书城自然西方科技十二讲
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第16章 渗透与物化:技术发展的科学化(4)

1982年,德国学者G.宾尼格和瑞士学者H.罗雷尔制造成功扫描隧道电子显微镜(STM)。这种新型的显微镜,发展了SEM并突破了它的局限性,其放大倍数可达3亿倍,其横向与纵向分辨率已分别达到0.I纳米和0.01纳米,完全可分辨单个原子;它得到的是实空高质直观图像,无需用试差模体进行对比计算,从而有利于表面动态过程的实时观测;它可得到表面单原子层的局域结构图像,这对于研究局部的表面缺陷、表面重构、表面吸附物质的位置及形貌极其有效;它在真空、大气、溶液等环境中都能保持很高的分辨率,从而可以实现近自然条件下对样品表面的观测;它对样品几乎无损伤,不要求特别的样品制备技术,而且样品需求量很小(毫微克),这为观测珍稀样品提供了便利;它在超高真空条件下,不仅可获得表面形貌的图像,还可通过扫描隧道谱(STS)研究表面的电子结构,这对表面物理研究很有用途。扫描隧道显微镜的问世使得人类直接观测微观世界的大门被打开。更为重要的是,扫描隧道显微镜还使得人们对单个原子、分子的直接操纵成为现实,由此引发了纳米加工的新工艺,用以直接排布原子、分子来制造新材料,和实现在纳米尺度上制备产品,从而导致20世纪90年代纳米技术的产生。

您讲的上述这两种情况都是一个要素单一作用的结果,有没有几个要素同时相互作用导致技术发展的呢?

现代技术发展是科学理论和三类功能性技术相互作用、综合发展的结果。现代技术既然是多个科学学科和三类功能性技术的复合,那么它的发展必然是这些学科和功能性技术相互作用、综合发展的结果。下图以电话交换机技术的发展过程为例显示了现代技术发展的动因。其中注册管理、信号转换、模拟技术、数字组交换系统、数字组用户交换系统等是专有技术,手工操作系统、自动化系统、电工技术、电子技术、阶段控制、间接控制、存储程序控制等是共性技术,另外还有电流、电压测量、通话流量测量等是基础技术,当然这些技术还分别与电学、电磁学等科学学科有关。这些学科与三类功能性技术本身的发展和相互作用,导致了电话交换机技术的发展。

您前面的分析,说明了单个技术或单个技术系统形成和发展的机制。如果几个技术相互作用,会不会导致技术发展呢?

若干技术学科的交汇或融合会导致技术发展的重大突破。技术之间的交叉和融合也会发生在技术的学科层次上。例如,计算机技术、光纤技术、激光技术与电信技术融合产生了互联网技术,互联网又推动了信息技术、通信技术和内容制作技术的融合。这种融合为经济社会带来的影响要远远大于各领域单独的影响。在互联网技术中,原是专有技术的计算机技术、光纤技术、激光技术与电信技术,通过重组却变成了它的共性技术。所以,若干技术学科的交汇或融合首先是专有技术的交汇或融合和重组,这也说明若干专有技术的交汇或融合会导致技术发展的重大突破。

纳米技术

今天科学技术的发展已经到达了一个分水岭,各种技术相互交叉并且融合的速度不断加快,技术融合已经成为技术发展的主导性趋势。今后将出现更大规模、更加复杂的技术融合,当然这种融合必然也将包含若干科学学科。美国国家科学基金会主任科尔韦尔博士在2002年2月的一次科学论坛上谈到科学技术的未来时指出,物理学、数学、信息技术和工程等各个领域已经开始融合。她认为,今后各学科的融合将发生在纳米级,因为纳米级近年来健康发展,而生物界和非生物界乃至自然界是在纳米级统一的。专家预测在21世纪的头几十年,以纳米科学与纳米技术、生物技术与生物医学(包括遗传工程)、信息技术(包括先进的计算和通信技术)以及认知科学(包括认知神经科学)这四大新兴领域为主的诸多技术领域将会有机结合,它们的相互融合和协同作用将成为未来技术发展的主导趋势。这场技术融合的意义深远,它产生的影响将远远大于计算技术和信息技术融合曾经带给我们的影响。

这种对现代技术发展机制的分析,非常新颖,也十分深刻。想必也很有现实意义。

根据上述现代技术发展的若干特点,我们在技术的学科建设中应当注意下列问题:

(1)应重视科学的跨学科研究、技术的跨学科研究和科学技术的跨学科研究。因为这是当今世界新科学理论和新技术产生的重要源泉。从各国出台的科技计划中也可以看出,尽管世界各国确定的优先领域不尽相同,但它们已经看到了科学学科交叉、技术融合以及科学技术融合蕴藏的巨大潜力,因而都把跨学科研究作为资助和支持的重点。事实上从1950年以来,很多欧洲国家,还有日本,向美国学习,成功地引导原来为学科导向的大学科研结构从原来的学科导向在三个方面实现更大互动,这三个方面体现在学科之间(加强物理、化学、生物、数学等学科间的联系)、机构之间(密切大学、工业和政府下属实验室之间的联系)、研究者之间(密切科学家、工程师和管理者之间的联系)。

(2)应从发展技术学科的视角,审视加强科学学科的基础研究的重要性。现代专有技术、共性技术和基础技术的发明和改进都离不开科学研究,都有其科学理论的基础。因此,根据国情和地区的条件和原有基础,合理地加强科学研究(即基础研究),并将其与专有技术、共性技术和基础技术的应用研究与开发关联起来,实为必需。

(3)应从经济属性的不同,分别制订专有技术、共性技术和基础技术建设的有关政策。专有技术,由于其商业运用的特性强,得到企业的青睐,容易获得企业的投资。而共性技术,虽然它是专有技术开发的早期阶段而且研究成本相对较低,但是由于它的技术的非专用性较大,技术风险和市场风险性也较大,这样就影响了企业投资的积极性。因此,由政府资助科研机构进行研究和提倡多个企业对共性技术进行合作研究,就是一项合理的政策选择。基础技术也有类似的情况,由于基础技术也带有一定的非专用性,它不是企业用之来开发产品和工艺的核心技术,它经常无法体现在产品和工艺中,因此企业也不大愿意在基础技术上投资,这样也就造成产业在基础技术上的投资的不足。因此,基础技术的研究开发需要政府的投资,和通过企业、大学、政府合作完成。

(4)加强有利于跨学科研究的公共设施平台的建设。鉴于我们现有的科学技术人才是在旧有的分科体系中培养出来的,所谓跨学科的研究实质上是不同学科的人才的合作攻关。科学技术研究活动正在变成一个网络系统。日益专业化的研究团队及大学和工业实验室,都将借助于这个系统保持不间断的联系和交流。与半个世纪前几乎全然不同,其参与者、背景、工具以及交流手段也今非昔比。特别是因特网对科学技术界内部的合作和知识共享促进极大。在这个公共平台上,每一学科都将自己和所研究的问题相关的知识与技术传递给其他学科,因此为他们提供一个高效的因特网等交流平台就显得实有必要。

今天,在前面三次关于西方科学发展专题的基础上,又从技术发展科学化的角度,从一个侧面介绍了技术发展这个主题,这对我们了解技术发展和技术与科学的关系非常有帮助,谢谢您。