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前言

草原蝗虫可持续治理 -张泽华

二十一世纪科技 -约翰·吉本斯博士

飞机设计师的飞行生涯 -周日新

飞翔的动力 -刘大响

高科技与现代农业 -石元春

光纤通信进展 -李淳飞

机器人技术发展状况 -孙立宁

基因与你我他 -王渝生

科学精神与人文精神 -袁正光

科学与社会 -曾志

空中救生 -刘峰

理解质量革命 -韦恩·科斯特

人类基因组计划 -陈竺

人体零件制造 -王远亮

神秘的生命起源 -袁训来

试 飞 -沙长安

释放互联网能量 -王楠

数字时代的编程 -比尔·盖茨

未来的太阳能车 -陈全世

无人驾驶飞机 -梁德旺

物理学百年的回顾 -周光召

西方的技术 -沃尔夫冈·科尼希

现代焊接技术 -吴林

现代医学回顾与展望 -韩启德

现代战斗机的发展 -陈 光

饮用水水质与水处理技术 -马军

战斗机的未来之路 -陈一坚

直升机 -高 正

植物是如何登陆的 -王怿

中国油气资源的二次创业 -刘光鼎

转基因食品离我们有多远 -朱 桢

自动控制发展的历程 -王广雄

前言

12科技之光

DNA双螺旋结构的发现-周光召

主讲人简介

周光召院士，1951年毕业于清华大学物理系。1954年毕业于北京大学研究生院。1996-1997年任中科院院长、中国科协主席。1998年当选为全国人大常委副委员长。

内容简介

今年是DNA双螺旋结构发现50周年，是20世纪生物学最重要的发现，这个发现阐明了生物遗传基因密码的构成，开辟了分子生物学的新学科领域，为人类从分子水平认识生命过程的发生、遗传、发育、衰老、进化以及生命体内部细胞和器官的结构、功能和运行的模式，都奠定了坚实的基础。21世纪将要看到它会对我们人类的生活、生产，产生巨大的影响。

发现DNA双螺旋结构做出重大贡献的四位科学家，他们在大学学的都是不同的专业，所以他们具有不同的知识背景，在同一时间又都致力于研究遗传基因的分子结构，在又合作、又竞争，充满了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，所以这是科学史上由学科交叉，而产生的一次重大的科研成果。

那么自然科学的重大科学发现的过程，它不仅是科学家用严谨的科学态度，严格的科学方法，有敏锐的思维和观察对自然现象和规律进行的一种探索的过程，它又表现出科学家的个性、他的爱好和他们的观点，在竞争和合作中所形成的学术思想上的融合、碰撞和冲突，也反映出社会和学术群体的评价，给予他们的鼓励、包容和压力，这些都在他们发现的过程中间不停地在起着作用。所以我们不仅应当从自然科学本身的规律出发，去了解这个发现的过程，而且应当从人文和社会的角度来研究这个过程，创造促进创新的条件和环境。

研究DNA双螺旋结构这个重大发现产生的背景、环境和条件，能够吸取有益的经验，采取相应的措施，对改进我国基础研究的环境和氛围，对促进我国科技创新，是有重大的现实意义的。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。

中国目前正处在科技发展物质条件最好的时期，但是如果能够迅速创造一个好的人文环境，选好科学前沿的发展方向和领军人才，吸引一批最优秀的青年，中国科学的起飞是指日可待的。

DNA双螺旋结构的发现》（全文）

上世纪最重要的三个大的发现，就是相对论、量子力学和DNA双螺旋结构，这是20世纪自然科学最伟大的三个发现，都是在物质条件，不是太好的情况下产生的。相对论我们不去说它了，因为爱因斯坦这是一个天才，在1905年发现的特殊相对论。

量子力学是在德国发现的，是1925年。而1918年，第一次世界大战结束，德国是失败了，而1925年那个时候在德国肯定生活是很困难。然后DNA双螺旋结构在英国发现的，是1953年，也是在第二次世界大战以后的英国，那个时候相对来讲，它比美国是困难多了，美国当时是惟一没有受到战争影响的一个大国，而且由于战争的关系，使得美国非常重视科学，所以在“二战”以后，美国大量投钱来发展科学。而英国，这个实验室和这批科学家，是处于一个很困难的境地，但是尽管如此，他们还是发现了DNA双螺旋结构。所以就可见，我得出来的一个结论，就是投资是很重要的，是一个必要的条件，但是绝对不是一个充分的条件，也不是说在投资不够的情况下，就不能做出世界最高的、最重要的成果，所以我们就必须要研究，为什么他们能够在这样比较困难的情况下，能做出世界最重要的科学成果，我想这是今天值得我们来深思的一些课题。

那么今年，是DNA双螺旋结构发现50周年，这个是20世纪生物学最重要的发现，这个发现阐明了生物遗传基因密码的构成，开辟了分子生物学的新学科领域，为人类从分子水平认识生命过程的发生、遗传、发育、衰老、进化以及生命体内部细胞和器官的结构、功能和运行的模式，都奠定了坚实的基础。

同时DNA的发现和后来紧接着的由RNA转录、翻译为蛋白质的中心法则的发现，以及后来发明的基因重组和克隆技术，就使人类获得了崭新的干预生物进化和优化生物功能的途径，为农业、林业、医疗、环保、化学、材料、信息和能源工业都提供了新的发展途径，像品质优良，抗击性强的转基因和克隆的生物，改变结构提高功能的蛋白质，用于医疗检测和环保监测的生物芯片，高疗效个性化的基因治疗药物，克隆器官，生产化学工业原料，有机材料和可再生能源的转基因的生物工厂，DNA计算机，用于控制和消除环境污染的转基因微生物等等。所以不仅是一个非常重要的基础性的发现，而且在应用方面，我想21世纪将要看到它会对我们人类的生活、生产，产生巨大的影响。

那么DNA双螺旋结构的发现，做出重大贡献的科学家有四位，是弗郎西丝·克里克、詹姆斯·沃森、莫里斯·威尔金丝、罗萨琳·富兰克琳这四位，当时都是在战后的英国工作的，他们发现的时候都在英国实验室里面。此外，有一位美国的著名科学家叫里纳斯·鲍林，他是美国惟一参与这个竞赛的，他也是很想做出这个DNA结构的一个人。还有一位是叫做杰里·多洛，在他们发现DNA双螺旋结构的时候，他提供了非常重要的意见。

那么这四位中间，最后一位是位女科学家，1962年他们获得诺贝尔奖的时候，她已经去世了，而诺贝尔奖又只能发给三个人，所以就发给了前面这三个。发现DNA双螺旋结构的四位科学家中，只有沃森是毕业于生物专业的，克里克和威尔金丝是毕业于物理专业，富兰克琳是毕业于化学专业，他们在大学学的都是不同的专业，所以他们具有不同的知识背景，在同一时间又都致力于研究遗传基因的分子结构，在又合作、又竞争，充满了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，所以这是科学史上由学科交叉，而产生的一次重大的科研成果。

那么自然科学的重大科学发现的过程，它不仅是科学家用严谨的科学态度，严格的科学方法，有敏锐的思维和观察对自然现象和规律进行的一种探索的过程，它又表现出科学家的个性、他的爱好和他们的观点，在竞争和合作中所形成的学术思想上的融合、碰撞和冲突，也反映出社会和学术群体的评价，给予他们的鼓励、包容和压力，这些都在他们发现的过程中间，都不停地在起着作用。所以我们不仅应当从自然科学本身的规律出发，去了解这个发现的过程，而且应当从人文和社会的角度来研究这个过程，创造促进创新的条件和环境。

研究DNA双螺旋结构这个重大发现产生的背景、环境和条件，吸取有益的经验，采取相应的措施，对改进我国基础研究的环境和氛围，对促进我国科技创新，我相信是有重大的现实意义的。

我们现在来看看DNA双螺旋结构发现的背景。绚丽多彩的生物世界，它是怎么样产生的？成千上万种不同性状和习性的生物之间有什么关系，这就是自古以来人们一直在追问的一个问题。那么到了1859年，达尔文发表了《物种的起源》一本书，就提出了生物进化的学说，那么不同的物种，它有共同的祖先，它们是由同一个祖先发展而来的，而这个共同的祖先是通过遗传变异，生存竞争和适应选择逐步发展起来的，所以遗传在我们生命的世界中，是起了非常重要的作用。这个在历史上当然不断有人提出来，但是达尔文在这里是系统地提出来了这样一个学说，那么遗传机制一直是生物学家关注的重大课题。那么在达尔文提出进化论不久，1865年孟德尔通过豌豆子代性状显示的规律，他把豌豆一代一代培育起来，然后去研究它们的性状，就发现由父母向子代遗传，并且能够一代一代遗传下去，今天我们把它叫做基因的这种遗传信息的单位。孟德尔他写了一篇文章，但是很少有人去看，所以谁也不知道。就说再过了三十几年以后，他的这结论被另外几位科学家又重新再发现，这就说明科学的传播不够的时候，科学的成果就不能起到它应有的作用，这个至少使得我们生物学的进展推迟了几十年。

那么1869年，一位科学家叫梅肖尔，他从鱼的精子细胞核中间分裂出有DNA分子，但他不知道是干什么用的，不知道这里头有个叫做DNA分子的这样的东西。1882年，另外一位科学家弗来明，他发现了染色体。1914年罗伯特·浮戈发现DNA是可以染色的。到1910年的时候，美国科学家摩尔根，他研究果蝇的遗传规律的时候发现，遗传信息是位于染色体上面，所以知道染色体跟遗传有非常大的关系。

但是染色体上面它有DNA还有蛋白质，以后相当长的一段时间里，人们更多猜测这个蛋白质是遗传信息的载体，到底是蛋白质、还是DNA是遗传信息载体，这个很长时间都弄不明白，认为蛋白质是，染色体和DNA就在细胞核里面，人的染色体一共有23对，那么我们可以知道这个染色体，它有DNA和蛋白质，从染色体里面可以拉出一条长链来，这个长链就是DNA，这个DNA缠绕在一些蛋白质上面，就能够形成我们叫染色体的这个形状，这是我们现在的认识，当年一八几几年没有这种认识。

那么同时在20世纪20年代的时候，科学家戈里菲斯他就发现了一个叫转移因子，这个转移因子，实际上就是我们现在所谓的基因。那么以后生物学家研究转移因子，当时叫转移因子，现在叫基因，到底是碳水化合物呢？是脂肪呢？是蛋白质呢？还是DNA？因为淡水化合物和脂肪很容易被提掉，所以很快就知道不是的，但对是蛋白质还是DNA，就不容易做出判断，因为这个染色体它既有蛋白质又有DNA，作为化学分子来讲，这个DNA比较简单，它不可能是的，那现在我们知道这个想法是错的。

然后到了1944年，才有几位科学家，他们初步确定这个转移因子是在DNA中间，不是在蛋白质中间。但是尽管如此，一直到“二战”结束还是有很多人怀疑他们这个实验的结论，在1950年的时候，有一位科学家叫洽嘎弗，他指出这个DNA中间的核苷酸分子，A和T、C和G的数目是相等的，就是A和G是嘌呤分子，T和C是嘧啶分子，就发现不管你这个DNA从那里取来，里边的A和T的数目、G和C的数目都是一样的，那么如果你要相信1944年那个结论，DNA是遗传物质，又有了洽嘎弗定则的话，其实发现DNA分子结构的时机就成熟了，因为这是两个非常重要的实验，已经一个显示的DNA是遗传信息，另一个，这个定则在一定程度上就告诉你，将来遗传的这个信息是怎么样产生的，不过在这里要说明，尽管这些实验已经指明了方向了，多数科学家还是不太相信，只有少数的科学家，其实我们刚才讲那四位科学家，加上鲍林，他们早就相信是DNA了，比较早地相信，所以他们起步就早，当1953年他们就得到了这个发现，这里头实际上也有科学家的思维方法问题。那我们看他们是怎么来发现这几个关键问题的。

在讲这个之前，还有一件很重要的事情，就是这里边最重要的发现者是克里克、沃森，他虽然一个是物理学出身的，一个是生物学出身的，可是他们两个人当时都在一个物理实验室里边工作，这个物理实验室，就是剑桥大学里边的一个物理学实验室，叫做卡文迪什实验室，这个实验室原来是从事物理学的，它在20世纪初的物理学革命中，扮演了非常重要的角色。从1884年开始，它就是由著名的发现电子的物理学家叫做汤普森，就是首先发现电子的这个物理学家，他来做室主任。到1919年又由发现原子结构，就是我们现在知道原子核在中间，电子在周围绕的，这么个结构的，一个也是很著名的物理学家恩斯特·罗斯福他来做这个主任。那么在“二战”以前，卡文迪什实验室在原子物理、原子核物理领域是当时世界上最著名的一个研究中心，它不仅出了很多重要的科研成果，而且形成了使其长盛不衰的学术风格和传统，在这个实验室又发明了中子，做出了世界第一台加速器等等，有非常重要的发现。

那么对这个实验室，下面我想引一个美国学生的一个回忆，当时他在这个实验室做学生，他说这个实验室是很难描写的，就是说它是把一种比较矛盾的风格结合在一起的，这个一方面，因为它这个主任都是非常著名的科学家，所以主任在这个实验室里边有一种决定性的作用。但是另外一方面，它里边的人又没有什么限制，又是非常之独立思考的，而且他的学生之间是有很好的友谊。比如说他一个学生可以发现另外一个学生做得不对，他就可以直截了当跑到那儿去，跟他讲你做的什么什么不对，而且证明他不对，这个在很多其他地方是做不到的，因为这样一做，这个友谊就要破坏了，这是他讲的一段话。第二段话他说，使他觉得相互矛盾的这种性格，是学生和教授之间的这个关系。这毫无疑问，当时这些教授都是非常有名的，但是每个人都是独立思考，他说在这里，教授的理论和实验所遭受学生的批评并不亚于其他的人，就是说学生可以随意地在这个讨论中去评、和教授去争论，我想这个很可能是他们的一个非常重要的风格和传统，也是中国今天最缺乏的，需要怎么样来解决的一个问题。

那么“二战”结束以后，鉴于核科学研究，对国家安全的重要性，当时包括英国在内，就觉得不应该再在卡文迪什一个大学的实验室里边进行，就专门为此成立了一个国家的实验室，是在另外一个地方，那是专门来从事核物理的，所以从事核物理的这些科学家，他们的研究就转移到新的实验室去了，而且钱也就转移过去了，这样卡文迪什实验室就没有经费了，因为它的主要经费来源都转移到别的地方去了，而且主要的一批科学家也转移过去了，所以它不仅是经费短缺，而且原来的研究方向也就丧失了，就是面临一个很大的考验。这个实验室当时的主任叫做布拉格，他当机立断地就把卡文迪什实验室的发展方向，从纯物理研究转到两个方向，一个是用战时他们自己的科学家发展出来的雷达探测技术，用这个来发展射电天文，以及另外一个就是布拉格，是个有名的，也是得了诺贝尔奖金的物理学家，他得诺贝尔奖金是因为他在X光的分析上面做出了杰出的贡献，而且他做这个贡献时的年纪很轻，他大概是最年轻的得诺贝尔奖的，他25岁就得了诺贝尔奖金，跟他父亲一起，那么他本人和他父亲在卡文迪什实验室发展出的X光晶体分析技术，来进行生物大分子结构的跨学科的研究，使他转了两个完全跟原来不同的新的方面上去了，那么没有钱怎么办，他一方面是支持他的两个部下，一个叫瑞勒，一个叫拉特科里夫，他们去收集军队不要的雷达，当时仗打完了，军队有些不要的雷达，就组成了原始的射电望远镜，他又从医学研究委员会，大概在英、美，这个医学研究委员会，一般都是经费相对比物理学要多的一个地方，就组成了由马克思·佩鲁茨和约翰·肯德鲁为首的研究蛋白质晶体结构的小组，就是用X光来做蛋白质结构晶体的分析。那么这几位科学家，刚才提到这四位都得过诺贝尔奖金，因为他们这个工作都是在最前沿，克里克是马克思·佩鲁茨的研究生，他大概是1948年去的，沃森是1951年去做了约翰·肯德鲁博士后，沃森他是博士毕业了，他们两个都加入了这个蛋白质结构分析的小组，但是这两个人，都对DNA有浓厚的兴趣，他们是很少有的，又比较年轻，又不信大多数人所相信这个蛋白质是遗传信息这种说法的人，他们对DNA分子结构具有浓厚的共同兴趣，他们就密切合作、共同讨论、坚持不懈，最后就发现了DNA双螺旋结构。所以他们不是领导交给的任务，而是自选课题选出来的，这点也值得我们思考。

布拉格的远见，在困难的条件下，保证的卡文迪什实验室在这两个新兴学科上做出了辉煌的成果，发现了类星体，脉冲星，DNA双螺旋结构，确定了血红蛋白这个结构等等，造就了一大批诺贝尔奖金获得者，为战后英国的科学争得了极高的荣誉。

那么当时在美国，20世纪50年代初，还有两个知名的研究小组，来做DNA分子结构的研究工作，一个是在美国加州理工大学，由当时知名的量子化学家鲍林来领导，他在1950年成功地发现了蛋白质的α螺旋结构，并且从那个时候起，他就开始DNA分子结构的分析工作，他这个α螺旋的结构，对DNA的发现，也起了很重要的作用，因为他是第一个用分子形成螺旋这种结构生物大分子之人，所以就启发了很多的人，在研究DNA的时候，考虑那是一个螺旋结构。

那么还有一个小组，就是威尔金丝和富兰克琳，他们在英国伦敦皇家学院的两个人，这个威尔金丝是个学物理的，他战争时候是参加了曼哈顿计划，就是美国的核武器研制的曼哈顿计划，战争完了以后他就回来到了英国，他是开始用X光分析DNA晶体结构最早的一个物理学家。那么1951年，富兰克琳加入进来了，但是富兰克琳的技术非常之高，所以她很快就获得了更清楚的DNA的照片。由于他们所提供的X光照片，就成为发现双螺旋结构最重要的实验根据。富兰克琳不仅拍出了当时最清楚的DNA结构的照片，而且指出了沃森和克里克早期构造的DNA结构模型的错误，但好几次沃森、克里克想跟她合作，都被她拒绝了，这也可能伤害了他们的自尊心，我想可能是因为男的看不起她，她大概也看不起男的，总之这里头有点问题，她不愿意跟男的合作，以至于沃森和克里克在1962年他们得诺贝尔奖的时候，他们做了一个报告，这个报告里头引用的98篇文章，一次也没有提到富兰克琳的工作，这个非常是不公平，因为底下我们要看到，正是由于富兰克琳的工作，才使得沃森和克里克得出了这个双螺旋结构的结论的。 这里有一位画家打抱不平，就画了一张富兰克琳的像，里面画了两个富兰克琳的像，一个是红的，一个是蓝的，红像的脸后边就是沃森和克里克，里头画了沃森和克里克在讨论这个DNA双螺旋结构，右下角有一个小的像就是威尔金丝，他把富兰克琳画得这么大，把威尔金丝画这么小，把沃森和克里克画在她的脑袋里边，实际上说明的意思就是沃森和克里克所得的很多结论，实际上是因为她的贡献而得来的，某种意义上表示这个意思，我想可能是这位画家他是打抱不平。后来从富兰克琳的工作笔记中发现，在沃森和克里克发表他们双螺旋结构文章的前夕，除了这个配对方案以外，她已经独立地得到了相同的结论，作为有经验的化学家，她必定会在短期之内解决这个问题，如果不是当时英国科学界对妇女的歧视，和开始的时候威尔金丝对她不够尊重，造成两人之间的不合，影响了他们的工作进度，那完全可能最先发现双螺旋结构的桂冠，会落在威尔金丝和富兰克琳的头上。双螺旋结构的发现过程，是有一定的戏剧性的，当事人的回忆也不尽相同，褒贬也不一，这大概是因为每个人都想把自己的功劳说得大一点，而当事人的个性和复杂的人际关系，在其中又起了相当大的作用。下面我就以沃森和克里克这一组为主线做一个简单的介绍。

沃森是一个天才，20岁大学就毕业了，22岁就得了动物学的博士学位，并且得到了一年的资助到哥本哈根去从事病毒的DNA研究。他很早就对DNA很感兴趣，在欧洲一次学术会议上，他听到了威尔金丝报告DNA结构的X光分析，他的印象是很深刻的，所以他就想做DNA分子结构的破译工作，那时他是一个刚毕业的学生，在他要申请下一个博士后工作岗位的时候，他曾经做了一些考虑，他觉得鲍林已经很有名了，不会花时间帮助他，他当时认为他是一个小人物，所以他决定不去。同时他对威尔金丝的报告很有兴趣，他跟威尔金丝谈，但是威尔金丝对他好像没有显出很高的热情要把他留下做博士后。所以他就申请到了卡文迪什，去做了博士后。在1951年的时候，开始跟克里克一起工作，克里克他是在战前就已经在物理系毕业了，在战时他也是从事军事、军工，所以做过磁性地雷和雷达的研发，他在战后读了一个物理学家薛定谔写的书，这本书是《生命的本质》，是物理学家写的，是量子力学的发明人之一，这个书里边当时是按照物理学家的观点，指出来研究决定生命现象内部的分子结构是非常重要的，因为物理学家是还原论了，至少在很长时间之内，一切东西都是由分子、电子、原子所决定的，生命现象他认为也不应该有所例外，所以他这本书特别强调了这一点。受这个影响，克里克就决定改学分子生物，他就重新到卡文迪什实验室去做研究生，沃森来的时候，他正在从事红血球的X光晶体分析的博士论文工作，那是1951年，那个时候他已经35岁，他也是当时和沃森一样，少数坚定相信DNA是遗传物质载体的人之一，这点是使得他们成功很重要的因素，因为他们并没有盲从当时大多数的科学家相信蛋白质是遗传载体，就是说比较普遍的这种观念，而是有自己很明确的想法。

这个沃森和克里克他们认定了，大概是克里克的一段话，说所有生命的现象，都是在分子的层次所产生的，所以如果不懂得这些分子的话，我们不可能懂得任何的生命现象。当然他说得稍微过头一点，不过他坚定地相信这个，才能使得他俩认为基因的三维分子结构是了解生命现象的关键，是应当抓紧研究的重大课题，那么这个认识，使得他们能够排除一切困难，紧密合作，抓住这个题目不放，最后终于获得成功。刚才讲了他抓住不放的，是他自选的课题，那么由于当时的布拉格和伦敦皇家学院有一个君子协定，这个君子协定就是卡文迪什实验室只做蛋白质的X光分析，DNA的X光分析是由皇家学院进行，因此沃森和克里克他们只能到皇家学院，才能得到有关的实验数据，他们在卡文迪什是得不到的，那么在这个情况下，他们是在一些并不是条件非常优越的情况下，来完成他们自己热衷的研究工作的。

最初，沃森以书本上的核苷酸化学结构为出发点，认为基对是由相同的核苷酸分子通过氢键组成的，就是他原来以为A、G、C、T四个分子，A和A配对，C和C配对，因为按照当时他所认识的这个分子结构只能这样配对，但是这样一配对，就不能解释刚才那个洽嘎弗规则，就不可能是A的数目和T的数目相等，C的数目和G的数目相等，而且我们刚才讲了这个嘌呤分子，它是有两个六角形，所以它比嘧啶的分子大，如果这样来组成一个双螺旋的话，这个双螺旋就忽大忽小了，这个直径就不可能统一，所以他觉得也不太对，他就找到当时在隔壁有一个工作的化学家叫杰里·多洛，征求他的意见，这个杰里·多洛就指出来，他说你用的这个核苷酸化学结构是不对的，更对的是他用的叫做稀醇型的，是氢和氧原子结合，这个不对，他说应该是氢和氮结合的一个酮类型，他说用这样一个分子结构你再试试。结果第二天，沃森就得到了正确的核苷酸分子，A和T、C和G配对的这个模型，他和克里克也早已确认两条骨架链应该是反平行的，有了这些认识，他们很快就创造出一个新的模型，也就很快得到威尔金丝和富兰克琳的认可，必须A和T配对，G和C配对。有了这样一个配对以后，当然就很清楚了，这两条模型，两条链，是完全相同的信息，因为它是严格配对的，一个可以作为另外一个模板，而且打开了以后，两个可以作为新的模板，可以创造出两条新的DNA长链来，糖和磷酸在外边， A、T、C、G遗传信息单位在里边，而且外边的骨架是反平行的。

那好了，我们从刚才讲的这些故事中间，能够得到些什么启示？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。一个，是把一个学科发展成熟的知识技术和方法，应用到另一个学科的前沿，能够产生重大的创新成果，学科交叉是创新思想的源泉，物理的分析方法和化学关于分子结合键的知识，对建立正确的DNA双螺旋结构起了决定性的作用。

第二个是科学的发现，是一个知识不断积累，认识不断深化的一个过程，我在前面讲了一段很长的历史，在DNA双螺旋结构之前，有上百年的历史，科学家都在追求怎么来认识遗传和基因，所以善于学习和鉴别，对已有的结论经过去粗取精，去伪成真，有选择地继承并且加以发展，才能做出重大创新。重大的科学发现，它不会孤立出现，在它之前，必然已经有前人大量的探索，它不断突出矛盾，不断扫清外围，等待着幸运儿的出现。因此只有掌握了前人发展的全部关键知识，但是又不盲从，才能站在巨人的肩膀上抓住机遇，实现突破。

第三，高明的学术领导人，像布拉格他善于利用自己积累的知识优势，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，没有权威意识，能够人人平等地展开严肃的学术争论，他支持青年的创意，可以完成指定工作之余来进行自由选题。

第四，选择有战略意义的重大课题，坚持不懈地努力是非常重要的，因为取得重大发现的路程，不会一帆风顺，中间会出现失败和挫折，像克里克和沃森中间就出现过重大的失败，所以进入新领域的青年科学家必须像克里克和沃森那样充满自信、不畏艰险、不怕失败、不怕嘲笑，以坚定不移的努力去实现自己认定的这个目标。

第五，要敢于竞争，更善于合作，克里克和沃森之能最后成功，在于他们两人之间有良好的人际关系，既能够顽强地坚持己见，又能够灵活地倾听对方的意见，在争论中间互相尊重，发挥各自的长处，最后服从真理，很快达成一致，他们很善于在竞争中间来合作，使得他们能够从皇家学院得到重要的实验数据，善于向周围科学家请教和学习，使他们最快地得到了正确的核苷酸配对的这个方式。

第六，实验是检验科学理论惟一的标准，保持理论和实验的密切合作，是取得重大发现、证明理论正确的关键，鲍林两次获得诺贝尔奖，是有丰富经验的化学家，如果他有机会像沃森那样，早一点看到这个X光照片的话，那完全有可能他会先发现这个DNA双螺旋结构，因为他已经发现过蛋白质的α螺旋，他对这个螺旋已经有很多的认识。所有这些都再一次说明，当重大发现的时机一成熟，在何时何地由何人发现，这是有很多因素综合决定的，确定最有发展前途的研究方向，创造适合重大发现的学术环境和条件，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且加以解决的问题。

我想我们国家目前的科研环境还不够理想，特别需要加强人文环境的建设，要创造一个科学团体内部，不同学术思想，通过竞争、选择、优化、融合而不断进化的自学、自组织的发展模式，同时从政策上要改进评价体系和经费分配的方式，改革个人收入与科研课题经费挂钩的做法，抑制急功近利和课题越变越小的单干倾向，要鼓励探索性强的自选课题，对一时的失败要给予宽容，从舆论和政策上要反对近亲繁殖，权威把持，坚持在学术问题上人人平等，要在强调专业深入的同时，加强最新科学成果，向周边相关学科的渗透和应用。要经常向专业人员进行扩大知识面的教育，要创造条件，鼓励不同学科专业人员进行学术交流，推动他们针对重大科学问题进行跨学科的探索和合作。优秀的人才要通过竞争来进行识别，学术评价要通过充分的学术争论达到认识上的一致，研究群体要通过提高科学道德和保护知识产权，达到和谐和协同。要提倡民族特别是青年的自信心和团队精神，敢于向权威挑战，通过学习和首创达到超越。

我想结论简单地说一下，中国目前正处在科技发展物质条件最好的时期，当然还可以更好了，我们也希望更好，但是如果能够迅速创造一个好的人文环境，选好科学前沿的发展方向和领军人才，吸引一批最优秀的青年，中国科学的起飞是指日可待的，谢谢。

草原蝗虫可持续治理 -张泽华

主讲人简介：

张泽华，中国农业科学院研究员，博士。从事草地重大病虫害防治技术研究、草原生态系统生物多样性与蝗虫自然天敌控制技术研究等。

参加国家自然科学基金项目三项、主持农业部重点实验室项目、国家计委示范工程项目、科技部成果转化项目等。获大北农科技成果奖、北京市科技进步奖。获实用专利，发表论文多篇。

内容简介：

全国大部分的省区都已经有了蝗虫的灾害、蝗虫已经呈现爆发的状态。观众对草原蝗虫的爆发表示关切。草原蝗虫为什么爆发？它对草原生态环境到底有什么样的影响？它造成的经济损失有多大呢？

蝗虫的灾害是一个历史性的问题，最早可以追溯到三千多年以前。在我们国家的历史上，解放以前曾经发生过940多次的蝗灾，平均每3年一次。最早在殷商时期的甲骨文当中，就有蝗字，并且有关于蝗虫治理的记载。古代发生蝗虫以后，就采取人工的方式进行扑打。在宋代已经出现治蝗的书籍和治蝗的法规。蝗虫的发生是一个世界性的问题，在世界上有100多个国家都发生过蝗虫的灾害，从1985年到2003年是蝗虫在世界范围内爆发的一个时期，在美国、非洲、澳大利亚、哈萨克斯坦等十几个国家，都相继爆发了大规模的蝗虫灾害。

蝗虫的灾害是毁灭性的。在古书当中，有这样的记载：“凶饥有三，曰水、曰旱、曰蝗，地有高卑，雨泽有偏被，水旱为灾，尚多有幸免之处，惟旱极而蝗，数千里间，草木竭尽，其害尤甚”。

全世界的蝗虫，大概有一万多种，成灾的有350种。我们国家有826种，成灾的有50种。其中近年当中，有19种严重成灾。在我国形成最大威胁的是亚洲飞蝗。

草原蝗虫爆发的原因主要有这么几点：一是全球气候的变化，干旱加剧；二是由于草原生态环境的破坏，沙化、退化日趋严重；三是由于化学农药使用的不当，使草原上天敌的种类、数量都急剧减少；四是邻国的蝗虫迁入到我们国家的境内进行危害； 另外，就是我们防治的能力、手段、方法的局限。

蝗虫的治理有化学和生物、生态结合的方法。用化学的方法可以直接消灭高密度蝗虫，挽回经济损失。生态治理有两条，一条是增加草原生态的生物多样性，改变生态的小气候，来控制蝗虫。另外一点，就是通过食物链机制来控制蝗虫。通过生态治理，使草原恢复原有的、风吹草低这样一个生态环境，达到治理蝗虫的目的。

《草原蝗虫可持续治理》 （全文）

电视机前的观众朋友大家好。现在我就草原的蝗虫跟大家一起做一个讨论。草原蝗虫目前的危害是一个热点，在全国的大部分的省区都已经有了蝗虫的灾害。蝗虫已经呈现这种爆发的状态，现在目前各个媒体相关的报道也非常多。观众对草原蝗虫的爆发也表示关切。但是，这个草原蝗虫为什么爆发？它对草原生态环境到底有什么样的影响？它离我们的生活到底有多近？那么，它的经济损失是什么样的？所以，我们就这么几个问题，在今天借这个机会与大家共同讨论。

首先，让我们大家认识一下什么是蝗虫。这一幅图，就是目前爆发最为严重，在我们国家的北方草原上曾经几年，连续几年成灾，叫亚洲小车蝗。这一个是东亚飞蝗，它在我们国家的历史上曾经爆发过非常严重的灾害。这是亚洲小车蝗的卵。这个是蝗虫的小时候，我们把它叫做若虫。这已经到了长大到了成虫了，成虫以后它会产卵，这就是蝗虫把它的腹部插到很深的地方，把卵产在土壤当中。这个就是蝗虫从小到大一个生活史的一个图，我们从下图可以看到，是蝗虫的卵开始孵化。最后，长成一龄、二龄、三龄、四龄，最后到成虫，蜕皮以后就可以飞了，飞完以后它又会去产卵，这就是不断生息繁衍。

蝗虫的灾害，它是一个历史性的问题，我们最早可以追溯到三千多年以前。曾经在我们国家的历史上，解放以前曾经发生过940多次的蝗灾。也就是说，平均每3年，几乎就是3年一次，我们看一看历史对蝗虫是怎么样控制的。最早在殷商时期的甲骨文当中，就有蝗字，并且，有关于蝗虫治理的记载。古代发生蝗虫以后，就是采取这种人工的方式进行扑打，这是古代治蝗的书籍，同时我们也可以看到，这是最早的我们国家的治蝗的法规，在宋代。蝗虫的发生它是一个世界性的问题，在世界上有100多个国家都发生过蝗虫的灾害，从1985年到2003年是一个蝗虫世界范围内爆发的这么一个阶段，在美国、非洲、澳大利亚、哈萨克斯坦等十几个国家，都相继爆发了大规模的蝗虫灾害。这是阿富汗的蝗虫，这是蝗虫起飞的情况，可以说遮天蔽日。

这个蝗虫的灾害，它是毁灭性的。在古书当中，有这个记载，说是：“凶饥有三，曰水、曰旱、曰蝗，地有高卑，雨泽有偏被，水旱为灾，尚多有幸免之处，惟旱极而蝗，数千里间，草木竭尽，其害尤甚”。那我们可以看一看，这个蝗虫灾害以后，它是一个什么样的情况，遮天蔽日。这幅图，是美国蝗虫灾害发生的时候，画的一幅漫画。是什么意思呢，就是蝗虫的体内它有很多的脂肪，当蝗虫多了以后，就在铁轨上聚集了很多的蝗虫，当火车过的时候，就会碾压蝗虫以后，在铁轨上形成很多的脂肪，起到润滑的作用。那么，火车如果开过以后，就会有脱轨的危险。并不是真的蝗虫把火车挡住了。另外，这就是蝗虫危害的一个情况，就是蝗虫危害以后，它吃到牧草生长点以下，好多草原上多年生的牧草就会连根被蝗虫吃掉，这块草场就会彻底毁坏，这是蝗灾过后的一个情况。

全世界的蝗虫，大概有一万多种，成灾的有350种，我们国家有826种，成灾的有50种。其中近年当中，有19种严重成灾。这是世界上最著名的也是危害最重的沙漠蝗，它在1958年发生过一次。其中它的蝗群的面积就达到1000多平方公里，它的一天的食物相当于40万人的一年的口粮，这是在取食的情况。

另外，还有意大利蝗等几种蝗虫，它的危害呢，也是非常严重的。所以看来蝗虫发生的种类也是非常多的。在我们国家的蝗虫当中，这是沙漠蝗，在历史上有记载，说在我们国家有。但是目前，还没有爆发过。所以我们应该密切关注沙漠蝗在我们国家的发生和发展情况。另外一个就是刚才提到的，亚洲小车蝗。它连续7年在我们国家北方草原大规模成灾，成灾的面积在2000年已经达到了1.2亿亩，2001年达到了2.2亿亩，2003年已经达到2.6到2.8亿亩这么一个水平。这是发生在新疆的意大利蝗，这两个不一样，这是两个不同的类型。这是东亚飞蝗，曾经在我们国家的历史上发生过重大的蝗虫灾害。亚洲飞蝗也发生在新疆，并且它可以从哈萨克斯坦向咱们国家的新疆地区迁飞为害。这是发生在内蒙古比较严重的一种蝗虫，这是青海和新疆的蝗虫，发生的蝗虫，这是河北内蒙古这一带草原上发生的蝗虫，这个是在内蒙古发生的一种蝗虫，它叫毛足棒角蝗。

蝗虫在国际上是分为两大类，就是叫做危害农田的，另外是危害草原的。而在我们国家，是把它叫做，称呼习惯上是叫做飞蝗和土蝗，这个和我们国家历史上飞蝗连年成灾给人们留下的深刻印象有关。飞蝗在我们国家有3个亚种，东亚飞蝗、亚洲飞蝗和西藏飞蝗，它的滋生地，主要是沿海、滨湖、内涝。最近，还有在海南爆发，划上了一个蝗区，叫做海南蝗区。飞蝗它一旦如果起飞的话，就会形成严重的灾害，但是如果它不起飞，在它的滋生地它不会形成危害。所以我们控制飞蝗的原则就是要做到飞蝗不起飞。其他有800多种的蝗虫成灾主要发生在草原上。那么，由于草原是畜牧业的重要的生产资料，同时，它的生态意义又非常重要。所以，原则上要做到草原蝗虫不成灾。我们国家的治蝗因为在历史上有过940次的蝗灾，90％都是由东亚飞蝗引起。在新中国成立以后，我们国家对飞蝗的治理是提到了一个日程上，所以提出了改治结合，根除蝗害的这么一个治蝗方针，所以使连续千年的蝗灾得到了控制，取得了举世瞩目的成绩。

目前，我们国家的蝗虫发生有这么几个特点：首先，近几年由于全球气候的变化，所以飞蝗和草原蝗虫都非常严重。飞蝗的威胁就是它一旦起飞以后，就会形成非常严重的灾害。而草原蝗虫的成灾，它既是一个历史的问题，又是一个新生事物。所以目前它的面积在逐年扩大，经济损失、生态损失巨大。所以，应该起动应急治理，由于草原的蝗虫在历史上成灾的次数是比较少的，同时目前发生又非常严重，它关系到什么呢，它关系到占国土面积四分之一的草原生态问题。同时，它也关系到我们西部的经济的发展。

今天，我们为了把这个草原蝗虫解读清楚，所以，我们今天只就草原蝗虫进行下面的探讨，就是草原蝗虫的爆发，它为什么爆发呢？主要有这么几点，一是全球气候的变化，干旱加剧。因为干旱以后它可以有利于蝗虫的发生、发展。蝗虫在几千年的历史发生过程当中，它已经适应了这种干旱的环境。所以，全球气候变化，干旱的加剧，使得蝗虫、有利于蝗虫的爆发。另外，就是在内陆地区像我们国家的新疆、青海、内蒙古、甘肃这一带，它受全球气候变化的影响最为严重。所以，蝗虫在这一带也爆发更为严重。另外一点，就是由于草原生态环境的破坏，沙化、退化日趋严重。沙化退化以后也有利于蝗虫的繁殖，这就是由于草原上养的羊，可能是过多了。所以，养的牲畜过多了，所以造成了草原生态的退化。退化以后，这个草场出现了裸露，裸露有利于蝗虫的产卵。所以这个情况下，也是蝗虫发生的一个必要的条件。在草原退化以后，就是更大规模的地面裸露以后，蝗虫就爆发了。蝗虫爆发以后，同时又加速了草原的生态的沙漠化。所以，就形成了草原退化、沙化和蝗虫成灾危害的这么一个恶性循环。

另外一点，由于化学农药使用的不当。化学农药使用不当，会使草原上的天敌的种类、数量都在急剧减少，我们可以看一看，由于化学农药使用不当，杀了蝗虫的同时，也会大量杀伤了蝗虫的天敌，使得蝗虫失去了自然的控制。另外，就是有一个新的特点，我们国家和临近的国家有五千多公里的边境线。在蒙古、哈萨克斯坦边境线的内外，它有很多的蝗虫在爆发。那么，在蒙古和哈萨克斯坦的蝗虫，它会迁入到我们国家的境内进行危害。另外，就是由于蝗虫近年它的自身的规律，也决定了目前应该爆发了。就是蝗虫它有这么一个发生发展的一个规律，它可能有这么几年是在爆发阶段，有这么几年又是低谷阶段。所以这是蝗虫发生自身的规律。

另外，就是蝗虫爆发也有我们防治的能力，我们的手段，还有我们的效果等等的这些防治方法和局限。另外，我们回到草原生态系统当中，草原生态系统它有它的特殊性。首先，草原生态系统是由原生植被构成的这么一个生态系统，它的物种丰富度比较差，它的系统也比较脆弱，它一旦遭到破坏以后恢复非常缓慢。就像我们刚才看到的蝗虫已经把草根都吃掉的这种情况。它甚至有些时候是难以恢复的。另外，就是草原的食物链结构在维系系统平衡当中发挥重要的作用，在草原生态的食物链当中，与蝗虫相关的实际是很多的，有好多蝗虫的天敌在控制着蝗虫，它为人类做出很重要的贡献。这个蝗虫的种类呀，蝗虫天敌的种类有很多种。有地面上在捕食的，就是吃的。还有就是微生物的，微生物这类可以让蝗虫感病这么一些微生物，另外还有寄螨，还有寄生昆虫，还有两栖类的，爬行类的，还有地下的捕食的天敌。还有一些猛禽，当鼠类少了的时候，猛禽可能要抓一些蝗虫来充饥，还有就是一些小型哺乳类，比如说黄鼬这类的蝗虫的天敌，它也在捕食着蝗虫。

但是我们大家可以想像一下，当我们用化学农药在草原上进行防治蝗虫的时候，这些天敌会怎么样呢？有一些天敌也会被杀掉。这就是，如果化学农药使用不当，就会对蝗虫的天敌产生负面的影响。那么这个影响的结果是什么样的呢？就是草原上它不同于农田，农田我们今天种这个，明天种那个，而草原这个生态是经过几千年形成的这么一个相对稳定的这么一个食物链关系。当我们打破它的食物链关系的时候，这个蝗虫就会失去控制。当我们把蝗虫的天敌都杀掉了以后，蝗虫就失控了。在那么大的草原面积上，要如果一旦失控的话，我们人的能力是非常小的，所以我们人类应该求助于自然，求助于自然的天敌来共同对付蝗虫。

所以，我们下边这两条就是提出来生物控制和生态的调控。就是我们用生物的方法，生物的方法不杀伤天敌。生态的调控我们可以调节草原生态当中的植物，这我们在后边还要提到，这个就是蝗虫的天敌，这就是芫菁类的这么一种天敌，它是什么样的呢，就是当它小的时候，出来以后找到蝗虫的卵钻进去，在蝗虫的卵中进行生长，吃蝗虫卵。也就是说，当它每一头成虫出来以后就已经消灭了一块儿蝗虫的卵。所以，它也是蝗虫的天敌。

另外，就是捕食性的天敌。这是一种蜥蜴，这也是捕食性的，叫通缘步甲。这个在我们国家的新疆、青海、内蒙古、甘肃的这个古北区当中，这个步甲的种类分布非常广。它是怎么样去捕食蝗虫的呢？就是蝗虫它从一龄、二龄、三龄、四龄到成虫以后，它有很多次要蜕皮，蜕皮的时候它是不动，这个时候步甲去了以后，就把它吃掉了。所以每个阶段都有蝗虫天敌在控制它。另外，就是草原的生态意义，可能远远大于它的经济意义，所以，我们在防治草原蝗虫的时候，要把着眼点既考虑到它经济的意义，又要考虑它生态的意义。

另外，蝗虫的危害，它会给我们造成多大的损失呢？首先我们直观地来看一看。假如说像上面的一个画面，蝗虫如果密度达到这个情况下，我们不用去计算，可以想像到它给我们人类造成多大的损失。另外下图是蝗虫在内蒙古的首府呼和浩特迁入到城区，迁入到这么多，我们可以想像蝗虫的种群它有多少。这幅图是在人工草地上我们看到的是什么呢？我们看到的是蝗虫的粪便，就是下面的棒状的东西都是蝗虫粪便，这个已经防治过了。如果不防治的话，我们可以想像蝗虫的粪便都这么多，那地面上植物还会有吗？这也是它的粪便很多，在地上有一层，这个就是我们在一平方米当中，就是我们防治完以后，在一平方米的范围之内，我们把死的蝗虫拣到一起它就这么多。可以想像它的经济损失有多大呢。另外，就是蝗虫还会使生态建设的成果遭受严重的破坏。什么叫生态建设呢？就是近几年，我们国家投入了很大的财力、物力、人力进行生态建设，因为我们国家北方的草原确实生态在退化，已经不能坐视不管了。所以，国家每年投入十几个亿进行生态建设，但是，建设是建设了，蝗灾来了以后，这些经济建设生态建设的成果就会遭到很严重破坏。

我们可以看到，这是六月的草原，蝗虫过后是一个什么样的情况呢？它像秋天一样。另外呢，就是蝗虫它危及我们国家北方的绿色生态屏障。什么是绿色生态屏障？我们前几年还记忆犹新，就是沙尘暴铺天盖地。那么，这个沙尘暴就是在北方的草原上，沙化退化以后形成，最后刮到我们这边来的。那么，我们的草原就是一道我们国家北方的绿色生态屏障。蝗虫要吃掉这块绿色生态屏障以后，我们可以想像那沙尘会是一个什么样的情况。所以，我们应该确实从现在开始应该重视蝗虫。

另外，就是我们国家有扶贫政策，好多农牧民在这个政策下已经脱贫了。但是由于蝗灾来了以后，又返贫了，不但是返贫了，有一些地方已经不适合人类的生存了。在那儿呢，像内蒙古的锡林郭勒盟南部，有一个牧场目前就已经这样了，都已经开始搬迁了。甚至有一些房屋，是刚刚盖起的，还是新的砖房，但是也被迫要迁移了。所以，看起来让我们真是触目惊心呀。蝗虫这几年国家也在重视，也投入了很大的财力进行防治，那么为什么草原蝗虫越来越重呢？我们不断地防，为什么越来越重呢？那就是它的发生面积比较大，就是2到3亿亩这么一个水平。那么防治面积是多少呢？像我们今年，就是2003年防治的面积就是5000多万亩，是一个什么样的概念呢？就是在有一些地方可能大一些，在多数地方，防治的面积不足发生成灾面积的五分之一，所以有好多地方蝗虫没有防治的地方，可以向防过以后的地方迁移扩散。所以，它会不但使面积越来越大，还会使以前防治的效果大打折扣。另外，就是我们国家在北部5000公里的边境上，不断有外来蝗虫的入侵，这也是蝗虫越来越重的一个原因。另外，就是和基础设施不完善也有关系。另外，就是物质储备，为什么要做物质储备呢？就是当蝗虫来了以后，因为它是一个突发性的，当蝗虫来了以后，我们要有足够的物质、足够的农药、足够的设备去防治它。现在呢，我们缺乏物质储备，所以，我们等蝗虫来的时候，我们没有能力去防治它，这也是一个原因。

另外，就是在我们研究上，现在我们全国研究蝗虫的人也就是二十几个，所以它的研究也是相对落后的。另外就是提出了可持续的控制体系，也没有健全。那么对于这样的蝗虫，我们应该怎么样去做，我们怎么样去防治呢？就是首先我们要研究蝗虫的发生规律，研究它的迁移，它的扩散，它是怎么样成灾的。所以这么几点我们要进行研究以后，就可以把握住蝗虫发生的规律，我们就会有的放矢。另外要制定科学的防治指标和技术标准。为什么要提出这一条呢？就是我们国家在前几年提出来的蝗虫的防治的标准，它是中型蝗虫可能是在15头或者25头以上，小型蝗虫在50头以上，每平米的时候，我们才能去，达到防治指标了，我们才去防治它。现在随着时间的推移，随着草原退化和沙化，它已经承载不了这么多蝗虫的危害了。所以我们应该把指标应该提到，我们甚至提到五头就应该防了，这个时候我们防治蝗虫就会更为主动。另外随着科技的发展，我们目前有好多设备可以利用。现在，我们要利用这种数字化的技术跟踪监测，最后综合判别、分析，我们该防与不该防。另外我们要有一支预测预报的这种队伍，预测预报很重要，我们当预测了以后，我们就可以有准备去防治。我们要如果没有预测的话，就是类似于救火。我们那儿火灾起来了，我们马上去扑火。所以有的时候就很盲目，另外人员也会很疲惫。另外就是我们一定要有应急的这种机制，首先，必须要建立一个应急的指挥系统。另外，还要加大资金的投入，加大防治的力度。就是在近几年我们要把蝗虫灾害遏制住，不让它再扩大。我们积蓄了我们的力量去进行长期的这么一个持续的治理。另外，要加强物质的储备，没有物质储备我们谈不上应急。

另外，我们要有人员，我们不是需要的一个专门的队伍，我们需要的是预备的队伍。这个预备队伍从哪儿来呢？就是从政府机关、一些专业的部门，进行预备队员的训练和调度的演习。当蝗虫来了以后，我们马上就把这支队伍拉起来，就可以进行专业的防治和集中连片保护环境，进行重点的防治。所以专业服务队也是非常重要的。另外，最关键的就是蝗虫灾害的持续的控制。就是蝗虫灾害呀，一个首先是发生，它不可能是一年两年的，它也不是我们一年两年就会把它治住的，它的面积可以缩小，但是有些地方它是一个永久的灾害。比如说有一些丘陵山区，飞机不能飞，地面设备不能到的地方，它有可能就是一个长期的，一个蝗虫的灾区。另外，国外的要向国内进行迁飞的，侵入的。那么这么一块呢，它就成为我们一个蝗虫源。那么，随着风向我们国家内陆进行侵入，当风向一变的时候，它有可能就落下来了。并且这种风、这种气候有可能是一个经常性的这么一个气候。所以在这种气候区域当中，有可能是一个蝗虫的常发区域，所以防治蝗虫它是一个持续的。另外我们讲持续还有方法也是持续的，我们不能说是就完全用化学农药来控制蝗虫。化学农药当然很重要，它在蝗虫爆发非常严重的时候，它是一个快速的应急的一个措施。但是，我们同时也要结合生态的生物的和其他一些方法来进行蝗虫的治理。首先我们要知道我们的蝗虫在什么地方，现在我们看到红色的地方就是我们蝗虫发生的区域，它在新疆，它在青海，青藏高原这一带，还有在内蒙古自治区，还有在农牧交错带这一带。在这些区域当中，它具体究竟在哪儿，这个是非常重要的。我们要把它确定下来，我们就能做到目标非常准确地进行蝗虫的防治。另外，在我们药剂的选择上和施药设备上我们也应该做到持续控制。比如说药剂选择，有生物的，有生态的，还有一些植物源的农药。这些农药，这些方法呢，都是有利于草原生态的，这种有利于食物链的构建的，所以这些都是一个非常好的方法。另外再看一看我们的施药设备。这就是我们平时经常在草原上应用的这种大型的机器设备。它有很多缺点，在红线以上这部分已经飘上天空了，它不会落下来了，所以就会造成药剂的浪费。而这个设备呢，它就会很好，它就会形成一个波浪式的这么一个正弦曲线递减波形的，它能够很快地掉下来，又能够准确地杀伤蝗虫。所以这个设备是一个。另外飞机，飞机防治我们现在目前的飞机防治就是这样一个情况，它的药剂的选择非常重要。如果药剂选择得不好的话，或者我们飞机上的设备不够先进的话，就会形成这么一个，就是药剂掉下来以后，就会下来了，就是现在我们看到画面上这三个，那么它的防治的，就是它的喷幅、每架次的喷幅仅仅是40米，而我们如果在飞机上装备了先进的喷头，又选择了合适的药剂以后，它就会形成一个这种正弦递减的一个波形，那么它的喷幅就扩大到80米，甚至达到120米，提高了我们的防治效率。另外，就是要强化我们的蝗虫的可持续控制体系。什么是蝗虫的可持续控制体系？就是我们一定要保护自然的天敌，并且我们还要操纵它，我们把这个自然天敌让它增殖、让它扩大，为人类来服务。另外，就是利用生物的农药实现长期的控制。生物农药就是像我们能够在蝗虫种群当中不断地传播、不断地流行、不但控制一年还要控制多年，实现一个长期的持续的控制。

另外，就是化学农药我们要选择一些高效的低毒的，并且在剂型上我们要选择一些对天敌杀伤比较小的，我们进行应急的治理。还有，就是利用生态建设。我们现在有生态项目，我们考虑生态建设当中，合理种植一些牧草，这个牧草有利于蝗虫天敌的生存发展，而不利于蝗虫，我们给它建设这样一个生态环境，那不就实现了长期的持续的控制了吗？我们看一看什么是蝗虫的自然天敌，鸟类是人类的朋友，这个是一种粉红椋鸟，它控制蝗虫非常有效。这个是由印度飞来的，在我们国家进行繁殖。我们国家在新疆这个地方给它搭了好多人工巢引诱粉红椋鸟，来帮助我们人类防治蝗虫。这是我们刚才看到的，叫一种步甲，这是一种食虫虻，这是一种寄生的，上面的是寄生蝗虫的蝇类。下面是寄生蝗虫的蜂，那么最后这个蜂从蝗虫的头部出来把蝗虫杀死。

另外生物农药都有哪一些呢？这是绿僵菌防治蝗虫，这个小圆形的就是绿僵菌的孢子，这是绿僵菌的菌落，它怎么样去防治蝗虫，控制蝗虫呢？它可以通过两条途径，一个是通过体壁，一个是通过食物进去以后，来通过蝗虫的体壁进入到蝗虫的体内，在蝗虫的体内增殖，就是不断地增长、增殖，消耗蝗虫的营养，并且产生毒素，把蝗虫杀死。最后，在蝗虫体内又会形成孢子，又会形成二次的传染源，又会在蝗虫种群当中，不断地传播下去。我们看到，这幅图是绿僵菌的孢子产生了这种分生孢子，要进入到蝗虫的体内了，下图是蝗虫已经被杀死了，右上图是已经产生很多绿僵菌的孢子最后又传染给下一只蝗虫，这就是它的传播过程。沙漠蝗也会被绿僵菌控制住，下图就是下边的这个已经被绿僵菌控制的沙漠蝗，体外产生很多的孢子。这个就是绿僵菌的一些产品，可以用飞机来进行大面积的喷洒防治。另外一个就是蝗虫微孢子虫，这个微孢子虫是一种原生动物，蝗虫吃进去以后，也可以在蝗虫体内的脂肪当中来不断繁殖，消灭蝗虫。再看，这是小鸭子，这在新疆已经繁殖了很多，就是牧鸭或者牧鸡来治蝗，牧鸭牧鸡治蝗实际它是一种科学的概念。它不像我们想像当中养鸭子、养鸡就能治蝗了，它是要选择出适合吃蝗虫的这种鸭子这种鸡的类型，并且，要训练它怎么样去抓蝗虫。还要给它不断建很多行营，在不断的行营当中一块儿一块儿地来控制蝗虫，否则的话这有一个经验，就是我们一开始搞牧鸡的时候，选择的牧鸡的种类不同，不十分好。它吃了蝗虫以后，几天以后它就不再吃蝗虫了。为什么呢？就是它消化不了蝗虫的几丁质，并且每一个脖子一歪，“咯儿咯儿”地，一个劲儿打饱嗝。所以有些时候牧鸡和牧鸭也是防治蝗虫的一个手段，它也是科学的一个方法。

再看我怎么样去进行生态的治理。生态治理有两条:一条是增加草原生态的生物多样性，改变生态的小气候来控制蝗虫；另外一点就是通过食物链机制来控制蝗虫。我们发现在草原生态系统当中有一种豆科的牧草，这个豆科的灌木能起到什么作用呢？很多个步甲，蝗虫的天敌，都到它下面根部去繁殖，去取食一些水分，得到一些水分。另外它又是芫菁的食物，直接的食物。它可以提供一些食物给芫菁，让芫菁发挥更大的作用，去消灭蝗虫。另外，它是蜥蜴，就是蝗虫的天敌蜥蜴的躲避场所。为什么说是躲避场所呢？蜥蜴的天敌蜥蜴也有天敌，蜥蜴的天地就是一种小型的鹰。鹰从天空看到蜥蜴以后马上下来就会把它抓住。但是这种灌木，蜥蜴看到鹰以后，它马上钻到灌木下面去了，所以老鹰也拿它没有办法。老鹰没有办法了怎么办呢？它也不能饿着呀。所以它就被迫吃蝗虫吧。所以我们不但养了这些灌木，不但使蝗虫的天敌增殖了，它会逼迫天敌的天敌也去防治蝗虫了。所以这就是我们的食物链控制蝗虫的机制。

有了食物链的控制机制以后，这是我们的基础。我们要提出来一个蝗虫的可持续治理的模式。这个模式我还是给大家介绍一下。它是比较专业，但是它对控制蝗虫确实是一种办法。我们用生物防治来控制不同的蝗虫，生物防治有一个特点，比如说利用菌，它需要，因为蝗虫是在草原上，前期、中期、后期中很长时间，最早的在6月份就有了，最晚的在9月份还在不断出现。那么，就需要在前期把这个菌引到某一种蝗虫上面，由这种蝗虫进行感染进行再引进。通过中间的蝗虫，比如说毛足棒角蝗作为一个桥梁，让这个桥梁把真菌传播到其他的蝗虫种群当中。这是我们用生物的方法来控制蝗虫的这么一个办法。还有，我们可以用化学的，或者生物加化学的，直接控制蝗虫高密度种群。另外，就是要把我们的生态控制蝗虫的机制引入到系统当中，再加上其他的天敌，这样就形成了一个对蝗虫的围攻、合攻之势。所以蝗虫被控制住，蝗灾被遏制住的时候可能也不会太远了。

这个就是我们的蝗虫可持续治理体系，已经有了。那我们用化学的生物的和生态的结合以后，是一个什么样的获得一个什么样的效益呢？就是我们用化学的可以直接消灭高密度蝗虫，挽回经济损失。否则的话蝗虫密度太高了以后，它对草场破坏非常严重。另外我们用生物的方法可以实现持续的这种控制，就是一代一代给它传播下去。它呢，不但是近年的，还要多年的，十年的，十五年的这种持续控制。另外，我们通过生态治理，这一个最根本的办法，使得我们的草原恢复原有的，甚至长得更好，真正做到达到风吹草低这么一个生态环境。既可以灭蝗了，又可以增收了，所以这种体系也是它的非常好的这么一个。

另外就是在蝗虫治理当中，因为蝗虫发生在内蒙古、新疆、青海、甘肃等草原省区，所以，都是我们国家的西部。蝗虫的治理，不能够以牺牲环境为代价。因为西部的环境优势就是它没有污染的这块净土。如果西部连这块净土也没有了，那么它和中东部竞争的优势何在呢？所以我们一定要保护住这块净土。所以，我们要保护住这块净土，要实现蝗虫的可持续治理，一定要有法可依。就一定要依照《草原法》来进行蝗虫的治理，这是我们关键的法律方面的依据。这个不是真正的蝗虫，它是一个人为制作的这么一幅图，它表达一个什么意思呢，就是蝗虫是多么的严重，但是，同时它也给我们一点幽默。所以今天呢，谢谢大家。非常感谢。（来源“cctv-10《百家讲坛》栏目）

二十一世纪科技 -约翰·吉本斯博士

主讲人简介

约翰·吉本斯博士，曾任田纳西大学物理教授，美国国会技术评估办公室主任，美国前总统克林顿科技顾问，白宫科技政策办公室主任，同时为国内决策顾问委员会、国家经济理事会和国家安全理事会成员，负责监督国家科技委员会，协调科技政策和整个联邦政府的预算。现任美国国务卿全球事务特别顾问，美国工程院资深院士。

内容简介

科学知识以及其通过工程科技的应用，是推动经济增长的发动机，它可以使人们能够达到自己的目的，而这些目的通过其他手段是达不到的。它是经济增长的发动机，也是改善生活质量的手段，如我们的健康，我们的环境，我们的安全。但是同时，这种进步也可以引起很多严重的问题，每一种伟大的思想，既有为善的可能性，也有被滥用的可能性，我们应该对科技发展的正反两方面的作用都要保持高度的敏感。美国有一个强大的创造新知识的体制，我们选择最好的思想，最好的人员，最好的机构的体制，是非常有竞争力和创造力的。公平竞争的过程对于选择最好的结果，永远是非常重要的，并且要对成功者有相应的回报。但是，在基础研究方面却不能确定哪个基础研究领域是最有可能成功，因为你无法预测基础科学的未来。基础科学是对未知世界的探索，但是通过经验可以做一般的预测，用于推动知识前沿向前发展的投资，总会给那些投资者带来非常好的回报。新兴的工业是以知识为基础的，它有赖于受过教育并能掌握先进技术的人员，它也依赖于不断的新发现和技术革新，以及新技术迅速地转化为商业产品。我们必须设计非常好的办法，来使新发现跨过横在其和市场之间的障碍。我们对于新的思想能够给我们带来什么，只能做一些猜测。实际上，从科学及工程技术方面的发现，到社会对它的重要性的承认，比如诺贝尔奖，从发现到承认的时间跨度，往往是二十年。今天最具影响力的科技研究进展，是在细胞、分子、原子水平进行的，也就是所谓的纳米科技。实际上纳米科技在许多方面都非常具有发展前景。在纳米科技及其发展方向上，传统的学科之间的差别，已经迅速地被跨学科的合作所抹煞。跨学科的合作已在前沿发现中占有主导地位。所以知道如何跨学科，并以集体而不是以个人来搞研究，变得越来越重要。科学技术方面的突破，对于社会发展会起到至关重要的作用，而明智的利用这些技术更加重要，许多问题，如人口增长、能源系统、全球气侯变化，都需要经过50年或一个世纪，才能有明显的变化，正像一个中国古人所说的，千里之行，始于足下，我们必须在本世纪就要考虑这个问题，并处理这个问题。

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我已有了将近五十年的科技工作生涯，我知道五十年对一个人来说是多么短暂。这确实是很短暂的一段时间，但一个人在五十年的时间中确实能学到一些东西。我希望我在这段时间学到的东西对你们今天来说有所帮助。我学到的第一件事就是科学知识以及其通过工程科技的应用，是推动经济增长的发动机，它可以使人们能够达到自己的目的，而这些目的通过其他手段是达不到的。它是经济增长的发动机，也是改善生活质量的手段，如我们的健康，我们的环境，我们的安全。所以，我们科技界的人士，是帮助全人类创造更美好生活的工具。我把它看作一种使命性的工作。但是同时，这种进步也可以引起很多严重的问题，每一种伟大的思想，既有为善的可能性，也有被滥用的可能性，我们应该对科技发展的正反两方面的作用都要保持高度的敏感。例如信息科技，从手机到电脑，可以大量增加我们的交流和获得信息的能力，例如互联网。但同时这种科技对我们的隐私的概念提出了挑战，也带来了滥用这种获得信息的能力的危险。例如，如果网上有错误的东西，我们的孩子在上网时就不仅会看到好的东西，也会看到那些错误的东西。所以对于科技界人士来说，不但要意识到新科技所带来的机遇，同时也要防止科技在社会发展中被滥用，这是同样重要的。另一个例子是先进的武器。这些武器是在冷战期间被开发的，现在冷战结束了，但是同时，我们和中国、俄罗斯以及其他一些国家一样，面临着控制在冷战期间发展的大规模杀伤武器的问题。在我们进入这个世纪以后，这是我们所面临的一个巨大挑战。我们也知道，先进武器曾经对保护和平起到重要作用，现在却扩散到了某些为了自己的私利益而企图使用它们的人的手中，这是非常具有破坏性的。所以，科技界的人士虽然对社会做出了很大的贡献，但同时也要为这些技术的坏的方面，技术的滥用，负有一定的责任。

我想与大家分享一些我对21世纪全球科技战略的一些观点。谈到美国经济，人们可以说美国有很丰富的资源，以及其他条件来使得它达到了它的经济增长。我们有多民族的勤劳的人民，但是许多其他国家也有同样的特点，它们也有丰富的资源和勤劳的人民。美国有一个强大的创造新知识的体制，我们选择最好的思想，最好的人员，最好的机构的体制，是非常有竞争力和创造力的。公平竞争的过程对于选择最好的结果，永远是非常重要的，并且要对成功者有相应的回报。但是，在基础研究方面却不能确定哪个基础研究领域是最有可能成功，因为你无法预测基础科学的未来。基础科学是对未知世界的探索，但是通过经验可以做一般的预测，用于推动知识前沿向前发展的投资，总会给那些投资者带来非常好的回报。在美国我们总是发现，在十年二十年或者三十年之内，在一定的时期内，对于尖端和基础科学技术研究的投入，对于社会每年有高达30％到50％的回报。这种投资的回报率是非常高的，但是我们无法确切地知道哪一种会成功，我们只是可以肯定在这方面确实有非常大的回报。我要给出几个例子，例如光纤，在1966年时，它只是物理学的一个很不起眼的领域中的一个概念，但现在它承担着美国绝大多数的长途通讯。它是很多学科的相互融合而产生的一个有趣的结果。玻璃化工，变频激光，高速电子，以及其他不同的技术，综合起来，才使光纤技术的发展成为可能。从中得到的另一个经验是，从专业中得到知识是很重要的，但是好多专业结合起来，也就是跨学科的工作，也是非常重要的。在这方面，整体往往大于各部分之和。这是在座的科技工作者有机会来做的事情，这是很重要的方法，对于大学来说也是如此。另一个例子，全球卫星定位系统。这是由很多基础研究的交融而产生的，如物理学、软件、通讯技术、高速电子学和空间科学，所有这些结合在一起。它首先是为了军事导航的目的而开发的，现在它在全球商业市场中发展很快，用于航海、航空安全和对于全球生态系统的监控，以分析生态系统的运行机制。全球卫星定位系统具有非常高的精确性，现在在许多新型汽车中，有一个小屏幕，只要你按一下按钮，上面就可以显示一个地图，可以显示你在地图上的精确位置，这都要归功于全球卫星定位系统。另一个例子，恶劣天气预测，这增进了我们对影响天气和气候的种种因素的了解，这种技术来自于空间平台，强大的计算机能力和持续的大气科学研究的结合。它使我们避免了很多生命和财产的损失。

新兴的工业是以知识为基础的，它有赖于受过教育并能掌握先进技术的人员，它也依赖于不断的新发现和技术革新，以及新技术迅速地转化为商业产品。我想强调一下，新思想的产生及其向市场产品的快速流动。因为基础发现和新的观念从实验室向市场的流动过程，是一条非常难走的路，因为这是两种不同的活动，有时这种流动并不通畅。在美国我们有时候把它称为死亡之谷，处于以下两者之间，一面是新知识的发现，一面是其作为产品和服务在社会中的应用。我们必须设计非常好的办法，来使新发现跨过横在其和市场之间的障碍。我们对于新的思想能够给我们带来什么，只能做一些猜测。实际上，从科学及工程技术方面的发现，到社会对它的重要性的承认，比如诺贝尔奖，从发现到承认的时间跨度，往往是二十年。需要二十年才能使人们了解一个新发现的实用价值，从而使之获得诺贝尔奖的承认。这也说明我们必须要非常认真地研究一个发现的重要性，直到经过足够长的时间，才能理解它的应用价值。当查尔斯?汤恩斯及其同事发现激光的时候，他们一点想不到他们发明的激光，会在现在的超市中的收款台上，用于检验商品的条形码，他们只是把它当做一种非常有趣的物理现象。我再说一个例子，联邦政府对APPA网的早期投资。这是国防部的一个高科技研究项目，它一开始是一个国家计算机网络，它不但有助于我们的国防工作，也自然而然地给我们带来了国际互联网和万维网。在座的有谁没有用过万维网吗？这很令人吃惊，不是吗？如果没有万维网和手机，我们将如何生活，我真不知道。我另一个例子，是公共资金对于分子生物学、转基因农业和生物医学研究的投资，这催生了多种多样生物工程产业。在美国仅仅这项产业，就提供了十万个就业机会，并有八十亿美元的销售年收入。我们对于科学技术的投资，其非经济学方面的意义，以我的观点，至少也像所谓的市场经济方面的意义一样重大。我们要知道，市场通常只是计算一种发明的全部费用和价值的有限的一部分，但另外还有所谓的非市场价值。例如环境质量，我们也必须考虑。例如生物技术、药物及医疗设备等方面的研究，为我们提供了更健康的生活。环境方面的研究，通过更好的监控、预防和修复技术，给我们提供了更纯净的空气，更清洁的水，更持久耐用的的土地。通过卫星和电脑模拟而形成的监测预报技术，帮助我们挽救了那些由台风、暴风雪及其他极端天气所造成的生命和财产损失。农业方面的研究，生产了丰富的更安全、更健康、更美味的食品。空间科学的研究，使得航空更安全。能源方面的研究，为我们提供了更清洁的能源，并减少我们对煤和石油的依赖。信息和长途通讯技术使在全球范围内进行即时的交流成为可能，对于我来说，用E—mail和中国联系与我和隔壁邻居联系一样方面。这确实令人惊叹。

也许今天最具影响力的科技研究进展，是在细胞、分子、原子水平进行的，也就是所谓的纳米科技。实际上纳米科技在许多方面都非常具有发展前景。在纳米科技及其发展方向上，传统的学科之间的差别，已经迅速地被跨学科的合作所抹煞。跨学科的合作已在前沿发现中占有主导地位。所以知道如何跨学科，并以集体而不是以个人来搞研究，变得越来越重要。

下面我说一下我的第二个观点，也就是公共和私人投资在研究开发中的作用。我特别强调国家在推动科学技术发展中的作用。首先我们必须要保证对基础科学研究提供非常有力的支持，以推动知识的前沿不断向前拓展。我很高兴的得知，中国科学院的研究经费正在增加。这也反映了一种信心，即对于中国的未来来说，在科技方面的投资，是一项最好的投资。另一个不可替代的作用，是培养一些懂科学懂技术的劳动者。不仅仅是科学家和工程师，而是所有的劳动者，使他们能够更好地用知识武装起来，以应付那种世界。这种教育的另一个好处是可以使人们能够享有一种更丰富的生活，并对于他们生活于其中的世界有一种更好的理解。知识就像一幅美丽的图画，如果你没有知识，就无法欣赏这幅图画，第三个作用是要提供一个市场环境，以鼓励发明和投资。政府的另一个作用，是提供一种建立并维护制度的方法，以保障对环境、生态系统、人类健康和安全的保护，以及对知识产权的保护，例如专利。同时，还要促进互利的科技合作。科技方面的合作是中美关系的一个非常重要的一个方面。我们知道科技方面的合作所带来的好处要远远大于市场意义，例如对于国家安全，公众健康，空气和饮水质量，气候保护，和食品安全，教育和培训以及环境都有重要的意义。但是，正如我所提到的，科技在市场之外同样也能造成一些危险，例如伦理学方面的问题。在美国，这种伦理学方面的问题，已经促使美国总统建立了一个国家生物伦理咨询委员会，以向总统和国会提供建议。这个委员会是由科学家，伦理学家以及其他学者共同组成。这个委员会是为了保证我们能以给社会造成最小的不利影响的方式来利用最新技术。只有国家的研究开发资金才能保证对这些方面问题有足够的重视，因为市场一般对这些市场意义不大，但却非常重要的问题，给予不了足够的重视。绝大部分这方面研究，都需要一些统一的国际标准，所以科技的发展，自然地使我们越来越成为一个全球性的社区，而不是单个的国家。我还想提一下国家的另一个重要作用。国家与私人的合作是非常重要的，可以促进对经济增长起重要作用，并能提供很多劳动就业机会的研究和技术，而这种研究和技术也许就是不能吸引足够的私人投资。私人投资往往是流向能够在几年之内获得回报的领域，但是有很多重要的领域，需要很长时间才能得到回报，这就需要国家资金的投入或合作，因为公共资金不但要考虑这代人的问题，而且要考虑下一代的问题，所以美国政府对于研究开发有专项的投资，对于在那些私人投资不充足的地方，与私人投资在分担费用的基础上进行合作，因为这些投资对于私人投资来说有很高的，难以接受的技术风险。

我刚才说过这种投资有很高的回报，我现在多谈一点公私合作问题。有一个重要的原因是，随着时间的发展，在产业中产品的寿命，例如笔记本电脑或者手机，它们的有效寿命变得越来越短。你今天买一个手机，也许几年之内就过时了，并不是因为它不能用了，只是因为它不像新的那么好。所以，产品的生命周期越来越短。这非常重要，因为如果公司必须把注意力集中在两至三年的话，它们就不愿意对于一些长远的项目进行投资。所以在市场中的私人投资公司只会对那些在一两年，两三年就能见效的发明创造，进行投资。如果需要十年的时间，才能开发一种全新的基础技术，例如可再生的能源，这显然不符合私人投资的要求，这就是为什么我们需要这种公私合作。这是我们正在致力解决的问题。我想在此介绍一下美国公私合作方面的经验。美国已经建立了一些公私合作的项目，为了保证这些项目的实施，首先这些项目必须是以市场为驱动，政府和私人共同来设定这个计划，共同决定研究的重要领域。另外，费用要分担，私人资金与政府资金要集中起来，其中私人资金要承担一半或者一半以上。这需要一个模拟的市场测验，以使私人资金可以确定该项目是否太不着边际或无关紧要。所以，市场和虚拟市场测验是非常重要的。另外很重要的是，这个工作必须是有竞争性，而且是以业绩为基础，并且要受到同行的评价，也就是说，它必须要通过同行对它的评估，才能确立这个项目。我等会儿要举个例子。具有竞争性和要受同行评估，有助于使计划集中在最具有创造性的方面。最后，这项工作还要受到定期的和严格的评估，以保证该计划可以达到预期的目的。所以，对于公私合作来说，项目进行过程中的评估是非常重要的一个方面。我们知道，在20世纪这种合作关系一直进展的比较好。例如在农业、航空、健康、电子、空间、生物科技方面，当我们进入21世纪以后我们发现我们面临着和平和繁荣的巨大机遇，同时也对安全、全球稳定以及我们传统的自由带来了新的挑战。冷战的结束扩大了我们和平联盟的机会，但是冷战结束以后，继之而来的是一种危险更加扩散、更加多样化的环境。在全世界范围内的人员和信息的流动的加速以及技术和资金流动性的增强，这有力地促进了全球的繁荣和可持续性发展，但另一方面，这也使一些先进武器得以扩散，包括一些大规模杀伤武器。消费的增加以及全球的人口的压力，造成了全球资源的大量的消耗和环境的恶化，在所有的国家都是如此，这消耗了我们长期的经济能量，并动摇了我们政治的稳定。考虑下面一些统计数字，这些统计数字是关于我们所依赖的全球生态系统的，这是个全球的平均值，全球可耕地，显示土地退化，全球60％的农业土地显示退化。全球的森林覆盖面积比农业活动开始以前已经减少一半，这只有一万年左右，以地理学时间来看，这只是昨天而已。出于这个原因，我认为，在现有合作的基础上，我们需要加强多国家的紧密的合作伙伴关系。例如在以下项目的研究开发上面进行合作，基因组、气候变化，海洋学研究，还有生物多样性、核裂变等方面。我们一定要以全球一体化的态度来进行合作，找到认识并解决全球性危机的办法，我们该怎么办呢？我认为现在新出现的和重新出现的传染病爆发，正在威胁着全世界人民的健康，HIV艾滋病的日益加剧的悲剧，已经清楚地证明了这一点。影响人类、动物、植物健康的疾病正在迅速蔓延，这是由于交易和旅行的增加而造成的。在全球范围内，这都影响着人类健康和生产力。

人口的急剧增加，以及大范围的污染和其他环境因素的恶化，同时还有可靠的清洁饮用水的缺乏，全球还有整整五分之一的人还缺乏清洁的饮用水。所有这些因素都造成了这些疾病的加剧和蔓延，对于科学和技术人员来说这是非常巨大的挑战。实际上曾经有一个非常著名的医生告诉我，在医学方面，20世纪最大的成就，是卫生工程而不是医药，卫生工程可以减少疾病的发生。

我还想谈谈自然灾害，这对所有的国家都非常重要。例如，我吃惊地获知，在美国自然灾害如洪水、地震、龙卷风等，它们平均来说对美国要造成每周十亿美元的损失。这也反映了一种事实，就是我们受这类自然灾害的影响越来越大。所以科技人员所做的任何有助于了解自然灾害及预防其发生的工作，对社会来说是很巨大的潜在的回报的。自然灾害能以如此突然和灾难性的方式，对于人类生命和可持续发展造成巨大损失，例如龙卷风或者台风。全球性威胁如气候变化，臭氧层的破坏，还有物种的消失，需要经过几十年才能被人们意识到并形成危机，如果需要几十年的话，那大部分的政治家就不会注意这些问题，只有近期的问题才能引起他们的重视，所以这些因素无论是近期的或远期的，都对这一代和下一代人健康和长远的福利带来了非常巨大的挑战。

我认为对于世界来说，生物多样性的破坏，是一个尤其紧迫的危机。这个问题的后果在于它们是不可恢复的。如果空气中有灰尘，如果我们停止制造灰尘，我们就可以让它们在几周之内消失。但是，如果我们的一些物种消失了，我们永远无法恢复它，它们就永远的消失了，对于我们和我们的后代都这样。物种的永久性消失意味着对于我们以及我们后代来说，我们将无法用这些动物和植物，来作为我们的医药、油料、纤维、食品、化学原料以及其它对我们来说非常重要的东西的来源。这被称为是生态系统服务，我们一向把它们理所当然地接受，我们觉得它们是免费的产品，是市场之外的免费的产品。但我们知道这些为我们的经济发展提供了非常重要的物质基础，但是在现代经济会计体系中，我们却从来不计算它们。在座的有没有经济学家，请不必举手了。但是我们需要更多的经济学家，来考虑这些对社会来说非市场方面的价值，并帮助来保护这些非市场价值。

我还要强调说一下，全球人口爆炸，这是个非常重要的问题，而且也是我们刚才所讨论的许多困境的一个前提。最近的历史表明，在很多发展中国家，即使是最显著的总产值的增加，也会被急剧的人口增加所抵消。我认为在沙特阿拉伯等国家，这种急剧的人口增长速度，远远大于它们的石油和经济的增长速度。所以即使他们经济仍然增长，但是每个人的平均收入却没有增加。而且这显然要造成紧张状况的增加，而这有可能导致暴力冲突。我认为中国在跨世纪的阶段，在控制人口增长达到某种平均状态方面所做的工作，对于全世界来说都是一个很好的榜样。我为中国人能够清醒地认识这种涉及后代的挑战，而感到自豪。这不是个非常容易的工作，但却是个非常重要的工作。到2050年左右，我们全球总人口将超过了八十亿。这些增加绝大部分是在那些发展中国家的城市中，全世界的城市人口，从1985年的10亿将增加到2025年的40亿，在40年中就要增加四倍。收入的增加和城市化的加剧，会造成人们饮食结构的变化，加之总体人口的增加，这就意味着人们对于食物和其他资源的需求会增加。在2025年，对于这种生产力的需求会增加两倍以上，仅仅在25年之内。这是一种扩张性的增长，但是是不可持续的。所以科技人员所面临的挑战，就是明白这种趋势，使人们理解这种情况，并设法解决它。无论是单个的还是整体的，这类的威胁，对于发展中国家来说，会造成国家的不稳定。所以在自然和社会科学方面的研究，就是要了解这些世界性问题的来源、特点和后果，并找到这些问题的解决方法。所有这些问题非常复杂，变化多端，相互影响，而且彼此相关。所以，这就需要自然科学家，社会科学家和工程师，以及政策制定者共同合作。我们一定要更好地互相理解，互相合作，来共同理解并应对这些问题。

科学技术方面的突破，对于社会发展会起到至关重要的作用，而明智的利用这些技术更加重要。在这方面一个挑战是，如何充分利用新技术，使它最大的提高生产力，而不造成对自然资源多样性和完整性的长期的损害。例如科技产生了绿色革命带来的高效率，在全世界范围内都提高了农产品的产量。但同时，不良的灌溉系统，也使得土地产生了退化，大量地使用化肥，也严重地污染了我们的水资源，这也说明我们的科学技术并不完美。许多问题，如人口增长、能源系统、全球气候变化，都需要经过50年或一个世纪，才能有明显的变化。正像一个中国古人所说的，千里之行，始于足下。我们必须在本世纪就要考虑这个问题，并处理这个问题。

我下面想谈谈21世纪，我不认为我一百年之后还会活着，但也许吧，但我对一百年以后发生什么事情很感兴趣。当你成为一个祖父的时候，你会想到很远以后的事情。我现在就是一个祖父，所以我会想到一百年以后的事情，这很正常。有一个拉丁词，叫Carp Saeculum, Carp Saeculum意思是看一个世纪。21世纪是一个充满奇迹的世纪，因为好多最根本的挑战都集中在这个世纪，这是我们的关键时刻。但是我不想谈太多了，因为这毕竟是你们的问题。但我认为，很有必要思考一下21世纪。当所有方面的发展的结果都集中在我们面前，使我们处于一个非常关键的境地，这就是为什么“可持续性发展”这个词变得非常流行。人们开始长远地想问题，而不仅仅想下一年，下十年，而是想的更长期的问题。我们应该成为一个产生变化的发动机，以使我们能够使世界由一个扩张的状态变回一个平衡的状态。以某种形式，虽然我们不知道这是什么形式，但我知道一百年之内我们会进入那种状态的。谢谢你们今天上午的耐心，很高兴和你们在一起，我也希望我的谈话对你们有所帮助，而且我欢迎你们提出问题。非常感谢。

提问： 谢谢你的演讲，你认为中国的科技应该采取那种战略？是像日本那样模仿其它国家，并利用其它国家的成果，或者像美国一样，建立新的工业，开发新的技术，例如信息技术，谢谢。

答： 谢谢你很好的问题。我想我们最好的机会是把我们的经济向以下方向转化，我认为我们应该更多的利用我们的智慧来利用物质进行生产产品和服务，并尽量的减小环境影响。这意味我们应该把问题看成是在一种更封闭的系统里，目标是零浪费，充分利用，并且是重复利用物质。这是一条出路，在欧洲和美国，就在利用一些新的技术革新，来代替资源的利用。这就是所谓的向后工业社会转化，而且信息工业也随之而来。因为如果你想以最低的浪费来生产，就需要信息技术和质量控制以及物质的重复利用，实际上这就是向信息社会转化。这并不意味着我们不再需要产品和服务，只是意味着它们以另外一种方式被获得。曾经有人问我，所谓的非物质化经济，就是指的我们需要的东西越来越少吗，我说不是，我们只是用不同的方式处理问题，而这只有来自于具有革新性科学技术。谢谢 。

提问： 我的问题是，在美国如何评价研究成果的？特别是那些从政府获得资金的研究，因为我们都知道，基础研究需要许多年才能得到很好的结果。谢谢。

答： 一个很好的问题，美国国会曾经提出了一个《政府行为及结果法案》，这个议案得到通过。他们说我们国会每年都想知道你是如何利用上一年给你的资金，你达到了什么样的结果。在很多方面这比较容易评价，诸如健康服务的提供等等。但是对于基础科学来说要在一年、两年、五年之内做出评价是非常困难的。这些钱利用得怎么样，所以美国也在解决这个问题。当越来越涉及到对基础研究投资的时候，如何来及时评价它的价值，以评估投资效果。这确实是一个非常具有挑战的问题，但也有一些方法来处理它，国家科学基金会，向美国总统和国会都有一个详细的报告，关于如何明智的评价一些基础研究的重要性。我认为因为是基础研究，所以不知道它究竟走到何处，在最后分析时，最基本的一个条件来确定它的价值，是你的研究成果被多少人引用，人们从你那儿能获得多少东西。令人吃惊的是，他们并不是在国家科学基金中寻找答案，他们是在私人申请的专利中寻找答案。有多少申请的专利中引用了你的东西，他们就会发现所有的各种国家支持的研究，都在这些专利的背后起作用。这就是一种相关性的评价，从其他方面来评价。所以在ESF报告中确实有一些评估机制，你可以从中了解更多的信息。让我再次感谢你们的耐心和热情，我对你们的英语水平确实感到很吃惊，如果我的中文水平有你们的1％的话，我就会非常感激了，谢谢。

飞机设计师的飞行生涯 -周日新

主讲人简介：

周日新，中国航空工业第二集团科技委委员。曾任航空工业部政策法规司副司长，《航空杂志》总编辑，发表150余万字航空科普作品。

内容简介：

飞越英吉利海峡第一人-布莱里奥：1909年7月25日凌晨4时35分，布莱里奥驾驶他设计的布莱里奥Ⅺ号单翼机起飞，飞越海峡用了36分钟，飞行距离41.9千米。

世界第一个飞行纪录的创造者-桑托斯.杜蒙：被国际航空联合会批准认可第一个飞行世界记录创造者是阿尔贝托·桑托斯·杜蒙。1906年11月22日，他驾驶14比斯飞机用21.2秒飞行了220米。千米环形飞行载史册-亨利.法尔芒：1908年1月13日，在法国巴黎，亨利·法尔芒驾驶瓦赞制造的双翼机，完成了1千米环形航线飞行，飞行时间1分30秒，从而创造了一项新的飞行世界纪录。

在飞行中发现了美的人-寇蒂斯：寇蒂斯在1911年，将他自己设计的陆上飞机改装成水上飞机。这是第一架实用型水上飞机，寇蒂斯驾驶它访问了宾夕法尼亚号军舰。

驾驶“蓝色比尔”试飞的波音掌门人-波音：威廉·爱德华·波音是个响亮的名字。人们都知道他是世界最大的飞机公司的创始人、著名企业家，其实，他还是飞机设计师和飞行员。

世界直升机之父-西科尔斯基： 1939年春，西科尔斯基新设计的世界第一架实用直升机VS-300制造出来了。9月14日，时年50岁的西科尔斯基举行了隆重的首飞仪式。

驾驶“蜘蛛”行天下-福克：福克把自己设计的第一架飞机命名为“蜘蛛”是形象的比喻。他能够自己驾驶飞机，能够在飞行中考察飞机的性能及缺陷，福克飞机性能逐步提高。

飞行激励他踏上航空路-达索：达索孜孜不倦于飞机设计直至他的晚年。达索对飞机和飞行情有独钟。他说：“一架漂亮的飞机，飞起来一定是很美的。”

“速度狂的独裁者”-休斯：1938年，休斯决定向环球飞行的世界纪录发起挑战。7月10日，休斯驾机起飞，环球飞行时间是3天19小时17分。实际飞行时间是91小时14分。

坚持试飞自己设计的飞机-安东诺夫：安东诺夫1906年1月25日生于莫斯科附近的乡村，父亲是建筑师。他从小迷恋航空，最终设计了著名的安-2飞机。

《飞机设计师的飞行生涯》 （全文）

百年航空，群星灿烂。其中才华横溢的飞机设计师十分引人注目。他们中间的一些佼佼者，不但以自已的杰作-各种优秀的飞机著称于世，而且还对飞行情有独钟：或亲自试飞自己设计的航空器；或是飞行纪录的创造者；甚至驾机环球飞行……他们堪称“两栖”又“双赢”的航空奇才，为百年航空谱写了瑰丽的篇章。

飞越英吉利海峡第一人-布莱里奥（1872-1936）

路易·布莱里奥是法国著名航空先驱、飞机设计师和飞行家。1872年7月1日生于法国的康布雷。他毕业于工程技术学校，从事汽车零件制造与销售。直到2001年，他才涉足航空，开始制造滑翔机和扑翼机，1906年开始制造飞机。在早期的飞机中，有双翼机和单翼机之分，而主流是双翼机，布莱里奥偏偏反其道而行之，潜心研究单翼机。1907年，他驾驶自己设计制造的单翼机首次完成了40千米的越野飞行。

许多世纪以来，英国与法国之间惟一的交通就是渡船。1802年，法国的拿破仑曾接受一位法国工程师的建议，打算在海峡之间修建海底隧道，后因战争而搁置。在20世纪初飞机发明之后，在欧洲大陆掀起了航空热。英国著名报纸《每日邮报》在1908年底设立1 000英镑奖金，奖给能够驾驶飞机飞越英吉利海峡的飞行员。布莱里奥怦然心动他决心驾驶自己设计的飞机飞越海峡。1909年7月25日凌晨4时35分，布莱里奥驾驶他设计的布莱里奥Ⅺ号单翼机起飞，该机翼展7.8米，装一台25马力的安尼托发动机，飞机自量227千克。这个飞机后部机身没有蒙皮，还安装有一个气囊，原来是布莱里奥汲取了另一位飞行员拉塔姆飞越海峡失败的教训，如果遇到发动机空中停车的情况可以帮助飞机浮在水上。

布莱里奥驾机飞行10分钟，就越过了在海上监护此次飞行的法国鱼雷驱逐航。过后，布莱里奥便四处茫茫皆不见了，因为飞机上既未安装高度表和速度表，也没有安装指南针引导方向，此时他几乎是盲目地依靠直觉在飞行。驾驶舱也没有安装挡风玻璃，速度为每小时56千米的大风吹打着他的脸。

晨光渐渐闪现，英国的陆地出现在眼前，布莱里奥惊喜万分地认出多佛的悬崖峭壁，飞机在一块陆地上进行硬着陆，飞越海峡用了36分钟，飞行距离41.9千米。

同年8月22日，在法国小城兰斯举办的世界首次飞行竞技表演会上，他驾驶自

1910年，布莱里奥获得法国飞行俱乐部颁发的第一个飞行执照。

布莱里奥这位飞机设计师的飞行生涯可谓险象环生。1905年-1909年间，他发生过近50次坠机事故，可都大难不死。人们发现：从摔坏的飞机残骸中，总会奇迹般地站起来一个飞行员，那就是布莱里奥；不久之后，便会诞生一架他所设计的新型飞机。

世界第一个飞行纪录的创造者-桑托斯.杜蒙（1873-1932）

尽管美国的莱特兄弟于1903年12月17日进行了有史以来人类第一次动力飞行，从而宣告了飞机的诞生，但第一个飞行世界纪录并不属于他们。因为国际航空联合会在1905年才正式成立。此后，由该会制定规则，批准认可，对航空器在飞行速度、飞行高度、飞行距离等方面所达到的世界最高成绩记录在案，列为飞行世界纪录。

被国际航空联合会批准认可第一个飞行世界记录创造者是飞机设计师兼飞行家阿尔贝托·桑托斯·杜蒙。

他1873年生于巴西。父亲是富裕的咖啡种植园主。他从小就是航空迷，在巴黎上学期间，对热气球产生了浓厚的兴趣，并想尝一尝乘热气球升空的滋味。1897年的一天，桑托斯·杜蒙进入气球下的吊篮里，手里抓住一个沙袋，等待着升空。他的同伴马汗罗站在吊篮的另一角，向他发出了“松手！”的命令，沙袋扔下了，气球系着吊篮冉冉升空，杜蒙感觉好像周围的空气静止不动，随着气球而一起上升着。他完全痴迷了，升空是如此快乐，好像气球不是在上升，而是大地在下沉，离他们愈来愈远。

