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下载安装Flash播放器七个领域的难题与挑战
（1）生命与健康
生命与健康领域是最活跃的领域，也是最有挑战的领域。全面分析生命与健康领域的难题需要巨大篇幅。本文以四个问题为例，略作说明。
其一，基因药物。目前，针对某些疾病已经部分开始使用基因药物。然而，广泛高效地研发基因药物仍是一个很大的挑战。工程上的一项挑战是开发更好的系统来快速获取病人的基因组，另一项挑战是收集和管理病人的大量信息，还有一项是开发经济便捷的诊疗设备（基因芯片和传感器）来诊查血液中的微量化学物质。另外，需要改进系统来找到针对个体病人的有效并且安全的药品。还需要发展新的方法让基因药物快速有效地到达人体的患部。
其二，对大脑的逆向工程。目前，人类已经开发出一些会思考的机器，并让他们掌握了一些特定的技巧，比如下国际象棋，但是，广义上的人工智能还远没有实现。未来植入体内的电子器件，有可能替代失去的或受损的神经细胞，从而实现同样的神经功能，例如，让失忆症患者重新恢复记忆，让盲人重见光明，让残疾人重新恢复行动能力等。
其三，人造生命。美国学者戴维.雷赫斯基（David Rejeski）说，合成生物学将彻底改变未来 100年内我们制造任何东西的方式。一些科学家正在尝试真正的再造生命。例如，一些科学家已经合成了一个细菌的基因组，构建了人造细胞器（organelle），制造出一种完全由人造基因控制的单细胞细菌等。
其四，人工光合作用。2010年8月，美国能源部拨付专款，在加州建立人工光合作用联合中心，以加速人工光合作用这项“革命性”能源技术的研发进程，该计划的目标是在未来10年内完成科学理论和原型的衔接。
（2）信息科技
信息革命已经进行了40多年，未来的挑战仍然很多，前景广阔。
中国科学院《中国至2050年信息科技发展路线图》认为，信息科技的变革与挑战主要包括4个方面：1.21世纪信息技术的一个重要目标是使用户看见的信息化系统能够产生规模效应，从而使得软件业和服务业也产生类似摩尔定律的走势，这将引发一场革命；2.CMOS芯片技术发展的摩尔定律还将继续有效，芯片制成技术达到10纳米以后，新的技术，如纳米碳管器件、分子与量子器件等可能会成为主流技术。电子计算技术和光电子、光计算技术的融合最有可能成为未来汇集计算、存储、通信于一体的新一代芯片技术，也将推动片上光计算技术的实现，以及片上互联网和片上实验室的实现；3.算法研究将从单一算法转移到对多个算法相互影响的研究；4.对嵌入式设备和传感器发送的海量信息进行存储、搜索、校对、汇总和分析，将是21世纪信息领域新的挑战任务；5.在重视数字技术的同时，还要探索模拟量处理的新途径以及数模混合处理的新方法。
记录生命技术：数字将获得永生。1945年，美国工程师范内瓦.布什提出了个人的“扩展存储器（Memex）”设想：Memex是对人们记忆的一种补充，它是一个基于微缩胶卷存储的“个人图书馆”，可以存储、搜索和检索一个人终生所阅读的书、记录和同他人的联系。50多年以后，比尔.盖茨表示：“终有一天，计算机能够记录下一个人终其一生所看到和听到的任何信息。”对于社会学家来说，广义上的记录生命意味着人们将会获得一个前所未有庞大的数据流来增进对人类行为的了解，而对每个人来说，它可能意味着一个小的有限的永生。
（3）空间科技
走向太空是人类的梦想，空间科技是科技发展的主要方向之一，21世纪的空间科技将给人类展现从来没有过的发展前景，它的挑战也是不言而谕的。
