花都具有美丽的六角形。在生物的形态生成中，有大量类似的现象。这些空间形态都有简单的规律和自相似性，它们已成为一门专门的学科－－分形学的研究对象。
混沌理论一方面在确定的体系中发现了混沌的存在，在必然性中出现偶然性，另一方面又在一些复杂的偶然因素作用的系统中，出现特定的结构模式，在偶然性中发现了必然性。恩格斯在《自然辩证法》一书中，对偶然性和必然性作了一段精彩的阐述，指出了二者之间的对立和同一。混沌理论的发展对此作了进一步的科学论证。
因此，有人认为，混沌现象的发现和非线性科学的创立，为人类观察世界打开了一扇新的窗户。非线性科学是关于体系总体本质的一门新科学，它更着眼于总体、过程和演化。因此，透过这扇窗户，看到的将是与牛顿、爱因斯坦创建的决定性的、简单和谐的模式不同，而是一个演化的、开放的、复杂的世界，这是一幅更接近真实的世界图景。当然，对这些问题的研究还很不够，下世纪还有大量的工作要做。关于确定性与随机性、有序与无序、质变与量变、简单性与复杂性、统一性与多样性、局部与整体、有限与无限等等重要的哲学概念、范畴，都将因非线性科学发展与新现象的发现而更加丰富和深化。
非线性科学不仅在认识论上有重大的哲学意义，在求解基本问题时有重大科学意义，而且在研究生态环境、医疗诊断、经济发展、科学决策等许多问题时，都有重要应用价值。例如，鉴于一个系统中某些微小的不确定因素或来自系统之外的一个微扰，有可能导致巨大的、不可预测的波动。因此，这种科学观点启示我们，在进行宏观决策后，还要注意经常不断地进行调控。
三、关于科技发展规律的几点认识
1.历史已经表明，科学技术是推动人类社会前进的最高意义上的革命力量。科学技术是第一生产力。生产力发展促进生产关系的进步。生产关系的完善，进一步解放和促进生产力发展。进入现代社会以来，科学技术和社会进步的互动关系比历史上任何时期都密切。未来科技将以加速度向前发展，推动生产力快速进步。适应这种发展，不断进行结构调整和管理模式的变革，已成为世界的潮流。
科学技术之所以有这样的作用，是因为科学技术是新知识的创造者，而知识是人类社会发展最重要的资源。知识资源具有其他资源所没有的特点。它一旦产生，可以永续利用，在使用中不仅不被消耗，而且不断发展，不断产生新知识。一个群体产生新知识的速度与该群体掌握的知识总量和其创造力成正比。知识丰富而创造力高的群体将以更快速度产生新的知识。
2.科学与技术既具有同一性，可以相互作用和转化，又具有差异性，各按自身的规律向前发展。在当代，科学与技术相互融合、相互影响，已成为现代科技发展的基本特点之一。
科学是现代技术的发源地。如果说，19世纪之前，技术来源于生产经验的成份多于科学理性的话，那么，现代技术创新则更多地依赖于系统性、综合性的基本科学研究。因此，高技术的定义之一，就是“以现代科学为基础的技术。”科学是人类认识运动的自然界所具有的规律性知识结晶，重大科学成就往往还具有基本的哲学上的意义，导致自然观、宇宙观的重大转变或飞跃。科学作为一种以实践为依据的思想体系，是每个历史时期思想解放的先导，也是坚持真理、破除迷信的锐利武器。这在当前的社会生活中，有特别重要现实意义。一个希望振兴的民族，一刻也离不开科学的理论思维。
现代科学的发展，一刻也离不开技术的支撑。新技术提供新的仪器设备和分析手段，它扩展人类视野，帮助进行精密的观察和严格的分析，提高发现和创新的能力。因此，现代仪器设备是科学研究必要的武器，必须给以充分重视。