第一次乘坐气球升空的成功，大大鼓舞了这位巴西青年，此后他制作了好几艘可操纵的气艇，经常驾驶飞艇在法国各地飞翔，其中险情不断，使他受过好几次伤，但这都未能阻止向航空事业进军的决心。

1901年10月19日，桑拉斯·杜蒙驾驶他所研制的第6号飞艇成功地绕巴黎艾菲尔铁塔一周，引起了巨大轰动。这次飞行耗时29分30秒，飞行距离12千米，赢得了法国实业家所设立的12.5万法郎的奖金。桑托斯·杜蒙把全部奖金捐给了巴黎贫民。

受到莱特兄弟试飞世界首架飞机成功的激励，桑托斯·杜蒙在1905年制造完成他的第14号飞艇之后，即转入了欧洲第一架飞机的研制。他将他所研制的第一架飞机称为14比斯，意味着它与14号飞艇仿佛是一对“姐妹”，实际飞机与飞艇是截然不同的航空器。

14比斯集中了当时包括莱特兄弟及其他飞机设计师所研制飞机的优点，构成了一种箱形风筝式双翼机，机长9.7米，翼展11.2米，总重约300千克，装安东尼特发动机，其螺旋桨是双叶的，直径2.5米。这架飞机虽然没有多少创新，却较好地继承了当时航空技术的成果。1906年9月13日，在巴黎巴加泰勒运动场，桑托斯·杜蒙驾驶14比斯飞机进行了首次试飞，由于发动机功率不足，这次试飞很不理想，飞机上升不到2米，飞行距离11米，与过去的跳跃飞行差不多，没有什么突破。桑托斯·杜蒙总结了这次试飞不成功的原因，换装了更大功率（由18千瓦换成37千瓦）的发动机，同年10月23日，他又驾驶14比斯飞机进行试飞，飞行距离近60米，这次试飞被官方承认为欧洲首次持续、有动力、可操纵的飞行。桑托斯·杜蒙并没有因此而止步，他要继续攀登，创造第一项飞行世界纪录。

1906年11月22日，被国际航空联合会承认的第一项飞行世界纪录诞生了：桑托斯·杜蒙驾驶14比斯飞机用21.2秒飞行了220米。此举轰动了欧美。

在14比斯飞机之后，桑托斯·杜蒙又设计了“蜻蜓”系列单翼机。1909年他驾驶“蜻蜓”飞行，速度达到每小时97千米。“蜻蜓”很有特点，骨架是3根竹竿，驾驶员坐在一块帆布上，发动机装在机翼中部，其功率为28马力。“蜻蜓”可以说是世界第一架超轻型飞机。是一种可以由家庭制造的飞机。只是驾驶它需要很好的飞行技能。后来，“蜻蜓”飞机在罗朗·加罗斯和奥德马尔斯的驾驶下曾创造过飞行高度世界纪录。

当时欧洲有很多飞机设计师和飞行家都在进行飞机的研究，为什么没有多少航空理论和实践经验的桑托斯·杜蒙却“独占鳌头”，赢得了“欧洲第一架飞机研制者”和“第一项世界飞行纪录创造者”的两个桂冠呢？从他的经历可以看出：他对飞行极端热爱，对飞机技术有天生的直觉，再加上他非常善于行动——有人曾评价他，人们的想像赶不上他的行动，于是，他成功了。

千米环形飞行载史册-亨利.法尔芒（1874-1958）

1908年1月13日，在法国巴黎，亨利·法尔芒驾驶瓦赞制造的双翼机，完成了1千米环形航线飞行，飞行时间1分30秒，从而创造了一项新的飞行世界纪录，并获得了由阿克迪康设立的5000法郎的奖金。

这并不是一次简单的飞行表演，而且通过此次飞行，使飞机的操纵性，特别是侧向控制有了长足的进步。亨利·法尔芒1874年5月26日生于巴黎。原籍英国，1937年加入法国籍。青年法尔芒曾是优秀赛车手，在1902年巴黎汽车赛中夺冠。转行航空后，他很快成为著名的飞机设计师和飞行家。

1907年，亨利·法尔芒购买了一架法国飞机设计师瓦赞制造的双翼机，并在当年10月26日创造了711米飞行距离世界纪录，比一年前桑托斯·杜蒙首创的220米飞行世界纪录提高了两倍多。尤为难能可贵的是，亨利·法尔芒不光是醉心于飞行，而是不断从飞行实践中总结经验，对飞机进行改进，从而使他后来成为出色的飞机设计师。例如，他使飞机机翼具有上反角，使飞机方向舵真正起到改变方向的作用，使飞机能够自如地进行环形飞行。

亨利·法尔芒在1908年5月29日又进行了欧洲首次载客飞行，虽然旅客只有一位，那就是他的同伴欧内斯特·阿奇迪肯。1909年8月22日，法国兰斯举办了世界首次大型飞行竞技会，共有38架飞机参展，法尔芒携带自己的3架双翼机参加展出，并亲自驾机参加飞行比赛。成为这次展览会闪闪发光的明星。他在载客、不着陆飞行距离和飞行高度比赛中名列前茅。1909年，亨利·法尔芒在巴黎开办了一所正式飞行学校，三年后又与其弟弟莫里斯·法尔芒共同创办了法尔芒飞机制造公司。此后兄弟俩设计生产了30多种军用和民用飞机。这些飞机，由哥哥亨利设计的标记为法尔芒，由弟弟莫里斯设计的则标记为莫里斯·法尔芒。在整个第一次世界大战中，法尔芒兄弟一共为法国军队提供了12000架飞机。

法尔芒兄弟对世界民航业的发展也有过相当重要的贡献。1919年3月22日，世界第一条商业客运航线在巴黎——布鲁塞尔间开通，使用的便是法尔芒飞机制造公司生产的绰号为“哥利亚巨人”的飞机。这架飞机是由轰炸机改装而成，装2台200马力萨尔姆星形发动机，可载客12~20名。它的“客舱”，就是在机身骨架用胶合板围成的，乘客坐在用柳条制的座椅里，还满舒适，但飞行员的座舱是敞开式的。“哥利亚巨人”在欧洲早期航线上得到了广泛应用。

“哥利亚巨人”外貌看似笨拙、简陋，却很实用。法国两名飞行员还驾驶它创造了一次加油留空34小时19分07秒的飞行世界纪录。

在飞行中发现了美的人-寇蒂斯（1878-1930）

航空先驱、飞机设计师兼飞行员格伦·哈蒙德·寇蒂斯1878年5月21月日生于美国纽约州海蒙德斯港。年轻时从事制造自行车和摩托车。1904年，他设计了“加利福尼亚之箭”飞艇并制造了一台发动机。由于在飞机发动机方面的成就而加入航空试验协会。1908年7月4日，他驾驶自己设计的“六月臭虫”飞机飞行获得“科学美国人”奖杯。接着他开始涉足水上飞机领域，把自己的“六月臭虫”号飞机装上两个浮筒，命名这架水上飞机为“潜鸟”，但是没能起飞成功。1909年8月，在法国小城兰斯举行的飞行竞技会上，寇蒂斯驾驶No.1双翼飞机取得飞行速度冠军，该机安装的新型发动机也是寇蒂斯设计的。

1910年在法国巴黎举办的航空展览会，使寇蒂斯有缘见到了法国航空先驱法布尔和法布尔自己研制成功的水上飞机，该机在这次航展上引起巨大轰动。他俩讨论了许多有关水上飞机的问题，法布尔非常慷慨地向寇蒂斯提供了有关资料。由此，寇蒂斯开始思索超越法布尔，研制新原理的水上飞机。

1911年，寇蒂斯将他自己设计的陆上飞机改装成水上飞机。在机身下加了一只大浮筒，左右机翼翼尖处各安装一只小型浮筒，用于在水面滑行时保持平衡。这是第一架实用型水上飞机，寇蒂斯驾驶它访问了宾夕法尼亚号军舰。

寇蒂斯善于向同时代的航空先驱者学习，但这个学习不是模仿而是超越。例如他学习莱特兄弟的“飞行者”号飞机用扭曲翼尖以操纵飞机转弯的方法，改进用副翼操纵，是一大技术进步；他学习法布尔的水上飞机设计，但他详细研究了浮筒式水上飞机的诸多弱点后，终于在1913年对水上飞机做了一次革命性的改进：把飞机中部的浮筒进一步放大，形成了船形机身，船身式水上飞机就此诞生，并很快取代浮筒式水上飞机，成为主流机种。

1919年5月，美国飞行员驾驶寇蒂斯设计的NC-4水上飞机首次分段飞越大西洋成功。

1929年，两个航空先驱创立的曾经是竞争对手的航空公司-莱特航空公司和寇蒂斯飞机公司合并为寇蒂斯-莱特公司。该公司曾研制生产了P-40型战斗机、C-46运输机等著名飞机。

寇蒂斯对水上飞机从热爱到了痴迷的程度。他用诗一般的语言写道：“它像一只装有水平帆的小艇，靠着水平帆随风飘荡；又像一只飞扑的海鸥，掠过水面，然后飞向天空，盘旋，直上云霄，最后降落在水上。此情此景使你激动不已，并使你感受到世上任何别的运动都无法引起的惊讶。”寇蒂斯从水上飞机的飞行探索中发现了美。

驾驶“蓝色比尔”试飞的波音掌门人-波音（1881-1956）

威廉·爱德华·波音是个响亮的名字。人们都知道他是世界最大的飞机公司的创始人、著名企业家，其实，他还是飞机设计师和飞行员。

波音于1881平10月1日生于美国汽车城底特律。自幼在瑞士求学，后回美国读中学和大学，但他在著名的耶鲁大学未毕业就离校而去从事木材生意。波音喜爱机械，但对航空却是大器晚成。直到他29岁时才在洛杉矶第一次见到飞机飞行，同年又在纽约长岛目睹了美国著名飞机设计师兼飞行员寇蒂斯的飞行表演，大受激励。

1915年7月4日，美国国庆日，波音第一次乘坐了飞机。第一次飞行的经历既使他着迷、激动，又使他陡增信心：他以机械行家的眼光仔细察看这架还相当简陋、粗糙的飞机，觉得大有改进的余地。他暗下决心，一定要造出更好的飞机！

波音在格雷恩·马丁开办的飞行学校里学会了飞行。然后，波音与海军军官韦斯福特合作，招募了20个人，硬是在一个简陋的工棚里，用手工的方法造出了他们的第一架双翼水上飞机-“蓝色比尔”。这架飞机实际是马丁飞机的仿制品。该机净重1270千克，乘载2人，最大速度每小时120千米，最大航程512千米。

1916年6月15日，“蓝色比尔”进行首飞。由于当时航空技术尚不成熟，极易发生飞行事故，合作伙伴韦斯福特极力阻止波音驾机首飞。但波音却回答说：“我已经决定了，祝我成功吧！”波音本人驾驶“蓝色比尔”在西雅图联合湖上升空，一会儿向左，一会儿向右，还做了S形飞行，然后靠盘旋缓缓降落于湖面上，首飞成功了！后来这架“功勋飞机”卖给了新西兰航空公司投入运营，它的一架复制品陈列在波音公司的飞行博物馆中。

同年7月15日，波音创建太平洋飞机制造公司。创业之初，公司的员工仅16人。波音启用华裔航空工程师王助任公司总工程师，负责设计双座双浮筒水上飞机-C型机。很快得到的海军50架订单，成为公司所掘得的“第一桶金”，于是迅速发展起来，波音将公司定名为波音公司。

波音是国际邮政飞行的开路先锋。1920年10月15日，波音驾驶邮政飞机自西雅图飞往加拿大温哥华，这是世界上第一次国际航邮飞行。正是由此次飞行的成功，使波音更加热心于航邮事业。1927年，波音公司购得芝加哥-旧金山航线，进入航邮事业。使用的飞机则是波音研制的著名邮政飞机-40A。

波音自1934年离开波音公司，在他主持波音公司的18年里，还研制了著名的P-26战斗机、全金属旅客机波音247等。

晚年的波音只参加过一次波音公司的活动。1954年5月15日，在首架喷气式客机波音707出厂仪式上，波音本人看到庞大的流线形机身上的“波音”字样，不禁感慨万端：既惊叹波音公司的突飞猛进，又惊叹航空技术的一日千里。

世界直升机之父-西科尔斯基（1889-1972）

西科尔斯基1889年5月25日生于基辅。他的父亲是世界著名的心理学家，在基辅大学任教。1907年，西科尔斯基进入基辅理工大学电机系学习。茹里·维连著的《罗布尔-征服者》一书激起他对直升机的浓厚兴趣，从此潜心研究直升机。1908年，他制作了旋翼直径为750毫米的直升机模型，还真的飞了起来。1909年1月，他来到号称“航空之乡”的法国学习航空，7月，他设计制造了第一架同轴两旋翼的直升机，由于发动机功率不够，未能飞起来；于是又造第二架，这是同轴三旋翼的直升机，还是因为动力不足，未能飞起来。从此，他告别直升机，转向飞机的设计制造。谁知这一别竟达30年。

1910年6月3月，他试飞自已设计的S-2双翼飞机第一次升空，飞行距离200米，飞行时间12秒。这使他第一次体验到飞行的魅力，大为振奋。可7月3日又一次试飞时，险些丧命，飞机摔到了峡谷里，飞机被毁，他却幸免于难。

西科尔斯基继续改进他的设计，又连续研制了S-3、S-4、S-5飞机。1911年5月17日，西科尔斯基驾驶S-5飞机升空，在100米高度，飞机自如地转弯，4分钟后又降落在起飞地点上。同年9月，他驾驶这架飞机创造4项全俄飞行纪录：高度500米；航程85千米；飞行时间52分；飞行速度每小时125千米。这一年，他获得国际航联颁发的飞行员执照。1911年12月29日，由他领导的3人机组驾驶新研制的S-6飞机创造了第一个世界飞行纪录：速度每小时111千米。1913年，西科尔斯基向大型飞机进军，研制了四发动机双翼飞机S-6B-“俄罗斯勇士”号，并于同年5月13日亲自驾机首飞，飞行10分钟，高度250米。年底，西科尔斯基又研制了世界上第一架重型轰炸机“伊利亚·穆罗梅茨”。该机机组4-8人，载弹400千克。12月11日首飞成功。1914年6月5日，在西科尔斯基驾驶下，“伊利亚·穆罗梅茨”号载着5名乘客飞行6小时33分，航程650千米。创造了飞行时间最长的纪录。1919年西科尔斯基定居美国。后来成立西科尔斯基公司从事飞机制造，前后设计制造了多种型号的水上飞机。但是西科尔斯基始终未能忘记直升机。积累了相当丰富飞机研制经验的他再度向直升机领域进军。1939年春，西科尔斯基新设计的世界第一架实用直升机VS-300制造出来了。9月14日，时年50岁的西科尔斯基举行了隆重的首飞仪式：他本人身着笔挺的黑色西装，头戴黑色毡帽，正襟危坐在直升机座舱里，以绅士般的风度启动了发动机，直升机离开地发2-3米，悬停10秒左右，又轻盈落地。1940年，美国陆军决定大量订购VS300直升机的改进型VS316（陆军编号R4），直升机进入军队服役。同年5月6日，西科尔斯基驾驶VS300直升机创造了续航时间1小时32分26秒的世界纪录。

以后，西科尔斯基专心致志于直升机事业，一共研制了18个型号直升机及系列改型，其中有S-51、S-55、S-58、S-61N两栖旅客型、S-64起重直升机型、S-65重型运输直升机、S-70“黑鹰”直升机（我国曾引进此型直升机）等。西科尔斯基公司是世界上最大的直升机制造企业之一，西科尔斯基本人则为尊为世界直升机之父。

驾驶“蜘蛛”行天下-福克（1890-1939）

1910年圣诞节前夕的一天，在德国的巴登巴登，20岁的荷兰青年福克坐进自己设计制造的“蜘蛛”飞机中，准备驾驶飞机起飞。这是福克第一次设计制造飞机，也是他第一次驾驶自己的飞机飞行。后来他回忆说：“当我亲自操纵这架自己制造的飞机飞离地面几百英尺时，高兴得心都快跳出来了！”

飞行魅力使福克激动万分。福克是荷兰咖啡种植主的儿子。在学生时代，福克的学业并不出众。但其兴趣广泛，动手能力极强。他从小喜欢航空，自己制作过几百架纸质和木质飞机模型。1908年，他在布鲁塞尔第一次看见真飞机，更激起了他对航空的兴趣，他参加了德国的一家航空训练班学习飞行。他首次尝到飞行的滋味是在一架他与别人共同设计的单翼机上进行的，他完成了跳跃式飞行的动作，飞行距离91米。

福克把自己设计的第一架飞机命名为“蜘蛛”是形象的比喻。因为飞机有密如蜘蛛网的张线，驾驶员置身其中，宛如“蜘蛛”。“蜘蛛”飞机很怪，没有采用任何横向操纵装置，其横向稳定性靠机翼非常大的上反角来控制。这种设计来源于他本人以前做过的无数次试验的结论：机翼带有明显的上反角再加上高重心会取得极佳的横向稳定性。福克的飞行技艺越来越娴熟。1911年，他已能表演8字飞行和停车着陆等动作了，当年他获得德国航空协会的飞行员执照。飞行是带有极大风险的事业。福克毫不畏惧，他也曾驾机发生过重大事故。一次，他驾驶“蜘蛛”飞行时，机上还带有一名军官，在降落时飞机坠毁，同机的军官遇难，而福克虽折断了肋骨，却奇迹般地生还。之后，他继续飞行，成为当时最优秀的飞行员之一。正是由于他能够自己驾驶飞机，能够在飞行中考察飞机的性能及缺陷，并且能够提出改进措施，才能使福克飞机性能逐步提高，受到航空界的瞩目。

第一次世界大战的爆发，使福克飞机的订单大增，教练机、战斗机、观测机投入批量生产。战争期间，福克工厂共生产飞机3 500多架。在此期间，福克还完成了一项重要的发明：机枪射击协调器，能够使飞机在开枪时与飞机螺旋桨协调动作，不至于把子弹射到螺旋桨叶上，而使子弹从旋转的桨叶的空隙中射出。这项创新是在法国人已有技术基础上改进的。福克的机枪射击协调器的诀窍在于，当桨叶与枪管形成一条直线时，机枪自动停止射击，这就避免撞击桨叶了。福克的发明用于飞机上后，使德国空军的攻击能力大为提高。但对协约国来说却成了“福克灾难”。

事实上，福克作为飞机制造商，对这场战争一直持中立态度。福克在1912年创立飞机制造公司，曾向法国、俄罗斯销售飞机，但未受对方重视，倒是德国人对之十分器重。在福克的机枪射击协调器改进成功后，德国人曾动员福克亲自驾机参战，以振军威，被福克以中立为由拒绝。他还拒绝加入德国籍。他确是个有个性的人物。

第一次世界大战后，福克回到荷兰，创办了新的飞机制造公司，迎合潮流，既生产军用飞机，也生产民用飞机。福克将F.2民用飞机卖给荷兰航空公司和德国航空公司，荷兰航空公司以两架F.2飞机起家，后来成为世界知名的大型航空公司。

在20世纪20~30年代，福克的运输机在欧洲被广泛使用。1932年制造的F.18飞机，使用于荷兰至印度尼西亚航线，创造了73小时34分到达的纪录。1922年，福克F.4飞机（美国陆军编号为T2）成功地进行了第一次横跨美洲大陆的不着陆飞行。现在这架飞机陈列在华盛顿国家航空航天博物馆里。1924年，福克在美国创办了大西洋飞机公司。“蜘蛛”行天下。在30年代的鼎盛时期，福克在欧洲及世界其他地方空运线上占据主导地位。

作为福克本人的处女作“蜘蛛”飞机一共生产了25架，一战后福克从德国运回荷兰一架，但在二战时又被德国人劫往柏林展览，人们以为“蜘蛛”早已毁于战火，但1967年被意外地在波兰发现，最后在1986年返回荷兰，重新飞行，以纪念“蜘蛛”在荷兰首飞75周年。

飞行激励他踏上航空路-达索（1892-1986）

1967年6月5日早晨7时45分，以色列空军突袭埃及苏伊士运河和西奈半岛，以色列空军为避开雷达的搜索，采取超低空飞行，以迅雷不及掩耳之势，在不到3小时内共袭击埃及19个机场，摧毁埃及地面作战飞机300余架。这就是著名的中东六日战争的开场锣。在六天的战争中，埃及及阿拉伯国家共损失飞机415架，而以方共拥有作战飞机240架，仅损失26架。

在这次空战中，以色列空军拥有近百架的法国战机“超神秘”和“幻影”Ⅲ起了重大作用。“超神秘”和“幻影”Ⅲ均是法国航空奇才、著名飞机设计师和企业家达索的杰作。“超神秘”战斗机，1955年3月首飞，1959年交付完毕，共生产180架，其中向以色列出口24架。“幻影”Ⅲ是单座单发三角翼战斗机，是在“超神秘”的基础上发展起来的。它的主要任务是全天候截击，还能执行对地攻击任务。“幻影”Ⅲ第一种生产型于1960年10月首次试飞。该机属于两倍音速一级的战斗机，其实用升限可达18000米，航程3330千米。“幻影”Ⅲ各型战机共生产1300多架，除法国本国使用外，还出口到20多个国家。向以色列出口72架。达索于1892年1月22日出生在巴黎的一个犹太医生家庭，原名叫马赛·布洛赫。达索是在二战胜利后所改的名字，目的是忘掉他在战争期间被关在纳粹集中营的悲惨遭遇。达索从小对科学实验十分有兴趣，并且动手能力很强，不大喜欢理论研究，因此父母送他进了电气工程学校，课程既有工业设计，又有操作机床的培训。但是他能走上航空之路，与他看见的两次激动人心的飞行有很大的关系。他在巴黎电气工程学校期间，一天在校园里不经意间瞥见天上正有一架飞机在绕艾菲尔铁塔飞行，那是一架莱特兄弟制造的飞机。飞机飞行优美的姿态，绕艾菲尔铁塔的壮观景象深深打动了少年达索。他开始钻研航空。由于机场离学校很近，他经常跑到机场去看飞机。达索为了学习航空，又进了国立高等航空学校,1913年毕业。1914年，达索参军，被派到航空实验室，他承担对“高德隆”G3侦察机的改进设计，达索自己设计了这种飞机的螺旋桨，获得很大成功。这时，他还学会了飞行。

达索决心自己设计制造飞机。到1917年底终于制造并亲自试飞了一架SEAⅣ飞机，发动机375马力。但是第二年大战结束，这种飞机仅生产了几架。

战争结束后，达索改行从事家具和房地产生意。1927年5月，又是一个重要飞行事件触动了他的心灵。

1927年5月21日，美国飞行员林白驾驶“圣路易斯精神”号单翼机用33.5小时第一次完成从纽约至巴黎的不着陆飞行，降落于巴黎布尔热机场，受到了空前热烈的欢迎，约有10万人拥挤在这小机场上欢迎英雄，而欢迎的人群中就有达索。

林白的壮举和随之引起的世界轰动触动了达索：他必须重返航空业。于是他变卖家产，先是研制了一架装3个发动机的邮政机。虽然飞机很好，但是没有获得订单。后来，达索还设计过MB系列的多种轰炸机。

1944年，达索在里昂被捕，他拒绝为纳粹研制飞机和火箭，因而被关进集中营。可就在集中营里受到非人待遇，并染上白喉重症之际，达索还不忘航空，后来在回到巴黎家里养病期间设计了达索315双翼联络机，并获得300架订单。达索在法国南部建厂设计制造飞机，先后造出了法国第一种喷气式战斗机“暴风”；法国第一种超音速战斗机“神秘”以及它的改进型、具有超音速水平飞行能力的“超神秘”；法国第一种两倍音速战斗机“幻影”Ⅲ;第一种能携带原子弹的“幻影”Ⅳ;幻影系列的最新改型“幻影”2000等。达索孜孜不倦于飞机设计直至他的晚年。1983年，达索已达91岁高龄，他的公司接受研制新型先进战斗机“阵风”的合同。“阵风”是“幻影”2000的后继机，要先进得多，这是达索一生中第92个型号飞机。达索对飞机和飞行情有独钟。他说：“一架漂亮的飞机，飞起来一定是很美的。”

“速度狂的独裁者”-休斯（1905-1976）

在20世纪30年代，美国飞行员波斯特单人驾驶洛克希德公司生产的“织女星”飞机创造了绕地球一周飞行历时7天18小时19分的世界纪录，这个纪录是1933年7月创造的，保持了好几年。

号称为“女林白”的美国著名女飞行员阿米利亚·埃尔哈特立志要完成环球一周的飞行，创造新纪录，1937年6月，她与领航员弗雷德·龙南一起，驾驶一架洛克希德公司生产的“伊莱克特拉”飞机开始了她的新的长征，遗憾的是，飞行里程完成三分之二，飞机飞至太平洋上空时，竟然失踪，后经大规模海上搜索，毫无线索，成为航空史上一大悬案和憾事。

1938年，飞机设计师、企业家兼飞行员、号称“飞机大王”的休斯决定向环球飞行的世界纪录发起挑战。对休斯来说，资金不成问题，重要的是飞行家的技术和冒险精神，这些，休斯这个航空界传奇人物全都具备。休斯1905年12月24日生于德克萨斯州休斯敦一个富有家庭，其父是个铸模商。休斯14岁时第一次乘坐飞机便对航空产生了浓厚兴趣。1932年他创办了休斯飞机公司。休斯选用的飞机和一年前埃尔哈特选用的完全一样，只不过他的公司又对“伊莱克特拉”飞机做了改装。该机属中型客机，装两台420马力的普拉特·惠特尼发动机，客舱里有12个座位，飞机时速为326千米。改装的重点是：装备自动操纵系统，油压表，飞机携带的瓦斯燃料和汽油各为5 700升，并尽量减少座椅。这种飞机总重达到13吨。1938年7月4日，休斯驾机，携带4名机组成员飞到纽约。创造环球飞行世界纪录的波斯特1935年死于空难；立志环球飞行的女飞行员埃尔哈特香消玉殒太平洋，也许休斯此行，在冥冥之中，有完成两名伟大飞行员未竟事业、向自然挑战的意味。由于1939年万国博览会在美国纽约举行，休斯响应主办方的要求，把飞机命名为“1939纽约万国博览会号”。

7月10日，休斯驾机起飞，先向北方飞去，休斯在巴黎短暂停留，排除了无线电系统故障便立即上路，下一站是莫斯科。深夜，林白从巴黎起飞，第二天上午11时许，飞机就安全降落于莫斯科机场。兴奋不已的休斯没有在莫斯科停留，也没有接受主人赠送的名贵特产鱼子酱。休斯不乏幽默地说：“即使是一瓶鱼子酱，也会使飞机增重1磅”。15分钟后飞机加完油立即起飞，直奔西伯利亚，他们驾机飞越了乌拉尔山脉，经由鄂木斯克加油又飞到雅库茨克。在广阔的苏联领空上，休斯一直保持2 000米以上高度飞行，飞机机翼下挂满了冰柱，甚为壮观。7月13日下午3时，休斯驾机抵达美国领土阿拉斯加的费尔班克斯机场。休斯下飞机后，受到了专程前来迎接他的已故飞行员波斯特的妻子温尼·梅女士的欢迎。波斯特于1935年8月15日在阿拉斯加北端的巴罗角因飞机失事遇难。飞机进入美国大陆后，休斯先在明尼阿波利斯降落加油，然后驾机直飞纽约，在纽约机场，他受到数万观众的热烈欢迎。休斯此行画上了完满的句号，环球飞行时间是3天19小时17分。实际飞行时间是91小时14分。休斯是个技艺超群的飞行员，屡创纪录。在1935年9月12日，他驾驶自己设计的H1飞机创造了每小时567千米的飞行速度世界纪录。1937年1月使用同一架飞机飞越美洲大陆只用7小时28分，平均时速约534千米。人们送给他一个绰号：“速度狂的独裁者”。

休斯在飞行中险情不断。1946年7月7日，他驾驶自己设计的双机身XF-11照相侦察机首飞，因液压系统故障，飞机坠毁，休斯身受重伤，被送进医院。几个月后，他成功地试飞了第二架XF-11飞机。

坚持试飞自己设计的飞机-安东诺夫（1906-1984）

安东诺夫1906年1月25日生于莫斯科附近的乡村，父亲是建筑师。他从小迷恋航空，想长大成为一名飞行家。17岁时，他迷上了滑翔机，并成为当地滑翔机分会的领导人。1924年，他和同伴设计制造了一架取名“鸽子”的滑翔机，并去参加在克里来亚举办全苏滑翔机比赛，在比赛现场，40多架各式各样的滑翔机琳琅满目，相形之下，安东诺夫的滑翔机还是个“丑小鸭”。安东诺夫在现场对“鸽子”进行“临阵磨枪”式的补充加工，结果“鸽子”完成了首次飞行，安东诺夫获得特别奖。

1930年，他毕业于圣彼得堡加里宁工程技术学院航空系，到一家滑翔机厂总工程师。1938年他进入著名的雅科夫列夫设计局从事设计工作，1943年，任雅科夫列夫设计局的副总设计师。安东诺夫设计的第一个以他的名字命名飞机是风靡世界的安-2，不仅苏联、波兰，中国也生产（中国型号为运5），总产量1万多架，至今还在使用中。但是安-2的研制并不顺利。其设计方案是安东诺夫于1940年提出的。在5年中，他的方案三次被有关部门否决。最后他去找雅科夫列夫，雅科夫列失仔细地察看了他的方案，慧眼识珠，说，这是一种很有意思的飞机。作为设计局的第一把手，雅科夫列夫的话当然举足轻重。1946年，政府正式下达研制安-2农业机的决定。同年5月，他受命组建安东诺夫设计局，第一个研制机种便是安-2。1947年8月，安-2飞机首飞成功。50年代，安东诺夫设计局又陆续研制成双发动机的安-8、四发动机的安-10、安-12，以及安-14轻型运输机和安-24中程运输机，中国在安-24的基础上发展了运7系列，在安-12的基础上发展了运8系列。

安-22是安东诺夫设计局研制的运程重型军用运输机，该机从1962年开始设计，1965年首飞，1967年交付使用，共生产85架。该机最大载80吨，最大载重航程5000千米。前苏联执行战略空运任务，如出兵捷克和阿富汗，都是使用安-22飞机。

更加难能可贵的是，作为飞机总设计师，而且是60岁的人，安东诺夫仍然坚持试飞安-22。特别是为了解决安-22的副翼的抖振问题，他担任飞机的主试飞员多次试飞，他认为：“从试飞中能理解到的东西，从研究报告中是得不到的”。事实上，安东诺夫坚持亲自试飞自己设计的飞机是他的一贯作风。从早期的滑翔机，到他设计的安系列飞机，总飞行时间超过60小时。

安-124，绰号“鲁斯兰”。是安东诺夫生前主持的最后也是最大的运输机。该机于1982年12月26日首飞，但安东诺夫于1984年去世，未能看到飞机的交付以及在世界大型航展上引起的轰动。1987年6月，安-124飞机参加巴黎国际航空航天博览会，安东诺夫的继任者，总设计师巴拉布耶夫披露了它的研制情况：安-124是当时世界最大的运输机，总重405吨。载重170吨，设有1014立方米的货舱，该机机翼翼展73.3米，飞机装4台涡轮风扇发动机，巡航速度每小时850千米，飞行高度12000米，航程4500千米。该机载重量超过美国最大的运输机C-5A（最大载重120吨），该机创造了20项飞行世界纪录。（来源：cctv-10《百家讲坛》栏目）

飞翔的动力 -刘大响

主讲人简介：

刘大响，中国工程院院士，北京航空航天大学教授，第十届全国人大委员，中国航空工业第二集团科学技术委员会副主任，曾获国家科技进步特等奖。

内容简介：

飞向天空是人类亘古以来的梦想，从古到今最经久不衰的话题。几乎世界上每一个民族都流传着各自飞天的神话和传说，寄托着人类共同的美好愿望。

那么人类怎么能够飞上天空呢？经过长期的探索和不懈的追求，终于发现实现飞上天有三种基本的途径：第一个叫做基于阿基米德浮力的原理。就是轻于空气的飞行，包括热气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇。第二种是基于直接有升力的飞行。像火箭、垂直起落的飞机。另外一个就是基于柏努利定律，以速度换取升力的飞行。这就需要动力，如固定翼飞机、直升机、旋翼机都包括在内。

飞上天空需要强劲的动力，活塞式发动机使飞机终于飞上了天空，然后喷气发动机使飞机飞行的速度更快、距离更远。将来还有超微型发动机，飞机做出来像一个手掌那么大。甚至我们有纳米发动机，做出来之后，就有可能装这个发动机的飞行器也像蚊子那么大小。过去的《西游记》，孙猴子钻到铁扇公主的肚皮里面去了。将来有可能我们用那种小飞机从你的鼻子里飞下去，完了到你身体去巡视一周，检查你有什么毛病。这是将来技术的发展，21世纪我相信这一点可以实现。再一个就是新能源。我们地球上的石油资源总是要用完的，现在人类又开始在探索，如果用完了怎么办？另外还有一个环境污染问题，现在大家正在探索无辐射无污染的能源。

我的结束语：纵观航空发展的历史，可以毫不夸张地说，发动机在飞机的发展中起着关键性的作用。发动机是飞机的心脏，是推动飞机快速发展的原动力。过去一百年航空动力技术已经取得了巨大的成就，极大推动了航空技术的发展，并推动了人类文明的进步。未来的一百多年，随着新的理论、方法持续发展和应用，21世纪的航空动力技术必将加速发展，取得更加辉煌的成就。希望在未来的一百年中，中国能够对世界的航空动力技术的发展做出更大的贡献。我也希望在座的朋友们，能够在这方面有新的发明创造，谢谢各位！

《飞翔的动力》 （全文）

飞向天空是人类亘古以来的梦想，从古到今最经久不衰的话题。几乎世界上每一个民族都流传着各自飞天的神话和传说，寄托着人类共同的美好愿望。

这就是西方的小天使，长着肉的翅膀，非常可爱。这是嫦娥奔月，中国的民间神话。这是舜由于受到继母的虐待，要把他烧死，他就拿了两个“斗笠”从那儿跳下来，最后逃生了，这就是我们现在降落伞的雏形。这就是姜子牙手下的一个大将叫雷震子，他长了两个翅膀，可以从这个城堡飞到另外一个城堡去打仗，这都是我们历来的美好的神话。

早在两千多年前的楚汉时期，我国的先民就发明了风筝，这是世界上目前公认最早的重于空气的飞行器。一千多年以前的五代时期就发明了“松脂灯”。后来又叫“孔明灯”，是用于信号联络，是世界上最早的、最原始的热气球，也是现代热气球的鼻祖。

五百多年前的文艺复兴时期，被后人公认为世界科学家的创始人之一的著名画家达芬奇，他通过长期的观察和研究鸟类的飞行，初步尝试了一些飞行的基本原理，并设计和制作了很多“扑翼机”来尝试飞行，但是由于动力的不足而告失败。他制作的“扑翼机”让他的马车夫去试飞，结果飞上去了。最后人摔下来，摔断了一条腿，说明靠人力来飞行是不可能的。

由于没有后续的动力，一次次人类飞行失败之后，飞行便转向轻于空气的航空器：气球、飞艇、无动力的滑翔机。我们可以看看这个画面，你看它用动力，用人来飞行。

那么人类怎么能够飞上天空呢？经过长期的探索和不懈的追求，终于发现实现飞上天有三种基本的途径：第一个叫做基于阿基米德浮力的原理。就是轻于空气的飞行，包括热气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇。第二种是基于直接有升力的飞行。像火箭、垂直起落的飞机。另外一个就是基于柏努利定律，以速度换取升力的飞行。这就需要动力，如固定翼飞机、直升机、旋翼机都包括在内。

下面我们看一看利用阿基米德原理的飞行。1783年9月19日法国人蒙格尔菲兄弟受中国孔明灯的启发，研制成世界上第一个热气球。他们将一只羊、一只公鸡升到了520米的高空。这里有一个故事，就是谁来第一次上天？当时有些人提议，就是搞两个死囚犯，反正他已经判了死刑了，说摔下来摔死也没关系。但是很多科学家反对，说这么大的荣誉怎么能够给两个死囚犯呢？他们给国王上书。路易十六当时就决定，不能用死囚犯上去。最后两个勇敢的科学家爬到上面，就站在这个回廊上面，所以最后是两个年轻的科学家第一次飞上了天空。直到今天热气球仍然广泛应用于运动、娱乐和探险。到1999年由英国人琼斯和瑞典探险家皮卡尔驾驶的“布雷特林”号热气球共同完成了热气球的环球飞行。1852年法国人吉法尔发明了世界上第一个可以半操纵的气球，叫飞艇。它装了一个三马力的蒸汽机，这个大家可以看一下演示。这个蒸汽机装在这儿，人在这儿操纵。1900德国人齐白林制造了世界上第一个实用飞艇叫“齐白林”号，从1910年到1914年四年当中“齐白林”飞艇共飞行了274万公里，它运送了三万五千人而没有一个人伤亡。1929年最豪华的“齐白林伯爵”号飞艇用21天5小时完成了环球飞行。二十世纪二三十年代飞艇当时成为最方便、最快捷、最舒适的交通工具，盛极一时。这是当时飞艇的飞行情况。但是到1937年当时齐白林的学生设计一个世界上最先进、最豪华的巨型飞艇叫“兴登堡”号，在美国着火销毁，从此德国政府就宣布，以后不允许飞艇飞行，飞艇这个时代就暂告结束。飞艇发明到发展一直到没落，只有85年的历史，被认为是最短命的交通工具。现在美国、俄罗斯、英国、法国都在研究飞艇，就是准备用飞艇飞到二十公里到三十公里，作为一个空间信息的终极平台，这个现在大家可能看了这个报道。说明飞艇又重新迎来了新的发展机遇。

途径之二就是我们直接给飞机提供升力，最主要就是火箭，大家都知道四大发明，其中一个就是火箭。鼻祖就是中国古代的起花，这就是起花，发明于八百多年前的宋代。在四百多年前的明代，就已经被广泛应用于军事领域。各类导弹普遍是采用火箭发动机来作为动力。

第三种途径就是我们现在的飞机了，那就是主要的原理就是利用柏努利定理，以速度换取升力。像这样的机翼，气流流过的时候上面的速度快，它压力就低。下面的速度慢，压强就高。这样就产生一个压差，这样就产生一个升力。所以产生升力的一个必要条件，就是飞行器与大气要有相对速度，要给它提供升力。当然也可以依靠重力飞行，而重力飞行主要是滑翔机了，那不可能持续飞行。我们可以看看滑翔机的情况，它滑一段就掉下来了。因为有重力，它没有动力飞行的话，它就只好飞一段时间就下来了。

第一个重于空气的无动力的载人飞行器是由德国人李林塔尔于1881年制造的，依靠重力产生的速度。1903年12月17日，这是我们一个永远应该值得纪念的日子，莱特兄弟在技师泰勒的帮助下，自己动手设计制造了活塞式汽油发动机。功率是12马力，重量是47公斤，这为人类首次有动力、稳定、可操纵的持续飞行提供了发动机，从此开创了人类飞行的新纪元。我们所纪念的一百周年也是从这一天开始。这是当年莱特兄弟试飞的很珍贵的情况。这就是当年第一架装活塞发动机的飞机。

莱特兄弟的飞行，虽然是飞了26秒，短短的两百多米，但是开创了我们人类飞行的新纪元。下面我讲第二个飞机的心脏就是发动机，就是刚才讲了你要飞起来必须要有动力。这个方面我们可以看出来，作为飞机的心脏，发动机在航空技术的发展过程中起着关键性的作用。由于动力的缺乏，没有办法托起飞机自由飞行的梦想。我们知道十八世纪中叶，也就是1763年瓦特发明了蒸汽机，推动了工业革命的发展。但是由于蒸汽机太重，它没有办法装到飞机上，所以一百四十年以后莱特兄弟才把飞机飞上天。1810年英国科学家凯利发现了飞行原理，这飞行原理是很简单，它就是一句话：所谓的动力飞行，就是你给一个平板，一个动力、一个推动力，它就可以支撑一定的重量。我们现在的飞机原理就是这么一句话，就是你给它动力，一个平板就可以飞起来。

内燃机是1883年发明，但是这些内燃机仍然非常重，莱特兄弟经过了改进，1903年装到第一架“飞行者1号”上，最后飞上了天空，这是一个伟大的创举。这里面我们也可以看到，在过去一百年中，我们动力可以划分为两个时期，第一个就是活塞式发动机，大概是二十世纪上半叶，基本上是活塞式发动机的时代，而到二十世纪下半叶是喷气时代。两个时代是这么来划分，以动力来划分的。动力的发展使飞机飞得更快，比如活塞式发动机，它最大只能达到0.7倍英速，它的飞行速度是每小时800多公里，而海平面标准大气压声速是1224公里，涡喷发动机可以达到300声速。从高度来看，活塞式发动机大概最高可以飞到10万米，而航空发动机可以飞到30公里。航空发动机发展到今天，飞机为了飞得更快、更高、更远，它促使航天发动机向重量更轻、功率最大、使用更经济的目标迈进，不断地突破创新，发展出各类航天发动机，推动着飞机性能迅速地向前发展。

发动机主要有两大类，一个是活塞式发动机。大家可以看到，现在汽车上基本上用的这种，这已经把活塞发动机发展得非常完整了。另外一个叫空气喷气发动机。下面我说一下活塞式发动机主宰了二十世纪上半叶，功不可没。

我们再看看三次技术战争中，空中力量所起的作用。1991海湾战争，以美国为主的多国部队出动了1098架飞机，载弹量是23万吨。出动的次数是6万8千多次，空袭了38天。地面战斗四天，最后他只死了148个人，所以空中力量就可以把你打跨。这是1991年的事情。1999年呢，科索沃战争中美国空中的战斗机是555架。投弹2万3千多枚，空袭了48天。地面一天都没打，一个人员都没伤亡，就把这场战争打赢了。2003年伊拉克战争刚刚结束，美英联军出动了930架战斗机，870架支援任务飞机，投弹是2万9千多枚，空袭30天，地面战斗是30天，美英方加起来是死亡了115人，小小的代价就获取战斗的胜利，所以从海湾战争来看，目前装备先进发动机的空中装备，依然是现在空战中的优势力量。

下面我重点讲一下第四代发动机，第四代发动机与第三代发动机相比，它具有很多先进的、特殊的性能。主要是推力矢量、隐身性能、超声速巡航能力，它装备的第四代发动机的第四代战斗机，它的作战性能全面超过了现役的第三代战斗机。据报道美国通过计算机的演示，第四代战斗机F22与第三代战斗机F15相比，它的综合作战效能提高了10倍，那就是一架F22可以与10架F15来对抗。

第四代发动机及其配装的第四代战斗机正在研制，即将投入服役。预计第四代战斗机的发动机将成为21世纪上半叶的主力战斗机的动力。我们看看第四代战斗机的特殊性能：一个它装了矢量喷管。我们看看矢量喷管它是怎样工作的？这是一个二元喷管，就是发动机喷管可以一面加力，一面可以上下摆动，这样来控制飞机的飞行。这是F119采用的二元矢量喷管。我们再看看一个三元的，就是轴对称的矢量喷管。这个喷管我可以告诉大家，我们中国人已经研制出来了。这是刚才讲的轴对称的矢量喷管，我们606、624都已经上了台架，运转得非常成功。

这是在一个航展上，俄罗斯的，这是跟美国的那个相当的，我们比它转得大概还灵活点，轴对称矢量喷管这种发动机，装到飞机上之后给飞机带来什么好处呢？它就可以实现一个非常规的过失速机动，我们看看这个表演。这是苏37，你看，就像中国人翻跟头一样，飞机可以这样飞。我们第一代飞机打仗的时候，就是要后面尾追，就是要从后面追，如果你跑到敌人前面去了，那人家就打你了。那怎么办？你赶快拐弯，拐个大弯，再绕到它屁股后面再打它。而这种发动机装了尾喷管之后，它不用这么拐大弯了，它直接翻个跟头就过来了。所以装了矢量喷管之后，飞机机动性大大地改善。第四代发动机，美国的F35战斗机，它是装单代的F119发动机，它可以实现垂直起落，实现短距起落，也可以正常起飞。这就是它的一个飞机的模型。2000年10月24日，这个GSF，现在叫F35，实现了首飞。2001年10月26日，美国空军司令宣布马丁公司的F35这个方案中标，竞争当中中标。它的订货量3000架，合同的总金额是2千亿美元。这是美国有史以来，最大的一笔合同。据说美国往海外卖，大概还要卖3千架，又是2千亿美元。所以这个搞成了，经济效益是非常巨大的。我们看看F35是怎么飞的？这是首飞的情况，是在2000年10月24号首飞的。另外由于有了矢量喷管，所以第四代发动机它可以有红外隐身技术，飞机能够满足隐身要求。这个刚才已经表演过了，我们看看美国的隐身飞机F117，F117投入战斗之后，它就使用二元矢量喷管。参加了几次局部战争，实际上只有一架被打落了，是在南斯拉夫被打落了，显示出强大的生存力。这个第四代发动机，由于它采用高推重比发动机，耗油率是加力状态的二分之一。因此它能够实现超声速巡航，就是不加力可以实现超声速。所以这样的话，它的航行和作战半径，就可以大大扩大。第四代它就可以实现加力燃烧，这个F22，我们可以看看，刚才我讲的都是战斗机，现在我给各位讲一讲民航发动机。这个涵道比发动机，就是1952年5月2日，英国研制的装第四代的“埃汶”涡轮喷气发动机的“彗星”号客机，这是世界上第一架喷气客机。它首先开辟了伦敦到南非的航线，宣告民航飞行喷气时代的来临。民航发动机的耗油率现在不断下降，大概下降60%左右，现在GE90已经下降到0.5以下，下降了60%，三分之二是发动机耗油率下降所做出的贡献，其他三分之一就是我们飞机的气动率得到了改进和阻力减少了。

那么民航飞机大家都坐过，是不是安全呢？大家都感到坐飞机不安全，因为一摔下来几百人就死了。实际上坐飞机是最安全的，民航发动机它的空中事故率要求十万分之一，不能超过这个。所以平均死亡率是每1亿公里只能死0.04个人，是汽车和轮船的几十分之一，航空已经成为最安全最快捷的交通工具。这主要得益于一系列的严格的考核试验，就是民航发动机交付使用之前要做大量的试验。我就不详细讲了，我只演示几个主要的事件给大家看：一个就是飞机在机场起飞的时候，大家看到有很多鸟。所以有些机场鸟多的话，就组织打鸟队。就是把鸟要赶走，否则这飞机一起飞，鸟撞进去了，这发动机就有危险。曾经在印度有一个秃鹫闯到发动机里去了，最后发动机停车，机毁人亡，死了200多人。所以发动机在出厂之前，在定子上必须要做抛鸟试验。它要把四个一公斤左右的中等大小的鸟，用这个炮把它打到发动机里面去。这个时候发动机不能够停车，更不能损坏。我们看看这个演示：你看出来了之后，这个鸟给烧了。民航发动机必须要做这个试验，这是四个鸟，每个鸟是一公斤。当然还有些打进20几个鸟的，那个鸟小一点，像麻雀一类，这是吞鸟试验。另外一个就是发动机叶片在工作的时候，由于种种原因，发动机叶片可能断了，断了之后，那怎么办呢？它要求这个发动机至少使这个机匣能把它包容起来，不能打出去，所以他们就有这个试验。像德国、英国就做过这个试验，我们可以看看，有一些故意让叶片断，完了看看会不会把发动机打坏。这个就用个爆炸螺栓，放在一个叶片上，把它爆炸，叶片把它打断。

你看发动机打的时候，你看叶片断了，但是发动机完好无损，说明它的包容性很好。否则你打出去把油箱打着了，飞机就着火了，所以这种试验是要做的。另外一个就是在天空飞行有时候碰到下冰雹怎么办？所以要模拟下冰雹的试验。给大家再看看：这个GE90装波音747用的发动机，百年不遇。每分钟一吨的冰雹打到发动机里面去，这个发动机要求不停车，不允许结构破坏，你必须要做到这一条。

上面我把这一百年的回顾，军机民机的发展我大致讲了一下。下面我为大家简单介绍一下21世纪我们发动机大概怎么发展。21世纪我认为航空动力将呈现加速发展的趋势，第一个就是我们目前所使用的涡轮风扇发动机，如果突破一些关键技术，仍然是有巨大的发展潜力。它仍然是21世纪上半叶主要的发动机，不管是军机也好民机也好，这里面有大量的试验。推重比有可能提高到15到20 或者是更高，这个将来还是占了我们的主流，我估计要使用到2050年以后吧。第二个涵道比可以超过10，目前是8.5左右。寿命要超过10万小时，生产成本要大大下降。

再一个美国推出一个通用核心机，这个核心机可以用在多用途战斗机上、全球攻击机上、无人战斗机上、或者超声速巡航导弹都可以用。这样的话就节省大量的费用，这是技术的进步。第二种就是我们有可能实现高超声速的飞行，这种飞行的动力装置，将来主要是涡喷、涡扇发动机，或者是涡扇加上冲压式发动机，再加上火箭发动机。这个组合动力，如果这种组合功力一旦能够实现，就是航空动力与航天动力相结合。将来就可以实现10倍音速的、或者跨大气层的往返。一旦研制成功，将来出现什么局面呢？就是我们从北京到纽约的飞行时间大概二、三小时就到纽约了。所以就要开创人类的一个崭新的纪元，这里我们看到涡喷、涡扇发动机大概是马赫数2。二十公里以下涡喷发动机可以飞到马赫数3。然后就打开亚燃冲压发动机，然后速度再高，打开超燃冲压发动机。最后如果要飞到外层空间去，60公里以上空气就很稀薄了，基本上没有多少空气了。这时候就必须用火箭，因为它没有空气了，你必须要有火箭。所以这样的话，我们人类有可能将来坐飞机上到太空。现在大概一个人要4000万美元，我们将来可能就很便宜了。实现这一种飞行，将来而且不仅有火箭，像美国航天飞机用火箭打上去，那个成本很高，将来我们实现正常的起飞，正常的着陆，但是可以实现超声速巡航。这就要我们动力，你必须要跨一步。

第三个是超微型发动机。将来我们的发动机也有很小的类型，飞机做出来像一个手掌那么大。甚至我们未来有纳米发动机，做出来之后，就有可能装这个发动机的飞行器也像蚊子那么大小。过去的《西游记》，孙猴子钻到铁扇公主的肚皮里面去了。将来有可能我们用那种小飞机从你的鼻子里飞下去，完了到你身体去巡视一周，检查你有什么毛病。这是将来技术的发展，21世纪我相信这一点可以实现。

再一个就是新能源。我们地球上的石油资源总是要用完的，现在人类又开始在探索，如果用完了怎么办？另外还有一个环境污染问题，现在大家正在探索无辐射无污染的能源。

这个是太阳能飞机，俄罗斯已经试飞了。主要是由氢、液态天然气、太阳能做燃料的。我的结束语：纵观航空发展的历史，可以毫不夸张地说，发动机在飞机的发展中起着关键性的作用。发动机是飞机的心脏，是推动飞机快速发展的原动力。过去一百年航空动力技术已经取得了巨大的成就，极大推动了航空技术的发展，并推动了人类文明的进步。未来的一百多年，随着新的理论、方法持续发展和应用，21世纪的航空动力技术必将加速发展，取得更加辉煌的成就。希望在未来的一百年中，中国能够对世界的航空动力技术的发展做出更大的贡献。我也希望在座的朋友们，能够在这方面有新的发明创造，谢谢各位！（来源：cctv-10《百家讲坛》栏目）

高科技与现代农业 -石元春

主讲人简介

石元春，1991年当选为中国科学院院士，1994年当选为中国工程院院士，中国科协副主席、中国农学会副会长，曾任中国农业大学校长，石元春院士是我国著名的农学专家，在农业领域有过突出贡献，发表过多篇学术专著。

内容简介

农业有一万多年的历史，每一次的工具上和科学技术上的重大突破和革命，都会给农业带来新的动力，使它上到一个新的台阶。从19世纪中叶开始，农业科技革命给现代农业的发展带来了新的机遇。

在1840年，一个德国的化学家李比锡提出了矿质营养学说，他认为有机物腐烂以后会变成一种简单的无机物，变成一种矿物质能够被土壤吸收。就是这一点，在整个农业上它具有重大的推进意义。自从有了这样一个学说以后，就开辟了化肥的这样一个领域。在以化肥为主体的第一次近代农业科技革命，带来了农药、拖拉机等先进的近代技术，也就带来了20世纪农业的高速发展，这些新的技术的应用，它给20世纪的农业产量，带来了非常巨大的变化，20世纪的粮食单产的年均增长量增加了30倍。我们建国以后，化肥增长了720倍，机械动力增长了6125倍，灌溉面积增长了3.5倍。由于新的技术的应用，我们粮食的产量增长了4.5倍，肉类增长了27倍，而我们的耕地面积减少了两千万公顷。但是我们产值却提高了，这就是因为有了近代的科技革命，带来了农业的大发展。而近几十年，农业技术更因为新的技术的出现，而有了更大的发展机遇。一个就是基因的发现，使农业也可以进入基因育种时代，可以有转基因植物、动物的出现。另外一个就是信息技术的发展。由于有了信息技术，可以使以前经验量化的东西定性化，不精确的东西精准化。这两项技术的出现，给现代农业的发展，带来了重大的转机。在2001年，江泽民同志在国际农业科技工作会议上，他曾经说过这样一段话：“中国农业已经进入新的发展阶段，针对农业新阶段的要求，中国正在探讨新思路，制定新对策”。所以我们大家都应当很好的努力，农业正在进入一个新的发展阶段，现代农业是对全球和中国提出了挑战，如果我们能够抓住这样一个历史性的机遇，我们古老和相对落后的这种中国的农业，将会实现一次新的跨越和腾飞。

全文

同志们，今天很高兴和大家在一起探讨一个问题，就是高科技和现代农业的这样一个很好的课题。农业已经有一万多年的历史了，每一次的工具上和科学技术上一次重大突破和革命，它都会给农业带来一个新的动力，使它上到一个新的台阶。我远的不说了，我想说一下从19世纪中叶开始的这一次农业的科技革命。

首先是在19世纪40年代，有一位德国的化学家李比锡，他认为有机物质腐化以后，变成一种矿物质被土壤吸收了。就是这一点在整个农业上具有重大的推进意义。自从有了这样一个学说以后，开辟了化肥生产的这样一个领域。真正的主要化肥生产是20世纪，大家可以看到这个数据里面，就说明1913年的化肥，全世界才使用了51万吨。可是到1994年，80年以后，全世界使用化肥的量是7276万吨，那么就说增长了143倍。八十年增长了143倍，化肥发展非常快。

我举一个很简单的例子，三十年代这个变化例子，在1960年到1990年这三十年间，在全世界的农药销售额，由8.5亿美元增加到234亿美元。增长得非常快，这是说的农业化学这一块。第一台拖拉机什么时候开始的呢？我想大家不一定都很清楚，我可以告诉大家，1902年开始了第一台带自走式的，带内燃机的拖拉机在美国出现了。拖拉机也就是1920年，就是20世纪初叶才出现了拖拉机。

那么这几件事情产生以后的话，我们总结一下，就说19世纪中叶开始的，以生物科学和农业化学为主题的第一次的近代的农业科技革命，就出现了什么呢？出现了化肥、农药和拖拉机，这些先进的技术带来了20世纪农业的高速发展，你们也许觉得这个化肥、农药都很普通的事，可是在20世纪初绝对是最高的，最新的技术。

大家看看它给20世纪的产量发生什么变化？20世纪的粮食单产的年均增长量，这有点绕嘴，把它换成粮食，平均每公顷每年增加多少公斤，叫做单产的年均增长量。拥有了这个技术以后，就使得20世纪前五十年和后五十年之间发生了很大的变化。前五十年平均每公顷每年只增加1.4公斤的粮食，那么大家再看看后五十年怎么样，43公斤。这个差不多三十倍呀，增长了三十倍呀。刚才说了这个是全世界的，我们再看看我们中国的。中国最典型了，1949年正好我们新中国建立，我们看看1949年到1999年这五十年间中国的投入和产出的情况。化肥增长了多少倍？增长了720倍。机械动力增加了多少倍？增长了6125倍。灌溉面积增加了多少？增加了3.5倍。由于新的技术和物化的产品大量的投入，投入以后，它产出当然就会发生变化。我们粮食的产量总产增加了4.5倍，我们过去才一万多亿吨的粮食，而现在五万吨粮食，这个肉类的话增加了多少倍？增加了27倍，否则我们今天吃不到这么多肉。还有禽蛋增加了53倍，那么你们就会提出一个问题，增加了那么多，是不是因为我们的耕地面积增加了呢？我现在给大家一个数据说明一下，在这五十年间，我们国家的耕地面积不是增加了，而是由9.75亿公顷减少到9.55亿公顷，减少了两千万公顷。我们耕地减少了，这是动态的减少，但是我们的产值多了，哪里来的？都是因为有了近代的科技革命。

刚才我谈到第一次科技革命，谈到杂交玉米、杂交水稻等等，它还是常规的。现在我们仍然还是以常规的育种技术为主，但是有了生物技术以后，它就引发了常规育种技术的一场革命，为什么首先它重视品种呢？因为动植物的品种是农业生产的原材料，我们几乎所有的农事活动，都是为了对品种的加工和再生产。我们搞施肥呀、灌溉呀、或者防疫呀等等，最后都是为了加工品种，使这个品种在它的繁殖过程中，取得更好的产品。所以从原始农业到近代农业，品种的选育始终处在农业技术基础体系的中心位置。

生物技术的伟大之处就在于它可以对生物的遗传信息进行实验室操作，它可以进行实验室操作，可以在动物、植微生物，也就是在所有的物种之间对它进行基因的转移和重新组合，可以做遗传改良的工程设计。在这个过程中，可以注入和产出作物原来没有的一些新的特性，产生一些新的物种。这样就将动植物育种推向一个崭新的时期，这是生物科学和技术的一次非常伟大的革命。

首先开始的是在80年代开始注入某些新的特性，比如说它能够抗虫、抗病、抗除草剂，它能耐旱、耐盐、耐低温等等，它原来的作物没有这些特性，现在它可以有了。我举个例子就是说，特用的玉米，有的玉米专做饲料用的，有的可以专做工业用的，还可以专做食品用的，罐头玉米，水果玉米，蔬菜玉米呀，各式各样的。还有的比如说有人爱吃大豆、豆腐，但是不爱吃那个豆腥味，但是它可以把大豆里面豆腥味去掉。还有大家知道麦当劳都吃那个炸薯条，炸薯条你们都不要紧，可以吃，因为你们不胖。外国人又爱吃、又爱胖，脂肪太多了，所以他又想吃炸薯条，又怕长胖，很矛盾。通过基因的转移，土豆能够炸出跟现在薯条一样的风味，但它里面吸收的油份不是很多，很快麦当劳店里面生意就更好了，大家也敢吃它了。

我还举个例子，很有意思的例子，外国人的主食是土豆，土豆泥、土豆条，外国小孩跟中国小孩不爱吃饭一样，他也不爱吃土豆。可是他爱吃巧克力，可以把巧克力味道的这种基因导入到土豆里面，这样小孩就爱吃土豆了。这样事情我们可以进行设计，可以进行施工的。

那么这种通过基因改良的这样一些作物的全球种植面积发展非常快，下面再跟大家说说畜禽，畜禽的胚胎工程，育种的超速排卵。另外呢，好的胚胎它不是产一个子，而是产好几个，变成两个，或者四个的。高质量的胚胎，性别可以控制，公畜和母畜可以控制。另外大家知道克隆技术已经趋于成熟和实现商业化，遗传改良的猪种，这个世界上非常的关注，非常关注这个遗传改良的猪。现在我想用第六届国际遗传学应用于畜牧生产学术会议上的一个共识，和一个预测的资料告诉大家，如果用这种猪的话，它的日增重可以达到1.2公斤，每天猪增长1.2公斤。那么我们国家猪平均是多少？才0.65公斤。那么瘦肉率它也提高了，由50％多提高了70％。产子率可以产到11个，甚至可以产到15个。那么我跟有些同志们介绍这个时候，他们都会提出一个问题，这个猪肉不好吃。我可以告诉大家，这个猪肉非常好，很好吃。因为氨基酸的比率也有提高，所以有人说，因为大家都害怕了，西瓜不甜，化肥施多了，猪长得太快了，那准是不好吃。我们有这种现象，但是我们在科学上还是能够得到解决的。

那么如果按照1998年国际会议上的指标来看的话，我们中国现在的水平要达到新的水平的话，就会具有翻一番的潜力了。大家看看这个牛，胚胎工程牛，这在美国已经商业化了，有一百多家的牛胚胎公司。有上千万头的胚胎工程牛，那么我们国家目前在新疆，这方面的教授做得非常漂亮，我去过好几次了，就是把这样一个胚胎工程技术的话，它可以在全世界范围里面，来选择牛的种子资源进行最好的结合设计和搭配。那么在这种情况之下，所以我们现在国内已经有很多这方面的事情了，选择以后，就利用国内的某一头牛来给它借腹怀胎，就把这个胚胎呀，设计好了，做的这个胚胎，人工胚胎，移植到载体牛的子宫里面去。通过它再产出来，那么这个产出来的这个小牛呢？母牛没关系，只是营养关系。所以这个技术已经商业化了，而且是非常成功的。

除了生物的胚胎工程以外，还有一个是农业上要用大量的生物制剂，拥有生物技术以后，它就发生很大的变化了。微生物基因重组技术的出现，正在掀起农用生物制剂产业的一场革命。新一代的生物农药、动物疫苗、生物肥料、动植物生长调节剂，将如雨后春笋一般的发展，为农业带来新的活力，也为环境的保护和可持续发展带来福音。

在1992年的时候，大家知道在巴西的里约热内卢召开了一个非常有名的会议，就是环境与发展大会。当时是我们国家的李鹏总理参加的，当时那个时候1992年提了一个很宏伟的计划，说希望在20世纪末，农药里边用生物农药用到60％来替代有机农药，减少对环境的污染。60％的替代，这是1992年说的，可是到了20世纪末，我们现在21世纪，美国才15％，中国还不到1％，还是有合成农药。为什么？就是因为有些关键技术没解决，另外疫苗，大家知道现在口蹄疫，好多病吧，发展非常的厉害，那么实质问题还是与我们疫苗有关系。传统疫苗有很多得好处，做了很大的功劳，但是它有自身的很多的缺陷，也是技术上没有得到很好的突破。自从有了微生物重组以后，可以用基因工程菌来进行生产农药。就可以得到一个技术上的一个大的突破，所以基因工程苗的话，有很多的优点，我也可以告诉大家，在80年代的中期呀，发达国家已经开始用了基因工程疫苗，如果我们要生产一百亿只鸡的疫苗，产值一年，大约是十亿元的话，用常规的方法生产我们需要五千万个鸡胚，就是要五千万个鸡蛋才能完成这样一个疫苗的生产。如果我们用生物反应器的技术，两头牛够了，耗能上可以少五千倍，成本可以减八千倍，高技术的魅力就在于此。

好，生物技术说了半天了，换个口味，说一点信息技术，我在1999年就写了篇文章，叫做《农业呼唤信息技术》。为什么农业呼唤信息技术？我们农业是从事生物生产的一种行业，因为生物生产它是有生命的物质，非常复杂，用自然资源。所以它给行业上带来一种弱势，它很分散，土地很分散，不能把所也的土地集中在车间里边，不可能。很分散，而且区域性很强，还有识别性很大，今年这样明年那样。春天这样，夏天那样。所以农业是经验性很强，而且稳定性和可控程度都很低，这是行业带来的弱势。我常常对那些其他的专家说，我说你们可别以为我们搞农业的人智商低，不是我们的智商低，而是什么？而是农业太复杂，我们从事的是生命运动的研究。

但是客观还是存在，确实不如工业那样精确、量化，那么这样一个传统农业，通过信息化就可以对它进行相当大程度的改善，比如说智能化的专家系统，我们要种植小麦、种植玉米、种植棉花，你要有土壤的问题，有肥料的问题，肥料问题还有有机肥、无机肥，还有微量肥料等等。还有农业气象的专家，还有什么育种的专家、栽培的专家、耕作的专家，还有防病的，还有防虫的，拖拉机的，等等，你们有多少系，它就有多少专家。这么多人他都钻一行，综合起来到农民那儿去不管那么多了，他的经验就这么走了，现在这么多的专家的智慧，怎么把它集成起来？用我们的人脑去表达的话，一个人的人脑很难有这么大的能力，万能博士还是很少的。那么我们可以用计算机和信息技术，能够把它人工智能化，所以叫做专家系统。这方面的话，我们国家在1998年，科技部就把它作为农业信息的突破口，所以智能化的这个农业专家系统，使得农业由定型走向量化，由经验走向科学。除了这个系统，我们把一些个经验的东西、半定量的东西，这种东西我们把它集成，完了以后把它智能化，同时我们把智能化的东西把它传输出去。把信息呀，通过网络技术把它传输，现在到2002年，各种农业网站已经发展到了两千二百多家。去年我很高兴，去年秋天成立了一个九亿网，专门为九亿农民服务的一个学习网。有了网络技术，就使得农业由分散，农业很分散，信息很不灵，封闭呀，到了信息非常灵通，农业情况就有了很大的改善。

好，我再讲尽3SPA技术，你看看一个拖拉机好像很一般，不是很特殊的。但是如果一个拖拉机，带上了全球定位系统，带上了地理信息系统，同时要带上农业专家系统。如果我这块地种玉米，我带着棉花的专业系统，这三个武器拿在手上，这个拖拉机身份就大大的抬高了。农民的土地的情况非常不一样，但是农民的耕作都是一样的，那么我们一样的播种、一样的犁地、一样的施肥、一样的灌水，这实际上，这一百亩地里边土壤和作物长得很不一样，都被模糊掉了。现在我们有了这三个武器以后，就可以每三十平方米，这么小单位发生的变化，它都可以调整它的施肥等等。十二平方米就跟你们宿舍差不多，那么小一个范围有了变化了，马上就会调整，调整什么呢？调整它的施肥、喷药、耕作和灌溉，这样就可以做得很精细。那么有了3SPA技术以后，就使农业从粗放到了精确，在近几年间这个3SPA的服务在美国是如火如荼啊。有了3S这套体系以后，农业的资源和生态环境的调查就可以做得很漂亮，还可以对气象和生物灾害的测报，对水土资源做出管理，农作物的种植状况以及估产等等。水稻估产的准确度已经达到90％以上，所以这样的话呢，就使得我们的农业由一种微观的管理进入到一种宏观的管理，可以在一个县、一个市、一个省、乃至全国进行宏观管理。

好，我刚才讲完了信息，下面我再讲讲现代工程技术。第一个我讲讲肥料的问题，你们也许不知道这个数据，我告诉大家，我们国家生产和使用化肥的总量居世界的首位，排在第一，全世界生产的化肥的27.5％，都给我们用了。全世界生产化肥的四分之一以上，都让我们用掉了，我们用的量相当大。是不是我们施化肥越多，产量越高呢？不一定。所以这样的话，就涉及到我们化肥利用效率的问题，我们过去一斤化肥能够生产十六斤的粮食。现在降到一斤化肥只能生产两斤四两粮食，化肥的报酬严重的递减。我们氮肥的话，差不多一半是损失掉了，等于我们每年要损失多少？是380亿元的人民币，要损失掉两千万吨的尿素，四五十个尿素生产的化肥工厂要专供浪费。浪费还是一个问题，而且浪费完了以后，造成环境的污染，地表水还原以后变成亚硝酸盐，对人的致癌作用非常大，所以这样污染也是很严重的。那么我们现在想办法做高效的化肥施肥技术，你比如说过去我们是用单质肥，现在我们用多元化的肥料，不仅用多元化的肥料，还用专用的复合肥，小麦的、棉花的、玉米的等等，蔬菜的、黄瓜的、西红柿的，都是各种不同的专用复合肥。

这个肥料啊，目前已经是由这种单纯追求肥料的使用数量，已经按照作物的要求，提高高效到无公害、多元化的这种肥料。水也一样，刚才说氮肥是损失45％，现在请大家看一看，我们水的有效利用率，农业用水，灌溉农业用水，仅仅22％，水的损失也非常大，总的农用水的损失率是66％，比氮肥的使用率还要低。而我们国家是世界上第13个贫水国，人均水资源的占有量排位在109位，但我们浪费还是非常的严重。那么在这种情况之下，节水的工程就有了，各种工程技术把它组合起来，包括如何进行科学的储水，如何进行输水，低压管道输水，把这套建起来。还有灌水技术，精细灌溉，那么还有生物技术来提高生物对水的抗干旱的能力。另外呢，还可以在保墒技术，土壤里边的水尽量减少蒸发，形成一个节水的这套体系。我想最后的话呢，用江泽民同志在前年，在国际农业科技工作会议上接待中外著名农业科学家的时候，他在他的讲话中有一句话，我们大家看一看。他当时就说：“中国农业已经进入了新的发展阶段，针对农业新阶段的要求，中国正在探讨新思路，制定新对策。”我们大家都需要很好地努力，那么农业呢正在进入一个新的时代，现代农业是对全球和中国提出的挑战，如果我们能够抓住这样一个历史性的机遇，我们古老和相对后进的这种中国的农业，将会实现一次新的跨越和腾飞。好，谢谢大家。

光纤通信进展 -李淳飞

主讲人简介

李淳飞， 男 ，1961年毕业于哈尔滨工业大学，现任哈尔滨工业大学现代光学研究所所长，教授。李淳飞教授是国家首届863计划信息领域专家委员会委员，中国光学学会理事，美国光学学会和光学工程学会会员。它的主要研究方向是非线性光学和光子技术，特别是广泛应用于光通信、光计算和光传感中的光开关器件，长期参加国际科研合作和学术交流，在国际学术界享有较高声誉。

进入新世纪，李淳飞教授在哈尔滨工业大学开辟了光通信网络器件与系统研究的新方向，取得多项创新性研究成果。

内容简介

现代的工业是以信息技术为先导，也是最大的产业。20世纪下半年，信息技术发展很快，在我们的生活和生产当中，起到一个关键作用。大家都知道互联网是很重要的，我们可以通过互联网来传递各种各样的信息，可以进行信息处理，甚至于在我们的生活当中也广泛应用。但是现在的电子互联网它的速度不够快，我们常常感到上网有困难。为了改变电子互联网系统速度慢、信息量少等缺点，科学家门研制出了光纤通信互联网系统。光纤通信具有传输速度快、传递信息量大和保密性强等优势。过去的电子互联网就相当于一个羊肠小道，而这个光纤互联网就像是一个宽带的信息的高速公路。

中国光通信的发展非常迅速，20世纪80年代上海首先铺设了一条1.8公里的数字光通信线路。20世纪80年代国家投资武汉邮电研究院，研制光纤器件。1995年到1998年，上海交大完成了九五项目，四个节点的全光城域网、实验网。20世纪90年代起，全国各地都普遍铺设和使用单路的光纤通信线路，现在是一直到农村，我们都可以看到光纤线路。2000年底中国网通公司建成了3400公里的波分复用的光纤通信网，2001年完成了863项目，中国高速示范网。2000年，国家自然科学基金资助了一个项目，中国高速互联研究实验网。目前，光纤通信系统已经进入到我国广大的城市和乡村，为人民生活和经济发展提供了便捷服务。哈尔滨工业大学教授李淳飞通过对光发射、光接受、光放大等技术的研究，向我们描述了利用互联网传递邮件、查找资料、收看电视、打电话的多功能前景。

全文

今天我讲的题目是《光纤通信进展》。主要讲的内容，首先谈一谈光纤通信发展的历史，然后我们再介绍光纤通信一些关键技术，包括光纤及其特性，光纤通信系统，还有光纤通信器件。我偏重于光纤通信器件，最后我们给个结论。

我们先谈光纤通信是怎么发展起来的。我们都知道，现代的工业是以信息技术为先导，也是最大的产业。20世纪下半年，信息技术发展很快，在我们的生活，我们的生产当中，起到一个关键作用。20世纪的信息技术，是有什么样的特点呢？它是以微电子学为基础，微电子学的发展，促进了信息技术的发展，它的关键技术是晶体管等电子器件。晶体管大家都知道是PN结形成的，有了晶体管以后，就有了开关，有了放大，有了调制各种各样的器件。把这些器件和这些元件集成在一起，就成为集成电路。我们电子计算机的芯片，就是集成电路组成的，集成电路做得越来越小，所以我们的计算机也就变得越来越小，而且速度越来越快。

同时，电子通信也得到很大的发展，电子通信和电子计算机结合起来，就成了我们今天的电子互联网。大家都知道互联网是很重要的，我们可以通过互联网来传递各种各样的信息，可以进行信息处理，甚至于在我们的生活当中也广泛应用。但是现在的电子互联网它的速度不够快，我们常常感到上网有困难，所以要进一步发展通信网。到了21世纪，据我的理解，我的了解，光电子学将要有很大的发展。这是什么意思呢？就是把光子器件和电子器件放在一起，来组成一个光电子学的关键技术。这个技术呢，就是异质结结构和器件和光电子集成。异质结结构，就是PN结，大家都知道，就是N形P形半导体中间形成一个PN结。现在我们光电子器件，是采取不同的材料，做P形的或者N形的，所以叫异质结的结构器件。有了这个器件，我们就可以设计产生激光二极管，这就是作为光纤通信的光源。另外我们可以做砷化镓的快速开关器件，这样我们就可以做高速的计算机。将来的计算机我估计也会把光纤的技术放进去，就是光电混合的，我们就要做光子和电子器件的混合集成，所以叫光电子集成。有了这两个关键技术，我们就可以发展光纤通信和高速计算机，然后我们可以实现高速的光纤互联网，宽带的，就像是高速公路一样，有很多条线路，同时来可以开车，可以不受到阻拦。过去呢，电子互联网就相当于一个羊肠小道，而这个光纤互联网就像是一个信息的高速公路。

由于在现代信息技术当中，一些科学家们，做了很大的贡献，所以2000年诺贝尔奖物理学奖就奖给了现代光学技术的奠基者。把这个奖分成两半，一部分就授予发明半导体异质结构的两位专家，一个是俄罗斯约飞物理技术研究所的所长，Alferov；另外一位是美国加州大学UCSB分校的教授叫Kroemer，这是一部分，另外一半是奖给了集成电路的发明者，也是美国德克萨斯仪器公司的发明家，Kilby，这说明我们物理学界也非常重视现代技术的现代信息技术的发展。

现在我们看一看，国际光纤通信发展的里程碑，大概前后只有四十多年。1955年，英国科学家卡帕尼，发明了玻璃光导纤维。1960年华人高锟等人，他们首先提出了用低吸收的光纤做光通信，高锟我们称他为光纤之父，他是原来香港中文大学的校长。在1970年，光纤通信有很大的发展，建立一个很强的基础，一方面是传导光波的光纤，这个美国的柯林公司已经做出了每公里20分贝的低损耗。另外一方面，光源是很重要的，贝尔实验室研制成功室稳连续运转的半导体激光器，这两个一结合，光纤通信就有了基础。所以七 八年以后，美国在芝加哥市首先开辟了第一条光纤通信线路，再过10年左右，1.55微米波长的光纤损耗率它低到0.2个分贝每公里，这就是有两个数量级的降低它的损耗，这样就可以传输很远。在同年，这是英国的南安普敦大学，他们发明了掺铒光纤放大器。这样的话，就不需要把光信号变成电进行放大，然后再输送出去，再转成光信号，不用光 电 光的转换，而是直接用光来放大。

这样光纤通信就有很大的发展了，有很多好消息出来。1989年美国首次进行了波分复用的光通信实验，是四个频道的，四个通道。因为过去的光纤通信，只是一根光纤通一个光波的载波，从此以后，就可以一根光纤通很多条光的通道。1998年，美国实现了密集波分复用的长途光通信，它的传输速率达到每秒一个太比特，所以我们叫太比特。我们就进入了这样一个高速的时代，太比特的时代。

中国光通信的历史是怎么样的呢？20世纪80年代我们在上海首先铺设了一条1.8公里的数字光通信线路。20世纪80年代投资了武汉邮电研究院，研制光纤的器件和光纤本身，现在也成为光纤器件的一个最大的研究单位。1995年到1998年，上海交大完成了九五项目，四个节点的全光城域网、实验网。20世纪90年代起，全国各地都普遍铺设和使用单路的光纤通信线路，现在是一直到农村，我们都可以看到光纤线路。2000年底中国网通公司建成了3400公里的波分复用的光纤通信网，2001年完成了863项目，中国高速示范网，2000年，国家自然科学基金资助了一个项目，中国高速互联研究实验网。现在，我们国内有很多的公司可以批量生产光纤通信的系统和器件。中国网通公司波分复用网络是这样的，它是利用了铁道部的单根光纤进行波分复用。从深圳经过上海，一直到北京，然后呢，武汉再回到广州。中间还有合肥和南昌，一共跨越了6个省市。它的容量是怎么样的呢？它是2.5Gb/S，单路的光纤，单路的速率，然后乘上16路，有16路并行处理，这样我们就可以达到每秒400Gb速率，2000年底，通信已经开通运行。

我们现在回顾一下，光纤通信发展的情况，技术上的情况，另外它发展的趋势。首先我们从数字通信开始，就是用脉冲编码，数字通信，开始是用的时分复用。时分复用就是在时间上，把光的信号分段传送，先后不同。开始是发展一次群，二次群三次群四次群，这都是指的速率，最高到了140M比特，这个是用的准同步数字系列。以后又有新的进展和技术上的进步，这样的话，可以使得传输的速率大大加快，从155M比特，一直到2.5G比特，还有10每秒GB。现在，单路的通信一般都是用2.5GB每秒，也可以达到10GB。但是再高就困难了，因为无论是电子的还是光子的，这些器件速度上不去，已经碰上了瓶颈了。所以怎么进一发展呢！我们就采取另外一条路，就是科学家们研究的结果，认为可以用不同的频率放在一个通道里边。这就叫波分复用单纤多通道，从4个通道，8个通道，16个通道，32个通道，一直到上百个通道。光纤通信发展的趋势是这样的，光纤传输这是没问题，解决了一个光的传输，就是信号的载波是光，而不是电了。这个已经解决了，下边还要向光交换，向交换这个问题上去努力。现在还是电子的交换就是打电话要有一个交换器啊还是电子的。现在正在研究光的交换器，这样就逐渐逐渐地变成全光化，充分发挥这个光的优点。还有一个趋势呢！现在我们知道计算机联网，有个数据网，另外我们打电话有个通信网，我们看电视有线电视网。这三个网将来都会把它合在一起，三网合一，这样的话我们有很大的方便了，光纤就很容易到户了。我们只要一根光纤既可以打电话，可以看电视，可以送E—mail，所有的对外的联系一根光纤解决问题，这就是光纤到户了。当然现在还没有实现，光纤网络在21世纪的战略地位是怎么样的呢？有一个日本专家做了一个预测，就是世界经济当中，行业基础设施排名这里有工业园区港口，高速公路，国际机场，光网络，从这个图可以看到，光网络将来会是最大的投资，最大的效益，最大规模的基础设施。

现在我们介绍第二个问题，光纤通信技术简介，首先谈谈光纤本身，这就是光纤的一个简单的示意图。中间两层都是硅材料，但是它们的折射率不同，中间的高一点，旁边的稍微低一点。用掺杂的办法来调整这个折射率，外边有塑料，有机材料的包覆层。我们看看光纤怎么分类，一个是按照折射率分类，折射率的分布，这个叫做阶跃折射率光纤，它是N1N2是两个不同的折射率，中间高旁边低，这样才能实现全反射，所以光波在里边是这样的反射。后来进一步发展，我们生产了一种叫做渐变折射率光纤，它的中间的折射率是渐变的，这样光波在里边是这样的传播。第二种分类就是按照模式分类，就是单模光纤和多模光纤，多模就是有很多模，光传输的光波的模式。单模就只有一个模，单模的很细只有2到12个微米量级。它的折射率就是相对两种折射率的相对比呢，是比较小一点，多模光纤折射率比比较大一点，它的芯径比较粗，50到500个微米，如果按照用途来分的话，我们可以看到在市场上可以买到各种不同的光纤，有保偏光纤，就是保持偏振态不变，就是光的偏振态不变；另外就是可以避光色散，希望它不要色散，是零色散的光纤，所谓零色散的光纤。以后呢，就是我们又采用了波分复用，就要用1.55微米的这个光纤，这个就叫色散位移光纤，它在1.55微米这个地方没有色散；另外我们还可以制造出在1.3微米到1.55微米之间都是有很平坦的色散特性的这样的光纤，我们叫做色散平坦光纤。

我们先来谈吸收，光纤的吸收。大家知道光纤虽然石英透射率很高，但是它还存在着吸收，所以影响了我们传输的距离，吸收越小，传输就越远，放大器可以越少。这是一根实际测量到的一个光纤吸收的曲线，这个纵坐标是吸收，横坐标是波长。那么我们怎么会形成这样一个曲线的呢？这是因为在光纤里边有杂质，这些杂质造成了紫外的吸收和红外的吸收。另外还有它是一个波导器件，也有缺陷，另外就是瑞利散射分子的瑞利散射，也可以产生吸收。所以，在这些缺陷的包罗下，就得到了这样一条曲线。这个曲线有几个低的窗口，这里可以看到，这是低吸收的窗口，但是这里有一个吸收峰。我们看下面的图比较清楚，这是经过改进以后的一个光纤的吸收特性曲线。这个峰很不好，它是由于OH根，有人叫水根这样一种杂质在里边造成了一个吸收。其他有几个吸收的谷，就是吸收的窗口。所以，现在科学家们正在研究所谓全波光纤，就是它的带宽可以达到400纳米，从1250纳米到1650纳米这么宽都是低吸收的，就把这个峰啊给它砍掉，现在已经做到了，但是市场上还很少。

下面我们讲光纤的色散。色散有几个分类，如果是光源，由于光源不是很纯，再加上光的调制过程当中要使带宽展宽，所以这样的话就造成了波长色散。对于多模光纤来说，由于模式很多，它们模式之间速度也不一样，所以就是模式色散就产生了。单模光纤本身也是有色散的，它的色散是由于材料本身有色散，另外这个波导结构，一个高折射的，一个低折射的，形成的一个柱形的波导，它的结构也不一定是很完善，本身它也产生色散。

另外，光纤本身它的形状可能不对称，不会做得非常圆。另外，它有的时候要受到硬力，受到外界的磁场的干扰，这些因素就产生了双折射现象，就是两个偏振的方向相互垂直的模。它们传播的速度不一样，这就是双折射。这样就引起了偏振色散，所以色散可以分成这样几类。

我们从这张图上可以看到，这边是纵坐标是色散，横坐标是波长。对于过去那个常规光纤，就是1.31微米这个附近的这个波长的光纤我们开始把它零色散点设在1.31微米，这个叫做常规光纤。它的色散曲线是这样的，随着波长而变。以后我们发展了色散位移光纤，就是把它的零色散点，放在1.55微米这个地方，那么这样的光纤特性是这样的，在1.55微米附近我们都可以用这样的光纤，因为色散比较小。

下面我们介绍光纤通信系统，我们先从单路的光纤通信开始，最早的光纤通信是光电混合的，它要把光信号由电来调制，调制我们这个发光二极管，或者是激光器，就是半导体激光器。使它发出的信号除了载波之外，还有一个被调制的信号在上面，把这个光波送到光纤里去传输。大概过了100公里左右，就需要加一个放大器，这个放大器在过去是电子的，要把光信号变成电信号进行放大、整形，我们叫中继器，然后由它再转成光信号发射出去。这边有个接受器，主要是有一个光电探测器，能够把光信号变成电信号，然后解开信号的载波，载波的信号。所以这个是光电光中继的，这样的一种数字通信系统。后来我们发展了光放大器，这是一个很重要的发明，这样就不需要经过电了，就是光 光 光的传输，这是单信道的光中继器的数字通信系统，其他部分都是很像的，都是一样的。

我们再谈谈波分复用的光通信系统。它是这样的，它是激光器有好多个，发出不同颜色的光，不同频率的光，然后把它用光的合波器，我们叫做WDM的这个器件，把这些光信号都合在一起，送到单根光纤里去。然后中间经过功率放大，线路放大，前置放大，一直到用户手里，这就是我们现在波分复用的光通信系统的一个原理。

刚才讲的波分复用是WDM，现在经常又提到DWDM，这是什么意思呢？这是密集波分复用。密集波分复用什么意思呢？就是它这个波非常密，它的间隔很小，同一个光纤的窗口，信道间隔很小，这个叫密集波分复用。因为我们现在能够使用的是光纤放大器，它的频带是有一定的宽度，大概40纳米左右，正好是在C波段，所以我们在C波段就做成很密集的波的信号，这个波束的数量可以从8个到16个、到32个、到64个，再继续增多。这就随着技术的发展，间隔就越来越小。现在我们看一看，一个点到点的密集波分复用系统它的原理图。这里是很多信道，合在一起复用，然后放大，但是中间呢，我们可能要下载一个信号。比如说我们从哈尔滨发一个信号到广州，也许北京就要下载一个信号，另外北京还要送一个信号上去。可以下可以上，这个呢，我们叫做分插复用器，或者上路下路这样一个复用器。

还有一种更加改进的就是环状的网络。中间还要除了这个OADM以外，对于外网要进行上下的工作，另外还要有一个中心站来控制，里边有一个路由器，这个电子学里边都有路由器。它就决定了你的光波向哪个方向走。这个中心站发出信号，分配这些配置这些光波，使它朝不同的方向去，送到不同的站点、结点。很多的网就是可以是很多的圆圈，很多的环状的网把它组成，这是很复杂的。我们可以把它分成三个层次，一个就是长途干线网，这个是远距离的。这个是城市里边一个大城市它有很多的光纤的用户，组成了一个城市网。另外还有到用户手里，比如一个单位、一个大楼，一个家庭，我们这里所用的叫本地就是接入网。有这样三个：长途、城域、本地网。这三个点之间要有连接，我们是用光交叉连接，叫OXC这么一个东西来把它连起来。就是一些光开关，要使得我们光纤可以每一个信道都可以通到另外其他的信道里边，可以自由交换。所以这些干线之间，这些大的城市之间，都要加上光交叉连接的网络。另外，到用户去我们要有上路下路，就是光分插复用器，叫OADM，蓝颜色的就是这样。每个用户都是需要有这样的东西，这就是我们现在光纤通信的一个网络情况。

下面我们要说一下波分复用，特别是密集波分复用，它有什么优越性。它的优点是这样的，有这样三点，一个就是可以充分利用光纤带宽的资源。比如说我们对全波光纤它有400个纳米，间隔如果是25G赫兹的话，那么就可以容纳640个波长，一根光纤可以有640个信道，当然我们那个间隔要是再小，可以更加多。所以，这个光纤本身是有很大很大的潜力，我们要充分地挖掘，所以用这种WDM的形式，我们用单通光纤可以同时输送音频、数据、文字、图像等多媒体的信号。

第二个优点就是这种方式比较灵活，可以适应于各种网络形式，干线网、局域网、广播网都可以，配合了OXC和OADM。这样的话，我们就可以在网络当中上下路由交换很自由。甚至于一根光纤可以对讲，对传信号。第三个优点就是节约光纤和器件的投资。因为我们不用为了多一个信道就加一根光纤，把这个地下挖起来再埋设，我们就一根光纤就增加它的容量就可以了，节约大量的光纤材料。另外，对于器件的要求也不那么高了。虽然你达不到很高的速度，但是如果并行的数目比较高的话，就可以了。就像我们的脑子，神经网络，它的运算速度并不很快，但是由于它是高度互联，所以它照样是可以提高运算的速度，一样的。

下面我们讲光纤通信器件，这个光纤通信器件我们把它分类一下，大概光纤通信分成两部分，一个是光的传输，另外一个是光的交换。这个传输部分呢，我们有很多的器件，必须用的，有源的器件，和无源的器件。有源就是说我们要用电来控制的，比如说半导体激光器光源，是把电信号变成光信号，探测器是把光信号变成电信号。光纤放大器也是需要用电来控制，要有一个泵浦源，还有光的调制器等等。无源器件连接起两个光纤，一拧把它连接起来，耦合器。一根光纤要分成几路，就叫分路器，环形器下面再介绍。滤波器要把光纤的频率让它变得很窄，很纯。隔离器也是为了隔离这些信号之间的干扰的。另外呢，衰减器，可以随意地调节输出的大小，特别是波分复用要求它出来的光都是同样的强度。偏振控制器，刚才我讲了，这个光纤是很容易改变偏振方向的，所以我们要用偏振控制器来补偿。下面是色散补偿，这个已经介绍了。分岔器，这主要是为波分复用器服务的。

下面我们讲光交换器。光交换的系统，这里面所需要的器件，光开关，这个开关不仅是空间的开关，还有波长的转换。另外，还有上路下路的分叉复用，还有互联、开关互联。下面我们先讲光传输器件，这个图给出了DWDM系统，发射端的光器件。这里是有很多不同颜色的发光激光器，另外每一个激光器都要进行信号的调制，把信号载进去。还要调整它的光强，使它们都是很均匀的，一样的强度。然后要锁定它的频率。最后进入到合波器里边，然后再变成了一路光纤传输，中间要经过放大器，后面还有探测器，我们分别介绍一下。

首先是半导体激光器，这个半导体激光器呢，有很多种，我这里只介绍两种。这个叫做FP型的，这是两个谐振腔，这两个腔是平行腔，是晶体的结，里面组成，一个前面一个后面，中间是放大介质，主要是PN结材料，这种激光器发射的光不够窄，它的频率不够窄，上面还有点小峰。频带比较宽，就不太理想。我们把这个反射器做一个改进，不是用两个镜子，而是用PN结，一端做上了周期性变化的一个光栅，这个折射率周期性变化。这样的话，这个光栅本身就是一个反射器，它是一个布拉克光栅，光在里面要来回地反射。最后，只能输出一个单纯的光，所以这个光就非常窄，一个单脉冲，这个是分布反馈激光器。

