21世纪交叉难题 部分介绍

1、21世纪100个交叉科学难题2005年科学出版社科学问题是科学发现的起点路甬祥科学史表明，科学经历了综合、分化、再综合的过程。现代科学则既高度分化又高度综合，而交叉科学又集分化与综合于一体，实现了科学的整体化。学科交叉点往往就是科学新的生长点、新的科学前沿，这里最有可能产生重大的科学突破，使科学发生革命性的变化。同时，交叉科学是综合性、跨学科的产物，因而有利于解决人类面临的重大复杂科学问题、社会问题和全球性问题。交叉科学是自然科学、社会科学、人文科学、数学科学和哲学等大门类科学之间发生的外部交叉以及本门类科学内部众多学科之间发生的内部交叉所形成的综合性、系统性的知识体系，因而有利于有效地解决人类社会面临的重大科学问题和社会问题，尤其是全球性的复杂问题。在社会发展中，人类会遇到诸如人口、食物、能源、生态、环境、健康等问题，这仅靠任何单一门学科或一大门学科都不能有效地解决，而惟有交叉科学最有可能解决。在中国科学发展中，学科交叉与交叉科学显得相对落后。在较长时期里，自然科学、社会科学、人文科学等之间存在着不可逾越的鸿沟，而科学发展、社会进步、经济发展等却都需要各门类科学、各门学科之间交叉、渗

2、透和融合。许多科学哲学家都认为，科学问题是科学发现的逻辑起点，一切科学研究、科学知识的增长就是始于问题和终于问题的过程：旧的问题解决了，又引入了新的、更深刻的问题因此，善于和勇于提出科学问题，用科学批判和理性质疑的科学精神去审视旧的科学问题，充分发挥创新性的想象力去提出新的科学问题，尤其是提出大跨度、综合而复杂的重大交叉科学难题就显得更具有意义了。学科交叉是创新思想的源泉周光召DNA双螺旋结构的发现，是20世纪生物学最重要的成果，开辟了分子生物学的新学科领域。发现DNA双螺旋结构的4位科学家中，沃森毕业于生物学专业，克里克和威尔金斯毕业于物理学专业，而富兰克林则毕业于化学专业，他们具有不同的知识背景，在同一时间都致力于研究遗传基因的分子结构，在又合作又竞争、充满学术交流和争论的环境中，发挥了各自专业的特长，为双螺旋结构的发现做出了各自的贡献。这是科学史上由学科交叉产生的重大科研成果。从DNA双螺旋结构的发现过程，我们可以得到很多有益的启示。将一个学科发展成熟的知识、技术和方法应用到另一学科的前沿，能够产生重大的创新成果。学科交叉是创新思想的源泉。高明的学术领导人，如卡文迪许实验室主任布

3、拉格，善于利用自身积累的知识优势，发现学科交叉的切入点，及时开辟新的发展方向。他领导的集体有宽松的学术环境，支持青年的创意，在完成指定工作之余进行自由选题。进入新领域的青年科学家必须像沃森和克里克那样，不畏艰险，不怕失败，不怕嘲笑，以坚定不移的努力实现认定的目标。要敢于争论，更善于合作。沃森和克里克能最后成功，在于他们之间有良好的人际关系，既会顽强地坚持己见，又能灵活地倾听对方意见，在争论中互相尊重，发挥各自的长处，最后服从真理，很快达成一致。所有这一切都再一次说明，当重大发现的时机已经成熟，在何时何地由何人发现则是由很多因素决定。确定最有发展前途的研究方向，创造适合重大发现的环境条件，识别和支持优秀人才是各级科学研究机构的领导者应当首先关注并加以解决的问题。地球之外智慧生命有多少早在50多年前，天文学家就开始了对地外智慧生命的探索。所研究的问题是，在我们银河系上千亿颗星球中，有多少像太阳一样带着环绕的行星？其中有多少行星能孕育出生命？有生命的“太阳系”中又有多少会存在着类似人类的智慧生物？这些智慧生物需要进化多久才能产生具有星际通信能力的技术文明？这些技术文明又能延续多久？回答这些问

4、题，需要人类几乎全部的知识，如天文学、物理学、化学、气候学、海洋学、地球物理学、生物学、进化论、考古学、人类学和各类社会科学的知识。但是到今天为止，很多的相关问题我们还是很不清楚。（赵永恒）网络时代生物学家不落伍21世纪是生命科学的世纪。信息技术和生物技术将成为未来经济发展的支柱。集这两大技术于一身的生物信息技术，是当前技术革命的热点；正在逐渐形成的生物信息学，是一门崭新的交叉学科。对它们可作如下粗浅理解：以核酸、蛋白质等生物大分子数据为主要研究对象，以数理科学、信息科学和计算机科学为主要手段，以计算机网络为主要研究环境，以计算机软件为主要研究工具，构建各种类型的专用、专门、专业数据库，研究开发面向生物学家的新一代计算机软件，对浩如烟海的原始数据进行存储、管理、注释、加工，使之成为具有明确生物意义的生物信息，并通过对生物信息的查询、搜索、比较、分析，从中获取基因编码、基因调控、核酸和蛋白质结构功能及其相互关系等理性知识。如果100多年前有人说：“没有数学的科学是不完善的科学”，那么今天我们有理由说：“不使用计算机的生物学家是落伍的生物学家”。（罗静初）脑与意识的关系还不清楚自古以来，意

