21世纪将是自然科学发生重大变革的时代，本文主要内容关键词为：将是论文,自然科学论文,发生重大论文,世纪论文,时代论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
20世纪，人类历史的一个突出特点是现代自然科学的飞速发展，通过科学研究获取的知识、信息及其应用的成果，使人类目睹了几个时代的同时出现，如原子能时代、空间时代、电子学及信息学时代、新生物学时代、新材料学时代等等。人类的生活方式和思维方式不断发生翻天覆地的变化。
在新世纪即将到来之际，在关注人类所必须面对的诸多问题的同时，人类期待着，科学将会发生怎样的重大变革？将会在哪些方面或领域取得突破进展？它们将对人类历史产生怎样的影响……科学的发展首先是观念与理论的不断创新，甚至是革命的过程。每一个崭新的理论几乎都产生于否定原有理论的基础之上，往往完全改变了原有的观念。因此，科学的发展往往违反常规，要准确地预言科学的新概念，几乎是理性所不能及的。目前，涉及科学技术的预测还很少且成功率不高，尤其科学预测本质上还只是一门“艺术”。尽管如此，我们还是能从以下两方面预测科学发展的未来。第一，重大科学疑问的提出往往导致科学知识的巨大突破；第二，科学内在逻辑的发展与社会需求的交汇处往往产生学科的新的生长点，这些新的学科生长点常常成为未来科学新进展的征兆或先驱。上述两方面又都可能导致科学本身发生从认识论到方法论上的重大变革。
1 重大科学疑问的提出将会导致科学知识的巨大突破
20世纪的自然科学发展是在以量子论和相对论两大论理为支柱的现代物理学基础上的不断创新、开拓出新的研究领域，并在其它科学领域扩展或成功地被应用的结果。而量子论产生于炽热物体发射的光谱为什么会有不同的波长的科学疑问，相对论产生于光顺地球运动方向和逆地球运动方向的运动速度为什么一样的科学疑问。现在的科学疑问是，其一，物理学的理论都是对称的，而实验都发现了对称性的破缺；其二，有一半基本粒子是不能单独自由行动的，而所有的中子、质子、原子、分子都是由两类基本粒子组成的：一类是夸克，另一类是轻子，一共有6种夸克，6种轻子，6种夸克从未有人观察到它们可以自由地存在；其三，宇宙中估计有100万个类星体，它的能量来源一直未搞清楚。太阳的能量是核能，而一个类星体的能量大约是太阳能量的10[15]倍，决不是来自核能；其四，宇宙中暗物质的存在早已被证实，但这些暗物质是什么至今未知，而宇宙中有90%以上的物质是暗物质。这些问题科学家们正在进行研究，并且不断取得一些新的认识。另外，相对论性重离子对撞机将于1999年就可在布鲁克里黑建成。根据相对论性重离子碰撞理论，两个高能量的金核相互碰撞后，相互穿透对方，并在两核中间产生新的真空，夸克在这样的真空中可以自由行动。用对撞机研究这些问题，是想人工模拟出一个与宇宙开始大爆炸时相似的情景，即一个激发的真空，这时粒子的微观世界与宏观的真空就结合起来了，并可能测量到宇宙大爆炸之初的若干特性，这可能对研究类星体的产能机制及暗物质有一定的帮助。21世纪的自然科学将有可能圆满地回答这些科学的基本问题，而科学上基本问题的突破定会带动许多学科的快速发展，甚至产生科学发展过程中质的飞跃。类似的基本问题还有生命的起源、智力的本质等。
2 科学发展的内在逻辑与社会需求的交汇处导致新学科的产生