下面我们介绍探测器。这样一个器件的作用，就是把光变成电，后来又进一步发展了具有放大能力的，不仅是转换，还有放大，叫有倍增区的，在这里。所以叫雪崩光电二极管。它也是把光信号变成电信号，但是它效率更高，下面讲光放大器，这里它的主要的原理我们简单地说一下。信号从这儿输进去，经过一个耦合器，这是可以说是两个波长，一个980的，一个1.5的，混到这里面去，然后放大。最后出来以前，给它滤波一下，把那些噪音信号去掉。中间还要加两个隔离器，隔离器的作用就是它只能一个方向传播，反的方向是不能传播的。这样是可以防止光源受到损害，这就是掺铒光纤放大器的一个简单的结果。

下面我们谈半导体的光放大器。半导体的PN结结构，我们不要这个谐振腔，那么它就是一个放大器，弱信号进来以后，经过增益介质、放大介质，就可以输出一个强光。这个器件有缺点，就是它的噪声比较大，另外还有一些其他的问题，所以没有被广泛应用，经过改进以后还是可以用的。光调制器，就是把电信号调制，我们所需要的这个信号调制进去。声频的或者是电视信号，各种信号调进去。怎么调制呢？有两种方法：一种方法是内调制，就是在半导体激光器上面加电压，这个电压的大小不同，就得到不同的调制信号，这叫内调制。但是它速度是有限的，它只能在2.5G以下。2.5 G以上。比如10G那就必须用外调制的，就是一个外调制的铌酸锂电光调制器。它是把光分成两路，这两路汇集到这儿进行干涉。它的相位它干涉的情况决定于这两个相位差，而这个相位差是由电场来造成的。

下面我们讲光交换器件。大家知道光信号，一个波分复用的信号进来，要进行解复用，这些不同的频率的信号，要进行交换。比如说我这个信道1要跑到信道4去，信道2要跑到信道6去，要进行交换，这个交换就是靠中间这个名叫OXC，就是光学交叉连接器。它就是一个开关阵列，光开关的阵列。所以这个开关阵列它的基本的器件是光开关，所以下面我们要讲光开关。光开关的应用有很多，一个是交叉互联系统，另外，分插复用系统。还有光路的保护监控，要切换，这也需要光开关。先来看看交叉互联这个网络，它的单元是开关，开关有很多种，我们介绍七种。一个是电光开关，它利用电光效应，加电场就会改变折射率，改变光的相位，是经过一个干涉仪的话就可以得到不同的传播方向。下面是一个马赫 陈德尔干涉仪，它也是用电来控制的。改变它的相位，使得相位差不同，原来从四口出来，就变成三口出来就实现了开关。刚才讲的是电光效应，现在我们讲热光效应。就是形式很像，但这两个臂上面加的是两个电极，它是靠加电流加热的办法使得折射率改变，温度升高，折射率变化。温度升到一定的程度，相位改变到一定程度，就从四换到三，开关转换，既是波长的转换，又是对某一个频道来讲，又是开关的转换。

另外一种很有趣的气泡开关。这个发明人也是很有意思，他把热喷墨打印技术，和硅平面的波导技术结合起来。气泡式开关，很有趣的。下面这种是磁光开关，它的原理我也不想详细讲了。液晶开关，这个液晶也可以做开关，加了电场以后，电场的方向是这样的，液晶分子按照电场方向排列，这样的话这个光就没有旋光现象了。本来是正交的，光不能通过，所以一加电场本来是通过的，变成不能通过了。开和关就是这样一种原理。

好了，上面讲的都是电控的开关，它的速度都比较慢，大概是毫秒量级到纳秒，比如电光开关速度比较快，它是纳秒的。但是想再高的速度怎么办，这就有困难了，所以我们现在就要采用用光来控制光，这样速度就比较快。这是其中的一种，也是马赫 陈德尔干涉仪。另外还有一种交插相位调制，就是我们原来的信号就一样强，不改变它的强度，但是我加一个泵浦光，从这儿进去，从这儿出来，就改变这个调制臂它的折射率。相位，这样的相位差不同了，就可以得到从这个通道到另外一个通道的开关。

最后我们的结论和大家说一下，实现信息高速公路的途径现在最好的途径是波分复用的光纤网络技术。光纤通信的发展趋势是从光电混合，向全光方向发展，光纤通信的发展方向，是往三网合一的全光网络方向发展。那个时候的网络就是光网，实际上就是光纤网。全光网的内容包括两部分，一个是光的传输，另外一个是光的交换。传输问题现在解决得比较好，基本上已经可以用了，但是要提高质量，降低成本。光的交换现在还没有解决。下一步，就是光纤通信的关键问题，在器件方面是光、全光的交换系统。光开关，是它的主要的部件。所以我们现在集中力量在研究光开关和全光交换器，在未来的光通信技术是需要高速的全光开关，现在还不需要很高。现在现有的电光器件或者这个磁光器件已经可以满足要求了，但是未来这个问题是要解决的。好谢谢大家。

航空史中的十个瞬间-周日新

主讲人简介

周日新，曾任航空工业部政策法规司副司长，《航空杂志》总编辑，现任中国航空工业第二集团科技委委员。

内容简介

1.莱特兄弟飞机上天：首次升空时间只有12秒，飞行距离不过36.58米，他们却开创了人类航空的新纪元。

2.第一架全金属客机首飞：德国著名飞机设计师容克斯敏锐地看到金属材料的使用前景，认为制造飞机最适宜的材料不是木材而是金属。容克斯就成为第一个“吃螃蟹”的人。

3.林白单人飞越大西洋：1927年5月，世界航空史上发生了一件盛事，美国飞行员林白单人成功地从纽约飞抵巴黎，成为一时轰动世界的新闻。

4.第一架实用直升机首飞：世界公认的第一架实用直升机是由西科尔斯基完成的。1939年9月14日，这位被称为现代直升机之父的著名直升机、飞机设计师驾驶自己设计的VS300直升机进行了首飞。

5.第一架喷气式飞机首飞：1939年8月27日，德国飞机设计师亨克尔设计的He178单翼机升空，飞行速度达到每小时700千米。

6.耶格尔突破音障：1947年10月14日清晨，美国飞行员驾驶X1火箭研究机进行动力飞行。最终他突破了音障。

7.喷气客机首航伦敦至罗马：36座的喷气客机第一次在云层上面飞行，使旅客可以更加心旷神怡地鸟瞰白云下的美丽大地。世界上第一种民用喷气客机“慧星”号客机正式投入航线首航。

8.阿普特突破热障：1956年9月27日，美国空军飞行员阿普特上尉驾驶贝尔X2火箭研究机，飞行速度达到马赫数3.2，阿普特在这次创纪录的飞行中献出了自己宝贵的生命。

9.超音速客机首飞：20世纪60年代末期，有两个日子曾被载入世界航空史的史册：即1968年12月31日和1969年3月2日，超音速客机图144和“协和”号分别进行了首飞并取得成功。

10.世界最大宽体客机首航：波音747飞机竟然是波音公司竞争落选的产物。1964年，美国空军招标结果是波音失败，波音从失败中奋起，发展大型宽体客机，最终获得了成功。

《航空史中的十个瞬间》 （全文）

2003年是世界第一架飞行诞生100周年，飞机的发展成为20世纪最伟大的传奇之一，它极大地改变了人类的生活。回顾百年航空发展的不平凡历程，我们选取了10个瞬间，从简要的回顾中，人们也许可以从中得到某些启示。

1.莱特兄弟飞机上天(1903.12.17)

首次升空时间只有12秒，飞行距离不过36.58米，他们却开创了人类航空的新纪元。

莱特兄弟发明的“飞行者”1号飞机在1903年夏就制造完成了。这是一架双翼机，是蒙布与张线结构；又是一架鸭式飞机，因为升降舵在飞机前面。它装一台12马力的发动机,带动两个螺旋桨。飞机没有起落架，只有滑撬依靠滑行起飞；没有飞行员座椅，飞行员只能趴在飞机上操纵飞机；没有副翼，依靠操纵机翼扭曲使飞机偏转。12月14日，他们决定正式首飞，兄弟俩由掷硬币决定由哥哥威尔伯·莱特先飞，可惜他运气欠佳，在飞机起飞时，把机头拉高了，造成飞机失速，旋即栽下来，这次试飞失败了。

1903年12月17日,星期四,进行第二次试飞。这次轮到奥维尔·莱特先飞了。

当时天气寒冷，试飞的场面也颇冷清。试飞场地是北卡罗来那州基蒂·霍克以南6千米处基尔德夫尔沙丘附近的海滩上。在场观看试飞的只有5个人，其中包括约翰·T·丹尼尔斯和小男孩汤姆·怀特。尽管前一天莱特兄弟曾贴出告示：“明天上午在沙丘上空进行世界上第一次载人飞机试飞，欢迎参观。”但几乎无人相信他们会取得成功，因此来者寥寥。

据目击者回忆，10时30分，奥维尔俯到飞机上进行驾驶，因为“飞行者”1号没有起落架，它是用带轮子的小车在滑轨上滑跑以起飞的，威尔伯扶着机翼以使飞机在滑跑时平衡，飞机向前滑行，威尔伯还跟着跑了一段，飞机迎风起飞了，在空中飞行还不平稳，有点颠簸，最后滑下来着陆了。经测算：飞机留空时间12秒，飞行距离36.68米。飞行成功了！

当天的试飞共进行了4次，最好成绩是哥哥威尔伯创造的：留空时间59秒，飞行距离260米。

人类首次升空时间只有12秒，这是何其短暂的飞行瞬间！对于乘飞机旅行已成寻常事的今天，人们几乎难以理解这12秒的意义。1997年4月波音777-200型飞机环球飞行时单程不经停飞行时间为21小时23分，是莱特兄弟飞行瞬间的6000多倍，飞行距离则是5万多倍！但是莱特兄弟飞行瞬间的意义却非同寻常，因为它宣告了飞机的诞生和航空时代的发韧。

有张照片恰好记录下了这一珍贵的飞行瞬间。它是由丹尼尔斯在10时35分拍摄的。从照片上看，“飞行者”1号离地约一米高，右边一位穿夹克戴帽子的人背向镜头，他是威尔伯·莱特，而趴在飞行员座位的人则是奥维尔·莱特，这张照片后来被世界各地广泛转载。

莱特兄弟为什么会取得成功？航空史学家在研究中发现，既不在于他们的学识，也不在于他们比别人高明多少，而主要有三个因素。

一是他们继承了前人的成果，也吸取了前人失败的教训。他们几乎研读了航空先驱们所有航空方面的著作，充实自己的理论知识，同时进行了大量的科学试验。

为了准备这次试飞，他们在前三年，先后制造了3架滑翔机，进行了逾千次的滑翔飞行，逐步体会、掌握操纵飞机的方法。他们特别推崇德国航空先驱、被誉为“世界滑翔机之父”的李林达尔，从他的关于飞行的著作中学习航空知识，为此他们甚至攻读了德文，这对于只受过4年中学教育的莱特兄弟来说无疑是很困难的。

二是莱特兄弟在研制飞机上遵循了科学规律，注意理论与实践的结合。他们在航空理论上也许比较弱，这一点可以通过学习来加以弥补，但他们有丰富的机械设计经验，有很强的动手能力，他们把理论、设计、制造、试验、试飞结合起来，兄弟俩集设计师、工程师与飞行员于一身，这是很大的优势所在。

三是莱特兄弟具有勇于探索、百折不挠和不怕牺牲的科学精神。飞机试飞风险很大，甚至要付出生命的代价，如德国人李林达尔和英国人皮尔彻就是在试飞中丧生的，但莱特兄弟却争先恐后驾驶飞机进行首次飞行，以至于要通过掷硬币来决定谁先飞。莱特兄弟说：“要得驱御烈马的最好办法，绝不是在旁边指指点点所能完成的，最重要的是自己骑上烈马驾驶它”。正是由于这种精神，莱特兄弟终于驾驭成功“飞行者”1号这匹“烈马”，创造了划时代的飞行瞬间。

2.第一架全金属客机首飞(1919.6.25)

航空技术的发展，促进了飞机速度的提高，带动了航空材料的发展。在20世纪20年代以前，飞机采用木质结构是当时的主流。然而随着飞机速度、飞机机动性以及飞机载重的提高，木质结构已经不能满足这些要求，必然要向全金属结构的飞机过渡。由于飞机飞行的特殊要求，这种金属结构要轻，强度要大，于是铝合金应运而生。

铝合金的发现也是挺偶然的。1906年，法国工程师维尔姆在一次实验中，发现含有一定成份其他金属的铝合金其硬度和强度均有所增加，这就是第一种铝合金，后来由杜拉金属公司制造成功，故称为杜拉铝。

杜拉铝是铝铜镁锰等合金，属于可热处理强化铝合金，具有较高的力学性能，适于制造飞机的构件，如蒙皮、壁板、桁条、翼助等。铝合金的出现引起了飞机结构材料的革命，木质结构让位于铝合金的结构。德国著名飞机设计师容克斯敏锐地看到金属材料的使用前景，认为制造飞机最适宜的材料不是木材而是金属。但当时木质飞机一统天下，无人敢用金属造飞机。容克斯就成为第一个“吃螃蟹”的人，1915年12月12日，他设计的世界第一架无支柱悬臂式全金属单座飞机J1首次试飞，该机装一台120马力的发动机，但是没有投入生产。第一次世界大战后，他从事民用运输机的研制，采用杜拉铝制成了世界第一架全金属的飞机F13旅客机，于1919年6月25日首飞成功，该机可载客4人，驾驶员两人，巡航速度每小时140千米，可飞行5个小时。该机共生产322架，广泛使用到30年代初，1932年，容克斯在F13飞机的基础上又推出了大型三发旅客机Ju52，该机共生产4000架，在世界各国广泛使用。

容克斯宣告了飞机从木质结构跨进了全金属时代。

3.林白单人飞越大西洋(1927.5.20-21)

林白在越洋飞行中，要克服恶劣的气象、低能见度和来自心理上的孤独与恐惧。1927年5月，世界航空史上发生了一件盛事，美国飞行员林白单人成功地从纽约飞抵巴黎，成为一时轰动世界的新闻，林白也立即成为家喻户晓的飞行英雄。林白1902年生于底特律，20岁那年，他进了飞行学校，第一次驾驶飞机上天。1926年，林白成为邮政飞行员。邮政飞行也是颇具风险的事业。就美国而言，早年从事邮政飞行的40名飞行员竟有31名死于飞行事故。正是在邮政飞行生活中，林白萌生了单人飞越大西洋的念头。为了实施他的计划，首先是找好赞助商，帮助他解决买下一架飞机的费用，其次是选择好飞机型号并进行必要的改装。这两件事很快得到了落实。8名圣路易斯商人愿意赞助费用购买飞机，条件是飞机要命名为“圣路易斯精神”号。飞行型号选为瑞安公司生产的M—Z型邮政飞机，装一台225马力的莱特发动机。林白还要最大限度地减轻起飞重量。为此，他拆除了很多必要的设备，大有孤注一掷的架式。例如拆除了发报机、夜航设备、食品柜甚至降落伞。而他所带维系生命的全部食品是：5个三明治和3瓶水。

改装完成的“圣路易斯精神”号是一架上单翼飞机，总重量为2 381千克。最大平飞速度每小时200千米，航程7 483千米，大大超出纽约到巴黎的距离5 760千米。这架飞机的载油量达到1 705升。

当林白于1927年5月12日驾驶“圣路易斯精神”号抵达纽约时，还有两组飞行员在这里等待起飞，即大名鼎鼎，曾成功飞越北极和南极的伯德机组和克拉伦斯·饯伯林机组。不仅如此，还有坏消息，在这之前，已有4架飞机在试飞和飞越大西洋中坠毁，好几位飞行员丧生。但这丝毫没有动摇林白飞行的决心。

5月20日7时54分，在纽约长岛的罗斯福机场上，林白驾驶“圣路易斯精神”号起飞，人们看到，这架满载燃油的飞机差一点未能越过跑道尽头的电话线，但是飞机升空了，伴随着发动机轰鸣径直向北方飞去。

林白的路线是，北飞至加拿大纽芬兰，然后径直向东，横穿大西洋，28小时后到达爱尔兰海岸上空，偏航仅5千米，其余的飞行则较为顺利，包括越过康沃尔山，直飞巴黎，

飞行中林白困得眼皮直打架。他深知：在他年轻的生命中，这是最长最难熬的一个夜晚，一个人驾机飞行，瞌睡比坏天气更可怕。为了保持清醒，他使出了浑身解数：抽打自己的嘴巴；把一只手伸到座舱外，让冷气把气冻僵；双脚在座舱里不停地踏动，直至酸痛得抬不起来……

5月21日晚10时许，在巴黎的夜幕下，林白驾机降落于布尔歇机场。林白没有想到：机场上竟有10万人在狂热地欢迎他。

林白此次单人不着陆飞越大西洋，“孤胆英雄”林白，是20世纪二三十年代一批勇敢的飞行员中的佼佼者，他飞越大洋、征服极地、环球飞行乃至挑战极限，推进了航空事业的发展，也唤起了公众对航空的极大热忱。

4.第一架实用直升机首飞(1936.6.26)

世界上公认的载人直升机FW61是德国直升机设计师H·福克于1936年发明的。1936年6月26日进行了成功的试飞。1937年，FW61创造了直升机飞行速度（每小时120千米）、升限（3416米）、留空时间（1小时20分）3项世界纪录。令人惊叹的是，德国著名女飞行员汉纳·赖奇曾驾驶FW61直升机在柏林的德国大厅里试飞，表演了悬停、360°转弯、前飞、后飞和侧飞等动作。世界公认的第一架实用直升机是由西科尔斯基完成的。1939年9月14日，这位被称为现代直升机之父的著名直升机、飞机设计师驾驶自己设计的VS300直升机进行了首飞。为了首飞他呕心沥血设计出来的得意之作，他身着笔挺的西装，头戴毡帽，稳坐在驾驶舱里启动了发动机，直升机缓缓升起，离地面只有二三米，悬停也不过10秒，但是VS300成功了！

西科尔斯基在设计中解决了直升机一项重大难题——飞行中打转儿的问题。

直升机打转儿是由旋翼产生的，旋翼旋转时除能产生升力以克服直升机的重力使直升机升起外，还能产生向前的水平分力使直升机前行；同时还产生了旋转的反作用力矩使直升机打转儿，为解决打转儿的问题西科尔斯基巧妙地设置了在垂直面旋转的尾桨，平衡了旋翼产生的反作用力矩。VS300装有一台4气缸气冷式发动机。功率为75马力。旋翼有3片桨叶，直径8.5米，机身为钢管焊接结构。经反复试飞，证明该机具有良好的操纵性能。1940年，美国陆军决定大量订购VS300直升机的改进型VS316，直升机进入军队服役。1940年5月6日，51岁的西科尔斯基驾驶VS300直升机创造了续航时间1小时32分26秒的世界纪录。直升机的原理很古老。我们古代小孩玩的竹蜻蜓就是直升机的雏型。竹蜻蜓是用竹和木头削成细长扭曲形薄片，在中间装上立轴，用双手一搓便会飞快旋翼而上升。但竹蜻蜓究竟始于何时，却无文献可考。据说汉代就有了轮式风扇。中外学者推算，竹蜻蜓最晚也不会晚于明代，因为18世纪，竹蜻蜓就由中国传到了欧洲，法国还举办过竹蜻蜓的飞行表演。竹蜻蜓对航空科学的发展产生过影响。英国航空先驱凯利曾对竹蜻蜓有过深入研究，他自制的竹蜻蜓能飞30米高，他还画出了有4个旋翼的直升机草图。

世界上第一个画出直升机草图的是意大利艺术大师达·芬奇。这位旷世奇才不但在艺术上取得辉煌的成就，在航空科学上也单有建树，他还是世界第一架扑翼机的设计者。

达·芬奇于1483年画出了直升机草图，直升机的升力由旋转着的螺旋桨产生。

从竹蜻蜓到现代直升机这一发展历程表明，古老的儿童玩具孕育、诞生了现代形式多样的直升机。

5.第一架喷气式飞机首飞(1939.8.27)

亨克尔对26岁的欧海因说：从今天起，你被雇用了。我给你5万马克，你要在6个月内搞出一台喷气发动机来 。1939年8月27日，德国飞机设计师亨克尔设计的He178单翼机装有欧海因设计的世界首台涡轮喷气发动机HeS3B，在德国著名飞行员瓦西茨的驾驶下升空，这架He178采用硬壳式铝机身，木质机翼，飞行速度达到每小时700千米。

从世界上第一架飞机诞生之日起，提高飞行速度、飞行高度和载重量就一直是人们研制新飞机所追逐的目标，但是到了20世纪30年代，飞机的速度一直徘徊在每小时700千米左右，这差不多装有活塞式发动机和螺旋桨的飞机的极限，用苏联著名飞机设计师雅科夫列夫的话说，已经到了“山穷水尽”的地步了。

喷气时代的来临，使飞机的发展“柳暗花明”。

喷气时代的标志，便是涡轮喷气式发动机作为新型动力装置的诞生。

涡轮喷气发动机的原理是：空气从飞机进气道进入发动机，先经压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合燃烧；膨胀的燃气进入涡轮并推动其旋转，使与涡轮同轴的压气机正常工作；从涡轮流出的燃气经尾喷管膨胀后向后高速喷出，从而产生巨大的反作用力推动飞机前进。

凑巧的是，如此重大的航空发动机推进的变革，竟是德国人欧海因和英国人惠特尔在互不通信息的情况下，各自独立并几乎在同一时期完成的。这一点，恰恰证明了新技术出现的必然性。

欧海因生于1911年，当他一次坐飞机时，活塞式飞机震动很大，噪音很响，他感到与飞机优美的气动外形极不相称，便考虑发明一种喷气发动机。1934年，欧海因开始进行初步工程设计，并把方案呈送给自己的指导教师波尔教授审阅。波尔教授慧眼识珠，认为这很有前途，尽管喷气发动机还不为人所知，而且与学校的科研项目没有关系，波尔仍愿意尽最大力量支持欧海因，允许他使用学校的设备进行试验。

1936年4月，德国著名飞机设计师亨克尔与欧海因签订研制合同，欧海因立即试制喷气发动机。于1937年9月，他研制第一台喷气发动机运转了。两年之后，装有欧海因喷气发动机的飞机上了天。

惠特尔1907年生于英国的考文垂。少年时代就对航空产生浓厚的兴趣。1928年，在空军学院学习的惠特尔在其毕业论文《飞机设计的未来发展》中就第一次提出了喷气发动机的原理，这是一个非凡的大胆的科学预见。尽管他此时还不过是21岁的学生。1930年，惠特尔申请了专利。几年中，惠特尔研制喷气发动机的想法无人理睬，几乎他自己也认为走投无路之时，新的机遇终于向惠特尔招手。1935年，在一位校友的帮助下，一家财团决定资助新成立的动力喷气有限公司试制惠特尔的喷气发动机，并取名为WU，即惠特尔样机。1937年4月12日，他研制的单转子涡轮喷气发动机首次运转成功。1939年，政府介入了，决定出资研制喷气发动机。惠特尔的新型喷气发动机W1B装于格罗斯特公司E.28/39战斗机上。

1941年5月14日，试飞员赛耶驾驶E.28/39升空，飞行17分钟。英国喷气式飞机虽然问世了，却晚于德国两年上天。对比德英两国、欧海因和惠特尔发明喷气式发动机的历程，可以引起人们深深的思索。如果不是英国上层保守思想当道、技术权威作怪，惠特尔的发明不至于在12年后才得到政府的资助，那么，英国航空技术发展史可能会改写，惠特尔的喷气式发动机也许早若干年，至少是在德国之前研制成功，喷气时代会早些降临，人类会早些受益。

而比惠特尔小4岁的欧海因，晚于惠特尔6年才提出喷气式发动机的方案，但是他遇到两位重要的伯乐：一是哥廷根大学的波尔教授，不但赏识欧海因，而且给予大力支持；二是亨克乐飞机公司的老板、飞机设计师亨克尔。1936年3月这位老板与26岁的欧海因谈了一次话，便拍板决定说：“从今天起，你被雇用了。我给你5万马克，你要在6个月内搞出一台喷气发动机来！”

当人们赞扬欧海因为喷气式发动机所做出的重要贡献时，他却说：“我很幸运，如果不是亨克尔，我可能什么也不是。”对于科学发明家而言，“伯乐”何其重要！

二战结束后，喷气式发动机的发展异常迅速，带动航空技术发生了质的飞跃，使飞机速度、高度及载重量直线上升，不仅军用飞机面貌一新，在民用飞机领域，由于喷气式客机的出现，使现代民航运输业出现了重大转折，人们惊呼：喷气时代真的到来了。

6.耶格尔突破音障(1947.10.14)

他说，冒险是人生一大乐趣，它是每一个试飞员都梦寐以求的。1947年10月14日清晨，22岁的妙龄女郎格伦尼丝驾车送她24岁的丈夫、美国飞行员耶格尔上尉到加利福尼亚州缪罗克空军基地，耶格尔将驾驶被他命名为“迷人的格伦尼丝”的X1火箭研究机进行第9次动力飞行。上午8时，母机B29携带X1飞机起飞。计划要求X1飞行速度达到马赫数0.97（即音速的0.97倍）但耶格尔想的却是如何突破音障。因为毕竟他已飞过8次X1了，对飞机的里里外外都了如指掌；更重要是，突破音障对他有着巨大的诱惑力和吸引力，因为飞机发明以来44年间，人类还未能突破这一重大障碍，在英国，已有人为突破音障失去了生命。

音速，即声音在空气中传播的速度，在海平面约为每小时1 227.6千米。

为什么人们又把音速称为音障呢？这是因为，飞机速度接近音速时，空气阻力会急剧增大，这种阻力是实现超音速飞行的重大障碍。

这时，B29母机携带X1飞机升至6 000米高空，即投下X1飞机，耶格尔驾驶X1飞机飞行，按程序点着了4个燃烧室，飞机马赫数达到0.88，飞机开始颤振，耶格尔随即关掉2个燃烧室，后来飞到2 800米高空时，耶格尔使飞机平飞，又打开第3个燃烧室，飞机又加速，马赫数表的指针已超过了1，但表的刻度只到1为止。这时空中传来了像打雷一样的巨响，这就是音爆！

这是人类有史第一次听到音爆的巨大声音。音爆是在超音速飞行产生的强压力波，传到地面上形成如同雷鸣的爆炸声。常常会使居民受惊，甚至震坏房屋的玻璃。因此，在城市上空，低于1万米高度常禁止作超音速飞行。

格伦尼丝在基地目睹了丈夫的这次飞行，她所能看到的只是飞机在空中划过的尾迹，但她没有听到音爆，因为那发生在65千米之外的高空。她也不知道这次飞行会有什么特别的事情发生。当耶格尔乘着消防车来到自己的车前对她说：“我太累了，我们回家吧”。格伦尼丝正要起动汽车，几个人跑了过来，大喊大叫，这时耶格尔和格伦尼丝才知道：今天突破了音障。耶格尔驾机的马赫数达到1.07，即每小时1120千米。

耶格尔1923年出生，是美国著名试飞员、飞行员。二战中，他曾击落德国飞机11架。这次他因突破音障而载入史册：他获得了杜鲁门总统颁发的美国科技成就最高奖——科利尔奖，获得了国际航空联合会颁发的纯金奖章。

X1飞机是以火箭发动机为动力的飞机，它的翼型很薄，没有后掠角。由于火箭发动机燃料有限，工作时间短，因而不能自己从跑道上起飞，必须借助于母机B29飞机携带到空中投放。

人类在突破音障的探索中，也付出过沉重的代价。

英国在向音障进军的道路很坎坷。1946年9月27日，德·哈维兰公司首席试飞员小杰弗里·德·哈维兰驾驶D.H.108型研究机飞行时，从高空向下俯冲，希望在短时间里超过音速，飞机达到0.94马赫时，不幸飞机空中解体，小杰弗里，这位德·哈维兰公司总裁杰弗里·德·哈维兰爵士的长子不幸遇难。德·哈维兰虽然有巨大的丧子之痛，但却丝毫未动摇突破音障的决心，1948年9月6日，哈维兰公司另一试飞员德里驾驶经过改进的D.H.108型飞机在向下俯冲的瞬间马赫数达到1.04。世界上第一种投入使用的超音速飞机分别是苏美于1953年研制成功的。其型号分别是米格19和F100。米格19飞机是米高扬设计局于1951年开始研制，1953年9月底在试飞中达到音速的1.4倍，该机于1955年装备部队。米格19飞机中国也曾仿制，型号为歼6。F100是美国于1949年2月开始研制，1953年5月首飞的喷气式战斗机，1954年装备部队，是美国在越南战争中使用的主力机型之一。

回顾人类突破音障的过程，耶格尔的一段话特别发人深省。他说，真正的音障不在天空，而在于我们对超音速飞行的认识与经验。

7.喷气客机首航伦敦至罗马(1952.5.2)

36座的喷气客机第一次在云层上面飞行，使旅客可以更加心旷神怡地鸟瞰白云下的美丽大地。世界上第一种民用喷气客机“彗星”号的首创者是英国著名飞机设计师、飞行员和企业家德·哈维兰。以他的名字命名的公司于1949年研制成功中程喷气客机“彗星”号。1952年5月2日，“彗星”号客机正式投入航线首航，“彗星”从伦敦起飞，两小时后抵达罗马，引起巨大轰动，纷纷预订机票。甚至连皇室成员也想尝尝乘坐喷气式客机的滋味。这条航线是从伦敦到南非的约翰内斯堡的，中间经停罗马、贝鲁特、喀士穆、恩德培和利文斯敦，全程10 821千米，总飞行时间（包括中间经停的时间）为23小时34分，极大地提高了客运的效率。在此之间，民航客机清一色是安装活塞式发动机的螺旋桨式飞机，飞行速度已达极限，即每小时700千米左右，而“彗星”号客机的巡航速度是每小时788千米。这就明显的缩短了飞行时间。如从伦敦到新加坡的航线，以前的螺旋桨式客机要飞36小时，而“彗星”号只需25小时。“彗星”号还有一个优势，它采用了密封座舱，在云上飞行，不仅可以鸟瞰美丽的景色，其平稳舒适也是前所未有。

人类首先在军用飞机上跨进喷气时代之后，德·哈维兰敏锐地觉察到喷气技术对民用航空的巨大推动力，因此他在世界上率先进行民用喷气客机的研制。

“彗星”揭开了人类民航喷气客运的新时代。继“彗星”之后，苏联，法国和美国也前后推出了自己的喷气客机。苏联图波列夫设计局于1955年6月首次试飞了图104客机，该机是在图16轰炸机的基础上改进而成的，1956年9月投入航线使用，成为苏联20世纪50年代主力民航客机。真正使喷气客机得到广泛应用的是美国波音707客机，它的技术优势在于每个细节都很成功，从而形成了综合技术优势。

“彗星”号客机投入航线使用颇不顺利，从第二年开始便有空难发生。几年间，最严重的是3架“彗星”号客机相继在空中解体。最后查明，除第一次可能是遭遇季风而导致紊流发生事故外，后两次在地中海上空发生空难的原因是飞机密封座舱结构发生疲劳所致。这是世界航空史上首次发生的因金属疲劳而导致飞机失事的事件。

疲劳是指飞机结构在交变载荷的作用下，裂纹的形成与扩展过程，裂纹扩展的后期就会产生断裂。在飞机发展的早期，疲劳问题并不十分突出。至20世纪30年代，飞机设计师开始对疲劳问题提出简单的要求，直至“彗星”号飞机发生空中解体导致机毁人亡重大事件，疲劳问题才被人们重视起来。

就“彗星”号飞机来说，机身疲劳是飞机在多次起降过程中，其增压座舱壳体经反复增压与减压引起的。针对这个问题，德·哈维兰公司对“彗星”号飞机进行了改进设计，加固了机身，采用了椭圆形航窗，使疲劳问题得到很好的解决。

从此，在飞机设计上将飞机结构的疲劳强度正式列入了强度规范而加以要求。

“彗星”号飞机几经改进，1958年推出了最新型别——“彗星”4号，该机承受了相当于飞行80年的疲劳强度试验。该机用6小时27分跨越了大西洋。

8.阿普特突破热障(1956.9.27)

他创造世界飞行速度纪录之日，也是他为航空献身之时。1956年9月27日，美国空军飞行员阿普特上尉驾驶贝尔X2火箭研究机，飞行速度达到马赫数3.2，即每小时3 380千米。与9年前他的同胞耶格尔相比，后者突破了“音障”，成为当时世界上飞得最快的人；而前者突破了“热障”，把飞行速度提高到从来没有过的3.2倍音速。然而阿普特没有耶格尔幸运。他在这次创纪录的飞行中献出了自己宝贵的生命。

阿普特在这次飞行中，高度达到了38 465.8米。当他降低高度准备返场时，飞机操纵突然出现问题，阿普特不得不关闭发动机，但此时又出现了滚动失控，飞机急剧下坠，阿普特意欲跳伞救生，但为时已晚，结果是机毁人亡，阿普特驾驶的X2是仅有两架中的第二架，第一架于1953年5月12日在试飞中爆炸而坠毁，飞行员也未能幸免。飞机设计人员从坠毁的X2飞机残骸分析中得出结论：飞机失控是尾翼面积太小而造成的。这个认识的得来是靠牺牲两名高水平飞行员和两架飞机的巨大代价得来的。

而热障是怎么回事呢？

热障是因飞行速度增高而引起飞机表面加热造成的障碍。这时飞机材料性能会下降，从而使飞机结构强度与刚度降低，飞机的气动外形发生破坏，甚至引起灾难性的颤振。通常，飞机速度超过2.2倍音速时必须采取防热措施，如采用耐热合金、不锈钢等材料制造飞机机体，加装隔热装置、冷却系统等。

喷气式飞机出现之后，飞行速度大幅度提高，特别是超音速飞行之后，机体温度也迅速提高，原来的铝合金就力不胜任了。因为，高速飞行的飞机所要求的不仅仅是强度，而且应当有良好的抗蚀性、韧性和耐热性，这就呼唤新的耐热合金的出现。

钛合金的出现给飞机克服热障带来了曙光。以金属钛为基，加入适量的其他元素组成了钛合金。其在300~600 ℃时的比强度优于钢和铝合金，钛的熔点为1 690 ℃。美国于1954年研制出性能优良的钛合金。在这之后，钛合金在航空上的应用日益广泛，通常用钛合金来制造飞机结构的隔框、蒙皮、翼梁、航空发动机的风扇叶片和盘等。美国最早使用钛合金的F86飞机，后来在F111、F14、F15A战斗机上都有广泛应用。使用最多的当属“全钛飞机”SR71，因为该机的飞行速度高达三倍音速，已突破热障。该机钛合金使用重占全机结构重量的93%。

9.超音速客机首飞(1968.12.31;1969.3.2)

世界航空史上的巧合：图144与“协和”号一前一后，相距3个月首飞成功，外形性能又极为相似。20世纪60年代末期，有两个日子曾被载入世界航空史的史册：即1968年12月31日和1969年3月2日，超音速客机图144和“协和”号分别进行了首飞并取得成功。

超音速飞行在战斗机上早已不是新闻。20世纪50年代初期，以苏联的米格19和美国的F100为代表的超音速飞机相继问世。至60年代，种类繁多的超音速战斗机大行其道。

从20世纪60年代初开始，喷气式民航客机经过10年的发展已日渐成熟，人们开始关注超音速客机，如果将民航客机的速度提高到两倍音速以上，将会大大缩短人们旅行所需要的飞行时间。

1962年11月29日，英法两国政府签署协议，决定合作研制“协和”号超音速客机。

“协和”号的设计方案是：飞机巡航速度为音速的2~2.2倍，机身为细长形，机头是活动的且可以下垂，下单翼机翼是具有复杂弯度和扭转的三角翼，前缘为S形，动力装置为4台加力式涡轮喷气发动机。由于把飞机速度限制在2.2倍音速之下，机体的主要材料仍为铝合金，仅在某些承受高温的部位采用耐热的钛合金和不锈钢，即飞机只过“音障”而不过“热障”，这种设计显然是十分聪明之举。

英法研制超音速客机的举动惊动了美苏两个航空大国。美国先是提出了指标更为先进的超音速客机计划，最后胎死腹中——美国政府终止了该项计划，而苏联则捷足先登，率先推出了图144超音速客机。

图144与“协和”号外形惊人的相似。该机是一种无尾双三角翼飞机，机身细长，机头可以向下偏转，机头两侧有可伸缩的前翼。其巡航速度为音速的2.35倍，航程6500千米。飞机装有4台涡轮风扇发动机。

图144虽然先于“协和”号3个月首飞上天，但以后灾难接踵而至：1973年6月3日，在法国巴黎举办的航空博览会上，“协和”号和图144世界仅有的两种超音速客机同台进行飞行表演，现场观众有35万人之多。“协和”号飞完之后，图144登场。它在飞行3次通场而过向上爬升时突然在空中解体，造成机毁人亡的惨剧，不但6名机组人员无一生还，还砸死了地面上的几个农民。后来，图144只在苏联国内航线上使用。1978年5月28日，一架图144在飞行中坠毁，从此苏联停止了图144飞机的飞行。

“协和”号在最初设计研制阶段十分谨慎。由于设计技术基础扎实，“协和”号首飞后于1974年获得适航证，1976年1月在英法两国各自投入运营。“协和”号投入航线运营引起了轰动。它那令人赏心悦目的细长机身，它那活动的尖尖的似鸟嘴一样的机头，它那曲线圆滑的三角翼，整体上看则像是一只在蓝天舒展疾飞的美丽圣洁的白天鹅。其设计被称为是力量与美学的完美结合。

“协和”号使欧洲到美国的飞行时间缩短了一半：从巴黎到纽约，波音747要飞7小时30分，而“协和”号只需3小时49分。难怪王公贵族、商务巨贾、大牌明星、政要大员对它情有独钟。但是“协和”号所付出的代价也是沉重的。它的研制费高达32亿美元，耗油率高因而票价昂贵，其票价要比大型客机的头等舱高出15%。更为甚者，超音速飞行噪音很大，再加上超音速飞行时所产生的音爆，对地面居民正常生活有很大影响。因此，美国只允许它在纽约一家机场降落。

在图144退出历史舞台，“协和”号唱“独脚戏”惨淡经营20余年之际，一场突发的巨大空难使“协和”号蒙受严重打击。

2000年7月25日，一架法航“协和”号飞机从巴黎戴高乐机场起飞2分钟后，坠毁于机场附近，造成机上及地面113人丧生的惨剧。经事故调查委员会调查，酿成这一空难的“罪魁祸首”并不是飞机自身的故障，而是飞机跑道上一块来历不明的金属片。这块金属片划破了“协和”号飞机轮胎，轮胎在起飞时爆裂，其碎片击破油箱导致其失火，最终造成飞机失事。“协和”号空难已经过去，“协和”号飞机已经复航，人们对于飞行速度的追求远未停止。现在世界第二代超音速客机的方案已显端倪，到不远的将来，飞得更快、更远的“白天鹅”将翱翔在万里蓝天之中。

10.世界最大宽体客机首航(1970.1.21)

说来有趣，波音747飞机竟然是波音公司竞争落选的产物。1970年1月22日，泛美航空公司首次使用宽体客机波音747，载客324名，从纽约首航伦敦，飞行时间只用了6小时10分，而14年前，美国好莱坞著名女影星格蕾丝凯利从纽约乘轮船赴欧洲小国摩纳哥，举行举世瞩目的世纪婚礼时，在大西洋上足足航行了8天。

1964年，美国空军招标，发展大型军用运输机C5A, 波音、道格拉斯、洛克希德三大公司竞标，结果是波音失败，洛克希德中标。波音的飞机方案是无懈可击的，只是要价过高。波音从失败中奋起，决定这一技术转为民用，发展大型宽体客机，并得到了泛美航空公司的支持。波音747项目无论是当时还是现在看来都是一场冒险，宽体客机是飞机设计上的一次革命，其基本型波音747-100机身22英尺宽，一排10座位，双通道；波音最显著的特征是上舱突起，这一突起就增加载客100人，最大载客量达490人。波音为投产波音747，花费2亿美元建设目前仍是世界上最大的厂房，该厂房占地43亩，室内面积有40个足球场那么大。波音747最初发展并不顺利，问世不久就遭到两个打击：一是发动机技术不过关，迫使30多架飞机趴窝，使波音成了“养鸡场”。二是赶上席卷全球的石油危机，油价暴涨，使航空公司考虑成本而不敢购买波音747，竞争对手乘机推出250座左右的中型客机L-1011和DC-10波音为了适应这一形势，不得不把机身截去14.2米，变成300座的747SP，以保住747飞机的市场。自至首航8年后的1978年，世界民航市场回升，发动机也过了关，波音747才改变被动局面成为市场新宠。很快，波音747的市场就超过了L-1011和DC-10的总和。1988年交付使用的波音747-400是本系列中最先进的，可载客524名。1990年，美国政府决定用波音747-400改装为新的总统专机“空军一号”。 截至2002年，共有1261架波音747飞机在世界各大航空公司运营，乘坐过它的人次超过世界总人口的四分之一。 波音宽体客机垄断世界民航已有30多年，现在，欧洲空中客车工业公司已发起了挑战，开始研制新一代巨型客机A380,预计2006年面世。

机器人技术发展状况 -孙立宁

主讲人简介

孙立宁，哈尔滨工业大学机器人研究所所长，博士生导师。机电工程学院副院长，1981年考入哈尔滨工业大学机械工程系，1993年获得博士学位。主要从事微 操作机器人、工业机器人技术等方面的研究工作。取得过多项重要的研究成果。

内容简介

首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。

另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。

那么什么是机器人呢？人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。但从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，展望21世纪，机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期。

刚才我们用了短暂的时间，讲了机器人的发展以及我们对机器人的看法，进行了简单地介绍，相信大家在今后的学习中，能够加入到我们研究机器人这个行列中。

全文

首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。比如说日本，战后以后开始进行汽车的工业，那么这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低人的劳动强度，这是从社会发展需求本身的一个需求。另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们逐渐的这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中,来需求能够解放人的一种奴隶。那么这种奴隶就是代替人们去能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。但另一方面，尽管人们有各种各样的好的想法，但是它也归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关技术的发展而产生了提供了强大的技术保证。

那么下面我谈一下就人们很关心的问题，为什么要发展机器人?那么简单说，机器人有三个方面是我们必要去发展的理由:一个是机器人干人不愿意干的事，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的，这样的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低；另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。上述方面的三个问题，也就是说机器人发展的三个理由。

那么什么是机器人呢?这个问题是一个非常有意思的一个问题。但人们一般的理解，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置或者叫自动化装置，它仍然是个机器。它有三个特点：一个是有类人的功能，比如说作业功能；感知功能；行走功能；还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。它是人造的机器或机械电子装置，所以这个机器人仍然是个机器。但是目前还没有一个统一的有关机器人定义，一般来说我们认为机器人是计算机控制的可以编程的目前能够完成某种工作或可以移动的自动化机械，这是美国工程师协会定的一个定义，但日本和其他国家也对机器人有不同的看法，他们认为从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，那么比方说机器人在这里边可以代替人进行焊接，焊接的环境是非常复杂的，可以搬运，它在生产线中搬运玻璃和各种各样的一些零件的搬运的工作，还可以在生产线中码垛等等，这都是把人从繁重的体力劳动中解放出来的一个例子。

那么机器人怎么产生的呢？这是在1920年，有一个捷克斯洛伐克的一个作家叫卡佩克，他写了一本科幻小说，叫《罗萨姆的机器人万能公司》。这本小说中他构思了一个和幻想了一个机器人，它的名字叫罗伯特，也就是我们英文中的Robot，它可以不吃饭，它能够不知疲劳的，不知疲倦地进行工作。在1920年前后，大家也知道是在第一次世界大战以后，是各国工业发展比较迅速的时期，我们看到电影《摩登时代》，卓别林主演的人变成了机器人，在生产线中天天的进行劳动。人们在这种烦躁的体力劳动中就幻想有一种能代替人完成这样工作的想像、一种需要，这个小说在1924年和1927年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家，还变成了一种当时的木偶剧和一些话剧，所以这样的一个机器人的名词就向全世界铺展开来，当时人们还认为是一个科幻小说，还没有把它跟我们日常的学习工作和生产结合起来。

但通过这样一个小说，一个罗伯特这样一个名词，它体现了人类长期的一种愿望，这种愿望就是创造出一种机器，能够代替人进行各种工作。这种想法是机器人产生的一种客观的要求，那么真正机器人的发展是在1947年，美国橡树岭国家实验室在研究核燃料的时候，大家知道核燃料，它有X射线对人体是有伤害的，必须有一台机器来完成像搬运和核燃料的处理这样的工作。在1947年产生了世界上第一台主从遥控的机器人，那么1947年以后大家知道，是计算机电子技术发展比较迅速的时期，因此各国已经开始利用当时的一些现代的技术，进行了机器人研究。那么在1962年美国研制成功PUMA通用示教再现型机器人，那么这就标志着机器人走向成熟，应该说第一台可用的机器人在1947年产生，真正意义的机器人在1962年产生。那么相继不久，在英国等国家，也相继研究出一些机器人，那么到了20世纪60年代末，日本人将它的国民经济的汽车工业与机器人进行结合，它购买了美国的专利，在日本进行了再次开发和生产机器人。到20世纪70年代的时候，日本已经将这种示教再现型的机器人进行了工业化，出现了很多公司，现在的像ABB，MOTOMAN，还有安川公司，还有很多机器人公司像OTC等等公司。它们都是已经将机器人进行了工业化，进行了批量生产，而且成功的用于了汽车工业，使机器人正式的走向应用。

在20世纪70年代到20世纪80年代初期，工业机器人变成产品以后，得到全世界的普遍应用以后，那么很多研究机构开始研究第二代具有感知功能的机器人，出现了瑞典的ABB公司，德国的KUKA机器人公司，日本几家公司和日本的FUNAC公司，都在工业机器人方面都有很大的作为，同时我们也看到机器人的应用在不断拓宽，它已经从工业上的一些应用，扩展到了服务行业，扩展了它的作业空间，向海洋空间和服务医疗等等行业的使用。所以从这张图可以看出机器人发展的几个过程。

那么总结一下，我们认为，机器人有三个发展阶段，那么也就是说，我们习惯于把机器人分成三类，一种是第一代机器人，那么也叫示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作，比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个力操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。抓一个鸡蛋，它能通过一个触觉，知道它的力的大小和滑动的情况。

那么第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能，那么这个目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们不断的科学技术的发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。

那么从三代机器人发展过程中，从另一个方面，我们对机器人从应用的角度进行了分类，比如说工业机器人，它包括点焊、弧焊、喷漆、搬运、码垛，在工业现场中工作的这种机器人，我们统称为工业机器人，那么从不同的应用中，到水下去作业的叫水下机器人，到空间作业的叫空间机器人，同时又存在农业、林业、牧业，对医疗机器人叫医用机器人，还包括娱乐机器人，建筑和居室上用的机器人，所以从应用分类，它包括从行业、应用角度，也可以进行这样简单的分类。

下面我简单介绍一下我国机器人发展的基本概况。刚才谈到了日本在20世纪60年代和美国都在开始进行机器人的研究，由于我们国家存在很多其他的各种因素、问题。我们国家在机器人的研究，在20世纪70年代后期，当时我们在国家北京举办一个日本的工业自动化产品展览会，在这个会上有两个产品，一个是数控机床，一个是工业机器人，这个时候，我们国家的许多学者，看到了这样一个方向，开始进行了机器人的研究，但是这时候研究，基本上还局限于理论的探讨阶段，那么真正进行机器人研究的时候，是在七五、八五、九五、十五将近这二十年的发展，发展最迅速的时候，是在1986年我们国家成立了863计划是高技术发展计划，就将机器人技术作为一个重要的发展的主题，国家投入将近几个亿的资金开始进行了机器人研究，使得我们国家在机器人这一领域得到很快地、迅速地发展。

目前主要单位像中科院沈阳自动化所，原机械部的北京自动化所，像哈尔滨工业大学，北京航空航天大学，清华大学，还包括中科院北京自动化所等等的一些单位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前这几年来看，我们国家在高校里边，有很多单位从事机器人研究，很多研究生和博士生都在从事机器人方面的研究，目前我们国家比较有代表性的研究，有工业机器人，水下机器人，空间机器人，核工业的机器人，都在国际上应该处于领先水平，总体上我们国家与发达国家相比，还存在很大的差距，主要表现在，我们国家在机器人的产业化方面，目前还没有固定的成熟的产品，但是在上述这些水下、空间、核工业，一些特殊机器人方面，我们取得了很多有特色的研究成就。

下边我简单介绍一下工业机器人的一些情况，到目前为止，工业机器人是最成熟，应用最广泛的一类机器人，世界总量目前已经销售110万台，这是1999年的统计，但这110万台在已经进行装备使用的是75万台，这个量也是不小的。总体情况看，日本在工业机器人这一块，是首位的，成为机器人的王国，美国发展也很迅速，目前在新安装的台数方面，已经超过了日本，中国刚开始进入产业化的阶段，已经研制出多种工业机器人样机，而有小批量在生产中使用，这也是整个在日本、美国以及我们国家在工业机器人情况的一些比较。

这是点焊机器人，点焊机器人刚才讲的，主要是针对汽车生产线，提高生产效率，提高汽车焊接的质量，降低工人的劳动强度的一种机器人。它的特点是通过机器人对两个钢板进行点焊的时候，需要承载一个很大的焊钳，一般在几十公斤以上，那么它的速度要求在每秒钟一米五到两米这样的高速运动，所以它一般来说有五到六个自由度，负载三十到一百二十公斤，工作的空间很大，大概有两米，这样一个球形的工作空间，运动速度也很高，那么自由度的概念，就是说，是相对独立运动的部件的个数，就相当于我们人体，腰是一个回转的自由度，我们大臂可以抬起来，小臂可以弯曲，那么这就三个自由度，同时腕部还有一个调整姿态来使用的三个自由度，所以一般的机器人有六个自由度，就能把空间的三个位置，三个姿态，机器人完全实现，当然也有小于六个自由度的，也有多于六个自由度的机器人，只是在不同的需要场合来配置。

弧焊机器人也是工业机器人中一个最重要的方面，像我们汽车的后桥，进行焊接的时候，它连续焊接，所以它的特点是连续轨迹控制，所以它要求的轨迹精度要求非常高，一般来说也是五到六个自由度，由于它焊枪比较小，所以在五到十公斤就可以了，这个方面是在国际和国内应用非常大的一类机器人，在另一方面像搬运和铆接，这些工作场合下，像搬运，主要是要求机器人有很高的速度，承载能力很多、很强，像日本的大库机器人，它可以承载三百公斤，抓取、来进行搬运和码垛。

第二类是服务机器人，随着工业化的发展，尤其近十年以来，机器人的发展的应用领域在不断拓宽，目前一个很重要的特征，大家都知道，机器人已经从制造业逐渐转向了非制造业和服务行业，刚才谈的汽车制造属于是制造业，但服务行业包括清洁、加油、救护、抢险、救灾这些等等，都属于非制造行业和服务行业，那么这里边跟工业机器人相比，它有一个很重要的不同，它主要是一个移动平台，它能够移动、去运动，上面有一些手臂进行操作，同时还装有一些像力觉传感器和视觉传感器、超声测距传感器等等。它对周边的环境进行识别，来判断它的运动，完成某种工作，这是服务机器人的基本的一个特点。

比方说这里边有几张图片，这是在美国，他们研制的像大型客机这种清洗工作，如果人来做的话十分繁重，那么大一个机体来清洗的话，工作量是很大，而且也很不方便，那么他们采用这种机器人来实现像飞机的这些清洗的工作，包括一些国家开发像高层建筑的清洗机器人，这也都是服务行业的机器人，还包括像家庭使用的，还有一些宾馆和一些公共场合使用的这种清洁机器人，对地面来进行清扫，还包括网球场上能够自动地把撒下的球，集中收集起来，这种机器人也都是存在的。

另一个方面的服务机器人应用，在汽车加油机器人这块也很有意思，包括我们现在的一些加油站，都是用自动的计量装置，实现了有的这种自动计量，但是还仍然用人去操作，但可以看到在一些美国的高速公路上，汽车流量很大，包括夜间都要对汽车进行加油，工作也很烦琐，所以现在很多国家在开发这种自动的加油机器人，它可以自动的计量，自动的把汽车油嘴放到汽车油箱里边去，这也都是服务机器人的一种体现。

导盲机器人它针对盲人这种安全性考虑，类似于一个小狗的形状，它能够对道路的一些障碍，运动的车辆和行人进行判断，来引导这个盲人进行安全的行走，这个确实对提高盲人的安全，是非常必要的。

再有导游礼仪机器人，这也是服务机器人，体现出一种智能的，一个体现的代表，在很多大的公司它需要对产品进行宣传，它制作出一些各种卡通形状的机器人，能够跟人进行简单的对话，介绍产品等等，这在一些宾馆能够接待一些客人等等增加企业或者宾馆的这种对社会的影响。

家务机器人主要体现在像一些对地毯和地板定期的它能够进行清扫和吸尘，它这个机器人很有意思，它有传感器，它能够把家具和人能识别出来，它自动的按照一种规律，能根据路径把地面全部的清扫干净，这也是家务中一些机器人的表现。

那么表演娱乐机器人，现在很多国家在开发这种像动物园、还有娱乐中心、还有迪斯尼这样的一个大型的游园，它为了增加趣味性，把研究出像模仿人，包装成各种人的样子，它能够说话唱歌和表演，这样还能跟人进行交流，这样的机器人，还包括把机器人包装成各种有趣的动物，像恐龙、大象、狮子，还有一些小的卡通式的这种动物，它已经完成像动物的一些动作的模仿，模仿它的声音，同时还跟人进行交流，尤其是比较有趣的是一个弹钢琴机器人，早期在日本的时候，弹了一首世界著名的名曲，在当时，在机器人界引起了很大的轰动，那么这个机器人特点，它要求手指非常灵活，自由度也特别多，而且在弹的过程中，还要有力控制和感觉的控制，所以它相对来说是对机器人机构和控制方面提高更高的要求。

还有像这种机器人的演奏家，包括它的拉小提琴，这个小提琴在乐器里边最复杂的，难度最高的一种乐器，它能通过乐曲拉小提琴，力的控制、协调、速度等等，都要进行选择或者自动的判断，还包括这也是一个机器人在做一个表演，等等就是在服务机器人方面，它很宽的一个应用领域，它跟人的需求越来越接近，那么总结一下它有几个关键技术，从技术上的方面有四个，一个是移动机构，前面看过几种机器人它跟工业机器人不一样，大多数的服务机器人，它是移动的，有轮式、履带式、还有步行式的，包括还有组合式的，这种移动机构，对环境感知功能，这也是服务机器人最重要的特点，因为它所处的环境，不像工业机器人对一个固定的环境，固定的机座，固定样子来实现的，那么这个环境也许是未知的，也许是变化的，包括清扫机器人，屋子的形状，一家一个样子，家具的摆放不一样，甚至，还有一些人在走动，这些非结构环境使得它能够准确的描述和感知和判断，这一点来讲，就表现出服务机器人具有一定的人的智能的这种功能。

另一个方面是能源技术，大家知道，早期做仿人形机器人，都带一个“辫子”，因为它能量提供不足，那么电池能量很小，所以现在的这种服务机器人，理想的这种能源它要求是密度高，输出电压比较恒定，内阻小、耐高温，还可以充电，成本低，尤其在密度高这个方面是十分重要的，所以能源技术是未来移动机器人发展中的一个十分关键的一个问题，还有控制技术，控制技术在感知环境的过程中，它也需要跟人进行交互，它既然是服务，人总要跟它接触，那么如何跟人进行交互，那么就需要一个开放式的友好的连接接口，包括语音功能，图形编程方式等等。

另一个方面的体现在农林畜产机器人这方面，国际上也有些很大的进展，可能对我们国家农业机器人，林业机器人是否需要，我们也在探讨，那么对于一些发达国家农业人口十分有限，包括在一些农副产品，松籽的采集，量很大，非常麻烦的一件事情，这样的话，一个机器人能够对像西红柿，苹果等水果，它通过形状和颜色，来判断它的成熟度，然后摘取，这个确实提高了农业自动化的一个方面的研究，包括我们国家已经研制成功嫁接机器人，对一些像嫁接，机器人采摘以后，能够对两个树枝进行自动的对接，然后将树枝缠起来，这个在中国农业大学已经研制成功，还包括林业机器人，林业机器人主要对于农林产品，像松籽进行采摘，还包括像树根，进行采伐的时候，要拔出来，和植树这方面也都有开发，更有意思的是在牧业的机器人，包括澳大利亚，绵羊和羊是非常多的一种，他们国家产量最大的一个产业，那么绵羊，剪羊毛这个量很大，那么它人力又有限，所以它在致力于开发剪羊毛机器人，它首先通过机械手，把一个羊给固定住，通过摄影机把羊的形状识别出来，然后，用这种所谓的剪子，然后根据它的形状，自动地把羊毛剔出来，同时呢，还不破坏它的皮肤，因为一个羊一个模样所以它操作的难度是很大的，对环境的感知要求很高的，所以这个技术也是非常复杂的。

建筑机器人在国外，用量、需求在逐渐增加，建筑机器人它主要解决，像我们筑路机器人，也都需要建筑机器人，包括喷涂，挖掘机，包括像一些建筑的模块化的预制板来进行拼接，都需要一些自动化的装置，还包括家庭装修的时候，像墙壁的粉刷这个量也很大，而且也很脏，对人体有害，现在国外一些公司，在开发面向家庭的粉刷这种机器人已经得到了小批量的使用，这是在建筑方面的一些体现。

还有像食品包装，缝纫这也都是说，面向服务家庭也食品这方面的应用，包括对香肠的这种包装，实际上它一方面提高了自动化水平，但另一方面，也提高了卫生程度，不然的话人类参与的话，总会带来一些不卫生的因素，包括服装裁剪，现在我们做衣服，人们越来越追求个性化，那么现在从他们有些大学在研究，包括你希望的样子，包括你站在这块儿给你扫描以后，把你的体型给你扫描出来，机器人能自动地给你设计出适合你这种身材的样子，通过你的选择和修改，然后机械手自动地对它的布料进行裁剪，最后，还有一些生产线能够自动缝纫，在英国，很多国家，也都在开发这样的一些机器人装置。

还包括消防救护机器人，在日本发展的比较多，那么像高楼建筑一旦发生火灾，那么大家知道这是很危险的事情，也是很痛苦的事情，那么通过机器人来辅助来进行救护，把人从高楼救下来，然后进行抢救，包括高楼着火的时候，它可以用这种机械爬到大楼上去，进行喷水，或者是进行切断一些电缆等等这样的工作，都可以用机器人来完成。

那么医疗机器人，是近五年来发展比较迅速的一个新的应用领域，那么这个也可以看到几个方面，包括人是一个非常珍贵的生物，那么包括人的眼球、神经、血管都很精细，那么如果人手术的时候，医生来手术，一个是疲劳，另一个人手操作的精度还是有限的，那么这是在德国，一些大学里面，面向人的脊椎，如腰间盘突出这种病，进行识别以后，能够自动地用机器人来辅助进行定位，进行操作和手术。还有一类叫康复机器人，康复机器人像比方说，现在发病量比较大的是偏瘫和半身不遂这种病患，当他恢复治疗完以后，需要对他的肢体进行锻炼和恢复，那么如果医生是有限的，不可能一个医生，天天给一个病人进行按摩或牵引这样的工作，那么家庭的人员都上班，没有时间照顾，那么用一个机器人，可以对他的手进行牵动，天天强迫他进行锻炼，使人的肌肉的恢复达到最好，更为精细的工作像很多大学和一些医院在开发像人的脑手术，这个是很危险的事情，但是，已经得到了很好的例证，包括北航开发出了对人脑的定位和钻孔这样的工作，还包括像美国已经有一千多例机器人对人眼球进行手术，这样的机器人，还包括通过遥控操作的办法，实现对人的胃肠这种手术，大家在电视里边看到，一个机械手，大概有手指这样粗细的一个机械手，通过插入腹脏以后，人在屏幕上操作这个机器手，同时对它用激光的方法对病灶进行激光的治疗，这样的话，人就不用很大幅度地破坏人的身体，这实际对人的一种解放，是非常好一种机器人，医疗机器人它也很复杂，一方面它完全自动去完成各种工作，是有困难的，一般来说都是人来参与，这是美国开发的一个林白手术这样一个例子，人通过在屏幕上，通过一个遥控操作手来控制另一个机械手，实现通过对人的腹腔进行手术，前几年我们国家展览会上，美国已经成功的实现了对人的心脏瓣膜的手术和搭桥手术，这已经在机器人领域中，引起了很大的轰动，还包括，AESOP的这种外科手术机器人，它实际上通过一些仪器能够对人的一些病变进行检查，通过一个机械手就能够实现对人的某些部位进行手术，还包括遥操作机械手，以及多个医生可以在机器人共同参与下进行手术，包括机器人给大夫医生拿钳子、镊子或刀子来代替护士的工作，同时把照明能够自动的给医生的动作联系起来，医生的手到哪儿，照明就去哪儿，这样非常好的，一个医生的助手。

那么还有几个例子，像人肩关节的手术，还包括脑外科神经手术，那么这个手术应该难度是很大的，风险是很大的，但是人在参与下，实现了准确的定位，对人体的恢复是十分有益的。另一个比较体现机器人应用的一个显示度的一个研究，是水下机器人，首先我们要回答为什么要开发水下机器人，那么人随着人们的对陆地资源的这种不断地消耗，人们也已经认识到，我们怎么样去获得更多的资源，人们把目光已经放到宇宙和水下，那么海洋的资源是非常丰富的，包括矿产资源像铜、锰、镍、钴这些资源是地面资源的上千倍，这个资源是非常大的，包括空间，那么海底探测、海上打捞、海下侦查、排险，包括我们看的电影《泰坦尼克号》，大概我们看到了一个小机器人来进行水下拍摄，还包括俄罗斯的核潜艇，发生事故以后，实际上很多大学希望能够参与，能够用机器人来进行救护等等，那么反过来说水下的应用中，机器人是大显身手的，因为人在海底下的工作，是非常危险的，这个方面，应该说在美国、法国、俄罗斯研究的是水平比较高，那么这是法国的一个水下作业机器人，在日本“海沟号”潜水器已经到了水下几千米，进行了海底的探测和海底的一些矿物的收集这样的工作。

那么我们国家的这个方面也不甘落后，应该说继美国、俄国和法国之后，我们国家这个方面，也是走向了国际的前列，这是中科院沈阳自动化所开发和研制成功，水下六千米无缆自治水下机器人，那么这个机器人到水下六千米，能够无缆进行作业，这是刚被获得2000年我们国家十大科技成果之一，这个标志着我们国家在水下机器人这块，已经达到了国际先进水平，目前我们在863计划，在开发水下七千米的有载人潜器来对海洋进一步的开发和作业，这也是投了很大的财力和物力，那么水下机器人和其他工业机器人以及上述的这种服务机器人有哪些不同呢？

第一个要承受深水高压而不变形，六千米这个气压是很高，几十个大气压，你要求它密封要好，而且强度要高，还不变形，另一个方面，耐高水压的动态密封结构和技术以及远距离水上通讯和处理技术，这方面很重要，在水下怎么样实现无线的这种通讯，这也是在水下机器人遇到的一个技术难点，还有航行控制技术，水下机器人进行方位控制的时候，通过卫星来进行导向，这里边不像在陆地上进行导航，不然没有一个很好的导航，水下机器人就偏了，或者走出我们要求的水域，还有环境的识别，比方说在海底的形貌是十分复杂的，如何能自动的识别海底的形貌，这也是非常重要的，包括安全和能源技术，这都是在水下机器人中一个方面，比较重要的技术。

再一个我们在空间机器人研究这块，国际上也很热，包括像欧洲十六国在联合空间计划，面向未来太空的这种太空舱这样一个整个计划，其中有一点就是空间机器人，它的主要意义在于开发宇宙，造福人类，创造人类新的家园，它主要的功能是在于科学考察，像空间生产和科学实验，卫星和航天器的维修和修理，以及空间建筑的装配，这几个应用，确实是必要的，比方说科学考察，如果对像地面的模拟一些物理和化学实验，不一定非得人在太空舱里边，因为人在太空舱里生存一天的费用，将近是一百万美金，而且也很危险，那么其实有些动作是很简单的，人通过在地面上，通过卫星进行控制机器人，再定期的完成某种预定的动作，实际是很简单的，还有包括像太空舱进行控制一些实验，一些开关、按钮、法兰简单的维修维护，都可以用机器人来完成，因为机器人有太阳能电池的话，那么机器人就能够生存，就能工作，通过上次我们刚才介绍机器人发展的应用，在不同领域的应用，也确实看到了机器人在工业、医疗、水下、空间、采掘、建筑、服务、娱乐、军事方面的应用，也的的确确看到，是由于应用带动了关键技术的发展，没有需求，机器人就不能发展，正是因为人们在认识自然改造自然过程中，需要各种各样的机器人，所以才促进了这项关键技术的发展，促进了机器人本身问题的发展，从另一个方面，由于关键技术的解决，以及应用的需求，就促进了机器人学本身的一个主题的发展，智能化，由原来的示教再现，发展成目前局部感知功能的第二代机器人，最终的目标，是不断地随着其它学科和先进技术的发展，使机器人内涵不断丰富，最终实现智能机器人这样一个主流，最终，我们得到这样一个结论。

那么机器人是人类的得力助手，能友好相处的可靠朋友，将来我们会看到人和机器人会存在一个空间里边，成为一个互相的助手和朋友。机器人会不会产生饭碗的问题。我们相信不会出现“机器人上岗，工人下岗”的局面，因为人们随着社会的发展，实际上把人们从繁重的体力和危险的环境中解放出来，使人们有更好的岗位去工作，去创造更好的精神财富和文化财富，机器人来做这些危险环境的工作，展望21世纪机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，所以很多专家预测，在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期，目前国际上很多国家，也对机器人对人类社会的影响的估计提出了新的认识，同时，我们也可以看到机器人技术，涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，它是一个国家高技术实力的一个重要标准。

刚才我们用了短暂的时间，讲了机器人的发展以及我们对机器人的看法，进行了简单地介绍，相信大家在今后的学习中，能够加入到我们研究机器人这个行列中，我也相信在不久的将来，在这里边，会产生很多机器人专家，会创造出更多、更好、更丰富、更智能的机器人。

基因与你我他 -王渝生

主讲人简介

中国科技馆馆长，1966年毕业于四川大学数学系，1981年毕业于中国科学院研究生，获理学博士学位，中科院自然科学史研究所研究员，中国科协全国委员会委员。

内容简介

基因这个词汇是英文Gene的一个音译，也是意译。它的本意是决定一个生物性状的全部生命现象的基本因子。20世纪以来，科学技术突飞猛进，科学跟我们每一个人息息相关。就像基因技术、基因工程它牵涉到我们每一个人的方方面面，它牵涉到我们每一个人的生活、生产和社会，可以说基因与各个方面都有关。

下边我就想稍微细致一点分分类，我刚才讲了基因跟这么多有关，我挑选几个，基因跟我们，基因同你我他之间的关系。我想讲五个关系：第一，我讲一讲基因和健康的关系；第二我讲一讲基因同社会的关系；第三我讲一讲基因同产业的关系；第四我讲一讲基因同世界的关系；最后第五我讲一讲基因和未来的关系，所以我打我们探索了人类的遗传的奥秘，探索了DNA的分子结构，那我们也要画出一张图来。

这张图它是来自于我们的祖先，伴随着我们的一生，同时也传给我们的子孙后代，这张图，就是人类遗传基因DNA分子的序列图。这张图从1990年开始，有美国的、有英国的、有日本的、有德国的、有法国的，最后还有中国的，我们这六个国家的科学家共同努力，花了十年的时间，在2000年6月26号，这个序列图，基本框架图完成公布于世。那么中国科学家从1999年9月份才拿到第三条染色体的短壁上的三千万个碱基对的测序任务，所以我们叫做中国科学家参予人类基因组测序1％。我们现在除了有一些科学家在研究基因，在绘制人类基因组图谱，我们社会上的每一个人也要了解基因，也要了解我们自己的这一张图。所以的的确确这个基因与你、与我、与他，与我们的现在、与我们的未来、与我们的社会、与我们的世界都息息相关。本期《百家讲坛》中国科技馆馆长王渝生，将为您讲述《基因与你我他》。

全文

大家好，我今天讲演的题目是《基因与你我他》。这个基因它是英文Gene的一个音译，也是意译，它的本意是决定一个生物性状的全部生命现象的基本因子。所以基因这个翻译既是音译，意译也很确切，可以说是科学名词的中文翻译的一个绝妙的例子。基因这个词汇的出现不到一百年，我们知道，在19世纪的时候，孟德尔他是通过豌豆杂交实验，来研究生物遗传的规律。那么20世纪20年代，美国的遗传学家摩尔根，他就提出了基因这样一个遗传的名词。一直到了整整半个世纪以前，也就是1953年的3月份，美国有一位年轻的生物学博士叫沃森，在英国剑桥大学卡文迪许实验室，有一位物理学研究者叫克里克，当时沃森25岁，克里克37岁，他们在卡文迪许实验室里边搭起一个像麻花、像梯子一样的东西。说这就是人类遗传物质DNA分子的双螺旋结构，那么4月份就发表。所以迄今为止刚好是半个世纪，我们说遗传物质DNA的分子双螺旋结构的发现，是20世纪的四大科学发现之一。我们科学是人类认识自然，认识社会一种系统化的知识体系，科学是对规律的发现。

那么20世纪我们人类研究天、研究地、研究物、研究人，有四大科学发现，那就是宇观世界的宇宙大爆炸模型，微观世界的物质结构夸克模型，宏观世界的大地构造板块模型和对我们人类自身，对生物界的遗传现象，所发现的DNA双螺旋模型。所以这四个模型是我们人类20世纪的四大科学发现，对这些模型不断地进行观察实验，严密的逻辑推理，慢慢地建立理论，完善充实成学说。

同样从另外一个意义上来讲，我们常常说20世纪人类有三大科学工程，就是到了20世纪科学的发展，已经不像过去是某一些科学家，自己个人的行为。有时候需要社会，需要科学家共同体，甚至需要国家的参与，来发动大家一起搞大科学。那么二十世纪呢，应该说有三大科学工程。

第一是20世纪40年代的曼哈顿原子弹工程，第二是20世纪60年代的阿波罗登月工程，第三个工程就是我们20世纪90年代，一直延续到现在的跨世纪的科学工程，就是人类基因组计划。我们知道基因这个东西很奇怪，我们把它称为人类遗传的一个载体。因为呀，我们每一个人，在座的生下来不像妈妈，就像爸爸，对不对？要一个都不像，总是有点问题，种瓜得瓜，种豆得豆，各个生物群体的性状不一，每一个个体也不一样，那么这是有一个东西在作怪。我们人类总是不断地去探索新的世界，探索未知的领域。比如说发现新大陆，发现美洲，于是我们在地图上就画上一个美洲。那同样的道理，我们探索了人类的遗传的奥秘，探索了DNA的分子结构，那我们也要画出一张图来。这张图它是来自于我们的祖先，伴随着我们的一生，同时也传给我们的子孙后代，这张图，就是人类遗传基因DNA分子的序列图。这张图从1990年开始，有美国的、有英国的、有日本的、有德国的、有法国的，最后还有中国的，我们这六个国家的科学家共同努力，花了十年的时间，在2000年6月26号，这个序列图，基本框架图完成公布于世。那么人类的遗传基因主要是在细胞核的23对染色体上，一共有30亿个碱基对。那么中国科学家呢，从1999年9月份才拿到第三条染色体的短壁上的三千万个碱基对的测序任务，但是我们不到一年的时间，就保质保量的完成了，所以这三千万个碱基对相当于人类全部基因组的31个碱基对的百分之一，所以我们叫做中国科学家参予人类基因组测序1％。再过了半年多，到了2001年的2月12号，那么六国科学家又公布了人类基因组的精细图，而且有了初步的研究结果。发现我们人类的基因不是像过去估计的那样，有六万至八万个，好像只有三万到三万五千个。所以我们中国科学家一直在人类基因组研究过程当中，居于世界的前列。大概我们对大规模的基因的测序能力，仅次于美国、英国和日本，居世界第四位。因为我们中国古代就是一个生物学比较发达的国家，首先中国是世界四大文明古国之一，早在七千年前，就有浙江的河姆渡的农业的起源，所以我们农业文明，至少有六、七千年的历史，我们有文字所记载的文明史，也有四五千年的历史，所以我们经常讲中华文明上下五千年。

那么我们中国的农业，一直比较发达，可以说在一百多年以前，我们国家的农业精耕细作，科学技术，生物技术，都有很多世界第一。那么远的不说，说近的。我们二十世纪以来，特别是中华人民共和国成立以来，我们人工合成胰岛素、核糖核酸、杂交水稻，这些生命科学和生物技术的研究都居于世界的前列。我们既加入了人类基因组计划这样一个全球性的工作之后，我们国家自己，比如说在水稻基因组的测序方面，和其他的基因研究方面，也是走在世界的前列。

那么关于现在生物技术，生物工程的比如说像克隆技术，那么我们克隆牛、克隆羊，这方面的研究，也在世界比较领先。因此基因这一个词汇出现，基因这个生物工程技术的出现，距离我们还时间是很近的，也就是说，DNA双螺旋结构的发现，也才半个世纪。

我们这个科学家发现人类的细胞里边有两种工具酶，它可以把基因剪切并且粘贴，这样我们就有一种基因重组技术，有了基因重组技术我们就可以把它应用于我们的医疗、我们的医药、我们的农业、我们的生物学，有了基因治疗，有了转基因的这种生物，转基因的食品等等。所以这个基因科学技术，基因工程的发展，是几十年的历史，我过去读大学的时候，还没有听说过有基因工程，也是以后读研究生，现在工作，过后我才逐渐地学习和了解到的。

我们知道，20世纪以来，科学技术突飞猛进，科学技术的发展，越来越呈现出科学技术社会化，社会更加科学技术化。所以我们现在有一门学科方兴未艾叫STS，研究科学技术和社会的关系，而且我们发现科学很不神秘，科学就在我们的身边，科学跟我们每一个人息息相关。就像基因技术、基因工程它牵涉到我们每一个人的方方面面，它牵涉到我们每一个人的生活、生产和社会，可以说，基因与各个方面都有关。我们可以举出以下这样一些题目，基因与健康、基因与疾病、基因与长寿、基因与专利、基因与法律、基因与道德、基因与伦理、基因与军事、基因与恐怖、基因与社会、基因与世界、基因与未来等等。所以，你说基因与你我他没有关系吗？那关系是非常密切的。所以呢，我们现在除了有一些科学家在研究基因，在绘制人类基因组图谱，我们社会上的每一个人，也要了解基因，也要了解我们自己的这一张图。坦率地讲可能不用太长的时间，当一个新的生命通过十月怀胎，一朝分娩，降世在地球上之后，医院就可以拿一张图，这一张图就记载了这一个新的生命的他的今后的全部生命过程中所要遇到的情况，他有没有什么遗传病？他将来身高多少？会不会发胖？可能死于什么疾病？寿命是多长？只不过是这样一种信息，这样一张图，到时候交给他父母呢？还是交给国家？还是将来长大了过后交给他的领导？还是交给他的律师？所以说这个基因跟社会是紧密相关的。

好了，下边我就想稍微细致一点分分类，我刚才讲了基因跟这么多有关，我挑选几个，基因跟我们，基因同你我他之间的关系。我想讲五个关系，第一，我讲一讲基因和健康的关系；第二我讲一讲基因同社会的关系；第三我讲一讲基因同产业的关系；第四我讲一讲基因同世界的关系；最后第五我讲一讲基因和未来的关系，所以我打算讲这五个方面的问题。

首先我讲一讲基因同我们健康的关系，那么也跟疾病，也跟长寿有关，那么人类的疾病的发生，过去我们认为有一些是先天的，有一些是后天的。那么先天的可以算是基因病，现在通过研究的深入，我们发现人类的所有疾病，它的发生，都直接或者间接跟基因有关。所以从某种意义上来讲，都可以称为是基因病，当然疾病的发生和发展，它是基因和环境因子相互作用的结果。并不是说，这种基因病我们就不可能回避它，或避免它。那么我们通过环境因子的改变，通过基因治疗，我们也可以解决问题。人类基因组计划的实施，有助于我们了解基因，揭示人类健康和疾病发生的关系，通过调节生活方式，改善生活环境，能够达到预防疾病，和治疗疾病的目的，但是首先我们要认识到疾病与基因有关。

另外我们国家现在生活条件越来越好，有三种疾病，或者说不健康的状态比较普遍，一个是肥胖，一个是高血压，一个是糖尿症，这个肥胖症，城市儿童里边超过了10％，高血压呢，在我们中国人当中有11％以上，糖尿病呢，几年前所调查的结果都有6.4％，所以我们有时候把糖尿病说成是富贵病，因为吃得太好了，那么这三种病它们发病的机理，它们的诊断治疗都有待于对基因的进一步研究。此外流感、艾滋病，实际上也是身体基因与病原基因相互作用的结果。

最后，我讲一下基因与性别，性别男女归根结底是由基因决定的，它是决定于男性的关键基因是存在于Y染色体上的特殊位置，所以它与许多别的基因一道来决定人的性别。刚才讲到了，正常的女性她的第23对染色体都是XX，而男性是XY，至于1到22号的染色体都是常染色体。所以性别的决定，就是男性的第23对染色体里边的Y染色体，这是我讲的第一个问题，就是基因与健康，基因跟很多疾病有关，基因跟我们的健康有关。

第二个关系我讲一下基因与社会，就是基因呢，它不仅影响我们每个人的健康和生活，对基因的了解牵动到千家万户。而且基因还带来了一些新的社会问题，它冲击了我们人类社会的方方面面。所以我们应该怎么样来面对自己的基因呢？我这个地方要讲几个方面的问题，一个是个体识别，它跟社会密切相关，我们在座的每一个人有这么大的差异，相貌都各不相同。但是我们的基因，3万多个基因当中99.9％以上的基因都是相同的，只有不超过千分之一的基因的差异可以相互区别。那么人类基因组计划提供的遗传标识呢，使得有一点点血样，一点点包括表皮细胞的脱落或者一根头发都能够及时地进行你的DNA的分析。同时如果我们建立了一个人的DNA指纹的数据库，这个指纹是一个比喻，就好像我们每一个人都可以有指纹来代表自己的身份，那我们每一个人的DNA也可以代表我们的身份，所以叫DNA指纹，那我们就可以验明正身。所以，以后你的身份证，你的驾驶证，你的信用卡，也可以用上你的DNA的标识。那么刚才我曾经说过，基因跟社会的保险、法律这些有关。

那我现在要讲一讲基因与保险，就是说，比如说我们知道基因的信息跟人的生老病死密切相关，你会有什么遗传病？你有没有长寿基因？这应该说是一个人最重要的个人隐私，那么谁有权看到这些信息？谁有权保管这些隐私？是你自己？是你的家人？你的父母？还是你的医生？是你的老板？是你所在的单位？还是政府？所以这牵涉到一些法律问题，立法问题。那么由于这个某些基因的存在，使得有一些人患有遗传病或者先天的残疾。但是，正是因为有一些致残，患病的某一些基因的突变，又使得人类能够对抗一些更为严重的疾患。所以说患有遗传病或者先天残疾的人，是为了整个人类的生存质量的提高，承受着常人难以接受的痛苦。所以我们对他们应该给予更多的关爱和尊重，而这些人当中也不乏卓有成就的人。比如说著名的英国物理学家霍金，前一段我们召开国际数学家大会的时候，他坐在轮椅上来给公众做讲演。正是因为这些人身上所带有的所谓有害的基因，又能够去抵抗人类其他一些疾病，成为有益的基因。所以我们也不能够笼而统之的把这些所谓有害的基因统统地绝灭，那么对这样一些由于所谓有害基因患了病的人，我们社会上应该给予更多的关爱和尊重，而不是我们去消灭一切致病的基因。能不能够消灭是一个问题，我们是不是必须消灭，这又是一个问题。这些问题不仅跟医学有关，也跟我们的社会有关。另外我们又讲了，既然我们人的性别也是由基因决定的，那我们能不能够为自己设计一个理想的孩子呢？当科学的发展使我们能够随意地选择自己后代的性别是男还是女的时候，我们是否意识到这样的选择将会给我们的社会造成什么后果。造成性别的不平衡，所以基因的科学技术的发展不仅仅是一个科学的问题，它还牵涉到我们人类社会的方方面面，值得我们很好地进行一些理性的思考和一些人文方面的思考。

第三我讲一讲基因与产业的关系，人类基因组计划一开始，就定位于带动整个生命科学的研究，和整个生物产业的发展。基因诊断、基因药物、农业、能源、环境保护、材料工业等等，都需要基因，生物产业将成为国民经济可持续发展的重要的支柱产业之一。我们有几句话：科学要技术化；技术要产业化；产业要生态化。当今的科学技术的发展，信息科学技术，信息工程，信息产业是一个很大的产业。而我们的生物科学技术的发展，使得我们的生物工程，生物产业特别是基因产业也成为我们国民经济可持续发展的支柱产业。比如说基因诊断，人类所有的疾病都可以从基因中找出病因，所以人类基因组计划已经分离到的与疾病发生相关的基因和已经建立的这个标志，都已经用来进行疾病的诊断。特别是肿瘤的早期诊断，美国在1990年提出人类基因组计划，它的初衷就是因为癌症的横行，所以它要想通过基因来找到癌症发病的基因，结果没有想到干脆就搞一个大的人类基因组计划。所以关于基因诊断，特别是对老年痴呆症、癌症等等的基因诊断可以成为一个产业。另外，基因工程药物这是一个很好的产业。

那么我们记得两千多年前，欧洲有一位伟大的物理学家叫阿基米德，他说过这样一个名言：他说给我一个支点，我就可以撬起地球。这就利用杠杆原理，那么今天我们人类也好、猪也好、牛也好、羊也好、甚至于大肠杆菌也好，它都可以说，只要给我一段基因，我就可以生产生物医药、生物药品，所以这个基因工程可以做药品。

现代的医药基因工程，可以使动物植物甚至于微生物，来成为制造药物的微型工厂，用克隆的基因来大规模的生产基因药物，目前世界上主要的基因工程药物或者疫苗，产值已经达到或超过几百亿美元的有胰岛素、生产激素、干扰素、乙肝疫苗等等。基因工程的药物具有成本低回报高的特点，所以是一个大有希望的基因产业，这是基因工程药物。

另外就是所谓转基因的动物和转基因的植物，鸡、鸭、牛、羊这些动物的血液、尿液、乳汁等等，都可以成为一种不需要去杀鸡取卵的生物反应器。你把药物基因育苗基因通过转基因的技术把它转进这些动物，就可以使它们成为制药厂。所以转基因的植物，那是从20世纪70年代开始，用基因工程的办法，使得不同种类的物种在亿万年中形成的那种天然屏障被打破。所以基因工程转基因的技术的应用已经能够创造出许多新的植物，而这些新的物种的出现使得我们人类有了一些新的选择。好多食品，番茄、土豆、马铃薯、还有烟草。还有我们一些棉花，它可以用基因的办法变成彩色棉，变成抗虫棉等。那么这样一些新的动植物品种的出现也给我们人类社会带来不安，它会不会给我们或者自然界带来一些新的威胁呢？不管怎么样，现在转基因的食品转基因的动植物还是摆在了我们厨房，摆在我们的餐桌上，所以我们要去面对它们。

基因的研究还可以为工业生产提供更多的原料，并且可以通过改造生物的基因，而不仅仅是单纯的依赖扩大生产规模来提高我们的产量。所以，基因工程也为工业的发展工业产业的发展带来了新的机遇，能源的发展经历了自然能源，到我们现在的各种可再生能源的发展，而生物能源它是我们现在方兴未艾的一种能源。虽然人类最早也在开发生物能源，但是现在生物技术又使得生物能源再显身手，生物能源与生物医药很接近，与生物医药是循环不息的。所以我们现在有所谓生物汽油、生物柴油、植物燃料等等。那么，我们可以借助于基因来解决某一些能源危机。生物产业的发展除了要有生物技术以外，还必须要有生物资源提供那种所谓有用的基因，如果没有有用的基因，再好的生物技术都将成为无米之炊和无源之本。所以生物产业的发展也有资源的依赖性，因此我们现在说，科学的发展会造成一些新的问题。比如说资源匮乏。那么，我们搞生物产业，搞基因产业，也可以可能会用到也可能会遇到有用基因的资源的匮乏，这个是我讲的第三个关系。

我讲第四个关系，基因与世界，人类基因组计划，在人类科学史上，首次实现了科学的发展，不是扩大，而是缩小了发达国家与发展中国家之间的差距，对于世界的和谐，人类的文明，和社会的进步，有着巨大的推动作用。可以说，人类基因组是人类的共同财富，人类是一个大家庭，只有一个基因组，基因是人人都有，与生俱来。所以人类基因组计划的研究成果，也就是人类基因的基本信息，应该成为全人类的共同财富。人类基因组的信息，是不容垄断的。所以呢，人类基因能不能够有专利？如何使知识产权的保护更好地为促进科学的发展，保证为全人类造福，这是世界需要有一个关于基因专利的公约签订的问题。

另外就是关于基因资源的保护，也是一个世界性的问题。要了解基因与疾病的关系，必须了解正常情况下的基因，与疾病情况下相关基因的区别，这就使得人类不同情况的这种遗传材料，成为研究基因的重要的材料。那么生物产业，需要有用的基因，来自自然界中的生物资源，因此对于世界上这种生物资源有用基因的合理分享，是世界各国发展生物产业所面临的新问题。生物资源包括人类的遗传资源序列化、信息化、产权化、产业化，是发展生物产业必由之路，所以这些问题都带有世界的普遍性的意义。因此，这个基因的科学研究基因的技术的发展和基因产业的崛起，使得我们全世界各国的人类联系得更加紧密了。也就是说，我们中国的基因研究要与世界的基因研究接轨，由此而来的其他的社会问题，都要逐渐的接轨。因此我们现在说，科技一体化，科技全球化，是当代由于高新技术的发展，所具有的一个世界的共同的特征。

最后我们要讲一讲基因与未来，同所有其他科学的发展一样，基因的研究也是一个祸福并存的双刃剑。所以这个科学技术的发展，到底对人类是祸还是福？我们认识到它的双重性，或者两面性。所以不是说科学技术发展得越快越好，而是要适度的予以控制。要把科学的发展，和人文精神联系起来，要把科学的发展同我们的资源环境的保护联系起来，要协调发展，要把我们科学的发展，同我们子孙后代的利益结合起来，要可持续的发展，所以呢，基因的发展也一样，我们要看到基因的发展会不会给未来带来一些影响。

比如说，我们人类自古以来都追求长寿，我们中国的好多皇帝都要炼丹，要搞炼丹术，外国有炼金术，都是想长生不老。，但是现在人类疾病的基因我们找到了，我们把这些有病的基因可以把它修理，甚至于替换，所以人类不仅不会生病了，而且如果都把每个人的基因都给他植入或者替换了长寿基因，那岂不每个人都会长寿？但是未来，要是我们走在街上碰上的都是几百岁的老人，大家都成了老妖精，我看这个社会也成问题。那个时候的人恐怕就不是怕死了而是怕不死了，为什么呢？因为有一位古代的哲人，说得好，每个人都离不开天堂，那就是地狱。所以最好还是有生有死，如果未来人人都不死，那我们这个世界该怎么样，就非常难说了。还有，将来每个人的基因都公布出来了，在测列的时候，在婚配的时候都会出现问题，为什么呢？我听说最近发现了一种基因，它跟人的性格有关，甚至于跟那一种性格，比如说比较急躁，或者是比较细腻，那比较急噪的，我们看有些妈妈打孩子，一拳打下去，说我打你，她喊了半天，拳头落不下去；还有一种妈妈说，我打你，边说手就出了；有些妈妈已经打了孩子，才说我打你。这三种类型性格的快慢不一样，它跟基因有关，那么第三种人，她这个基因造成她呀，就很危险，她就容易出事。那么我们找对象的时候，也是不是要查他的基因，现在比较麻烦了，现在发现有一种基因叫什么基因呢？叫忠诚基因，有了这个基因的人比较忠诚，否则就不太忠诚，那我们考察干部，提拔干部除了要看他的档案，要笔试以外，还要去医院查一查有没有忠诚基因。一般都不希望自己的手下调皮捣蛋，但是要是我来选部下我愿意选没有忠诚基因的，这样他对你不是唯唯诺诺，他随时要造你的反，使你工作起来如坐针毡、如履薄冰，可以有开拓精神。不过在座年轻的同学你们找对象，可要查一查他有没有忠诚基因，要没有，趁早散伙，否则将来第三者插足是不太好受。

另外就是转基因跟我们的未来食品，转基因跟我们的未来制造都有关系，现在在我们的绿油油的田野里，可以长出那种富含维生素AC的水稻小麦，而且还可以生长出含有动物蛋白质的蔬菜。再过一些年，你们买水果的时候，可以买到抗流感的苹果，可以买到抗肝炎的香蕉等等。所以将来像这样一些食品会怎么样，我们如果在羊的身上转入了蚕丝的基因，结果它长出的就不是羊毛了，是蚕丝了。我们转基因的棉花，我刚才讲了，可以有五彩缤纷的颜色，所以这样转基因的棉花就不用再染色就可以直接做衣裳了，所以的的确确这个基因与你与我与他，与我们的现在，与我们的未来，与我们的社会，与我们的世界都息息相关。我们要全面建设小康社会，实现中华民族的伟大复兴，就要弘扬科学精神，普及科学知识，就要提高我们的科学文化素质，就要实现人的全面发展。不管怎么样，科学技术是人发现的，是人发明的，我相信人最终还是可以控制和利用科学技术为人类造福，那么，对基因的态度也一样，它一定会造福于我们人类，使得我们的未来的社会，更加美好，谢谢大家。

现在大家都在说基因，并且说基因可以决定人能生什么病？能不能长寿？刚才你又说，还有可能决定人忠不忠诚，等等。这好像是说作为一种宣传，说是基因可以决定一切，基因是万能的上帝，基因主宰了我们整个生命所有的东西。那我们物理学里面还有一个规律，说是叫做量子力学叫做测不准原理，那你认为这个基因真的是决定性的，就是说像我们今天似乎所造成的这种声势一样，就是说我们只要知道了基因，就可以知道一切吗？

