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下載安裝Flash播放器七個領域的難題與挑戰
（1）生命與健康
生命與健康領域是最活躍的領域，也是最有挑戰的領域。全面分析生命與健康領域的難題需要巨大篇幅。本文以四個問題為例，略作說明。
其一，基因藥物。目前，針對某些疾病已經部分開始使用基因藥物。然而，廣泛高效地研發基因藥物仍是一個很大的挑戰。工程上的一項挑戰是開發更好的系統來快速獲取病人的基因組，另一項挑戰是收集和管理病人的大量信息，還有一項是開發經濟便捷的診療設備（基因芯片和傳感器）來診查血液中的微量化學物質。另外，需要改進系統來找到針對個體病人的有效并且安全的藥品。還需要發展新的方法讓基因藥物快速有效地到達人體的患部。
其二，對大腦的逆向工程。目前，人類已經開發出一些會思考的機器，并讓他們掌握了一些特定的技巧，比如下國際象棋，但是，廣義上的人工智能還遠沒有實現。未來植入體內的電子器件，有可能替代失去的或受損的神經細胞，從而實現同樣的神經功能，例如，讓失憶癥患者重新恢復記憶，讓盲人重見光明，讓殘疾人重新恢復行動能力等。
其三，人造生命。美國學者戴維.雷赫斯基（David Rejeski）說，合成生物學將徹底改變未來 100年內我們制造任何東西的方式。一些科學家正在嘗試真正的再造生命。例如，一些科學家已經合成了一個細菌的基因組，構建了人造細胞器（organelle），制造出一種完全由人造基因控制的單細胞細菌等。
其四，人工光合作用。2010年8月，美國能源部撥付?？?，在加州建立人工光合作用聯合中心，以加速人工光合作用這項“革命性”能源技術的研發進程，該計劃的目標是在未來10年內完成科學理論和原型的銜接。
（2）信息科技
信息革命已經進行了40多年，未來的挑戰仍然很多，前景廣闊。
中國科學院《中國至2050年信息科技發展路線圖》認為，信息科技的變革與挑戰主要包括4個方面：1.21世紀信息技術的一個重要目標是使用戶看見的信息化系統能夠產生規模效應，從而使得軟件業和服務業也產生類似摩爾定律的走勢，這將引發一場革命；2.CMOS芯片技術發展的摩爾定律還將繼續有效，芯片制成技術達到10納米以后，新的技術，如納米碳管器件、分子與量子器件等可能會成為主流技術。電子計算技術和光電子、光計算技術的融合最有可能成為未來匯集計算、存儲、通信于一體的新一代芯片技術，也將推動片上光計算技術的實現，以及片上互聯網和片上實驗室的實現；3.算法研究將從單一算法轉移到對多個算法相互影響的研究；4.對嵌入式設備和傳感器發送的海量信息進行存儲、搜索、校對、匯總和分析，將是21世紀信息領域新的挑戰任務；5.在重視數字技術的同時，還要探索模擬量處理的新途徑以及數?；旌咸幚淼男路椒ā?/p>
記錄生命技術：數字將獲得永生。1945年，美國工程師范內瓦.布什提出了個人的“擴展存儲器（Memex）”設想：Memex是對人們記憶的一種補充，它是一個基于微縮膠卷存儲的“個人圖書館”，可以存儲、搜索和檢索一個人終生所閱讀的書、記錄和同他人的聯系。50多年以后，比爾.蓋茨表示：“終有一天，計算機能夠記錄下一個人終其一生所看到和聽到的任何信息。”對于社會學家來說，廣義上的記錄生命意味著人們將會獲得一個前所未有龐大的數據流來增進對人類行為的了解，而對每個人來說，它可能意味著一個小的有限的永生。
（3）空間科技
走向太空是人類的夢想，空間科技是科技發展的主要方向之一，21世紀的空間科技將給人類展現從來沒有過的發展前景，它的挑戰也是不言而諭的。