科学发展的内在逻辑是科学发展的根据。但随着人类生存环境的恶化倾向，高技术评估的困难以及科学与人文两种文化的发展不平衡已形成社会需求对科学的挑战，甚至是科学面临的危机，社会呼唤新科学，这种全球性的社会需求与科学发展内在逻辑的两种趋向的轨迹必然有一交汇点，它将在很大程度上影响科学未来的发展方向、特征及学科结构。20世纪，物理科学是整个自然科学的核心，21世纪的物理科学将成为自然科学发展的基础，学科结构的中心将转移到与生命相关的研究领域，数学科学将成为自然科学发展的带动因素。科学知识的外延扩展和技术应用的开拓仍将是科学活动的主战场。如寻求计划生育、食物的优质高产、新材料和材耗降低、新能源开发和提高能源利用效率、环境保护和防灾等等问题的解决方法与途径等，以缓解人类目前和将来所面临的人口过剩、食品不足、资源短缺、能源匮乏、环境恶化等全球性的巨大压力，同时也是人类社会可持续发展目标对科学的迫切期待。因此，生命科学、信息科学、材料科学、能源科学、地球科学等的发展将成为社会发展强有力的支点，在21世纪将会有重大突破进展，但它们在不同国度、不同区域、不同文化中的发展是极为不平衡的。生命科学的发展主要集中在两个领域，生物农学与生物医学，研究成果的应用使人类从根本上摆脱食品不足和目前人类疾病的困扰，如心、脑血管疾病、各种癌症、艾滋病、精神病等。对于人脑的研究也是生命科学中重要且活跃的领域。信息科学将继续对人类自身大脑的结构、细胞、神经系统、信号传导转换等进行研究与模仿，试图部分代替或超越之。在这种主流思想的支配下，硬件微型化、产品个人化、功能超强化、信息复杂化、传递准确化速度化、网络国际化空间化等趋势不断加强。村料科学的发展有如下几个特点，信息功能材料是新材料中最活跃的领域；结构新材料向高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损方向发展；先进复合材料是改善材料性能、节约资源的有效途径；用于快中子增殖堆、燃煤磁流体发电、受控热核聚变堆和太阳能利用等的新能源材料，超导材料等节能材料，与智能系统有关的机敏材料，储能材料和纳米材料等的研究都是非常广阔的领域。能源科学以低污染或无污染能源的研究、开发和利用为重点，目前科学家已经发现在海底深处存在着大量的呈足球形状结晶的水合物，它含有的碳是迄今所知的所有煤、石油和天然气含碳量的2倍。据研究，这种以甲烷形式存在的碳，足以满足人类几十年的能源需求，还可能从*
本上改变全球的气候。地球科学基于人类对地球不断提高的认识，有效地探索、开拓和合理利用自然资源，包括能源与空间；避免和减轻自然灾害；保护生态环境；预测全球变化；从总体上协调人类社会与自然系统之间的关系，维护生物圈和人类社会生存、持续发展的自然环境。
3 科学自身将会发生的巨大变革
这里所谈的巨大变革是指认识论和方法论上的变革。20世纪的自然科学思想认为大的物质是由小的物质组成的，小的物质是由更小的物质组成的，因此，找到最基本的粒子就可以了解最大的物质构造，了解了基因就可以解开生命之谜。其实不然，因为粒子在广泛的真空里，而真空很复杂，是个凝聚态，是有结构的，因而，微观的粒子和宏观的真空必须同时探索和研究，才能了解暗物质和类星体。目前，全世界已耗资百亿美元以上开展人类基因组的研究，2002年就可完成“人类基因组计划”，这是一项伟大的科学工程，届时人类第一次在分子的水平上全面认识了自我。尽管如此，这并不意味着解开了生命之谜，因此，必须在了解基因的同时，进行结构生物学的研究。结构生物学主要是用物理方法，结合生物化学和分子生物学方法，测定生物大分子空间结构、精细结构以及结构的运动，阐明其相互作用的规律和发挥生物功能的机制，从而揭示生命现象的本质。这些思想可能会影响高技术的发展，如计算机的芯片是否越小越好？小到氢原子？可能凝聚态的单位包含的信息量最大。21世纪的科学思想可能更宏观。20世纪的科学研究方法基本是分析重构法，现代科学的发展已表明了它的局限性。如科学研究的客体越来越复杂，需要解决的问题往往是一复杂系统，系统科学及各种复杂性科学的产生正是为了这一目的。21世纪自然科学的根本突破有待于崭新方法论的诞生。