中国科学院在《中国至2050年空间科技发展路线图》中提出，中国空间科学发展的重点是：在黑洞、暗物质、暗能量和引力波的直接探测、太阳系的起源和演化、太阳活动对地球环境的影响及其预报和地外生命探索等方面取得突破。
根据美国科技预测项目的预测，21世纪人类有可能登陆火星，建立月球基地，与外星生命接触，实现星际旅行等。其他问题还有：什么驱动了大爆炸？大爆炸之前是什么？什么是行星形成的条件？生命在行星上出现的条件是什么？等等。
（4）地球与环境
2008年，美国国家研究理事会（National Research Council）发布了《地球的起源和演化：变化行星的研究问题》的研究报告，提出了21世纪地球科学的10个重大问题：1.地球和其他行星的起源；2.地球早期的演化历史；3.生命的起源；4.地球内部的运动及其对地表的影响；5.地球的板块构造与大陆；6.地球的物质特性对地球过程的控制；7.气候变化的原因与幅度；8.地球—生命的相互作用；9.地震、火山喷发等灾害及其后果的预测；10.地球内外流体运动对人类环境的影响。
2000年，美国宇航局（NASA）提出了“地球科学事业（ESE）战略计划”，认为地球和环境科学领域的重要问题包括：全球地球系统是怎样变化的？地球系统的主要驱动力是什么？地球系统如何响应自然和人为引起的变化？地球系统的变化对人类文明的后果是什么？如何更好地预测地球系统未来的变化？
2002年，美国宇航局（NASA）发布了《NASA 固体地球科学工作组报告2002》，提出了未来25 年NASA 固体地球科学的最优先领域。它们分别是: 1.板块边界变形的特征是什么？对地震灾害意味着什么？2.构造、地貌、水文和生物过程是如何相互作用以塑造地形并产生自然灾害的？3.冰体、海洋和固体地球是如何相互作用的，它们将如何影响海平面的变化？4.岩浆系统是如何演化的？火山在什么条件下喷发？5.什么是地幔和地壳动力学？地球表面是如何响应的？6.什么是地球磁场动力学？它与地球系统是如何相互作用的？
2009年，中国科学院在《中国至2050年生态与环境科技发展路线图》中提出了生态与环境的八大重点研究领域：1.全球气候变化及其生态学过程；2.退化生态系统修复与生物多样性保育；3.城市化与环境质量；4.土地/流域/海岸带生物地球化学过程；5.环境污染控制与修复；6.清洁生产与循环经济；7.环境污染与健康效应；8.先进监测与预报技术。此外，与可持续发展的绿色技术也是发展的前沿。
（5）能源与资源
人类的生存和发展离不开能源和资源，地球上的能源和资源是有限的，能源和资源的挑战是无限的。保证能源和资源的持续供给是人类的重大挑战之一。
1997 年，美国总统科技顾问委员会（PCAST）完成了“面对21 世纪挑战的联邦能源研究与开发”研究报告，它认为美国21 世纪面临的能源挑战包括: 美国的经济发展仍将依靠可靠的、买得起的能源； 环境友好的，CO2和其他污染物排放少的能源结构；国家安全要求保障石油供应或替代，并防止核扩散。能源研究开发的重点是:能源效率；洁净能源；CO2 封存。
2009年，中国科学院在《中国至2050年能源科技发展路线图》中提出了中国能源科技的十个发展方向：高效非化石燃料地面交通技术、煤的洁净和高附加值利用技术、电网安全稳定技术、可再生能源规模发电技术、生物质液体燃料和原材料技术、深层地热工程化技术、氢能利用技术、天然气水合物开发与利用技术、新型核电与核废料处理技术、具有潜在发展前景的能源技术。
2008年，中国自然资源学会在《资源科学学科发展研究报告》中提出未来资源科学的发展趋势包括：1.生态服务功能与环境安全研究；2.资源结构优化、高效和可持续利用研究；3.资源安全战略研究；4.资源科学技术创新研究；5.资源法制建设和资源伦理建设研究；6.资源安全和预警研究。