中國科學院在《中國至2050年空間科技發展路線圖》中提出，中國空間科學發展的重點是：在黑洞、暗物質、暗能量和引力波的直接探測、太陽系的起源和演化、太陽活動對地球環境的影響及其預報和地外生命探索等方面取得突破。
根據美國科技預測項目的預測，21世紀人類有可能登陸火星，建立月球基地，與外星生命接觸，實現星際旅行等。其他問題還有：什么驅動了大爆炸？大爆炸之前是什么？什么是行星形成的條件？生命在行星上出現的條件是什么？等等。
（4）地球與環境
2008年，美國國家研究理事會（National Research Council）發布了《地球的起源和演化：變化行星的研究問題》的研究報告，提出了21世紀地球科學的10個重大問題：1.地球和其他行星的起源；2.地球早期的演化歷史；3.生命的起源；4.地球內部的運動及其對地表的影響；5.地球的板塊構造與大陸；6.地球的物質特性對地球過程的控制；7.氣候變化的原因與幅度；8.地球—生命的相互作用；9.地震、火山噴發等災害及其后果的預測；10.地球內外流體運動對人類環境的影響。
2000年，美國宇航局（NASA）提出了“地球科學事業（ESE）戰略計劃”，認為地球和環境科學領域的重要問題包括：全球地球系統是怎樣變化的？地球系統的主要驅動力是什么？地球系統如何響應自然和人為引起的變化？地球系統的變化對人類文明的后果是什么？如何更好地預測地球系統未來的變化？
2002年，美國宇航局（NASA）發布了《NASA 固體地球科學工作組報告2002》，提出了未來25 年NASA 固體地球科學的最優先領域。它們分別是: 1.板塊邊界變形的特征是什么？對地震災害意味著什么？2.構造、地貌、水文和生物過程是如何相互作用以塑造地形并產生自然災害的？3.冰體、海洋和固體地球是如何相互作用的，它們將如何影響海平面的變化？4.巖漿系統是如何演化的？火山在什么條件下噴發？5.什么是地幔和地殼動力學？地球表面是如何響應的？6.什么是地球磁場動力學？它與地球系統是如何相互作用的？
2009年，中國科學院在《中國至2050年生態與環境科技發展路線圖》中提出了生態與環境的八大重點研究領域：1.全球氣候變化及其生態學過程；2.退化生態系統修復與生物多樣性保育；3.城市化與環境質量；4.土地/流域/海岸帶生物地球化學過程；5.環境污染控制與修復；6.清潔生產與循環經濟；7.環境污染與健康效應；8.先進監測與預報技術。此外，與可持續發展的綠色技術也是發展的前沿。
（5）能源與資源
人類的生存和發展離不開能源和資源，地球上的能源和資源是有限的，能源和資源的挑戰是無限的。保證能源和資源的持續供給是人類的重大挑戰之一。
1997 年，美國總統科技顧問委員會（PCAST）完成了“面對21 世紀挑戰的聯邦能源研究與開發”研究報告，它認為美國21 世紀面臨的能源挑戰包括: 美國的經濟發展仍將依靠可靠的、買得起的能源； 環境友好的，CO2和其他污染物排放少的能源結構；國家安全要求保障石油供應或替代，并防止核擴散。能源研究開發的重點是:能源效率；潔凈能源；CO2 封存。
2009年，中國科學院在《中國至2050年能源科技發展路線圖》中提出了中國能源科技的十個發展方向：高效非化石燃料地面交通技術、煤的潔凈和高附加值利用技術、電網安全穩定技術、可再生能源規模發電技術、生物質液體燃料和原材料技術、深層地熱工程化技術、氫能利用技術、天然氣水合物開發與利用技術、新型核電與核廢料處理技術、具有潛在發展前景的能源技術。
2008年，中國自然資源學會在《資源科學學科發展研究報告》中提出未來資源科學的發展趨勢包括：1.生態服務功能與環境安全研究；2.資源結構優化、高效和可持續利用研究；3.資源安全戰略研究；4.資源科學技術創新研究；5.資源法制建設和資源倫理建設研究；6.資源安全和預警研究。