好，你说得非常对。不能说基因决定了人的一切。我刚才在讲演当中我说了一句话，基因同环境因子相结合，可以改变一些生物的性状，和它的生命特征。但是你不得不承认种瓜得瓜，种豆得豆，这样的一个大自然的遗传规律。当然也有例外，有遗传也还有变异，特别是关于遗传和变异的关系问题，是我们21世纪需要解决的科学难题之一。那么这个地方我又要说21世纪科学需要解决的一个难题，就是人的思维的产生和规律性的问题。因为我们所有的行动都是由思想支配的，这个思想没有基因，这个思想、感情和基因链是什么东西，我们现在讲人工智能，讲计算机可以模拟，什么东西都可以模拟得了，但是人的基因链模拟不了。所以呢，我想强调人的遗传基因这是主要的。，但是我们也没有把它绝对化，当然人的基因还有一个社会自然环境的诱发，有些基因是显性的，有些基因还是隐性的。所以我想呢，至少这句话我是从生物学家那儿得来的，就是说过去认为，比如说人的疾病有一些是基因病，现在发现人的所有疾病或多或少都与基因有关。因为在3年前，2000年的时候，医生就告诉我，人类的疾病有五千多种是基因病，那么后来发现，或多或少直接间接都跟基因有关。我想这一点我们不能改变，但是我们有了基因重组技术，我们有了基因治疗的办法，也可以解决问题。

科学精神与人文精神 -袁正光

主讲人简介

袁正光：中国科学技术讲学团 教授；科学、技术与社会发展 研究员；“知识经济论坛”主持人；中国人民大学工商管理研修中心、协和医科大学等客座教授，中华研修大学研修生导师；国家行政学院、全国市长培训中心等专题讲座教授；曾任中国科协办公厅主任、中国科协研究中心主任、中国科普研究所所长等职。主要著作有：《时代的强音》《当代科学知识简明读本》《现代文明的基石》《现代科学技术词典》等。

内容简介

由混沌到文明，由弱小到健硕，回顾人类的发展历程，科学精神与人文精神相互交融，共同照亮了人类前进的道路。本期“百家讲坛”，中国科学技术讲学团的袁正光教授，对以理为核心的科学观念和以人为中心的人文观念的形成、发展及其对人类社会的作用进行了详细的阐述。科学给人以力量，是人类社会发展的动力。三百年以前，人类做什么事情一般是遵循的是凭经验出发，就是凭经验盲目地进行生产，然后在漫长的生产实践经验当中，提炼出技术，然后在改进技术过程当中，产生科学，但是到了近代以来，近代科学诞生以后，发生了一个巨大的变革，变化，干什么事情首先从事科学研究，在实验室里边，发现事物的真相和原理，揭示规律，然后运用这个原理从事于这个发明技术，然后再转化为现实的生产力，从此人类就进入了理性社会。科学精神就是科学观念和敢于坚持这种观念的勇气。它透着一个民族或者一个人的气质、性格和心理，科学精神包括五个方面：探索精神、实证精神、原理精神、创新精神、独立精神。

科学观念是现代观念的重要组成部分，但不是一切，科学使人明白过去做不出来的东西我们可以做出来了，但是做出来的东西也可能造福于人类，所以还要有人文思想，而人文思想就是尊重人，关心人，爱护人，是人类发展的方向。人文精神的出现推动了科学思想的产生，而科学的发展进一步推动了人文精神的发展，两者比翼齐飞。科学思想像一盏明灯，照亮了整个人类社会，科学给人以力量，而人文思想像一颗明星指引人类前进的方向，在人类精神世界当中，要提倡科学和人文的结合，科学艺术和人文的结合，这样人类的精神世界更加完整，既有理性，又有感性。使人类得到更好的发展。

5月16号，袁正光教授做客“百家讲坛”，与我们一起探讨科学精神与人文精神。敬请关注。

全文

同志们你们好，非常高兴很荣幸地和同志们共同交换这么一个话题——科学精神和人文精神。但是这里面有一个问题：首先大家就问什么叫精神？那么我们说，精神呢？首先它是一种观念，一种思想，然后是能够坚持某种观念的一种勇气，那么这就叫一种精神。那么我们说科学精神就是首先是指的一种科学的观念，就是我们不仅有这个观念，而且我们敢于坚持这种观念的一种勇气，所以它透着一个人的心理、性格和气质。

我们人的智慧应该包括三个部分：一个是知识，一个是方法，而最高层次就是观念。那么总体而言，实际上这个观念就是两大观念，就是现代观念：包括以理为核心的科学观念和以人为中心的人文观念。科学观念它诞生于近代科学；人文观念呢，一般说来就是现代人文观念，诞生于文艺复兴，

那么首先我们对近代科学就要有一个认识。科学技术本来应该叫科学和技术。科学是认识事物，发现事物真相和原理。而技术是变革现实，运用科学原理发明技术，并转化为现实的生产力。可能我们有这么一个说法：就是人类无论说我们现在说六千年或者五千年，就是为什么原来的五千多年，始终在农业社会缓慢爬行，到了最近的二三百年，尤其是最近的几十年，特别是最近的十几年，以超级加速度迅猛发展？原因有诸多的，但是其中一个很重要的原因呢，就是三百年以前，人类做什么事情一般是遵循这样一个模式，就是凭经验出发，就是生产、技术、科学这样一个模式，就是凭经验盲目地进行生产，然后在漫长的生产实践经验当中，提炼出技术，然后在改进技术过程当中，产生科学，经历了漫长的几千年。但是到了近代以来，近代科学诞生以后，那么发生了一个巨大的变革、变化，就是人类聪明到这样的程度：干什么事情首先从事科学研究，在实验室里边，发现事物的真相和原理，揭示规律，然后运用这个原理从事于这个发明技术，然后再转化为现实的生产力。所以就遵循的是科学、技术和生产这样一个模式。那么从此我们把它叫做人类就进入了理性社会。

你比如讲我们的四大发明主要是凭经验发明的，实践经验、生产经验，甚至于蒸汽机的发明，主要也是凭经验发明的，所以经历了上千年的时间。但是蒸汽机以后的许多重大发明，比如发电机就是先有1831年英国科学家法拉第，在实验室里边经过十年的奋斗，发现了电生磁、磁生电的基本原理，这就叫科学。然后1866年，德国西门子公司西门子运用这个原理，发明了自激式的直流发电机，也就是说西门子在发明发电机的时候，就不是在黑暗中摸索，或者说盲目地去试，就是他有了科学的指导，少走弯路，少走错路。那么紧接着1876年贝尔发明了电话，1879年爱迪生发明了电灯，1889年美国威斯汀豪斯发明了交流输电，那么电能够远距离的输送，从此把人类带进了电气时代，从发现到发明前后不到50年的时间，我们可以说50年的时间超过了以往的五千年。

又比如1905年，一个26岁的犹太人——爱因斯坦，在提出相对论的时候，推导出一个公式，就是发现了质量和能量可以相互转化，E=mc的平方，这是一个了不起的发现。那么40年以后，1945年原子弹爆炸，所以科学原理转化为原子能技术等等等等。就是这一系列的例子都说明了近代以来，人类聪明到这样的程度，做什么事情首先弄清这个事物的根本原理。所以人类就进入了科学史，理性的时代。那么我们把这样一种观念，叫做科学观念。科学跟人类的贡献不仅仅转化为技术，转化为现实的生产力，尤其重要的是转化为一个崭新的观念。那么这个观念，就是我们现在经常说的科学思想。

什么叫科学思想呢？当然现在要下个定义，也非常难的，但是我们可以粗略地这么讲，就是科学思想是科学家共同具有的价值观，我们简称叫科学价值观，如果再简称就叫做科学观念，及其实现这种观念的一种勇气。那么这个勇气呢，我们就把它叫做科学精神。那么这里边呢，三个概念就出来了：科学思想，科学观念和科学精神。

就是说科学精神就是不仅具备这种观念，而且还拥有敢于坚持这种观念的一种勇气，所以它透着一个民族或者一个人的气质、性格和心理。那么一般说来呢，我们把科学精神呢，就概括为这么五个方面。

一个叫探索精神。科学始于好奇。“天上星，亮晶晶，数来数去数不清”。它最早是好奇：为什么人生下来是人？猫生下来是猫？狗生下来是狗？好奇，所以人的好奇心是科学诞生的第一动力。所以我们经常说，在教育当中要保持我们孩子们的好奇心。那么随着这个好奇心，就是探索为什么为什么。物质是什么组成的？过去我们说金木水火土，那么我们就没有进一步地去探讨，那么近代科学发现金木水火土它又是由分子组成的，分子又是原子组成的，原子又是质子、中子、电子组成的，质子、中子、电子又是最基本的电子，基本的电子由更基本的电子组成的，一直到现在发现了三对夸克，那么夸克又是什么组成的？科学家还在不断地探索。如果我们不了解物质是由原子和分子组成的，就没有现在的化工产业，所以科学精神首先就表现为要去探索。

第二个叫实证精神。科学源于事实，成于思维，一个是实一个是证，要多次重复的事实，找到规律，但是，还要思考。你比方哥白尼当初提出日心说的时候，除了用自己的眼睛观察以外，他更重要的是用自己的脑子去思考，因为当时还没有望远镜，所以观察还是很粗略的。因为根据地心说历法老不准，那么假如九大行星同时围绕太阳旋转，那么整个自然界的秩序有条不紊，地球围绕太阳公转一周正好365天，有点小小的误差，那就是2月份是28号或者是29号，就是观察、实验加思考。那么科学的思维方式呢？一般说来我们把它概括成为：一个是归纳的思维方法；一个是演绎的思维方法。当然还要加上想像、灵感、直觉等等。那么这样呢，所以科学精神就表明一个人善于去观察，而且呢，还要善于去怀疑，就叫有根据的怀疑精神。然后对观察的事物进行假设，然后再去慢慢地去证实它。

第三科学精神，我们又把它叫做原理精神。就是干什么事情都要追求根本，最根本的原理。像我们的物理学，F=ma，就是我们就找到了力是产生加速度的原因，而不是产生速度的原因。那么任何物体动则恒动，静则恒静，惯性的原理，加速度的原理，这样呢我们就解释了事物的一些最根本的东西。当然我这个思想如果再发挥一下，一样的，人类社会它有治理社会的基本原理，你比方市场经济它的基本原理是什么？市场机制。市场机制的基本原理又是什么？我们只要弄清了基本原理，那么我们在构筑市场经济的时候我们就更加理性，那么就更加符合实际。

科学精神的第四一个呢就是创新精神？任何一个科学理论它必须要能够解释现实，也要能够预测未来。当一个科学理论既不能解释现实，也不能预测未来的时候，它就要发生突破，发生革命。就像19世纪末20世纪初，大家认为已经非常完美的经典物理学，甚至认为它就是下一步要做的就是小数点多少位的完善问题了，但是突然发现它解释不了光速不变的原理，这就是当时说空中飘来了两朵乌云一样，所以就给物理学确确实实带来了危机，那么这样就产生了爱因斯坦的相对论。那么爱因斯坦的相对论出来以后，它就是反传统的，当时许多经典物理学家，坚决反对，不赞成。他作为一个26岁的年轻人，敢于提出新的见解，所以他必须要有创新精神。当然这种创新精神呢，必须产生在一个比较宽松的社会环境当中。就是说我们暂时不赞成你的意见，但是我们尊重你的意见，所以有这么一个非常有意思的事情，就是当时诺贝尔奖委员会，大多数人都不赞成爱因斯坦的相对论，结果最后呢，诺贝尔奖还不得不授予爱因斯坦，所以他是在比较宽松的环境里边呢，它就有利于人的创造性。

那么科学精神最后一条就是独立精神。因为科学它是一种社会的事业，它研究的是自然界或者人文的社会的现象。但是它是有共同体，是社会行为当中的一部分，它必然就要受到社会的各种影响制约。那么一般从事科学研究的人，他必须要有独立的精神，不依附于某种权威或者权势，必须实事求是地提出自己的看法。那么像我刚才谈的这五条，就是体现着一个人的勇气，不仅是科学家，而且是一个国民的勇气。

那么现在可能有人就要问了，什么是科学家共同具有的价值观，或者什么叫科学观念？那么我们就首先要谈什么叫价值观。价值观呢，就是人们判断孰是孰非、孰好孰坏的一种标准体系。所以我们经常说转变观念。转变观念，那么今天我实际上就是转变判断事物的标准。一般过去我们把计划经济看成是社会主义的标准，那么这样我们就很难前进一步，后来我们转变了观念了，社会主义也可以搞市场经济，这个观念一转变，那么我们就开辟了一个非常广阔的改革的路子，那么，我们的市场经济就汇入了整个世界的市场经济之中。

那么现在我们要谈的什么叫做科学价值观。科学价值观就是判断自然现象和社会现象的标准。我们知道，在三百年前，也就是在近代科学诞生以前，人类判断自然现象的标准，比如为什么一会儿有风？一会儿有雨？一会儿还来点地震？三百年前，整个人类判断这种自然现象和社会现象的标准，我们都可以概括成为一个字，风有风婆，雨有雨神，打雷有雷公，总之就是一个字是神。所以我们把三百年前的人类社会，把它叫做神本位的价值观。那么今天我要特别强调一下，神本位的价值观，西方一点不亚于东方。因为我们东方神本位的价值观还比较散，这儿是玉皇大帝，那儿又是阎王，另外一个地方呢又是佛祖。而西方，它在中世纪却形成了一个严密的学说，这个严密的学说就叫上帝创世说。它认为宇宙是上帝创造的，那么上帝在创造宇宙的时候，地球是上帝的天子之交，就是把它安排在宇宙的中间，所有的日月星辰都是为照耀地球而存在的，所以体现在我们这个自然科学里边，就叫地心说，而且地心说反过来还成为证明上帝存在的根据。但是科学的力量是巨大的，一系列的发现，就给人类提供了个崭新的观念。这个观念是什么呢？就是说宇宙不是上帝创造的，宇宙是客观存在的，是有规律的，所以这个时候呢，就诞生了一个崭新的意识，我们把它叫规律意识。当然我们也可以说是从过去的神本位转向规律本位，当然我们现在一般不说规律本位，我们就说规律意识。那么人类从此知道了，就是世界是可以认识的，我们可以认识这个规律，并且运用和掌握规律来指导我们的行动，那么后者呢就叫理性思维。所以现在我们可以概括一句话，什么叫科学思想？什么叫科学家的价值观？那么它核心就是八个字：规律意识和理性思维。那么现在有一个问题，什么问题呢？什么叫规律？规律是事物发展过程中的、普遍的和本质的联系，是事物发展的必然趋势。也就说是不是规律，必须具备三个基本特征：第一普遍性；第二本质性；第三必然性。个别的不是规律，表像的不是规律，偶然的也不是规律。

当然我们谈到这个地方的时候，我们谈规律的普遍性的时候，不是说就没有特殊性了。任何一个国家，任何一个民族，甚至于任何一个部门，任何一个单位，都是有特殊性。所以下面我给大家介绍一句名言：“科学就是根据事物的普遍性去处理事物的特殊性”。实际上我们绝大多数人，每天每时都在处理事物的特殊性，而不是去处理普遍性。少数科学家，包括我们这些学者，更多的时间去研究普遍性。但是你根据什么去处理事物的特殊性呢？根据事物的普遍性，就是运用规律和原理去处理事物的特殊性。一个人掌握了事物的普遍性，那么他在处理事物的特殊性的时候，就会站得高，看得远，就会少走弯路，少走错路。所以我们掌握了事物的普遍性，我们在处理特殊性的时候，我们就可以事半功倍；相反如果没有掌握事物普遍性，就可能是事倍功半。处理事物的普遍性就是说我们在操作的过程当中，一定要从实际出发，但是呢，我们绝不要因为操作过程当中事情，去扭曲事物的普遍性，那么往往一结合我们自己的实际，我们去扭曲事物的普遍性，一扭曲就变味，一变味是“差之毫厘，失之千里”，就是说你在操作过程当中，实现这个原理的时候，它必须从实际出发。但是，不要因为我的实际去扭曲普遍性，一扭曲就变味，那么这样一来我们就可能会遇到这样那样的困难，这是规律的第二个。

那么规律的第三个它又是最基本最本质的东西，而且越具普遍性的，就越具本质性，就越深刻，越重要，越能说明问题。实事求是的“是”就是求了个最基本，最本质的原理。就比如讲到，我们找到了事物它是由分子和原子组成的，就比过去金木水火土更本质一点，当然我们进一步找到质子、中子，又更本质一点了。就是越能够掌握事物的本质，那么我们处理问题的时候，就越能够抓住根本。当然如果我们做为一个社会现象来讲，你比方说我们搞市场经济，那么市场经济的基本原理是什么？市场机制。什么叫市场机制呢？生产者和消费者或者供给者和需求者之间相互依存、又相互制约的自动调节关系。如果我们说得通俗一点，就是你的钱给少了我不卖给你，你的东西卖贵了我不买你的，讨价还价达成一个协议。这个协议叫什么呢？就叫价格。所以市场机制又叫价格机制。市场机制的基本原理又是什么呢？为什么你的钱给少了我不卖给你？为什么你的东西卖贵了我不买你的？个人利益制约机制。所以，我们说，在市场经济当中，不能回避个人利益的问题，那么个人利益在市场经济制度中的总体体现是什么呢？这就是产权问题？所以，建立市场机制体制，在市场经济发展的过程当中，必须要逐渐逐渐地明细产权，而这个产权呢，最终要明细到人。因为现在我们政府有国有它往往都是机构所有，从经济学的角度来讲，它应该是人有制，当然我们搞社会主义是大多数人拥有，要形成规模效益怎么办呢？所以最普遍的形式就是股份制。生产资料，或者我们说，设备集中起来，形成规模，而它的产权以股份的方式分散在广大公众手上，所以你必须要解决好产权。所以我们经济体制改革当中，应该要抓住一个最根本的东西，就是产权问题的改革，这就是体现了一种科学思想：就是干什么事情都要抓住它的根本原理。

所以我们现在可以概括起来，什么叫科学思想？第一，懂得承认和尊重规律；第二，懂得违背规律是要受到惩罚的；第三懂得干什么事情都必须弄清它的根本原理，都必须抓住最基本的东西。所以这是一个现代国民的素质问题，我们把这些呢，又叫做理性的观念。那么如果我们民族有了这种观念，就是凡是规律的东西，我们就不要再去争论它，就按规律办事。当然在发现规律，在探讨这个东西是不是规律的过程当中，要有大量的争论，但是一旦公认了，这是规律，那么我们就要同心协力地按规律办事。那么这样我们在改革过程当中，可能过去的一些无味的争论呢就减少很多了。这就是我们有了统一的价值观，或者是有了共同的语言，就是按理性办事，同时我们又做得到，又懂得干什么事情要从根本抓起。治理社会同样要抓住它的基本原理。当然我刚才谈到了，这个规律体现在实际行动当中，它表现为一种规则意识，也就是说我们制定规则的过程当中，可以反复讨论，这些规则是不是符合规律的，是不是满足人们的需求，但是一旦规则制定以后，我们在行为当中，就要遵守这个规则，而且把这个遵守规则呢看成是一种习惯，一种价值观，是一种理所当然的事情，甚至于把它看成是一种下意识的东西，而成为我们的文化，那么，这就是我们所说的科学观念。

当然，我们也要说，科学观念是现代观念的重要组成部分，但不是一切，科学使人明白过去做不出来的东西我们可以做出来了，但是做出来的东西也可能造福于人类，也可能不。你比方原子弹，生物武器，对人类造成伤害。所以我们还要有人文思想，而人文思想呢，它始终关心一个问题：就是人。尊重人，关心人，爱护人，就是把创造出来的东西，始终造福于人类，而把它对人类的危害降低到最低程度。所以下面呢，我们就介绍一下什么叫人文观念。

关于人文观念，如果我们说得非常通俗和简单的话，那就是以人为中心，关心人，爱护人。所以现在大家比较普遍说的一句话，叫人类关怀、生命关怀，这应该说是人文观念的一个核心问题。

关于人文观念的诞生我们可以从两个方面。一个方面呢，就是文艺复兴。正如恩格斯讲的，就是欧洲的中世纪，黑暗的中世纪，它压抑人性，那么其中一个很重要的就是禁欲主义，那么压抑了几个世纪，所以到了15世纪，16世纪，人类受不了了，所以就爆发出一场文艺复兴运动。实际上文艺复兴运动在某种意义上来讲就是人性的一次解放运动。那么从此以后呢，就是承认人，关心人，尊重人，人是衡量一切的尺度，就成为一种新的观念。那么文艺复兴呢，它更多的是通过文学和艺术、小说、诗歌、美术、音乐来表达，这个对人、对人的情感的一种抒发。那么人文观念的产生的另外一个角度呢，这是我今天要重点介绍的。

刚才我谈到了，就是从哥白尼到牛顿，把颠倒的地心说颠倒过来，建立了日心说，就理顺了宇宙的次序，就是表现出一个井井有条的自然规律，给人类提供了一个崭新的观念。那么这个观念呢，我们刚才已经谈到了就是规律意识。而这样一种观念，给同时代的知识分子一深刻的影响，震撼了同时代的知识分子，那么其中一个比较有代表性的人物呢就是约翰洛克。他呢是牛顿的好朋友，他比牛顿大十岁，但是是牛顿的莫逆之交，深受从哥白尼到牛顿所产生的这个规律意识的影响。他就想自然界如此有规律，如此井井有条，为什么人类社会如此混乱，人类社会是不是也有规律。那么他思考的结果，他认为，人类社会之所以混乱不堪，不是因为没有规律，而是因为规律没有被遵循。人类社会的规律之所以没有被遵循，是长期以来，仍然建立在一个传统观念基础之上。那么这个传统观念呢，就是我刚才说的君本位的观念。以君王为中心，所有的人都是来赎罪的，既然是罪犯，赎罪的，当然就不能够有自己的欲望，那么他的个人的利益，他的积极性他的创造性都被压抑。这个约翰洛克其实很有意思。我们现在可以说这么一个理性的思维，那么君权是从哪儿来的呢？君权神授。那么既然日心说表明神不存在，授予君权的神不存在，所以君权也不存在，所以他就提出了人类社会的中心是人。所以他就如同哥白尼牛顿把颠倒的地心说颠倒过来，建立了日心说，他再把颠倒的君本位颠倒过来，建立了人本位的伟大学说。那么我认为约翰洛克在用理性创建了人文观念这方面，应该说是一个伟大的思想家。所以他就提出了人是社会的中心，个人利益是治理社会的基础。任何政府唯一的宗旨是保护人，创造财富和享受自由，享受幸福的自由。那么他这样一个观念呢，实际上为英国的光荣革命、为后来欧洲的启蒙运动、也为美国独立宣言、美国的宪法和法国大革命奠定了理论基础，这样的人本位的观念，就导致了民主政治体制的诞生，那么是他的最伟大的发现。我们既然说科学就是发现事物的真相和原理，那么人类社会最大的真相是什么呢？就是人是社会的中心，人人都有自己的个人利益，所以要尊重人的利益，而任何政府它唯一的宗旨就是保护人，创造财富和享受幸福的自由，这是17世纪。

那么到了18世纪又出现一位伟大的思想家，当然我们一般把他叫做经济学家，或者是市场经济理论的鼻祖、创始人，叫亚当斯密。那么亚当斯密继约翰洛克之后，他又有一个伟大的发现。发现什么呢？发现个人利益是每一个人的个人利益。我们知道亚当斯密之前，经济上面是重商主义，那么亚当斯密就提出自由经济。就是说政府你不要直接去搞经济，让每个人根据他们自己的利益，去决定生产什么、怎么生产、为谁生产，反而有利于资源的配置。那么这样一来就会出现一个问题，人人都为自己的利益，岂不天下大乱吗？亚当斯密在这个地方有一个非常伟大的发现，就是正因为个人利益是每个人的，不是某一个的，所以任何一个人都只有去满足他人的个人利益，才能获得自己的个人利益。你越想获得自己的个人利益，你就越必须去满足他人的个人利益，同时你越能满足他人的个人利益，你就可能越获得自己的个人利益。所以他就发现这个个人利益的良性循环的制约，所以就提出了市场机制的这样一个思想。所以当时不是有这么一句话吗，诚然每个人都是为自己利益而生产的，但是社会上有一只看不见的手，指导他必须去满足社会的利益，这种虽然并非出于本意给社会所做的贡献，比那些口口声声说为公众谋幸福的人，更能促进社会的发展。那么这是18世纪他在《国富论》里边的一句话。就是他的伟大发现，就是个人利益相互制约，能够形成良好的经济秩序，个人利益相互制约，能够有效地配置资源。

当然到了20世纪的五六十年代，又出现了一个马斯洛。那么他是属于心理学的第三思潮，进一步发现人的个人利益是多层次的，除了经济的利益物质的利益，或者生存的利益，那么还有得到安全、得到爱、得到尊重、归属感乃至于自我价值的实现。我认为，这是一个又一个伟大的发现。所有的人跟动物不一样，人为什么一日千里的发展，那么动物界它还是始终停留在原来的样子呢？就是人有一个精神，有一个精神的世界。人本身除了物质的需求以外，有了一个精神的需求。而且对一人来讲他的幸福，物质是基础，而精神才是幸福的源泉，这就叫人的本性、人的规律。过去我们说为富不仁，当然少数人是有的，但是更多的人他往往物质得到一定满足以后，他就要考虑到生不带来，死不带去，怎么样能够使自己这一生过得更有意义。那么最高层次的需求呢，就是自我价值的实现。你比方过去我们年轻的时候，我做团员的时候，做团队干部的时候，那个时候我们学雷锋，看到街上有一个老太太，走路有困难我们去搀扶她一下，这就说明我对这个老太太有价值，叫自我价值的实现。我搀扶了以后，晚上回去睡起来就很舒服。所以这样一种价值观，这样一种就是我说的价值意识，是市场经济逐渐逐渐产生的一种，导致市场经济走向成熟和完善。那么应该说我们社会呢，这一点往往，当然这样一种价值观要建立在什么上呢？人人都是平等的基础，在这个地方我为你服务，在另外一个地方你又在为我服务，所以这样彼此，所以它是一个社会机制，叫懂得承认这个人的个人利益。

科学思想对人类社会的伟大意义在于它并没有停留在自然科学或者少数科学家的范围，而是一种文化的形式，注入整个社会，成为人类文化的重要组成部分。所以从此以后呢，我们可以说现代文化，就是包括两个组成部分：科学文化和人文文化。而且呢，科学从理性的角度创立了人文观念，文学和艺术这种情感方面，把人文观念渗透到人类的灵魂之中。所以应该说科学、艺术、人文比翼双飞，那么人类才能够永远向着正确的方向。所以最后呢，我说两句话：科学思想像一盏明灯，照亮了整个人类社会，科学给人以力量；而人文思想呢，像一颗明星指引人类前进的方向。如果说科学给人以力量，人文就给人以方向。本来在我们人类精神世界当中，科学、艺术、人文，它是一个整体。那么随着人类的发展，科学专业化了，艺术专业化了，人文专业化了，有时候往往反而把它割裂开来了。所以现在呢，我们就要提倡科学和人文的结合，科学艺术和人文的结合。这样呢，使我们的精神世界更加完整，既有理性，又有感性。科学它往往给人就是追求的一种真，人文给人是追求一种爱，就是我们能够懂得按规律办事，又懂得规律核心的问题，就是要使人类得到很好的发展，那么这样一来呢，我们的社会就会走向美好的未来。

科学文化漫谈-王直华

主讲人简介

王直华，60年代从清华大学电子专业毕业，毕业后从事科学研究工作多年，后调至科学时报从事科技新闻报道工作。曾任科学时报副总编。现任中国科普作协副理事长。出版过《小行星撞地球》等多篇科普著作，发表《论新闻科普》、《论素质教育》等多篇论文。

内容简介

科学和文化应该有一个很好的融合。但是科学和文化的融合需要转变观念，真正的科学大师们一般都有独特的视角。在这里我想举一个物理学家的例子。这个物理学家是狄拉克，他在三十年代前后，提出来反物质的概念，他的观念也是非常的超前的。突破了当时人们的日常思维。现在大家再看一幅科学图像，在这儿我们真的欣赏到科学之美，在这里我们也看到科学的线条美。实际上科学既有它的线条美，也有它的色彩美，还有它的动态美，我们看科学它有美感，科学是完全可以欣赏的，而科学体现出来的美，有的时候是需要转换我们的视角，才能发现科学的真理之美。著名的科学家汤姆生，他说，在对科学发现做出贡献的诸多因素当中，观念的转变是最伟大的。所以我们要注意在做研究的时候，在我们做艺术创造的时候，要注意观念的转变。

另外我们也需要丰富想像，转换视野。比如著名的物理学家爱因斯坦，他总结他的经验，就认为研究科学，也需要在艺术上有所涉猎。爱好非常广泛才能开拓思路，敏锐直觉，启发思维。所以他做出了物理学史上的第四次大综合，并不是偶然的。爱因斯坦总结他的经验，他说：“如果没有我少年时代音乐方面所受到的教育，我以后的各方面的成功，就是不可能的。”我们要把理性和感性、认知和情感、知识和文化很好地融合起来，实现互融互补和互动。

全文

今天我们讲的题目是《科学文化漫谈》，我先从语言文字说起。比如说我们经常见到这样的表述：说香蕉可以防止便秘，说石榴可以防止衰老。我就讲这个事情恐怕是有条件的，香蕉能够防止便秘，你把香蕉放在桌子上放两个月，它也不会防止你便秘。你把石榴放在那儿不吃它，也不会使任何人防止衰老。所以这样的语言表述它本身就不够准确，它就需要有一个条件在那儿管着这几句话。所以语言文字的事情是跟我们生活密切相关，又非常重要的一个文化的载体。

这个时候我就想到我一个朋友翻译的一本书，我这个朋友是文化功底非常深的，整个书翻译得非常漂亮。我就给他提了一个意见，我说你这个佼佼者不能这样用，他讲一个诺贝尔奖金获得者是佼佼者里的佼佼者，在咱们日常生活中，大家都认为佼佼者是非常水平高，非常优秀的人。实际上在咱们的汉语里佼佼者并不是这样的人，中国的古人说叫做“庸中佼佼”，就是平庸之上的人这是佼佼者。所以你说一个人是佼佼者里的佼佼者，那就是说他在中等以上的这种人里头还不是水平不是很高的，还是一个中等的人。所以这样的表述就等于不是在表扬一个人，而是在批评一个人。所以对于语言文字的了解呢，需要我们下功夫来做。即使是水平相当好的人，也有进一步提高自己的语言艺术这样的问题。这个时候我就想起北大的一位教授，实际上他是系主任了，在每年开学的时候他就会给同学们讲：你们来学文学这个专业，首先要敬畏文学，要敬畏它，对文学要有一种敬畏之感。所以我们的语言文字一定要用得非常规范，一定要以敬畏之心来珍惜祖国的语言文字，像严复他就说过，叫做“一名之立”，确立一个名词，一名之立，他要辗转反侧，要犹豫不决，十天半个月，所以用这种精神来做我们的事业，所以我就讲我们人人要渴求知识，人人要积淀文化。

这里我向大家推荐美国著名的天文学家，也是美国著名的科学作家叫卡尔萨根的一句话，他说“我们探索宇宙，一要勇于怀疑，二要富于幻想”。所以咱们就从这个话题开始，下面讲我们需要转变观念，科学大师的视角。现在大家看到的呢，就是世界上第一块集成电路芯片的样子。大家都经常说，最初的科学发现，最初的技术发明，很可能就是一个丑小鸭，现在大家经常用到芯片，我们经常用到计算机。大家都知道，现在计算机的芯片非常小巧，它的样子做得也非常美，是一件非常成熟的工业产品，但是第一个集成电路芯片就是这个样子，在这个芯片上，一共集成了几个东西呢？只有一个晶体管，里边有四个电阻和三个电容，一共就这么八件东西。然后它们当中的连线当然也都集中在这个电路里边，这个集成电路最早是由美国的一个工程师叫做基尔比，在1958年做出来的。因为我们要讲到科学家的视角，我们就要看一看，他做集成电路，他是怎么看这个问题的。

当时科学家把电子的元件尽量做小，因为把这些元件做小了，损耗的功率可以减小。但是当时基尔比是1958年刚进入美国得克萨斯仪器公司，当时他就对这个减小元件尺寸这个做法，并不感到满意，他就要闯一条另外一条路，用一种新的视野，新的视角来看这个问题。他就想，我能不能把这些元件都用一个新的工艺做在一个芯片上，这样就可以大大地降低它的尺寸和重量。这个时候正好老板带着员工到外地去出差了，去休息去了。那么他就没有去，他就在他的实验室里边设计他这个第一个集成电路的图纸，等这些人休息回来以后，他的方案也出来了，又经过两个月的努力，世界上第一个集成电路就做出来了。

大家知道，在集成电路之前，我们使用的都是电子管，电子管就是这个东西，一个玻璃管，像拇指这么大的玻璃管。现在最新的集成电路，大家经常用的计算机里边的奔腾4，一个集成电路里边有多少个晶体管？一个集成电路里边现在有五千万个晶体管，就相当于在这样一个芯片上面，有五千万个这样的电子器件。就是我手里拿的，如果用电子管来做这些设备的话，有五千万个这个东西，有的人计算了一下，如果现在的手机用电子管来做，用电子管来做现在的手机，它那个大小就相当于一个160米高的一个巨大的纪念塔。而我们知道，最近几年大家也经历了电子器件的变化，也经历了我们所使用的，比如说移动电话的变化。我这里带来一个八十年代末的手机，大家看看这个手机，现在如果谁再打这个手机，大家一定感觉到他是老古董。这个是2000年左右出现的手机，然后大家再想像，如果是1958年他发明集成电路的时候，用电子管做的手机，将是一个160米高的一个纪念塔。所以这个基尔比集成的概念，给我们人类生活带来多大的变化，我们能够深深感受到。

而且现在一个芯片上有五千万个晶体管，而当时在二十世纪五、六十年代，全世界一年的电子管的总产量是十亿个。大家可以比较出来，现在的20个芯片里边，含有的晶体管就相当于四五十年前全世界所有的厂家的电子管的产量。所以就看到，一个观念上的变革，由单个到集成的这样一个观念上的突破，就给科学和技术、给人类的生活，给我们经济和社会带来了多么翻天覆地的变化，这是我想讲的一个问题。

另外我想向大家介绍一位著名的生物学家，她叫麦克林托克，她是美国的一个女科学家。她在二十世纪五十年代初就提出来，就是基因在染色体里边不是完全固定不动的，人们的观念就是基因就像一串珠子，串到这一串珠子里边来的珠子，它就不可能跳来跳去。但是她在研究这个玉米籽粒的基因突变的时候，她就提出来，老玉米的颜色发生了变化。它这里边就是因为它的基因发生了突变，她就提出来可以移动的遗传因子。所以在美国冷泉港一次学术交流会上，她就提出了这个观点。有的遗传学家就嗤之以鼻，说不要理她，她这个人简直是个疯子。过了几年，还是在冷泉港又开这个学术交流会，那么麦克林托克就把这几年的研究成果，又继续地向大家来报告。就是这样一个超前人们三十年，超前人们思想三十年的一个理论，在1983年获得了诺贝尔生物学奖。所以我们就看到，一个全新的，一个超前人们原来的观念的一个新的理论，往往跟人们的看法是完全相反的。一个说基因是不能动的，她自己的理论认为基因是可移动的，所以也是一个180度的转弯。

在这儿我又想起一个物理学家——狄拉克，他在三十年代前后提出来反物质的概念。这个现在屏幕里演示的大家看的是非常美的一幅科学图像，从下边打进来的是一个伽玛射线，产生了一个带负电的电子，做螺旋运动。另外一个方向上又产生了一个带正电的电子在螺旋运动，这样正反电子或者叫正负电子它们在磁场里边划出了完全相反的两个轨迹，在这儿我们真的欣赏到科学之美，在这里我们看到科学的线条美。实际上科学既有它的线条美，也有它的色彩美，还有它的动态美。我们看科学它有美感，科学是完全可以欣赏的，那么狄拉克在1933年获得诺贝尔物理学奖的时候，他有一番讲话，这番讲话在我们今天的人们听来，可能都像是天方夜谭。我们就可以看到这个科学家的思想，他的想像是多么超前，跟我们原来的想法是多么地相反。他讲在我们地球上或者在我们太阳系里边，所有的物质都是由带负电的电子和带正电的质子组成的原子来构成的，这种很可能是宇宙里的一个特例。

他说如果我们相信正负电荷具有完全对称性，宇宙里的物质具有完全对称性，那么就会想像还有星球是由带负电的质子，以及带正电的电子这样的原子来组成的。就跟地球上的物质完全相反，就是有的星球是完全是由反物质组成的，很多物质他说在宇宙里，有由反物质组成的星球。他说很可能这样的星球，正好是各一半。由物质组成的星球，由反物质组成的星球，在宇宙间可能是各一半。这样一种推测，这样一种科学的假设呢，实际上几十年来，人们都在进一步地做实验来研究。在今天几乎所有的粒子都找到了它的反粒子，科学家都找到了这一粒子的反粒子，未来的国际空间站，阿尔法磁谱仪升空以后，其中一个重要的任务，就是探测太空里的反物质。所以我们看到呢，这些科学家们的思维多么超前。

这时候我就想起丁肇中先生有一句话，他说非常天才的科学家，他们跟疯子的距离可能是很小的。有一位著名的画家叫做达利，他跟马蒂斯和毕加索，在西方是齐名的。这样三个著名的画家，达利被曾经被人们说成是一个疯子，大家看一看达利的一个作品。达利是一个怪诞的一个艺术家，他曾经做一个雕塑作品，这个雕塑作品叫做太空象。他为了展示太空象之高大伟岸，你看这个太空象的腿，比一般的象多了一节腿骨，他就是这样来做自己的想像。所以有的人把他说是疯子，达利就说：“我跟疯子的惟一区别就是我还没疯。”所以就是说科学家和大的艺术家，他们的想法往往是跟常人有一个相反视角。

实际上我们在欣赏作品的时候，也发现，就是欣赏艺术作品的时候也发现，很多艺术作品它也跟我们常人的想法不一样。比如说画家画一幅画，书法家写一幅字。他往往趋向于空灵，叫做疏可走马，密不透风，一幅书法它本身也是疏可走马，密不透风，让我们感到它的节奏和韵律美。大家看到这幅照片是黄山的一幅照片，徐霞客到了黄山。他说：“登黄山天下无山，观止矣！”已经到了顶了，所以黄山之美就在于它的怪石嶙峋，怪峰突兀。所以大家看到黄山非常美。写文章也一样，就是文如观山不喜平。写的文章如果平淡了，没有冲突了，没有上下跌宕起伏了，它也不好看。所以实际上做科学研究，和我们欣赏艺术作品这个道理也是一样的。

这个时候，我要强调一点，就是我们在对原来的观念进行转变的时候，要注意避免无知的怀疑。我想起一个美国著名的物理学家拉比，他在二十世纪四十年代的时候，1944年获得诺贝尔物理学奖，他就提出来能够探测原子磁矩的这种共振的方法，叫磁共振的方法。实际上二十世纪七十年代出现的磁共振、断层扫描仪，就是由这个理论发展起来的。别人问他，你获得诺贝尔奖最主要的经验是什么？拉比回答说，他说我的最重要的经验就是每天我回到家里边，我的妈妈都问我，你给老师提了什么有用的问题没有？这就是他一生治学和研究的经验。

另外，我们也有这样一个故事跟大家介绍，就是著名的物理学家刚才咱们讲到狄拉克，就是提出来反物质那个狄拉克。有一次他做报告，做报告下边一个学生向他提了问题，提了问题他就没有理会。跟他一起坐在台上的另一位先生就提醒他，狄拉克先生，下边有人向你提问呢。他就非常幽默地说，他提问题了吗？他没有提问题，为什么？下边那个青年人提的问题是：“老师你这个公式由第三步到第四步是怎么推导出来的？”这样的问题在科学家眼里不是问题。所以我们在做科学研究的时候，要提出有价值的和有意义的问题。所以这一段呢，我们可以用汤姆生一句话来总结。著名的科学家汤姆生，就是发现电子的汤姆生，他讲在对科学发现做出贡献的诸多因素当中，观念的转变是最伟大的。所以我们要注意在做研究的时候，在我们做艺术创造的时候，要注意观念的转变。

下面我们讲我们需要丰富想像，科学大师的视野。在这儿我们展示了一幅非常美的图像，虽然是一副黑白照片，但是我相信大家看到它一定觉得非常美，这是一个晶体衍射的照片。自从伦琴发现X射线以后，利用X射线进行晶体衍射来研究物质的结构取得了很大的成绩。在上个世纪初一个著名的物理学家劳厄，他曾经用X射线做晶体衍射实验，被爱因斯坦称为最美的实验。所以科学也是非常美，科学很美，科学有它的理论美，有它的实验美，现在又出现科学的第三个支柱叫做计算科学，所以科学也有它的计算美，科学有它的数学美。所以在这儿，我们既看到了科学的实验美，也看到了科学本身它的形象美。

在这里我想在这儿介绍麦克斯韦，麦克斯韦是实现了物理学第三次大的综合的这样一个科学家。他在1864年发表的《电磁场理论》，把电学和磁学以前所有的规律都用一组方程式，把它表达出来，所以他是完成了物理学史上第三次大综合。能够做到这个工作的，跟他自己的全面素养是分不开的。那么麦克斯韦，他有非常好的家庭教育，他的母亲在他小时候，8岁他的母亲去世了，也是患癌症去世的。他的父亲把他送到了学校，从那个时候开始，他就对数学，对英语都非常感兴趣，对科学也非常感兴趣，他对拉丁文也很感兴趣。甚至在上学的时候，他对诗歌也有很浓厚的兴趣，所以麦克斯韦是一个爱好非常广泛的一个人。

他在14岁的时候就研究了画椭圆的方法，实际上当时能够研究画椭圆的方法的人呢都是像牛顿和笛卡儿这样大牌的学者，所以当他的论文交给的当时的学校的一个科学哲学老师以后呢，老师都感到非常惊讶。这个老师叫做福布斯，然后福布斯很快就把他的作品提交给了爱丁堡的皇家学会，爱丁堡皇家学会的会报，很快就发表了他这个论文。当时的麦克斯韦只有14岁，所以他的数学功底，他对数学的爱好，跟他以后的成功都有非常大地关系。后来他就上了爱丁堡大学，这个时候呢，他就不仅是研究科学，和研究数学，他自己呢，还研究美学，还研究哲学，他对历史也非常感兴趣。后来他就讲了一句话，他说做一个科学家，不能只研究自己的具体的专门学问，还要对哲学、对历史、对美学感兴趣，这是他的一个非常鲜明的观点。所以麦克斯韦能做出物理学上的一个综合性的工作，跟他自己的全面的爱好，跟他自己广泛的视野，是有关的。这个图上有两位伟大的科学家，后面那位是牛顿，前面这位是爱因斯坦。爱因斯坦呢，他也是做出了物理学史上第四次伟大的综合，第四次大综合。他从小学的时候，6岁的时候就在母亲的引导下，他就学小提琴，到13岁的时候，他又对几何学和哲学感兴趣，所以爱因斯坦他的爱好非常广泛。那么他呢，就是在1905年提出狭义相对论，1913年做出广义相对论，做出了物理学史上的第四次大综合，也不是偶然的。

所以爱因斯坦总结他的经验，他说：“如果没有我少年时代音乐方面所受到的教育，我以后的各方面的成功，就是不可能的。”所以爱因斯坦自己有非常深刻的体会和感受。下边这幅图呢，就是一幅关于质量和能量关系式，爱因斯坦著名的质能关系式的一幅宣传画，在这儿我们真的欣赏到科学之美。我们看科学它有美感，科学是完全可以欣赏的。

实际上艺术作品也同科学发现一样，人们也要有不同的视野。要比常人有更宽广的视野，比如这一幅照片，大家看很像中国的一幅山水画。但实际上呢，它拍的是石林，大家一想到石林的照片，就是那一根一根的石头柱子。但是这个地方，我们看到从局部一个很小的范围来拍石林，也是非常美，给我们一种中国的国画的感觉。这是颐和园里石舫的一个夜景，我们古人曾经有个说法，凝视月亮就会产生诗一般的灵感。我们的古人呢，在几千年的文化里边，留下了很多的咏月的诗篇，屈原的《天问》、张若虚的《春江花月夜》、李白的《把酒问月》和苏轼的《水调歌头》，都是咏月的，非常好的作品。

在屈原的《天问》里边他提出这样的问题：“日月安属，列星安陈。”太阳和月亮是怎么样挂在天上的呢？天上那么多的星星，它是怎么排布在天上的呢？这是对大自然奥秘的一种探索，张若虚他留下来的诗，我们只知道他有两首诗，但是就有一首成了千古的佳作。所以有人曾经评论过他，叫做：“孤篇横绝 竟成大家。”他只有一篇作品流传到后世，但是他却是唐代诗人里边一个大家，有的人评论他的《春江花月夜》是诗中之诗，是峰上之峰，是峰顶上的峰顶。张若虚这样的诗句真是脍炙人口：“江畔何人初见月，江月何年初照人。”李白的《把酒问月》：“今人不见古时月，今月曾经照古人。”我们看到这幅作品的时候就会有这样的感觉，看到今天的月亮，实际上我们就想到在这个月下曾经照过很多很多的古人。有一次我同一个天文学家在谈论苏轼的《水调歌头》：“明月几时有，把酒问青天，不知天上宫阙，今昔是何年。”他就讲这个苏轼能够知道天上的星体上的记时系统跟咱们是不一样的。我们知道月球上面，如果我们把月球当作琼楼玉宇的话，它那上边背太阳的一面，月球背太阳的一面最低的温度是零下180度，所以真是高处不胜寒。这些诗句既是对人生哲理的探索，也是对宇宙奥秘的探索，所以我们古代的诗人们，他们的想像是非常宏伟，是非常浩大的。拥有科学和人文的综合素质，拥有很宽广的视野，可以使我们有更宽广的思路，可以有更敏锐的直觉，可以有更活跃的灵感，和更丰富的想像，在发展科学和发展艺术当中能够发挥更大的作用。

下面我们讲我们需要科学文化，科学大师的理念，在我们回顾科学和艺术的发展历史的时候，就有一个感觉，近代科学发展到一定程度之后，那么科学和艺术的分离，科学文化和人文文化的分裂，就越来越严重了。在二十世纪四十年代，梁思成曾经做过一次报道，题目就叫做《半个人的时代》，在1959年斯诺发表了《两种文化与科学革命》，到1965年又出了一本书，是马尔库塞写的《单维人》，这都是在探索科学文化和人文文化的分离。

爱因斯坦在他的一篇名作叫做《论教育》里边提出，学校应该永远以此为目标，就是从学校出来的人，不只是个专家，应该是个和谐的人。中国的著名的美学家蔡仪呢，他提出来你要研究美学，必须有三门基本功：一个叫做美学的历史，一个叫做美学的哲学，再一个就是要研究一门艺术。朱光潜先生曾经说过：“不通一艺莫谈艺。”如果你对一门艺术没有加以研究，没有深入进去，你就很难去研究美学。所以我们提倡把科学和人文融合起来，我们研究科学，第一要钻进一门科学。同时呢，也要研究科学史，也要研究科学的哲学。所以呢，这三个方面是对于成就一个人的事业是非常重要的。

在我们谈论科学和艺术之间的关系的时候，在我们提倡科学与艺术融合的时候，也要注意避免把科学和艺术直接对号。我们很难说爱因斯坦喜欢的哪一个曲子使他发现了相对论，这是不可能的。所以呢，我们要把理性和感性、认知和情感、知识和文化很好地融合起来，实现互融互补互动。所有的科学大师、艺术大师都是如此。我们在做科学教育，在研究科学，在进行科学传播的时候，也要这样来做。

最近我写了一篇散文，今天我把它朗读给大家，与大家分享，与大家共勉。题目是《让我们到山顶上会合》。仿佛听见那位科学大师在太阳系的边缘向我们大声说话，那是科学哲人的语言，我们探索宇宙，既要勇于怀疑，又要富于想像；仿佛看见那位文学大师，在高山上向我们招手，文豪的话语如诗似歌，让人难忘。科学与艺术，山脚下分手，山顶上会合。向着那科学与艺术相拥的山顶，让我们一起攀登。凝神静思，那魂牵梦萦的山顶很高很远，昂首远望，那心仪已久的目标却越来越近。向着那科学与艺术相拥的山顶让我们一起攀登，征途中，知识共文化一色，直觉与灵感齐飞，专注携想像同行，激情源天地之美，水远山高，达万物之理，天荒地老。我们播撒着快乐，我们收获着幸福。在富于想像的攀登与创造之中，向着那科学与艺术相拥的山顶，让我们一起攀登，一起创造一起快乐，我们谁也不掉队，让我们山顶上会合，山顶上再见，谢谢大家。

科学与社会 -曾志

主讲人简介

曾志，1989年毕业于中国人民大学哲学系，获硕士学位，同年到北京大学哲学系任教，现为北京大学哲学系副教授。1995年获北京大学哲学系博士学位，导师为我国著名哲学家黄楠森教授。

1997年曾志在比利时卢文天主教大学做访问研究，1998年在加拿大多伦多大学作访问学者。2001年至今为美国伊利诺大学博士后。曾志的研究领域主要是中西哲学比较，社会与政治哲学、元伦理学、形而上学以及哲学原理。其代表性著作为四十万字的《西方哲学导论》。

内容简介

关于《科学与社会》，曾志主要谈了五个部分。

第一个部分，就是怎样处理好科学和社会的关系；第二个问题，为什么我们今天会面临着科学带来的种种问题；第三个问题，在不同的时代，科学和社会的关系表现出怎样的面貌，人们是怎样来认识这个问题，怎样来处理这个问题的；第四个方面，关于科学乐观主义的哲学基础问题；最后一个问题，当代世界那么各国不同的政治家，不同的学者，社会各方面的人，他们所做出的平衡科学主义和人文主义之间的关系的各种努力。

在第一个问题中，处理科学与社会关系主要有四种基本观点，分别是科学主义的，伦理主义的，商业主义的，实用主义的观点。

第二个问题就是20世纪后半叶技术生活的标志及其影响，第一，植根于工业化时代的生活方式的瓦解。第二，就是技术进一步导致了我们日常生活的简单化和复杂化，所谓简单化，就是我们越来越接受某些单一的标准；复杂化就是我们的要求越来越复杂。第三，就是传统伦理判断和伦理标准的不确定性，那么我们似乎想不起来，历史上的哪一个时期，那么有哪一个问题引起的伦理学的争论，会像我们今天那么遇到的克隆技术的问题引起的争论这么激烈；第四，就是知识和语言的混乱，不同的人之间沟通起来呢，变得非常之困难，但是有时候，又特别容易。

第三个问题，就是科学社会关系的时代特点，我把它划分为四个不同的时期，第一个时期，是古希腊，伦理标准和技术标准, 科学标准呢，本来就是一个标准。第二个阶段就是文艺复兴，艺术和科学是统一的，这个时期的文学家、艺术家、思想家，他总是试图用一种和谐和比例的原则，去探索科学和艺术。第三个阶段是19世纪，就是艺术和科学它是分离。第四个阶段就是20世纪的后半叶，科学乐观主义成为一个主导的潮流，用技术来改造世界的机会似乎是无限的。

第四个问题，科学乐观主义的哲学基础，第一个基础，就是功利主义；第二个就是实用主义；还有一个就是唯物主义。

最后一个问题，在当代世界上人们做出的平衡唯科学主义的努力主要有哪些。

它主要有以尼采为代表的人本主义哲学，他认为，人是在不断的选择自己的命运的，宗教的和科学的必然性是不存在的。另外一个部分是宗教，宗教思想家们，总是告诫人们，不要陷入到那种物质主义的漩涡当中去。从这个角度来讲，宗教也是现代世界人们用来平衡物质主义，技术主义、唯科学主义的一个重要的选择。还有一种方向就是技术的全面人文化，我们必须把人文性质的考虑，纳入到对技术的追求当中去。

全文

我今天要作的这个报告，它的题目叫做《科学与社会》。我们知道，我们现代的社会，其实是一个科学非常发达的社会，而且这个科学的发展，它已经成为了一种意识形态，我们生活的每个方面，我们整个的关于这个现实世界的观念，基本上都被科学主导了。但是另外一个方面，我们也知道，科学是技术性的，纯理性的东西，那如果我们生活的一切方面都被科学的这种技术性和逻辑性主导的话，可能我们生活当中还有一些非技术性的、艺术性的、非逻辑性的部分，会被忽视掉，而且这种现象在当代我们已经看得越来越清楚了，科学给我们这个社会看来，也带来了一些我们原来没有预料到的方面，但我们不能够笼统地讲，这是一种负面的影响，但至少可以说，科学给我们带来的不完全是我们原来预想的每一个方面，都向我们展示了一个灿烂的前景。

所以这样一来，对科学和社会的关系进行一种人文角度的反思，其实现在是个世界性的课题，这个课题，如果换一个角度来看，按照我的观点，或许我们也可以把它称作一个全球化的问题，所以这是我在讲这个问题的时候，作为一个开场白，我希望这样来表达我对这个问题的思考。

关于这个问题的思考，我主要谈五个部分。这五个部分，大概第一个部分我想引出一个问题，就是现时代对我们人类面临的一个重大的挑战，就是怎样处理好科学和社会的关系，这是一个问题。第二个问题，就是我想谈一下为什么我们今天会面临着科学带来的种种问题，其实对这个问题的分析，我们会涉及到我们怎样来看待20世纪后半叶技术生活的标志及其社会影响，这是第二个问题。第三个问题，我还想帮助大家回溯一下科学和社会关系的时代特点。在不同的时代，科学和社会的关系表现出怎样的面貌，人们是怎样来认识这个问题，怎样来处理这个问题，每一个时代的学者对这个问题他是怎样思考的，所以这是第三个方面。

第四个方面，我想谈一谈关于科学乐观主义的哲学基础问题，因为我们谈到科学观，它实际上是个哲学观的问题，对科学的前提，对科学的基本性质进行批评性的讨论，这是哲学的一项基本的任务，那如果从哲学的角度来看待科学的性质及其社会影响问题，实际上它就涉及到，关于现在我们流行的科学乐观主义的哲学基础究竟是哪些问题。最后一个问题，我想给大家介绍一下，当代世界各国不同的政治家，不同的学者，社会各方面的人，他们所做出的平衡科学主义和人文主义之间的关系的各种努力。所以，关于科学与社会的关系，大概我讲的主要是这五个问题，下面我把它分开来谈。

第一个问题我刚才已经谈到了，那就是说，我要谈的就是科学和社会的关系，是现时代我们人类面临的一个重大的挑战，怎样处理好这个关系，对于每一个人来说，特别是对现代世界的政治家和那些精英人士来说是一个非常重要的问题，必须面对这个问题，那我为什么把科学和社会的关系，这个问题把它当做现代世界整个人类面临的一个重大的挑战，一个必须要处理好的关系？我不想抽象地来谈论这个问题，我在这里想给大家引一些国际上的一些著名的学者，著名的政治家，他们对这个问题的一些评论或者说他们的意见。

我这里谈到的我想集中说一下，就是现在世界上非常热门的，关于克隆技术的前景问题，其中非常重要的一个方面，现在主要是集中于克隆技术的前景它是不是最终会克隆出一个人，就是说，假如是你，是不是有一天，我们可以通过克隆的技术，克隆出另外一个你，站在这里的时候，丝毫分辨不出来，哪一个是原来的你，而哪一个是复制的你，但是谈到克隆这样问题的时候，特别涉及到，如果克隆的前景是一个可能克隆出另外一个和你一样的人的时候，这个问题就变得非常之复杂了，而且这个问题，对于许多人来说，实际上它的前景并不是那么美妙。

我在这里，引几句话大家来看看。第一句话，是美国斯坦福大学一个非常有名的社会科学教授，叫哈维尔，这个哈维尔讲了一句话，他说“太恐怖了，我为什么没有在听到这个消息以前就死去呢？”，这是哈维尔讲的，他认为，克隆人这种前景太恐怖了。第二种观点，跟它正好相反，麻省理工学院有一个非常著名的教授，叫约翰.布洛克，这个约翰.布洛克，他讲了一句话，“克隆人绝对是科学上了不起的进步，克隆技术必将创造21世纪的辉煌”。

同是一个学者，他从另外的方向，对克隆技术做了非常高的评价，认为整个20世纪的进步，都维系于这个技术，英国的著名的《经济学家》杂志，它曾经在一片文章中，谈到这样一段话就是“人体的商业化，是人类经济活动中无与伦比的成就，毫无疑问，克隆技术的出现，将为世人创造一个最为广泛和深远的市场”这又是一种观点。最后一个，是美国著名的经济学家诺贝尔奖的获得者弗里德曼的观点，他讲了一句话，他说“不要钻牛角尖，管它，干起来再说”。

我在这里引的这五段话，其实都是有代表性的，因为它代表了当今世界上对于克隆技术尤其是我们可能出现的克隆人的技术前景，不同的人表现出来的不同的态度，但是这里的态度应该来说，我们不把它归纳的话，它好像显得比较零散，那我把他们划分为了四种基本观点。

第一种观点，我把它称之为是科学主义的，比如我们上面谈到的第二种的观点，这是一种。第二种，我把它称之为伦理主义的，主要从道德方面来思考的，那比如我上面谈到的，第一种观点。第三种，我把它称之为商业主义的，它认为，克隆技术会带来一个新的商业市场，而且它潜在的商业的利益和商业的利润，是不可限量的，这是商业主义的观点。第四种我把它称之为实用主义的观点，这是弗里德曼的观点，但是实际上我们注意一下的时候，我们还会发现，其实实用主义的观点，它间接地支持的是科学主义的观点，

如果我们更仔细地来分析一下上面谈到这些观点的话，我们还可以进一步把这些问题把它们分离为两种基本观点的对立，就不单单是上面我们谈到的技术主义的，伦理主义的，商业主义的，实用主义的。其实它就变成两种，一种是伦理性的，对克隆问题的思考；另外一种，就是非伦理性的观点，它主要从技术的角度来看待这个问题。

伦理主义者的观点，主要集中于克隆技术可能对我们人类长期形成并且深为依赖的生活习惯和伦理传统造成的冲击，但是问题的复杂在这里，从伦理主义的角度来说，许多人，对克隆人，对克隆技术的前景，持一种警惕，甚至抱有一种反感的态度。但是也不是所有的伦理主义者都反对这个问题，非常有趣的就是有一些非常著名的伦理主义者他支持克隆人。比如说美国纽约的哈斯汀研究中心，有一个非常著名的伦理学家叫丹尼尔卡拉汉，这个丹尼尔卡拉汉，他就说，“在我们社会上，有两种价值观，允许人们在人类复制这件事上随心所欲，一个是绝对的个人主义，另一个是对完善生命的追求”，他的这一段话，使很多人感到惊愕，他的惊愕主要表现在什么地方，就表现在他认为对完善生命的追求，是伦理学当中一个最基本的方面，而这个方面是支持克隆人的，是支持克隆技术的，当然，绝对的个人权利这一点，成为克隆技术的存在的理由基础或者根据，这对大多数人都是可以接受的。但是，从伦理学的角度，它也能够接受一种克隆人的前景，也能够接受一种未来，可能让我们感到惊愕的克隆技术的前景，生物技术的前景。

而从科学主义者的角度来看，当代有一些激进的科学主义者，他甚至也认为，伦理主义者对克隆技术的反对和担忧，也不是全无道理的。他认为，从伦理的角度来谈论一个克隆人的问题，当然是有一些他可以接受的理由的，但是反过来他们大多数人都认为，伦理标准和道德判断，应该是随着历史的发展，和技术的进步，而不断调整的，这是一个看法，就是说你用来反对克隆技术的那些伦理标准或者道德判断，在这一些科学主义者看来，其实伦理标准是传统社会的产物，必须要随着这个技术的发展和时代的变化，而做出相应的调整，你不能用过去的道德标准，伦理标准来判断今天的新技术，新技术应该，引出我们的一些新判断，所以这是一种观点。

另外一种观点，他们认为，技术就是我们的生存方式，我们，如果没有技术，我就无法生存，而且一种技术，一旦产生以后，我们实际上是没有办法完全控制它们的。还有一些技术主义者认为，对克隆技术的这种担忧，其实有一点大惊小怪。因为，与历史上那些重大的技术变革给我们的社会带来的影响相比较，克隆技术并不见得，就比历史上某些技术变革的出现，给我们人类生活带来的影响更大，只不过是因为我们身处在这个时代，我们的感受更强烈一些罢了，你如果回溯历史，回到历史上某些重大的技术变革产生的那个年代，可能那个时期的人，很多也惶惶不可终日，只不过我们今天为什么在这个问题上，反映会这么强烈，因为我们身处在这个时代当中，我们直接地感受到这个东西，这个东西带来的变革和影响，和我们本身的存在，我们的生活环境息息相关。

科学，它是一种技术的形式，但是反过来，我们知道，技术只是实现我们人类目标的一种方式，一种手段，比这个手段，这个方式，更根本的有一些，我们人自身的东西，所以从这个角度来看，我们接下来把科学的人文性质，把它概括为这样三层意思。第一个意思就是科学就它的本性来说，是我们人类自我完善化的工具，因此，它不能和我们人类自我完善化的目标，发生冲突，这是一个我们谈到科学的人文性质的时候。第二个自我完善化本身，它是一个技术、美学和伦理三位一体的概念，我们如果在实现这个技术目标的同时，消解了美学和伦理，这个技术目标，实际上就是不助于被接受的，所以这是它的第二点。第三点，人主要是由于他的社会性而面临伦理问题，科学能够告诉我们，怎样最有效地去达到某些目的，但是，它不能够告诉我们，应该追求哪一种目的，或者说是这一种目的，其实在这个问题上面，古希腊的哲学家柏拉图说，科学探讨和伦理的探讨它总是合而为一的，其实如果用今天的观点来看，柏拉图的观点他就过于乐观，我们看到科学的探讨和伦理的探讨，在很多方面已经表现出分离了，而科学和伦理方面的分离其实就是我们看到的今天科学和社会关系，发生了一些变化，彼此之间，并不是和谐地同时存在于我们这个现实世界当中，上面这样一些问题，它究竟是怎样产生的？

所以接下来第二个问题就是20世纪后半叶技术生活的标志及其影响，那我把20世纪后半叶技术生活的标志及其影响，我也把它归纳成为四个方面。第一点，那我把它称之为叫做“植根于工业化时代的生活方式的瓦解”，什么叫“植根于工业化时代的生活方式的瓦解”，换一句话说来说，我们现在谈到我们今天的社会叫做知识化社会，叫做信息化社会，这个知识化社会和信息化社会最大的一个特征就是全球化，换一个角度来说，广泛深刻的社会化，整个社会 整个世界越来越融为一体，它急剧地改变着我们的日常生活，和我们的日常习惯，从根本上改变了我们的生活性质，和我们的日常生活的面貌。所以这是第一个特点。 第二个特点，就是技术进一步导致了我们日常生活的简单化和复杂化，其实这是从不同的角度来看。所谓简单化，就是我们比如从全球化的角度来看，我们越来越接受某些单一的标准，比如美国人在技术方面，在商业方面很多的标准，它被全球化推动以后，就变成了普遍的标准，原来的很多的不同的标准，非常丰富的色彩，都被整齐划一地简单化了，另外一个方面它的复杂化就是实际上我们这个世界，我们人的要求，越来越多样，而且我们的要求越来越复杂，不管技术怎样进步，似乎都难以满足我们对现实生活的要求，所以它既简单又复杂。第三点，就是传统伦理判断和伦理标准的不确定性，我们似乎想不起来，历史上的哪一个时期，有哪一个问题引起的伦理学的争论，会像我们今天遇到的克隆技术的问题引起的争论，这么激烈。第四个，我把它归纳为就是知识和语言的混乱，什么叫做“知识和语言的混乱”，它主要就是指现代知识已经高度专门化了，而且技术语言和价值语言，越来越互相隔离，这样一来，使得不同的人之间沟通起来，变得非常之困难，但是有意思的是，有时候又特别容易。一方面，人们之间要交流，似乎隔着一道鸿沟，但是在另外一个方面，我们似乎都有一些共同的倾向，一种共同的喜好，所以这是我们看到的20世纪后半叶技术进步给我们的生活，带来的一种广泛深刻的影响。

我们在这里谈到20世纪后半叶技术生活的进步，给我们的生活带来的影响，

随之带来的一个问题，就是我们现在谈到的，或者我们面临的这种科学和社会的关系，和历史上不同的时期，它们所表现出来的科学和社会的关系相比较，有些什么不同的特点。换一句话来说，就是从古代到近代，到现代，科学和社会的关系的一般面貌是怎样的。

那这就转入了我要讨论的第三个问题，就是科学社会关系的时代特点，那我们把它放到一个历史的流程当中来讨论，看它在不同的时期，关于科学和社会的关系，呈现出了一种怎样的基本面貌，那我把它划分为四个不同的时期。

第一个时期，是古希腊，古希腊哲学的一个非常核心的概念叫Logos，这个概念用我们今天的理解来说就是相当于规律性的这样一个概念，数理化的这样一个概念。按照柏拉图的观点，我们人类生活就是要追求知识，而最高的知识就是一种善的知识，所以知识就等于善，伦理标准和技术标准、科学标准，本来就是一个标准，所以古希腊的思想家，他们坚持认为，当我们在追求一种技术的时候，我们必须把一种人文的价值赋予它，技术本身是从属于一种善的结构的，等级越高的知识就代表了更大程度上的善。

第二个阶段就是文艺复兴，我们谈到文艺复兴的时候，科学和社会的一般关系是怎样的。我把它归纳成为艺术和科学是统一的，所谓艺术和科学是统一的，就是我们看待文艺复兴这个时期的，文学家、艺术家、思想家，他表达他关于我们这个社会的理念，并且努力要把这种理念转化成为他的创造作品的时候，我们看到，他总是试图用一种和谐和比例的原则，去探索科学和艺术，正是在这样一个角度上，他带来了文艺的复兴，所以这是它的第二个阶段的特点。

第三个阶段我认为是19世纪，19世纪的一个特点，就是艺术和科学它是分离的，艺术和科学的分离，成为19世纪知识分子生活的一大特点。这个时期，知识分子努力地想用浪漫主义来抵制科学的进步，他认为，科学进步似乎损害了我们人的精神自由。

第四个阶段就是20世纪的后半叶，20世纪后半叶科学和社会的关系总体的面貌，我想把它概括成为“科学乐观主义成为一个主导的潮流”，科学和技术的巨大的进步，在20世纪的后半叶使得人们一切问题的解决似乎指日可待，用技术来改造世界的机会，似乎是无限的。

第四个问题我想要进一步分析一下，科学乐观主义的哲学基础。第一个基础，就是功利主义。功利主义，它实际上是一种影响非常深远的，或者换一个角度来说，可以说它是跟我们人的生存状态紧密联系的一种，思想方式。第二个就是实用主义。实用主义，它的最高的标准，就是能够满足我的需要的东西，它就是真理。还有一个就是唯物主义。唯物主义可以说和科学主义其实是一个问题的两个侧面，因为我们知道，科学的对象就是实际的物质存在，承认这个世界本身是物质构成的就意味着，我们要追求一种操作这种物质的技术方式，所以这样一来唯物主义也成为了推动或者，导致这个唯科学主义盛行的一个重要的方面，科学乐观主义的哲学基础，我们如果要分析起来，大概主要是这三种。

最后一个问题，我想谈一下，当代人们对科学乐观主义对唯科学主义，实际上已经开始抱持一种警惕的态度，希望能够把人文的方面更好地结合进技术的进步和技术的发展过程当中，使得科学也能够在很大程度上容纳我们人文的方面，能够使得科学的要求和价值的要求，表现得尽可能统一，在当代世界上人们做出的平衡唯科学主义的努力主要有哪些。

那从哲学的角度来讲，我要谈到的第一个问题就是康德的哲学，一直到现在为止，康德的哲学都是现代思想界用来讨论科学和社会关系，平衡科学的那种过度影响的一种非常有效的思想资源。

康德的理论当中，非常重要的一个部分，就是康德认为，我们的知识是经验，我们的人的认识，实际上他的手段，在技术的这个方面，只能够满足我们技术的需要，他认为超出我们经验的方式，去探讨那些伦理的美学的宗教的问题，超越了我们人的认识能力。所以从这个角度来看，20世纪的科学主义者，主要是沿着康德的这个思路来进行科学研究的，认为知识性的研究，不能够讨论价值的问题、宗教的问题、美学的问题。

但是20世纪的哲学家，主要是指那些科学主义的哲学家，在这样做的时候，他们其实往往表现得过于激进，他认为，经验性的知识，技术的知识就是我们生活的全部目标。在他们看来，那些非经验的，那些超越我们经验范围的那些价值性的知识实际上就是没有意义的。我们现在已经知道了，其实价值性的知识，伦理的，美学的，宗教的知识，是我们人的生存的另外一个非常重要的方面，这个方面和我们的经验的技术的知识，是互为补充的，所以我们现在看到，康德的这个努力，就引出我这里要讲的另外的一种平衡唯科学主义的文化形态，这就是西方的人本主义哲学。

科学主义的哲学基础它主要是一种必然性的观念，但是人本主义的哲学基础，它主要是一种非理性的，偶然性的观念，按照尼采存在主义的观点，他认为我们人的存在，就是不断地在那里选择命运，而这个观点直接冲击了传统的科学观念和宗教观念，因为宗教它也是谈论必然性，我们的存在服从一个必然的上帝观念。而科学的认为，我们服从一个必然性的物理定律。尼采的存在主义关于人是完全自由的，人的存在是全面的、开放的，从这个角度来讲，它实际上就意味着，他认为世界不像科学展示的那样，也不像宗教展示的那样。对于尼采的哲学来说，科学是错误的，而上帝早就死了。所以他认为，我们每一个现实生活当中的人，都应该自己来面对自己的生存境遇，自己来塑造自己的生存状态，所以这就是我们谈到的，西方的人本主义，它对科学主义做出的一种反驳，它希望能够适当地校正科学主义的那些绝对性的东西，当然，反过来我们也知道，就像科学主义不完全是绝对真理一样，科学主义谈到的那些东西并不是绝对真理。那人本主义，它谈到的很多东西也不完全都是正确的，但是反过来，它有很多东西是发人深省的。

第三个部分，就是宗教，对精神价值和未来生活的追求，我们知道，是宗教的最大特点，因为宗教总是在倡导某种精神价值，总是给我们提供一种未来世界未来生活的幻形，由于宗教的这个特点，其实在历史上宗教一直是平衡科学和物质主义影响的最重要的人类精神文化形态之一。我们知道，在技术非常鼎盛的时期，宗教思想家们，总是告诫人们，不要陷入到那种物质主义的漩涡当中去，不要忘记，在物质的追求后面，还有一些非常美好的东西。所以从这个角度来讲，宗教，也是现代世界人们用来平衡物质主义、技术主义、唯科学主义的一个重要的选择，当然在历史上它一直都是一个重要的选择。在当代，我们看到的它的作用，还是有增无减。

但是也有一个问题就是，也有许多人认为，宗教在当代的作用，虽然可以平衡物质主义，平衡技术主义，但是从某种的角度来讲，宗教在当代，也开始势微。因为人们现在，在当代世界当中，已经越来越少有虔诚的宗教主义者，所以从这个角度来讲，宗教也处在衰落当中。但是反过来在另外一个方面，由于它的衰落，我们不能够认为它毫无社会影响力。整个世界当中，我们可以看到，宗教的影响力是巨大的，我们如果身处到那种环境当中，我们就会感受到这一点。

第四个平衡唯科学主义的可能选择，我认为，就是技术的全面人文化。换一个角度来说，就是我们在进行一种技术操作的时候，我们面对一种技术发现或者技术发明的时候，我们一定要思考，市场神圣还是生命神圣，利益原则优先，还是道德原则优先这样一些问题。因为你不解决这个技术的价值基础的问题，你甚至不知道我需要这个技术是为了什么，因为我们完全可以把一个非常有用的技术，把它推向和我们的有用性完全相反的方向，或者说满足了某些人畸形的有用性。所以技术的人文化，可以说是我们要谈到的，平衡唯科学主义的另外一个方面。而且这个方面我们看到，就是现代的这种跨国公司，现代的全球性的大企业，都非常注意这个部分，以生产技术作为它的主要特点的这样一些企业，现在越来越多地要把自己的价值目标，一开始就告诉人们。而你如果不这样做的时候，人们对你这样企业，对你这个技术，本身就是心存疑虑的，或者说在某种程度上是有保留的。

我想关于科学和社会关系的人文主义的讨论或者思考，它所要包含的内容，在我思考的这个范围当中，大概就是这些内容，我这里想借用一个非常有名的未来学家、社会学家，美国的丹尼尔·贝尔的一句话来做为结尾，就是“假如道德被搁置起来了，欲望也就没有任何限制了，而在这种探索自我和感知关系的活动当中，任何事情都成为可能”。

丹尼尔·贝尔在这里要讲什么。他实际上就是谈到，技术是有它的伦理基础的，我们谈论一种技术的时候，我们是要考虑它的文化属性的，我们必须把人文性质的考虑，纳入到对技术的追求当中去。

这就是我讲的全部内容，谢谢。

提问： 科学当初是作为帮助人类摆脱宗教那种造成的愚昧状态的一种方法，使人类进入了文明科学时代的，你现在反过来用宗教再来平衡现在科学的一些反面作用，我想您是怎么来把握这个平衡的，你觉得它也是作为一种跟科学相提并论的文明吗？

答： 我想这样子说吧，我们的物质的方面，并不能够完全获得满足，当我们不能够获得这种满足的时候，我们一定会产生一种不满足感，我们怎样填补这个东西？我们需要这个东西，信仰其实是我们人的生存当中非常重要的一个部分，

我们不能够把它当作是一个完全消极的东西，因为如果完全把它当做一个消极的东西，我们就很难想象，为什么从古到今，有这么多人需要这个东西。

提问： 支持科学乐观主义三个主要的哲学基础，一个是实用主义，一个是功利主义，一个是唯物主义，我的问题是这样，就是在支撑科学乐观主义这三种观点中，它有没有一个统一性。

答： 如果涉及到关于科学和社会关系的时候，其实这三者都是同一个东西，同一个东西就是说，功利主义，其实我们知道，历史上的，如果从纯粹哲学形态的功利主义，它其实是一种唯心主义的理论，一种经验主义的理论，但是我们这里谈到的这个功利主义，其实是个广义的功利主义。它是指人们在选择和作出决定的时候，以利益作为一种优先的考虑。所以从这个角度来讲，利益的考虑，进入现实生活当中，它首先呈现给我们的通常就是一个物质的选择问题，这三者如果进入日常生活的层面，从广义的角度来看，它其实是同一个东西，但是表达出来的是三个不同的哲学倾向，它从不同的角度来看待这个问题，来设定它的一种生活态度，或者表现出，它一般的生活追求。

空中救生 -刘峰

主讲人简介：

刘峰，高级工程师，空军某研究所副总工程师，空军工程大学硕士生导师。政府特殊津贴获得者，中共十六大代表。

作为航空救生专家，刘峰主持和参加了30多项课题研究工作、5000余架次的飞机系统改装任务，解决了多项复杂技术难题，取得了重大军事和经济效益，获得国家、省、部级科技进步奖12像，发表论文多篇。多次立功受奖。面对国际、国内军事发展实例，刘峰敏锐地认识到：在高技术局部战争中，飞行员面临的不仅是怎样安全地离开失事飞机，关键是跳伞后如何在复杂条件下生存、求救。为此，刘峰首先提出了建立集组织机构和弹射救生、生存求救、搜索营救装备为一体的我国航空救生体系的实施方案，为我国航空救生体系的建立和建设做出了开创性的贡献。

内容简介：

1903年12月17日，美国莱特兄弟驾驶飞行者一号飞机升空，实现了人类几千年的飞行梦想，揭开了人类百年航空的序幕。1903年至今的100年中，航空技术得到了飞速发展，航空已经渗透到国家军事、经济、文化的各个方面，影响到生活的许多层面。百年的航空史，是人类战胜自然、战胜自我、前仆后继的奋斗史。要奋斗总会有牺牲。怎样才能把牺牲减少到最低程度呢？一种学科应运而生，这就是空中救生技术。

第一次世界大战中，一名德国飞行员从被击毁的飞机中跳伞逃生，这是人类历史上第一次从战机中跳伞。随后，各国相继研究开发了降落伞跳伞技术。1989年，在巴黎，第38届航空博览会上，原来苏联一架米格-29飞机，在做低空机动飞行表演时，因发动机吸入飞鸟，造成飞机突然失速而坠毁。就在当飞机轴线与地面夹角成90度的时候，飞机触地的那一刹那，飞行员弹射救生成功。1995年6月2日，美国的一个空军上尉在驾驶F-16飞机在波黑禁飞区上空执行巡视任务的时候，飞机被导弹击中。在飞机解体前，这个上尉果断弹射救生，美国组织了一个庞大的搜救队伍，然后对其进行了成功的营救。随着航空技术的发展，不仅飞机上装备弹射座椅,航天飞机上也装备弹射座椅。美国的“双子星号”飞船、前苏联的“东方号”和“暴风雪号”飞船都选用了弹射座椅来作为救生装置。航空救生技术的发展经历了降落伞、弹射座椅、火箭弹射座椅的发展历程。单一的救生方法已经不能满足现代军事技术发展的要求。现代战争中发展起来的空中救生体系挽救了许多飞行员的生命。我国政府也非常重视空中救生体系的研究，党和国家领导人相继做了批示。

作为航空救生专家，刘峰敏锐地认识到：在高技术局部战争中，飞行员面临的不仅是怎样安全地离开失事飞机，关键是跳伞后如何在复杂条件下生存、求救。为此，刘峰首先提出了建立集组织机构和弹射救生、生存求救、搜索营救装备为一体的我国航空救生体系的实施方案，为我国航空救生体系的建立和建设做出了开创性的贡献。刘峰根据科索沃战争和我国英雄飞行员王海为保卫祖国领空不幸遇难的实例，向观众介绍了世界及我国空中救生体系的发展、建设方面的知识。

《空中救生》 （全文）

大家好，去过广州黄花岗烈士陵园的同志，可能还记得那里长眠着我国一位航空界的先驱-冯如，这位先驱在1912年8月25日在广州堰塘驾驶自己制造的飞机飞行时，由于操作系统失灵，飞机坠地，冯如当时受重伤，后来经抢救无效不幸牺牲。百年的航空史，是人类战胜自然，战胜自我，前仆后继的奋斗史。要奋斗总是要牺牲的，那么怎么才能把牺牲降低到最低程度呢？这样一门新的学科就应运而生了，这就是航空救生技术。大家知道，1903年12月17日，美国莱特兄弟驾驶飞行者一号飞机升空，实现了人类几千年的飞行梦想，揭开了人类百年航空的序幕。在100年中，航空技术得到了飞速的发展，飞机已从初期的木材和蒙布为主的双翼机发展到全金属的单翼机，进一步发展成喷气式超音速飞机。与初期的飞机相比，当代飞机不论在性能外形材料和应用方面都确实今非昔比，现在飞机不仅主要用于军事和交通运输，而且还广泛运用到护林、摄影、航测、物探、播种、灭虫、施肥、除草、救护和体育表演等各个方面。可以说航空已经渗透到国家经济，军事和文化各个部门，影响到人们生活的各个方面。

下面我讲几个典型的航空救生事例，早在1797年10月22日，就是一个法国人叫加纳兰，就从610米的气球上用降落伞安全跳伞着陆，当时轰动了整个西欧。这个可以说是有记载以来的第一次用降落伞救生的一个事例。在第一次世界大战中，飞机已经作为武器使用。在1917年的一次空战中，在被击毁的德国飞机在坠落过程中，飞行员跳出座舱，乘降落伞降落，然后安全救生。大家可能比较熟悉的一个例子是1989年6月，在巴黎，第38届航空博览会上，原来苏联一架米格-29飞机，在做低空机动飞行表演时，因发动机吸入飞鸟，造成飞机突然失速而坠毁。就在当飞机轴线与地面夹角成90度的时候，飞机触地的那一刹那，飞行员弹射救生成功。因为当时是航展，这个录像录得还是比较清楚。另外一个例子就是1990年，就是我们国家的一种新型飞机，在试飞的过程中，由于操纵系统出现故障，飞机在跑道上横滚，飞机将要倒扣过来的时候，飞行员果断弹射救生获得成功，这个飞行员现在还在部队。另外就是1995年6月2日，美国的一个空军上尉叫奥格雷迪，在驾驶F-16飞机在波黑禁飞区，就是塞军控制的地区上空执行巡视任务的时候，飞机被导弹击中。在飞机解体前，这个上尉果断弹射救生，结果跳伞是成功的。落地以后，因为他在敌战区，他幸运躲过了敌军的搜索，6天以后，他就躲了6天在那个地方，在树林里面躲了6天。6天以后，就是6月8日凌晨，还有一架美国的F-16飞机的飞行员突然在侦听设备里听到他的求救信号。这样，美国组织了一个庞大的搜救队伍，然后对其进行营救。这个队伍由预警飞机、预警指挥机担任指挥，停泊在亚得里亚航空母舰上的两架超级种马直升机担任救援任务。这两架飞机上一共是有42个突击队员，负责来救护他。同时起飞的有两架眼镜蛇直升机，还有鹞式垂直起降的攻击机作为掩护。另外美国还组织了40多架次的各种作战和保障飞机上阵，像从罗斯福航空母舰起飞的大黄蜂战斗轰炸机，从意大利空军基地起飞的F-15、F-16，还有一些电子战飞机。就在6月8日早晨6点半，担任搜索救援任务的眼镜蛇直升机发现目标，因为当时是由两架直升机来进行营救，实施营救，第一架直升机就直奔目标去了，20个突击队员然后就在那个目标区，跳下来以后形成了一个半环式的保护圈。第二架超级种马直升机也调整好了落地的姿势，然后迅速把飞行员救上直升机。

从上面几个例子可以看出，航空救生技术的发展，也是经历了一个从简单到复杂的那么一个过程，由最初的降落伞，然后发展到弹射座椅,然后发展到航空救生体系，最早的救生装备是大家都熟悉的降落伞。在第一世界大战的时候，飞机已经作为一种武器来使用。就是如何从战斗中,战斗损伤中的飞机上,把飞行员救出来，这个问题提到了议事日程上来。德国首先采取了措施，为战斗机飞行员配备了救生伞。它的救生伞是包在伞包里面，这个伞包坐在飞行员的屁股下边，然后伞跟飞行员的背带系统连到一起，开伞的绳拉开在飞机上,这样人一跳的时候伞包就打开了，然后利用飞行员下降坠落的速度，把伞翼拉出、展开，然后充气，使飞行员平稳着陆。就是刚才讲过，1917年，德国的个别战斗机飞行员已经使用了救生伞，在一次空战中，一个法国的飞行员发现被击毁的德国战斗机上,在坠落的过程中飞行员跳出座舱，身后拖了一个很长很白的带子，然后白带子不久就膨胀成了一个降落伞。德国的救生事例引起了法国、美国还有英国的重视，此后，各国都着手为飞行员装备救生伞。这是我国研制的几种救生伞，救生伞救生是飞机乘员最简单的救生方法，它适合于低速飞机。第二次世界大战期间，几乎所有作战飞机飞行员都配备了救生伞。到20世纪50年代初，从发生事故的飞机上爬出来、爬出座舱，然后进行跳伞救生，仍是飞行员主要的救生手段。根据美国空军的统计，就是美国空军在1950年一共发生272起飞行事故，其中有253个人爬出座舱，然后进行跳伞。占全部事故纪录的93%，然后，这些跳伞的86%都成功了，有些因为其他一些原因没有成功，但是这86%的人最后成功了。降落伞作为救生工具，是一种最基本的救生方法。就是目前，咱们所有的战斗机上几乎都采用了降落伞，作为这个最终的安全着陆手段，到现在咱们所有的战斗机还都是装备了救生伞。随着飞机速度的提高，飞行员再爬出座舱跳伞已经力所不及了。超过每小时500公里的速度情况下，飞行员爬出座舱几乎是不可能的，而且在大速度跳伞的情况下，会使飞行员同后面的机翼、就是垂尾、还有一些飞机的结构件相撞导致死亡事故。这就引发了一个新的弹射救生装置，就是弹射座椅的出现。你看现在做实验的是在每小时300公里的速度下做试验，飞行员爬出座舱就已经很困难了。弹射座椅是利用弹射动力,把飞行员和座椅一起弹离飞机的一种救生装置。当飞行员决定弹射离机的时候，首先他要采取正确的弹射姿势，并操纵弹射,然后座椅就会按照规定的程序自动完成下边的一些动作。第一个动作，就是首先把飞行员肩部和臂部，腰部和腿部，约束到座椅上，就是固定在座椅上，把人强制拉回，使人保持一个比较好的姿势。这样能抗击弹射过载和出舱以后高速气流吹袭，这是一个。第二个就是抛掉座舱盖，然后座椅再向上运动，就是这个地方。在运动的过程中，首先要脱开机上电源，因为飞行员有些通话装置或者还有一些座椅调整装置。有一些电源跟飞机上连接着，然后把通讯线路也给脱开，然后把机上供氧的一些线路脱开，并接通座椅上带着的一个应急供氧系统，启动座椅弹射程序控制系统。这是在座舱里边，脱离座舱之前，进行的这些工作。

现代的飞机，尤其是西方的有些飞机，就是英国的、法国的，就是欧洲的一些飞机，现在呢,多不抛座舱盖。因为它抛掉座舱盖，按照现在美军标准要求，是不大于0.3秒，就是操纵以后不大于0.3秒抛开。但是这0.3秒也很宝贵，像刚才讲的那个，就是咱们那个飞行员，在试飞过程中的那起事故，如果抛出座舱盖再加上0.3秒，飞机可能就倒扣下去了。因为飞机出事都是在起飞着陆阶段出事的概率最高，在这个情况下，0.1秒都是很宝贵的。所以西方现在采用的都是穿破座舱盖,就是说，用座椅跟人上升的过程中,因为座椅上首先有一个破盖枪,把玻璃打烂,或者在玻璃上布置微爆锁,把玻璃炸开,然后飞行员再出去，就是座舱盖不再抛了。咱们现在有一些新型飞机也采用了这种舱盖弹射的这种模式,出舱以后的飞行员,因为有时候在高速气流吹袭下,座椅旋转容易造成人的损伤,这样的话,座椅上还有一个减速稳定减速系统。稳定减速系统就是这个上面这个小伞,弹射出去以后,它首先有个稳定减速伞,把座椅朝着运动方向的前面过去,后面用伞拉住它,这样防止座椅旋转,还有一些运动。而且这个伞同时还有一个减速作用,因为如果飞机速度，当时弹离飞机的速度比较大的时候,飞行员在开伞过程中动载太大,容易造成损伤。所以它首先把人跟座椅,还要减速,减速到一定程度,然后当速度减到一定程度,高度下降到一定程度的时候,然后上面的座椅上程控系统开始工作,把救生伞射出。射出救生伞以后,把人的肩部、腰部，还有臂、腿这几个约束解除,然后就是人椅分离。人在救生伞的作用下与座椅脱离,然后打开救生伞,然后飞机的飞行员就乘伞降落。降落一般按咱们一般说的是在地面和水面,在这个飞行员乘伞降落下降的过成中,飞行员还可以打开身上的救生物品包和救生船,供飞行员着水和着陆的时候使用。这个动作以前,就是在去年以前,咱们国家还都是靠人工打开。就是离水面200米的时候,首先把救生船包打开,救生船在重力的作用下,掉下去以后自动充气,它有一个二氧化碳气瓶，然后充气。然后等飞行员双脚着水的时候,再做一个动作把伞飞掉。因为带着伞飞行着水的话,这个伞扣到人身上以后浪头一卷就把人给卷进去,也容易造成事故。因为平原伞的面积,面积都在四 五十平米这么大。这儿有一个弹射的一个例子,这是从座舱出去然后火箭开始工作,刚才是个稳定伞开始稳定住,就这么一个过程。稳定到一定程度的时候,然后它就开始射出救生伞,救生伞开始射出，救生伞出来。在射救生伞出来的同时,人跟座椅的所有约束解除,就是救生伞就把人从座椅里面给脱出来。

第二次世界大战期间,德国硏制新型战斗机为飞行员首先配备了弹射座椅,1943年1月13日,德国一个试飞员叫斯切克，在试飞一架新的飞机时,就是因为飞机结冰失去控制,,当时就是利用刚才比较老的那种座椅,弹离飞机然后得救的。这个人也成为了第一个用弹射座椅应急离机的飞行员。到第二次世界大战结束的时候,至少有60名德国飞行员用弹射座椅救了命。这是试验,这是一个试验过程,它主要这个试验就是弹射过载。第一个，过载要适合人,因为过载太大了、加速度太大的时候,容易把脊椎受伤。第二个弹射的速度能够离开飞机,不至于跟后边这些飞机的结构件相撞,主要是这样的。但是,这个早期的弹射座椅,致命弱点是,低空救生成功率比较低,它的主要原因就是安全高度不够。对于当时没有加火箭的这种弹射座椅来讲,首先要改善弹射动力,提高弹射轨迹,这样的话,每个座椅下面,都装了一个火箭座椅,就是刚才看试验那个动的、带伞的那个座椅。美国在1957年研制出火箭弹射座椅,20世纪60年代初,火箭弹射座椅研制和改造工作,都普遍展开了,原来许多装有弹道座椅的飞机纷纷换了火箭弹射座椅。从火箭弹射座椅的发展历史来看,它基本上能够满足现代飞机的发展要求。所以说这类座椅到40年后的今天,还基本上在部队大量使用,而且现在还没有其他更合适的座椅来替代它。不仅飞机上装备弹射座椅,航天飞机上也装备弹射座椅.美国的双子星号飞船,和前苏联的东方号,和暴风雪号都选用了弹射座椅来作为救生装置。这就是暴风雪号,这个飞机采用弹射座椅作为应急救生装置的一个录像。这是在发射段火箭推出去以后,高度小于500米的时候,这两个宇航员,大家伙能看到,这两个宇航员是向上弹射的。当火箭推到一定高度的时候,就是高度小于25公里的时候,马赫数小于3，这两个宇航员,是向下弹射的。这是在返回段,返回阶段就是高度小于30公里的时候,马赫数小于3的时候，这两个宇航员还是向上弹射的,然后在着陆阶段他也是向上弹射的。所以说敞开式弹射座椅的使用，原则上仅限于发射高度不太高的阶段来进行弹射救生。就像美国的双子星座飞船弹射座椅,它设计的时候是按21公里的高度使用条件设计的。但是实际使用时它有个限制,在4.5公里以下才能使用。这是因为敞开式的弹射座椅,在弹射的时候条件是随机的,像飞行员的身材，还有当时弹离时的这种姿态,航天服的变动,因为他身上带着一些通讯还有一些氧气管路啊，这些拍打。因为速度上去以后它要摔打。在这个高空高速的条件下弹射呢，不一定有成功的把握，所以它要限制使用。