5、识的本质和起源一直是哲学家们争论不休而科学家们又感到束手无策的问题。现在，大家都知道脑外伤和全身麻醉会导致意识丧失，再没有人怀疑意识是与某些脑结构的活动相关联的，关于意识问题的争论也已经从神圣的哲学殿堂转移到了科学讲台。脑与意识问题成了神经科学家、心理学家、物理学家、信息科学家、数学家和分子生物学家目光汇聚的焦点。研究脑与意识的关系，实质是要回答物质如何转变为精神这样一个最根本性的科学命题。这是一项极具挑战性的前沿科学。在今后的100年内，更令人鼓舞的突破必将出现在对脑的认知、注意和思维等意识过程的认识方面。（李朝义）全球污染影响生物进化吗环境污染在全球范围内的扩展，不仅形成很多生物生存的胁迫环境，而且也形成了所有生物进化发展的全新环境。至今人们只对污染引起的短期、急性效应有一点了解，而对污染引起的长期效应，特别是对生物未来的进化前途和发展命运的影响，几乎没有涉猎。对这一问题的深入认识，是20世纪留给人类的一个重要科学难题。研究污染条件下的生物的适应和进化，需要综合环境化学、地球化学、全球生物性、生态遗传学、种群生物学等多门学科，才能广泛深入地认识这一关系到生物圈稳定发展和生物进化前途

6、的重大科学问题。目前该学科基本上还是处女地，将留给21世纪的生物学家和环境科学家们去努力耕耘。当前所有国家的学者都处在同一起跑线上，我国学者尽快步入，有望在该领域取得一席之地。（段昌群 王宏镔）攻克艾滋病的希望在哪里由于全球的努力，我们已经对于艾滋病毒（HIV1）和艾滋病有了很多认识，但是，至今仍未找到理想的治疗方法和有效的预防方法（如疫苗）。为了攻克艾滋病，迫切需要找到实用、有效的治疗和预防的方法。为此，除了病毒学和免疫学方面的专家外，还应该吸引更多的生物物理学家、组合化学、结构生物学、信息学等方面的年轻专家，突破传统的病毒学、免疫学和药物学的束缚，开辟新的研究思路和建立新的研究手段，来实现人类攻克艾滋病的梦想。事实证明，基于传统概念的途径都未能奏效，唯有应用全新的技术，才有可能最终控制艾滋病。（贲昆龙）量子信息引发深层次思考20世纪人们将量子理论应用于物质科学和能源科学，开拓出诸如半导体、激光、核技术等重要高新技术，造就了人类文明社会半个世纪的繁荣昌盛。21世纪，一门新兴的交叉学科量子信息科学应运而生，它是量子力学与信息科学相互融合的结果。量子信息科学的诞生，一方面可望形成量子信息

7、技术新产业，另一方面也引发人们对某些更深层次问题的思考：人们坚信，量子计算机的实现不存在不可逾越的原则困难，量子计算机的诞生只是迟早的事，但鉴于量子计算的固有特性，未来实用的量子计算机应是个什么样子，仍然有待探索。有人说，人脑是台量子计算机，它具有量子计算的超强信息处理能力。但要证明人脑确实是如同量子计算机那样运作，目前还缺乏可靠的科学依据。（郭光灿）分子考古学呼唤复合人才考古学得以与分子生物学联姻的关键在于古DNA研究技术的出现。但是，自然科学与人文科学由来已久的隔阂也严重阻碍了古DNA这一可以贯通考古学与分子生物学的技术方法的应用与发展，大部分考古学者仍然对古DNA研究相关知识不知不解或知之甚少，因而在考古发掘中，“取器弃骨”的现象仍然不绝如缕。所以有必要使双方相互调适，如分子生物学分析的原理、过程和结果应根据考古学的要求加以调整。当然最好的方法是培养跨学科复合型人才，他们是交叉学科得以深入发展的原动力。（金力 张帆 黄颖）最好的医学是中西医结合如果你牙疼，西医解释为细菌感染，用杀菌的消炎药治疗；中医却解释为“上火”，用清热的草药治疗。无数次实践证明两种方法都有效，但哪种解释有道理？人们的看法就大相径庭了。目前，揭开中草药科学原理之谜的条件已经成熟，我们需要进行一系列精心设计的实验，直接观察中药是如何影响细胞质的物理化学性质。实施这种观察有不少技术上的困难，需要中医、西医和化学、物理学家们通力合作才能解决。但是，当这个谜揭开后，中医的每一点并不一定都可以用西医的理论来理解，反之亦然。中医把人体这个复杂系统作为一个整体来观察和治疗，西医则从微观结构来观察和治疗人体。按照物理学中的说法，这两种观点是互补的，每一种都是对另一种的补充，每一种都没有包含全部真理。因此，最好的医学应该是中西医相结合的医学。（朱清时）

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