目前，太阳能和核融合发电是能源科技里的两大热点，太阳能的开发利用尚存在诸多挑战，例如太阳能的收集、转化、蓄能和转换效率等。核融合是太阳能量的来源。科学家认为核融合能提供干净的能源。人工核融合已经历了小规模的试验示范阶段，目前的问题是如何将其推广为一种经济、有效、环境友好的产业。
（6）物质科学
物质科学主要包括物理学和化学，是研究物质的微观结构及其相互作用规律的科学。物质科学的突破和发展，将改变人类对物质世界、宇宙空间的认识，并带动或促进相关学科的发展。科学家们认为，物理学的突破有可能产生新的能源和新宇宙观。
2002年美国国家科学研究委员会（NRC）发表了《建立夸克与宇宙的联系：新世纪11大科学难题》的研究报告。这11个科学问题是：1.什么是暗物质？2.暗能量的性质是什么？3.宇宙是如何开始的？4.什么是引力？5.中微子有质量吗，它们如何影响宇宙的演化？6.质子不稳定吗？7.超高能粒子来自哪里？8.在极高密度和极高温度下，新形态的物质是什么样的？9.是否存在额外的时空维度？10.从铁到铀的各种重元素是如何形成的？11.需要一种新的光和物质理论来解释在甚高能和温度时发生的情况吗？
2001年，美国国家科学院出版了“新时代的物理学：纵览”的研究报告。提出了六个挑战: 发展中的量子技术，创造新材料，了解复杂体系，统一自然界的各种相互作用力，揭示宇宙，把物理学用到生物学。
著名物理学家李政道先生认为，21世纪科学上有4个需要回答的问题:为什么三大作用的理论都是对称的，但实验结果却是不对称的，对称与不对称有什么关系？所有的基本粒子（夸克）12种，一半看得见，为什么单独却都看不见；为什么全宇宙中90%以上的不是我们看到的物质，而是暗物质，这种暗物质到底为何物？现在至少知道有100万个类星体，每个类星体的能量是太阳能量的1015～1016，远远超过太阳的能量，这种拥有巨大的能量的类星体是从哪里来的？
北京大学徐光宪院士认为21世纪的化学是研究泛分子的科学，化学难题涉及四个方面：1. 化学反应理论和定律；2. 结构和性能的定量关系；3. 纳米尺度的基本规律；4. 活分子运动的基本规律。
（7）会聚技术
2001年，美国商务部技术管理局（DOC）、国家科学基金会（NSF）、国家科学技术委员会纳米科学工程与技术分会（NSTC-NSEC）在华盛顿联合发起了由科学家、政府官员、产业界技术领袖等参加的圆桌会议， 首次提出了“会聚技术”的概念：纳米科学与技术、生物技术与生物医学（包括基因工程）、信息技术（包括高级计算机与通信）、认知科学（包括认知神经科学），这四大发展迅速、潜力巨大的前沿技术的融合称为会聚技术（NBIC）。会后，NSF主持将这次会议中的发言、共识、建议等集中编纂了《提升人类能力的会聚技术》。该报告阐述了四大领域的关系：如果认知科学家能够想到它，纳米科学家就能够制造它，生物科学家就能够使用它，信息科学家就能够监视和控制它。
科学家们认为，会聚技术会给我们带来一个前景：基于会聚技术的认识和应用，人类大脑的潜力将被激发出来，人的悟性、效率、创造性及准确性将大大提高，人体及感官对外界的突然变化，如事故、疾病等的感知能力变得敏感，人类将可以以原子或分子为起点来诊断和修复自身与世界，老龄人群普遍改善体能与认知上的衰退，人与人之间产生包括脑与脑交流在内的高效通讯手段，社会群体有效地改善合作效能，社会大幅度减少资源与能源的消耗，降低对生态环境的破坏与污染。人类将在纳米的层次上重新认识和改造世界以及人类自身。
摘自《第六次科技革命的战略机遇》，何传启主编，科学出版社出版。