我国的火箭弹射座椅研制起步还是比较早的,从20世纪60年代末期我们就开始了。陆续研制出了多种型号的火箭弹射座椅,在性能上有了质的飞跃比原来的时候，除了满足零速度零高度这种弹射救生性能以外，在不利姿态下，就是大下沉率、俯冲、带坡度飞机,还有倒飞，甚至倒飞，现在有些新型号飞机达到了倒飞61米,就可以救生的这种性能,与英美等西方发达国家的现役救生装备水平是基本相当。从我们前面举的美国上尉奥格雷迪的救生过程来看,航空救生不单单是如何把飞行员从失事的飞机上救出来,还涉及到飞行员的着陆生存联络和营救。航空救生目前已经成为一个系统工程，这也就是航空救生体系。但就我们国家来讲,我们国家有250多万平方公里的青藏高原,那个地方空气稀薄,人迹罕至,联络困难。我们还有470万平方公里的领海,海岸线达到1.8万公里,海上缺乏参照物,难辨方向,也不容易发现目标。我国北部有9个省、自治区是沙漠地区。沙漠地区的面积达到128万平方公里,那个地方昼夜温差大,缺淡水。另外我国还有大片森林和高寒地区。飞行员着陆以后如何生存？如何联系？如何营救？这确实是我们面临的一个很大难题。就像海上救生,飞行员入水后的最大危险是淹溺和冻死。尽管飞行员有救生衣,但是海水温度比较低,飞行员穿一般的服装在零上10度水温中浸泡4个小时,仅有50%生存的可能性。如果水温是5℃,则使50%的生存率浸泡时间缩短为2小时15分钟。这是经过实验做出来的。

因为他穿着服装在那种比较紧张的状态下,入水以后他不像咱们在游泳池内或者旁边有人的时候,他在没人的时候受精神各种状态的影响,他的生存时间要少得多。还有如寒区救生,我国北部地区冬季温度达到-30℃到-40℃。最低的温度咱们有记录的是-52℃。长时间在冷空气中,人体深部体温经过降低会引起死亡。还有如沙漠救生,干旱高温的自然环境使人体大量出汗蒸发,两到三天内,人就可以急性脱水而死亡。我国的飞行员,我国在飞行员野外生存这方面,做了大量的研究工作。我们有个空军航空医学研究所,研制出不少的救生物品。像飞行员普通使用的这种物品有下面这么几种,朋友们可能比较感兴趣，有8种通用的求救联络物品,就是电台,这是大家比较熟悉的电台。电台就是当搜救飞机在3000米的话,飞行员在地面。它的联络距离是大概是50多公里,有时候能超出50公里,最低不低于50公里,就是地面平地上联络不小于2公里。第二个就是求救联络用品,就是漂浮式信标机。它当飞行员弹射出来以后,就是人跟座椅一脱离的时候,它就开始自动发信号,来进行求救。

另外有个光烟管,光烟管就是像咱们那个烟火似的,它一边发出红光,一边发出很红的那种烟,在白天和晚上都能看到的一些东西,这也是一个求救联络用品。另外还有太阳反光镜，如果直升机去找他的时候，他有一个太阳反光镜瞄着飞机。飞机一直觉得就像小镜子照人似的,他老觉得在那儿反光，一个太阳反光镜。另外还有信号枪,信号枪大家都知道,像战斗片上都有,打信号枪。另外有闪光标记,就像咱们手机上闪的那个小玩意儿一样,一个劲闪光,就是在夜晚不断闪光,可以判断、发现它的位置。另外就是海水，如果在海里边，还有海水染色剂。海水染色剂就是一种化学药品，然后撒在海里边,它把海水变成碧绿颜色的,大概能停留20分钟。如果说没有大风大浪的条件下,如果搜救飞机在3000米的情况下,距离他7公里到10公里都可以发现这个目标。另外还有救生口哨,就是说如果在丛林或哪个地方,飞行员老喊也挺累的,给他弄个口哨,一个劲儿吹一吹叫他好找，是这样。另外飞行员还有5种医疗卫生用品,第一个是急救盒,急救盒里面装的什么东西呢？装一些创可贴、止血带、云南白药、消炎片、阿司匹林、黄莲素、止痛片、还有乘晕宁、还有一些饮水消毒片。这些东西都是大家确实是必备的。因为飞行员要是落到一些没人的地方,这些药你缺哪样都不行。另外还有蛇伤自救盒,还有一些驱蚊子的纸巾, 驱蚊子的纸巾就是防止掉到丛林里面,那蚊子、跳蚤也很厉害。因为掉到丛林里边飞行员很难找。咱们国家也有过,两三天也找不着这个人,你就是知道他从哪儿跳下去的，你也找不到他，很难找的在丛林里边。那个地方被蚊子一叮,什么一咬,也很难受,也休息不了。驱蚊纸巾，然后还有一些防化针剂，还有一些高山病的防治药。这是5种医疗卫生用品.还有20多种生存辅助用品。第一个，饮用水。这是大家都明白的,水是不可缺少的,不吃饭可以,不喝水长时间是不行的。另外，海水脱盐剂,就是如果是掉到海上,把海水盛出来点儿,把脱盐剂放进去,以后它就把海水淡化成淡水，可以喝。然后有太阳蒸馏器, 太阳蒸馏器就是在沙漠里面比较潮的地方可以利用一层塑料布,利用温差把水蒸气蒸发的水收集起来。蓄水袋就是下雨的时候,可以灌一些水进去。还有救生口粮，就是所谓的压缩饼干。海上救生的时候还有救生渔具,救生渔具包括钓鱼钩、鱼饵,这里都有。因为在海上要是真到了这个孤岛上以后,这些生存的东西还是必需的。另外还有救生食盐,还有驱鲨鱼剂。驱鲨鱼剂也是一种化学药品,利用鲨鱼不太喜欢的一些东西,给它撒到海里,形成一个保护圈。另外还有保温袋,还有防寒睡袋。在这个高寒地区,飞行员如果说晚上睡觉的话，必须有防寒睡袋。因为人不怕活动,如果说一睡着的时候，要是在很冷的地方,他可能就醒不来了。另外还有火柴,这个火柴是抗风火柴,一般的风吹是吹不灭的。还有引火物, 引火物大家都比较清楚,像烧木头,烧不着了，弄点儿纸，纸就是引火物,你先把纸点着了,然后再点木材,这是引火物。还有指北针,就是跟指南针一样的,反方向指的那种东西。还有生存刀,这个生存刀是比较好的,直径2厘米比大拇指稍微粗一点儿的木头,一刀就可以砍断,1毫米厚的钢板一刀就能捅破,这还是比较好的一个刀，也是一种新型的东西。因为在丛林里面，你要是掉到丛林里面,还真需要这个东西,要不跑不出来。还有救生的吊床，如果在丛林里边或者在其他地方,飞行员休息的话,在地面没法休息,他有一个吊床栓到树上就可以。然后还有防风、防尘、防雪的太阳镜，这个里边,省得在沙漠里面你的眼睁不开，你不知道往哪儿看。

还有防止雪盲，落在比较冷、有雪的地方。然后还有救生绳索, 救生绳索这个东西就是一个绳子,相当于咱们攀岩的那种绳索。如果飞行员掉在丛林里面,挂在树上,把救生绳索扔过去,挂到上面以后,给它顺下来。另外还有高原高度提示器,像咱们的青藏高原,高度基本上都超过5000米,如果5000米以上，人呼吸比较困难。飞行员刚跳伞比较紧张的情况下，他搞不清楚自己在多少米的地方,就在上面待着。待了一段时间以后就缺氧,缺氧造成晕厥，就可能牺牲在那个地方了。高度指示器也很关键,到时候超过5000米就提醒你,它有几个档,几千米,几千米,它提醒。如果你在5000米你就赶快下去，有什么情况赶快先把高度降下去再说,高度指示器。另外还有一些高原供氧器,就是到高原以后氧气是很关键的,不知大家去过青藏高原没有。我去的第一天就很难受,在那个地方吸吸氧，干点活还行,不吸氧的话干活根本干不了。第二次世界大战经验表明,受伤的飞行员24小时以后存活的概率就降低到80%,没有受伤的飞行员3天后的存活率也明显下降。在第二次世界大战中,英国,美国,德国,都建立了自己的营救部队,并已营救了数以千计遇险的飞行员,平均营救时间是48小时。战后随着营救组织的发展和营救器材的改善,营救的速度大大加快。根据美国空军的统计,20世纪60年代5小时以内获救的飞行员人数占50%。到了20世纪70年代,1小时以内获救的人数就达到了50%,4小时以内的达到了97%。这说明营救速度是遇险者得以生存的重要因素。世界各国都十分重视航空救生的组织建设。英国空军1941年就建立了航空救生协调中心，来营救在作战训练过程中遇到麻烦的军方人员。到了第二次世界大战结束的时候,共救援了8000多飞行员和5000多平民,自那以后的50年里面,共援救了五万五千多人。

美国早在1956年就颁布了全国搜索救援计划,将军地双方的搜救工作联系起来,并在1974年在原来的3个救援协调中心的基础上,成立了美国空军援救协调中心。这个中心成立以来执行搜救任务共挽救了1万2千多人的生命。2000年美国空军又增加了一个新的军官专业，就是作战救援军官,并展开了培训。到2007年将培养出160名救援军官,这些军官负责领导和指挥搜救行动,并成为生存,躲避,抵抗和逃生方面的专家。近几年我国航空救生体系的建设也有了长足发展。大家都还记得,2001年4月1日上午,美国的侦察机把我们的军用飞机给撞毁,飞行员王伟跳伞失踪,党中央和全国人民对王伟的安全给予了极大的关注,当时10万军民在海天之间展开了联合大搜救。4月10日,新华社记者采访我,因为当时已经救了10天了,让我分析王伟同志的生存生还的可能性,当时我结合国内外救生的事例,针对对王伟跳伞时的情况进行了分析。当时尽管长机看到座椅稳定伞和救生伞都已经张开了,但是王伟很有可能在美机撞机情况下受伤。如果说哪个操纵拉环像手啦什么地方受伤了,也是不行的。同时王伟是在飞机失去平衡开始滚转的情况下跳伞弹射离舱的,很容易在弹射过程中受到撞击受伤,或在复杂的弹射过载情况下产生晕厥,处于昏迷状态。只要这两种可能中有一种，都会导致他难以完成刚才讲的那两个动作,就是降到200米的时候,离地面200米的时候,要拉开救生船包,救生船充气。在双腿着水的时候,要打开快解索把伞飞掉,这样一旦入水的话,如果说这个包没打开，伞没抛掉,这样一旦入水飞行员很难在水中再浮起来,就随着救生包一起沉入海底了。我分析当时可能是因为王伟在撞机后受伤或者弹射时晕厥,没有能力打开救生船和及时脱掉救生伞,负荷加大,随着这些物品一起沉入水中，因此王伟生存的可能性很小了。4月11日,新华社以我国航空救生专家认为王伟生存可能性很小为题发了通稿。4月12日我国政府就宣布搜救无望,王伟同志牺牲。这个事件以后,我们感到跳伞不能保住飞行员的生命,这个现实确实对我们刺激比较大。在那一段时候,我们确实也是夜不能眠,食不甘味,确实用这两个名词来形容我们的心情,是比较恰当的。作为一个航空救生专业的科技人员,我们认识到在高科技术局部战争中飞行员所面临的不仅是怎样安全地离开失事飞机,关键是跳伞以后如何在各种复杂条件下生存求救。而地面部队亟待解决的是如何快捷安全地确定飞行员的准确位置、实施营救。为此，针对我国航空救生的现状,我首先在国内提出了建立我国航空救生体系的建议,这个建议引起了当时的总书记和军委主席江泽民和中央首长的高度重视，多次指示要认真分析我国空军、海军的救生装备，提出解决办法和逐步解决的方案,并指出培养一个飞行员确实不容易。中央首长对飞行员的关怀,对航空救生事业的关心,对一个普通科研人员这个建议的关注,确实极大鼓舞了我们,为了早日建成我国的航空救生体系,我和同事们一起又提出了一个具体实施方案。这个方案中既有固定翼搜索飞机，因为固定翼它搜索飞行速度比较快,搜索面积比较大，在短时间内, 固定翼飞机。还有营救直升机,水上营救快艇,地面搜救指挥车。这些搜救设备,还有新型卫星导航定位系统。另外,还有一些新型弹射救生装置,和飞行员装具，这些项目完成以后,基本上可以构成地海空天一体的我国航空救生体系。就像海上，现在我们不需要他在离水面200米的时候,再拉一下船包了。我们直接弹射救生以后,降到一定的高度,我们直接就是把船包给打开,救生船自动充气。这是一个项目已经完成了。

另外就是在飞行员着水之前,救生伞就可以自动飞掉。不要以为这个很简单,实际上这个还是比较复杂的。这是海上救生,还有一些高原救生,像高原救生也是比较复杂的。首先高原空气稀薄,这样飞行员如果乘伞降落到高原的时候,他的降落速度就会有可能超出人体耐受极限。咱们从高处往下跳,人的耐受极限是什么呢？每秒6米。着地速度每秒超过6米的时候,你就很容易受伤。但是在高原的时候,咱们知道在拉萨机场是3580米,这是拉萨机场的海拔高度。如果在这个高速的情况下,用咱们平原伞来进行救生的话，着陆速度肯定大于这个速度,飞行员肯定要受伤。这样最有效的办法,就是扩大降落伞的伞翼面积。现在我们也是这样做的,扩大了伞翼面积。扩大伞翼面积以后又带来一个问题,带来个什么问题呢？在空中你不知道什么时候飞机出事情。尤其是在高速条件下,出了事情以后,飞行员在开伞的那一瞬间,开伞动载又把脊柱容易拉断,或者是受伤。这样的话,就形成了一对矛盾。这样我们现在也研制出了一种新型救生伞，研制的新型救生伞,一个是扩大伞翼面积,再有一个就是把伞翼上面用一些比较好的材料,什么材料呢？就是可变透气量的单向弹性织物。就是说开伞的时候如果速度特别大,就开孔,材料本身的孔就放气,放气了以后就减少开伞动载。然后等速度降下来以后它又合上了,伞翼面积还是这么大,它也不通气了,这样就解决了这对矛盾。另外青藏高原的这种独特的地形地貌,是咱们国家独有的。世界上没有超过3500米的高原机场,咱们国家有4个。青藏高原水域水流是很丰富的,那个地方。去过青藏高原的人可能都知道,江很急,但是不宽。我们在高原救生伞上,为了避开水流,还专门借鉴运动伞的过程,可以操纵。这在世界上高速离机的这种救生伞,这还是第一次。像这些都采用了一些新的技术,把这个高原、海上，还有些新的装备，现在陆陆续续都研制出来了。

伴随着航空的百年历史,航空救生技术的发展,也经历了一百年的历史。我国政府对航空救生事业发展非常重视。中央和军委领导多次对加快我国航空救生体系建设进行了批示,广大科研人员也一直在夜以继日地进行辛勤工作,一项项已经达到或接近国际先进水平的科研成果正在全军推广运用。我们的航空救生技术在短时期内会有一个大的飞跃,我们有信心克服一切困难,为飞行员锻造出生命之舟。谢谢大家！（来源：cctv-10《百家讲坛》栏目）

理解质量革命 -韦恩·科斯特

主讲人简介

先生是演讲家、顾问师、质量管理专家。他的足迹遍布全球六大洲，从事质量管理和组织变革领域的教育和咨询工作，曾负责在欧洲、非洲、亚洲以及北美洲创建本地化咨询公司。现任PCAII（美国克劳士比质量管理学院）总裁和首席执行官，在PCAII工作的18年当中（此前，曾担任4年美国质量协会执行董事），已经给超过一万名高级执行经理授过课，帮助他们如何去应对组织文化变革和业务再发展。

内容简介

全世界的企业处理质量的方法，都由简单原始渐渐变得复杂成熟，那也是因为他们都认识到了质量管理在企业经营中的重要性。很多时候人们在使用质量方面的术语时往往混淆那些其实很不相同的术语。所以在讲座的一开始，考斯特先生回先给我们讲解几个基本的术语。

“质量控制”：那是一套关注采样的测量过程。通常说来，我们制造一种产品，然后进行检查和衡量。

“质量保证”：是指一种系统、一种程序。

“质量管理”：我们的公司就是帮助企业实施质量管理的，它是有关系统、管理，关于一个企业的文化和态度的，当然，它也与业务和关系有关。

自20世纪50年代至今，世界上的各大企业最关注的从产品的生产及产量发展至营销，又经过生产控制而至重视产品质量。我们一旦改变对质量的认识，把质量当成是一种过程，我们就可以在交易之中管理质量。所以20世纪八十、九十年代出现的最关键的概念就是，所有的工作都是一种过程。

在这次演讲中，考斯特先生还给我们提出了一个重要的概念——质量光谱。每个公司都可以在这个光谱中找到自己的位置，自光谱的左端到右端分布的公司依次为获利逐渐增多的公司，他们的生产管理也逐步从生产控制发展至有创造革新的理念。

什么是工作？什么是质量？怎样的生产方式才是正确的？什么才是正确的标准？一连串的问题将我们带入到企业管理中去。有生活就有生产，有生产就有产品，零缺陷的产品你见过吗？怎么做才能使产品质量得到保证？哪一个才是管理公司，生产出高质量产品的最佳方案？这些问题的答案我们都能在考斯特先生的演讲中找到。

全文

我在今天下午的演讲中，努力要做的就是搜集世界上现有的，对质量的一些基本理解，并阐明它们对你们在中国所从事的各行各业的关系。我将这次演讲定名为《理解质量革命》。我之所以这样命名，是因为全世界的企业，处理质量的方法，都由简单原始渐渐变得复杂成熟。让我们首先讨论一些质量问题中的基本术语，确保我们对它们有正确的理解。因为很多时候人们在使用这些术语时往往混淆那些，其实很不相同的术语。我们听说过“质量控制”，那是一套关注采样的测量过程。通常说来，我们制造一种产品，然后进行检查和衡量。“质量保证”是指，一种系统、一种程序。它与“质量控制”是不同的。最后是“质量管理”。我们的公司就是帮助企业实施质量管理的，它是有关系统、关系管理、关于一个企业的文化和态度的，当然，它也关乎业务和关系。

在20世纪50年代，也就是二战之后，质量被认为仅仅是自然而然发生的事情。北美的生产制造业，那时候关注的就是产品的生产及产量。也就是希望能够产出尽可能多的产品给大众，各公司都受生产产品的驱动。那时候公司有这样一种文化，就是首先要生产产品，然后，找到问题、纠正问题，也就是事后再来纠正问题。因为那时候的文化就是先生产，然后发现问题再纠正问题。而到了20世纪60年代，重点就转移到营销上来了。那个时候，对质量有这样一种理解，认为质量与激励工人有关，认为如果我们能够充分调动工人的积极性，那么我们质量就得到了提高。那时生产商认为，质量就是有关激励员工的问题。进入20世纪70年代，质量管理的重点就变成了生产控制。许多公司都对于日本生产商，采用统计学调控取得的成功，惊叹不已。当这些公司去日本考察，发现那里工人往往聚到一起，共同探讨解决质量问题，他们称之为质量圈。因此，回到北美，各公司建议它们的工人，也坐在一起来考虑问题，认为这才是解决质量问题的周全方式。然而，质量仍然只被认为是一个产品方面的问题是一个物质方面的问题。我们只是在制造业考虑到了质量问题，而在银行、保险公司或者是服务行业，从来没考虑过质量这个概念。这一点在进入20世纪八十、九十年代后，也开始发生了变化。那个时候我们意识到，质量并不仅仅是制造业的事，而是有关组织文化的问题。那个时候质量问题的重点，开始转向个人的技能。而且我们也发现，不同的组织有不同的文化，不同的质量文化，这与你是在日本还是在中国，还是在印度或者欧洲等等无关。它实际上是与管理文化相联系的。那时我们开始意识到，我们可以在制造行业之外，考虑质量问题。我们意识到，我们一旦改变对质量的认识，把质量当成是一种过程，我们就可以在交易之中管理质量。所以20世纪八十、九十年代出现的最关键的概念就是，所有的工作都是一种过程。进入21世纪，我们对质量的思维方式发生了巨大的变化。现在我们关注的是客户的成功，我们再也不把质量，仅仅当成是一个产品或者服务方面的概念。我们首先考虑的是客户，我们的重点就是让客户满意，让他们成功。也就是说满意并不足够，更关键的是成功，从而吸引他们再次前来。关键的就是要满足他们的需求，也就是除了产品和服务之外，我们还想知道客户有什么样的需求，我们能采取什么样的方式来满足客户。另外，客户也在变化，所有的客户都希望有个性化的产品，希望他们的产品或者服务能够满足他们个别的要求，也就是与其他人不一样的要求。因此对制造商和服务业而言，有必要提供这种个性化的服务。

第三点也是非常重要的一点，就是强调速度。当今世界，所有的东西都要比昨天的快，产品服务今天比昨天要快，客户需要我们提供更快捷的服务，希望产品更便宜而且质量更好。运动的来源，这个运动就是减少变量、减少方差，这是一个进程、一个关于质量管理的观念转变的过程。也就是过去50年来质量方面的变化，从最开始的时候只关注生产，直到当今我们关注的，是要更快、更便宜、更好。

还有一个重要的观念，也是我称之为质量光谱这样一个理念。今天，我希望留给大家，最深印象的内容就是质量光谱。因为各位所代表的所有公司，都能够在这个质量光谱当中，找到自己的位置，在光谱的左端是一些生产或者服务的公司，它们提供这种产品或者服务给顾客，然后它们就在那儿等，一直等下去，如果客户什么也不说。公司就会以为它们的产品或服务是正确的，它们就继续照原样生产下去，如果客户抱怨了，说它们的产品或服务不对，公司就会尽其所能让客户满意，传统上餐馆的情况就是这样的，如果你不喜欢它的食物，你可以抱怨，然后餐馆会不惜一切让你满意或是给你上新菜或者是给你加些甜点等等，总之它们会使尽混身解数，让你高兴。但这是一个非常原始的，管理质量的方式。因为等当公司意识到，它们的产品或服务有问题时，客户早已知道了。

然后顺着这个光谱往右，这些公司对自己说我们生产的产品有些比较好，另一些就不大好，我们应该在我们顾客发现问题之前发现问题，找到缺陷，找到不正确的东西。传统的质量控制就是，在将产品送到客户手里之前，把坏的产品和好的产品区分开来。也就是说在生产线的末端，我们把坏的产品挑出来，这比让客户来发现问题，要好一点点。但是仍然是一种比较原始的，管理质量的方式，因为我们花钱生产了一些，我们不需要的产品，然后挑出好的产品，将好的送到顾客手里。顺着这个光谱继续往前看，有这样的情况，有些公司我们说，我们要记录我们所有的，生产过程中的系统和程序，在那些加入了ISO9000，国际质量体系的公司中，你们就会发现这样的情况。这些公司都有大量的记录，它们认为只要我们将所有的程序都记录下来，然后人们遵循这种程序，就可以提高质量。我经常拜访一些公司，询问它们的质量管理文化和程序，然后我们会被带到一些房间，看见里面一书架、一书架，都是资料，记录着所有的程序。这些公司认为，这种做法从某种程度上而言，是可以改进质量的。而当我们跟它们合作时，我们的印象是质量是别人的事，是有关记录的事，因此这仍然是非常原始的，管理质量方式。因为我们没有积极主动，去改变市场上发生的一切。光谱中更向右就是，在我们在自己的咨询业务中，一直努力告诉大家的内容。那就是让各公司在业务层面上，也就是在人与人之间，顾客与供应商之间，以及各个工作过程之间，来考虑质量问题。而不是只到生产线末端，才开始考虑质量问题，也不是让顾客，来发现存在的质量问题，而是在工作流程这方面，就开始考虑质量的问题。无论我是公司的董事长，还是生产线上的一名员工，都有责任了解我的工作，对我提出的要求，并且在工作中满足这些要求。然而不幸的是，我们所生存的世界，是充满变化的世界，我们今天所做的工作，明天会发生变化，我们今天生产的产品，明天也会变化，我们今天采取的科技，明天也会变化，所有的一切都在变化当中。所以要想成为一个真正成功的公司，我们必须要具有适应力和革新的能力，这样才能按部就班地进行改变。而且在这个过程中，尽量让公司花费最少。所以这个光谱最后一个阶段，是这样的公司，它们说我们必须成为适应力强，而且有革新能力的公司，才能不断适应新的形式，适应我们置身其中的这个不断变化的世界。

我相信在座各位代表的公司，都处于这个光谱当中的某个位置上，而当今世界市场上发生的事情，就是各公司都正在努力朝着光谱右端发展，大家会看到你们所面临的竞争，就是要从光谱的左端移向右端。如果今天你没发现，那么明天或者明年，你就会发现这个问题，迟早有一天你们会意识到，你们必须找出自己公司文化，所处的位置，然后努力向光谱的右端发展。这也就是为什么，你应该改变公司的文化。

第一个原因就是，你们面临的竞争，很可能发生着同样的变化。第二个原因就是，你们公司的文化，在光谱中的位置越是靠右，你们的投入就越少。这是一个跟我们的直觉，相反的概念。我们越高级、越复杂，我们质量文化越复杂，那么我们需要花的钱就越少，这个理解起来可能有点困难，也是我们思维方式当中，一个非常艰难的变化。这就是为什么，如此之多的公司的文化，越来越朝着光谱的右端发展。因为那样会让公司，获取更多的利润、花费更低。在座当中有多少公司，已经通过ISO9000国际质量体系认证，请举手。恭喜你们，谢谢。我想让你们考虑一下，旧的ISO9000标准，也就是1994年制订的那个标准应该处于，这个光谱当中哪个位置？我相信应该大约在这里，那么新的ISO9000标准，也就是2000年写的那个标准，大家想一想，它应该处于这个光谱的哪个位置？如果我们看一下，这个标准就会发现，它最有可能属于光谱中这个位置。

那么你们认为，在过去十年当中，为什么这种标准会发生变化呢？下面我给大家解释一下我的想法。我认为发生变化的原因在于，如果那些旧标准，按照现在的新标准的ISO水平来制订，没有几家公司能够达到要求，于是旧的标准制订得相对简单。这样很多公司都能被吸纳进来，现在公司不得不改变，其管理质量的方式，来适应新的这套标准。我预测十年之后，当我们再重写ISO9000标准的时候，就会要求各公司要有适应力，并且有革新能力。这也是达到这个光谱的，最后一个阶段。如果我们要让我们的公司，从光谱的左端向右发展，就要改变我们对质量的理解，要运用一套不同的质量管理的理念。

这里我想花几分钟来解释一下，我们应该如何看待质量，如果我们要改变我们公司的文化，让它从光谱的左边移到右边？我们必须回答五个问题，第一个就是我们必须对于，什么是工作有一个统一的理解。工作是什么意思，我们如何以同样的方式，来理解这个概念？第二个问题，就是应该如何定义质量？我们不能有太多不同的答案，而应该就同一个答案达成共识。第三个问题呢就是我们应该，采取什么样的方式来产生质量？第四个问题就是我们应该，采取什么样的表现标准？我们公司内部，应该采取什么样的表现标准。最后一个问题呢，就是如何来测量质量，要采取什么样，最通用的方式来测量质量？

先看第一个问题什么是工作？我们必须以一种非常平常的方式来思考工作，我们必须将工作，看成是一个过程。我们所做的一切都是一个过程，无论是生产一辆车、盖一间会议室、写一篇文章、准备一个演讲、做一顿饭，我们所做的一切事，都可以被认为是一种过程。这个过程有一个产出。这个产出呢，是被某种客户所应用的。这个客户可能是外界的客户，或者是我们工作过程中的同事。我们为制造那些产出，而做的事情叫做内部工作过程。此外这个过程当中也有输入。在我们工作过程的，所有阶段当中，我们必须依靠相互之间的关系。我们的顾客告诉我们，他或她对于我们产出，有什么样的要求，我们必须了解他们的要求。我们也必须就他们的要求，达成共识。此外我们还要与供应商沟通，对不同的供应商提出来自己不同的要求。我们必须十分清楚地，提出这些要求。我们还要考虑工作过程当中，这些不同的关系，我们必须关注让客户成功，我们要很好的了解他们的需求，从而使他们能够利用我们的产出取得成功。我们还要让供应商成功，要与他们合作，让他们了解我们的需求，非常明确地了解，从而能够改进他们，提供给我们的信息和原材料。而作为公司的管理人员，我们也希望我们的雇员成功。因为如果让他们成功，我们就会拥有生产力更强的雇员，并且能够在，整个公司范围内提高质量。

要求可分三种：第一种是偏好和欲求。比如我在餐馆点菜，我可以解释我想吃什么东西，我可以解释一下，我喜欢怎样的烹调手法，这些叫做偏好。买车的时候，我也许想要绿色的和某种特定的尺寸，这些都是我的欲求，是我作为顾客的要求。第二种要求就是必要的要求，是由我们生活中的，技术成分决定的。比如我买一部汽车，希望它能达到一定的速度，这就引发了一些必要的要求。比如车上要配备某种引擎，某些工具某种技术。第三种要求则是指定的要求。一般而言，这种要求是从外部施加的，可能来自政府。假如我买一部车配有安全带，我并没有要求它配有安全带，但是政府公布了法令，要求我们系安全带，这就是来自外部的要求。要求的这三个种类，描绘了要求来自哪里，每一个工作过程，所有的工作都是一个过程，都是由我们可以描述的要求组成的。正如我刚才说过的，关于要求必须要达成一致意见，客户和供应商之间，必须要沟通这些要求。当我们提出这些要求的时候，重要的一点是这些要求，必须非常具体。比如说会议几点开始，车需要什么样的颜色，车速应该如何，能行驶多长的距离，这些要求必须尽可能的具体。如果我要求不具体的话，那么就有一种沟通不畅的危险，这就会有导致不符合要求的恶果。我们还要在工作过程开始之前，就提出要求，而不能过程发生之后再提出要求。因为如果那样，我们会浪费时间和精力，我们达成一致之前，可以就要求进行磋商和谈判，这将成为客户和供应商之间的对话，就要求进行磋商是允许的。因为我们必须确保，双方都了解对方要求的含义，否则就很有可能导致，不符合要求的情况发生。

最后，我们还要监控要求发生的变化，正如我说世界不断变化，要求也必然发生变化，当要求变化的时候，我们必须与客户进行沟通，必须与供应商进行沟通。那么讲了这些要求之后，就要回答第二个重要的问题，也就是我刚才讲的，质量管理的四个原则之一。我们的第二个问题首先就是，质量应该如何定义？这个问题有很多不同的回答。很多人说质量是一种奢侈品，有人说质量是诚信，还有人说它是技术方面的问题。我们必须采取一种，大众化的方式来界定质量。我认为质量就是对要求的符合，我们必须将质量定义为，符合要求。而这些要求，必须得到了大家的共同理解，并且得到了良好的沟通和交流，这些要求是我们和客户，还有供应商在工作过程中，达成了一致意见的。当我们这样定义质量时，我们就将质量与公司中，所有的业务环节联系起来了。无论我是高层管理人员，还是我是在生产线上，无论我是一个银行的出纳员，我们都可以在我的业务环节中确定质量，我能确定一项业务是高质量的。因为我们知道何时，要求得到了满足，于是质量就成了对要求的符合。质量管理的第二个原则回答了在质量管理中应采用什么方法？传统而言，质量管理的方法，就是检查和评估。这意味着告诉我们，已经发生的事情是怎样的，意味着我们生产出一个产品，或者提供了某项服务，然后检查一下是否正确。比如从这里发一个包裹到曼谷，然后等到明天再看，它是否安全到达了。我们不能等到一切已经发生了，再来管理质量。那就太迟了，问题和缺陷可能早已出现。通过这种检查评估的方法，管理质量是非常昂贵的，而评估也不会导致符合要求。因为我们只是事后才发现问题，我们要通过预防来提高质量，也就是在事情发生之前，要防患于未然。我们必须在过程发生之前，就确保符合要求，通过预防来管理质量更省钱。它可以消除问题，而不是等问题发生之后再弥补。此外这也会更好地利用资源，因此对于第二个问题，要采用什么样的系统管理质量，答案就是预防。我们必须从评估转到预防。

质量管理的四项原则当中的，第三个问题，就是什么样才是正确的工作表现标准，应该采用什么样的标准？工作表现的标准，是我们的一种态度，就是认为符合要求，应达到怎样的频率，是90％还是80％，还是要尽我们所能，我们应在公司内传达怎样的标准？工作表现的标准，就是用来评价工作表现，这样一个系统的标准，我们必须以这样一个标准进行衡量，它与你可以接受的，错误的水平成反比。我们作为管理公司，每天都设定这些标准，我们告诉我们雇员，什么可以接受，什么不可以接受？当我们告诉他们，有些错误是可以接受的时候，我们就为我们的公司，带来了一种变量，这种变量是不可能控制的。此外，我们在公司内部传达的这方面的标准，也会成为我们个人的，表现标准的一部分，即我们能接受些什么。如果我们告诉雇员，有些错误可以接受，则他们不用采取措施，来避免这种错误再度发生。如果今天发生了这种错误，没有关系，那么明天照样可以错或者后天大后天。也就是说我们接受某种问题或者错误的时候，我们就是告诉其他雇员，这种情况是可以允许的，今后再提出的要求也不会被认真对待。如果我说今天没达到我的要求，没关系。人们会认为，明天还达不到也没问题。就是说错误一旦被允许，还会转移到其他的部门。如果在这个部门，可以不满足顾客的要求，那么在其他部门，也可以不满足要求。表现标准的概念至关重要，因为它明确了我们是否严肃对待符合客户的要求。如果质量被定义为符合要求，那么我们作为管理人员，传达的惟一能令人满意的标准，就是任何的错误，任何的不符合都是无法接受的。我们在此使用的术语，就是“零缺陷”，含义是，任何错误都是无法接受的，所有的要求都必须得到满足，每一次都要如此。这也是我们管理人员，要告诉我们全公司上下，所有人的一个理念。

第四条原则是回答这样一个问题，即如何衡量质量？有很多方式可以衡量质量，有很多非常复杂的方式，我们用复杂的方式，来衡量质量的时候，就使得人们越来越混淆，对于质量的理解。人们对质量的理解发生混乱的原因之一就是测量质量的方法不够简明。因此我们必须改变衡量质量的方法，直接用钱作衡量的标准，当需要没有得到满足的时候，我们要付出什么样代价，我们称之为，不符合要求的代价，指的是我们花费的，没得到回报的资金。我们必须以金钱来衡量质量，我们将“不符合要求的代价”，定义为要求没有达到，或者我们不确定是否达到时，所付出的代价和后果。如果我们必须检查一个产品或者必须监控我们的服务是否令人满意。而这原因仅仅是因为，我们不能确保顾客的要求，是否得到了满足，这就是一种为不符合要求付出的代价。因为我们必须花钱来检测，来监控一件事是否正确，这是一个非常昂贵，并且非常原始的管理质量的方式。

传统的质量管理文化当中，在我刚才讲的光谱的左端，为不符合要求付出的代价，是巨大的。随着我们改变质量管理文化，使之越来越成熟复杂，我们就降低了为不符合要求付出的代价。这里列出了一些不符合要求的代价的具体情况，比如说可避免的浪费，惩罚赔付率，额外预费保证等等。大家可以看到，在公司中很多席位都可以成为我们不符合要求的代价，这也是我们每天都在做的事情，却从来没思考一下，如何避免它们的发生。而我们发现我们一些成功的客户，正消灭上述的情况，他们再也不做那些事情，是因为他们改变了管理质量的方式，也改变了他们公司内部的质量文化。我们发现，一个典型的制造业公司，处于光谱左端的一个公司，每年要付出收入的25％作为不符合要求的代价。花在表中列出的种种行为上，这占它们的运营收入的四分之一。这是制造业公司的情况，而在服务业呢？比如说银行或者是保险公司，或者是其他非产品相关的这种公司，它们对于不符合的代价比这个还高。有可能达到40％，有可能占它们收入的40％。原因就是制造业公司，比服务公司对于工作过程，花了更多的时间来界定要达到什么样的要求。如果这要求没有得到很好的界定，那么不符合要求代价就会发生。实际上对于所有的活动而言，也就是对所有，我们无法能够明确规定，不符合要求的代价的时候，对于要发现并改正这样一个不符合要求的代价事实，如果不能在我们生产过程当中，第一阶段如果是花一块钱，能找到并且改正这样一个缺陷，那么在下一层呢，也就是发现它的后果的时候，要付的代价，就是要增加十倍。现在要多花十块钱，那么再到下一部业务当中，下一部活动当中呢，还会再乘以十倍，乘以十之后，这样经过几个步骤，到最后大家就可以发现，为什么公司内部，不符合要求的代价，有可能是很大一笔钱，有可能是上千万美金，或者是上亿美金。

我们在美国有这样一个客户，我们这个客户他十年前，开始了质量改进过程，他是一个小制造公司的总裁，当时我们让他改变他质量方面文化的时候，他非常不情愿，他认为他以前做的事非常完满，而且没有理由来改变他们对质量的文化。后来他一个客户跟他说，如果你不改变管理质量的方式，我就不跟你做生意了。所以他就改变了他管理质量的方式，后来学习了质量的概念，学习了不符合要求的代价这样一个概念，他学得非常好，而且向他雇员，讲述了这方面的课程。他减少了不符合要求代价，减少了两百万美金，每年他就减少两百万美金的损失。这样也就为公司创了收入，而这部分利润呢，也提升了他公司的价值，使得他后来觉得，把公司卖了比较赚钱。而现在呢，他现在所做的就是，走出去去收购其他公司，他把它们不符合要求的，这个数字算出来，然后教这些公司的高层管理人员，如何改变他们质量文化，减少不符合要求的代价。用两三年间来做这种工作，然后再把这些公司卖掉。他的目的就是让这些公司，从我刚才描述的光谱左侧，移动到右侧，也就是根据不符合要求的代价，来管理质量。

因此我们要管理质量的概念，在我刚才提到的光谱当中，这些概念就是要回答这些问题，也就是什么是工作？那么答案是工作是所有的过程；那么第二个问题呢，质量如何定义？定义了就是要符合要求；第三个问题，采取什么样的方法？答案就是通过预防；什么样才是正确的标准？答案就是零缺陷；如何衡量质量；答案就是通过不符合要求的代价来衡量。我们做了一个调查研究，在北美的高层管理人员当中，做了一个调研。我们问一千个公司，这样一个问题，也就是它们是否有一个正式的管理系统，来改变它们质量文化？大家在这儿看的一些数字，代表了它们的反应。42％的受调查公司说，它们是的，是有一个全公司的正式的过程，来管理它们质量文化；38％的人说，只在公司的某些部门，进行这种进程，13％的公司说，它们正在考虑这个问题；6％的人说这个毫无计划。所以大家可以看到，这些数字可以告诉我们，绝大多数的公司已经有某种正式的方法，来改变它们的质量文化。

许多高层管理人员，提出这样一个问题，也就是所有这些质量改进过程，会改变我们公司的价值，这会怎么样影响，我们的财务表现呢？两年前有这样一个研究，也是美国的一个大学做的研究，有一个教授他看了一份杂志，也就是质量从来对于财务表现没有什么影响。但是，他也不知道是否有这方面的数据，能够证明对财务是否确实有影响？因此就选了五个公司，他决定正式的改变，它们的质量文化实施一种质量改进过程，将它们与另外五百个没有这个过程的公司进行比较。他发现的结果就是，这个绿线是有正式的质量改进过程的公司，而蓝色是没有这些过程的公司。这样是一个比较，他发现在运营收入这一栏呢，还有销售收入销售汇报率，以及资产汇报率等等。这几栏当中，有这种正式的质量改进过程的公司极大地超过了，其他公司的财务表现。另外他还发现，在总资产及总雇员的方面，有质量改进过程的公司的，资产得到了增加，而且它们雇员的人数，也得到了增加。这个特殊的发现，也表明了重要的一点，也就是高层管理人员，所关心的问题，在实施质量改进过程中，他们害怕雇员人数会减少，以及公司缩水。而事实情况是与此相反的。

最后我想给大家讲，这样一个重要的思维方式。这个思维方式呢，也不是一个非常新的概念，这个概念是20年前写的，是在白宫生产力会议上写的，它并不是一个新的观念。它说，如果质量仅仅被当做是一个控制系统，那么它永远不会得到，实质性的改进，质量不仅仅是一个控制系统，而是一个管理功能。因为我们想改变质量文化的话，改变我们公司内部质量文化，必须了解这一点，也就是质量必须是一个管理职能，也就是从高层管理人员，一直到我们公司的无名小卒，必须要了解，质量是每个人的工作，它不是其他人员的工作。

量子物理学的实验与哲学基础-安东·泽林格

主讲人简介

安东·泽林格，维也纳大学实验物理学教授，牛津大学客座研究员，法兰西大学客座教授，奥地利科学院终身院士，奥地利物理学会主席，美国物理学会会员。

内容简介

量子物理学是德国物理学家麦克斯·普朗克于1900 年在柏林提出的。他为了解释某些光学现象，不得不设想光是由量子所组成的，也就是单个的粒子，而且量子是不可分的。量子力学现在已经成为许多现代高科技的基础。美国的诺贝尔奖获得者杰克·斯坦博格曾经估计，可能在当代的经济中，三分之一的国民产值都以某种方式来自于一量子力学为基础的高科技。那么问题在哪里呢？理查德·费曼很好地表述了这个问题：我认为我可以肯定地说，现在没有人理解量子力学。理查德·费曼是有资格这么说的，因为他曾因发明了一个量子物理学的公式而获得诺贝尔奖，所以他知道自己在说什么。

量子理论不仅仅是学术研究，它不仅仅是我们理解世界的一种有趣方式，它也对信息处理提供了许多有趣的新概念。一个就是量子计算机，世界各地都有许多研制量子计算机计划，我知道中国也有。我不想详细地谈有关的具体的硬件，也就是说，它到底是什么样的，因为今天还没有人知道，完全处于想象阶段。人们在尝试各种不同的途径，基本的概念是必需要有一个中央处理器，我借用一个著名的电脑芯片公司的名字，称之为“昆腾”，基本的概念是，我们可以用量子叠加的方式来处理信息。例如，如果要计算开平方，我们可以把数字4和9以量子叠加态的方式同时输入“昆腾”，那么量子计算机，或用物理术语来说，一种大量的纠缠状态，量子计算机就会计算出结果，不是一个一个地计算，而是以叠加态来计算，就如这个最简单的例子，我们就可以得到以量子叠加态的形式输出的结果，2和3。大家知道计算机方面有一种趋势，就是计算机变得越来越小，其元件如晶体管等等处理信息所用的电子越来越少，如果照目前的情况发展下去，就会达到量子水平。另一方面，量子力学可以从下向上发展，制造出量子计算机。

量子通讯是最早在实验上有所进展的。量子通讯有许多用途，最早得到发展的是量子密码，量子密码是一种对信息进行编码方法，其安全性是由自然规律来保证的，不依赖于实验者的技巧。量子密码最基本的思想是，人们无法在不破坏或改变量子的状态的情况下测量量子。所以当一个无权知道某种信息的人想要窃取信时，就很容易被发现。

现在我再回到哲学问题上，玻尔有一段我非常喜欢的话：并没有什么量子世界，只有一个抽象的量子物理学的描述。认为物理学的任务是去发现自然究竟是怎么样的想法是错误的。物理学只有关于我们对自然能做何描述。就是说人们根本不可能判断自然到底是什么，我们只能讨论如何来描述自然。

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我今天演讲的题目很大，叫做《量子物理的实验和哲学基础》。乍听起来这两者似乎没有什么关系，不过我会向你们解释我的意思的。在量子力学刚开始出现的时候，对这个理论的意义就有过相当激烈的哲学上的争论。我想推荐大家去阅读一个非常有趣的例子，因为它很激动人心，那就是波尔和爱因斯坦的对话。爱因斯坦试图保持关于这个世界的经典的观点，但波尔却说这是绝对不可能的。在他们的争论中，一个被称为Gedanken实验的问题占有显著的地位。Gedanken的意思是思想，就是说只是在头脑中进行的实验。因为当时的技术还不够发达，不可能在现实中进行这种实验。在过去的三十年中，有一个有趣的进展，那就是这种实验成为可能。在单个量子系统，对单个粒子进行的基础实验，证明了过去量子力学所做的那些奇怪的预言都是正确的。我只说两点有趣的情况，等一会我还要谈及它们。单粒子干涉，由单个粒子而不是多个粒子所形成的干涉。还有贝尔定理。贝尔定理是关于世界本质的定理，非常深奥。我说过这类实验室是在三十年前开始的，其中许多实验室靠激光技术的发展才有可能进行。进行这种实验只是出于哲学上的考虑，是为了想看一看量子力学有多么奇怪。但仅仅十年的时间，由这个目的出发，结果却使包括我在内的许多人大吃一惊，也就是说，我们自己也惊奇地发现，我们已经以这种方式为新技术的发展奠定了基础。这些新技术以诸如量子计算、量子通讯等名称而崭露头角，其基本的概念是以量子的方法来处理并传输信息。最初在三十年前，人们有了使这类实验成为可能的条件，例如，实现了一个历史上的Gedanken实验，就是在波尔和爱因斯坦的争论中出现的那个著名的Gedanken实验，所谓的双栅实验。这里是一条缝，这里是第二条缝，后面是一个观察屏。如果你从这里发射光线，它就会从两条缝中通过，在后面就形成了明暗相间的条纹。如果你知道光是一种波，那么这种明暗条纹是很容易理解的。在暗的地方，通过两条缝的光线相互抵消，在明的地方，光线相互增强。这种实验是没有任何问题的，但是当你用单个的粒子，也就是光的单个量子来进行这个实验时，就会产生一些哲学上的问题。例如，粒子会通过这两条缝的哪一条，或者当这个粒子通过某一条缝时，你怎么知道另一条缝时开着的还是关着的。如此等等。我等一会再来说这个问题。事情往往是这样，通过这个实验，又产生了一些过去的讨论中所没有想到的新实验的可能性，并以此为基础，产生了新信息技术的新观念，我们现在所做的也是在探索量子力学的现实性范围。正如你们中的一些人也许不懂得量子力学是怎么一会事，据我所知这是个普遍现象。

量子物理学是德国物理学家麦克斯·普朗克于1900 年在柏林提出的。他为了解释某些光学现象，不得不设想光是由量子所组成的，也就是单个的粒子，而且量子是不可分的。我想提一下，量子力学现在已经成为许多现代高科技的基础。例如激光，如果不靠量子物理学是无法理解激光的，这是激光系统，也不可能理解半导体，所以说计算机也来自于量子力学。如果没有量子力学也不可能理解磁性，而且量子力学还可以解释某些化学现象，所以这是一个普遍适用的非常精确的理论。美国的诺贝尔奖获得者杰克·斯坦博格曾经估计，可能在当代的经济中，三分之一的国民产值都以某种方式来自于一量子力学为基础的高科技。那么问题在哪里呢？理查德·费曼很好地表述了这个问题：“我认为我可以肯定地说，现在没有人理解量子力学”。理查德·费曼是有资格这么说的，因为他曾因发明了一个量子物理学的公式而获得诺贝尔奖，所以他知道自己在说什么。同样地，还有一个人说：“这个理论非常精确，难以置信地精确，并具有难以置信的数学之美，但是荒谬之极”。而说这话的人也是一位著名的物理学家，他就是罗杰·彭罗斯。你们也许读过他的书，对他有所了解。所以只有那些搞实验的人才对量子力学的意义感到满意。

我想说一下，第一个批评量子力学新理论的人是阿尔伯特·爱因斯坦。在1909年他就开始批评量子力学了，这是很早了。因为在薛定锷和海森堡提出新的量子理论之前，他就是少数几个使用量子力学的人之一，他本身就置身于量子力学的研究之中。他在哥本哈根举行的德国物理学大会上表示，他对量子力学所表现出的新的随机性感觉很不舒服。我们所说的随机性是指单个事件的随机性，但是量子力学中的随机性与经典物理学中或日常生活中的随机性相比，具有新的性质。我们知道在量子力学中，随即事件不但是没有原因的，而且连隐藏在背后的原因也没有，没有那种虽然我们不知道，但大自然却可能知道的原因。没有！在量子力学中，偶然事件连哪怕是隐蔽的原因也没有。这就是量子力学使爱因斯坦不舒服的原因之一。我想提一下，现在量子力学的情况时，对它有很多种解释。应该说在谈到量子力学时，有两个不同层次的解释。一个层次是形式上的解释，即数学公式以及其如何与实验结合，在这方面没有什么问题。但是如果要寻求深层的解释，如果要问量子力学对理解这个世界有何意义，它有什么意义吗？这是人们可能要问的问题，那么在物理界就有很多分歧了。所谓的哥本哈根解释，有时也被称为正统的解释，直接了当地说，对量子体系赋予性质时要特别小心，只有在极少数的情况下才可以这么做。多个世界的解释在对量子力学进行衡量时要表现出多个假设的世界，即使没有其他毛病，这至少也是一种不经济的解释。还有其他一些解释，我就不详加讨论了。以我之见，我认为在深层次上至今还没有什么理解。

让我们再回到实验上，我们再来讨论一下双栅干涉实验。我在前面说过，如果我们从左面这里发射光线，通过这两条缝，就形成了这种干涉条纹，由于波的干涉而形成明暗交替。问题是，我们通过普朗克知道了光是由粒子组成的，那么就似乎应该问这么一个问题，一个单个的粒子会穿过那条缝，然后会出现什么情况？因为最后的图形毕竟是由许多单个的粒子组成的。爱因斯坦试图证明，可以知道粒子是从那条缝中通过的，而且如果收集许多的粒子，就会形成这种图形。但是波尔已经证明他错了。这是给实验者提出的问题，实验者对这种实验做何反应呢？我要说明一点，这种实验目前已经用多种放射性物质做过了，许多种粒子，而不仅仅是光线。

我们三年前做了另一个实验，直到，今天是星期几？今天是星期三，直到五天前才完成，这是个世界纪录。我们得到了一些更好的结果。这是用碳60和碳70分子做的，这是在1985年发现的著名的富勒烯。我们实验的主要目的是显示生物分子的量子干涉。我们要做的是显示很大的分子在这种双栅实验中所形成的量子干涉，使分子尽可能地像生物分子那么大，为什么？理由很简单。如果你与生物学家交谈，就会知道目前生物学的观念是量子物理只是在化学中起一点作用，我们或多或少地还是经典的机械。当我们解释，比如大脑机能时，使用经典物理的方式。这虽然似乎是很合理的观点，但是却一点没得到证实，而且我们身体的一些机能也说明这种观点是错误的。为了证明这是错误的，就需要与生物学家合作，而且要学会使用同一种语言。因为语言差别很大，进行这种讨论的方法之一，是证明量子现象在正常状态下的生物分子中确实存在，而不是在人造的环境中。我们得到的第一个结果，是普啉产生的。它是一种相当复杂的分子，有四个耳状结构的扁平的分子，其原子数是六百，所以很重。它是血红蛋白的重要组成分子，是许多重要生物物质中的核心分子。我们用这种分子同样能形成干涉图形，与碳的性质一样。我想说一下，这是在三百摄氏度的温度下形成的，所以说温度很高，不是太低。我们用的下一种物质是胰岛素，大家知道它对调节人体内糖的转运非常重要。另外，它的原子数是六千，比富勒烯大十倍。下一个是小的纳米晶体，可以制成不同的大小，所以我们很容易控制它的质量。另一种很有意思的东西是这种被称为GFP绿色荧光蛋白的蛋白质，原子数是两万七千，能发出很纯净漂亮的光，所以用起来很有意思。我们还想要用这种东西形成量子干涉，就是用活的细胞，它很大很重，目前对此还没有什么办法，但是我们还是想试一试。基于我们目前的实验，我们有可能用至少有一千万原子数的物质形成量子干涉，这相当于小的病毒的质量。最大的问题是实验操作上的问题，如何使病毒或分子形成一条直线，并且一个一个地检测它们等等诸如此类的问题。有很多问题以前从没有人涉及，所以我们必须要自己想办法，但我们对此很乐观。我们从中所了解到的是，量子现象的有效性并不是严格地局限于微观世界，不是局限于很小的东西。大于小的区别并不是量子与经典的区别，这完全是两码事。纽约著名漫画加查尔斯·亚当斯曾画了一张关于双栅实验的漫画，我们知道关键问题在这里，他从树的两边过去了，可就是不知道是怎么过去的。他到底是怎么过去的？他玩了些什么花招？这张画是大约五十年前在纽约发表的。

现在的观点是，信息对于解释量子物理学起着至关重要的作用。如果对于粒子的路径选择有任何信息，那么就不会有干涉。人们能否知道这个信息并不重要，关键是到底有没有这种信息的存在？另一方面，如果没有任何信息，无论你花多少钱也得不到这种信息，那么就会看到干涉。这个理论很有意思，因为干涉图形，那些条纹就包含着信息。所以你可以选择；或者知道粒子选择哪条途径；或者在干涉图形中获得信息。这说明信息在其中起着非常重要的作用。我在演讲的最后还要再谈这个问题。

在我们的讨论中，另一个很重要的概念是纠缠态。对于不是学物理的人来说，有关这个物理学公式就不多作解释了。这个问题是1935年由爱因斯坦、卜朵尔斯基和罗森提出的。它与至少两个以上的，以一种非常有趣、非常密切的方式联系在一起的粒子有关。

现代量子力学的创始人之一薛定锷，发展了一种量子力学理论。薛定锷在1935年称量子纠缠态为量子力学的本质，量子力学最主要的特征。他的意思是说，如果有两个系统，简单起见，这里用两个骰子表示两个系统。当你去测量时，每一个骰子都会给出一个完全随机的结果。然而，一旦你去测量一个骰子，对另一个的测量结果就被确定了。更严格地说，一旦你去测量一个粒子，另一个粒子的量子态立即就被确定了。但是在测量之前却是完全不确定的。对于像光子之类的粒子来说，我等一会还要谈这个问题，这与光的粒子，光子有关，这意味这极性是完全相关的，无论是水平的还是垂直的。爱因斯坦称纠缠态为幽灵式的超距作用。两个系统，对一个系统的测量，就能确定另一个的状态，无论它们相距多远。

爱尔兰物理学家约翰·贝尔在二十世纪六十年代，对这种情况进行了研究。他试图通过一个简单明了的假设来分析这个问题。如果两个系统之间有这种完全相关，那么自然地这也是爱因斯坦提出的观点，那么自然地就可以推断，这个粒子带有一种性质，这种性质可以确定测量的结果。这种隐藏的变量性质超出了量子力学的范围。就如在色子的例子中，骰子以某种方式可以知道它要给出的点数，而我们也就可以做出自然的解释。贝尔定理说明，这种解释是不可能的，所以粒子之间的完成相关就不可能有解释。这种完全相关是基于粒子本身所具有的性质的。所以现在对于粒子的非定域性又一种说法，量子非定域性是用来描述这种情况的，也就是说一个粒子对于另一个粒子的依赖是非定域性的，这种相关是即时发生的，不是以光速发生，不是以任何速度发生，两个系统之间相关性的产生不需要任何时间间隔。有的情况很有意思，当你考虑两个以上的例子时，情况就特别有趣。例如三个粒子，被称为三个量子位，可以形成一个纠缠态，就会产生这种情形。在这种情况下，就出现了一种被称为局域现实的概念，就是说系统的性质是在局域确定的。

现在我来谈谈关于应用的问题，量子理论不仅仅是学术研究，它不仅仅是我们理解世界的一种有趣方式，它也对信息处理提供了许多有趣的新概念。一个就是量子计算机。世界各地都有许多研制量子计算机计划，我知道中国也有。我不想详细地谈有关的具体的硬件，也就是说，它到底是什么样的？因为今天还没有人知道，完全处于想象阶段。人们在尝试各种不同的途径，基本的概念是必需要有一个中央处理器，我借用一个著名的电脑芯片公司的名字，称之为“昆腾”。基本的概念是我们可以用量子叠加的方式来处理信息。例如，如果要计算开平方，我们可以把数字4和9，以量子叠加态的方式同时输入“昆腾”，那么量子计算机，或用物理术语来说，一种大量的纠缠状态，量子计算机就会计算出结果。不是一个一个地计算，算完一个再算另一个，而是以叠加态来计算，就如这个最简单的例子，我们就可以得到以量子叠加态的形式输出的结果，2和3。现在人们对于量子计算有各种各样的说法。我个人觉得，大家知道计算机方面有一种趋势，就是计算机变得越来越小，其元件如晶体管等等处理信息所用的电子越来越少，如果照目前的情况发展下去，就会达到量子水平。无论在哪里，这也可能需要二十年的时间。所以说有趣的是，一方面可以从上面开始，越来越小，一步一步发展到子水平，另一方面，量子力学可以从下向上发展，制造出量子计算机。这种情况很不寻常，使我们对未来非常乐观。但是还需要时间，我个人的估计是，至少需要二十年才有可能制造出量子计算机，不过在座的每个人都可能一举成名。如果你有发明量子计算机的好的想法，而且如果你的想法行之有效，你会马上世界闻名。好想法确实是非常幸运，非常重要的。

下面我要把我讨论的重点放在量子通讯上，因为量子通讯是最早在实验上有所进展的。量子通讯有许多用途，最早得到发展的是量子密码，在此我不想提量子密度编码，这样就会扯得太远。可能最令人激动的一种用途是量子远距传物。量子密码是一种对信息进行编码方法，其安全性是由自然规律来保证的，不依赖于实验者的技巧。

我现在就来介绍量子密码。量子密码最基本的思想是，人们无法在不破坏或改变量子的状态的情况下测量量子。所以当一个无权知道某种信息的人想要窃取信时，就很容易被发现，这是经常被用于实验的一些原则。我想提一下，在量子密码中有两种基本的观点：一种是使用口令，另一种是使用纠缠态。我的观点是，使用纠缠态的方法是未来发展的方向，但其要想有充分的发展却需要更长的时间，我等一会再说它。这是我们在2000年所做的实验，基本的思路是什么呢？基本的思路是有一个处于纠缠态的量子源，我们用的是纠缠态的光子对两个光子进行测量。在我们的实验中，它们的极性是纠缠态的，就有这种情况。我们假设极性是以这种方式处于纠缠态的，即如果被测量的话，两个极性是相等的。但是当实验还没有进行时，光子是没有极性的。我们所做的是向这里发射一个光子，向这里也发射一个光子，这里是测量站。在两边我们测量光子的极性，这是极化器，这也是极化器产生两个结果，一个正的，一个负的。每一边的结果都是完全随机的，这种情况没有任何内在原因。对于发射的具体的每一时光子来说，可以得到一个正的，一个负的，但是如果测量极化器，在平行方向上两边的数量是一样的。所以如果你重复地用许多对光子做实验，就会得到两个随机的序列，两组完全相符的随机数字序列。这种随机的序列可以用来作为密钥，在以后为你想传递的信息进行编码。同时，为了种种目的，还有传统的通讯途径。

我要说明，这个设计是由阿图亚格在1990年提出的，经过了将近10年才得以实施。同时有一个传统的通讯途径，也就是说在两边各有一台计算机，以交流一些信息。例如，在何时双方都接收到了一个粒子，而且为了保证信息不被别人获得，阿丽丝和鲍勃还采用了一些有趣的方法。就是说，他们不仅以一个方向来测量极性，如垂直方向，而且还会偏转45度，他们进行随机的变换，不受对方影响，在两个方向上随机变换。所以，很显然只有在他们碰巧变换到同一方向上时，两边才能接收到同样的粒子数。所以他们之间必须有交流，在何时他们采取的是哪个方向，而把他们不在同一方向时的结果忽略。进一步地，他们还通过选择检查其中的某些数字是否是相同的来避免泄密。一个小的数字集合，看看它们是否一样？因为任何人要窃密都会破坏它们的完全相关。这是两个密钥，这是原来的信息，这是个非常著名的人像，大约这么高的人像，是在离维也纳不远的地方发现的，有两万五千年的历史了，是最早的人像之一。我想告诉你们，我们为什么选择这个人像？原因是我们想要一种表现和平的东西。我们不想用任何象征战争的东西或诸如此类的东西，任何能用于军事上的东西。我顺便还想说一下，显然量子密码的主要的潜在用途是在银行和工业方面，而不是在军事方面。我们所做的是生成这两个密钥。

这是一种随机的图案，可以看出是完全随机的。这是用图形所表现的大量的随机序列，在我们实验中大约是六万比特。要知道这两个密钥是在两边同时产生的，这很重要。在常规的密码中，你必需把密钥由A处传至B处，而在这里却不需要传递，它们在两个地方同时生成，所以就不存在安全传递方面的问题。可以看出两个密钥是一样的，所以要做的就是以某种特定的数字方式把这两个图形结合，就会产生这种图像。这个图像也是完全随机的，因为密钥是随机的，所以超级计算机也无法破译这种信息。但只有在密钥第一次使用时是这样的，如果使用第二次，那就失效了。如果只用一次，那么别人就无法破译这个信息。鲍勃有同样的密钥，所以就能很容易地破译密码。局限性之一在于，传递的距离只能是二十至三十公里，无论在空间中或在光纤中都是如此。所以在目前量子密码只能在大城市中应用，例如在北京的各个银行之间。但问题是如何做远距离的联系。现在来说一点关于未来的事，我们现在要做的另一个实验是在多瑙河两岸建立一个量子通道。大家知道维也纳位于多瑙河畔，在多瑙河下面用开关管铺设了用于量子远距传输、量子密码及其他量子态情况的长途通道。我们的远期计划是在太空中建造量子光学系统。我说过量子密码的应用中存在的一个严重的问题是距离无法超过二十至三十公里，就是因为衰减和光子丢失，我们无法放大光子，这是个大问题。如果放大光子是可能的话，那就违背了量子力学的基本原理。如果要解决在地面上的两地传输问题，就要在向太空发射卫星，并在地面上的某处和太空中的某处之间建立量子联系。这是可行的。因为问题只是空气，而空气大约只有十公里的厚度，如果把大气层压缩到我们所处的这种密度的话，那它只有大约十公里的厚度，所以在这个地面站和这个卫星之间建立量子联系就很容易。同样在这个地面站和这里的卫星之间可以建立量子联系。在这种情况下有很多方法，一个简单的方法是发射一颗的卫星，这个卫星在这两点之间产生一个密钥。然后卫星在地球上空移到另一个地方，再在这两点之间产生一个密钥，那么很简单就可以使两个地面站之间产生想要的密钥。这是很直接的办法，而且切实可行。我们现在正在研究并准备很快付诸实施的另一个想法，是在这里建立第三个空间站，使与地面的两点相联系的两个卫星可以通过它进行即时的联系。这些想法所需要的是，要在卫星上配备处于纠缠态的光子源。所以我们必需要开发很小的，能放到卫星上的纠缠态光子源。这并不困难，如果一切进展顺利的话，这也不过是只有几克重的物质。所以我们期望在最近几年内就能够看到这种结果。

现在我再回到哲学问题上，我们从开始的哲学问题，然后到实验，然后到技术应用，绕了一大圈，现在又回到了哲学问题上。首先量子力学是非常正确的，问题是这意味着什么。我在这里简单地谈一下我们对此的理解。实话说，我们的理解可能是错误的，我随时愿意承认这点，其他人可能有不同的理解。最基本的思想是，信息是量子力学的中心概念。所以，量子力学并不是关于现实的，而且关于信息的，关于知识的。我引用一些话来说明这点，例如玻尔说，无论量子现象超出经典的物理学的解释有多远，但是对任何事情的描述，都必需用经典的术语来表达。经典的术语是指逻辑的陈述，即一个判断是正确的，还是错误的。这是经典的信息。玻尔还有一段我非常喜欢的，但更加极端的话，并没有什么量子世界，只有一个抽象的量子物理学的描述。认为物理学的任务是去发现自然究竟是怎么样的想法是错误的。物理学只有关于我们对自然能做何描述。这也是哲学家们很久以前就告诉过我们的。就是说人们根本不可能判断自然到底是什么？我们只能讨论如何来描述自然。现在对一个很老的问题有一种简单的回答，这个问题是由美国著名的物理学家和生物学家韦勒提出来的。即世界为什么表现出是量子化的，最简单的理由是什么？暂且不管它，我说说这个理由。

以我们的观点来看，如果假定信息是最基本的概念，这里有一个理由，我一会儿就说。既然信息是最基本的概念，那么当我们描述某种情况时，某个系统时，就必需做判断，就必需使用逻辑的前提，你只能用一个前提，二个前提，三个前提等等。你不能用一点五个前提，所以在计算机化的情况下，你只能用一、二、三、四、五个比特等等。因此我们的建议是，这只是个建议，因为还有许多东西有待证明，世界表现为量子化的，是因为信息是量子化的。信息在做判断时是量子化的，所以世界就表现为量子化的。例如你们许多人都知道的，著名的薛定锷的猫谬题，如果以这种观点来看，这个问题就马上不存在了。薛定锷的猫谬题是这样的，把一只猫关在某个有致命装置的机关里面，其中有毒药，有锤子，锤子可以敲碎装毒药的瓶子。在这里面有放射性的原子，它可能发生衰变，也可能不发生衰变。如果发生了衰变，锤子就落下来，敲碎瓶子，释放毒药，猫就会死。如果不发生衰变，瓶子中的毒药就不会泄露，猫就会幸福地活着。量子力学告诉我们，经过一段时间以后，这个原子就会处于一种衰变和不衰变的叠加状态。因此，如果量子力学如人们所认为的那样是普遍适用的，那么这个猫也就处于死与活的叠加状态。这个问题经常被人们错误地表达为，量子力学预言，这只猫是处于一种既死又活的状态。以我们的观点来看，我们所能说的只不过是我们所具有的信息是这样的。因为并没有客观的方式来说明猫是死是活，所以不能说。我们对现实无法下判断，只能对我们的知识下判断。我们的知识说，两种结果都有同样的可能性，我们对此无法区别。所以只能用叠加态来描述这种情况，我们无法独立于实验而对真实发生的情况下判断。

我想总结一下。如果你们对某些基本的概念有更多的兴趣，美国的著名的科学作家Hans Christian Von Baeyer在2001年2月17日出版的《新科学家》杂志上发表了一篇文章，对我们关于量子力学的观点做了一些基本概念的解释。我们总是在谈论未来，未来的发展，但未来总是很难预测，基本上无法说未来将会怎么样。一旦发现自己不对，我也很愿意把自己的观点做为错误的来批评。我引用一段1949年发表于《大众机械杂志》上的话来做为结束。尽管爱尼阿克，爱尼阿克是最早的计算机之一，尽管爱尼阿克的计算器装有一万八千个真空管，并且重达三十吨。但未来的电脑可能只有一千个真空管，而且只有一吨半重。这个对未来的伟大预言怎么样？非常感谢大家。

人类基因组计划 -陈竺

主讲人简介

陈竺：中国科学院副院长。分子生物学家。江苏镇江人。1989年获法国巴黎第七大学博士学位。上海第二医科大学附属瑞金医院教授、研究员。国家人类基因组南方研究中心主任。上海血液学研究所所长。

内容简介

人类基因组这个研究，第一次在生命科学里面实现了整体上的遗传信息的解析，基因组功能的研究。基因组就是一个生命体的遗传信息的总和。

生命信息的储存单位，实际上就是我们说的基因，载体是脱氧核糖核酸 DNA。在多细胞的生物里，不同的细胞之间，由不同的 细胞所组成的组织之间，由不同的组织所形成的器官之间都在发生信息的流动。这个就是我们所说的：遗传学的中心法则。基因组就是一个生命体的遗传信息的总和。DNA双螺旋的发现大概是20世纪生命科学最最伟大的突破。ATCG四种不同的碱基构成了纷繁复杂的遗传学语言。

实际上绝大多数的人类疾病都是多基因控制的。人类基因组计划正式启动是1990年，就是要用15年的时间，到2005年完成人类基因组DNA全序列的测定。到今天为止我们也还没有这样的技术，说拿来一条染色体，我们就能直接测序。所以整个人类基因组计划实际上就是由复杂到简单，再由简单又回归复杂的一个过程。在人类基因组测序起步的时候，当时用的DNA序列的分析方法是凝胶电泳为主的方法，基本上还是手工运作的。但是在20世纪90年代以后，新的一个测序技术产生了就是毛细管电泳仪技术。使得测序的速度大大加快。一天就可以有100万个碱基对的的序列被测出。中国也加入这一个测序计划，我们承担了1％的任务。2000年4月份，21号染色体全序列测序草图完成了。

现在我们已经可以做到在指甲盖大小的生物芯片上点上人类的基因组，所有的基因都点在上面。将来要去看病，不光要带病卡，还要带一个自己的芯片。医生用药诊断之前，用芯片看看你可能得什么病。通过对进化不同阶段的生物体基因组学的比较，就可以发现基因组结构组成的功能调节的规律。实际上人类疾病相关的基因，也恰恰是人类基因组结构和功能完整性至关重要的信息。实际上在过去几年当中，对疾病的研究早已成为人类基因组研究

一个重要计划的组成部分。1997年提出了两个计划：一个是肿瘤基因组的解剖计划，还有一个叫环境基因组计划。实际上都是和健康相关的。人类基因组计划对医学的贡献，一个是在诊断方面，另外是在基因治疗方面。对于我们这样发展中国家来说，更应该注重预防。

我们国家的基因组计划，是1994年开始启动的，从功能基因组的角度进行切入。采取结构与功能并重，多学科交叉建立关键技术，进行基因组多样性和疾病基因研究。这是我们一开始的时候一个策略。我们可以很自豪的说：现在除了Y染色体，所有的染色体上面都遍布着中国科学家发现和命名的基因。最近我们启动了一个中华民族基因组-SNP的大规模的研究。这个工作从群体遗传学转向了，我们中国人群特点的、疾病发生发展的遗传学信息的研究。所以，如果现在我们能够把中华民族生命元素变异的系统目录和数据库做出来的话，就能够获得我国生物医学界和制药工业界技术创新的知识产权来造福子孙后代来贡献于全人类。

全文

当然清华是我们国家最高等的学府之一了。所以，今天到这里来，也有点诚惶诚恐。那么主要是来求教的。现在我要给大家介绍的人类基因组这个研究，可以说是第一次，在生命科学里面，实现了某种大科学的概念。也就是说来一个整体上的遗传信息的解析，基因组功能的研究。所以我说现在生物学的特点，已经从70年代、80年代，主要是以分析为主，学科的精细化，分工的细化，这样一个趋势到了一个新的平台上面。这个平台就是大综合，其实我们中国的科学，一开始就是讲究大综合。你看我们的艺术也是这样，我们的写意画就是一种大综合。这个东西方的融合非常重要，把西方严谨的分析，和中国早在几千年前的大综合的思路结合在一起的话，我想有可能带来一些新的突破的机遇。那么这张图我想，恐怕不光是搞生命科学的，就是我们非生命科学的同学们，也都是非常熟悉的，遗传学中心法则。

我们都知道，生命活动它的本质，它是一个信息的流动。有人一直说，我们都是搞生命科学的。但是突然有一个冒出一句话：“什么是生命”？这个倒可以让人思索一番。我个人体会，生命信息它的储存单位，生命的重要特点之一，它有记忆功能。那么它的储存的单位，实际上就是我们说的基因，在绝大部分的生命体我们知道，它的载体是脱氧核糖核酸DNA。但是它的执行单位，主要来说是蛋白质。这里面它用信息的语言，不是一样的，一个是核酸的语言，一个是氨基酸的语言。所以在这个空间信息的流动，需要有一些调控的机制。这个调控大家知道，第一步就是转录。这个时候生命信息的语言，没有发生变化，都是核酸的语言。只是从DNA到了MRNA上面，这个过程我们称为转录。然后语言要发生变化，发生转换，要求来进行翻译了。所以从MRNA上面的生命语言，变成蛋白质的生命语言。当然我们知道这个蛋白质，很多的蛋白质它都具有代谢的活动。生命体和非生命体的重要差别之一就是有代谢和新陈代谢，然后蛋白质可以形成高级空间的构型。那么在这个里面，细胞的不同的部分互相之间作用，细胞核和细胞浆互相在作用。然后在多细胞的生物里，不同的细胞之间、由不同的细胞所组成的组织之间、由不同的组织所形成的器官之间都在发生信息的流动。我想这个就是我们所说的“遗传学的中心法则”。那么基因这个概念，大家都很清楚了或者说基本概念很清楚，确切的定义也许今天还不是非常清楚。

那么基因组是什么意思？基因组就是一个生命体的遗传信息的总和。那么在这里我们就不是单个基因，而是所有的基因。它所编码所有的氨基酸相互之间的这个关系，所以感官性是完全不一样的。DNA双螺旋结构的发现大概是20世纪生命科学最最伟大的突破。那么A、T、C、G四种不同的碱基，构成了纷繁复杂的遗传学语言，生命信息的最基本的符号。这个最基本的符号实在是让我们感到非常简单。大自然就用这四种简单的字符，组成了让我们叹为观止的大千世界的无数生命的多样性的现象。那么它的遗传信息，在绝大多数的生命体，我刚才说的是DNA的分子。那么它的排列组合在那里就决定了，或者说在相当大的程度上决定了生命活动在人体，也就是我们讲的：生、老、病、死等等这些活动。那么我们在讲双螺旋结构的时候，我们都知道，碱基对、DNA是生物的大分子。一般来说我们不是用一个质量单位来表示它的体量，而是用它的长度。那么一个bp，中文叫一个碱基对。但是在基因来说，一个基因常常是要成千上万个碱基对。所以我们引入了“千碱基对”这样的尺度。然后再做到基因组的时候，我们都知道基因组它是非常大的尺度，所以又发明了一些新的尺度单位，像Mb指的是百万碱基对。

这个是基因组计划之前的，我们对人类基因组的一些了解。我们知道人类基因组的长度，一个单倍体的基因组的长度大概是30亿个碱基对。一般的教科书上都说，序列当中编码序列，也就是说我们刚才说的，发生转录表达的，可以被称之为基因的序列。大概实际上是指成熟的MRNA，发生加工以后的MRNA当中的序列，大概小于5％。也就是说，非编码序列占了绝大多数。在人体细胞核里面，遗传信息它是以染色体的方式进行组织的，分布于22个常染色体和2条性染色体。我们都知道以前的生物科学的特点，基本上是师傅带徒弟、作坊式的操作。那么到了80年代中期的时候，我想一个是生命科学的这个科学思维的大大扩展，第二个是技术的这个进步。比方说当时遗传工程已经非常成熟了，当时DNA测序也相对成熟，然后PCR的技术在那里开始产生了。因此使得科学家们，生命科学家们的雄心壮志，在那里萌发了，决心要冲破原来的这种作坊式的被物理学界甚至化学界不太看得起的那种运作方式，搞一点可以称为是大科学的东西。

当然我想科学研究的条件，思维这是一个方面。但是实际上回顾一下科学史的话，很多重大的事件它还是需求在那里拉动的。我们有的科学家批评这样的做法，意思是说我们要注意把基础研究和社会重大需求结合在一起。我觉得实际上这有点失之偏颇的，就是说有各种各样类型的研究：有的是一种自由的探索，那么这个可以非常小心，一个人的脑瓜里都可以产生诺贝尔奖的构思。但是也有一些研究的确是希望能够造福人类的。但是这样的研究提出的挑战，实际上又可以孕育着不知道多少人的诺贝尔奖的思想在里面。那么人类基因组计划，就是这样一个典型。

我们看第一份，可以认为是正式的标书。我们做这个课题，一般来说首先要有标书。那么人类基因组计划的第一个标书，可以被认为是诺贝尔奖获得者Dulbecco 1986年发表在《科学》杂志的一篇短文。它的这个短文的题目是什么呢？《肿瘤研究的转折点——人类基因组研究》。事实上我们知道美国有一位雄心勃勃的年轻总统肯尼迪上台以后，当时他在科学上有两大计划：一个是实现人类登月，还有一个战胜癌症。那么人类登月随着阿波罗计划的比较顺利地实施，1969年人类实现了登月。但是攻克肿瘤的计划是一个失败的。为什么？原来科学家把问题想得太简单了，以为肿瘤就是一两个基因的问题。但实际上绝大多数的肿瘤，都是多基因的问题。它涉及的面是整个基因组的问题，是遗传信息的整体上面紊乱的这样一些问题。就是刚才讲的，我们不要以为好像一个融合基因打到小鼠里面去，就足以引起一个白血病，不是那么简单的。因为如果那样的话，你一打进去就要产生白血病，事实上我们PML罗拉白血病，在受精卵里面注射进这个融合基因以后，需要等待一年的时间才会出现白血病而且不是每一个小时都会发生白血病。所以就提示有其他的决定因素在里面。我们现在知道有时候几个基因一起传染的时候，它发生白血病的速率就会大大加快。

Dulbecco这个文章它就说，如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在开始必须关注细胞的基因组。从哪那个物种着手努力？如果我们想理解人类肿瘤，那就应该从人类开始。人类肿瘤研究将因对DNA的详细知识而得到巨大的推动。实际上绝大多数的人类疾病都是多基因的。人类基因组计划正式起动，现在一般的说法是1990年。那么1990年因为是美国国会通过了正式启动这样一个计划。这个计划雄心勃勃就是要用15年的时间，到2005年完成DNA的全序列的测定。这个投资量是多少呢？30亿美元。当时计算的依据是测一个碱基对大概需要一美元。整个计划在这个地方实际上是一个比较狭义的一个计划，这个计划实际上就是一个测序计划。实际上我们讲测序，读出天书只是理解人类自身的第一步，最重要的是读懂天书。但是即使是这样读出天书一个计划的话，它也要经历很多的磨难，很多的困难。也就是说，到今天为止，我们还没有这样的技术说，拿来一条染色体，我们就能够直接测序，从一头测到另外一头我们没有办法这样做。所以整个人类基因组计划，实际上可以简单地说就是由复杂到简单再由简单又回归复杂，最后大概还是回归到简单。也就是说把不能直接测序的一条染色体拿来给它进行分解，分解成比较小的可以操作的这样的单位。那么怎么分解呢？那就是作图，你可以用遗传学的方法去作图，也可以用物理学的方法来作图。我们知道遗传学作图，就是利用遗传学的标志来确定DNA标志间相对的距离。另外一个概念就是说要构成一些所谓的DNA连续的克隆系，那么这些片断，它互相之间重叠，它可以覆盖整个的染色体，从一端覆盖到另外一端。这样就把一个不能直接拿来测序的单位，就给它解析成比较小的、可以操作的这样一个单位。最后给它重新组合成忠实于原来染色体里面生命信息这个排列的，这样一个状况在这里面，识别全部的人类基因。所以人类基因组就是作图，或者狭义的人类基因组计划，就是作图的计划，遗传图、物理图、序列图，然后基因图。

在人类基因组计划进行大规模测序的策略有两种，一种就是我刚才说的那种思路，实际上叫逐个克隆。我刚才说了，你把DNA克隆的连续克隆系建起来了，覆盖整条染色体了，然后你就把一个一个的克隆，用得最多的就是叫BAC--细菌的人工染色体，大概100多个KB这样的长度。那么把这个克隆一个一个挑出来，挑出来以后再进行亚克隆。这种亚克隆就是这样的，就可以测序了，测序以后再给它组装起来、还原起来。这样一个策略，是国际上公共领域的测序计划所采取的策略。实际上它是历史的沿革，就是说从作图，遗传、物理作图演化过来的。我们都知道美国的瑟拉尔公司，也知道奎克曼特。那么它搞了一个叫全基因组鸟枪法，在一定作图信息基础上，绕过大片段连续克隆系统的构建而直接将基因组分解成小片段随机测序，然后利用超级计算机来进行组装。能够使得人类基因组，在初步完成作图以后，很快地迈入到测序，尤其是大规模测序。并且使得整个进度朝向人们的预期。这里面有两个重大因素的贡献，不得不承认这里面，工业界的贡献是非常大的。比如说在人类基因组起步的时候，当时用的这个DNA序列的分析方法，还是凝胶电泳仪为主的方法，基本上还是手工运作的。但是在20世纪90年代上半段的时间里面，新的一个测序技术出现了，毛细管电泳仪。另外把自动化的运作和包括工业界的管理这种系统，都引进来。所以使得测序的速度大大加快。你像这样一个测试仪，它的名字就叫做Megabace。什么意思？就是毛细管电泳，它差不多两小时就可以进行读出一个序列，大概能够读到几百个碱基，那么它一天可以做十班，那么它是96道，所以一天可以做960道。每一道按照他们的宣传，都可以达到一个KB的话，实际上是很难做到的，这是最理想的状态下。所以一天就可以有100万个碱基对的产出。但是曾经使学术界感觉比较困惑的另外一个问题，就是说如果我们现在处于一个知识爆炸的这样一个时代，可以说生物信息的爆炸，是最最给人印象深刻的。

我们看在基因组计划起步之前，在公共数据库里边DNA序列增长非常缓慢。然后1990年以后，就是指数增长期。而且这个东西我是统计到去年、2000年两家世界的公共领域，测序计划和瑟拉尔分别宣布完成了所谓的工作草图。这个时候是这样一个情况，现在大概是这样的情况。1999年当时面对着瑟拉尔的强行挑战，它是1998年成立的，号称三年要拿下人类基因组，国际人类基因组计划决定迎接挑战。就由国际上16个组，分担了人类基因组测序的任务，中国也加入这样一个测序计划。当然我们承担的是1％的任务，1％还是很重要的。因为对于一个发展中的国家来说，能够挤入到这种属于发达国家的俱乐部里面，应该说还是很不容易的。有些事情我们想挤也不一定挤得进去的，像空间站的计划，人家还防范你。

在这里我想介绍一下什么叫工作框架图？因为都在说工作框架图，什么叫工作框架图？其实就是一个工作草图。那么它的意思呢？就是说通过对染色体位置明确的BAC（细菌人工染色体）连续克隆系4—5倍覆盖率的测序，获得基因组90％以上的基因序列，其错误率应该低于1％。也就是说你的覆盖面要达到基因组的90％以上。第二个呢，错误率应该低于1％。100个碱基对立面允许你有一个以下的碱基对的错误。虽然这只是一张草图，但是它已经有用途，就是对基因组结构的基本认识，基因的识别和解析、疾病基因的定位克隆、单个核苷酸的多态性的发现等。

那么讲到草图就一定有一个最终完成图了，所以这张图的定义，要求测序所用的克隆能忠实地代表常染色质的基因组结构，覆盖率要达到99.9％以上，然后序列的错误率应该低于万分之一。与工作框架图的关系呢，实际上就是在工作框架图的基础上再加大测序的覆盖率，填补空隙，使得序列的精度增加，能够达到这样一个标准。也就是说，它是草图的下一步。2000年6月25号，当时的测序的情况是怎么样的呢？我们看当时在公共领域就是说各国政府支持的六各国家，美国、英国、德国、日本、法国、中国，六国政府支持的公共领域的计划，当时是覆盖了大概人类基因组的86.8％。其中包含一部分已经完成，就是我们刚才说的最终序列图这样标准的序列大概是20％多一点点，然后66％左右的序列处于所谓的工作草图这样的阶段。那么也可以说，还没有完成。因为我们说要达到90％以上，但是同时瑟拉尔他号称他的覆盖率已经超过了95％。当然他的覆盖率其实包括了所有的公共领域的这个贡献，再加上他的贡献，所以两者相加起来。我想我们应该相信大概90％以上的序列，都是被工作草图以上的这样一个序列的质量所覆盖着。我们看看公共领域测序计划当时的情况，在24条染色体上分布的情况。我们知道，实际上1999年12月份，22号染色体作为人类最小的染色体之一，它的全序列被测定，或者说是它的常染色体，指部分的全序列。我们注意到它的短臂这个地方，就是易染色体区域，实际上非常难测。因为都是大量的空序列，又没有多少基因。2000年4月份21号染色体全序列完成了，也是同样的定义，就是说常染色体的这个部分。我们看这里是用深红的颜色来表示，差不多就是最终完成的。而这种黄颜色表示的是我们刚才说的工作草图，在大部分染色体区域，是工作草图部分。实际上现在我们讲的，完成人类基因组全序列的测定，都是指的常染色体部分，所以有的人说也许人类基因组序列永远也不能被结束。

2001年2月15日，我们知道公共领域在《自然》上，都是有一种分庭抗礼的，兵对兵、将对将的感觉。2月16号就登了瑟拉尔序列，显然，经过新的一轮角逐，比2000年6月份的时候，完成序列的质量又要高得很多。所以这样的话，应该认为，两家加在一起的信息，应该说比我刚才说的一般的定义又要进一步了。所以就产生了一个在工作草图和最终完成图之间的一个中间状态，这个中间状态就叫做高质量的草图。但是就是这样一个高质量的草图，让我们已经基本上知道我人体生命信息的家当到底有多大。弄到最后我们发现我们的家当好像还是比较可怜的，比我们原来的想像，因为我们的基因数量大概只有线虫，只有900多个细胞的一个生命体的大概一倍左右，我们就比那么一个小虫多一倍。从低等生物到高等生物它的基因组的复杂度，与其说是由基因的数量来决定的，还不如说更主要的是由基因的长度来决定的。我们最近完成了一个细菌的测序，叫钩端螺旋体，可以引起传染病的。它平均一个KB就有一个基因，这么小的一个东西，500万个碱基对的一个基因组，有5000个基因。我们人30亿个碱基对，我们不过就3万个，顶多接近4万个这样一个数字。但是你看到了酵母，到了真核细胞的话，那它就是平均大概5到10个KB一个基因。然后到了果蝇的话，虽然它的基因数量好像还没有线虫的多。但是它的基因长度已经达到10个KB以上，然后到了哺乳类一个基因，大概像人类现在是100多个KB才有一个基因。所以替换、剪接这种可能性就大大增加了。另外跟时间和空间，也就是发育阶段和组织特异性表达的调控相关这些序列复杂大大增加了。虽然基因在高等生物可以达到十的五次方数量级，几万到十万个这样的比较高等的生物。但是实际上它的蛋白质的结构域，实际上如果把基因组比成一个大厦的话，组成这个大厦的预制件，这个数量实际上是比较有限的。那么另外有一些高级生物中有更为丰富的结构域组合，神经功能、组织特异发育、调控、止血和免疫系统的基因，在脊椎动物大量扩展。数以百计的人类基因源于脊椎动物进化过程中某个时间点上，细菌基因的横向转移。基因组在不同个体之间差异很大——单核苷酸多态性，单倍体的基因差异为1/1250，能够导致蛋白质变异的不到1％。

这本遗传天书，已经放在我们面前了，接下来就是要读懂它。要读懂它，一定要从大的系统的概念来考虑怎么样读懂。一个这个基因组的信息，和外界的环境，是在那里相互作用。另外这个基因组的信息不是从天上掉下来的，它是通过一个漫长的几十亿年进化的过程发展过来的，所以要用比较的方法去读它。另外要考虑到在个体之间和群体之间又是有变异的，这种变异也受到外界环境的一些调节。所以功能基因组学的研究内容，虽然现在没有一个严格的定义，但是我个人认为，至少包括这几个方面：人类基因组DNA序列变异性研究，其核心的内容是SNP，因为这是最常见的变异类型，当然还有很多其他的变异。然后基因组表达调控的研究，这个是发育阶段组织器官的变异，然后模式生物体的研究，这个里面包括进化的意思，和利用模式生物进行功能研究。当然从事所有这些研究，就像我们进行测序研究一样。生物信息学，它既是一个基本的工具，又是一个新兴的学科。因为最后要把这些信息整合起来，搞成一个我们所说的，系统生物学的话，你一定要用理论的手段，和大规模信息处理的手段。

那么基因组DNA序列变异性的研究，SNP，这种变异类型实际上是所有基因组的共同特征。它在相当大的程度上决定了不同的个体群体，这个是指的人类在疾病的易感性，对环境致病因子反应性和其他性状上面的差别。

在这里我举一个例子，说明这个性状有多么重要。我们就来看一看，我们对药物的反应性。我想我们每一个人、再健康的人，一生当中总要接触一些药物的。现在有一个新的提法叫药物遗传学，指的是大部分药物，在体内代谢的酶会有遗传多态性。像这里，一类是改变基团的一些酶，一类是对基团进行转移的一些酶。它都有很多的多态性，这种多态性的后果是什么呢？它在相当大的程度上决定了我们个体对药物的反应性。比方说这是一个很复杂的程序，但是我想我们主要的信息在这个地方。对于某一个药物来说，最适合它的基因型的，它的疗效可以达到75％，毒性只有1％。同样一个药，如果到了一个最不适合它的一个个体的情况是怎么样？它的疗效只有10％，毒性大于80％。那么基因组表达以及表达的调控的这个研究，这个我想都可以理解。那么指的是在全细胞的水平，如果是在单细胞的生命体是整个生命体的水平，识别基因组的所有转录表达的产物。实际上它是高通量的结构生物学，大批量解析蛋白质的高级结构，是连接基因组功能研究和新药开发研究的桥梁。然后为了在这样大的规模上，在整体水平上获得功能信息，需要一些所谓的并行化的分析手段。就是现在已经做得到在指甲盖大小的生物芯片上点上人类的基因组，所有的基因都点在上面。所以有人说将来要去看病不光要带病卡，还要带一个自己的芯片。医生用药诊断之前先把芯片插进去，看看你可能得什么病，说起来很好，也很吓人的。模式生物体的研究一般的说法大概从单细胞、第一个生命跟外界隔绝以后，到现在的万物之灵的人类，大概是14亿年的进化史。那么通过进化不同阶段的生物体基因组序列的比较，发现基因组结构组成和功能调节的规律。