目前，太陽能和核融合發電是能源科技里的兩大熱點，太陽能的開發利用尚存在諸多挑戰，例如太陽能的收集、轉化、蓄能和轉換效率等。核融合是太陽能量的來源。科學家認為核融合能提供干凈的能源。人工核融合已經歷了小規模的試驗示范階段，目前的問題是如何將其推廣為一種經濟、有效、環境友好的產業。
（6）物質科學
物質科學主要包括物理學和化學，是研究物質的微觀結構及其相互作用規律的科學。物質科學的突破和發展，將改變人類對物質世界、宇宙空間的認識，并帶動或促進相關學科的發展?？茖W家們認為，物理學的突破有可能產生新的能源和新宇宙觀。
2002年美國國家科學研究委員會（NRC）發表了《建立夸克與宇宙的聯系：新世紀11大科學難題》的研究報告。這11個科學問題是：1.什么是暗物質？2.暗能量的性質是什么？3.宇宙是如何開始的？4.什么是引力？5.中微子有質量嗎，它們如何影響宇宙的演化？6.質子不穩定嗎？7.超高能粒子來自哪里？8.在極高密度和極高溫度下，新形態的物質是什么樣的？9.是否存在額外的時空維度？10.從鐵到鈾的各種重元素是如何形成的？11.需要一種新的光和物質理論來解釋在甚高能和溫度時發生的情況嗎？
2001年，美國國家科學院出版了“新時代的物理學：縱覽”的研究報告。提出了六個挑戰: 發展中的量子技術，創造新材料，了解復雜體系，統一自然界的各種相互作用力，揭示宇宙，把物理學用到生物學。
著名物理學家李政道先生認為，21世紀科學上有4個需要回答的問題:為什么三大作用的理論都是對稱的，但實驗結果卻是不對稱的，對稱與不對稱有什么關系？所有的基本粒子（夸克）12種，一半看得見，為什么單獨卻都看不見；為什么全宇宙中90%以上的不是我們看到的物質，而是暗物質，這種暗物質到底為何物？現在至少知道有100萬個類星體，每個類星體的能量是太陽能量的1015～1016，遠遠超過太陽的能量，這種擁有巨大的能量的類星體是從哪里來的？
北京大學徐光憲院士認為21世紀的化學是研究泛分子的科學，化學難題涉及四個方面：1. 化學反應理論和定律；2. 結構和性能的定量關系；3. 納米尺度的基本規律；4. 活分子運動的基本規律。
（7）會聚技術
2001年，美國商務部技術管理局（DOC）、國家科學基金會（NSF）、國家科學技術委員會納米科學工程與技術分會（NSTC-NSEC）在華盛頓聯合發起了由科學家、政府官員、產業界技術領袖等參加的圓桌會議， 首次提出了“會聚技術”的概念：納米科學與技術、生物技術與生物醫學（包括基因工程）、信息技術（包括高級計算機與通信）、認知科學（包括認知神經科學），這四大發展迅速、潛力巨大的前沿技術的融合稱為會聚技術（NBIC）。會后，NSF主持將這次會議中的發言、共識、建議等集中編纂了《提升人類能力的會聚技術》。該報告闡述了四大領域的關系：如果認知科學家能夠想到它，納米科學家就能夠制造它，生物科學家就能夠使用它，信息科學家就能夠監視和控制它。
科學家們認為，會聚技術會給我們帶來一個前景：基于會聚技術的認識和應用，人類大腦的潛力將被激發出來，人的悟性、效率、創造性及準確性將大大提高，人體及感官對外界的突然變化，如事故、疾病等的感知能力變得敏感，人類將可以以原子或分子為起點來診斷和修復自身與世界，老齡人群普遍改善體能與認知上的衰退，人與人之間產生包括腦與腦交流在內的高效通訊手段，社會群體有效地改善合作效能，社會大幅度減少資源與能源的消耗，降低對生態環境的破壞與污染。人類將在納米的層次上重新認識和改造世界以及人類自身。
摘自《第六次科技革命的戰略機遇》，何傳啟主編，科學出版社出版。