3.现代科技发展同国家经济和社会发展，关系十分密切。科技发展的动力，一个是来自于生产实践的需要，一个是科学技术自身在前沿上的发展。一方面，科学发展同国民经济发展的关系越来越密切，相互作用越来越强；另一方面，科学实验从生产劳动实践中脱离出来，成为人类一种独立社会活动，这是社会进步的表现。社会应当尊重它自身的规律和相对独立性。
一个国家科学技术活动的规模和发展速度取决于它的国情和国力。中国是一个发展中国家。动员大多数科技人员进入国民经济建设主战场，深入工厂和农村，是历史的需要，是完全正确的历史选择。科学技术也只有在推动经济发展的过程中，才能从实践中不断地获得营养和课题，才能获得不断增加的投入。
但是，把经济效益作为衡量科研水平的唯一标准，把科研活动还原为经济活动的一部分，则是不正确的。这样不仅削弱了长远基础性研究，而且会破坏社会持续发展的基础。因此，要统筹兼顾，全面部署，在面向经济建设、加强科研成果转化的同时，要不失时机地选择建设一批高水平科研基地，保持一支在世界科学前沿攻坚的精干队伍。
4.科学技术的发展同经济和科技体制关系十分密切。好的经济体制，应该有利于科技进步。好的科技体制，应该有利于经济发展。因此，要发展科学技术生产力，就要改革生产关系，建立“面向”和“依靠”双向作用的体制及有利于科技发展的运行机制。新科学体制必须建立在适应社会经济发展规律和科学规律的基础之上，必须适应中国的国情和文化。科技体制随着科技生产力的向前发展，需要不断进行改革和调整。最近一些西方发达国家也提出要对现行科技体制重新评价，也要进行结构调整，因此，任何照搬他国现成模式的想法和作法，都是不现实、不可取的。
5.无论是科学还是技术，创新是第一位的。科学必须争世界第一，需要首创。技术也要强调创新，取得知识产权。正如小平同志指示的，“高科技，越高越好，越新越好。越高越新，我们也就越高兴。”
我们的工作还缺乏创新。一个原因是思想不解放，缺乏自信，不敢想别人所未想，干别人所未干。另一个原因是缺乏创新环境，缺乏自由争论的学术空气，缺乏激励创新的机制和能集中精力无后顾之忧的经济条件。大锅饭，铁饭碗，近亲繁殖，急于求成，因循守旧，都是不利于创新的因素，必须彻底改革。
6.科学技术的载体是人，科技的发现、发明和传播、利用，都要靠人来进行。因此，进一步调动科技人员积极性，把这种积极性调动到国家所需要的方向上去，发展教育和科技，加快科技人才的培养，是全社会的共同责任，全社会都应为此增加投入，并给以充分地重视。
中国在漫长的历史岁月中，科学技术曾有过光辉的成就。但不幸的是，近代科学却未能在中国诞生。这是很深刻、很有启发性的。它告诉我们，科学技术的产生和发展需要良好的社会条件。一是要有一个有力的政府领导和强大的依靠本国科学技术的民族工业；二是社会要提供必要物质条件，包括实验、观察的工具、资料等等；三是要有一个宽松的政治和学术环境，尊重知识，尊重人才，有利于科学创新、百家争鸣和人才脱颖而出。
这次科技大会的影响必将是跨世纪的。人类正在迈向的21世纪将是科学技术有更大发展的新世纪。科学技术对经济、社会将有更广泛、更深刻的影响。因此，我们面临着严峻的挑战和难得的历史机遇，必须做好精神和物质的准备。
跨世纪的中国正在进行伟大的变革。社会需要科学技术，呼唤科学技术。当前比历史任何时期的发展条件都好。因此，只要我们继续努力，不断改善科技发展的条件，我认为正如江泽民同志在中国科协四大会上所讲，中国科学发展的黄金时代正在到来。中国科技很快会有一个大的发展。这次全国科技大会的召开，将极大地促进科技进步，迎来科技发展的又一个春天。