那么基因组计划，我刚才说一个是科学兴趣使然，科学家要探索人类的自身，另外也是社会驱动使然，就是说要战胜人类的疾病。所以最后它的价值的实现，我想还是应该回归到对人类的健康的贡献上面去。那么在这个意义上说，人类疾病相关的基因是人类基因组中结构和功能完整性至关重要的信息。我们看到过去的十年当中，由于人类基因组研究的带动，使得人类疾病相关性的研究有了长足的进步。单基因疾病由于定位克隆和定位候选克隆的新思路，导致了一大批遗传病基因的发现。我们知道传统的对基因的认识，是从表型到基因型。也就是你知道一个蛋白质，你测定了它的氨基酸的序列，然后根据密码址的原理，你推测它的DNA的序列可能是什么。你合成一个探针到基因组当中一调，把基因调出来。比方说血红蛋白病，这是第一个人类发现的分子病，它就是先知道了猪蛋白氨基酸的序列，然后再把它的基因调出来。但是绝大多数的人类疾病，我们不知道它的生化基础是什么东西，特别是在基因组计划之前。比方说像亨氏舞蹈病，我们就知道这个人会手舞足蹈，叫亨氏舞蹈病。比方说像遗传性的结肠癌，我们知道大肠部位大容易长息肉，但是我们不知道那个蛋白质出了问题。你怎么办？怎么来找到它的疾病基因？所以有了一个新的概念，叫反过来的遗传学，是什么呢？先去找它的基因，然后再去看它的表型。一旦拿到基因以后，很容易你马上可以推测它的蛋白质的结构。你可以产生抗体，你可以接下来做很多基因的功能。健康相关的研究是HGP的重要组成部分，1997年相继提出：肿瘤基因组的解剖计划，环境基因组计划。

人类基因组计划对医学的贡献。基因诊断，基因治疗和基因组信息为基础的治疗，发展中国家和发达国家越来越重视疾病的预防，特别是基于基因组信息的疾病预防。我国一贯提倡的是预防为主。如果能够在一个人刚出生的时候进行疾病易感基因的识别，在早期把风险人群挑出来，然后在环境因子、生活方式上实施干预。生物技术发生了深刻的变化，更多地进入到细胞、胚胎和组织的研究水平上来，推动了胚胎和成年期干细胞技术的应用。血液病研究与其他先进学科结合十分深入，造血干细胞移植是干细胞研究在人类疾病治疗中应用最成功、最早的范例。

我想基因组计划是离不开伦理学问题的，人类基因组DNA的序列是全人类的共同财富，应该造福于全人类。对基因组基础数据的垄断，将给人类利益和科学发展带来不良的后果。采集样品知情同意原则，抽取标本的用途、与工业界分享权益，成本应用：防止基因歧视。我们每一个人在一定的情况下都可能是弱智，所以反对基因歧视实际上是维护全人类每一个成员的共同利益。

那么可能我前面讲得太多了，接下来我想简单的说两句，中国的人类基因组计划。我们的人口多，而且我们的遗传资源丰富，因为我们是多民族的群体。那么我们国家要发展自己的生物技术和制药工作，我们能够仅仅依赖国家的信息，所以我们国家的基因组计划是1994年正式启动，根据国际发展趋势和我国的实际情况从功能基因组的角度切入，充分发挥我国的人类基因资源优势，采取结构与功能并重，多学科交叉，建立关键技术，进行基因组多样性和疾病基因研究的策略。

那么一开始我们是从群体遗传学角度切入，但是现在我们已经跨入到群体遗传学和医学的关系。那么我们可以很自豪地说：“现在大概除了Y染色体以上，所有的染色体上面都遍布着中国科学家发现和命名的基因”。那么最近我们启动了一个中华民族基因组SNP的大规模的研究，这个工作就是我讲的从群体遗传学转向了我们中国人群特点的疾病发生、发展的遗传学信息的研究。那么基因产物间的相互作用呢？它决定了基因组的遗传规律，功能复杂性和生物多样性。所以如果现在我们能够把中华民族生物元素变异的系统目录和数据库给它做出来的话，就能够获得我国生物医学界和制药工业界技术创新的知识产权，来造福子孙后代，来贡献于全人类。所以今天能够在水木清华，我们的校训是：“天行健，君子当自强不息”，这样我们国家的最高学府来和大家进行学术交流，来“鼓吹”人类基因组和蛋白质组，支持饶教授的结构基因组等等，那么我感到非常的荣幸。我想最后应该向为我国人类基因组学研究做出杰出贡献的所有前辈科学家、中青年专家、以及支持这一事业的领导，表示最衷心的感谢！

谢谢大家！

人体零件制造 -王远亮

主讲人简介：

王远亮 ，男 ，1984年毕业于成都科技大学，获硕士学位；1996年于重庆大学获博士学位；1999年于德国Aachen Technique University访问研究。现任重庆大学教授，博士生导师。重庆大学生物工程学院副院长，中国生物材料委员会委员，中国生物复合材料学会理事，重庆高分子材料学会理事长，重庆生物材料及人工器官委员会主任。长期从事生物材料及组织工程、生物医学工程领域的生物材料与组织工程方面的研究。

内容简介：

人体健康是每一个人都关心的事情。真正的人体健康是涉及社会、心理、机体功能的一种正常状态，否则就会生病。有些天灾人祸及不可逆转的恶性机体损伤或损失，就会造成人体“零件”的丢失。丢失的人体部件可否像机械零件那样更换？答案是肯定的。科学界特别是生物医学工程学家，医学家等科学家努力的目标。这有赖于生物学、生物材料学、医学、生物工程学等学科的进步。中国是世界上的人口大国，我们在这样的健康问题上特别是关于健康的前沿领域方面应该有足够的发言权。王远亮将为您介绍人体零件制造这个富有挑战性的学科前沿问题的解决思路与方法。本讲座分为以下几个部分：

1． 什么是人体“零件”制造

1） 组织工程的概念

2） 组织工程的起因与发展

3） 组织工程的研究现状

1998年，美国：投入组织工程研究 35 亿USD，年增长率22.5%，卷入科学家2500人，公司40多个，预计获利800亿USD。

欧盟：Biomat计划也相继投入组织工程材料研究。

2． 组织工程的研究对象与方法

1） 组织工程的研究对象

2） 种子细胞（自体细胞，自体间质细胞，干细胞，不死细胞等）

细胞种子来源：异体细胞；自体细胞；原位组织细胞；原位基质细胞；原位基质干细胞；骨髓基质干细胞；胚胎干细胞；克隆胚细胞。

3） 支架材料：天然材料；合成材料。

支架成型技术：制孔法；3D Printing ；Fused Positing；Rapid Prototyping。

4） 三维培养及培养系统

5） 应力生长关系

6） 生长因子

7） 在体移植

8） 体内的重建

3． 人体组织的制造；人体器官的制造。

a 体内形成：体内移植；体内生长。

b 体外形成

c 制造技术与方法

1.假体 2.异种移植

3.克隆 4.组织工程

《人体零件制造》 （全文）

同学们好，今天很幸运跟大家一起来讨论一个相关于人类健康的问题。那我们现在首先要考虑一个问题，我们最怕听到三种声音，你们说是哪三种。大概一下子想不起来，我想第一种是属于我们所见到的一种，“哎呀”老了，什么意思呢？就是这个人到了一定年龄以后，这一个生理的器官逐渐衰老，这个衰老的器官该怎么办呢？换掉。我们现在人类已经进入很大程度上的老龄化阶段，美国2010年，大于50岁以上的就超过了32％。我们国家也有一个统计，在2010年，大约60岁以上的超过24％。你可以算一算，我们人口基数是13亿，这样算下来，是多大的一个数啊。第二个声音呢，最怕听到的是“砰”，哎呀，糟了。车子给撞上了。战场上也是“砰”一枪打过去，不是打断了人的腿就是穿过人的胸。那么这些组织损伤创伤，目前已经逐年上升，从我们国家的统计数字上看，已经达到了临床住院数目的第二位。第三个声音就是你们可能经常听到的声音“咔嚓”，什么意思呢？人生病了到医院去了，组织器官坏了，医生拿一个剪刀就给你剪掉了，手术化疗。

我们面临这么多的，这个数据是很大的。可以说心血管疾病。今天我早上就碰到一个院士谈这个问题，1.5个亿啊，那可不是个小数目，仅仅只是心血管。一个数目就可以达到这么大。我们可以想像一下，这些坏掉的器官，我们说换掉，怎么换，拿什么去换？这就是我们今天讨论的论题，我们叫做《人体零件制造》，人体零件制造目前比较流行的办法有四种，第一种假体。你比如说腿掉了，给你装一个假体上去，腿就好了，对吧。所以这一个是属于，这个叫性能替代。另外一种呢，光这样性能替代，达不到一个功能的需求。这个不是我们的目标，我们的生活质量在逐渐提高。我们需要生活质量，那该怎么办呢？就想了其他的三种办法。我们可不可以把动物的器官和组织搬到人身上来呢？可以的。那么我们还可不可以用现在最流行的一种技术。克隆行不行。第三个，我们想用组织工程的办法制造一些零件出来，行不行。我们下面可能重点呢，就谈这后三个问题。最重要的呢，我们把重点可能要放在组织工程上面。

第一个问题呢，就已经达到了现在的替代医学。构成了一个非常强劲的趋势，制造了零件需要替代。所以就有很多替代的方式。异种移植是其中的一种，异种移植的这种方式。从17世纪就开始了，记得1682年苏联的一个大贵族生病了，他就是一个车祸造成的。把这个颅盖骨给揭掉了，一个医生给他想了一个办法，把狗的颅盖骨装到他的脑壳上去了。很好，据说手术是很成功的。可惜的是教会不允许，劝这个贵族赶快把那一块东西拿下来，最终丢掉了贵族的生命。从这以后，人们开始了很多的探索，应用了蛙皮，狒狒的心脏，猴子的心脏，猴子的肝脏，青蛙的这个腿的肌肉，很多的这种移植方式。这种移植方式给我们带来了一个很难逾越的一个障碍，那导致了一种叫做排斥效应。所以这种排斥效应目前来讲，还没有很好的办法去解决它。我们国家曾经立了很大的一个项目，我跟那个首席科学家讨论过多次，他就是准备现在进展到猪跟人相近的关系，最亲密。能不能把猪的脏器组织搬到人身上来用，那么还是没有找到合乎这种排斥反应的这种有效手段之前。它还是不能够行。

第二种办法，就是我们所讲的克隆。“克隆”这个词大概是多利绵羊问世以后，全世界都是轰动和震惊的一个事情。但是我们要知道，克隆并不是一个神秘的事情，什么叫“克隆”呢，“克隆”就是一个功能单元的再现。多利绵羊是怎么做的呢？拿一个绵羊A，它的乳腺细胞，把它细胞核抽出来，再找一个绵羊B，把那个B的这个卵子细胞核给它抽掉，然后把绵羊A的这个核细胞注入到这一个绵羊的卵细胞里边，然后构成一个信息载体，全息克隆。这个信息载体在转入到绵阳C的身上，让它妊娠发育。“克隆”就成了一个最时髦的名词了。我们讲了，它只是一个功能单元的再现。所以我们可以从分子水平着手，所以叫“基因克隆”。我们可以从细胞水平着手，原来叫核移植，现在叫全息克隆。但是我们也可以从组织和器官的这个角度去看它，我们制造一个胚细胞出来，然后按生物学发育的方式，有效地发育成为一个我们需要的组织出来。目前来讲，科学已经进入到可以制造55种零件。可以制造，是否进入临床，还有待于相关的重复和有些伦理学的讨论。

另外一个，“克隆”是一个全个体的“克隆”。那么这个就更早一点，记得有一个做青蛙的，克隆出来以后，小蝌蚪，长得很好。可是长是长了，你们知道青蛙是要掉尾巴的，对吧。等着那个尾巴一掉了以后呢，它克隆的这个青蛙，最后也就死掉了。可惜啊，那时候没有把握到现在这种技术，所以现代的技术已经进展到，克隆一个个体是没有问题的。很多国家已经把这个人体的胚做好了，放在那儿了，他就可以把一个人造出来了。那么造人是不是一种道德的行为需要讨论。但是有一点，发展到至今，出现一个治疗性克隆。就是说，我只管组织和器官这一部分，我不做整个个体。那么在我们医学来说，肯定是一大幸事。这是相关克隆的一种进步。克隆进步和异种移植。比异种移植的进步就大多了。因为克隆它可以是自体的细胞克隆，避免了一种异种排斥效应。那么这种方式，还需要很多的技术关键。因为只能够造一些相关的零件和技术，让一个肝细胞分化成为自身的组织，还有一定的难度。还是有待时日。目前有一个最热门的科学它叫组织工程。组织工程按道理讲，它是一个从20世纪50年代，上个世纪20世纪50年代就已经开始的事情。那个时候人们做的是简单替代方式。现在到了1977年，美国把两大派的科学家召集在一起，开了一个会。一派的科学家，是做这个叫残疾人救助计划，那也就是原来做假体的那部分，或者说它是做整体器官的那部分。另一部分人，就是搞生物技术的这一帮人。他是做基因分子水平上操作的人，这两家人坐在一起了，一想啊，对呀。我们中间还有一条路没走出来啊。从分子怎么能够构成一个组织呢。怎么能够构成一个器官呢，如果我们能够做得成，是不是就可以直接往人身上用呢，那么这一个该做的事情，我们应该给它取一个什么名字呢？当时就命名为“组织工程”，所谓“组织工程”，就是利用生命科学和工程科学的原理和方法，在我们了解了人体的生理和病理的机制之后，再有目的地去制造一些我们所需要的人体部件。这个人体部件就需要三大组成部分，第一个组成部分就是组织细胞。第二个组成部分就是三维支架。第三个组成部分就是一个培养系统。

我们现在先看第一个组成部分，就是组织细胞问题。因为我们人体的进化发展到今天，最大程度上的这一个异种移植和超急性排斥反应。最鲜明的特点就是由于它细胞的一些表达的蛋白质分子，如果我们能够找到一种细胞。它跟我们人体能够完全相融，那么在我们人体身上。它就不会造成那种超急性排斥反应，或者是免疫排斥反应，这个细胞来源多不多呢？现在的答案就有五六个。第一个就是你自己的细胞，那个人生病了，我可以从里边取出一个细胞来，让它再扩张，这个细胞就够用了。但是你要知道，我们人体的细胞一旦分化到一个中间状态以后，它的活力是非常有限的，所以这一个是我们目前在探讨过程当中的一个问题，就是人体自身取得的这种细胞。它的活力可否再借用“克隆”。那种细胞让它激活，再回到它的原始状态，重新进行一次胚胎发育的这种过程。

第二种就是干细胞，我可以从你缺损的那个机制当中，取一个干细胞出来，或者取多少个干细胞出来。这个干细胞，什么叫干细胞，sted cells，“树干”，干（gàn）不念干（gān），就是干细胞。干细胞的最大特点，它是多功能的，全息性的。只要在适当的条件下，它就可以有的分化，成为你的定向组织，这是目前极度要热烈研究的一个热点问题。这个有两种干细胞，第一种叫机制干细胞，就是你原位组织部位取出来的干细胞。另外一种干细胞，更全的话呢，它是一种组织胚胎中骨髓里面分离出来的，那么这种是自身的。因此它不会产生这种排异反应。但是，有道定向分化是目前这一个组织细胞当中，极度要解决的一个难题，它的培养，曾经有过这么一个实验。

美国的MIT的昂纳斯做这个皮肤，做了三十多年。但是，他做的仅仅还是一个支架的皮肤，他没有一个活性。他最后跟那个NASA合作，NASA是美国航空航天局的，他两个合作起来，构造了一个非常复杂的培养系统当中的那个培养液。这个培养液从谁想到的呢？想到一个我们当初，每个人都生活过的那个环节，羊水这样一个状态，把羊水拿出来，再把这个表皮上面的表皮细胞，那个角质细胞装在一个支架材料上面，最后逐步分化，长成五层。你们现在才知道，我们的表皮看上去很简单，它除了真皮层，外表背，五层。真正细划分的话要长出来。它要在这样一个非常苛刻的条件下面，才能够长成一个跟人体皮肤非常接近。所以这个产品在美国，1990年FDA批准上市。但是目前正进行二期临床，它不能够先直接拿到临床上去。其主要原因，它还要经过很多很多的验证，因此，这个产品目前在美国上市以后，主要是拿来做一些，你比如说，化妆品检验，毒性检验，刺激性检验。这些跟人体都是非常相关的。原来要做，先要找一只动物来汤一汤，杀一杀。然后再找那些东西再进行。就避免了这样一个屠杀动物的行为，这是一种。这种行为，就是说构成这种机制细胞定向分化和培养。需要很艰难的工作，这是两种的干细胞了。

第三种，胚胎干细胞。胚胎干细胞是组成一个胚，这个跟原来的，前面讲过的那个“克隆”有些类似，它组成了一个这个胚细胞可以发育成为一个生命的个体。也可以有道定向分化为一种组织，或者是一种器官。那么这是已经是第五种细胞了。

第六种细胞呢，就称之为不死细胞，永生细胞。永远存在的一种细胞。我们就要制造一个细胞株出来，这个细胞株就像我们现在所使用的那个老鼠一样，它可以成批成批地生产。同时呢可以永远地用下去。表征，那个细胞的特征，它不会随着你的环境变化而变化，构成这样一个细胞株。那么我们做老鼠的时候很艰难，培养一个。这种基因不突变，不随环境而改变的这种老鼠。要遗传20代以上，我们现在如果说猪跟我们更接近，我们要做成这种猪出来的话，那么也要做20代以上，我们国家现在最高的，云南的小耳猪已经做到了16代，它这个16代还是从云南的西双版纳的一个非常非常偏远的一个地区，一个老科学家，他到那个地方去，忽然发现了这个村子非常地封闭，跟外界几乎没有什么交流。那么这个地方的动物。它那个杂交行为，它就是那个圈子里面，不会受到很多外源基因的干扰，他就把那个猪从那儿背回来了，哎一养16代啊，那就是16年的酸甜苦辣。有时候不一定成功呢，它这个猪被克隆以后，这个培养过程，有时候杂交的过程，一个猪可以变得很小，所以变成云南小耳猪。有时候可以长得很大，大得不得了。它有杂交优势，那么我们现在在细胞这个水平上，做出来的这种优势，就达到这种水平，可以不随环境而变化。那么它出来就是你那个位置，它发育生长就是你那个地方的组织，所以说，你长皮肤它就是皮肤这个细胞，如果长肝就是肝细胞，如果是长的骨头，就是骨细胞。所以那种不死细胞是我们组织工程当中，细胞来源的一个梦想，人们正在做，这是关于细胞来源。这个细胞来源还有很多艰苦的工作需要做。

第二个问题是关于三维支架，我们知道我们人体组织不会是一个平面，一片纸那么样的一个光面纸，它是个三维的。因此这个三维就有三维结构，三维结构同时要选一种材料，还要制成这种三维结构。你想，要适合人体自身生物相应性的需求。它该怎么去制，目前已经达到了这样一种难题，摆在我们的面前了。首先是要选细胞这个成活的材料，这种材料很多，我们可以从天然当中来。你比如说，现在那个甲壳素就是那个里面提取出来的，那种软的多糖我们国家可能翻译成几丁质，有人翻译成可聚糖。不管怎么说它都是一种多聚糖。把那个拿来你也可以做一种材料，有的从动物的皮里面提取出胶源来。我们也可以做成这种材料，还可以从天然的更多物质当中提取更加有用的材料，这是一种叫天然材料。另外一种，我要做支架之前呢。天然材料最大的优势，它是自然界自身就存在的，所以生物纤维性比较好。但是，如果我们直接拿来使用，它的强度是不够的。另外一个缺点，它的这个来源随着外界环境的变化，而得到了实际效果，不一定是统一的，人们想去把握它，就有一定的难度。所以第二条，采用合成的办法，做成一种材料。这种合成的材料跟天然材料最大的不同，是因为我们做组织工程，需要的这种材料是在人体内要一步一步地降解，最后它要代谢成为二氧化碳和水，换一句话说，它最终是在体内绝不残存的。只有细胞分泌的这个细胞外基质。长成你自己的那个组织。你放进去的那个材料，它是以后不存在的。所以要求很高，所以这个里面呢，有天然材料可以利用，有合成材料可以利用。我们可能有一些是学材料的，这方面可以发挥你们的长处。

支架当中的最难的一个问题，就是我们这种三维构造的模式，你怎么样去把它加工出来，而且能够放到你那个体内，跟你人体能够自身很好地相容，构成了我们现在三维立体加工的一个难题。这个难题目前应该来说，还没有一个完整的技术能够很好地达到要求，流行的办法就是像打印机那个样子一层一层地打，我设计一个模式，就像打印机一层一层地往上叠，这是一种模式。第二种模式，把你这个材料拿来，跟你熔熔以后，用一个喷枪嘴给你打出来，一层一层往上叠，叠成你需要的那个形状。另外一种就是快速地原位造型的一种快速加工方式，因为原位机件制造。那个快速原位成型的机件制造已经是很成熟的办法。但是要把它搬过来在人体上用，难度就大了。为什么？我们要首先获得一个立体信息，获得立体信息有两种办法，我们到医院去过，首先给你拍一个X照，X照是什么，骨头，看看骨头的形状，把那个形状拿过来，它可以给你加工成跟骨头一模一样的东西，这个国外也能做到，我们国内也能做到。就是四军医大它就做过这个，上海他们也做过，曾经加工出来这个头盖骨。他们说可以用榔头去敲，像和尚敲木鱼一样，那很不错了。但是最大的一个问题，它放到体内去以后可以长成组织，但是跟你自己原来的那种功能，那个组织是有比较大的差异的。那么我们就需要克服很多的难题，想办法造出来那个组织，跟我原来那个组织至少它是比较接近的。那么这个换上去，你的功能又恢复了，那么这种习惯就比较好了。所以这个原位制造是目前比较突出的一个，比较有优势的一种办法。可以说，原位制造激光烧接成一个我这个材料，它可以做成粉末的。我这个模型已经做成了以后。把这个粉末铺上去，结点连起来了，它就成了一个片。一个面一个面地往上叠加，最后就叠加成了你一个骨头了。那么最后这个骨头，就可以把细胞一培养，就装在你那个人体上去了，大体这个路是这样走的。所以这个三维支架的加工过程是需要目前这么做。

第三个问题，就是组织工程当中目前最难解决的一个问题，什么难处？我们刚才说了，皮肤的那个角质细胞培养，需要在羊水那么一个条件下，它才长出了个表皮来。你要知道我们的各种组织之间的那种体液行为，是目前我们还没有完全把握清楚的一个事情。你比如说，我们这个年纪大了，骨关节就不行了，损伤了。但是如果我们要用个软骨细胞去长这个骨关节的话，那个你需要一种，它是一种在滑液的状态下面，润滑的一种滑液状态下面去生长，成型。那么这个滑液是不行的。所以就涉及到一个很大的问题，我们现在需要的细胞去扩充，去放大。去把它培养成我们需要的组织，那你该在什么条件下去做。这是第一。第二，在什么环境下面去做。这就需要我们构造一个组织反应器，这个组织反应器？还要需要考虑的另外两大因素。第一大因素，我们这个人怎么动，对吧。那么我们培养这个组织的时候，你要给它一个力，另外我们这个人生活在一个信息的社会时代，我们不管它什么信息了，现在叫信息时代。那么我们受到很多很多的物理环境的影响，电的刺激，是一个最重要的因素，曾经有一个科学家做过一个实验。如果是仅仅拿这个细胞给一个力在加载，它有一定的效果。仅仅是给一个电的刺激，它又有一定的效果。如果同时将锂和电放在一起，它的效果最强。这一个已经发展成为，我们现代医学上的一种治疗方式。不知道大家听到过报道没有。我们第四军医大学，如果这个人看到这个两个腿它不一样高的时候。那怎么办？有人说把它拉长一截，你告诉我怎么拉法呢。哎，现在就有这种拉法了，先把这个骨头给它锯一截，留那么1毫米左右，给它一个电和锂的刺激，它就慢慢地把你那个1毫米左右的那个空间就给长起来了。如果你这个还不够，再锯一次，再增加一截，增加到你一样高了。那你就不是一歪一歪的了，对不对。就是已经成为一个非常好的现代的一种医疗方式，这种方式对我们来讲，是一种非常大的荣幸。对吧！另外这种装置你要考虑怎样去给它加载才最好，我们曾经做过这个狗的椎板骨实验。这个椎板骨就是你背后那个脊骨啊，那个脊骨，如果你看过一个电视，那你可能就有印象了，一个非常漂亮的女孩，从二楼上摔下来了，她就瘫痪了。什么病？脊椎破损了。而且这个破损把她那个神经给压迫了，这个压迫了她就瘫了。后来她是用一个办法去训练她，让她恢复了。我想她不太可能，现代科学光通过那个睡眠还不太容易做到，而事实上是现在要把那个椎板骨给长起来，这个椎板骨一旦破损，它那个里面还有一层硬基膜。那个膜就是硬的，是脆的。所以它一旦硬脆，你就不敢再去碰它了，你再一碰它就碎了。这个碎了以后，那个脂肪就跑到你那个脊髓腔里去了，那你就永远地完蛋了。所以要把那个椎板骨给长好。那么她所受到的锂量和电的刺激环境，跟一般的状况下，其他的组织环境是不一样的。所以生物反应器将是一个非常大的难题，根据你不同的组织和不同的需求，不同的培养液系统和不同的加载和刺激要求，实际构成一个完整的体系。当然这是一个我们完完全全可以从立体培养组织出来的，所以这种的制造的这种环节系统，是一个最高要求。那要求是我们完整地从体外培养成为一个完整的组织器官，再装到你这个人体里面去。对吧！这是一个最高目标，但目前还做不到。但是目前有一条非常好的捷径可以做，我们把那个三位维支架做出来了，把你的组织细胞拿来了，接种在这个三位维支架上，放在这个反应器里。只要把细胞培养扩大增长到一定的数目，你比如说，10的6次方，每个平方厘米10的6次方个细胞，它就可以装到一个体内去了。然后在体内再去生长，这个材料一边降解，这个细胞在里面就成活，就分泌一些东西，就构成那个组织。那么这是一条比较捷径的路，但是这种不是组织工程最重要的目标。

所以总括起来，目前我们所讲到的现在这样的几种形式，不管你是异种移植，克隆和组织工程，都有很大的优势，都有很大的市场。但是，都面临着以前还没有解决的问题，诸如前面所讲，异种移植需要解决一个超急性排斥反应。现在的科学家们认为，超急性排斥反应完全可以借助于现代的基因这个重组技术，或者是基因克隆技术把它转化出来，转化出来以后，还基于另外一个希望。把这一个结合，那个克隆技术组成一个跟人体并不排异的这种动物出来，你比如咱做个猪出来，然后把那个猪的心脏搬到人的心上去，就没有问题了。所以这个是最大的努力目标之一，纯粹的克隆还有一段路要走，就是说它有道分化这种难题，还面临着需要我们去克服。组织工程所面临的选择种子细胞，三维支架的加工和生物反应器，或者组织器官的生成器还遇到了一定的难处。但是这个不要紧，总会在科学家们的努力下，或者说，将来有一天在我们大家的努力下，它就要变成了一个现实，我们制造人体器官，零件。这样一个商店，就可以到处都是。一旦有什么“哎”“砰”“咔嚓”都不要紧了。那时候我们不再探险，我们的生命将会充满阳光，我想主要的内容，我就讲到这样一个地方，剩下的一些时间，相关的。你们是否有哪些感兴趣的问题。谢谢，你请。

问：如果可以用那个组织工程进行定向培植，但我们知道那个一般的组织器官都是跟血管跟神经连在一起。那这时候你定向培植出来，它不可能把那个血管跟神经也一起培植出来嘛，一起培植出来那么你把原来那个器官给割了，然后把这个再装进去的话，那怎样解决那个血管跟神经的问题呢？

答：这是一个我们要继续深入讨论的一个话题，问得比较深了。就是说，你把那个地方给拿掉了，然后你换了这个东西进去，血管怎么长，神经怎么长？那我先不讨论血管跟神经连在一起的事。有时候，血管跟神经它不一定连在一起，两个问题，那么这一个我们国家，有一个973的首席科学家，在美国做了一个工作。他就是让这个组织和细胞培养的过程当中，同时长入血管。办法呢有两个，第一个办法可以把人体的这个，噢，不是人体，他是做的动物实验。把动物的这个血管接上去。它可以不停地把这个内部细胞输进去，长血管就靠这个内壁细胞去往里边延伸，因为这个材料是有孔洞的。刚才我们说了，要构成一个三维的支架，它就需要把这个细胞给送进去，它就在里面长成它的血管。自然可以长成。另外一个呢，可以造一个血管模式，把血管的细胞送进去，然后这时候，在里面就可以长成一个细胞。当然还有另外一种模式，我们在长这个组织器官的时候，可以采用多种细胞的复合培养。你比如说，我有神经细胞。也可以把这个血管的内皮细胞和长血管的平滑肌细胞，同时放在一个体系里面去。它细胞跟细胞之间相互作用，它就长了长神经，长了长血管，长了长组织。那是一个最难的一个题目，肯定已经在开始做。目前我们还是单个单个地做。你比如做肌肉，日本人做得比较好，你比如做神经，现在我们国家可以把这么长的神经到位给长出来。你要说长血管，大了还可以，现在6毫米以下的是难题。当然日本人造肌肉的时候，并不是为了做这个组织，这还是一个插叙。他做这个肌肉的时候，是为了做坐垫，做汽车的坐垫。因为这个开车的时候，汽车司机很容易疲劳，那么就想这个怎么能够，让这个司机他不疲劳，那一定要让他坐得舒适才行啊，怎么样才算最舒适呢？你想一想，什么坐垫坐了最舒适。我们记得我们小时候哇哇哭的时候，妈妈把你抱过去，坐在她的大腿上，你保准不哭了，那是为什么，肌肉跟人体最舒适的一种状态，它从那个目的出发，现在也转换成这个了。谢谢，清楚了没有。还有没有另外的问题，好，谢谢。

问：刚才你讲了一个关于干细胞的问题，据我所知，干细胞在成年人体中是比较难找到的，有没有可能从成熟的细胞之中，直接把成熟细胞直接培养成组织。

答：我想这个从两个角度回答这个问题：第一个，在人体里面是很容易找到干细胞的，这是一个概念。就是说成体的基质，每一种个体的组织它有很多界限，或者是它的这个角落上，都存在干细胞，这个我们称之为基质干细胞。这个基质干细胞，你如果能够找到一个，它就可以很迅速地扩张，到数百个，数千个，数亿个。另外从骨髓里面很容易分离出来干细胞，这叫骨髓基质干细胞。所以它那里面也可以想办法变成你需要的这个组织。那么就需要定向有道方法。第三个，就是你的第二个问题了，我想两个方面，就是一个干细胞存在。第二个，就是说用一个成熟的细胞能否让它再发育成为我们需要的这个组织，就是让它再来一个。这个刚好就是我们刚才讲多利克隆的一种绝妙办法。它实际上找的这个绵羊A，就是一个成熟的个体，找的绵羊B的也是一个成熟的个体。但是它用这个乳腺细胞是个成熟的，把核出来以后，转到另外一个抽空的壳一个细胞里面去。最关键的一个问题，我们不知道你们看过这个报道没有，就是做这个实验的时候，想了一个最绝妙的办法，让这个细胞吃不饱，把它饿一顿，就是我们现在饥饿疗法的一种，最好的一种基础理论，它可以把这个细胞原来是中和状态的，通过这个营养调配可以把它倒回到一个我们认为的这个，细胞周期中的原始起点，最后构成一个重新发育的状态。这个技术目前在克隆里面是已经做得到的，所以你这个问题，我从两个角度来看。它都是可行的。希望你将来有兴趣去做一做。谢谢。

我想把我最后一个问题讲了以后，大家再来讨论一下，就是我们组织工程目前的进展状况，组织工程在美国花了很大的气力。这是美国的一个绝妙的举动，它是要在现代的高科技技术当中取得垄断地位，目前投资就政府资金来看，已经投入了35亿美金，它的初步预算，美国人从组织工程当中，至少能够获得80个billion（亿）的利益，什么意思？800亿，是不是。那个效率，就是美国了。所以美国现在有30多个公司，转入了这场研究。刚才我说35亿当中，还不包括这个公司的这种行为。美国人曾经从美国，不是美国，从英国干了一个惊天动地的事情。为了干这个移植和组织工程，从英国买了完完整整的一个研究所，连人带马统统搬到了美国的彼兹堡，构成了一个联合中心。从此，那一个中心就不再对外公布它的任何科研成果。老老实实，扎扎实实地一天一夜加紧加班地在干这个差事。所以可想这个里面竞争是很强烈的，美国进展的最具竞争的是一个MIT，就是麻省理工学院和哈佛医学院，联合构建的一个组织工程研究中心。就是专门做生物三维支架槽的，这些都是它里面的非常得力的强将，他们现在主要集中在两个东西，一个是心脏，另一个是肝。除了这个地方以外，还有一个比较强劲的对手美国。在GIT我们曾经说过的，它在美国的政府里面拿了3500万美元，就做心血管系统。这个也是重新组织了一帮人，除了政府里面拿到的资金以外，重新还有一个彼特，给他们注入了很大一笔资金。现在构成了有100多人的，在美国来讲，100多人的一个研究机构非常庞大了。它是一个萝卜一个坑，绝对不会让一个空下来。干的事情，它就是要做心脏，它现在做得比较成功，它在预计，预测，它可能在10年内把这个心脏给它做出来。这是美国的GIT，那么彼兹堡呢，刚才说了，它搬了整个一个研究所过去，它里面呢，还有很大一帮人结合起来，构成了一个区域性的研究。这样呢，在美国几乎涉及到所有的人体器官，部件。但是，美国目前遇到了比较大的一个障碍，分泌性的组织器官遇到很大障碍。去年是上升了，结构性的组织工程上升了80％，但是分泌性的下降了30％。

原因是什么？他们最有希望的已经投入了两个多亿的，做这个人工胰脏。这个想起来比较简单，把这个胰岛细胞培养出来，用一个胞胚构成一个胰岛，把这个胰岛植入到人体里面去。这个胰岛细胞就是专门分泌的一种酶，可以降解体内的这种糖，血糖。就是专门对付那个糖尿病的。前面做得都是一路欢喜一路凯歌，文章是成篇累牍地发表。2001年到了他们的第二临床，突然遇到了一个障碍，它在人体里面通不过，所以那个分泌性一下子就降了30％，那么这个结构性的组织工程上升了80％，这是一个趋向。我们国内的这个组织工程的趋向，当然不用说了，973以首席科学家曹颖为首，上海九江。然后积聚了国内的一大帮科的学家，有的做材料，有的做细胞，有的做这个身上长第三个耳朵，是带血管的耳朵，不是1990年美国的这个鼻子和耳朵，没有血管，只是一个摆设。而他那个是有血管的耳朵，长出来了。去年（2001年）报道的是刚才说的，咚咚咚可以敲骨头的那个颅盖骨。昨天还有一个比较大的进展，国内的。前两天我碰到一个人，他叫许文强，他那一套克隆技术，可以做55 个人体部件，这个人体部件，这个左手和右手，这是两个部件。所以这样算下来呢，那个人是有手心的，两个手不一样，因为克隆出来、发育出来。你说是个左手不能搬到右手上去用，所以是一个一个，它不一样。还可以做55种，所以我们国内在这方面也是花了很大气力的，因为我们的人口在世界上，人口占的比重很大。如果我们世界贸易组织进来了，这些钱都让美国人控制我们。然后我们的生存自然就是一个问题，所以面前各位在座的，肩负有重要的历史使命。希望你们有机会，在组织工程里面占上一席之地。谢谢。

神秘的生命起源 -袁训来

主讲人简介

袁训来，中国科学院南京地质古生物研究所研究员，北京大学地质系硕士毕业，毕业后分配至南京地质古生物研究所工作。主要研究早期生命起源的演化及其发展。

内容简介

生命起源是一个亘古未解之谜，地球上的生命产生于何时何地？是怎样产生的？千百年来，人们在破解这一谜底之时，遇到了不少陷井，同时也见到了前所未有的光明。生命起源之说，第一个谜是生命起源的时间问题。第二个是生命起源的方式问题，生命是怎样起源的？它在什么地方起源的？

从古至今，有很多说法来解释生命起源的问题。如西方的创世说，中国的盘古开天地说等。但直到十九世纪，伴随着达尔文《物种起源》一书的问世，生物科学发生了前所未有的大变革，同时也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了一丝曙光，这就是现代的化学进化论。生命起源的化学进化论首先在1953年首先得到了一位美国的学者米勒的证实，米勒描述的生命起源的事件应该是什么样子的呢？那就是在早期，地球上因为它含有大量的还原性的原始大气圈，比如说甲烷、氨气、水、氢气，还有原始的海洋，当早期地球上闪电作用把这些气体聚合成多种氨基酸，而这多种氨基酸，在常温常压下，它可能在局部浓缩，再进一步演化成蛋白质和其他的多糖类、以及高分子脂类，在一定的时候有可能孕发成生命，这就是米勒描述的生命进化的过程。

地球上的生命也许就产生在距今38亿年到40亿年之间，但是我们应该清醒的明白，我们距离揭开生命起源这一亘古之谜，还有一段遥远的科学历程。从无机物到有机物，到有机化合物到有机生命体的演化，同时还具有很多的偶然性，并不是有这种环境，有这种形成条件，它就能产生生命。有人曾经比喻说，这些无机物好像一个垃圾堆里面什么都有，塑料、塑料瓶子、铁，废弃金属、油，而生命，一个单细胞，就像一辆精美的奔驰车，在一阵台风过后，这些垃圾组装成了一个奔驰车。因此我们可以想像，这个生命起源的过程是非常非常地艰难。因此，也许我们在这个蓝色的星球，是生命的惟一的乐园，因此请保护我们的地球，珍惜地球上的生命，我们不能奢望地球上第二次的生命起源。

全文

大家好，我今天给大家讲的题目是《神秘的生命起源》。生命起源是一个亘古未解之谜，地球上的生命产生于何时何地？是怎样产生的？千百年来，人们在破解这一谜底之时，遇到了不少陷井，同时也见到了前所未有的光明。在两千五百年前的春秋时代，老子在《道德经》里写到，道生一，一生二，二生三，三生万物。用现在的话说，就是地球上的生命是由少到多，慢慢演化而来。它们有一个共同的祖先，这个祖先就是一，而这个一是由天地而生，用今天的话说，可能就是由无机界所形成。

在中世纪的西方，《圣经》上描绘的上帝，在七天之内造就万物之说，也是非常流行。今天看来，生命起源并不像这些古老传说，或神话描绘的那样，但表明了人类长期以来，对生命起源之谜倾注了极大地热情和关注。但生命起源应该是怎样发生的？科学又是怎样对这一千古之谜进行探索的？我们已经取得了哪些进展？还有哪些问题没有解决？这就是我今天要给大家介绍的内容。

首先，生命起源之说，第一个谜是生命的时间，起源的时间问题。在中世纪的西方，人们对《圣经》的上帝造人的故事是深信不疑的，在1650年，一位爱尔兰大主教根据圣经上所描述的，计算出上帝创世的确切时间是公元前4004年，而另一位牧师甚至把创世时间更加精确地计算到公元前4004年10月23号上午九点钟。也就是说，生命起源距今的话，是六千年前，这当然不是真的，而真的是什么呢？真的就是用科学的回答，科学是怎么回答这个生命起源的时间呢？那就是说用化石，是保存在岩石中的化石来回答。我们知道，生物死亡后，它们的遗迹在适当的条件下，就保存在岩石之中，我们把它们称作化石。地质历史中形成的岩层，就像一部编年史书，地球生物的演化历史，就深深埋藏在这些岩石之中，年代越久远的生物化石，就保存在岩层的最底层。

迄今为止，我们发现了最古老的生物化石是来自澳大利亚西部，距今约三十五亿年前的岩石，这些化石类似于现在的蓝藻，它是一些原始的生命，是肉眼看不见的。它的大小只有几个微米，到几十个微米，因此我们可以说，生命起源它不晚于三十五亿年。同时我们知道地球的形成年龄大约在46亿年前，有这两个数据我们就可以看到生命起源的年龄，大致可以界定在46亿年到35亿年之间。今天，随着科学的发展，地质学家认为，在地球形成的早期，地球受到了大量的小行星和陨石的撞击，它是不适合生命的生存。与其说当时地球上有生命，还不如说它在毁灭生命，因此地球上生命起源的时间，它不早于40亿年。另外，在格陵兰的38.5亿年的岩石中发现了碳，这个碳的话，我们知道，碳分两种，一个无机碳，一个有机碳。另外，这个碳的话，它有重碳和轻碳之分，因此我们可以根据这个碳之中的轻碳和重碳之比，就来可以推测这些碳的来源。科学家根据碳的同位素分析，推测这些碳它是有机碳，是来源于生物体。也就是说，这样我们把生命起源的时间大大缩短了，也就是在距今40亿年到38亿年之间，自从地球上生命起源之后，一直到现在45亿年，就是生生不息的生命演化史。

好，首先我们现在已经有了生命起源的时间概念，是距今40亿年到38亿年之间。那生命是怎样起源的？它在什么地方起源的？这样我们不得不回顾一些有关生命起源的假说。

第一个是创世说，在《旧约全书》的第一章写到，上帝在七天之内创造了世间之万物，在中世纪的西方大家普遍接受这个观念，可以说一直到现在，这种观念还被很多人接受，当然这也不是真的。第二个呢，是自生论，比如说希腊人认为，昆虫生于土壤，春天万象更新，种子从泥土里萌发，昆虫从去年留下的卵壳中破壳而出。但这不是生命的起源，而是生命的延续，可以说这个自生论，现在已经被彻底抛弃了。与这个类似的说法，还有比如说埃及人认为生命来自于尼罗河，在中国古代也有腐草生萤之说。

第三个有关生命起源的假说，就是有生源论，这个在19世纪的西方也相当地流行，有生源论认为，生命是宇宙生来就固有的，你要问我生命从哪里来的，你首先给我回答一个问题，宇宙怎么起源的？物质怎么来的？你给我回答了物质是怎么来的，生命我就可以说是从哪儿来的，其实这是一个不可知论。在20世纪的后半叶，有生源论逐渐发展到现在的宇宙胚种论，直到现在，有许多科学家认为，生命必须的酶，像蛋白质，和遗传物质的形成，需要数亿年的时间，在地球早期并没有可以完成这些过程的充足时间段。因为它就两亿年，因此他们认为生命一定是以孢子或者其他生命的形式，从宇宙的某个地方来到了地球，这种观念也是有一定的依据的。

二十世纪四十年代以来，人类用天体物理的手段，在地球之外探测了近百种有机分子，像甲醛，氨基酸等等。其中两种天体可以与地球上的生命有关，它可能给地球带来生命或者有机分子，一个是彗星，一个是陨石。我们知道这两颗天体里边它含有大量的有机分子，比如我们把一些彗星称为脏雪球。它们不仅含有固态的水，还有氨基酸，铁类，乙醇、嘌呤、嘧啶等有机化合物，生命有可能在彗星上产生而带到地球上。或者在彗星和陨石撞击地球时，由这些有机分子经过一系列的合成而产生新的生命。当然这种胚种论也存在着不同的观念，它有两种致命的弱点，一个是生命是否能在宇宙中进行长期的迁移？还能不能够存活？我们知道天体之间的距离是以光年为计算的，天体之间交流可能需要成千上万年，从一个星球到了另外一个星球。那在这种真空里面，暴露在这种大量的宇宙射线之中，活的生命它是不是在千万年中还能够继续萌发呢？这是一个最大的问题，第二个从无机分子到有机化合物的过程，这种过程，比如说彗星上我们看到有机小分子形成，在地球上也能够形成，这是不用置疑的。

1859年，伴随着达尔文《物种起源》一书的问世，生物科学发生了前所未有的大变革，同时也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了一丝曙光，这就是现代的化学进化论。生命起源的化学进化论首先在1953年首先得到了一位美国的学者米勒的证实，既然你说地球早期温度都是比较高，又充满了很多还原性气体，还有水，那么我就把这些气体，把水放在一个瓶子里面，看看它是不能产生生命，或者产生有机化合物。米勒在1953年把氨气、氢气，还有水、一氧化碳放在一个密封的瓶子里面，在瓶子里面两头插上金属棒，完了通上电源，通过这个类似于闪电的作用，确实在几天之后产生了大量的氨基酸。那么就是说在地球上面，在闪电下，在常温下，也能成为无机分子，合成有机分子。我们知道，你氨基酸的话，是组成蛋白质的最重要的物质，可以说，组成生命起源最重要的物质。因此，米勒描述的生命起源的事件应该是什么样子的呢？那就是在早期，地球上因为它含有大量的还原性的原始大气圈，比如说甲烷、氨气、有水、有氢气，还有原始的海洋，当早期地球上闪电作用把这些气体聚合成多种氨基酸，而这多种氨基酸，在常温常压下，它可能在局部浓缩，再进一步演化成蛋白质，蛋白质和其他的多糖类，以及高分子脂类，在一定的时候有可能孕发成生命，这就是米勒描述的生命进化的过程。

但是这种温暖水池说，也遇到一些问题，其中有两个问题，第一个问题是现在地质学家认为，地球早期大气圈它并不是含有大量的还原性气体，它是含有大量的二氧化碳和氮气，比米勒的这个气体多一些惰性。在闪电的情况下，你并不能形成大量的氨基酸。第二个，温暖的水池在地球早期并不能长期形成，为什么呢？因为当时地球早期，刚才说过它有大量的陨石、流星，还加上地球本身的放射性，温度很高，你这个温暖水池一旦生命产生了，一个陨星过来，温度在瞬间之内可能达到上千度、甚至几千度，生命已经绝灭了，只能再来一次生命的起源。但是我们现在就这么想，现今的地球上是不是有温度比较高，还有还原性气体，还有生物存在呢？那么，有两件工作可以说具有划时代的意义，一个是1967年美国学者布莱克，在黄石公园的热泉中发现了大量嗜热生物，我们知道蛋白质一般的话超过六十度，就会凝固的，煮鸡蛋六十度七十度以上鸡蛋就熟了，但是生物，是不是在六十度以上还能够生活呢？在以前是不敢想的。

第二个就是1977年克里斯，他在太平洋底的热泉中，同样也发现了大量的嗜热微生物，这个温度它要更高，它可能达到二百到三百度。它压力呢，也有二百到三百个大气压，它的环境是什么样子呢？它确实有大量的还原气体，有硫化氢、有甲烷、有氢气、还有一氧化碳，这个环境确实非常类似于四十亿年前早期地球的环境，那么生命起源它是不是就在这个时候产生的呢？这是我们现在看到的情况，但是化石中有没有在火山喷口或者是热泉中发现的微生物呢？确实有，我们在这方面，我们在化石方面也取得了非常重要的进展，比如说在2000年，罗斯玛森，澳大利亚的一个科学家，他在澳大利亚距今大概32亿年左右的火山沉积里面发现了大量的保存完好的丝状体。这说明在32亿年前，生命在热泉的附近已经大量生存，那么这是现在最新的，最流行的，也可以说迄今为止最科学的有关生命起源的假说，就是生命起源于热泉，或者海底热泉，俗称“黑烟囱”的附近。

海底热泉和陆地上的热泉它们都有很多共同的特点。第一个它温度高。第二个它含有大量的还原性气体，除了二氧化碳以外，还有一氧化碳、氢气、氨气还有硫化氢。第三个特点就是它们都含有大量的生物，比如说蓝藻、光合细菌、硫细菌，特别是一类古细菌，在高温下异常地繁盛，它在超过一百度的时候大量繁盛，而离开了这样的环境，比如温度一降下来，它马上就进行休眠，而且并不能正常的生活，那么这些生物是不是就代表了最早的，最原始的，地球生命起源的时候，这种原始的生命形式呢？

第一个早期地球温度都很高，产生的最早生命形式，应该是一些能适应高温的生物，而热泉中，生物恰恰就是嗜热的微生物。第二个，热泉的环境与早期的地球环境有很多类似之处，比如说它有高温，还有大量的还原性气体、一氧化碳、氢气、氨气，还有硫化氢等等。第三个，在高温的热水环境的话，它是有利于小分子的有机化合物脱水，聚合成有机高分子，比如说现在我们用有机小分子氨基酸合成蛋白质的话，它就是在热水中，通过这个热聚合反应，脱水以后形成这样的高分子，特别是在这种热水口附近的话，形成了黄铁矿，俗称“愚人金”。它是由硫和铁组成的，在它的表面的话，它非常有利于高分子的合成，因为这个硫化铁表面是一个非常好的一个天然的催化剂。第四个有利的证据是热泉口向外层海水之间它有一个温度，和水化学鉴别的梯度，这个梯度的话，也是有利于各种化学的连续反映，我们知道热泉口它喷出来的时候，它的温度可能到达二百度到三百度，特别是在海底洋中脊附近，而海水的温度的话，这种海底的温度一般在0到4度，这样的话，从三百度，一直到四百度，它有一个温度梯度，这种温度梯度的话，对有机化合物合成的话，可以说存在一个连续的反映。第五个也是最重要的一点，就是现在热泉中的生物的话，它确实是生物演化速度的最根部的类型，也就是说它的基因是最古老的类型。

现代生物学家，他通过生物分子学的研究，他把热泉中的一些嗜热古细菌，跟现在的普通细菌进行了基因的对比，发现它们基因的相同点，不超过60％。那么就是说这些古细菌它们含有非常多的古老的基因，也就是说，它们很有可能就是生命起源时候的这种类型。应该说，生命起源我们研究生命起源它最好的证据，还是在地球上，40亿年到38亿年间的岩石和化石所包含的信息。但是，经过40亿年的变化，地球已经面目全非，现在的地球即使你有40亿年到38亿年的岩石，它也进入了大量的变种，信息也几乎全无。

因此我们把目光不要局限在只是在地球上，如果说生命是宇宙之中一个普遍的现象的话，除了地球之外的其他天体上，是否也有类似于地球早期的这样的环境呢？如果有的话，也许能为研究生命起源打开新的窗户，我们第一个目标是什么地方呢？不是火星是月球，现在地质学家认为，月球是40亿年前，一颗大的行星撞击地球，而从地球上迸发出去。形成了当今的月球，这个时间正好是40亿年，如果地球上有生命起源的话，我们在月球上看看，那不就是解决这个问题了吗。在中国的古代神话中有嫦娥奔月的这个说法，月球上有月桂、有月兔，还有浪漫的爱情故事，但是二十世纪六十年代到七十年代，随着前苏联和美国的宇航员登陆的成功，这个神话彻底破灭了，月球其实是一个没有生命，没有水，没有氧气，不适合生命生存的荒漠的星体。

那么我们第二个目标是什么呢？第二个目标是火星，因为火星也许在40亿年以前，有着跟地球类似的经历，火星的物质成分跟地球非常近似，它的轨道也跟地球非常近似，那么火星上是不是有生命呢？我们到火星上去干什么呢？我们寻找生命起源，要从哪几点入手呢？一般来说是三点，第一个在火星上寻找是不是有活的生命？如果有活的生命，那好了。那生命的话，可能真是在宇宙中起源的，或者地球上的生物也许来自火星，或者来自其他的彗星。第二个我们寻找液态水，因为我们知道，水是万物之源，水是生命之源。现在地球上我们所理解的生命形式是离不开水的，所以寻找液态水也是非常重要的一个指标。第三个寻找与生命有关的化合物，如果我们现在没有活的生物的话，过去有没有呢？过去的生物是不是形成了一些化合物？它是不是以化石的形式保存在这些岩石之中呢？所以我们到火星上寻找生命，抱着三个目的。

1957年美国的海盗号航天器发回到地球的信息时，火星上没有生命，没有液态水的存在，它是一个荒芜干渴的红色的星球。但是人类并没有气馁，20世纪90年代，美国宇航局加大了对火星的探测力度，通过火星探测者号、火星拓荒者号航天器和哈博望远镜得到的图片，和其他的有关天体物理的信息资料显示，火星上过去很可能有过液态水的存在。一些航天资料显示，火星上有类似于像我们发生大洪水山前的冲积扇的构造，还有水、河道、像地球上干涸的河床的河道，还有水侵蚀岩石的痕迹。另外还有非常特别的一点，在火星的两极，发现了类似于地球上冻土解冻的情况，这是我们的航天资料。

但是我们如果有仪器，带上仪器带上人，在火星上去进行探索，或者获得一块石头，进行分析一下，这些事情不是一目了然了吗？所以在1999年初，美国呢，发射了一个火星极地着陆器，它带着了精密的分析仪器，准备在火星的极地进行仔细地研究。但是非常不幸，在1999年底，本指望这些仪器能够得到有关火星上是否有水的直接的信息的话，但就在进入火星的大气层中，跟地球上失去了联系。

那么我们对火星的研究，那就束手无策了吗？现在至少在现阶段并不是，我们有来自火星上的陨石，非常幸运，在1984年，人们在南极的冰盖上面，发现了一颗陨石，这个陨石拿回来以后呢，对它进行它的元素和做气体化学分析，发现这个陨石呢，它的气体它的同位素，跟火星上非常类似。所以他们认为这个陨石是来自火星，这个陨石是在一万年前，掉在冰盖上，南极的冰盖上。

通过这个陨石的放射性同位素年龄测定呢，这个陨石40亿年，距现在有40亿年左右，正好跟地球上生命起源的年龄是一样的。那么几十年来，科学家通过了大量研究这个陨石，一些研究者认为，这个陨石上含有了生命的迹象，有哪几个方面的证据呢？有三个，第一个这个陨石里面含有数种沉积矿物，因为沉积矿物它是有水的情况下形成的，所以科学家从中推断，火星上可能有水，特别这些矿物里面有一种是磁铁矿物。他认为这种磁铁矿，它只能由生命的形式存在，这是第一个证据。第二个，在这个陨石的表面通过化学分析，获得了多种多环的芳香烃，他认为这种多环的芳香烃的话，与生命的形式有关。第三个它是通过扫描电镜仔细观察，发现了形态非常类似细菌的生物化石。这化石并不是很大，只有几百个纳米，因此，在1996年，美国宇航局向全世界宣布，在40亿年前火星上曾经有过生命，当然这是一家之言。这颗陨石里面，这个有关生命存在的信息是不是真的呢？当然有很多学者对这些证据提出了置疑。第一个就拿磁铁矿来说，你认为只能由生命生存，我同意，你认为这个沉积矿物它也是由生命生存，我也同意。它是生命有水的形式下才能沉积，我也同意。但是你要知道这个陨石是在南极的冰盖上找到的，那冰全是水，你在陨石撞击冰盖的时候，可能有很多的水溶化了，陨石撞击这个地球的时候，它可能形成很多裂隙，如果有液态水，溶化的水，从这个裂隙进去的话，那不也可能形成一个自身的沉积矿物吗？另外你认为这个磁铁矿，你也可能，有人认为磁铁矿的话，也并不是说是生命特有的，在其他物质条件下也可以形成，所以第一条证据的话，就有很多科学家认为它占不住。第二就是多环芳香烃的问题，同样你看像南极冰盖，你是零下40度，或者50度也好，也有大量的菌藻的生存，它是不是污染的呢？现在的污染，也许是一万年以前污染的呢。所以这条证据的话，你也不能说是一个非常可靠的证据，百分之百的证据。第三个证据，特别是第三个证据它更加靠不住，就是把陨石把它劈开，你看见这些所谓的细菌的化石，这些化石，第一个它太小，它的直径的话只有几十个纳米，我们知道，你像一个铁的原子核的话，它可能就有0.6个纳米，所以你这个，所谓生物化石它的直径的话，它可能就是几百个，甚至由上千个原子核组成。所以这基本的话，在现在我们理解的这个具有细胞膜包裹的原始细胞最小形态是不可想像的。所以这个有关陨石上生命的存在，或者火星上生命的存在，还需要继续的研究。

我们所观察的第三个天体，就是木星的卫星，特别是第二个卫星，叫木卫二，它的大小跟地球直径非常类似，在1997年美国的伽利略号航天器对木卫二进行了观察，他们发现在木卫二表面的话，有大量的裂痕存在，并且是多起的裂痕，通过天体物理学的方法研究，这个星球其实全是由水组成的，这个水是固态的冰，变成了固态的冰，我们从这些很多很多的裂隙可以看起来，多起裂痕看起来，这个星球也许在过去或者某个时候，某几个时候，这个水曾经溶化过。也就是说，它曾经有液态水的存在，有液态水存在，它是不是也有生命的存在呢？但是这个还是一个未知数，我们需要更进一步的研究。总之，随着航天科技和其他相关技术的进一步发展，地外生命的探索，为我们研究生命的起源开辟了一个新的途径。

但无论怎么样生命起源的过程的话，这三个过程是跑不了：第一个是从无机物到有机小分子，这种过程，比如说你一氧化碳、二氧化碳、水、氢气、氨气、甲烷，这些东西你合成有机小分子，像氨基酸、嘌呤、啶、核苷酸、高能化合物、肪酸、有卟呤等这些东西，这个过程是跑不掉的，因为地球生命的起源的话，你从无机界到有机界，所以这个过程。一个过程是不管在什么地方，在海底也好，在热泉里面，在火星上或者在木卫二，都跑不了这个过程，所以研究生命起源的过程的话，是第一个。

第二个呢，它是有机小分子到有机大分子这个形式，就是刚才说的氨基酸嘌呤嘧啶这个东西，有机大分子像蛋白质多糖，核酸这个过程，因为蛋白质是组成生物体的主要的物质，还有多糖、糖类、都是组成很多细胞的这个骨架，细胞壁的主要成分，还有核酸、这是遗传物质，所以这个过程的话，也是跑不掉的。

第三个这些生物的大分子，演化到原始单细胞的生命，这也是跑不掉的。一个原始的单细胞，外面有一个膜包裹，里面有遗传物质，要进行新陈代谢的交换。所以生命起源的过程其实可以简单地分成这三个过程：对这三个过程我们现在做到哪一步呢？我们还有什么没解决的呢？第一个我们看看从无机物到有机小分子这个过程，其实这个过程的话，在热泉中，在深海的海底“黑烟囱”中，还是在实验室中，我们都能够合成这个米勒的实验就是一个最经典的实验，它就是把无机物合成了有机小分子。

第二个过程，我们再看看，第二个过程是有机小分子，到有机大分子这个过程，这个过程的话，其实在热泉，像海底热泉口，还有陆地上，像黄石公园，我们国家云南的热泉都有这种过程，因为这个温度很高，它有机物在里面的话它可以进行热聚合脱水反应，能形成蛋白质，我们在实验室里面，这个过程也是可以重复的，所以生命起源的第二个过程也不是难的事情。

最难的是生命起源的第三个过程，就是生物大分子到原始单细胞这个过程，可以说这个过程是迄今为止科学家们研究上遇到最大的难题。也是无机生命到生命，无机化合物到有机生命不可跨越的一个鸿沟，这个过程包括哪几部分呢？换句话说，我们要研究生物大分子，到原始单细胞生命，要从几个部分来入手呢？第一个我们要研究自我遗传系统，一个遗传系统，就是能自我复制的生物大分子这个系统的建立，DNA、RNA这种系统的建立。它怎么建立的？它怎么合成的？它们怎么有遗传的功能？第二个，蛋白质的合成，它要纳入到自我复制系统的控制，这是什么意思呢？就是它新陈代谢，它是能量和物质在细胞内的交换，接受太阳光、接受化学能，产生有机物，再用这有机物分解而产生能量，这个能量像一个马达一样，来运转这个细胞，是这个过程。这个过程也是非常难的一个过程，第三个过程，生物膜系统的形成，也就是说比如说像细胞壁、细胞膜，生物膜的系统，为什么重要呢？因为我们知道无机界是没有隔离的，没有这种隔离，只有在生物里面它有一个膜跟外界隔离，同时这个膜也不是绝对隔离，而是跟外面进行物质的交换。它有一些小的空隙，所以这个生物膜系统也是一个非常精密的生物机构，所以在生命起源之中这三个阶段或者三个步骤缺一不可，也是非常难的三个步骤。

迄今为止，我们把生命起源可以描述成这样子的：在40亿年前的地球上，由无机分子合成的有机小分子，它聚集在热泉口，或者火山口附近的热水中，通过聚合反应，形成了生物的大分子，这些大分子进行自我复制，自我选择，进而通过分子的自我组织，并自我复制和变异，从而形成核酸和活性蛋白质，同时分隔结构同步产生，最后在基因的控制下的代谢反应，为基因的复制和蛋白质的合成提供能量，这样一个由生物膜包裹着的具有能自我复制的原始细胞，就在地球上产生了。这个原始细胞可能是异养的，或者是化学自养的，它可能类似于现代生物在热泉附近的嗜热古细菌，这个描述短短几百字，就把生命起源的过程描述过来了。但它有四个无法逾越的鸿沟，一个是自我选择，因为你组成生物大分子或者RNA，DNA，它这些分子都是非常有限的几种分子。在无机条件下，或者在闪电情况下、或者在热水中，它形成很多这样的分子，这些分子怎么能自我选择，能合成DNA，RNA，能把其他的大分子抛弃掉，这个过程的话，我们并不知道它，为什么这样子？第二个是自我复制，DNA，RNA它自己能够复制，能够为下一代遗传下去，这个过程我们也并不知道。第三个是分隔结构，就是细胞膜，比如细胞膜、或者细胞内部的膜结构，这个过程我们也不是很清楚，它怎么形成的？像磷脂、精细的生物结构怎么形成的，我们也并不是很清楚。另外是一个新陈代谢的问题，你怎么先是吸收外面的能量，这个过程我们并没有解决，但不管怎么样这种热泉中生命起源假说的话，它确实有很多有利证据的支持，特别是近年来，它取得了一系列最重要的进展。

我们知道，热泉中含有大量的一氧化碳、硫化氢和硫化金属矿物，特别是黄铁矿物和硫，一方面硫化铁和硫，有新陈代谢的出现。硫化铁是一种非常重要的催化剂，很多化学反应在它的表面或者说在它的晶体骨架里，进行得非常非常的顺利，一些重要化合物已在在热泉中被发现。例如一种活性物质，像硫化脂就发现在热泉之中，它与一种非常重要的化合物，一些复合物非常类似，这种化合物提供了能量新陈代谢的一种途径。

所以说这个新陈代谢的途径的话，可能跟热泉中的黄铁矿和硫，以及它们的聚合物有一定的关系。另一方面，遗传物质核糖核酸，RNA的出现的话，与硫化脂和硫的化学过程有着非常密切的关系。而脱氧核糖核酸，DNA它还可以直接用RNA脱氧演变而来。还有另一个的话，像黄铁矿的聚合物，就是这个热泉口中的这个黄铁矿的聚合物的话。其实，存在于很多重要的生化酶的中心，那些生化酶的话，可能就产生于含有大量的硫热泉之中。由此看来，地球上的生命也许就产生在距今38亿年到40亿年间这些充满硫磺味的热水池或者软泥之中。但是我们应该清醒的明白，我们距离揭开生命起源这一亘古之谜，还有一段遥远的科学历程。从无机物到有机物，到有机化合物到有机生命体的演化，同时还具有很多的偶然性，并不是有这种环境，有这种形成条件，它就能产生生命。有人曾经比喻说，这些无机物好像一个垃圾堆里面什么都有，塑料、塑料瓶子、铁，废弃金属、油，而生命，一个单细胞，就像一辆精美的奔驰车，在一阵台风过后，这些垃圾组装成了一个奔驰车。因此我们可以想像，这个生命起源的过程是非常非常地艰难。因此，也许我们在这个蓝色的星球，是生命的惟一的乐园，因此请保护我们的地球，珍惜地球上的生命，我们不能奢望地球上第二次的生命起源，谢谢大家。

试 飞 -沙长安

主讲人简介：

沙长安：毕业于西北工业大学飞机设计专业，后来分配到中国飞行试验研究院从事飞机颤振、振动飞行试验研究。

现任中国飞行试验研究院院长，国家两种先进飞机的试飞总指。2002年在莫斯科航展上曾亲自驾驶米格-29和苏-30飞机进行飞行表演。

主讲内容：

非常高兴有机会向大家介绍我们飞机研制过程当中的一个重要环节飞行试验。大家知道，今年是人类飞行一百周年，是非常有意义的一件事情，也是二十世纪的一项非常有影响的发明。我下面就把飞行试验的一些情况向大家做个介绍。

试飞实际上我们讲的是飞行试验，它是在真实的飞行环境条件下，对新研制的飞机的系统进行各种试验研究的一个总称，通常我们把飞机的飞行试验叫做试飞。从飞机研制开始，试飞就伴之而来，这个试飞主要有这么几个目的：一个是探索航空的一些未知领域；另外是验证航空的新理论、新技术还有比较常见的是对研制出来的飞机进行鉴定、评估；再有就是检查、分析和排除重大的故障和缺陷；最后就是形成飞行员的手册和飞机的维护手册。

我给大家说说试飞员和飞行员有什么差别，试飞员和飞行员的区别是什么呢？一般的飞行员驾驶的是经过试飞鉴定以后合格的飞机，而且在规定的使用包线范围内进行飞行。而试飞员驾驶的是新研制，全新的飞机，每一次的试飞都可能充满了各种风险，可以说他们是和平年代离死神最近的人。

最后我简要地介绍一下飞行试验技术的未来发展，飞行试验技术的发展，它始终要围绕着飞机的研制来进行的。当前高新技术的一些发展，像第四代战斗机，第五代战斗机，它有非常突出的一些特点，发动机采用矢量推力的技术，超音速巡航，高机动性和高敏捷等等这些，这是一种下面发展的趋势。

回首人类航空百年的发展历程，飞行试验可以说起到了不可替代的作用，它为人类成功地飞行做出了突出的贡献，可以说试飞铺就了通天大道，它就会帮助人类飞得更高，更快、更远、更安全。

《试 飞》 （全文）

各位领导、各位同学、大家好，非常高兴有机会向大家介绍，我们飞机研制过程当中的一个重要环节，飞行试验。大家知道，今年是人类飞行一百周年，是非常有意义的一件事情，也是二十一世纪的一项非常有影响的发明。我下面就把飞行试验的一些情况向大家做个介绍。

我介绍的第一部分叫试飞铺就通天路。这试飞实际上我们讲的是飞行试验，是在真实的飞行环境条件下，对新研制的飞机的系统，发动机等等，以及一些新的理论，新的技术方面等进行各种试验研究的一个总称，通常我们把飞机的飞行试验叫做试飞。

从飞机研制开始，试飞就伴之而来，那么莱特兄弟在他们之前也有一些试飞的尝试，可以这么讲任何一种新飞机从设计制造出来以后，都必须经过充分地试飞，才能够变得成熟可靠，才能够安全。有些同学可能问了，这试飞的目的是不是把飞机能够飞起来，它不单单是这样的，这个试飞主要有这么几个目的：一个是探索航空的一些未知领域；另外是验证航空的新理论、新技术还有比较常见的是对研制出来的飞机进行鉴定、评估；你是不是达到了当时提出的设计的要求，一些指标，比方说军用飞机有战术技术指标的要求，是不是达到这个要求民用飞机，它的适航性怎么样，要进行一些评估、鉴定；再有就是检查、分析和排除重大的故障和缺陷。因为新研制出来的飞机，可能会有很多大家没有认识到的问题或者会在飞行试验当中暴露出来，通过飞行试验找出这个问题，然后设计部门，技术人员大家再解决这个问题，解决以后再去验证，要做这个工作，通过飞行试验还有一个很重要的目的，就是最后有形成飞行员的手册和飞机的维护手册。比如我们的飞机交到民航，交给军队，怎么飞，它有个手册，就相当于使用说明书，这个通过试飞摸索了很多东西拿到的。

那么试飞的分类有这么几种：一个就是鉴定试飞，就是新型的飞机，新型的发动机和机器的设备进行考核鉴定试飞的。还有一种是演示验证试飞，另外一种是研究性试飞。那么讲到试飞，我在这里说明，其实能用试飞这个词还有其他的几种情况。比方说这个工厂生产的飞机，不管是像国外也好，国内也好，生产的飞机，它生产出来以后，它必须要进行一些飞行的检查，才能够交给用户，这也叫试飞。再有就是飞机交到用户手上以后，特别是交到部队上的军用飞机，怎么样把这个飞机的性能发挥出来。怎么样进行战术技术的演练，训练，这中间也有试飞，就是别人没做过的，也有试飞。那是出厂的检查验收性的试飞了和到了部队那种试飞，和我前面讲的三个试飞不太一样，本质上差别就是后两种试飞都是经过前面的试飞鉴定成熟的飞机，而前面的飞机是没人飞过的。包括一些演示技术是没人做过的，这里有本质上的差别，那么可靠性就不太一样了。我重点讲的还是飞机研制出来的或者新技术方面的试飞。

鉴定试飞就是检查飞机的一些试飞的指标是不是达到要求，同时最大限度地暴露飞机存在的缺陷，所以我们在进行鉴定试飞，有的叫定型试飞，这个过程当中呢，能够发现飞机系统各方面的问题，实际上对飞机的研制是一个很大的贡献，如果试飞过程当中，如果发现不了问题，那么它交到部队之后，在部队暴露问题，在民航暴露问题，那个时候可不单单是一架飞机了，是一批飞机都要停产。 还有飞机用起来是可以的，但它维护起来可能不方便，对于作战飞机来讲，那战士出动时间不能作战时间半天准备不起来，贻误战机，这是鉴定试飞。演示鉴定试飞就是对于重大的一些航空技术，它应用性的方面就是说已经有了，我们通过验证以后，能不能应用于这个型号的飞机研制过程当中，应用飞机方面的一些技术，这实际上在飞机研制设计当中是非常关键的一些技术。

再一个就是研究性的试飞，这主要是根据我们航空技术发展的需要，针对一些正在研究的而且我们尚没有完全认识到的和掌握的一些重大的技术。比方说我们下面讲这个无人飞机，更先进的飞机，那么前期就要进行一些飞行的研究，不能把飞机做出来了，好多东西到时候再去试。这些是要做的工作。那么研究性飞机具有非常强的研究性和探索性。这是研究性试飞。

我简要地介绍一下试飞的特点。试飞的特点主要有这么几项：一个是高技术，它的的确确是个高科技的一项工作。第二个高风险，这个大家比较好理解。第三点是高投入。第四个是探索性很强。第五就是试验的周期相对比较长。当然还有一个第六，它特别神秘。因为凡是投入试飞的这些新型飞机都是用户，不管是民航还是部队，都是手上没有的飞机。由于它的周期长的，比方三年、五年、八年，那么就意味着未来的装备现在正在进行试验，所以从航空爱好者也好，或者是有其他想法的人也好，它可能都会非常关心，试飞试验进展的情况。还有情况就是你试飞怎么试，飞这种飞机的人那么危险，那些人是什么样子，有些人说你们试飞员是什么样子？个子有多高？他们吃什么？都关心这件事儿，咱们宇航员大家很关心，那么这几个特点我简要做一下介绍。

高科技之所以它是高科技的一项工作，因为它涉及到了很多学科，主要的学科有传统的学科。比方说空气动力、飞行力学，还有测试等方面，再有就是现代的一些飞行技术，现在飞机越来越先进，它运用了大量的现代科学技术，微电子，激光，信息技术等等，还有一些是综合性的一些学科。一些技术比方说气动结构的耦合，一些推进系统，飞行性能和飞行的控制，飞行的安全，和作战效能可靠性和维护性等等，一些综合技术的学科。

高风险应该说是试飞区别于所有其他飞行当中最突出的一个特点，有人讲，搞试飞是第一个吃螃蟹的人，这个话是一点都不假，一架飞机在地面做了大量试验，能不能第一次飞就很成功，飞上去能不能安全地落下来，这个谁也不敢说百分之百没问题。因为各有各个方面的系统，它的可靠性，它必须试飞。

因此飞行试验的风险的确是非常高，它的风险主要来源这么几个方面；一个就是航空飞行器本身的一些特点，比方在空中飞，它发动机就可能停了，特别是第一次上去，它停了以后，又不能停下来修，还有就是系统方面的，再一个新产品，新系统，新部件包括采用一些新的技术带来的风险，这个新实际上就意味着的有潜在的风险，那么如何化解这个风险，把这个新变成一种有效的可用的一种技术，这些是通过飞行试验来进行的.另外飞行试验一个非常突出的,在风险方面更突出的就是飞行边界。大家知道，这个飞机有一个飞行范围，我们飞行技术专业角度讲就是飞行包线，在一定的范围之内飞行，这个飞机如果从军用飞机来讲，做为一个战斗机来讲，从作战的使用来说，希望它有非常大的飞行范围，比方说它飞得很慢，飞得比汽车还慢。我在俄罗斯见到它们的飞行，的的确确看着它那个转弯半径非常小，我就问它的试飞员，我说这个转弯半径有多大。他说我是在绕着一个铅笔在转，就是这样，那么它的机动性就非常好，但新设计出来的飞机不可能飞得这么好，所以说这个飞机不可能飞到？比方说我飞的最低速度飞到200公里，最高要飞到1400公里。飞机新出来以后，不会在两边去飞，只能在中间飞，在中间飞安全了以后，我再往两边的速度不断地在逼近，把这个包线再扩，因此这个飞行试验，它始终是在边界飞行，每一次飞行都是在新的边界往外飞。举个例子，就像摸电一样，大家都说电能把人电死，但并不是多大的电流，多大的电压都能电死，那么现在有科学仪器来测试，我说试飞相当于原来没有，你要去摸，一摸没事记一个数据，再摸有点麻记个数据就是这样的，可能下一次摸你电着了，就是这么一个风险，它始终在边界飞行，这个是非常危险的。同时还有新技术、新领域的一些探索，一些风险。再一个就是飞行环境造成的一些风险，我们要试各种极端的一些环境，高温、高寒、包括雨，有些会对飞行的安全带来一些影响。

讲到风险我给大家说一个笑话，也是一名试飞员告诉我的。当时他当飞行员的时候，他母亲给他写了封信，就是教育儿子到了部队一定要好好工作，好好服役，这个是第一个要求。第二，你当了飞行员了，千万不要逞能，一定要飞得低点儿，飞得慢一点，大家想飞低、飞慢实际上这个风险就在加大，在高空出了问题还有一定的高度去处置。这个风险，外界可能并不了解，但实际上试飞的风险是比较大。

这个照片，大家可以看到，能不能哪个同学猜到这是什么飞机？这是我们试飞中发生的，咱们国家研制的“飞豹”飞机，在试飞的过程当中，我们都发现飞机振动很厉害，速度并不大，发现有折断的，其他有振坏的，很奇怪，这个飞机的速度从设计的速度和最后验证的速度，比出问题时候的速度要大得多，那什么原因，它没法飞了，就不好说了。当时驾驶这个飞机的试飞员是黄炳新，很多朋友都知道，中央军委授予的三名试飞英雄之一。国家的功勋试飞员，现在是中国飞行试验院的副院长，他是这个“飞豹”飞机的首席试飞员，在试这个飞机过程当中，就是在高空，我们当时编制的飞行任务单，从8000米到5000米高，3000米，这三个高度从高空往下试，实际上在8000米的时候试的时候飞机已经振动得非常厉害，可以说一般人是忍受不了的，但是这个黄英雄确实是非常了不起的。他只是说，我当时在通话的时候问他当时的情况，他说是振动比较厉害，接着下降到5000米来做试验，5000米问他情况的时候，他就说要爆了，无法忍受，那这个词无法忍受对每个人的感受肯定是不一样的，每个人的忍耐程度，感受是不一样的。然后我让他马上返航，从飞机落地的时候，我是拿着望远镜来看，我并不知道这件事情，他也没报告，落地看的时候就突然发现飞机后面没有方向舵。这个方向舵是比较大的一个部件，大概我看下面的宽度会有这么大，好几米长，那个轴就这么粗，没有了。然后就非常紧张了，赶紧我们一些同事开抢险车冲过去，这个飞机落到跑道，我们的跑道是六、七十米宽的跑道，飞机落下去以后，已经离跑道边缘只有几米，轮胎已经爆掉了，就是因为发生了一种叫做“嗡鸣”的一种振动，使得这个部件在几秒钟之内全部振掉了。他在回来的时候飞机操纵已经很难操纵了，少了一个重要的操纵面，那么落地以后，当时有侧风，飞机就往跑道边偏，他非常沉着，通过刹车来调整，硬是把飞机调整停下来，停了以后刚才说离跑道只有几米，冲出跑道可能会发生不堪设想的后果，这个轮胎已经全部爆掉了，整个跑道全是黑印。把飞机救下来了，他实际上已经19次在空中试验遇到重大险情，可以说几乎每一次他都可以放弃跳伞，但都把飞机救下来了。这是我们的试飞员，到后面我还要讲，他一个人为国家挽回的损失十几亿。非常优秀的试飞员。

试飞还有一个高投入，这个高投入大家可能不太好想像。像从国外的统计表明，轻型飞机的试飞费用占整个飞机研制费用的30％左右，这个是比较大的一份儿。飞机的探索性，就是飞行试验的探索性，就是我刚才给大家讲到的，我们在新机试飞中，比方说对飞机的飞行控制，颤振稳定裕度进行验证，飞行载荷的扩展，这方面飞机的扩展都有探索性，它的探索性确实是非常强，有些探索性不一定涉及到风险，有些危险就非常大。在这方面要全面考虑各种条件，各种约束因素，循序渐进来进行分析。

这个试验的周期长，也是飞行试验的一个特点。有些同志太了解，这个飞机设计没有花几年，制造不长时间，你们怎么飞那么多年。大家可以看这张表，最后一行，我们那个“飞豹”飞机，交到了部队服役之前，我们飞了八年，这八年基本是没白天，没晚上在飞行。为什么会时间长，当然和技术有关系，技术水平不高，测试能力弱等，使这个飞行的时间会加长，同时它特有的一种客观规律，使得飞行时间就会比较长。美国的F-16用了四年的时间，但大家看后面一行，它是投了9架试验机，F-18，五年的时间，完成了试飞，投了8架，法国的“阵风”用了11年，投了五架。那么我们这一块儿，就是一般情况，咱们也是用四、五架飞机来投入，投一架飞机价值是非常高的。

再一个飞行试验过程当中遇到的一些问题。比如说刚才的方向舵飞掉了，方向舵今天飞掉了，可不是明天你装上就能飞，它得进行研究。有些故障几天就排除了，有的故障半年甚至一年排除不了。这整个周期就拖下来了，我们在“飞豹”飞机的试飞过程当中，这八年的时间当中，平均十八分钟我们遇到一次问题。所以在试飞当中遇到的问题越多，实际上对这个型号的研制越有利，暴露问题越充分。那么我们试飞当中也有，可能同学会有这种想法，就是试飞是不是都合格，我们也有过飞机试验完之后出现问题就改，最后改完以后还是达不到要求，那么这怎么办呢？那这个型号就放弃了，从经济上损失是非常非常大，但是没有办法，就放弃了，我们也遇到过这种情况。

试飞的重要性我简单说一说，就是从航空技术高速的发展的今天来看，研制一种新型的飞机从设计到投入使用，有相当长的周期，往往都是十多年，有些甚至二十多年，从开始到最后稳定，非常非常复杂。每次重大的技术的突破和发展都是在试飞当中认识的，发现的，提高的，最后解决。归纳起来整个飞机研制一般可以分这么几块儿，一个是飞机设计，设计完以后，试制，试制完以后，再试验机，来投入飞行，飞行的鉴定，那么飞行试验当中，发现什么问题，再试制，再去更改，再进行试，就是一直在循环，再试，一切都合格了，那么它就可以交给用户，交给民航使用，交给部队使用。所以搞飞行试验当中，为什么说试飞铺就通天路，最终能够飞上蓝天，遨游蓝天是要经过试飞这一关，等于说试飞是发给了通向蓝天的许可证的这么一项工作。试飞奠定了人类乘飞机升空的基础，不管是扑翼机也好，还是莱特兄弟研制的飞机也好，它都是在试的过程当中得到前进的。试飞是人类飞得更高，更快，更远，更安全的阶梯。这个就是我们“飞豹”飞机，当时就是这一架飞机的方向舵在试飞中飞掉了。

我给大家说说试飞员和飞行员有什么差别。试飞员和飞行员的区别是什么呢？一般的飞行员驾驶的是经过试飞鉴定以后合格的飞机，而且在规定的使用包线范围内进行飞行。而试飞员驾驶的是新研制，全新的飞机，每一次的试飞都可能充满了各种风险，可以说他们是和平年代离死神最近的人，就是说跟死神打交道的人。到现在我们国内，就是我们搞飞行试验，已经完成了几万次风险的试飞，这个风险的试飞，总的飞行不止是几万次，比方说我现在从每小时800公里扩到每小时900公里，我扩到900公里以后这是算风险，但是扩大到900公里以后呢，就是风险了，其他的飞机在中间飞就不是了。就是风险飞行，我们完成了几万次的飞行，也为此付出了沉重的代价，我们也牺牲过一些优秀的试飞员。这个试飞员他确确实实是我们非常敬佩他们，非常了不起。他知道这个事儿是有风险。试飞员的要求有良好的身体素质。思想素质，身体素质，高超的驾驶技术，和对理论水平也要求非常高，他要找问题，他对空中试飞的问题，他要能够向科研人员来解释清楚，专业的人员解释，我们的飞行员，没有这方面的要求，我也曾经遇到过一名抗美援朝参加过作战的老飞行员，也是功臣，击落过敌机的，但是过去那时候因为飞行员文化程度不高，他就跟我说，真的，我飞那么长时间的飞机，我都不知道飞机为什么能飞起来，为什么能飞。他不是从理论上很理解这个事，而试飞员要从理论上解释你遇到的现象，同时工程师技术人员，要求你怎么做，他要理解，你为什么这么做，怎么样才能做好。那么试飞员除了这些，还要有勇敢的献身精神，明明知道风险我就是要上，我刚才说的试飞英雄黄炳新，从数据看来，他已经振得不行，已经拧断了，那种情况他仍然要往前冲，可以说如果他当时的问题解决不了，一年解决不了，这个“飞豹”飞机就会向部队晚交付一年，那对国防的损失非常大，所以做为试飞员是非常了不起。一名优秀的飞行员，经过严格系统的培训以后，有可能成为一名合格的试飞员，而一名合格的试飞员，他一定一名是非常优秀的飞行员。

那么我们很多人可能不一定能想象到试飞员的家属承担着可能常人难以想象的压力，很多试飞员家属不知道她丈夫是干什么的，就知道是飞行员，更不知道他每天飞什么内容，当然他也不会去讲，他怕给家人增加一些压力，我们曾经牺牲过一名非常优秀的试飞员，就是在“飞豹”飞机试飞当中，这个飞机确实是非常好的一种的飞机，在试飞过程当中我们发生过一次事故，牺牲了两名优秀的试飞员，其中一名优秀的试飞员，不但试飞员心理素质好，我觉得他家属的心理素质恐怕超出了常人的想像。出事以后我们去她家里头，她确实非常痛苦。问她有什么要求的时候，她说我对组织，我个人没有任何要求。我惟一的要求是希望能够尽快找出发生事故的原因，因为后面别人还要再飞。她说，我不希望别人再出这件事儿，再去牺牲。说了非常震撼的一句话，就是我嫁给他那一天，他就告诉我，你随时做好当寡妇的准备。所以我觉得试飞员的心理素质，包括一些家属的心理素质，的确是很好。我们天天和这些英雄们在一块儿进行学习，可能感触就慢慢地不像外人感触那么深了，中央军委到现在为止只授过三名试飞员英雄，都在我们那里。

那么关于试飞来讲，早期的试飞他主要的任务就是解释飞机为什么会飞，为什么会遇到这种现象，来解释空气动力学现象，并借此来推动飞机的一些发展。

我再举简单几个例子，音障，在一九四七年的十月份，美国的空军一名试飞员耶格儿开始了超音速飞行。他当时驾驶着X-1的试验机，在进行试飞，突破音障进行试飞。的确和我刚才说的我们遇到的那种情况有点像，但是性质不一样，振动得非常厉害。一旦突破某个速度以后飞机振动消失了。他是首次驾驶飞机突破音障的，这是冒很大风险。因为当时不知道再往前是什么结果，是不是会出现什么问题，当时人们还没认识到这方面。

另外就是尾旋，有时也叫螺旋。大家知道，当在一定的音障情况下，它可能的升力不足了，所以飞机的姿态发生了变化，所以飞机会往下掉，产生一些旋转，螺旋。其实这种情况是非常风险的，我们在试飞当中也曾经遇到过，我们的飞机进行尾旋，我们也要专门试，进入以后怎么改出来，来专门试这个东西，有一次这个飞机改出高度不够，飞行员跳伞了，飞机坠毁。那么我们飞了之后，怎么改出，告诉部队，遇到这种情况以后，怎么样避免进入失速，进入尾旋。如果一旦进入，万一进入以后，你用什么操纵方法能够把它改除出。这个方法我们试过，你可以放心去用，我们要试这个东西。因此这个风险当然是非常大的。从上个世纪三十年代开始，我们开始研究尾旋的一些现象的本质是什么。并且大家一直在探索，怎么样防止进去，进去以后如何有效地改出，来试这个东西。

还有现在的飞机，过去机械操纵，现在到电传操纵的大量使用，使得这个飞行员和飞机的耦合这个情况比过去要多了。这个耦合起来有的时候要出大问题，特别在起飞着陆这个阶段。比方说这个飞机在落地的时候，它突然低头，恐怕人的本能是要拉杆，要抬，但是你拉杆并不是你拉多少，它就到这个位置。有的时候它也有一个延迟滞后，没到位置，你继续带杆，这时候过了，你又往前推，就老是有点不合拍，几下以后，飞机就掉下去了。咱们国内的试飞，包括飞机的试飞当中也遇到过。国外可以说电传飞机基本上都摔过。这时候出现由于飞机的高度非常低，往往会发生灾难性的后果，我们在试飞当中也曾经遇到过，飞机在着陆的时候，离地面一米多，飞机已经晃得厉害了，就是操纵失控。在这种情况下，飞行员把飞机救起来了，所以他就是和死神打交道，擦边而过，的确是这样。

颤振，这个专业性比较强，就是说飞机达到一定的速度情况下，它并不是说像汽车跑到一定的时候，跑不动了，它到了一定的速度情况下，就会发生一种非常奇特的振动，搞这个专业的都知道。比方说伸一个竿子，你敲一下，没有外力它最后停下来。而飞机不是这样的，达到一定的速度，它的气动力、惯性力和这个弹性力耦合之后，你碰它一下子，它会发散，很快这个飞机解体。刚才我们讲到的“飞豹”飞机，它的方向舵发生一种“嗡鸣”现象，是当时的一种颤振，如果是机翼或者是水平尾翼发生了，这飞机就可能毁坏了。这个颤振，的的确确在飞机早期研制当中是经常出现的。莱特兄弟1903年发明飞机以后，到1916年就是出现过第一次颤振，当时一个双发发动机的轰炸机就发生过颤振，到后来包括人类第一次进行飞行颤振研究的时候，那架飞机也摔掉了，这往往是灾难性的，它是要找到飞机最大能飞多大的速度，在做这项工作。

我刚才前面讲到的就是整个从试飞方面的，谈了一些大概试飞的怎么回事。实际上试飞就是对一种新的飞机，交到试飞单位以后，对飞机进行一些改装，什么意思？就是说我要在飞机上装大量的测试仪器设备，这些设备装进去以后，包括信号的传输，进行分析处理，比方说我们现在搞的一些飞行测试，少的时候是测几百个参数，多的时候，一架飞机测几千个参数，实时单机遥测下来就几千个参数，这个费用是非常地高。

我简单地介绍一下我们国家的飞行试验研究。我们国家是继美国、俄罗斯、英国、法国、德国之后拥有专门综合性飞行试验研究机构的国家。在咱们国家全称叫中国飞行试验研究院。这个是我们的飞机航拍的，它主要是代表国家承担对新型飞机，包括重大改进型飞机，航空发动机，各种机载设备武器系统进行国家级鉴定和试航审定。以及对一些航空技术进行预先研究的这么一个总和机构。可以说通过飞行试验，就可以了解我们国家航空工业发展的全貌，因为所有的上天飞机都要进行鉴定。

再一个我就简单地说一下飞行试验的模拟。因为很多情况就是你不能都到天上去试，有些在地面进行一些模拟。这是个飞行模拟的试验，那么这个飞机可以把不同飞机的控制力，比如说F-15，F-16，F-22最先进的飞机控制力装上去以后，你的操纵飞行感觉就和飞机是一样的，有训练飞行员，有对飞行的品质进行评价。控制和开发等做了很多的工作，发动机的试验技术，我们主要是把发动机装在飞机上去试。这里头说一下就是一个风险，发动机在空中要检查它的启动特性，就是一旦发动机停车之后，我能不能有效的在高度速度情况下把它启动起来，把它飞起来进行飞行，怎么办呢？要试，在空中试，人为地要把这些发动机关掉，到了规定的时间间隔以后，再把它启动，看能不能启动起来，那这个风险就很大了。就相当于人的心脏让它停一分钟，看你还能不能恢复起来。对于两台发动机的，的的确确我们过去试机当中，确实经常地出现发动机停车。因此发动机的研制是非常不容易，经常出现停车，我们有一个试飞员，叫做“停车大王”，他一个人就这一种发动机，他就遇到十几次空中停车。有的时候启动起来，有的时候没启动起来，启动了几次，遇到启动发动机不起来，那么单发着陆，把飞机保住。这还不是最危险的，最危险的我们曾经有一名试飞员，两次遇到空中停车，他当时试的是单发的飞机。他要关车，这是风险非常大的，在做这个科目之前，技术人员要详细地计算分析，你在哪一个区域，什么高度、什么位置上，什么速度情况之下，把发动机关掉。关掉以后，比方说过上一段时间，它会到什么位置，再次启动，如果启动不成功，它按什么轨迹，要保证它回来，要进行认真地计算分析。他两次遇到飞机情况，就是没启动起来，其中有一次离机场有16公里远，发动机停止旋转，飞机硬是飘回来的，落到跑道上的。在地面上，大家要看的话，没人会发现，就看飞机挺好，操纵很好，就是没声音。那么我们的飞机，如果是试验当中最有风险，有可能会出事的。如果它坠毁以后，它跟部队和民航不太一样，部队民航的飞机是定型成熟的飞机，我再采购一架就行，仅仅是经济上的损失，我们这儿大量的仪器设备，我想有的飞机一架飞机上装的测试设备就是两千多万，大量的设备，然后这个试验机坠毁以后，再等着研制新的试验机，整个试飞周期全部加长。所以在试飞当中，有的时候摔飞机可能把这一代飞机摔掉，就没有这种型号的飞机。所以试飞的时候，这些方面确实是非常危险。

我再简要地介绍一下飞行试验技术的未来发展，飞行试验技术的发展，它始终要围绕着飞机的研制来进行的。因为它最终要对研究，进行鉴定考核，那么当前高新技术的一些发展。大家可能知道，第四代战斗机，国外有的，像第五代战斗机，它有非常突出的一些特点，发动机采用矢量推力的技术，超音速巡航，高机动性和高敏捷等等这些，这是一种下面发展的趋势。另外下面的发展就是空中的作战的一些主导力量。人就是越来越宝贵了，无人作战飞机，无人驾驶飞机有，但是要能执行作战任务，这个不容易，现在又有些太阳能的飞机，搞侦察的一些飞机，未来的空战恐怕就是能看到飞机，可能看不到人。现在很多就是说天上有飞机，现在空战已逐步看不到飞机了。因为探测距离几十公里，上百公里，发现了以后，导弹发射完以后走了，原来最早的空战是追到后头打，看着打。当然有的时候，最早的时候是拿手枪打都有。现在再往后就不一样了，技术越来越发达、越先进，那么怎么样就是说没有人驾驶，在空中又能像有人一样的，要进行格斗，要面对各种复杂情况，这是下一代要研究的。

另外空天飞机，这是超音速飞机。比方说十几倍，这种飞行器，它非常突出特点，它不是靠火箭发射上去，它是像普通飞机一样的正常地起飞、着陆，利用超音速发动机，使得飞机在更高的高度，来进行飞行。总的来说飞行试验技术的未来发展，将会围绕新一代军用、民用飞机的突出特点，研究和发展高度综合的先进试飞技术，来缩短研制的周期，降低成本和试飞的风险，推动航空技术的进步。如果一种飞机，能够缩短一年的周期，早一年投入使用，对军用飞机来讲，对国防力量的提升是非常有益的，对民用飞机占领市场，我们就能够尽早地见到效益。

回首人类航空百年的发展历程，飞行试验可以说起到了不可替代的作用，它为人类成功地飞行做出了突出的贡献。可以说试飞铺就了通天大道，展望未来航空的发展，飞行试验将会发挥越来越重要的作用。它就会帮助人类飞得更高，更快、更远、更安全。（来源：cctv-10《百家讲坛》栏目）

释放互联网能量 -王楠

主讲人简介

王楠，美国南卡罗莱那大学博士毕业，曾任美国惠点公司软件设计师，联想研究院信息工程研究室主任。

全文

那么我今天演讲的题目叫做《释放互联网能量》。构建新型的互联网应用模式。大家都知道，互联网的发展在2000到2001年上半年左右的时间，曾经是达到了一个非常的显赫的这样一个高峰。

有人就是曾经打比喻说，就是在美国的大街上，你要是去要饭，你可能一个要不着。只要在你身上写上.COM，马上很多人都会给你钱。所以这个当然是一个笑话，确实反映了当时.COM的热。后来大家也知道，随着互联网的发展，随后紧接着出现大的泡沫这种破灭，那么这是怎么回事呢？历史上也有很多的经济危机，我想虽然我们同学们可能没有经历过，但是从教科书上，或者从很多地方都听说过。像西方的经济危机，大萧条等等。那么现在当前互联网也出现了一个大萧条的这么一个阶段。那么这个和历史上的我们已经在各个方面了解的这些经济危机，有什么不同点？这个呢，是值得我们研究的。

那么历史上的经济危机，就说这个问题，历史上的经济危机往往是这样子发生的：就是它呢，要不是一种技术已经发展到极端成熟的情况，所谓极端成熟的情况也就是说，它的盈利空间已经很小。你比如咱们就讲盖房子，以盖房子为例，如果说前几年你看到北京周围还是一片郊区、空地，没两年你发现北京都是建筑工地，再过两年很多成熟的小区起来了。再过几年呢，你可能就认为北京的房地产炒的差不多了。那么这种情况在西方世界也是经常发生的，就是说一种技术从它的兴起，到它的成熟以至到它走向衰退是一个规律，我们在这儿往往叫做技术或者产品的寿命周期。那么这个规律是非常明显的，还有一种情况呢，我们人们对一种东西了解的太了解了，以至于对它习以为常了，然后对它的兴趣点就转移了，不像原来对它追求的那么热。那么这种情况也是常常出现的，那么一旦出现这种情况的时候，生产这一方面没有发现这种情况的出现，还玩命地不断往前生产的时候，就会出现生产与消费的供求的不平衡，然后出现相对的生产过剩，这是西方的经济危机的一个最主要的表现。

那么互联网现在的大萧条和这个有什么区别？互联网现在的大萧条，我们如果拿它比喻的话，问这么一个问题，它到底是夕阳西下呢？还是黎明前的黑暗？所谓夕阳西下就是我刚才说的那种情况，要不技术已经发展到非常成熟了，要不就是人们对它不感兴趣。甭管是哪一种情况，它都要走下坡路了。像我们过去听说有很多夕阳工业，而且有的东西已经被取代了，像以前的电报，现在通讯很发达了，恐怕很少有人再到邮局打电报了。那些东西已经被现代技术取代了，这是夕阳西下。那么互联网是不是这种情况？我们认为它有很大的区别，搞清楚这个区别，是我们对未来互联网认识的一个关键点。

为什么呢？如果你在这方面有不同的看法，我相信你作为一个企业家，或者是作为一个我们现在正在学习的学生，你未来在选择你从事于互联网有关的这种生涯的时候，你会做出完全不同的选择。那么，现在的互联网到底是一种什么情况？我们认为，现在的互联网所谓出现的大萧条，并不是像以前那种经济危机那样的情况。现在的互联网出现大萧条，是因为人们在一项新技术产生的时候，还没有把它完全了解清楚的时候，它就已经被推的非常得快。因为现在的技术革新，创新的节奏，比原来已经大大加快。那么在这种情况下，特别是在很多的一种宣传以及各种各样的理论的指导下。你比如说大家肯定都听说过：“眼球理论”。只要能挣到“眼球”，将来一定会有希望。还有快鱼吃慢鱼的理论，以前说是大鱼吃小鱼，后来又出现了快鱼吃慢鱼。不管多小，它就能把大鱼都吃，像这样子的一些理论。都体现了在这个领域中的浮躁情绪，然后加之现在的技术发展极快，所以各个方面又不怎么沟通，所以电信业沿着互联网的某条道路猛发展。比如说上卫星，发展到一定阶段，发现网络确实铺得很好，也铺到家里去，但是现在用不起来，这种情况也是存在。那么另外一个方面，.COM发展得极快，就是门户网站，所以网络经济一提就是门户网站。那么这个门户网站发展得极快，但是它的发展和电信业的发展，和其他行业的发展是不是很好的协调，这个也是有问题，。所以说整个的IT业，或者咱们就说互联网这样一个领域，那么发展极度地不平衡，所以它技术上走得极快，但是社会是不是准备好了？广大的人民群众或者我们普通的用户，是不是真的已经准备好了？接受它成为一个现实生活当中的一部分，这个就要打一个比较大的问号。这就相当于当初电动机发明的过程一样，电动机一出来以后，如果你从今天的角度来看，电动机比蒸汽机来说它的生产力，它所能够代表生产力的潜力，一定是相当地大。可是在当时的情况下，电动机刚刚发明的时候，它的效果就和现在互联网的效果差不多，并没有很快的走上应用的道路。为什么？因为那个时候的整个工业体系，它的厂房，它的运作流程，它的整个的一套东西全是为了蒸汽机而设计的。如果要充分发挥电动机的生产力，怎么办呢？只有把现代的整个一套为蒸汽机设计的那套全部推翻。那只有这一套东西准备齐了，那么电动机的生产力才会大大的发展起来。而电动机代表的经济的时代才会真正的起步，这就是我们讲的电气时代。

那么互联网现在也一样，技术上发展是比较快，但是呢，它仍然处于那个起飞前的那个阶段。属于那种还没有完全准备好，但是并不是人们已经对它厌恶了，或者这个技术发展到很成熟的地步，不是这样一个情况。而是属于那种突飞猛进的跑了一段，但是发现其实还没有准备好。包括是技术上的因素，也包括是社会上的因素。包括我们整个的商业模式、经济模式、运作模式等等，各个方面都没有准备好。所以我们说呢，这个结论是黎明前的黑暗，就是互联网的能量没有充分发挥起来。归纳起来大概是这样四个方面：第一个网络丰富的资源没有充分的利用起来，这个好解释，就是像现在有多少网站挂在互联网上？可能我们大家心里都没数，所以说网络上丰富的资源没有被充分的利用起来。那么网络上巨大的计算能力，没有合理的利用。这个待会儿我来要解释，网络丰富的表现形式没有充分的开发，还有多种介入的设备没有有效的整合。那么具体刚才我已经说过了，网络上丰富的资源没有充分的利用起来，即使你能查到这些信息，能不能把这些信息组织好，然后把信息变成知识，然后把它变成生产力，很好的利用起来，这个问题还大大没有解决。我相信大家在用当前的搜索引擎的时候，觉得并不是那么很舒服。往往你有人开玩笑，就是说利用现在的搜索引擎，你总能查到你不需要的东西。这就是对现在搜索引擎的评价，那么这个意思就是说我们目前其实还缺乏很有效的查询手段和组织信息、利用信息的手段。那么换句话说，这个问题就是如何将信息方便智能的提供给用户，给你提供最恰当的这种服务，是释放互联网的能量的一个关键。

第二个问题，网络上巨大的计算能力没有充分合理的利用起来。那么互联网上连着多少大中型的设备，咱们就不用说了。光计算机就有2.5亿，那么这巨大的计算能力实际上呢，现在并没有被充分的利用起来。等将来无线网建设到一定水平的时候，特别支持JPIS，或者3G的网络建设起来以后，手机大的用户群体将会挂在上面，那它的计算能力以及它的整个的潜力发挥出来，是一个释放互联网能量的，一个非常非常重要的问题。那么第三个，网络上丰富的网络丰富表现形式没有充分开发。这个也许大家没有注意到，现在呢，实际上大家在使用网络的时候，我想除了上浏览器以外，可能没有什么第二种形式。上浏览器主要以PC为主，这没有得说。然后一来先上一个门户网站，所以说我们把这个叫做PC加信息门户加浏览这样一种模式。大家可以想一想，如果说互联网能够形成一种经济形态的话，难道这种经济形态就是以这么简单的模式来给大家重现的吗？所以说互联网衰退也是有道理的，为什么有道理？它在技术上受到了浏览器的限制，所以从这个角度讲，互联网的能量没有充分的被体现出来。将来互联网的表现形式，我们认为至少应该超出现在浏览器的局限，所以这也是探索释放互联网能量的一个有效的途径。

那么我们再来讲一讲接入设备，接入设备现在主要以PC为主，因为PC的上网能力是大家公认的。特别是它运行浏览器作为接入设备是理所当然的，可能有些同学也用过像掌上电脑，或者其他一些。那么这个肯定大大不够的，那么在这个地方有很大的潜力值得开发。所以在未来，手机、PDA、甚至是家里的电视，还有其他的一些各种各样的设备，都可能成为互联网的接入设备。再加上前面我说的，它使用互联网的形式，也可能大大超出浏览器的优势。那么在这种情况下，我们可以看到，当前的互联网给大家提供的服务或者说当前的互联网能量，的的确确还没有充分的发挥出来。那么这个瓶颈在什么地方？互联网发展的瓶颈在什么地方？大家很容易想到的是技术，我也认为是技术。前面我们讲的那几方面，肯定有一类技术还需要突破，你比如说你要想使界面更人性化，你就得攻克语音这关。所以像语音识别、语音合成，再高级一点，像自然语言的理解等等。这样一些技术，肯定需要突破。那后台的更好的知识的这种表达形式，或者对数据的这种处理方法，肯定需要突破。你前端才能表现的更加贴切，或者感受到的体验会更好，对吧？所以技术是非常关键的，而且我们在提到计算能力没有发挥出来，还有其他的这些能力种种能力没有发挥出来，都跟相应的技术突破有关系。但是还有一类东西，是今天讲的主题。

或者说是我们认为互联网发展的最重要的瓶颈，实际上是网络的应用模式，因为我前面讲过，互联网到今天为什么会出现大萧条？它跟历史上的情况不一样，不一样的地方就是在这之前有一个阶段是突飞猛进的。大家是你也不管我，我也不管你，争取当快鱼的这样一个发展阶段。那么这个阶段造成的一种现象，就是现在有很多东西都立起来了，但是他们之间是不是协调得很好？是不是都充分的发挥了它们的潜力？这个问题没有解决，而解决这个问题关键不在于这个东西的技术是不是出来了。实际上它已经出来了，从某种意义上讲，现在互联网的技术的发展，实际上是快于对它的理解的这个发展。也就是说，我们对互联网的应用到底应该怎么用？或者说我们整个社会是不是准备好了？进入IT这个经济的这样一个时代，这是一个关键的问题。而这方面的问题，实际上它的进步远远落后于互联网的进一步发展。所以，要想真正解决互联网当前的问题，那么从互联网应用模式上入手，是一个关键的应该说关键之关键。那么呢，在这个问题上下面我要介绍的是联想的这个理念，就跟互联网未来的认识有关系。

总的来说，目标就是要整合互联网庞大的资源，这个资源就包括计算资源、存储资源、信息资源，还有一个应用程序资源。那么把这些东西整合好了，给用户提供真正有价值的服务。那么经过我前面的解释，我相信，这里真正有价值的服务，大家应该能理解是什么意思。而我们后面要讲的也主要是这个问题，实际上应该说所有的人都意识到了这个问题。所以所有的人都从不同的角度，希望去解决这个问题。学术界还提出了像网格计算等等这样的这种观念，所有这些观念都是想从某种角度，来解决我刚才说的互联网应用模式的问题。比如说.NET，它的根本指导思想，是想把网络上这种散落的，或者不统一的软件资源，把它集合起来，整合在一起，来为大家提供服务，同时呢它又有一种的机制。

也就是统一的这种身份认证、管理等等这种机制，建立一个大联盟的方式。能给你提供一条龙的服务，基于这样的一些思想，我们可以简单地归纳为统一化的互联网服务。那么它也好理解，它就是希望每个人的机器，都是另外一些人的服务器，可以给另外一些人提供服务。那么互联网上所有的机器连在一起，就有无数多的服务器，然后就可以提供无数的资源。这个就像互助式的，如果说.NET有点集中化，这个相当于民主化的一种模式。无所不在的，无所不在的强调是一整套的解决方案，而无所不在的意思隐含的背后，就是系统到处都有。既然到处都有，那一定要深入到你的生活当中去。所以我们简单地把它归纳为生活化的互联网服务，学术界的不要说了的更超脱一点，这个网格是无所不包的。那么各大公司提出这些东西，有从它本公司的利益出发考虑的这样一面，你比如说.NET，微软大家都知道它是怎么靠什么东西发起来的，它的视窗操作系统。那么之所以能打败其他的竞争对手，一个重要的方面，它有很多很多第三方为它开发应用的开发者。它不光是视窗本身的问题，还是整个的一个很大的一个第三方开发者支持的问题。那么现在它由于它历史上是怎么过来的，它现在提出.NET，整合各种软件开发资源。不论你是用C开发的，还是用什么别的开发的，它都能在.NET平台上跑，它希望它能够成为这种平台的提供者。你可以看到它的基本出发点，跟它历史上的这种曾经辉煌一时的辉煌点没有什么区别，它仍然把它的下面一步主要的盈利点放这种基础平台上。英特尔是卖芯片的，卖芯片的另外一个含义，如果世界上服务器多了，那买的芯片就最多了。所以它希望所有的人都成为服务器，就不用说了，对吧。

那么IBM原来是卖大机器的，那么大机器的一种经营方式，就是它要给用户提供整套的解决方案，从规划开始，不然它机器卖不动。现在突然发现不卖大机器也很好，这套经营理念非常好，一整套的解决方案我卖服务。所以这就无所不在，每个公司的想法都一样。那当然学术界就更超脱一点了，想把互联网做成跟电源一样，一插什么东西都来了。所以大家都对未来互联网的看法差不多，都知道应用模式是一个重要的问题。但是从我们的角度看，我们要解决这个问题的关键之关键，是要给大家提供一个用户体验上去的，新型的应用模式。所以说我们从用户体验的那个前沿，首先从那儿来考虑问题，然后看看我们未来互联网的模式应该会是什么样。或者它的标准应该会是什么样，那么在这个地方呢，我们想放一点点小的IV片，给大家一个概念。

联想在网络教育方面做得非常好，其中设备在国内来说是一流的，但是教育的内容方面，是没有第二家能赶上的。到目前为止这个只是非常非常小的一些片断，但是这些片断里头，能够体会出我们对互联网认识的一些新的看法。我们觉得互联网的应用模式，它未来我们是从用户体验这个角度来看的话，它应该是这样一个标准：这个标准是主动的互联网服务、整合的互联网服务、贴切的互联网服务、高效的互联网服务、和无缝的互联网服务。

那么它们英文的名称呢，把它们头一个字母合起来正好是管道的意思，大家知道管道的意思，就是用无数的管道来形容互联网。所以我们觉得这个是为了好记，确实也有一定的象征意义。那么这代表了我们对互联网的认识，下面我一条条的具体解释一下。什么是主动的互联网服务？那么目前的互联网是人围着机器转，或者叫人围着系统转。那么未来的互联网，希望是系统围着人转，也就是类似与IBM提出的。那么现在呢，人围着系统转，大家可以体会一下，我们的网络是怎么安装的？网络是怎么布线的？网口在什么地方你就得拿着设备在那个地方接上互联网你才能用。所以这样呢，是人围着系统转的一个模式。我们现在的所有的办公的环境，特别是使用IT设备的环境，都是围绕着目前的固定办公桌、办公室、办公设备的这样一种环境来设计的，不是吗？如果我们想办某件事的时候，你比如说我们搞电子政务，谁现在能坐在家里跟政府打交道，恐怕没有人。你要办一个政务，你就得辛辛苦苦的跑到某一个办公大厅去，然后呢，跟那里的办公人员耐心地解释。可能要先排队，然后到了你那儿跟他好好谈，谈了以后他告诉你，你还缺什么东西，赶紧跑回来准备另一些文件。下一次跑到另外一个办公厅去，然后再去跟那里的人再打交道。他告诉你，你又缺什么缺什么，然后你又回来再去准备另外一些文件，然后再跑到另外一个地方去。也许跑到同一个地方，反正你要跑好多趟，这是现在的基本模式。那么未来我们希望人不应该是围着这样的一些固定点来转，而应该是系统围着你转。那这意味着什么？大家很清楚，要不把现在的系统做得非常好，到处都能体会它，你都能感觉到它。要不你就是带着系统走，也就是我们讲的个人设备，你应该带着，你有随时上网的机会，机器随着你走，然后后台有很大的系统支持你。不管是那一种模式，它应该打破当前的人围着系统转的模式。那么主动的服务还有一个含义，今天的服务都是被动的。就是我刚才说的程序员设计好了，就这个玩意，你爱怎么用，你怎么用，反正你不能超出我这个东西之外。咱们就拿搜索引擎为例，我搜索引擎就这么设计的，所以你查出来的东西就这么几百条。你必须从里头选你要的东西，我想换个方式来思考，以后我们希望系统能够主动的适应你的需求，或者在你长期使用的过程中，来跟踪你个人的习惯，然后它能够在你需要什么东西的时候，主动的向你推荐。或者使你不需要费这么大的劲，先去了解一系列的操作手段，然后再来享受可能还不是很完全的很准确的服务。这个呢，是我们想要的一个含义。那么下一个我们讲，这个主要是指的你在完成一个事情的时候，或者系统给你提供一个服务的时候，它所使用的资源是个什么样的情况。那么现在的互联网所使用的资源往往都是比较狭窄的。你比如说我现在要上网，那不一定是必须在现在的网上，或者是我们公司的内部网，也就是数字这一套网。好，那么我现在要打电话，我一定要用当前的电话这个网，这个网络上的资源，看电视就一定是现在的有线电视网，或者现在的无线电视。那么我们将来讲，服务应该是整合的，那就是说一项服务，系统给你提供的一项服务，它可能会从各个方面去获取资源，来完成一项服务。

那现在我们讲三网合一，在物理设备的建设上，以及在它们互相连通等等方面，是做了很多工作。一方面是物理网络上的整合，那么这种整合不仅仅包括物理网络上的整合，而且它包括服务上的整合。我们现在所享受的互联网的服务，99.9％可能是信息查询服务。也就说你只能浏览一些东西，看一些东西。那么将来这种信息类的服务，应该和功能类的服务相结合。也就是我们刚才看到那些短片里所提供的，有很多是功能类的服务。这两种服务应该充分的结合，这样的话，互联网才会真正的进入我们平常人的生活，甚至成为你生活中不可缺少的一部分。如果到了那样一个时候，我相信互联网经济就不是今年这个样子了，所以这叫做整合的互联网服务。那么贴切的互联网服务这个好理解，这个不要我多说，咱们采取搜索引擎这个例子大家很明白了。现在你要想查点什么东西，你打一个关键词进去，可能会给你出来一大堆东西。这一大堆东西是不是你想要的？还是那句话，它总有你不要的东西。可能你不要的东西会比你要的东西多得多，然后你还得花很多很多的精力重新的选择、整理。所以现在的服务，它没有照顾到你的个性。或者说现在的技术还达不到那个水准，能够给你非常准确的服务。那么以后我们希望这种服务应该是个性化的，而且是非常恰到好处的，不需要那么多的没有用的东西。这样能够大大的节省你的时间、精力，而且给你的体验会完全的不同，所以我们把这个叫做贴切的互联网服务。最开始互联网发展的时候，有很多的网站的时候，这个信息门户是一场革命。

可以这么说，互联网技术的发展是一场革命，因为它给人们提供了一种手段，使那些上了网字资源变得可以轻易找到。过去你要自己找的话，你很难找到它。但现在新的技术的应用，你看不见的资源这样一些资源能够变得可见。所以信息门户能帮你整理网络上的资源，当然这个跟3W密切相关的。在这个基础上出现了像雅虎这样的信息门户，它能够给你提供很好的指引，让你找到互联网上的其它的网站，或者其他的信息，这个按理来说是一场革命。那么无缝的互联网服务，目前的互联网服务叫分散的、断续的，一个服务就是一个服务，那么我们希望未来是统一连续的。这个怎么理解呢？比如说我举一个例子，你现在假如正在想做一件非常重要的文字工作。那么你在你的家里，比如说你登录上网了，然后你开始做这项工作。突然之间有一件急事你要出去办一件事。现在怎么办呢？你只好停下来，停下来你就要，从网络上下来，把机器关掉。先去干你的急事，完了回过头来，重新再打开你的机器，再重新上网，再干你的工作。你没有办法连续的进行，那么我说的无缝的这种含义，其中有一个含义就是什么呢？就是你打开你的机器，你上网以后，它不是以你这个机器开关为一个服务。或者就是你这样一个任务的这样一个界限，它是以你什么呢？以你上网为界限，我们叫管理，那么你在你家里打开这个机器，你上网了。突然有急事你怎么办呢？你拿着你的PDA，假如你当时用的台式机也好，还是设备也好，你进行一下数据交换，而你这个服务很快自动的就转到你的PDA上。你当时修改的那一段内容都一样，然后你可以在路上做了，你不用再重新上网，你就可以继续做你的工作了。然后你可能呢，坐车、又干什么事，干完事以后没有回到你家里来，然后你回到了你的办公室。你可以用你的PDA，和你办公室的PC进行一下交换，进行一下通讯，你的工作马上转移到你办公室的PC上，你的工作可以继续进行。你现在做得到的吗？你现在要必须在同一台机器上，而我们刚才说的那个你可以跨时间、跨机器、甚至是跨地域等等各个方面，你可以完成同一个任务。而这个任务是无缝连接，那么把这个东西放在一起，我刚才说了，我们就把它当做无数的管道，然后把互联网的服务带给大家。

我们把它总结为一句话，就是还是刚才那几个方面，那五个方面，但是我们这样来说它好，便于我们的记忆。比如说主动的方式，无缝的整合网络有效的资源，为用户提供高效贴切的服务。这个取决我们对未来互联网应该有什么样的认识，那么从实现的角度，我们讲它就像无数的管道。对于我们来讲是以客户为导向，这个含义。那中间看这张图的话，针对的是家庭的客户、个人的客户、中小型企业、还有大商业的各个方面的客户，那么为他们呢，提供各种各样的服务。那么这个理念是采用最简单的科技，一体化的设计网络应用模式，那么提供任何时间、任何地点、任何设备上互联网的服务。这中间这句话需要做一点解释，采用最简单的科技，一体化的设计网络应用模式，其实不是所有的公司都能做到这一点。那么这一点需要一个很好的合作体系。或者说你这个公司前后布局非常合理，或者说你有一个很好的联盟，还有一个很好的标准。在这个基础上你才能做到采用最简单的科技，来一体化的设计网络。为什么呢？如果我们大家不是同心协力的话，各发展各的，那么你最后寻找你的合作伙伴的时候，你就会有一定的消耗。而这种消耗造成的结果，是你最后这个解决方案，不是最简单的科技，它要照顾到所有人的利益，所以说只有具备了某种条件的情况下，才能够去做像采用最简单最适用的科技在某一点上寻求突破的可能性。

那么今天我给大家介绍的只是一个理念，当然大家听起来，揣测到在后面隐含的攻关和未来的发展，这个呢我希望和同学们，将来有机会我们共同努力实现我们讲的这样互联网的发展，谢谢大家。

数字时代的编程 -比尔·盖茨

主讲人简介

比尔·盖茨，1955年10月28日，比尔·盖茨生于美国西北部华盛顿州的西雅图。父亲威廉·盖茨是一位杰出的律师，母亲是第一州际银行董事。求学时代的盖茨就被送进管教严格的西雅图湖滨私立中学。1973年盖茨进入哈佛大学就读，于1975年，自动办理退学，与保罗·艾伦一同写下电脑语言BASIC版本，随后二人正式创立微软公司，并担任微软的首席执行官，他现在是微软董事长兼首席软件架构师。

若想亲身感受一个真实的微软神话， 敬请关注《百家讲坛》与比尔盖茨面对面《数字时代的编程》。

内容简介

3月21日《百家讲坛》隆重推出了微软公司首席软件架构师比尔·盖茨先生面向中国的莘莘学子及软件人员激情进行的演讲——《数字时代的编程》。

节目首先向您展示了比尔·盖茨先生眼中的计算机发展史，1990-1999年被比尔·盖茨称为“PC时代”，从MS-DOS到Windows，直至因特网诸多协议的出现，计算机操作系统软件不断掀开新的篇章；2000-2010年又是一个全新的“数字时代”， 智能PC将无处不在，沟通整个世界，不断推出新的应用，深刻改变我们的工作及生活方式。.NET技术作为比尔·.盖茨先生此次演讲重点诠释的“数字时代”的全新技术，将把整个互联网当作计算的舞台，为我们提供统一、有序、有结构的XML Web服务平台，为信息技术在新世纪中的发展构造坚实的基础，为IT业的继续辉煌注入新的动力。面对中国软件产业的现状，比尔·盖茨先生也提出了几点忠告。微软十分注重与中国高等学府的交流与合作，将与教育部共同实施“长城计划”，三年中斥资两亿人民币为中国培养优秀的软件人才，帮助中国的软件产业走向成功。

节目也从全新的视角对比尔·盖茨先生本人进行了介绍，对比尔·盖茨先生数次访华给予了客观的报道及总结。微软高级副总裁李开复先生也为我们谈了他眼中的比尔·盖茨，并就外界对比尔·盖茨先生一些评价谈了他本人的看法。

《百家讲坛》对本次节目的拍摄及制作十分重视，在制作时间非常紧张的情况下，倾全力为您带来一档精品节目。在节目制作过程中，微软公司也给予了很大的帮助。《数字时代的编程》将为您诠释一个全新的IT时代，预言未来，把握商机，伴您共同步入中国IT产业的春天。

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谢谢！今天有很多学生和编程人员受邀参加此次活动，让我想起在我成长过程中刚开始学习编程的情形。在我13岁时有第一台电脑出现是在我的高中，这不是一台真正的计算机，这其实只是一台终端通过电话线连接到一台大的GE公司的计算机，这是早在1968的事了。当时一台计算机机时非常昂贵，所以人们害怕用它，生怕出现什么问题。实际上当时有一个老师，弄出了一个无限的循环，并因此花费了200美元。以后我们学校里就没有其他老师自愿去接触计算机了，于是只有我和其他一些学生还继续使用计算机。这件事也激发了我去思考，计算机怎么能得到改善？怎么样能使它成为每一个人都能使用的工具。我们当然知道当时没有现在这么多的程序员，当时计算行业的竞争没有现在这么激烈，我很受鼓舞，参加了很多编程竞赛，并去思考芯片容量每两年增加一倍的奇迹，加上合适的软件将可能产生的强大的工具，这就是个人电脑真正意义上的开始，也是我和保罗·艾伦在33年前所拥有的一个梦想。

在我们有这个梦想以后没几年，第一个8008芯片就诞生了。它的功能不是非常强大，但很明显，它所指向的将来却是令人难以置信的神奇。微软的最初成立就是为这个芯片的机器编写BASIC语言。编程已经走过了一个漫长的历程，起初我们所写的BASIC是在4KB的机器上运行，优化每一处因此都非常重要。当然，通过使用目前我们所拥有的硬件资源，我们可以做复杂得多的事情。

今天我主要讲的是，将来你们所拥有的机会，那就是你们的编程将使商务更高效，使工作更有效率、更有趣，甚至是改变整个世界。我们把这个时代称为数字时代，为什么我们这么说？为什么我们把这十年从2000年到2010年称为一个非常独特的时代？我们这么说，是因为在这个时代开始的时候，人们使用个人电脑很受限制，但在这个时代结束的时候将完全不是这样。在这个时代开始的时候，只是简单的文档处理、电子邮件。因特网上的商业活动很少，最多就是读东西或是记录会议。而人们很熟悉的如付帐单、照相、音乐等则不是由计算机来完成的。但是到了2010年人们会很自然地用计算机来安排日程，读信息或记笔记，所以将会有非常巨大的变化。而且这个变化将通过硬件软件的不断发展而取得，这些都将发生在二十世纪九十年代创建的基础之上的。那个关键的打基础的时期，我们称之为个人电脑的时期。个人电脑的使用者从几百万到几千万，在这个时代结束的时候，我们有5亿人在使用个人电脑，包括MS-DOS的标准是第一次在不同公司的硬件上得以统一地运行，所以说MS-DOS标志着软件产业的开始。在二十世纪九十年代它被广泛地接受了，软件历史也从1980年代的零起点开始得以蓬勃发展。在二十世纪九十年代初通过微软 Windows图形界面被人们接受，1995年Windows95的出现则是重要的里程碑，到了二十世纪九十年代的后期，我们又有了新的惊喜，因特网作为电脑间的互连的标准方式成为主流。因特网的标准是非常重要的，我们现在所做的一切都基于这些标准之上，如TCP/IP HTML，所有这一切都被建立了。但仅仅这个基础是不够的，我们需要建立一个更丰富的平台，安全并能进行自管理，让你专心地开发更多的软件，实现前所未有的高效，所以这需要大家去投资去建造平台这是非常激动人心的。

今天我们讨论的问题，将会有非常大的影响，极大地改变人们做很多事情的方式。事实上，完全可以说信息技术的发展重塑了整个世界。例如说，有些工作只能在公司里面完成的，现在可以在公司外面完成，让那些只能在所需要的国家中完成的一些工作。现在可以通过因特网在世界上的任何地方去完成，这种进步在中国显得尤为重要。在中国有这么多高素质高技能的人员，他们可以不仅仅为中国，也可以为全世界创造工作机会。现在在中国、印度和其他一些国家都已经能看到这种情况。但比起将来，这些还只是最最表层的一些变化。计算机的形状本身也将发生改变，我想在座的很多人都见过最新的Tablet-PC，是微软2002年下半年推出的，这种计算机的体积非常合适携带。我们的研究发现，为了能够让从屏幕上读取信息像从纸上读取信息一样方便，我们不仅需要提高分辨率，我们同样也需要把它放到人们的手中。当我们阅读文档的时候，我们可以转换我们的阅读角度，而且不需要去管它是来自于我们身边什么地方。不像我们看CRT或是LCD时，它们总是处于固定的位置，所以我们和我们的合作伙伴一起发明了这样一种Tablet-PC。这对计算机的发展来说也是第一次有数字墨水的概念。可以使用笔代替鼠标，还可以用来做笔记传送讯息，记录文档。另外还有数字墨水识别技术，这个概念是非常有意思的。让我们想象我们在一个会议上讨论销售和发送货物的数目。如果是在一张普通的纸上，这是死的信息，但假如它是在屏幕上，它是活的信息，你可以研究它并与别人分享。所以，最终人们读报纸、课本、杂志、科学期刊等活动都将是在网络上，通过Tablet-PC这样的设备进行的。

当人们想看电视，无论他想看的是什么节目，看或是整理他们的相片或者欣赏他们喜欢的音乐，他们将在计算机上进行这一切。交流也不仅仅是声音上的交流，我们可以与合作伙伴分享屏幕上的内容，可以有视频图像上的交流，所以计算机和电话之间的联系将有所改变，两者之间将有多的互补。现在笔和墨水已经融进了计算机之中，而我们也将很快实现计算机的语音识别能力。后者的研究，对于我们实现真正的自然界面是至关重要的。有了这个技术，我们就能够很方便录下会议，根据某一刻的声音找到当时所讲内容的位置，并快速倒带成为一件很自然的事，微软的研究中心，包括北京的这个，正在着力进行的就是这样非凡的研究。公司将把他们长期以来非正式的商业程序与步骤通过数字化加以确定，从而实现对信息流动的跟踪，以及员工之间和应用软件系统之间交流的正式化。因此这将是个巨大的变化，你们中的某些人可能会问，这样的设想是不是和二十世纪九十年代末人们对因特网的梦想类似呢？是的，但那时候梦想的人们没有认识到新的软件平台的必要，要有不同公司之间交流信息的标准，要有更好的软件帮助实现电子商务和电子政务，而且还要加强这些新的应用软件系统的安全性、可靠性和可扩展性。

因此，这些要求就向今天的我们提出来包括制定标准，如XML Web服务，XML Web服务架构是微软公司六年前下的一个大赌注，我们决定我们所有的产品都要采用这个架构。这也不是我们第一次下这样的决心了，其实我们在10年前倾全力开发图形界面时也是如此。当时很多人觉得这很疯狂，说机器不能运行得这么快，而且也不能带来什么真正的收益，现在人们在任何系统中理所当然地利用了图形界面。同样的，现在XML Web服务的发展，以及基于XML Web服务标准的，“·NET”平台也将为人们自然而然地使用。但目前我们必须重构这个平台，我们需要激励新一代的开发者，我们需要形成以XML Web服务进行思考和编程的习惯。对我们而言就要改变Windows DatabaseMicrosoft Office等等，我们所有做的一切，我们需要Web服务的行业标准被广泛接受。我们在1997年下这个大赌注，是冒着极大的风险的。但在今天不再如此，IT业界领先的公司都已认识到XML Web服务对实现电子商务和电子政务的必要，都表现出极大的兴趣，并在共同努力开发行业标准。

当然协议标准是与任何具体的软件都无关的。但这些协议要有最好的程序来加以实施，于是会有非常激烈的竞争。微软比别的公司在这方面会投资更多，但整个业界也都认识到了这对于电子商务的重要性，也都在致力于标准协议的开发，所以我们将能够用“·NET”架构连接信息、连接人、连接应用软件系统还有各种不同的设备。这个架构能完成所有的连接，这似乎看上去有点难以置信，但这确实是根本性的进展，如对信息的分类、信息的描绘并且具有标准的信息格式。例如什么是会议？什么是医学报告？一个国家的地址等等。这些信息是如何表示的，这其中的一些标准会由微软直接来完成，但很多具体行业的标准都将由分布全世界的小组来完成，微软仅仅是和合作伙伴一起来确保标准能够得到确立，就是通过这种方法，我们从通过因特网连接字节达到通过这个标准真正地连接信息。这样的跨越是计算机科学一直期待的，过去数据库的很多工作也是有着这个目标，但只有在最近十年来的投资和学习后我们才最终能实现它。譬如需要得到某种服务的人可以在网上找到这种服务的所有提供商，他可以检查他们的声誉并与之从事交易，尽管买方的程序员并没有和卖方的程序员见面交谈过，这种事情不久就将成为可能。

对这种软件专家的需求是非常巨大的，我们公司的员工正在开发软件，使这一过程简单化。因为我们公司是单纯的软件企业，我们的注意力主要放在使平台具有各种功能。目前平台的功能比以前已大大提高，原来平台的功能诸如队列功能、事务处理功能、事件管理功能、额外消耗向上扩展、容错功能等都只能在专有硬件平台上才能实现。现在我们把所有的这些功能整合在Windows平台里，并以更低廉的价格推出的这种理念，即丰富的平台以低廉的价格大批量地推出，就是我们公司对社会发展所做的贡献。这样做，我们简化了程序员的工作，我们没有购买很多不同软件包，程序员不需要去面对各种基于不同架构的程序包，而只需要关注他自己的业务逻辑的开发。可以说，我们关注的目标，正在一点点地实现。这就是说，把各种不同的装置连接起来。现在在中国，手机非常普及，当然还有其他的数字设备，如智能电视、汽车电脑、先进的计算机。如Tablet-PC等信息技术，可以使上述装置连接起来。微软公司甚至想将芯片置于手表中，这样你就会通过手表屏幕将数字设备的功能展示出来，你可以看到口袋中的电脑屏幕、Tablet屏幕、桌面屏幕、墙壁式的屏幕，所有的这些都是需要的，他们不会互相替代，他们只是连接到相同的网络，进行相同的应用，共享相同的数据而不需要用户的介入。我们对SPOT的手表项目感到很惊奇，里面的微处理器价值仅六美元，而处理能力是最初IBM公司个人电脑的五倍，（28MHZ的芯片，512KB的只读内存，384KB的可写内存）仅这些就可以驱动你手腕上的120ⅹ92像素的显示屏，这一切和我成长时的计算情况很不一样了。

平台另外的关键之处在于其开放性，可采用不同的开发方法，JAVA、C、VISUAL BASIC、COMBO、 FORTRAN等，还有其他可能被发明的新语言，我们将XML的能力加入到各种语言之中，这方面还会有不断新的探索。我们可以在一个资源很丰富的环境中实现对语言的支持。

“·NET”就是在一个单一的框架中支持所有的这些语言，它使用同一个开发环境和同一个调试器，另外一个非常重要的好处是我们谈论的并不是重新开发现有应用。一个重要的例子，就是政府可以通过政府网向公众发布信息，政府不可能重新开发那些医疗软件、税务软件、土地管理软件，但可以通过XML进行重新整合。我们已经向政府展示出了功能强大的软件，用不了几年就可以通过高效的立项开发出来，这个新的手段可以通过XML，把以前的应用整合后再和现在的Web服务进行连接。软件产业实现这一目标所面临的一个重要挑战是有效的可靠性，即微软提出的可信赖的计算，就是说要应用可靠的系统来进行传送帐单，安排生产日程等工作。这都需要特别的可靠性，就像在电力系统中所要求的可靠性一样。这是到目前为止所有的软件必须做到而没有做到的一点，像Mainframe UNIX、Windows 所有的这些系统都没能做到这一点，大部分的软件产业的研发部门都来研究可信赖的计算。我们怎么来测试代码？怎么来确认？怎么样是合理的？怎么样更新代码？怎么改进系统？怎么使硬件、软件来适应系统？如何能够尽量少地出现故障？即便有，也使故障出现时间尽量短，我们有很多工具来分析软件，其中的一个重要的工具是在软件生命周期中全程跟踪软件以便于在应用运行的时候来监督软件，这些都将被包含在工具及平台中，以便在需要时可以随时使用这些跟踪工具。

编程工具的变化主要将向建模编程发展，开始时用图形的方式构建模型创建各种数据元素，各种过程片段，然后编程实现它，开发的模式将是彼此联系的。不像在目前的系统中两件事物之间是彼此孤立的，你甚至可以通过这个模型的各种视图观测到程序的运行和测试的情况，我们现在构建的许多功能是使运行于不同平台的程序，能很好地通讯。

因此一个丰富的消息传递机制，就显得特别重要。这也同样支持并行编程，你们都听说过网格计算，需要将很多计算机连接起来，集中使用它们的计算能力，Web服务提供了关键的。基础架构技术使网格计算这个难题的解决成为可能，所以Web服务对计算的所有这些前沿领域，都产生了影响。当微软成立的时候，每个公司都开发，它们自己的硬件和软件，当然这个市场被IBM和其他六家大公司所占有，当我们进入IT产业后，我们当然也就采用了完全不同的计算机结构。计算机的结构越专业化，它就在全球范围中得到更多的参与机会，所以当硬件和软件能平行独立发展的时候，个人电脑的标准就产生了。所以我们现在可以看到个人电脑产业已经成为一个全球的产业，在亚洲我们可以看到日本、韩国、中国台湾和中国大陆，已经成为这个产业中的主要成员，整个个人电脑产业的发展重心以前是在美国，但现在是在全球范围中发展。所有的这些技术都将全球化，如无线网络技术，平面显示技术，芯片的发展，系统的发展，软件的应用等等。通过拆除各种体系架构的障碍，我们使整个产业有更好的竞争力，更有效率，甚至像一些软件咨询，软件外包服务等都有很大的比例在亚洲进行。

中国在其中将起到主要作用，中国有合理的价格，高素质的学校和人才。例如在大学里开展的研究工作，我知道在中国研究机构中，标准工作是刚开展的，但是取得了令人信服的成就。在中国政府中有一些人对中国成为软件巨人非常感兴趣，这需要很长时期的工作，以及创造性的工作，通过硬件、软件、系统架构上的变化，转变我们的能力，让这些公司参加软件产业中有价值的工作。

现在我要说的是，我对将来是很乐观的，对这个行业产生的工作机会，对硬件的发展都非常乐观。你们可能觉得，我这种乐观非常奇怪，许多IT企业，微软除外，都在削减开支。因为美国、欧洲、日本的经济不景气，IT的发展就放慢速度，部分是因为以前所使用的是昂贵的硬件和软件系统。如UNIX系统，而现在使用的是，基于Windows操作系统和Intel芯片的服务器。服务器功能强大，因为这些更为先进，还有另一种转变，人们坚持要求系统更有效率，这也决定了我们如何必须推出新的Web服务平台。我们在研发方面的投资，每年递增超过20％，在北京这里也是同样的递增速度，我们有很多设备需要智能化。例如电话的潮流总在变化，需要在电话中显示你所在位置的地图或拍照，或保存你的音乐和视频、闹钟需要，考虑到上午的交通状况，对你日程表的影响来进行设置。手表可以查询你所感兴趣的体育新闻或是股票价格，或者显示短信息，或在短信息里进行各种设置。

我们可以整合这些智能设备，借助软件，不好意思我又要再提到软件以及Web服务，让它们协调运作，非常有效率地达到你所想要的个性化的通讯目的。我们对于需要做的软件才刚刚起步，需要自然的人机界面，就像我现在对着你们做演讲，需要能获取信息，需要能只在一个地方存储信息，我们称之为统一存储。我们还有许多事情需要去做，需要提高软件开发工具的质量和效率，便于交流，易于组织。即使对这些技术有心理障碍的人们或者那些仅仅对网络感兴趣的人，也可以很方便地使用这些软件所带来的便利，这都是软件潜在的可能功能。对每一个这样的可能性，人们都在致力于在几年的时间内实现，我们将建造这样的平台，为各种潜在功能的软件开发商提供便利，使得这些软件产品，可以得到最大程度的功能实现。这里，我们有一个非常良性的循环，大学中做的学术研究，为我们这些商业公司做出贡献，反过来我们又为他们做出贡献，以赢利为目的的商业公司，他们缴税，创造就业机会、投资教育，这样就形成一个非常好的良性循环。这种与学术界密切的合作关系，对微软来说十分重要，我也建议别的公司采取这种做法，微软为与各种科研之间的合作关系的维持和不断改善，也进行着不懈努力。我们在中国有许多这样的活动，我们向他们提供培训，提供知识，这就是我们与教育部合作实施的长城计划。我们将首先在中国，最好的五所大学实施这个计划，接下来再进行推广，以便使中国在技术技能方面，不再受到限制。

我很高兴参加今天的“·NET” 竞赛，所有的作品向我展示了，近年来软件开发所取得的进展，所有的参赛选手都给我们留下了深刻印象，我认为他们的作品的确很好。这个领先的行业最关键的因素是软件，微软致力开发这样的平台，使下一代产品得以大力推广和应用，建立统一系统架构，很多软件开发商也都正在进入这个行业。我们这么做是因为我们从与很多大学教授以及软件开发人员的谈话中，得到的反馈意见。他们也告诉我们同样的信息，现在是很好的时机，进行软件开发，很好的时机进入软件行业。因为这个行业，正在改变着整个世界，而且它对这个世界的改变，超过了其他任何所有的行业，而且特别是在中国，因为中国是全球发展最快的国家。我非常自豪我们能成为其中一员，我对中国的成功充满期待！谢谢！

数字时代用户界面-李开复

主讲人简介

李开复，美国微软公司副总裁，是语音识别技术方面的专家。1961年出生于中国台湾，1972年随母亲迁往美国。毕业于哥伦比亚大学，后毕业于全球最有名的计算机研究大学——卡内基梅隆大学，获得博士学位。80年代末加盟苹果公司，曾连续三年得到权威刊物的最佳科技奖。1997年担任微软亚洲研究院院长。2000年调入微软总部担任副总裁。

内容简介

从1985年，PC的应用是从DOS到Windows。在以后的十年之内，有了Windows，有了Internet的发展，带来了多视窗的、链接的图形功能，这些就是在用户界面上的一大革命。

现在我们用的图形用户界面就是所见即所得，看到它就能用它，是靠鼠标等基础之上做的用户界面。

可是当我们进入了网络时代，应用软件就会有越来越丰富的内容。随着我们工作的增多，放在屏幕上，让我们看到所有可以做的功能，已经不适应如今高节奏的工作状况，这个时候所见即所得的图形用户界面就会碰到一个瓶颈，而依靠语音技术的发展产生的自然用户界面将帮助我们解决这一难题。

将来，我们的电脑不仅仅是一个工具，而是一个得力的助手，你可以和你的手中的电脑讲话，而电脑也会理解你的意图帮你完成各项工作。语音可以说是惟一共通的表达的方法，无论你有没有鼠标，有没有键盘，只要有语音就可以。未来的用户界面究竟将会怎样？敬请关注由语音技术为您全新打造的《数字时代的用户界面》。

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谢谢各位同学大家好！回到北京真振奋，尤其看到这么多中国的年轻朋友。今天我很高兴有机会来介绍一下在 Digital Decade(数字十年) ，在用户界面上会有一些什么样的机会？我们都知道，从1985年PC的开始，它的用户界面是一个很简单的 Dos Command Interface(Dos 命令用户界面)，我们要靠人去强迫地记得怎么和计算机来做一个沟通。那么在后来的十年之内有了Windows、有了Internet的发展，带来了Menus(菜单) ,多视窗的Internet带来了 Hyperlink(超链接) 链接的图形的功能，这些就是所谓的图形用户界面。这是在用户界面方面的一大革命，图形用户界面就是所见及所得，What you see is what you get，它是靠了BitmapDisplay(位图显示)，靠了鼠标，靠了Internet的一些标准，在这基础之上做的用户界面。它的原理就是，我们能用眼睛看到的一些用户界面的 Element（内容），我们看到了它，我们就能够去用它，我用了它就会执行工作，这样一个理念之下，它是非常好用的。因为对于人们来说我能看见我就能用它是非常直观的，尤其是一些很常用到的功能。比如说Windows 的Tool Bar(Windows工具栏)，我常常用它，它就老在我的机器上出现，我就可以直接地去使用它，所以这是它的好处。所以Frequent action 常用的动作在图形用户界面特别好用，因为它就在你面前，你一按事情就发生了。

但是当我们进入网络时代，进入Web Service（Web服务）时代，未来的应用软件会有更丰富的内容，这个时候所见即所得就不够好了。因为我们能做的功能太多了，不是一个可以放在屏幕上，让我们可以看到所有可以做的功能，所以这个时候图形用户界面就会碰到一个瓶颈。我们继续往后发展，未来的Digital Decade(数字十年)，有三个很大的趋势：第一个是XML带来的一种格式，第二个是Web Service（Web服务），让我们能够把整个Internet当做一个操作计算的环境，让我们编程能够从手表一直到服务器上都可以使用，第三是Smart devices(智能设备)，很聪明的设备，从手表、电视、电话一直到每一样能接电的东西，它都是一个计算的工具，都是一个可以使用软件平台的工具，都是一个可以上网的工具。这就是为什么我们在Digital Decade(数字十年)这么振奋的理由。但是进入了Digital Decade(数字十年)，在网上有无限的有格式的有架构的这个XML的数据，在网上有无数的网络服务，你可以在网上订花、买书，可以在网上两个公司做彼此的交流，订货你可以在网上做无比的事情，任何你想做的事情都可以把它当做一个Web Service（Web服务），Web Service（Web服务） 可以彼此来沟通，那么Web Service（Web服务）也需要和人来沟通。所以在这么丰富的Web Service（Web服务），这么丰富的 XML的环境之下，我们需要一个新的用户界面，因为我们不可能把所有可能的想要做的工作，所有有可能的Web Service（Web服务） ，所有的XML的格式，都用图形用户界面显示在你面前。因为电脑和网的功能变成无限的，所以你不可能在有限的屏幕上，显示所有可以做的工作。所以图形用户界面将达到一个瓶颈。

另外Smart Devices，智能化的设备，不是每一个设备都有屏幕的，电话没有屏幕。我们怎么用图形用户界面，电话没有键盘没有鼠标，我们如何去用图形用户界面？所以又是一个理由。图形用户界面将达到一个瓶颈，我们认为未来用户界面的发展，应该是从自然语言语音。比如说墨水或者让电脑更像一个Tablet，一张纸，甚至有一天更像一个Personal assistant 得力的助手。我们常说的就是在Digital Decade(数字十年)，我们希望将来的电脑能够并不只是一个工具，而是一个得力的助手。这就是所谓的Natural user interface（自然用户界面）， Natural user interface（自然用户界面），如果说 Graphical user interface（图形用户界面）是What you see is what you get， Natural user interface（自然用户界面） 就是Do what I mean ，我想要做什么，我就告诉你，你就帮我做了，那么它是基于technology(技术) ，我们刚刚提到的有很多Device（设备），Natural user interface（自然用户界面）要能在各种设备上运行，有 XML，所以Natural user interface（自然用户界面）要能够利用有格式化的东西，有架构的东西，有序的东西， Web Service（Web服务）所以它要能够在Web Service（Web服务）或者是类似的。NET这样的环境，在多平台的从电话从手表一直到服务器上面能够执行。好我们需要这样的一个用户界面，我们希望它能够是Do What I Mean(按照我的意愿去执行 ) ，那Do What I Mean是怎么代表的呢？当我们想做一件事情的时候，无论是我要送一束花给我太太或者是我想知道怎么把一些地址打印成为一些Address Label(地址栏)，才可以寄信。或者是我想知道在Word里面，有一个表格，我想把它一分为二，这些事情怎么去做呢？这些事情它们在我们人的脑海里是怎么出现的，它是靠自然语言出现的。

我们人来描述每一件我们想做的事情，我们的意愿都是用人的语言，是用一串字来代表的。所以这一串字，如果我们能够把冒到我们脑海的这串字直接告诉电脑让它去执行，这个应该是最直观的，最自然的最容易使用的一个用户界面。这样的一个用户界面是自然的，因为人的语言是多年来人类发展的，可以说是人类的工程，是我们人类多面演变之后达到的一个人类沟通的一个特别好的工具，这就是语言。这个语言是很自然的，因为我们都会语言，所以我们不需要学习，所以我们可以在更多的设备上，让更多没有接触过电脑的用户在这个Smart Device(智能设备)上使用这个自然用户界面。

第二,Scalable(可扩展性)，语音可以说是惟一一个用户界面的方法，它可以在各种不同的 Smart Device(智能设备)上使用，因为无论你有多大Screen(屏幕)，无论你有没有键盘，有没有鼠标，语音都可以使用。它不局限于需要一个荧幕或者是一个键盘，或者是一个鼠标。那最后呢，它的表达力Expressiveness非常的丰富，我们可以用语音讲一句话或者用语言代表一句话，我们可以说现在我不接电话，直到我演讲为止，或者我说现在我不接电话，直到我演讲为止，除非是比尔·盖茨打来，这样的一句话。用图形用户界面绝对不可能表达，所以我们需要语言的丰富的语言才能够表达这样的意愿。自然用户界面有这么一句话，Gordon E. Moore(戈登-摩尔)曾经说，他是一个有革命性的一个能力，他让你能够自然地和电脑讲话。那么电脑呢，会理解你说的是什么意思，在你的一个Context (内容)之中知道你说什么意思，Gordon E. Moore(戈登-摩尔)大家都知道，是英特尔(Intel)的创始人之一。也是有名的摩尔定律的创始人，伟大的计算机方面的很有贡献的创始人——Gordon E. Moore(戈登-摩尔)。

他说过这样的一句话，是在2002年接受美国总统奖章的时候说的，那我举一句话是什么意思呢？因为可能有人会怀疑，是不是语音的技术，是不是语言的技术能够足够地成熟，能够足够地达到真的是Do What I Mean(按照我的意愿去执行 ) 这种地步，能不能达到？我们都知道Moore’s Law(摩尔定律)告诉我们每18个月，计算机的速度会变快,会翻一番，会变快一倍。那语音方面呢？语言的理解呢？

这个就是在 GordonE·Moore(戈登-摩尔) 参加美国总统奖章授予的时候，他说的一个新的定律，叫做超级摩尔定律。超级摩尔定律就是告诉我们的是不但计算越来越快，越来越便宜，而且技术越来越好，语音的技术我们可以去衡量。它的犯错率，今天语音识别的技术的犯错率，和人的犯错率大家可以看到，大约还有一个数量级的差别。但是如果我们把历史拨回去十年或二十年，我们发现每一年我们都可以完全地期望语音识别比前一年更好10％，也就是说去年它如果犯100个错，今年就只犯90个错，明年就会只犯81个错。照这样数量的下降呢，肯定有一天，自然语言的识别自然语音的理解，会达到人的能力，人的语音识别的精准度。语音识别当然比较复杂一点，不是说计算机快了，就自然而然的就好了，而这是一个组合，更快的计算机，更好的算法，加上更多的数据，促成了语音这个行业每年都有可以预期的10％的进步。所以我们可以确定地说在十年到二十年之内，计算机的语音识别会达到人的能力，这是非常振奋的一件事情，也就是说，我们只要继续努力的工作，自然用户界面一定有来到的一天，这只是语音，当然还有很多技术，也是基本上在这个原理上每年比前一年做得更好。

现在我想讲的是在自然语言方面的处理，将有什么样的一个计划。我们的想法是这样的，我们当然有一天希望我们当然希望明天就能够到电脑上和它自然语言沟通，但是有很多很多的问题，一方面是技术，还要靠每年的进步，不是今天的技术，就能达到这种科幻小说上面的能力，这要经过十年或二十年的努力才能达到。第二个问题是人们并不习惯和它的电脑讲话，所以我们就算把这个能力做进去了，也不见得是能够被这个社会马上所接受的。第三，我们微软公司做平台的工作，我们深深地理解，平台不能够促使用户们的接受一个技术，需要应用软件才能够促使它的接受。所以，今天我们必须要让未来的语言语音进入了未来的应用软件，然后在平台上给它最好的支持，这样才有一天有希望能够做到。所以这就是为什么我们说Practical计划(实际的计划)，我们不是梦想明天就可以跟电脑讲话，而且跟人沟通一样的自然，我们是一步一步地来，那这一步一步怎么来呢？

我们第一挑选最自然，最合理的一个启发点。语音我们就用电话来做，不要用PC来做，因为大家不愿意和电脑讲话，但是每个人都会对电话讲话。如果说我能够用语音的方法接电话，我就能够帮一个航线,帮中国航空公司，帮中国民航，它能够接电话告诉你你的航班几点抵达，甚至帮你订票。我可以帮一个股票经济商，帮你购买你需要买的股票，或者甚至问你要不要买某一个股票，也就是说，语音在电话上就像一个人和你对话一样，但是是机器在做的事情，但是因为电话是一个我们很自然愿意讲话的工具，人们就会更容易地接受它。

第二，我们不只是用讲话的，我们可以用打字的。我们有键盘，那在什么情况之下人们会用打字的方法输入自然语言在一个电脑里面呢？这有两个地方一个是Search(搜索)，不管是网上的搜索引擎还是在电脑上面搜索您想要的档案，这都是搜索。或者是Help,帮助，这也挺有意思的。因为我们想要做一点事情，我在Word里我想知道怎么把一个表格一分为二？这句话现在是要人经过把这句话转换成图形用户界面来做它，但是人可能不知道怎么转换，但是当你不知道的时候，你就会打开Help(帮助)，然后就问它，把这几个字打进去问它。所以这两个是非常合理地把自然语言处理的方法放进Windows平台里面，能够更好地支持搜索，能够更好地支持对用户的帮助。

我们非常实际地务实地一步一步来，在这两个 Speech for Telephone and Typing with Searching Help的方向呢，我们一步一步地来，把用户界面一步做得比另一步更好。但是我们的第一步，如果用户用完以后，并不觉得有自然用户界面，或自然语言处理的功能，我们并不沮丧，只要他认为说这个Search(搜索)越做越好，我们就挺开心的。我们再一步一步地往下做下去，另外我们并不是一个认为自然用户界面将取代图形用户界面。虽然在电话上你没有图形，那当然是可以取代的，但是在PC上面其实更合理的是应该用自然语言的方法，自然用户界面的方法，来辅助已存的图形用户界面，因为人们还是更习惯地用图形用户界面，他们不希望看到一个革命性的彻底的一个新的功能，或者一个新的用户界面。

第三，这个基础我们是用.NET来做的，所以这一整套系统我们是重新开发的。我回到美国总部之后呢，我们就在.NET的基础上用Visual Studio(可视化控件)来帮助我们的Developer (开发人员)，能够把已存的应用软件加入语音的功能，加入自然用户界面的功能。我们在.NET Framework(.NET架构)上开发这一整套系统，我们利用XML Web Service（XML Web服务）能够让不同的系统能够彼此沟通。所以.NET对我们的用户界面是非常需要的一个低层的支持和技术，因为.Net可以在多种的设备上使用，所以我们也认为经过.NET我们可以在电话、电视机、汽车、 电器上都可以使用我们的自然的用户界面。所以我们怎么走这条路呢。

第一在Telephony上，就像我们刚才所说的，Text Speech(语音合成)、Speech Recognition(语音识别)、Dialogue(对话)也就是说人机对话的沟通，在PC上我们要做搜索，要做帮助。再下一步 Q&A(问与答)，我有任何的一个问题我问你，你给我你的答案，这个问题可能是说我明天开会在什么地方，也可能是问一个比如说百科全书的问题，比尔盖茨财富到底有多少？我们能不能有一天做出这样的Q&A(问与答)的系统，这是一步一步来的，从左是时间的开始，到右边是未来的方向，那么刚开始你可以看到语音跟文字是分开的，但将来我会经过多通道用户界面，在任何的机器上它都可以支持语音手写体或者是打字输入，也可以从这些已有的这些功能，左边的这些功能做到Delegation, Delegation就是委托式的用户界面，也就是说我们用户我希望告诉我的PC，不是一步一步怎么做一件事情，而是最后我要得到什么样的结果，而我聪明的PC会帮我计划一步一步地完成它。还有Federation(联盟)，就是说，我要求我的PC做一件事情，它不会做，但是它知道别的PC，或者别的Web Service（Web服务）可以做，它可以经过我委托它，它再委托别人去帮我做这件事情。再下一步Collective Agent(集中式代理)，这个 Agent(代理)用户界面就是说不是我做用户来启动每一件事情，而是计算机可以主动地说，发生了什么什么事，你要不要怎么怎么做。比如说微软的股票超过四十块了，要不要卖，这个不见得是我人去主动地要求的，而是我很早地要求我得力的计算机助手帮我留意着微软的股票超到某一个程度，就要买或者要卖。当然把这个做好还需要Planning，也就是计划方面的工作。

我们举一些例子，用语音怎么做呢？打电话买一百股微软，好买了，这就是语音的一个对话。Dialogue(对话)我可以说买微软的股票，它会说要买多少股，我说一百股，这就是一个对话,我讲一句它讲一句，我讲一句，轮流的.从语音的角度来看呢，我们认为Smart Device(智能设备)跟语音是有非常大的关系的，因为今天我们可以把所有的设备分成这两个轴，从y的轴我们看到的是基本上是说它的Screen，它的显示器有多好.从x轴来说呢，我们说它的输入，比如说键盘或者鼠标有多好.当然PC是在右上方的，因为它有很大的Screen(屏幕)，又有Keyboard(键盘), 又有Mouse(鼠标)，电话是最差的，因为它又没有Screen(屏幕)又没有Keyboard(键盘)。其实呢，还有很多其他的设备，这些设备包括Tablet PC，PDA(个人数字助理),Screen Phone(可视电话)，汽车或者TV，这些市场今天都比较小，但是很重要的是在下八年，到2010年的时候我们会看到的是 Screen Phone(可视电话) 和PDA(个人数字助理) 会越来越大。更多的汽车也会变成有计算的功能，也可以上网。更多的电视也会有计算的功能，也可以上网，而Tablet PC会成为更主流的技术。也就是说，有更多的平台，有更多设备的平台，上面是急需语音的一个输入的一个方法。我们在左下方，也就是说Screen(屏幕)非常糟的情况之下，那么语音呢，就可以不要理会它的 Screen(屏幕)，我们直接语音对语音地(来)做一个对话。当你有一个小小的 Screen(屏幕)的时候，我们也许可以用(语音)的输入，而用图形的输出。所谓的 Multi Model(多模式)，或者Commmnd and Control( 命令和控制)，当我们Screen(屏幕)够大的时候，这个时候我就可以做听写了，因为听写需要做修改，修改的工作需要一个比较大的一个显示。所以上面的这些机器呢，比如说Tablet PC和语音的听写，是一个很好的结合，所以这几个是语音的很好的机会，那么下面我将做几个语音方面的演示。

第一个演示，我现在要打电话到美国，这是我们微软公司用SALT技术在用.NET技术和SALT技术做出来的一套系统，这套系统呢，我们将在中国的Visual Studio(可视化控件) 的比赛让中国的学生甚至比美国的学生更先能够有机会用到这方面的技术。在这个演示里面，你们会听到的是有一个很聪明的电脑代理，他会跟我有一段对话，那么我要他做一件事，它会做一件事，这套系统呢，是用Visual Studio(可视化控件)开发出来的，然后微软提供了很DialogueModule(对话模块)，也就是说，开发者他编一个语音的系统。

--410155543

--您好,需要帮助吗?

--请帮我处理一下学院基金.

--给我申请表.

--您需要我把信以邮寄的方式还是Email的方式给您?

--Email.

--我已经把信发到您的Email里了.您需要我们找个业务代表帮助您填申请表吗?

--是的,谢谢.

--谢谢,我们马上就会与您联系.您有一封来自银行方面的告警信,您需要我们把它传给您吗?

--好的.

--请稍等.

--艾伦,您好!您有三笔帐单未付.首先是电费 $43.5,长途话费 $62.25,

DSL $31.52,您愿意付帐单吗?

--付电费和长途话费.

--电费和长途话费将在两天内交清,您还需要别的服务吗?

--不用,谢谢.

--请说“是”或“不是”或提出要求。您还需要别的服务吗?

--不是。

这就是我们的演示。在这个演示里你听到的是，我打电话到我的股票经纪商，那么我要求他，我希望理解怎么样去存钱，为了我的小孩的未来的教育，然后他就问了我很多话，最后决定把一些信息寄到我的Email Address里边。这个时候正好我的银行的有很多新的帐单要付，他就把我转换到另外一个部门。这个时候就有一位女士的声音出来，和我做了一个交谈，我决定把一些帐单付清了，另外一些帐单呢，还没有付清，这是这样的一个未来可以做到的一个交流的过程。我们预期这个产品应该在今年可以做完，所以在明年我们就可以看到很多的应用，让人们能更快地把一个已有的 .NET Application(.NET应用)，加上语音。这个应用本来是在PC上在Web上应用的，它突然就可以帮你接电话了。

好，下面我要做的是一个另外的语音方面的演示。我们刚刚所说的语音呢，它有语音合成，还有语音识别。现在我要演示的是微软亚洲研究院的一个工作，大家都知道在亚洲研究院，语音是一个重点研究的项目。现在我要演示的呢，是一个语音合成。这套语音合成系统它最特殊的地方是，第一它非常的自然，第二它能够中文和英文混着说，而且是用同一个语音来说。让我们听听这个声音离人的声音还有多大的距离。

2003年2月27日，新一代软件技术展望大会在京召开，微软CEO兼CSA比尔盖茨先生将亲临现场与中国大学生面对面，盖茨先生将为微软亚洲研究院主办的微软杯XML Web Service（XML Web服务）学生软件开发大赛获奖团队颁奖，并做题目为Digital Decade(数字十年)的主题演讲。

好，谢谢。这个技术我们非常的自豪，我估计它的中文已经超过了我的中文的能力了，不过我的英文还比它好一点。

再下面我们所要看到的是我们在总部最近拍的一个 Video(录像)。也就是说，我们把一些技术，我们已做好的技术，在一些日常的环境上让大家更能理解语音它不是一个很玄的技术，是真的每天任何的一个人都有可能用到的。

--欢迎致电（自动化处方服务）. 请说您的名字。

--简·赛门。

--请输入或说出您的个人标识号或者密码。

-- Connecticut

--欢迎，赛门夫人. 您需要重新填写还是修改您的处方？

--修改。

-- 您共有两个处方，您希望修改哪一个？

--Claro

--您的Claro处方将在一个小时内准备好。

--太好了。

--您今天还需要别的什么服务吗？

--是的。给我丈夫的手机打电话让他过来取处方。

--正在通知他.

--3月15日（周五）下午16: 15，811直达航班离开，3月19日（周二）下午13：30 831直达航班返回。您需要我现在就预定航班吗？

--对，预定航班.

--谢谢，我们将把您的电话转到旅游高级会员业务部门以便让您确认。

--您好。我的名字是迈克。您前往拉斯维加斯的航班已经按照您的意思预定好了。因为您是我们的高级会员，我们将给您一个特殊的折扣价，及包括晚餐和演出在内的娱乐服务，需要我更详尽地为您解释吗？

--呼叫我的秘书。

-- 欢迎到来，您说您的密码。-- 123。

-- 欢迎您，泰乐萨。需要帮助吗?

--为我的部门安排一次会议。

--请告诉参加会议的名单。

--有Rack Sherman（人名）, Christine Constant （人名）和Mary Louise（人名）.

--请告诉会议的主题.

--我们与约翰逊公司的合同.

--请告诉会议的地点

--在我办公室里

--请告诉会议的时间

--本周四下午2：00，会议将持续一个小时。

--Christine（人名）在会议日程上有冲突.

-- 无论如何请给他一个邀请，并告诉他这是紧急会议。回头再与我确认是否所有的参加者都能参加会议。

--还有什么别的我可以为您效劳吗?

--请查一下我的收件箱.

--您有四封信，其中有一封是急件.

-- 念给我听.

--泰乐萨先生.

--您好，这里是您的自动秘书，所有要求参加会议的人员都接受了邀请.

--太好了

--让我们求助于网络.

-- Bridge 大街16号发生火灾。

--告诉我们具体情形.

－最新的报告是，最严重的火灾破坏是再房间的西北角，在烟囱周围。这与火灾假设的起因相吻合。我的建议是接受这个声明。

-- 把别的照片发给火警报告中心，让火警报告中心的财产损失小组估算火灾损失，并通过Email给房主一个拷贝。

--我可以为你效劳吗？

--您好，这里是金融自动提醒服务，您是Mary Anderson（人名）吗?

--是的

--请说出或输入四位个人标识代码.

--5489

--谢谢。您付给了Atlantic（公司名）的代码为6233的帐单后将使您的帐户余额为负，需要我们激活您的帐户透支业务吗?

-- 不用，查一下我市场帐户的余额.

--您的市场帐户的余额为14862.70美元.

--从市场帐户转帐1000美元到我的主帐户上.

--转帐成功，您还有什么需要效劳的吗?

--谢谢，暂时没有.

--环宇航空公司.

--欢迎致电环宇航空公司自动服务中心，请说您的名字和个人标识代码.

-- Eric Williams（人名）. 2323.

--您好，我可以为你效劳吗？

--我想要复查一下.

--告诉我您的航班号.

--5516.

--您对座位安排有什么特殊要求吗?

--我喜欢在前面的靠窗或走廊的座位.

--您现在看到的是符合您要求的剩余座位情况。

-- 9A可以吗？

--座位 9A 预定给了.

--您今天需要登记行李吗?

--是的.

--请前往B6窗口.

这个演示到此为止，就是我们认为在未来的电话上很多的机会，那么我们看到的每一个演示呢，它除了用电话交流之外，我们也看到的有些用手机它有荧幕，能够用的时候，它就利用到了它。我们也看到了有一个网页，网页上有一些字出现，当它讲话的时候，这什么意思，这就是在服务端，这个系统其实我们是用Web Service(Web 服务)做的。那么我们只是让人用电话能跟Web Service(Web 服务) 讲话，这个Web Service(Web 服务)上面的Form(组成)，其实是看不到的，但是为了让大家理解，我们把Web(网络)跟 Telephone(电话)做在一起了，我们才做了这样特别的一个演示。

我们刚才曾经提到的，我们可以用Tablet PC，Tablet PC上面呢，做语音识别是很好的一个平台。原因是Tablet PC虽然手写满方便的，而且开会的时候也只能用手写，但是如果我们在自己的房间里，在有隐私的情况之下，手写的速度还是挺慢的。语音的输入可以说远远地超过了手写的速度，所以我们可以用语音输入，如果犯了错，我们可以用笔来做修正。现在我们做一个听写的这个演示。

--开始工作。

--亲爱的盖茨先生:

重新开始一段非常感谢您光临北京。北京是奥运会举办城市。今天我们很高兴有8000名来自北京各大高校的学生来欢迎您到来。

-----重新开始一段

——您的……（信件格式）

我们认为语音有非常多的地方可以有发挥的地方，在电话上是最主要的一个，但是在Tablet PC上, 在multi-model devices（多模式设备）,在 Smart phone（智能电话）上都是很多的机会。

我们现在回到文本的输入，Text（文本）的输入，Search( 搜索)。我们今天当然知道Internet上，我们到Google(搜索引擎名),到MSN Search(搜索引擎名),到Yahoo(搜索引擎名) ，可以做简单的一些名词的搜索。但是未来我们搜索应该怎么做呢？未来很大的一个革命，是有结构化的内容， Unified Storge(统一存储)，也就是说，XML不但很重要，我们将有承诺，在未来的Windows，下一个版本的Windows里面呢，用 XML，用有序的 Database(数据库)技术。数据库的技术来作为我们的 File system(文档系统)，也就是说，我们每一个档案在我们的机器上，它都会是有序的，有结构的，也就是说，每一篇E—mail，我都知道是谁发来的，什么时候发来的，内容是什么，一些关键词是什么。也就是说，每一个Calendar（日程），每一个Appointment(约会) ，我和任何人开会，它都知道我在跟谁开会，在什么地方开会，几点开会，几点结束，然后内容是什么，要带什么东西，它都可以一个一个靠Database File(数据库文件)储存。当你一个整个 File System(文件系统) 的每一个档案，都有序的储存之后，我们就可以用自然语言，来做一个数据库的搜索。比如说我可以说我要找John(人名)寄给我的电子邮件，电子邮件的Subject(主题)是budget （预算），Find email form John about the budget(找John给我的有关预算的电子邮件) 他就应该可以直接把答案找给我。今天我们搜索E—mail非常困难，Help(帮助)得到帮助，我可以说My printer stuck( 我的打印机卡了)，或者我想打彩色的打出来的是黑白的，这个时候它告诉我为什么，甚至如果是软件的问题，不是硬件的问题，它可以帮我修好。Task（任务），Ten thousand copies in Kinko’s Beijing（在北京的Kinko打印10000份），这个是一个很实际的例子，因为 Kinko（公司名）是我们的一个合作伙伴，Kinko（公司名）它有一个Web service(Web服务)，Kinko（公司名）是美国打印的公司，它在北京也有一个分店，过去你都是要把你的文件带到店里面去，一份一份地影印，但是它现在做了一个 Web service(Web服务)，你可以远程地去把一个文件寄给它。

Web service(Web服务)它有几个参数，我可以说我要把这份文件打一万份，我叫李开复，我的帐号是什么什么，或者我的信用卡号码是什么什么的，这都是一些有结构的东西，我可以靠Web service(Web服务)去传给 Kinko（公司名）。比如说盖茨先生来中国非常赶，然后他要印一万份东西，让每人有一份，那他在美国印了，捧这么重的东西过来的话,他的专机可能载不下。那他怎么办呢？他就可以说要打印一万份，而且在北京打印，在北京取货，下了飞机去取货，这样可以节省很多的时间，所以这就是所谓的一种 Task（任务）。当然 Task（任务）和Search 也很像，Search是要找一个东西要找一个结构的，Task（任务）是有一个结构的东西，但是我不是要找它，而是要把它抓起来当做参数去执行，所以这样的一个Web service（Web服务）应该很有用。

当然今天Kinko（公司名）还没有一个自然用户界面，所以你用表格的方法，Graphical user interface（图形用户界面）很繁杂的方法去做你的输入。将来我们可以用自然的用户的界面，写完一篇文章，我就告诉它在哪里打印，打印多少份，指令了之后，它就会做到。 Q & A（问与答）我可以问一个问题， What time will Bill Gates’ talk end?（盖茨的演讲何时结束），你可以告诉我3：55分，如果你有一个Calendar（日程），Calendar（日程）里有一个item（项目）叫Bill。Gates’ talk（比尔·盖茨的演讲），这个Calendar（日程）它是在3：55分结束，所以我问这个问题，它也可以有结构地去做一个 Database Request（数据库需求），就跟一个SQL Request（SQL语言需求）一样的，然后把答案显示给我看。Delegation and Federation（代理和联盟），这个是比较未来，可能是五年以后的一些scenario(景象)，Send flowers to my wife on her birthday.太太过生日的时候送花，如果我能说每年送的话，以后就不会挨骂了。Pro-Active agent（主动代理）我可以告诉它，我有很重要的演讲，我不接任何电话，或者说除非是紧急的，除非是比尔·盖茨打来的，或者除非讲完了，这个时候如果你有一个很聪明的web service（web服务），它可以知道你这一秒钟在不在演讲，演讲紧不紧急，你接不接电话，什么电话是紧急的，谁是你的上司，它可以把这些信息都融合进去，能够主动地去帮你做一件事情。所谓的 Pro-Active（主动的），我吩咐它做一件事情，但是它不是马上做，而是一直延续地做下去，它帮我接所有的电话，一直到有一天我叫它不要接为止。Planning（计划）可能是说你要给它一个信息，而它要跟你做一个会话，对话之后它才决定最终你要做什么事情。比如说我要做 Planning（计划），第一步我想去欧洲度假，这时候它可能就问我要花多少钱，去什么国家等等的，怎么样做这样的一个Dialogue（对话），还是比较复杂的问题，比较未来的问题。但是我们很有信心，从上面用Speech（演讲）走，从下面由自然语言走，确实可以达到的。我们刚刚所说的Structural storage，这个XML ，甚至将下一代的XML由Windows来Native(本地化)直接支持用 SQL Database(SQL数据库)的功能。在Windows里支持每一个档案的XML这件事发生之后呢，所谓的很多例子都可以解决，让我们能够把左边的这些例子这些句子，这些自然语言转换成右边的SQL Query(SQL查询)，这个其他的工作就很简单了。我们 SQL Database(SQL数据库) ，然后得出来的结果显示给你看，那就得了。所以我们认为非常的乐观的就是说将来当XML真的发展好了以后，世界上的数据更多更多的结构化的，这些结构化的数据呢，它其实是需要一个新的搜索的新的帮助的新的执行的一个用户的界面，让人们能够更流畅地和它来沟通。

现在我有一些显示，也是微软研究院，这个是微软美国研究院做的一个非常有趣的一个工作。它这套系统呢，可以回答任何的问题，世界上的事 它是无所不知，你可以问任何的问题，所以现在我问它一个问题，它现在做的工作是到网上去搜索，所有网上的无序的信息，然后它能把它有序地结构起来。它先用自然语言的方法把这句话，我的话就是问它说，有一个中国的篮球明星，他在美国休斯敦，打篮球，他叫什么名字？它就会把这句问题组合成各种不同的句子，然后到网上去问这个问题，它把网上得来的很多答案，每一个答案可以投一票，它最后投票最多的就是它的答案，所以它不是真的非常智能化的，但是姚明。

下一个问题，尼克松什么时候来过中国？这个问题其实满困难的，因为他来过很多趟.但是有历史性的那一次，也许应该是最合理的答案。我们看看这个系统怎么回答，这系统第一个做的呢就是分析句子的结构，用自然语言的方法把动词宾语等等提炼出来，然后来推测在网上如果有人答这句话，Visit China during什么什么，was in China during what what什么什么，去找这些句子，然后它把里面的答案在抽出答案来，看哪一些更符合When ，像是一个Data(数据)。它这个速度是比较慢的，因为它到网上去搜索各种的信息，1972正确。

当然为了避免大家认为我们这套系统是无所不知的，我也必须让它犯一个错。还好比尔已经走了，这个问题呢，希望他不会生气，我们看看他到底是跟谁结婚的，我们再等几秒钟答案就会见晓。因为这个系统其实没有真正的所谓人工智能，它是靠统计的方法得到答案的，所以它不能够真的知道一些人们非常理解的，很简单的一些 Commen Scence(常识)，所以呢，你会看到它犯了一个错误。但是你可以看到这个例子还是比较有道理的答案，第一个答案是没有道理的，Microsoft（微软），就是因为Microsoft（微软）跟比尔盖茨Marry To（结婚）这两句短语常常在同样的时间出现，它就猜这个是答案，猜错了。他其实在夏威夷结婚的，所以那还是有道理的，第三个答案William.H.Gates ，它不知道比尔盖茨和William.H.Gates 是同一个人，所以就答了同一个答案。但是还好他的太太Melinda Gates第四个答案好歹还是出现了，我们回到Slide(幻灯片)。

所以最后我做一个总结，我认为在一个Digital Decade(数字十年)里面，非常需要自然的用户界面，因为有很多Smart Device，聪明的设备的出现，那只有语音才能够在任何设备。任何的屏幕，任何的键盘，有没有鼠标情况之下，都可以使用。而在Digital decade(数字十年)有 Structural storage，有结构的储存。所以我们既然有储存，储存的目的就是要搜索，就是要Retrieve（搜索），就是要Search(搜索)。那么自然语言是惟一的方法，可以去获取已存的有结构的信息。第三，Web Service(Web服务)， Web Service(Web服务)是两个电脑彼此可以沟通，但是人们怎么去要求一个Web Service(Web服务) ，帮我买一束花，这个就要靠自然的用户界面。我也是深深地认为，自然用户界面，不是一个一天可以做到的一个革命性的东西，我们必须要一步一步来。先从最合理的，最自然的，人们最能接受的地方。比如说用语音用电话做，在PC上面呢，用 Search(搜索)和Help(帮助)，是它第一个可以做的一个应用。但是我更深深地相信，在十年以后，当我们回顾我们会觉得自然用户界面真的是比图形用户界面更伟大的一次革命，谢谢大家！

未来的太阳能车 -陈全世

主讲人简介

陈全世，清华大学汽车工程系教授，中国汽车工程学会常务理事。长期从事特种汽车技术研究。目前承担国家“863”电动汽车专项中“燃料电池城市客车整车技术研究”课题。

内容简介

随着全社会对汽车排放控制、能源利用问题的日益关注，清洁、环保、节能的新能源汽车已成为世界汽车工业发展的热点。各种燃气汽车、电动汽车、混合动力汽车技术在近几年得到了快速发展。因此太阳能电动汽车被人们称作“未来汽车”。清华大学汽车工程系陈全世教授从三个方面谈到大家目前所关注的太阳能汽车问题。

第一个就是风靡全球的太阳能电动车比赛，介绍了“２００２中国太阳能电动车友谊赛暨巡回展” 比赛的一些情况。

再一个就是太阳能的利用，太阳不断地向宇宙空间辐射出巨大的能量，其内部的热核反应现在统计，足以维持6×1010年，相对于人类来说它是“取之不尽，用之不竭”的巨大能源。所以我们可以充分利用。最后陈教授谈到了太阳能在汽车上的应用问题，也就是解答了观众目前所关注的太阳能车能不能代替燃油车的问题。它的应用主要是在传统汽车身上做辅助电池用。什么叫辅助动力系统呢？不是作为汽车的驱动力，它不能带动空调里面的压缩机，因为空调里的压缩机好几个千瓦，只可以带动空调里面的电扇。做一些辅助动力用。第二个太阳能可以做充电站，就是在一个房子上搭很多的太阳能板，把那个太阳能收集起来给电动汽车充电。

第三个就是利用太阳能制氢，太阳能先发电，电解水的电把那个氢气制出来以后，存在一个大罐子里头，给汽车里的燃料电池加氢，氢和氧气再化合生成水同时放出电，这样供汽车使用。节目最后陈教授提出太阳能车代替燃油车在目前还不能实现，主要是因为太阳能电池能量密度小，转化效率低，价格昂贵，技术还不成熟，所以目前还不能广泛推广使用。但是太阳能电动车是最清洁，最有发展前景的绿色环保汽车，所以它的推广还是非常有前景的。

全文

女士们、先生们，今天我来给大家讨论这个目前比较热点的一个问题，名字叫《太阳能车代替燃油车能实现吗》。我先把这个背景介绍一下，为什么太阳能电动车会在目前引起大家的关注呢？我想里面有三个背景，我先从大的开始，第一个是第二届联合国召开的《世界环境与发展大会》，也号称《地球大会》，已经在南非的约翰内斯堡开幕。第一届十年以前在巴西的里约热内卢开始的，这是第二届，这是一个唤起全球人对环境、 对可持续发展的一个关注，关心地球，这是一个很大的热点，我们中国也不例外。第二个由我国人大常委会通过的《科技普及法》已经正式颁布了，要在全国实施。因此崇尚科学、反对迷信、崇尚真理、摈弃邪教，变成人们生活中的一个大事，也就是说要提高我们民族的科学素质，要建设我们富强的国家。

首先在科学方面我们要有很深厚的底子，因此这个事我觉得是个很关键的问题。第三件事就是由中国汽车工程学会和美国EDS公司共同发起和主办的“2002中国太阳能电动车友谊赛暨巡回展”于8月3号到8月12号，在上海、天津、南京和北京四个城市已经举办结束了，取到了很好的效果，我也是这一次中方参赛的一个队伍的清华大学教练兼领队，这个车就是我们做的。下面再介绍一下我今天的提纲,第一个就是风靡全球的太阳能电动车比赛，会介绍一下我们中国这次比赛的一些情况，一些图片。大家说你搞这个干什么？这个太阳能能不能进入家庭，也就是提出太阳能车能不能代替燃油车，这个问题这么提出来的。第二个大问题我讲一下太阳能及其利用，太阳能利用大概讲这么三个小问题，一个是清洁硕大的太阳能，第二个太阳能的热量利用，太阳能可以利用热，可以做饭，可以加热，第三个讲太阳能发电装置。第三个大的问题就是太阳能在汽车上的应用问题，就是正面回答这个太阳能车能不能代替燃油车，一个是在传统汽车身上，太阳能车做辅助电池用。第二个，就是太阳能可以做充电站，我们这个电动车的充电站，不是用网上的电充，而是搭一个房子，那个房子上相当多的太阳能板，把那个太阳能收集起来给电动汽车充电，也就是说它用的能量是从太阳过来的,用太阳能的。第三个就是目前大家可以清楚地叫燃料电池汽车，用太阳能制氢，太阳能怎么制氢呢？太阳能先发电，电解水的电把那个氢气制出来以后，存在一个大罐子里头，给燃料电池加氢，这样可以解决这个问题。

我先讲一下全球太阳能车比赛的情况，也就是第一个讲一下这次“2002年中国太阳能电动车友谊赛暨巡回展”的情况。它的发起单位是中国汽车工程学会和美国EDS公司，参赛的代表队一共有三个，从美国邀请了两个,一个是美国密苏里-罗拉大学，就是University of Missouri Rolla这个学校，这个学校是2001年全美大学生比赛的第二名，另外一个是美国普林学院Principia College，这个是2001年的第七名，另外就是我们清华大学自己做的一个车，这个车曾经参加过日本能登的太阳能比赛。到香港回归的时候，1997年的7月份我们在香港去参加过展览。先来介绍一下，这是他们一个队的，这是美国密苏里大学他们的车和他们整个代表队的情况，后边的帐篷是他们2001年参加全美比赛的时候，每一个学校是有一个帐篷的。也是在一个地方进行比赛，一共四十几个大学参加。这是普林学院这个太阳能队，普林学院是一个教会学校，这个学校比较小，大概一共教职工加起来和学生加起来有七百人，但是他们心很齐，做这个车还做得很好，可贵的他们不是学工程的，是学文的，基本是以文科为主的，但是他们做的车还是做得不错的。这是我们清华大学这个队，这是我们组的核心队员。这个是我们在上海进行比赛的那个开幕式，这是开幕式完以后，我们这几辆车在它那个浦东的科技会展前面进行展示。前面这个是我们清华的车，中间 后面跟的是另外一个车，这是这个车在南京的高速公路上进行走，这是高速公路上一个站，那有南京的标志，它就和别的车一样在马路上走，在南京一共走了六十多公里，比赛了一段，又另外展示了一段，我后面要讲，在最热闹的新街口那地方走了几十公里，大概沿途有十几万人观看这个情况。这是在天津，天津的大街上，绕着河北工业大学校园走了有5.5公里，这是在北京的情况，北京在进行比赛，有三个车都排成一队，发令员一发就开始进行比赛的情况，这是在清华大学主楼前广场进行闭幕式，这是闭幕式的会场，也展了三辆车，闭幕式完以后，这三辆车在清华校园里头进行巡展，那三辆车排着队在那里面开给大家进行看。这是我想讲的第一个问题，就是太阳能车这一次比赛的一些情况。

第二个问题太阳能及其利用，太阳能确实大家都知道了，第一个我觉得是清洁硕大的太阳能， 这个是我从一些科普杂志里面得到的一些，也是我们学生编的教材里面的。太阳内不断地向宇宙空间辐射出巨大的能量，其内部的热核反应现在统计，足以维持6×1010年，这时间是很长的，太阳什么时候没有呢，那恐怕是6×1010，这个拿年来统计的，相对于人类来说它可以是“取之不尽，用之不竭”的巨大能源。第二点是太阳表面平均每平方米所发出的热量相当于一个6300千瓦的发电量的能量，每1平方米，太阳是非常之大的直径，它比地球大几百倍，但是每一个平方米发出的热量却相当于6300千瓦的一个发电站，地球离太阳有1.5公里之遥，很远的。从太阳获得的热量，只是太阳总辐射能量的22亿分之一，就是很少的一部分到了地球上面，但是这个能量是非常之大的，太阳的能量中35%被反射回去了，也就是有一种臭氧层保护着地球。如果太阳全部照射在地面上，可能就像我们嫦娥奔月那里面讲的，九个太阳照着地球，根本就没法活了。我国陆地面积内每年接收的太阳能的总量在3.3×103到8.6×106千焦耳每平方米每年，1平方米一年所烧的能量在这个范围，为什么呢？有的地方光照好，有的地方光照差，特别是我们的西部地区，光照比较好，东部地区有些地区光照比较差，到达地球表面的功率大约有每平方米在1千瓦左右，也就是太阳能的密度怎么样，看它挺热的，它1平方米只有一个千瓦，再加上它转化率比较低，我们现在转化率变全成电的话，大概的转化率在15%--20%之间，也就是六分之一到五分之一转化为电能，因此你想1平方米才多少，才几百瓦，一个汽车有多大呢，因为它的能量密度是比较低的，

第二我们看一看太阳能热的利用，就是从热量上要利用太阳能，怎么利用，热量这个大家遇见得比较多，有太阳能热水器，利用太阳能供热的方法，常见的太阳能热水器，太阳能灶还有太阳能房。太阳能供热最大的关键部件就是集热器，怎么把这个热能收集起来。它的基本原理，就是把密度稀疏的阳光“浓缩”起来产生高温。它的分类第一种就是像一把伞一样叫“聚光型”的集热器，另外就是像平板一样，我们用的大部分都是平板，而且有的平板是像向日葵一样有跟踪的功能，它还可以随着太阳的转向，它转变那个方向，这种是有的。另外像排管一样把它排起来，这种我们家里用的可能都有。最复杂的就是把太阳能变成一个发电的装置。太阳能发电有两种，就是把太阳的辐射能转变化电能，这个在很早以前就做过这方面工作。典型的一个例子就是利用太阳能的热发电，就是把太阳能的热集中起来进行热力发电，把热再转化为电。比较好的就是太阳能光发电，把太阳能直接变成光，制造太阳能电池，直接进行光电的转换，也就是有些材料，当太阳能照在上面去以后，它就把它的光转变为电，就有电子的流动，就有电动势，不过有外界的负荷就有电流产生，因此我们这儿主要介绍一个太阳能发电的两种形式。第一种形式叫做光生伏打电池，一般是在电子型硅单晶小片上，用扩散法渗进一薄层的硼，再加上电极制成这个太阳能板，当受到光照射时两极间产生电动势，另外就是光化学电池，化学电池就是在电解液里加入两个电极，当阳光照射其中一个的时候，两极之间就产生电动势，这种是最早用的太阳能电池，现在基本上不用了，没有多少发展前途，现在我们讲的主要就是利用太阳能制造太阳能电池，用半导体材料进行。

平常我们指的所谓太阳能电池就是光生伏打电池，在一平方米面积上铺满了硅太阳能电池的话，可以得到100瓦的电力，人造卫星和宇宙飞船多用这种电池供电，当然现在的转化率可以到20%，甚至可以到25%。你看我们卫星上用的基本上都是太阳能电池，过几年卫星不能用了。为什么呢，就是电池已经失效了，它也有一定的寿命，过一段时间性能要衰退，要脱落，个别的线就断掉了，因为电池制出来以后，一片一片地把它焊起来，把它收集起来电流，如果焊线一断掉以后，那个电池就失去作用了，时间一长那个电池就失效了，这是我们看到的太阳能电池板，有各种各样的，一个是单晶硅的我们以前用得比较多的，另外就是非晶硅的太阳能电池，这都是比较硬的。现在一种新的可以把这个东西涂在这个塑料薄膜上，薄膜可以卷起来。大家看看多晶硅的太阳能电池。还有一个树胶脂封的太阳能电池，这是一种树胶的电池，它足以把一个树胶作为一个载体，把那些硅晶的材料经过扩散的方法，沉积在上面，这个好处就是可以卷起来，不像我们那个是很硬的，不能动，要一动就会有许多问题，这种电池也用得比较多。

第三个我就回答一下我们这个问题，就是太阳能在汽车上的应用问题。太阳能在汽车上怎么去用。为什么呢？这个汽车的能源问题是非常严重的。我举一个例子，我们国家2001年石油的产量，大概有2.1亿吨石油，7000万吨是进口的，1.5亿吨是我们生产的，也就是三分之一是进口的，不到三分之二是我们国产的。而且我们国产的油质量比较差，大家说那个为什么汽车的排放里有问题呢？我这里也会讲，我们油的品质不好，含的杂质太多，我去考察了大庆 大港 辽河油田和胜利油田，我们国家产的油基本上都是黑的，沥青占的比例很大,只有新疆油田，我去过新疆的塔克拉玛干大沙漠，那里头边的油是清亮的,类似于比较差的柴油，原油出来就是很好的油，因此我们国家是非常缺油的，大家说车增长得很快，车烧什么，很明显的例子。即使我们的油是有的，但是烧完以后它是一个碳氢化合物，烧完以后就有一个污染的问题。过去我们把二氧化碳不看做是有害气体。现在把它叫温室气体，也就是二氧化碳的大量排放，使地球的温度越来越高。最典型的是我到德国去过，德国大家知道阿尔卑斯山里面是旅游胜地，是滑雪的。2001年的1月份到德国去的时候，德国人到处找不着滑雪的地方。为什么呢？气温一变暖，阿尔卑斯山的积雪不够五十厘米，只有十几厘米，也就是雪把有些地方挡不住，没法滑。这个已经很危险了，德国人、欧洲人已经强烈地感到温室问题的影响，因此探索太阳能在汽车上的应用，已肯定是我们搞汽车的人和每一个有汽车的人，和没有汽车的人，都想像的一个办法。如果太阳能能利用，那我们就还是取之不尽，用之不竭的，它那么多能量。能不能被我们利用呢？这自然会提出这个问题。

因此我现在这儿讲三个问题，第一个问题是在传统的汽车上就是太阳能怎么利用它，这个人们已经有许多办法。第二个问题太阳能做充电站，这个已经国外用得比较多了，特别是美国的西部和中西部有一大片的沙漠地区，亚利桑那那个地方有沙漠，沙漠里那个太阳能是非常充分的，它们在利用这个，当然美国不缺油。但是它们也得研究这个，作为能源安全问题，在研究这个问题。第三个问题就是我们现在比较热的燃料电池汽车。国家花了很大的钱，国际上很大的热点，就是认为燃料电池车能够代替现在的燃油车，作为21世纪后的半期主要电汽车的能源。它是烧氢的，那个氢从哪儿来？可以从太阳能制取。因为太阳能无论是干什么，它都不能把它存起来，太阳一下山就没有了，因此怎么把太阳能给存起来，用蓄电池现在价格比较贵。因此把太阳能怎么变成一个别的燃料，把它存起来，这是我们也要想像的办法。

我们先来看第一个，传统的车上太阳能的利用，它是作为辅助动力系统用的。什么叫辅助动力系统呢？不是作为汽车的驱动力。一个小轿车，我们最简单的一个夏利车，它大概有35千瓦的动力，你想我们太阳能有多少，夏利的那个动力很差，不过看我们的桑塔纳，那大概有七十个千瓦，最差的我们212吉普车过去也是六十个千瓦。你这太阳能有多大的面积呢？一般都是在五十千瓦左右，而太阳能发的功率比较小，因为1平方米才有一个千瓦，转化率就算是20% ，最高的才200瓦。一个桑塔纳汽车上也就是3到4平米，所有的地方都贴上，3到4平米就算5平米，那才一个千瓦呢，这一个千瓦是不足以推动这个汽车用的，因此说我们在传统的目前的汽车上，贴上太阳能板能干什么，这一个千瓦能干什么呢？第一个它可以做辅助动力用，例如可以给我们那个电池可以充电，辅助电池可以充电，12伏的电池。第二个车停在那儿的时候，如果有太阳的话，那个车里头温度很高，它可以带动风扇排风。另外由于太阳能的作用，它里面的温度就没那么高了。因为太阳能毕竟把百分之十几—百分之二十的热量已经吸收掉了。因此可以起这些作用，我们的意思是做辅助动力用的，带动风扇，带动空调里面的电扇，它不能带动空调里面的压缩机，因为空调里的压缩机好几个千瓦，只可以带动空调里面的电扇。这是可以做一些辅助动力用，它不能作为主动力用，主要就是它的面积太小。因此要在传统的汽车上，用太阳能作为动力，那是不可能的，只能做辅助动力用。或者在一些特殊的车上，因为大家知道，德国的大众公司，它那个前总裁在下台之前，说他一定要实现一升车这个梦想，什么叫一升车呢？百公里油耗一升，那么大家想这个几乎是不可能，但是他已经实现了，那个车做出来，从他的总部狼堡开到汉堡，开了将近两千公里，平均油耗百公里0.96升，做到这个东西了，但是它的能耗是很低的。当然发动机的效率也比较低。这个车很轻只坐一个人。因此这个能量再加上一些电池，我估计是有可能实现的，但是不是传统的车，肯定不是我们现在车改装一下就可以作为这个用，这肯定是不可能的，这一点我可以明确地回答，就是不可能做到这一点。因此我们有时候到一个地方，有些人就说你们这个车怎么能才坐一个人，怎么进入家庭，我说这个车不是进入家庭的，要进入家庭那咱们另当别论，另外再设计，目前的车贴上太阳能板这个车不能进入家庭。

第二个问题，大家看一看这个车上，就是我们奥迪公司生产的一种车顶配有太阳能发电系统的一辆车，这个车的一些原理是什么呢？就是欧洲现在要取消空调，为什么呢？氟里昂不能用了，因为氟里昂是破坏臭氧层的，发达国家已经不让用了，中国还可以再用两年，因此它要在空调系统做改动，它很复杂，它干脆给上面贴个太阳能板，这个太阳能板干什么呢？就是带着风扇在进行通风，车停在那儿，太阳能板在发电，发电带动里面的抽风机，就把里面的热量就抽出来了。这样的话就可以使这个车温度保持比较低，这是用这个用的，这是传统的汽车上用太阳能板的。还有一个就是概念性的电动车，这是日本的一个教授设计的，这个名字叫Luciole,这实际是一个萤火虫的意思，它的颜色像萤火虫，它的顶儿上帖的是太阳能板的，它的太阳能板是干什么用的？给它的电池充电。这个车在北京展览过，它上面有大概将近一平方米的那个太阳能板，当然那个太阳能板可能转化率是比较高的，因为它做的概念车，钱是比较多的，它能够产生一定的电，主要是它给它的辅助12伏的电池充电的，当12伏电池满了以后，12伏电池反过来会给它那个主电池充电，这就是太阳能电池在车身上贴的，用做以辅助电池充电的一个系统，你看这个车很细长，它那个位子是两个座，是前后坐的，不是一排能坐两个人的，为什么呢日本这个车是有用途的，有些挺小的日本的东京和京都一些小街道，那个街道很窄，这个车过不去，那个地方也不许一般的车走，为什么呢，那都是文物，好多建筑是我们唐朝时候，那个鉴真和尚在那儿去住的，那是不许车进的，但是它这个车可以进去，为什么呢？它是电动车不排放废气，这个车的宽度大概将近一米，它可以进去很小的胡同，这个里面有太阳能。

第二个我们看一下太阳能充电站的应用，因为太阳能虽然供应密度大，但是充电站的房子是很大的，例如我做一个30平方米的一个太阳能板，它发出的电可以为一个电动汽车充电，有太阳的时候把车搁那儿，直接给那个电池充电或者现在做的这个电动汽车，有两套电池，一套电池在用，一套电池就搁在充电站那个地方。这样的话就可以用换电池的办法，使太阳能给电池充电，给蓄电池充电。当你用完以后把这个电池搁在这儿，把另外一套充足以后给它，这样的话就是这个电动车用的是太阳能，它是电能，但是这个电能是从太阳过来的，但是我们还把它不叫太阳能车，还叫电动车，它的电源是太阳能的，当然如果天气不好，连续的阴雨天气，它可以在墙上充电，我们这个前提是太阳比较好的时候，特别是美国的西部，那个地方和我们的塔克拉玛尔干大沙漠一样，我在沙漠呆了一个月，没有看见阴天和下雨。我是7月20号进去的，8月20号出来的，那一个月的时间里没有降一滴雨，我的印象里面。再一个是好像也没有阴天，太阳一直是非常好的，那里的温度是非常高，因此沙漠地区可以做这个，电动汽车从性能上完全可以达到汽车的要求，但为什么现在不能推广呢？就还是电池的问题，一个电池充一次电最多跑到两百公里，那还是不够的，对中国人是够的，对美国人是不够的，美国人两百多公里才一百多英里，美国人是不够的，它觉得距离还不够，上班有时候距离很长，另外它还不是很方便，加一次油就几分钟，你充一次电得好几个小时，这就很啰嗦。另外电池目前的价格比较贵，价格还是贵的，因此一般的还用不起，更重要的是没有遍于各地的充电站，你不能说我走哪儿就能加油，你走哪儿能充电吗，不行。因此你走哪儿就没电了怎么办？因为我到首都机场那儿没充电站，到那没有电你怎么回来呢，你就回不来了。因此电动汽车现在也碰到很多问题，当然电动汽车可以用各种各样先进的电池，如果电池有突破的话，这还是很容易把电动汽车给普及的。

关于电动汽车问题我后面还要讲，这就是一个太阳能板给电动汽车充电的一个例子，你看我盖这个面积挺大的，实际这个是干什么的呢？里面的那个东西是电解水的，就是你这个电池要充满了以后怎么办？我电池充满就别再充了，我把剩下的这个电就去电解水去了，电解水出来的氢气存在旁边的那个罐子里头去，它有两种办法，你有车来充电，我就充电，没车充电我就干脆去电解水去了，电解水把氢气可以存起来，可以压缩到35个兆帕，就是350个大气压或者250个大气压存起来，这是一个例子。

另外这是我们学校自己做的一个，电动中巴，目前在校内做公共汽车用的，清华很大，到清华办事很不方便，如果每人都开着车在里面走，那交通是非常麻烦的，因此学校就不允许一般的车走，用这个车呢，有十几辆车在校内做公共汽车用，为什么它能用呢，它在校园里跑，每天跑的里程六 七十公里，而中间还要休息一会儿，还可以去充电。这是纯电动车，当然我这不是用太阳能充的，我这充电有很大的充电房。，但是现在还是用网上的电充的，用晚上网上的电充，因为太阳能板用起来以后大概投资几十万人民币，后来说算了，咱们还是用网上充吧，一度电也很便宜，一天这个车也就充二十多度电，一度电五毛钱，没多少钱，所以你那个太阳能板猴年马月把成本能收回来呢？因此我们现在是在网上去充的电，而且一般都在晚上。因此我觉得这个车它的应用还是很好的，我们在奥运会期间也会在奥运村和运动员村做一批这样的车，而这个车外形也挺好的，外形不是北京出的，是在厦门做的，做得很好，里面有一套驱动系统用了一年多，现在反映不错。但是它这个有限度，只能在一个范围内走，千万别走出去，一个公安局也不给你牌子。第二个你跑得远没充电站了，你回不来了我就没法弄了这个，不过以后用太阳能来充电，在北京也不是不可能，特别是春天和秋天，北京的阳光非常充分，如果有钱的话，我这个项目是列入清华有一个项目叫《绿色大学建设》，我说绿色大学不能光种草 种树、种花，我说这个农民都可以做。我说这个一流大学搞这个有点就不够味，我说做一些这个绿色的交通在学校里用还是很好的，因此可以我们想办法用太阳能来充电。

第三个问题就是太阳能要制这个燃料电池，给燃料电池供氢。从太阳能来说，因为燃料电池是用什么呢？那个“燃料”应该是打个引号的，所谓“燃料”它不是烧的，它是氢和氧在一定的条件下化合，我给大家看一看这个原理，这是一个燃料电池的工作原理。你看一边进的是氢气，一边进的是氧气，氧气和氢气在一定的条件下化合生成水，同时放出电，就是电解水的逆过程。把水里通上电，不就电解出氢和氧嘛，我把氧气和氢气再一反应，又可以生成水，同时产生电，当然这个东西是不可逆的，要可逆要有条件。例如我很容易把水从高处流到低处去，但是它自己就流过去，你要把水从低处移到高处去，那就要费劲，要花能量，一个是泵要往上搅，一个是太阳把那个水给它晒起来以后蒸发，让风再给你刮，刮到高处去，那不就变成这个样子了。电解水是通上电就可以出氢和氧气，但是氧气和氢气要化合，要生成水要变成电。这个是要有条件的，要有催化；要有温度；要有压力；要有各种各样的条件。这就是我们现在的燃料电池，它的工作温度比较低，就是七、八十度，因为它绝不是燃烧，当然说氢和氧在一起可以化合可以爆炸，可以产生能量，那个是不可控的，我这个是可控的，可以生成电。这就是我们所谓的燃料电池，有的也叫氢电池，就是这个意思。

燃料电池分许多种，有高温的，有低温的，有各种各样用处的，我们现在能车上用的就是最后叫《质子交换膜燃料电池》，它的工作温度在一百度左右，一百度以下，但是它的条件，它催化剂必须用铂金，它有一种膜质子交换膜，那个膜是很小的孔，氢分子是通不过的，把氢必须分解成原子变成质子，丢掉一个电子以后，变成一个带正电荷的质子它才能通过这个地方。因此这个膜的制造也是非常复杂的，但毕竟它已经在卫星上在军事上已经用上了，特别是在潜艇里面，如果你不是带核潜艇，你是带液态氢和液态氧的话，它那个可以在水下呆四十多天，为什么呢？它可以直接制成氢和氧，可以反应，它不用空气，就可以直接生成电，也可以生成化学纯度的水，这个纯度的水是可以吃的，可以饮用。另外它是洁净无污染，没有噪声，洁净的它没有别的排出来，氢气和氧气一反应就是水，流出来的就是水，就是水蒸气，没有什么一氧化碳，二氧化碳，没有这个东西，它是非常洁净的。因此燃料电池受到很大的重视，有人也讲嘛，21世纪可能是氢能的世纪，是以氢能在汽车上就是燃料电池，美国总统布什上台以后，就把原来克林顿提出那个汽车的计划改变以后，全力以赴地支持燃料电池的汽车，叫Freedom CAR，我到美国去以后，和美国农业部进行讨论的时候，它们就说美国政府看中了燃料电池汽车，认为它是21世纪竞争的热点，我们国家在这方面也在做大量的研究工作。这是太阳能制氢供燃料电池利用的一些原理，由于太阳能板把太阳能转变为电，电通在水里面去是电解水，电解水呢，就变成一个氢气，氢气进入燃料电池，燃料电池再变成电能供汽车用。因此加一部分水以后它就可以循环使用，这个示范的东西我到美国已经看到了，美国的加州有一个太阳运输公司Sunlind，那个地方有一些燃料电池公共汽车，它就是通过风力，通过太阳能发电，电解水产生氢气，供那个车用的，这已经有几辆车在那儿示范，这并不是我们所想像不到的，实际是已经在做了，如果这么做的话，我们整个是一个很好的良性循环，这汽车完全可以用这个。这就是美国通用公司那个“氢动1号”，大概在悉尼奥运会上出尽了风头，它是领跑的，完了以后在中国进行了展示，它用了液态的氢做动力的，是一个燃料电池，加4.5公斤的液态氢可以走500公里，现在是1号、 2号、 3号已经出来了，这是我们自己做的一个清华大学和北京飞驰绿能公司做的叫“京零1号”，这是个燃料电池的一个汽车中巴，你看上面背了两个罐子，那是氢气瓶，我们是250个大气压的氢气瓶，就是现在咱们那个天然气的那个罐子，经过改造以后，那是25个兆帕的一个瓶子，我们装的氢气，前面那个就是我们的氧气瓶，但是氢气还是电解水制的，氧气也是从氧气厂拉的搁在上面，这个车能够跑到将近八十公里，一次把这个加满的话能跑到一百五十多公里。

现在国家863燃料电池项目支持的我们这一个项目，就是燃料电池城市客车，它是这么一个车，11米长的一个车，这用的是氢空气，你看后面是装有氢气瓶子的，前面装的是空调，准备做2008奥运会用的，奥运会我们领导提出，我们在中国提出的奥运会，不能让美国的车来领跑，起码我们自己要做出车来领跑，在前面给马拉松赛跑运动员进行领跑。

最后我想把我今天的这个做一个结尾。有这么三个意见，第一个太阳能的合理利用潜力很大，太阳能电动车是最清洁最有发展前景的绿色环保汽车，这是肯定的，我觉得第一个问题，第二个开展太阳能电动车的比赛和展示活动，是进行节能、环保教育和崇尚科学反对迷信科普教育的有效途径，也是培养科技创新人才的成功之路，我们这几年觉得很有体会，特别是培养人。第三个当前太阳能电池由于能量密度小，转化效率低，价格昂贵，又受到气候变化的影响，在汽车上广泛推广应用，以代替燃油还不可能，就是在传统的车上利用太阳能是不可能的，还有几个是价格问题，能量密度问题，转化效率问题，还要受到天气的影响，纯靠太阳能的话，天气一变化太阳能就没有了，现在我那个赛车里面也不光是太阳能，还有电池呢，南京在表演的时候下大雨了，就是在市区游行的时候，突然间下了一场大雨，根本就没有太阳，那还是利用里面的电池，毕竟它夏天的雨它不是连阴雨，下了那么一会儿就过去了，一会儿又有太阳了，不过阴凉处树阴底下就走不动，那就没法走了。但是利用太阳能的电动车或燃料电池汽车，具有很光明的前景，当然现在还属于样车阶段，但是它的推广是非常有前景的，为什么现在不能实行呢？一个技术不成熟，更重要的现在油还很便宜。我有一次会上讲了一个，可能是得罪人了。我说如果石油涨到五十美元一桶，燃油税再往上一提，汽油用起来很贵，电动汽车使用就有可能。因此我觉得如果随着技术的成熟和燃油越来越少，环境要求越来越高，我觉得利用太阳能，利用电动车 利用燃料电池汽车都是完全有可能的，我们的目的也会达到的，讲得不一定对，希望大家批评指正，谢谢。

问：陈教授，我想问您个问题。第一就是我比较感兴趣的就是像刚才您也说到了咱们国家这次投资了8.8个亿，然后做了国产的电动汽车，那为什么我就是观察了清华学校做的也是中巴、大巴，为什么没有向家庭轿车这方面做呢？第二个问题就是刚才你提到了那个首先要用太阳能电解水，电解水制成氢气，完了以后还要这个燃料电池使氢和氧然后再高温高压，还有催化剂的情况下，让它产生电，这样不是重复的吗？我觉得是对能源的一种浪费，那种效率是不是不会太高。

答：关于现在为什么汽车电动汽车也好，燃料电池汽车也好，都是大巴，中巴而不做家庭轿车呢，这里面有一个问题。第一个是这个车现在技术还不成熟，不成熟的问题，你不能让私人去购买，公用车是一帮专门人去开的，这电动车你看着好开，实际它很麻烦。要出了问题以后它就没法弄了，一般人是不会维修的。你卖给私人，私人买这个车，说实在的话，你要卖给我，我是搞电动车的，我要买车，我现在没有车，我要买车，我绝不买电动车，给我一个电动车我也不要，我住在五楼，我怎么充电，我揩公家的油哇，没法弄。因此没法可以做私人的车，等技术成熟到一定程度以后，为什么天然气车不做私人车呢，要做公交车呢，公交车专门有加气站，有一帮专门的司机，他就是开这个车的，他是职业司机啊，私人轿车这个不是职业的人，职业是干活，开车只是他的一个业余的爱好，因此大概是这么一个情况。这个我不知道说清楚没有，因此我们要推广使用，技术非常成熟的时候才能到私人车上去，如果技术不成熟，只能让公家去承受，不过它有专门的人嘛。

第二个问题，就是关于现在能量转换过程是不是合算。按理说它每一个过程，都有一些效率问题，但是有一个问题就是太阳能是没有成本的， 就是你如果真是太阳能也要花钱，你用大概就不太合适了，你这么用转换过程，它是没有价格的。我搁那儿一用它就能用，因为这样才是，你不用还有别的范围用吗，没有。你要把它变成热，热咱们用不到电上去，热再发电，那更比这效率还低。因此就是这样一个合理的利用办法，经过这么一个过程，它能把能量能够存起来，就是通过这个方式才能存。太阳能变成电，电是不能存的，存电是很麻烦的，把电再电解水，变成氢气 氢气是可以储存的。储存可以加在车上，可以用。当然这个过程是很复杂的，我觉得每一个环节都有许多问题，当每一个环节都解决的时候，我们想这是一个很理想的一个能源链，还是比较好的。

无人驾驶飞机 -梁德旺

主讲人简介：

梁德旺教授, 现任南京航空航天大学副校长。1987年毕业于南京航空航天大学航空发动机专业,长期从事飞行器的总体气动力学、航空宇航推进系统的研究。先后数十次获得中国宇航科技基金奖一等奖,1991年被国务院评为”做出突出贡献的博士学位获得者”。

内容简介：

回顾航空百年史，我们来看以战斗机为代表的军用飞机的发展史。在过去是以活塞式发动机为动力的亚声速飞行时代，当前是以喷气式发动机为动力的超音速时代，那么未来将是无人战斗机的时代。那么什么是无人机？无人机是动力驱动，能够自主飞行，可重复使用，而且是无人驾驶的航空飞行器。那无人机同巡航导弹有若干共同之处，但也有很大区别。巡航导弹是携带战斗部对敌实施一次性攻击的武器，而无人机则可携带不同装备，执行不同任务，可多次回收使用。无人机兼有有人战斗机和导弹的优点，它和导弹一样没有人员的伤亡和被俘危险，又因不存在人的生理限制，可超长时间续航，也可以超高机动飞行；并且又因其目标特征小，具有很强的突防能力和生存力。同时它又和有人机一样，可多次使用，活动空间大，可执行多种任务，而无人机与有人机相比成本低得多。

下面给大家介绍一下无人机的应用。无人机的应用大致可以分为四个方面；一个我们把它称为软杀伤，也是在电子对抗战争中间使用的无人机。硬杀伤就是进行无人攻击，对地也好，对空也好，都是硬杀伤的。那么反辐射无人机，是对雷达进行攻击，它是个自杀式的。在侦察方面，无人机到目前战争中用得更多还是在战场的侦察，可以进行光学侦察，带航空相机，CCD摄像机、红外行扫仪。另外在民用方面就更广了，森林防火，边防的缉私，航空拍照，地面的勘探等等，都可以使用无人机。

第三个方面，无人机主要的关键技术是无人机的起飞和着陆技术。大家知道，有人机都是采用的轮式起降，都有起落降。而无人机不一样，由于没有人在上面，很多的方式都可以采用。例如有起飞车滑跑起飞，有采用火箭助推。着陆方面的技术有撞网回收和拦阻网回收。

最后一个方面想给大家介绍一下无人机的发展趋势。未来无人机的发展将在高空、高速、隐身、长航时无人机方面得到发展。因为美国人现在提出了无人战斗机的概念，也研制出了X-45和X-47无人战斗机，各个国家也在相继和即将开展无人战斗机的研制。另外未来的战争将会往空间发展，高度发展。所以是一个高超声速无人机的技术，也将会得到比较大的发展。

《无人驾驶飞机》 （全文）

老师们，同学们，大家好，今天我给大家介绍一下《无人驾驶飞机》。1903年12月17日，美国莱特兄弟驾驶“飞行者1号”成功地飞行了四次，在最后的一次飞行中间，飞行59秒，距离260米，它标志着人类飞天梦的实现。

回顾航空百年史，我们来看以战斗机为代表的军用飞机的发展史。应该说在过去是以活塞式发动机为动力的亚声速飞行时代。当前是以喷气式发动机为动力的超音速时代。那么未来将是无人战斗机，或者说是无人机的时代。所以今天我们将在这儿来介绍一下无人机的发展情况。什么是无人机？大家可能都会问到这个问题。我们说所谓无人机，它是动力驱动，能够自主飞行，可重复使用，而且一定是无人驾驶，也一定是航空飞行器，或者说是飞机。

首先我们来看一下无人机和有人机有什么样的区别。所谓无人机，我刚才说了首先是无人驾驶，有人机当然是有人驾驶；那么无人机可以按照我们事先规划的航线来进行飞行，而有人机是驾驶员驾驶飞行；相对有人机而言，无人机的性能比较简单，而有人机由于有人在上面，它人员的支持系统和生命保障系统，那么飞机要复杂得多。这里大家可以看到的一张画面，就是驾驶舱里面的各种各样的仪表，而无人机没有这么多仪表；另外相对而言，无人机小，而且轻。小的无人机才十克，那么当然也有11吨重的无人机，而有人机再也没有10克或者说100公斤这样的飞机存在。

我们接下来看一下无人机与航模的主要区别。大家讲，航模也是无人驾驶。的确在飞机上也没有人驾驶，但是它们两者是截然不同的。首先无人机是自主驾驶，自主飞行，而航模，飞机上没有人，但是遥控操纵，对于无人机来讲可以超视距、程序控制，而航模是视距内范围里，也就是在我们目视范围里，我们人员进行控制。另外从系统上来讲，无人机系统复杂，而航模相对来讲要简单得多。另外对无人机来讲，它有高速、中速和低速飞行无人机，而航模由于是人员操作，我们目视看的速度，我们反映的速度都不可能快，所以航模不可能是高速的，它只能是低速。另外无人机与巡航导弹它们之间有什么区别。无人机和巡航导弹都是无人驾驶，都是自主飞行。但是无人机，它可以带不同的装备，执行不同的任务。而巡航导弹，它带的战斗部，对敌攻击，而且是一次性使用。无人机可以重复多次使用。

接下来我们看一下无人机系统的组成，首先它是飞行器平台。无人机，它一定有一个飞行器与之相应。第二它有无线电遥控、遥测装置。我们大家从图上可以看到的有两幅画面，一个是一个主控站，竖起来的是一个天线来对飞机进行遥控、遥测。那么右边的这幅画面，就是主控站里面的一些设备。在这个主控站里面，我们可以对无人机的航线进行规划，可以对无人机进行操纵，可以对无人机的整个飞行姿态进行遥控、遥测，随时掌握飞机在空中的姿态和飞行状况，还可以来执行相应的任务。无人机的组成系统中间有一个发射回收系统。那么飞机要上天，也要回来，因为多次使用，所以它有与之相适应的发射系统和回收系统。另外，无人机要执行相应的任务，比方说战场侦察、战场评估、对地攻击等等，那么也就要带相应的，通常称的任务设备。所以在无人机上通常对无人机，我们有几个指标的考核，除了它的飞行参数以外，一个是任务载重，就是说能载多少重的任务设备，能飞多长的时间，就是我们通常讲的续航时间。

下面我们来看一下无人机的分类。简单地说无人机可以分为军用和民用两大类无人机。那么在军用无人机中间又可以分为无人侦察机、无人战斗机、靶机、微型无人机和无人直升机。下面我们将逐一地看一下各类飞机的情况。

这个大家看到的是以色列研制的“苍鹭”无人机，它的翼展16.6米，机长8.5米，升限也就是说它能飞到的高度是7500米到13500米，起飞重量1100公斤，巡航速度110到212公里/每小时，它的任务重量，就是能载任务设备的重量是250公斤，续航时间50个小时，专门用于侦察和监视。这是“搜索者”无人机，也是以色列研制的，它的翼展是7.22米，机长是5.15米，它的最大起飞重量是372公斤，可以飞行14个小时，任务重量是63公斤，这个也是一个战略无人机。大家可以看到的，它是美国的“纳蚊”，翼展12.8米，机长5.75米，升限达到7600米，起飞重量六百多公斤，最大速度259公里/每小时，在空中续航40小时，那么也是用于侦察和监视。美国在这个飞机的基础上，又发展了“捕食者”无人机。大家从画面上可以看到，这个形状很相似，跟纳蚊有很多相似之处，就是捕食者是在这个基础上发展的。那么大家看到“捕食者”的头部形状要比“纳蚊”大。为什么？这是因为，在这个飞机里面装有卫星天线。这个大家可能都很关心，好多同学都知道的，这就是“全球鹰”无人侦察机，这是在无人侦察机方面，我简单的给大家看了一些画面。在我们国家也研制了有相应的无人侦察机，特别是战术无人侦察机，比方说爱生系列的，云笛、云燕等等，也有相应的无人机。

那么无人战斗机方面，现在在研的，有美国的X-45和X-47。那么这个大家看到的是X-45，它的翼展是10.36米，它的起飞重量是6804公斤，最大速度213公里/每小时，有效载荷907公斤。这个是X-47的无人战斗机，大家可以看到画面是X-47的首飞镜头。X-47，它的翼展是7.62米，机长8.53米，起飞重量2495公斤，有效重是252公斤。大家可以看到这个飞机马上要着陆了，而且都是轮式起降。因为这个轮式起降在目前国际上，无人机发展中间是比较热的一种起降技术。靶机是无人机中一个系列之一。那么现在看到的是我国研制的“长空一号”无人靶机的一个打靶情况。那么这个靶机翼展7.5米，机长6.98米，升限18000千米，起飞重量2345公斤，最大时速可以达到920公里。

微型无人机是近几年，或者说上个世纪90年代才产生的一种微小型无人机。这个是美国在进行微型无人机的试飞。那么大家可以看到，微型无人机相对来讲简单多了，它可以手一抛，飞机就出去了，然后来进行它的自主控制和飞行控制。大家要注意，这不是航模，我刚才讲了，它还是自主飞行的。

这个是无人直升机，这个是“翔鸟”无人直升机的一个飞行镜头。那么这个地方，我们大家看到，它的机长是7.07米，所谓的机长是指旋翼的长度，升限达到3000千米，巡航速度每小时150公里，有效载重是50公斤，续航时间四个小时，这是关于无人机的一个简单的介绍。

下面我想给大家说一下无人机的发展过程。第一架无人机是什么时候、在什么情况下产生的。当初是在1935年，德国在希特勒的领导下，希特勒为了发动第二次世界大战，就命令他的空军开展火箭的研究。一个方面就是外形像飞机一样的火箭研究。第二种是弹道式的飞行轨迹是抛物形的火箭研究，而且在波罗的海的乌采顿岛上修建了佩内明德试验场进行试飞。那么1942年6月，再一次把这个工程提出来了，在1942年的12月24日实现了首飞。这个地方大家看到的是由冯×布劳恩主持研制的叫V-1无人轰炸机。那么冯×布劳恩是什么人呢？二次大战之后，他到了美国，后来主持了美国的阿波罗空间计划。那么再后来进一步的发展，就形成了V-2无人机，应该说V-2无人机的产生，在无人机技术方面是一个里程碑。同时无人机的发展使得航空器中间的另一个就是导弹诞生了，因为第一个无人轰炸机，当年二次大战期间，德国人为了打击英国，向英国伦敦投放了五千架V-1无人机。因为大家知道，当初的无人机技术水平和现在的无人机技术水平是不可比拟的，所以无论是打击精度还是怎么样都不可能和现在比，如果现在投入五千架的轰炸机将会是个什么样的，我想现在的伦敦可能就不是这个样子了。

有了第一个无人机以后，我们下面就来看看无人机的发展，分了三个阶段：第一个阶段就是在上世纪五、六十年代，形成了一个无人靶机的研制时期，所以我们把它简称靶机时代。那么在上世纪五、六十年代，世界处在一个冷战时期，一些超级大国在加紧进行军备竞赛，研制出了一批高性能的飞机和导弹。如何对这些飞机和导弹的性能进行检验和鉴定，也是我们通常在航空装备进行设计定型的时候，它必须要进行打靶试验。那么打什么？于是就提出了要研制无人靶机来适应航空装备，武器装备鉴定需要，靶机就在这个时候诞生和形成发展起来的。

第一架靶机是美国的“火峰1型”靶机，它是涡轮喷气发动机推进，高亚音速，全金属机体结构。机长大概有七米，翼展3.93米，起飞重量1134公斤，最大的平飞速度是1112公里/每小时。这里我给大家展示的是中国的第一架靶机，这个就是我们学校研制的长空靶机，这个靶机的机长是8.4米，起飞重量2060公斤，最大的平飞速度是每小时920公里，高度范围是在相对地面50米到18000米。

第二个阶段是无人侦察机的诞生。在越南战争期间，有人军用侦察机应该说得到了广泛地应用，特别是像美国的U-2侦察机，SR-71等等有人侦察机，但是在这个期间，U-2侦察机在越南、前苏联和我国的上空接连被击落下来，应该说损失是很惨重的，而且美国人在外交上也很被动。于是美国人就提出来了，要研制无人侦察机。那么这样的话，就可以减少人员的伤亡。于是美国人首先把火蜂靶机改装成无人驾驶侦察机，把它称为Ryan147，那么这个就是Ryan147无人侦察机。它的机长是8.8米，翼展3.93米，起飞重量1430公斤，最大的平飞速度612米/秒，高度达到18000米。那么中国的第一架无人侦察机是什么样子的，大家可以看到这是长虹无人机。它的机长8.97米，翼展9.76米，起飞重量1085公斤。这个无人侦察机是通过母机挂在这个机翼下面，在空中进行发射的，所以应该说无人机空中发射的还不是太多。

第三个阶段是无人机飞速的发展阶段。也就是上世纪九十年代以后，在这个时期有些什么特点？第一个是现代战争中间无人机在广泛地应用。可以说无人机从辅助、支援这么一个作战转为了一个主战，就是说主要来进行打仗用的一个武器装备，这是一个很大的变化，飞跃的变化。第二个小型无人机崭露头角，尤其是在中东战争，应该说它起到一个非常好的战例。在贝卡谷地战役中间以色列利用了小型的无人飞机，来诱导(叙利亚)的防空、堤防雷达的开机，很典型的一个战例。第三个无人机的发展系列化，出现了三大发展热点，一个是长航时无人机、无人战斗机和微型无人机。在这个时候美国的“全球鹰”也研制出来了。另外一个特点，就是各个国家相继成立了无人机专业化部队。那么以前它不是一个专门的部队在用，而是由空军或者哪个部队在用，那么后面就形成了专门的无人机部队。这是讲到了无人机的三个发展阶段。

下面跟大家介绍一下推动无人机快速发展的背景和原因，第一个原因我想跟大家介绍的就是政治上的原因。在越南战争中间，大家都知道，美国在越战中间是输得很惨的。那么我们先不说地面部队，我们先来说一下美国在越南战争期间，空军是怎么样个状况，它有2600多架飞机被击落，其中有五千多名的飞行员被俘，或者是死于战争，应该说就这一点损失是非常大的，所以可以说丧亡惨重。人们厌战、反战情绪高涨。所以引起了政治危机，这就是政治上它必须解决这个问题。如何减少人员伤亡，必须无人化，这就提出来了，要研制无人机。第二个经济上的考虑。给大家看到的是一个有人驾驶飞机的成本，就是各种有人驾驶飞机的单价，大家看到了这是成倍的增长。F22达到了一亿美元的价格，单机价格。那么轰炸机，价格更是惊人了。像B2隐身轰炸机，它的造价是4.5亿美元。那么我们做了一个简单的对比，我们南京长江二桥的建设，花了33.5亿人民币，这两个价格，就是一架B2隐身机轰炸机的价格跟我们建设一座长江大桥的经费是差不多的。

另外无人机的使用费用比较低，因为无人机体积比较小，重量也比较轻，那么造价成本都很低，有的是降低三分之一，有的可以说是一个数量级。另外无人机特别无人战斗机可以长期保存在仓库里面，十年或者更长的时间。这样的话，使用维护费用大大减少。据军方估计可以减少80％，另外在飞行方面，大家可能讲了，你不用，你怎么训练，无人机的训练它跟有人机不太一样，有人机，飞行员必须到空中去飞，飞一次要四万美元，一个小时，就要四万美元的价格，包括人员保养等等。而无人机可以在虚拟的坐舱里面进行训练。因为我人不在飞机上，我是在操纵键盘。那这样的话，我就可以用虚拟的训练系统，所以费用大大减少。同时无人机，一个人可以同时控制几架甚至数十架的无人机，而驾驶员不可能在空中一个人开两架飞机。所以我们对飞行员的培养，这个费用也可以大大减少，所以说无人机的使用费用是很低的。

另外无人机的发展，我个人认为战争的需求是无人机快速发展的一个推动力。在冷战期间，形成了靶机。而越南战争期间无人侦察机又诞生了。中东战争小型的无人机崭露头角，在海湾战争中大量地使用了小型无人机。而在科索沃战争中间，中空长航时无人机初露锋芒。在阿富汗和伊拉克战争中间更是发挥了威力，在阿富汗战争中间，捕食者首次发射导弹，也是无人机首次进行导弹发射，对地面攻击。那么未来呢，大家可以看到高空、高速、隐身、长航时无人机是一个大的需要。另外无人作战飞机高超声速无人机，以及微型无人机都是一个很大的需求。所以战争的需求是无人机得以发展的一个推动力。另外无人机它有超长的使用特性，特别是小型无人机，它快速机动、隐蔽性好。大家可以看到这个画面，我们可以看到，战士在战场前沿就可以利用无人机看到敌方阵地上的情况，甚至可以看到对方的哪个士兵在使用什么装备，正对着哪个方向进行开火，都会看得很清楚，而且都是实时的。那么这张图上我们大家可以看到是一个在巷战中间，微小型无人机应用的一个示意图。那么战士们在这个地方可以把无人机抛出去，它到了对面看另外一条街上，敌方的步兵情况是怎么样子，所以来进行巷战，应该说无人机这种非常机动的使用性能使得它也得以快速发展。

第四个给大家介绍一下无人机的应用。我这里有一个表大家可以看到，无人机的应用大致可以分为四个方面；一个我们把它称为软杀伤，也是在电子对抗战争中间使用的无人机。那么在软杀伤中间，我们可以看到，可以进行雷达信号干扰，比方说我装的铝箔到了以后，空中把它撒出来，那么对方的雷达就看到，当时屏幕可能就没有亮点了，就是一团杂乱的信号，对敌方的雷达进行干扰。那么也可以带一些干扰机，我不放东西，我发射跟你的雷达同频率的、同频段的电磁信号，让你接收不到，发现不了我方的飞机，这样的话，就可以隐蔽下进行攻击。另外还有光电干扰，比方说打的闪光、激光等等进行干扰，这是软杀伤的。目的干吗？就是为自己能够争取到更多的时间，可以这么讲，在作战中间哪怕是几秒，都是非常关键的。

那么硬杀伤就有无人战斗机。这个大家知道，就是进行无人攻击，对地也好，对空也好，都是硬杀伤的。那么反辐射无人机，是对雷达进行攻击，它是个自杀式的。在侦察方面，应该说无人机到目前战争中用得更多还是在战场的侦察，可以进行光学侦察，带航空相机，CCD摄像机、红外行扫仪，所谓红外行扫仪，就可以不管是在白天还是晚上，不管你是隐蔽的，还是不隐蔽的，通过它的红外特征来进行侦察，了解敌方的情况，特别是用得比较多的战场评估。什么叫战场评估？当我们把导弹打到我们想打的这个目标以后，打住了没有，打了以后，损伤情况怎么样，这个时候我们就要把无人机派过去进行侦察，了解打过以后情况是怎么样子的，来决定要不要再一次实施打击，这个就叫做战场评估。所以说无人机的应用，我这里还仅仅举的是军用方面的用途。那在民用方面就更广了，森林防火，边防的缉私，航空拍照，地面的勘探等等，都可以使用无人机。刚才已经大概地把无人机的应用做了一个介绍。

这个地方，我想讲一下无人机在现代战争中的一些应用情况。首先我们看看在越南战场，

可以这么讲，越南战场无人机是初露锋芒。美军出动了3435架次的无人机，获取了80％的空中侦察照片，也就是说战争中间它所获得空中侦察照片中的80％是无人机来获得的。那么中东战争无人可以说是身手不凡。在1982年6月9号贝卡谷地战役中间，以色列用了“石鸡”、“侦察兵”、“猛犬”等小型无人机，诱骗叙利亚的“萨姆-6”地空导弹的制导雷达开机，然后获得了雷达的工作参数、波段等等，并测定它的位置，把这个信号通过空中的预警机传到了指挥部，这个时候指挥部就命令地面导弹和空中轰炸机，仅仅6分钟的时间，把19个导弹阵地全部给它摧毁掉了。所以无人机的作用可以说是无人机在战场上使用的一个经典，使得以军掌握了战争的主动权，这个就是以色列在中东战争使用的Scout小型无人机。

那么海湾战争，无人机可以说是大放异彩。多国部队使用了两百多架无人机，其中“先锋”无人机就有90多架，“敢死蜂”是60多架，光“先锋”无人机执行任务就五百三十多次，“敢死蜂”也是五百多次，它完成了战场侦察、炮火校射、通信中继和电子对抗等任务。在海湾战争中间，无人机首次实现了图像实时传输，也就是说无人机在空中飞，底下所拍摄到的，所看到的图像同时在指挥所，在主控站就显现出来了。那么应该说小型无人机即使被敌方打掉了，它也很好地完成了侦察任务，所以应该说在海湾战争中间，无人机引导地面部队摧毁了以军120多门火炮，7个弹药库，一个炮兵旅和一个步兵连。这个是“先锋”无人机，大家看到，它的翼展在5.7米，它的起飞重量才230公斤，就那么三、四个人，就可以把它抬起来了，可以续航五个小时。

在波黑战争中间，应该说无人机是风光再现。那么战争中使用了无人机总共两到三百架，其中这个里面也是最令人感到瞩目的是四架捕食者，中空长航时无人机参加战斗。它飞了一千多个小时，当塞族70％的军火库和30％的指挥所遭到北约飞机的轰炸精确打击的时候，塞族人才意识到，这个在空中像鸟一样飞翔的无人机的厉害。以前怎么飞，他们也不管它，你不打，又不攻击我们。所以应该说无人机在现代战争中间更多的是在获取情报，准确的把要攻击的目标发现并定位，提供给有人机和导弹来进行攻击。这个是“猎人无人机”，它翼展8.9米，机长6.9米，起飞重量727公斤。大家看海湾战争中间无人机的使用，就越来越大了，巡航速度148公里/每小时，可以续航12个小时，所以很多时间可以在空中进行飞行。这个是大家看到，前面是航线设定，找到目标，然后把它记录下来，这个是CNN电视的一个镜头，在寻找相应的目标，传到主控站以后来实施攻击的，这个就是“猎人无人机”完整的一个画面。

那么我刚才讲了，在波黑战争中间，最令人感到瞩目的就是捕食者。那么这个是“捕食者A”，就是在“纳蚊”的基础上发展起来的。它翼展有12米，机长8米，升限7600米，最大速度每小时160多公里。所以大家看，速度不是很快，但是它能很好地执行任务。尤其是它可以装204公斤的任务设备，续航24小时。这是一个长航时战略性的无人侦察机。大家可以看到这个画面，它在把图像实时地传输到了地面，地面再把它放大，找目标，传到了主控站。这是主控站指挥部的一个情况，完了以后来指控进行攻击。

那么阿富汗战争中间，美国人又出新招了，什么新招。把捕食者首次带有导弹来进行对地攻击，带的是“海尔法”导弹来进行攻击。而且在阿富汗战争中间，首次使用的“全球鹰”这么一个非常庞大的无人机。所谓“全球鹰”，大家知道，它是在全球进行飞行侦察，它替代卫星更好地做好战场的侦察。

那么在伊拉克战争怎么样呢？最近的伊拉克战争是战果显著。美军投入的无人机是最多的一次，数量上是在阿富汗战争中的三倍，按照美国国防部的说法，无人机提高了联军的作战能力，将目标摧毁力提高了25倍。我不知道怎么算出来的，但是这个是美国人自己说的。那么这一次用了20架：“捕食者A”和两架“捕食者B”，“捕食者B”是怎么样的，“捕食者A”是可以带两枚“海尔法”导弹，而“捕食者B”是在“捕食者A”的基础上换了发动机，加大了尺寸，它可以带八枚“海尔法”导弹，六枚GBU-38攻击弹。这个作战能力是大大地提高。另外有四架“全球鹰”参加了战斗。此外还有很多中小型的无人机参与了这个战斗。那么在这一次战争中间，无人机主要是起到情报监视侦察、火力 打击、电子干扰、欺骗、战场评估，信息中继和对地支援。这个是“全球鹰”，大家看一下“全球鹰”的翼展有多长呢？35.4米，相当于波音757飞机的翼展。我这里就有个问题了，为什么它有这么大的翼展，它的机长是13.5米，它的升限达到了20000米的高度，巡航速度是635公里/每小时，起飞重量11.62吨。大家看是个非常庞大的无人机，它的续航时间是可以达到36个小时，任务重量可以装900多公斤。所以装上几枚导弹都是没任何问题的。这个是“捕食者B”，刚才我讲到了，“捕食者B”的情况。可以装360公斤的重量。

这是无人机在军用方面战场上的应用情况。那么无人机在其他方面怎么用呢？刚才我说了，可以作为靶机，武器装备的鉴定试验，同时还可以用于很多其他方面的情况。刚才给大家看到的是无人机用于核试验取样。大家可以去想像一下，如果不用无人机去核试验取样，用什么取样？如果说我们用有人机要飞行员驾驶进去，我可以给你们讲这么一个故事，因为这个是我们学校研制的无人机，可以说是一个绝版，再也不可能有无人机来进行核试验取样。因为我们国家包括世界各国都不进行核试验了，所以我刚才讲了，这是一个绝版镜头。但是我刚才说了，我们在一九七几年用于取样的时候，我们一共进行了四次取样，在一九七八年的那一次，我们带了三架飞机过去了，第一架飞机起飞以后，原子弹爆炸飞机进去结果是什么呢，飞机什么也没有了，就化掉了，全没有了。于是第二架飞机再起飞进去，就是刚才大家看到的那个镜头，获得了应该说非常满意的取样结果。所以我刚才讲，如果用飞行员驾驶飞机去取样是什么结果，时间把握不好，什么也没有，连人的生命都没有，我们就假如，因为这个不可能提前进去，这是大家都知道的，那我们必须等它整个辐射强度降到很低的时候才进去。即使这样我们的飞行员回来以后，假如用飞行员取样的话，那显然不可能再更好地工作。所以应该说这个无人核试验取样机的研制成功，为武器装备的试验是做了很大贡献的，也得到了国家特等奖。那么现在我还是非常乐意的给大家再看一下这个镜头，你们再回顾一下这么一个绝版的镜头。这是在跑道起飞，然后进入蘑菇云，回来以后，飞机落地以后把取样器里面的样收集起来，然后进行化验和鉴定，现在已经不可能有这个，这是讲到的无人机的应用方面。

第三个方面，也是无人机主要的很关键的一个技术，是无人机的起飞和着陆技术。大家知道，有人机都是采用的轮式起降，都有起落降。而无人机不一样，由于没有人在上面，很多的方式都可以采用。大家看到的这个画面就是我们讲的起飞车滑跑起飞。什么样的起飞车，大家看到在这个画面里面，把无人机驾在一个车子上面，飞机的发动机开动以后，在飞机的推力作用下，车子跟飞机一起向前运动，当然这个车子是可控的，不是说想怎么跑，就怎么跑，它和整个飞机都是控制的。当飞机的滑跑速度达到一定的时候，飞机跟滑跑车脱离，飞机往前飞行，而滑跑车当然也往前跑。这是一种滑跑车助跑起飞。第二个我们可以采用火箭助推，或者火箭发射技术。大家刚才看到这个镜头一瞬间就过去了，这个飞机是将近两吨半重，我们用了两枚助推火箭，大家看到，这面有一枚，那面还有一没，这么放着的，然后把它推上空中。我们通常叫零场发射，这个没有跑道，不需要跑道了，很短的一个滑轨，多少？大概七十多公分的一个滑轨。飞机要在七十多厘米的距离里面要达到相应的速度，然后出去。大家知道，目前这是世界上用火箭助推最重的一个无人机，两吨半重。而且采用的是一个助推火箭并联技术，不是串起来的，是两枚火箭并联的，这里面有很多的技术问题。这个给大家看到的还是火箭助推，大家看到，这种比较中小型的无人机，它也没有很复杂的发射车，大家看就很简单的一个架子，架在地面上，火箭一推，架子一倒，一代就出去了。但是有一个问题，大家要注意，在战场中间，我们很多战场的后勤保障是很重要的。那么我们作战的话，可以采用火箭助推。而这个助推火箭通常叫“火工品”，它有个安全问题、运输问题。所以在战争中间使用有诸多的不便。那么现在用得很多是轮式起降，特别是在无人机作战方面，因为飞机那么重，靠助推各方面都很不便。所以就用轮式起降，轮式起降一个很大的要求，特别是着陆的时候，要求能够定点地着陆到机场，跑道航线还不能偏。我们驾驶员知道，在飞行员驾驶的时候他可以来操作，高度调多少，来事先调整，而无人机没有。所以这里就提出一个自动着陆技术，不光是在本地，还要异地着陆。这项技术应该说也是非常关键的一项技术。我这里再讲一个着陆方面的，大家看到的这个画面，我们叫撞网回收。当无人机用在舰上的时候，大家知道，军舰有多大的空间，允许飞机滑跑，显然没有。应该是很短的距离。飞机就要落下来，于是就出现了撞网回收这项技术。在空中架一个网，飞机直接撞到这个网上，就像拿个网兜把它兜起来一样。同学们，要使这个网兜起来不简单，因为你高了，兜不着，低了，跑到地面或者是跑到军舰上面去了。你看这个画面，大家可以看到的仅仅就是这么一点点大的一个网，要求你的定位高度，尤其是高度要非常准确。而那个飞机撞来的时候，飞机发动机已经熄火了，如果没有撞到，是没有时间让你再调整，再来一次。

那么这个大家看到的是滑撬着陆。我刚才讲轮式着陆，但有的时候，特别是有些非常特殊的地域，不可能有机场让飞机着陆，怎么办？只要你有一块草地，那么我们把它穿上一个滑撬，大家看，穿上滑撬像个滑雪一样增加它的阻力以后慢慢地着陆下来。另外在有些场合，我刚才讲空间不够，甚至滑跑的距离都不给你那么多，怎么办？滑到地面以后，前面再加一个拦阻网。刚才讲是一个撞网回收，这是拦阻网回收。就是说你直接对着那个网冲去，把它拦住。我们最近的一次飞机落地离网八米，把它拦下来，安全地拦下来。所以拦阻网技术，还有很多的飞机特别是高速飞机，可能拦阻也不行，怎么办？用伞降，到一定高度发动机熄火以后，把伞打开，打开以后慢慢地着陆，有时候重量很重，那怎么办？在着地的瞬间再把气囊打开，通过两个气囊来缓冲一下这个飞机落地，保护飞机的回收，这是我刚才讲到的无人机的起降技术。

最后一个方面想给大家介绍一下无人机的发展趋势。到底无人机将会有一个什么样的发展势态。这里我们可以说，未来无人机的发展将在这样四个方面会得到大的发展：一个高空、高速、隐身、长航时无人机。这个方面将是一个很大的发展方向，而且很多的国家在这个方面开展研究工作。第二个无人战斗机。因为美国人现在提出了无人战斗机的概念，也研制出了X-45和X-47无人战斗机，各个国家也在相继和即将开展无人战斗机的研制。微型无人机，刚才讲了特别是巷战方面，它有极大的作用，包括监听等等，让人感受不到，一个小苍蝇在里面，你根本想像不到，这个是无人机在进行军事侦察或者是监听等等。

另外未来的战争将会往空间发展，高度发展。所以是一个高超声速无人机的技术，也将会得到比较大的发展。今天我跟大家介绍了一下无人驾驶飞机的这么一些情况，而且更多的是从军用无人机或者是由于战场需要，在战争中使用上来跟大家介绍的。我们大家知道，我们发展无人机技术，不是只为了打仗。我想更多的是要怎么样来为民用，为社会，为经济服务。所以说无人机的民用应用前景是十分广阔的。那么作为我们来讲，我想我们更多的，除了满足国防需要以外，还要更多地考虑和为民用，为国民经济建设来开展我们相应的无人机的研制和发展。我今天的讲话就到这儿，谢谢大家。（来源：cctv-10《百家讲坛》栏目）

物理学百年的回顾 -周光召

人物简介

周光召，1929年出生，1954年北京大学物理专业研究生毕业，历任中国科学院理论物理研究所研究员、所长，中国科学院院长，中国科协主席，全国人大第九届副委员长。主要从事高能物理、理论物理方面的研究，在中国第一颗原子弹和氢弹的理论设计中做出过突出贡献。

内容简介

物理学在这一百年中间，有了极大的发展，同时从物理学中间这一百年也分化出了大量的学科。物理学进入化学、生物、天文、地学、数学、技术科学，就出现了所谓的化学物理、生物物理、天体物理、地球物理、计算物理、技术物理等等新兴的交叉学科。那么到底是什么动力使得物理学在这百年中间能够得到飞速的发展呢？我想首先是因为物理学是先进生产力的开拓者。二十世纪物理学的广泛的应用，不断提高国家和企业的竞争力，不断地开辟新的消费需求和市场。反过来呢，市场和国家的需求又推动物理学迅猛快速地发展。物理学在发展的历史过程中间，始终是先进文化的创造者，它始终激励一批科学家，在物理学的前沿去进行执着的追求。二十世纪物理学家在多层次变化无常而又丰富多彩的现象中间，去寻求宇宙所表现的真善美，寻求万物运动内在的统一规律，和理解外在显现的多样性，对人类的思维方式和世界观的进步做出了多方面的重要贡献。

物理学的发展不断开辟新的先进生产力，在外是受到社会经济需求的大力牵引，它又是人类先进文化的重要组成部分，在内部一直为人类强烈追求对宇宙运动规律的认识所推动，这两种动力都不会停止，在本世纪将继续推动物理学向前发展。物理学应用的领域将随着人类对物质结构和运动认识的深入，以及掌握的有力探测工具的增加而不断扩大，将在各种极端条件地下探索新的现象，将对不同层次的非线性复杂系统进行模拟和研究，将不断开拓新的研究领域。

在我们面前还有很多不解之谜，譬如说质量是怎么产生的，为什么存在三代的夸克和轻子，最基本的物质形态到底是什么，暗物质又是什么，四种相互作用力能不能够统一，怎么样统一，真空的结构，和对称性怎么样，相变和对称性的破缺是怎么发生的，量子力学的去相干过程又是怎么发生的，量子力学是不是最终的理论，宇宙的能量到底是从哪里来的，强烈的伽马线爆发是怎么产生的，黑洞的命运和结构又是怎么样？宇宙和时空是怎么起源的？是不是存在多个宇宙？宇宙的结构和发展的命运是唯一所决定的吗！数学将再为物理的理论的发展提供新的工具，而天体将再一次成为检验物理基本理论的场所，由于实验的困难，进程也许不会很快，但是相信在本世纪这些问题都能得到明确的回答，人类对宇宙万物的认识将会进入一个全新的阶段。

全文

今天我要向大家讲的是物理学百年的回顾和展望。物理学在这一百年中间，有了极大的发展，即使作为一个终生研究物理的人，我想也很难有一个人能够对它全面地了解。为了说明这一百年来的物理学的发展，我们先看看物理学研究的范围，有些什么样的进展？用时间来作为例子，物理学最近研究的顶夸克，它的寿命，只有四乘十的负二十五次方秒，这是个非常短的时间。同时物理学现在研究的宇宙的起源，现在我们知道大约是在一百到一百五十亿年的样子，可能在是一百三十亿年附近，这个相当于四乘十的十七次方秒，所以物理学研究的时间范围是横跨了四十二个数量级。我们讲每十倍就是一个数量级，所以一百就是两个数量级，一千就是三个数量级，我们现在差别有四十二个数量级，这么大的范围，都是物理学研究的对象。

物理学研究的对象的种类也日益增多，同时在研究物理宇宙中间，多层次的复杂而且差异非常巨大的各种物质的形态和结构。前不久我们测量出来中微子的质量，只有一乘十的负三十五克重，这是非常非常之轻的。当然我们举个例子，我们经常在研究太阳，太阳的质量是二乘十的三十次方公斤，所以可见我们研究的对象，光是从它质量的范围来看，差距就是极为巨大。

二十世纪是研究原子的世纪，在原子内部尺度的范围，差别也是非常之大的。我们一个原子大约是一百亿米分之一。可是原子下面是由原子核构成的，原子核比它小一万倍，原子核又是由质子和中子所组成的，质子和中子又是由夸克所组成的，这样又要相差一万倍。所以即使一个原子内部的结构，它的空间的尺度就相差了八个数量级。同时从物理学中间这一百年也分化出了大量的学科，到二十世纪，力学、热学、光学、声学、无线电、微电子，像激光、原子能现在都已经形成了独立学科，我们在学校里边有的还可以看到这样的系。这些学科支持了机械、冶金、建筑、电力、原子能、航空航天、计算机、通讯等等工程科学的发展。物理学进入化学、生物、天文、地学、数学、技术科学，就出现了所谓的化学物理、生物物理、天体物理、地球物理、计算物理、技术物理等等新兴的交叉学科。那么到底是什么动力使得物理学在这百年中间能够得到飞速的发展呢？我想首先是因为物理学是先进生产力的开拓者。二十世纪物理学的广泛的应用，不断提高国家和企业的竞争力，不断地开辟新的消费需求和市场。反过来呢！市场和国家的需求又推动物理学迅猛快速地发展。举例子，譬如雷达和原子弹，这个主要是物理学家在二战中间所做的工作，它在战争中间的作用促使美欧各国在战后就大量增加了对物理学的投资，设立了集中的研究机构，建造了巨型的加速器、核反应堆，来从事有潜在的军事价值和市场价值的研究。

在2000年美国工程院选择了二十项二十世纪最伟大的工程，其中采用的技术大部分都直接或间接跟过去三百年物理学的发现有关系。这二十项工程是首先是电气化、汽车、飞机、自来水系统、微电子、无线电广播和电视，我在这些项目的后边都打上了星号，这个星号越多的，表示它和物理学的关系越密切。以下是农业机械化、计算机、电话、空调和冰箱、高速公路、卫星、因特网、摄影。然后是家用电器，医疗技术，石油和石油化工，激光和光纤，核技术，高性能材料，大家可以看出来其中大多数都打了星号都跟物理学直接或间接有关。

物理学在半导体、集成电路、激光、磁性、超导等方面的发现，这都是二十世纪所发现的，奠定了信息革命的科学基础。在市场推动下边，由物理学延伸的高技术产业应运而生，这些高技术产业，在二十世纪下半叶的全球经济中扮演了重要的角色。它为家庭开发了从微波炉到液晶电视等多种的家用电器，引导了以微电子、光电子、网络和微光机电技术为核心的第三次工业革命，为信息社会的到来奠定了技术基础。由物理学研究带来的新技术和新产品层出不穷，从根本上改变了人们的生产方式和生活方式。

我们看看所有这些是由哪些物理学的发现所导致的。当然有很多是与二十世纪以前的物理学有关系。在二十世纪以前，以牛顿力学、热力学和麦克斯韦电动力学为代表的古典物理学，到十九世纪末已经形成了完整的理论体系，并且在工业革命中间起了重要的作用。这些物理学的成就反映在工业上，就是发明了电话、电灯、汽车等等，并且开始了社会的电气化进程。十九世纪末还相继发现了X光、放射性、电子，测定了光速和部分物质的光谱，这些都为人类在二十世纪进入微观世界奠定了基石。

二十世纪以古典物理学为基础，还有很多重要的发明。譬如说1901年马可尼成功地发射了无线电波，进行了跨越大西洋的无线电接收，那么无线电广播和通讯就得到了大规模的推广应用。火箭技术在二十世纪开始发展，提出了克服地球引力进入太空的设想，这是俄国人提出来的。然后1930年首次提出了火箭发动机的专利，1926年开始了第一次电视图像的传输；1928年第一次完成了跨大西洋的图象无线的传输；1938年发现了硒在光照底下变成良导体，当时的XEROX公司就应用它造成了第一台复印机；1936年又发明了磁带录音；1937年发明了雷达；1939年开始调频广播；1949年用X光分析了盘尼西林的晶体结构；1958年超声技术开始在医疗中间应用；1967年家用微波炉上市。而这些都是和二十世纪以前的物理学的发明相关的。到二次世界大战以前，在二十世纪物理学家深入研究了物质的各种形态，又发现了一系列新的现象。譬如说1911年发现超导；1911到1912年通过X光衍射，发现了晶体原子的对称排列；1932年发现了中子；1934发现了人工放射性元素；1938年发现超流；1939年发现了裂变现象。像战后那就有更多的发明，比如1947年发现了晶体管；1954年发明太阳能的光伏电池；1955年制造了第一根光纤；1959年发明了集成电路，集成电路是刚刚获得诺贝尔物理学奖的；1960年发现了红宝石激光器；1966年提出了能够实用的光纤的设想；1971年发明了微处理器；1975年液晶显示用于计算器；1982年激光唱盘问世。物理学还为所有其他的科学提供了强有力的研究工具，比如中子衍射可以确定原子核的位置和运动，可以探测物体内应力的分布，是判定物质结构有力的工具。像加速器产生的同步辐射强光源，已经广泛用于研究材料的性能和结构，化学反应过程，生物细胞的活动等等。1989年在欧洲核物理研究中心工作的Berners－Lee他为了在网络上传输高能物理的数据，就提出了超文本协议，这个协议现在已经成为全球万维网信息传输的标准。

物理学还提供了强有力的探测和医疗设备，像五十年代就已经把X光用于生物分子的结构分析，最重要的是它在五十年代首次分析了DNA的双螺旋结构。而克利克和华生正是看到了这个照片以后，才提出了他们有名的双螺旋结构。像Rosalyn Sussman Yalow发明了核放射分析的技术，成功地应用于生物学的研究，超导SQUID器件用在地质探矿或者研究生物体磁性的变化。而CT、核磁共振、正电子CT、PET、基因芯片、激光、超声、微波等等都广泛用于医疗和生物的研究。用现代物理学开发出来的显微镜，我们已经可以清楚地看到细胞的活动。这里是一个巨噬细胞在吞噬一个外来的细菌，这是我们拍摄出来真实的DNA长链，打开了的DNA。这是我们从核磁共振拍摄到的脑的图象。

在量子力学和相对论的指导下面，上个世纪的下半叶，物理学在凝聚态、激光、表面等离子体等等方向上面，又发现了很多种有广泛应用前景的现象。有新的集体振荡的模式，新的相变和宏观量子态等等，像量子霍尔效应、分数电荷、稀土永磁、高温超导、量子点、量子计算和信息传输，玻色- 爱因斯坦的凝结态，相干原子束等等。同时也创造了崭新的探测和控制原子的手段，像同步辐射光源，快中子束和离子束，微光机电器件，功能核磁共振，隧道扫描显微镜，原子力显微镜，激光镊子等等，为开创纳米科技的研究提供了有力的工具。这是我们观察到一个在温度不断下降的时候所形成的玻色-爱因斯坦的一个凝结，这是用的铷原子做成的。纳米技术在上世纪末已经开始蓬勃地发展，这里面应用了大量的物理的新的思想和技术，它本身也是由一位有名的物理学家费尔曼所提出来的。这是用光刻技术所做出来的微机械，这里是移动单个的原子所做出来的一个算盘和写的字，这是世界上最小的字之一了。同时在量子场论还发展出一些新的计算的方法。譬如说重整化群的方法，这个对研究处于临界状态附近的各种自相似的结构非常之有用，已经广泛应用于各种不同的物质组成的复杂系统或者远离热平衡的开放的系统。在二十世纪企业已经成为物理学的应用研究开发的一个主力。在市场力量的推动下，我们看到有几项获得诺贝尔物理奖的重要的发现。譬如说晶体管、集成电路、电子隧穿效应、激光、隧道扫描显微镜、高温超导，这些都是获得诺贝尔物理学奖的。它们都在大工业的中央研究室里边完成的，所以在二十世纪有眼光的企业家，已经认识到基础研究在发展企业技术上的重要作用，从市场长远发展的需求，制定了他们研究的目标。他们不仅为大学基础研究提供了很多的资金，而且有组织地在企业内部开展了多学科的基础研究。企业的中央研究所，在世界上已经成为像物理学应用基础研究中间的非常重要的力量。

物理学在发展到历史过程中间，始终是先进文化的创造者，它始终激励一批科学家，在物理学的前沿去进行执着的追求。二十世纪物理学家在多层次变化无常而又丰富多彩的现象中间，去寻求宇宙所表现的真善美，寻求万物运动内在的统一规律，和理解外在显现的多样性，对人类的思维方式和世界观的进步做出了多方面的重要贡献。重要的我想有，一个是对宇宙观和认识论的贡献。相对论、量子力学和它们相结合产生的量子场论是从根本上改变了人类对物质运动、时空和相互作用的看法，使得十九世纪占统治地位的、绝对的决定论的宇宙观衰退，转变为辩证的惟实的宇宙观。

我们先看看古典物理学，从十七世纪开始，物理学一直处在科学研究的最前沿。到十九世纪末由牛顿力学、热力学和麦克斯韦电动力学构成的古典物理学，不仅已经发展成为一个完整的理论体系，而且形成了根深蒂固的机械唯物主义的思潮。应该说在十七世纪的时候，机械唯物主义是一个进步，因为当时人们是被神学所统治。在与此同时，将古典物理学应用于社会生产和技术，它也取得了非凡的成功。到十九世纪末从牛顿力学就发展出来分析动力学，同时这里边建立了非常多深刻的观念。像广义坐标和广义动量，对称性和守恒定理，最小作用量原理，拉格朗日作用量函数，哈密顿方程，雅可比括弧等等。这些都对以后的量子力学的发展做出了重要的贡献。而麦克斯韦方程又系统地展示了场的观念，预见了电磁波的存在，提出了光的本性就是电磁波。在麦克斯韦方程中间还隐含了和伽利略对称性不同的洛伦兹对称性。

物理学家认为牛顿力学、热力学和麦克斯韦电动力学建立了完整的对宇宙的说明，并且在应用中间取得了极大的成功。当时人们认识的宇宙是一个机械的宇宙，一切都像一个机械一样动作，它是只要一开始有一个第一推动力，它就会永远按照同样的规律不停地运行下去。在十九世纪末有一系列的实验使得人们对以前的完整的物理学的说明产生了怀疑，首先就是发现了光的运动速度和地球的运动没有关系，这样就形成的电动力学和牛顿力学的矛盾，又发现了古典的黑体辐射理论会导致在频率很高的地方，辐射量越来越大，会发散，这个和试验也不符合。另外从电动力学的观点出发，像原子是由带电粒子所构成的，电子在原子里面不断地运动，如果它不断地运动，有加速度的话，它就要辐射出电磁波来，它的能量就会不断减少，所以这样的原子它不可能稳定。刚才发现原子发的光它的频率谱不是连续的，而且其中有分离的一条一条分开的这种线谱，这个也和麦克斯韦的理论是不相符合的。

最后在上个世纪末又发现了放射性，这样就改变了根深蒂固的原子是不可破坏的一种稳定结构的这种观念。那么要扬弃古典物理学的过时的概念，消除牛顿力学和麦克斯韦电磁场这两大理论之间的不自洽，就成为二十世纪物理学发展的前提。二十世纪物理学是起始于两位伟大的科学家的伟大的发现。十九世纪末尽管存在很多古典理论不能解释的现象，但是大多数物理学家他们都相信古典理论，敢于对古典理论说不的是两位当时还不知名的年轻科学家，普郎克和爱因斯坦。这个就是普郎克，当时四十来岁，这是爱因斯坦只有二十六岁。1900年四十二岁的普郎克，为了解释黑体辐射谱提出量子论。他当时已经在大学教书，四十来岁了嘛。但是他的想法仍然不为他的同事特别是一些知名科学家所接受，甚至于他自己，虽然做了正确的工作，但是他也怀疑自己做得对不对，他多次还试图回到用古典的理论去解释黑体辐射谱，但是一直都不能成功，所以他后来就写了以下的几段很有趣的文字。第一段他说他做这个工作的整个过程是一个绝望的尝试，他说因为不论代价有多高都要找到理论的解释，所以他是付出了要扬弃古典理论的某些假定的代价，这个代价是很高的。他另外还讲了一段更有意思的话，他说一个重要的发现，能够逐渐地获得反对者的承认，这个是一件很少有的事情，实际出现的情况呢，是当时这些反对的人他们一个一个都去世了，所以就没人反对了，所以可见他当时受到的反对有多么地严重。1905年爱因斯坦不仅提出了狭义相对论，同时他也支持普郎克的理论，用光量子去解释了光电效应。同年爱因斯坦还提出了布朗运动的统计理论，这些都得到了实验的证明，这样就使各界再不怀疑原子的存在。爱因斯坦在做出这几样重要发现的时候，年仅二十六岁，而且是一个瑞士专利局的职员，因为他在大学里头这些老师都不大看得起他，不愿意把他留下来做助教，他几次去请求，人家也不要他，他甚至于有几次几乎要失业了，几次在中学里面求职，还变更了好几次，最后在专利局里面找到一个职位，他每个星期要在专利局工作大概要四十几个小时。但尽管如此，这一年是他最辉煌的时期，因为他做出了二十世纪物理学史上最辉煌的几项贡献，就是刚才讲的这三项。狭义相对论当然现在知道是非凡的贡献，但这个贡献长期地不被人所重视，以至于没有给他诺贝尔奖金，而光电效应呢！是第一次明确地指出光的既是波动又是粒子的性质，这个得到了诺贝尔奖金委员会的认可，所以爱因斯坦得到诺贝尔奖金是光电效应，其中没有相对论。同时他还证明了原子的存在。所以这三项工作能够在他在专利局作为业余工作做出来，这个好像是物理学史上的奇迹，直到现在还是物理学史家所研究为什么会这样的一个很重要的一个课题。

相对论和量子力学这两大发现，从根本上突破了古典物理学的局限，相对论建立了新的时空观，时空再不是脱离物质和运动的独立的存在。牛顿就认为时空是脱离物质而存在的，物质在时空里边运动，时空跟运动没关系。相对论不是这样的，相对论认定这个时空不再是脱离物质和运动的独立的存在，同时相对论还确定了物质和能量的等价，为原子能的开发利用奠定了理论的基础。1916年爱因斯坦又提出了广义相对论，计算了水星绕日的进动，得到了和试验一致的结果，并且在1919年全日蚀的条件底下，观察到光经过太阳边缘由重力产生的偏转而得到了证实，这样时空和重力在广义相对论中间就得到了完美的统一。广义相对论对二十世纪理论物理和天体物理产生了巨大的影响，爱因斯坦的基本的思想，追求自然规律的统一性，他要通过局域对称性来实现物理运动规律的几何化，这个一直是以后理论物理学家追寻的方向。但是经过80多年的努力，爱因斯坦的梦想到今天还没有完全实现，当然也取得了很多重要的进展。相对论和以后发展的规范场论对人类的认识论产生了巨大的影响，这个理论认为物质、运动、时空和相互作用是紧密联系在一起的，是不可分割的，是互为因果的。它们统一在某种变换群的局域对称性中间，对称性和它的自发破缺确定了物质的基本构成和它们之间的相互作用，体现了宇宙的真和美，形成了宇宙万物内在本质鲜明的统一性和外在现象绚丽的多样性。

1954年杨振宁和Mills提出了非Abel规范场的理论，局域对称性就成了相互作用力和基本粒子结构的本原。1964年Higgs借鉴凝聚态相变的观念，引进了真空相变和对称性自发破缺的概念，真空并不是空的，这样使得统一性和多样性就得以结合，对称性原本相同的粒子在对称性自发破缺以后可以获得不同的质量，造就了今天千姿百态的世界。在这个基础之上，Glashou Weieberg 和Salam用SU（2）XU（1）群的对称性和规范场统一了弱相互作用和电磁相互作用，形成了由三代夸克和轻子，三种相互作用力的携带者胶子、光子，W和Z粒子组成的标准模型。标准模型和实验符合得很好，遗憾的是引发对称性自发破缺的Higgs粒子可能质量太大。在目前的加速器实验中间还没有观察到。这个弱电统一的理论成功，为进一步统一四种相互作用力提供了希望和动力。

这是我们现在已经知道最基本的一些粒子，上边是夸克，下边是轻子，还有就是它的右边是携带作用力的几个粒子，像最上面是光子，然后是重粒子，然后还有Z粒子W粒子等等。目前正在欧洲通过国际合作建造世界上最大的加速器，耗资是几十亿美金，建成以后，如果能够发现Higgs粒子和各种超对称的粒子，就会对统一的理论有所推进。

研究世界的统一性和多样性是我们物理学基础的物理学所追求的一个目标，也是人类认识世界所追求的一个重要的目标。我们一方面要在世界的统一性中间，看到世界所遵循的共同的这个规律，又要从它的多样性中间来看到这个世界的绚丽多彩。物理学能不能够最终地把所有我们知道的作用力和这些基本粒子能够统一在一起，从实验的角度来看，它可能反映在最早的天体演化的这个状态中间，这是我们现在着力研究的一个方面。

这个是在日内瓦建造的世界最大的加速器，它的环半径是4.3公里，周长大概有32公里，能够达到很高的能量。使得质子和反质子能够在里边对撞，能够造出世界各种所有的，在一定能量范围之内的这种粒子，也希望在这里边能够找到形成统一的Higgs粒子。除了我们在实验上来看的话，那就是天然的实验室，除了人造的实验室，天然实验室呢，现在因为能量需要很高了，所以就要依靠天体自然的现象。天体现象在牛顿力学和广义相对论的发展中间都起了决定性的作用。反过来呢！物理学的发展，像力学、核物理、等离子体物理、量子力学、相对论都对理解天体的物理现象起了重要的作用。我们现在观察到的有些现象我们还不理解。譬如说我们在天体里面，现在发现有很远处的星体，它发生强烈的伽马射线的爆发，这个能量是非常非常之强的，远远超出我们的想象。它是怎么能够发生。同时我们也发现不断还有新星在产生，但是同时也有很多星球在消亡。我们在银河系中间现在也观察到了黑洞。在爱因斯坦广义相对论中间预言，在弯曲的时空中间光是有偏转的。这个图是用空间望远镜拍摄的重力透镜聚焦的一个现象，这个旁边有四个新星，实际上一个星体在远的地方，它的光线被偏转了，被中间的物质所吸引而产生了偏转，造成了四个影像。从这里边可以推断在这个空间中间还存在很多的物质我们没有看见，叫做暗物质，可以达到世界物质的百分之九十那么多，那么到底是些什么东西。所以在今后天体物理学会在物理学的基本理论的发展中间，会要再一次起到重要的作用。

通过计算机的帮助，如果我们应用古典物理的理论来讨论流体运动或者气象预报的时候，就发现在决定性的非线性力学方程中间，存在着偶然性起决定作用的混沌的状态。也存在通过自组织从无序的状态演化为有序的状态，由简单的规则形成自相似分形结构的这种可能。随后发现，这是普遍存在在有非线性相互作用，远离热平衡的开放的复杂系统中间的现象，即使是生命系统和社会系统也不例外。譬如对社会系统，开放的社会系统，当信息流通加快的时候，系统里边的长程的非线性相互作用就加强。现在世界上任何一个地方发生的任何一件事情，在世界的其他的地方都能知道而且立刻可能就发生影响。譬如说要来一次金融的危机，或者股票的大涨大落，在一个市场出现，在纽约的市场出现，很快就会波及到欧洲或者亚洲。当信息流通加快了以后，系统里边长程的非线性相互作用就加强了，系统的演化速度也就加快了，那么在进入混沌区的边缘的时候，系统对某些外界参数就变得非常之敏感，耗散和涨落的斗争，必然性和偶然性的相互转化，使得参数的小的变化或者偶然的变化就有可能或者激发自组织的过程，进行系统的内部结构的调整，形成新的一种有序的状态。或者呢！它会脱离稳定的轨道快速陷入一种混沌的漩涡，在竞争适应和选择的演化的过程中间，形成千变万化的结构或者千姿百态的现象。

下面我们看一下物理学发展带给我们的启示。物理学研究的是自然界的运动规律和物质的结构，判定物理学的发现和理论作为客观科学真理的惟一依据是科学的实践，也就是正确预见并为不同科学家在相同条件下所重复验证的实验事实。对微观现象的实验观察尽管出现很多出乎常情的结果，我们的看法必须依据真实可靠的实验结果加以修正，才能得到正确的认识，而不是相反，求真必须惟实，惟实才能创新。

物理学的发展不断开辟新的先进生产力，在外是受到社会经济需求的大力牵引。它又是人类先进文化的重要组成部分，在内部一直为人类强烈追求对宇宙运动规律的认识所推动。这两种动力都不会停止，在本世纪将继续推动物理学向前发展。物理学应用的领域将随着人类对物质结构和运动认识的深入，以及掌握的有力探测工具的增加而不断扩大。将在各种极端条件地下探索新的现象，将对不同层次的非线性复杂系统进行模拟和研究，将不断开拓新的研究领域。由于人类对单个原子操纵能力的增加，应用量子力学会设计和生产除越来越多按照人类的需要，具有特殊功能的微结构和宏观量子态、室温超导、相干原子束器械、细胞和基因的修复仪、速度达到每秒万亿次运算的的芯片，自组装的智能微机械、量子密码和量子计算等等，都是我们下一步奋斗的目标。

物理学会以新的思维方法和新的仪器设备进一步深入数学、化学、生物学、天文学、地学、材料科学、能源科学、信息科学甚至于社会科学。会在纳米科技和量子信息学之中大放异彩，会在新世纪继续对经济、军事、科技和社会发展作出重大的贡献。

在我们面前还有很多不解之谜，譬如说质量是怎么产生的？为什么存在三代的夸克和轻子？最基本的物质形态到底是什么？暗物质又是什么？四种相互作用力能不能够统一，怎么样统一真空的结构和对称性怎么样？相变和对称性的破缺是怎么发生的？量子力学的去相干过程又是怎么发生的？量子力学是不是最终的理论？宇宙的能量到底是从哪里来的？强烈的伽马线爆发是怎么产生的？黑洞的命运和结构又是怎么样？宇宙和时空是怎么起源的？是不是存在多个宇宙？宇宙的结构和发展的命运是惟一所决定的吗？数学将再为物理的理论的发展提供新的工具，而天体将再一次成为检验物理基本理论的场所。由于实验的困难进程也许不会很快，但是相信在本世纪这些问题都能得到明确的回答，人类对宇宙万物的认识将会进入一个全新的阶段。

在当前中国走向伟大民族复兴的二十一世纪,发展中国物理学的重任已经责无旁贷地落在了今后几代青年的肩上，中国具有世界最多的有为的青年，我相信他们一定能够不负重望。自强、自信、自立，在掌握世界最新知识的基础上创造出世界物理学最重要的新成果，为中国经济打下自主的基础，为中华文化谱写灿烂的篇章。

西方的技术 -沃尔夫冈·科尼希

主讲人简介

沃尔夫冈·科尼希，哲学博士。柏林工业大学技术史教授，德国技术史协会主席，德国《技术史》杂志主编。主要研究方向为技术史理论、技术哲学、高等教育史等。

内容简介

我今天演讲的第一部分，三次革命。首先是新石器革命，根据不同地域的发展速度不同，其发生在公元前八千年至公元前两千年左右。我想把在1760年至1830年之间，主要发生在英国的工业革命，称之为人类历史上第二次大革命。这对于西方的发展有着特别重要的意义。以我的观点来看，我们目前也处于一个革命性的大变革时期，但是至今我们还无法抓住或命名这个变化的核心，在过去的十年或二十年之中，人们给这个变化冠以种种不同的名称，例如，信息社会、服务型社会、知识性社会、消费性社会或娱乐性社会，还有许多其他说法来称谓这个变化时期。这么多的名称就清楚地说明，人们并没有确切地知道到底发生了什么？也许我们要等几十年或一百年之后，才能确定以往这些变化的核心是什么。

在十九世纪末英国在世界上的主导作用衰弱了，被一系列非常有竞争力的工业化国家所取代。所有这些国家，包括欧洲的和欧洲之外的，都努力在赶上英国的工业化进程。这些国家所做的第一件事就是技术引进，它们从英国学习了很多经验，许多技术从英国转移到其他国家，不但是转移，而且还根据具体需要做了调整。当然这些国家也开发了一些自己的技术，这是一种模仿和创新的结合，对于后进者来说，如果要发展自己，情况永远是这样。对于各个国家来说，这种发展的过程和结果是不同的，对于这种不同，技术史学家称之为技术风格或技术文化。这个词试图说明，过程和结果的不同是由于发展背景的不同。

下面我想谈谈与技术的发展有关的重要因素，首先我要谈谈科学因素。在十九世纪末和二十世纪，科学的作用越来越重要，但是我想强调的是，光靠科学是不够的。科学所处于的环境和背景更为重要，在科学家和工业家之间必须要有沟通交流，如果只有发达的科学而没有与工业、经济的交流，也许你能获得诺贝尔奖，但却不能工业化。

从历史中学习，是历史学家经常遇见的问题，我相信在历史中没有普遍适用的定理，我们所能期望的只是要努力找出一些规则。我想说历史并不能给我们指示正确的道路，但我希望历史可以使我们避开错误的道路。在工业化的过程中，有很多种成功的路，空间上的不同，时间上的不同，历史所做的工作是为我们提供了许多的可能性。我要说的最后一点是，历史显示了灵活性的重要性，因为我们在开创未来时，并不知道怎么样才是正确的，当我们发现自己的方向不合适或导向歧途时，我们必须要灵活地改变方向。

全文

我演讲的主题是西方的技术。这是个非常宽泛的主题，这相当于对过去二百年西欧和美国的技术、社会、工业、经济发展，做一个整体的评述,我要分六步来讲。

首先，我想把我的主题放在一个广阔的背景之中，这个广阔的背景就是人类整个的历史。我把这一部分称之为三次革命。第二步讲英国的工业革命，这相当于欧洲技术发展的开端。第三和第四步我首先讲一讲美国，然后讲德国，我想强调的是这些国家的现代工业化进程各不相同，工业化过程并没有什么通用的模式，虽然有一些相似之处，但是没有统一的模式。第五步我想讨论一下技术发展的几个因素，这些因素通常被认为是至关重要的，我对至关重要的说法是带有批评态度的。最后，我将总结一下，从所有这一切之中，我们能学到些什么。这里也有一个非常重要的问题，即我们是否能够从历史中学习一些东西。

我先来讲一讲我今天演讲的第一部分，三次革命。我想如果你问一位像我这样的研究技术史的西方学者，我确信他会列出三个对于人类的技术、社会、经济发展至关重要的时期，也许我们可以将这些重要的变化阶段称之为革命。首先是新石器革命，根据不同地域的发展速度不同，其发生在公元前八千年至公元前两千年左右。最重要的事情是人们开始定居下来，靠狩猎和采集野果为生的人开始建造定居点。起初这些定居点不过是一些很小的村庄，但后来在某些地区一些村庄发展成为大的城市。当然，首先是在一些文明比较发达的地区，如美索布达米亚、埃及、印度河流域以及中国的黄河流域。技术对这种发展起了很重要的作用，但从另一方面来说，技术本身也是这种发展的结果。我特别要强调的是，可能是由于种植业和畜牧业的发展才导致了纺织技术的产生。纺织技术的产生主要并不是依赖于纺织机械的发明，而更多地是由于为其所用的原材料的发展。还有一点是由于定居下来，人们对于各种原材料的知识和经验得以积累，导致了纺织和冶金技术的出现。人类能够制造更好的陶器，这也很重要，陶器、金属是与人们转向定居有关的。当然，人们发展了新的建筑技术，由此也发展了储存、运输及灌溉技术。以我们的观点，这是人类历史中第一次革命的重要因素。我想把在1760年至1830年之间，主要发生在英国的工业革命，称之为人类历史上第二次大革命讲一下，这对于西方的发展有着特别重要的意义。以我的观点来看，我们目前也处于一个革命性的大变革时期，我坚信我们正在经历着革命性的变化。但是，至今我们还无法抓住或命名这个变化的核心，在过去的十年或二十年之中，人们给这个变化冠以种种不同的名称。例如，信息社会、服务型社会、知识性社会、消费性社会或娱乐性社会，还有许多其他说法来称谓这个变化时期。这么多的名称就清楚地说明，人们并没有确切地知道到底发生了什么？也许我们要等几十年或一百年之后，才能确定以往这些变化的核心是什么。但是我想有一点是很清楚的，即技术和科学在这种发展中起着非常重要的作用，主要是电子和通讯技术，也许还有生物技术。我们所知道的是，在未来消费将比生产起更重要的作用，只需要很少的人就可以生产出满足大量消费者需求的产品。我们还知道这种变化将是全球性的。我们都知道，全球化这个词在今天已变得很时兴。我经常说我很想把全球化这个词变成另一个词，即全球-区域化，这是全球化和区域化的一个组合词。因为我坚信全球化并不能形成一个标准化的世界，我确信它不能产生一个统一的世界。我认为将出现的情况是，全球性的影响会被区域性的特点所改变或调整。这是我的一个观点。

在十九世纪末英国在世界上的主导作用衰弱了，被一系列非常有竞争力的工业化国家所取代。所有这些国家，包括欧洲的和欧洲之外的都努力在赶上英国的工业化进程。这些国家所做的第一件事就是技术引进，它们从英国学习了很多经验，许多技术从英国转移到其他国家，不但是转移，而且还根据具体需要做了调整。当然这些国家也开发了一些自己的技术，这是一种模仿和创新的结合，对于后进者来说，如果要发展自己，情况永远是这样。

对于各个国家来说，这种发展的过程和结果是不同的，对于这种不同，技术史学家称之为技术风格或技术文化。这个词试图说明，过程和结果的不同是由于发展背景的不同。我在这里想举两个例子：一个是美国，第二个是德国。美国一度是英国的殖民地，所以在美国和英国之间存在许多相互联系，有许多英国人作为移民来到美国，所以技术引进就很容易进行。但更重要的一点是，美国是个不断扩大的国家。在十九世纪，特别是十九世纪上叶，美国不断地向南部，尤其是向西部扩展。在1850年美国就基本形成了现在的规模，当然也有一些地区如阿拉斯加是后来并入美国的，但是现在美国的规模绝大部分是在十九世纪中叶形成的。然而，直到第一次世界大战之前，开发这片富饶的国土是一项非常艰巨的任务。这个国家有着肥沃的土地和丰富的资源。另外一点是，直到二十世纪，美国的人口一直在快速地增长，在这些增加的人口中，三分之二是来自原居人口的生育，三分之一来自于移民，特别是来自于欧洲的移民。这些移民往往是做好了充分准备，离别故乡到外国寻求发展的优秀人才，他们从欧洲给美国带来了很多的知识和创意。大家知道，在中国人口的增长可能是个问题，但对于十九世纪的美国来说，情况就大不相同了。因为那些广阔、富饶的土地需要大量的人口去定居。另外很重要的一点是，生产能力的增加超过了人口的增长。对于一个地域广阔而人口稀少的国家来说，当生产能力的增长超过人口的增长时，人口的增长就不会形成任何问题，美国的情况就是这样。但这也造成了一个后果，那就是在美国劳动力很昂贵，特别是有技术的劳动力，非常昂贵。原因就是生产力的增长超过了人口的增长，在这种情况下，劳动力就变得昂贵。但另一方面，原材料却很便宜，所以劳动力的昂贵就促使人们设法用机器来代替人工，美国成为了机械化、理性化及规模化生产的中心。当然泰勒所倡导的理性化管理及福特所倡导的大规模生产在这种环境中行之有效就并非偶然了，这种环境对机械化的发展起了非常大的促进作用。在第一次世界大战之前的这段时间，美国的经济增长势头非常强劲，可能有点像今天的中国，这种增长的动力主要来自于美国的国内市场，不是来自国外市场，不是由于出口，而只是来自于美国的国内市场。各种产业为满足国内市场的需求，而尽最大可能地多生产产品，根本顾不上考虑出口的问题。这种尽可能多生产的倾向，经常被称为粗制滥造。我说过第一次世界大战之前，美国的产业对国外市场并不太感兴趣，但第一次世界大战之后，这种情况改变了。第一次世界大战以后，形势有了变化，随着国家的进一步发展，美国国内的消费群体在某些方面的需求已经达到饱和，在这种新形势下，许多大的公司开始转向出口。

现在来谈谈德国。德国在工业化过程中是起步较晚的国家之一，也许是在英国开始工业化以后五十年才开始的，可能在1830年或1840年，对此没有确切的说法。在此过程中铁路起了很重要的作用，铁路是机械业及钢铁业最主要的客户，而更为重要的是铁路使运输的费用降低，这就意味着交易费用的降低。而交易费用往往比生产的费用还要高。德国的政治制度也在德国的经济发展中起了很大的作用，德国以前并不是以一个统一的国家存在，而是由许多大大小小的，独立的邦国组成。在十九世纪三十年代，各邦就税收问题达成协议，减少或分离某些税收。但是直到1870到1871年德意志帝国的成立，德国才具有在世界经济中占一席之地的政治条件。这是个非常快的过程，虽然很快，但直到十九世纪八十年代才具有发展的活力。我想举个例子，能够很好地说明十九世纪八十年代的情况。这个例子就是“德国制造”的原产地标志。这种原产地标签并不是从德国产生的，而是英国议会在1886年通过的一项法案，这个法案要求所有来自外国的产品都必须标明原产地，这主要是针对德国产品的，因为在那时英国人的印象中，德国产品首先是质量低劣，其次是经常仿制英国的优质产品。例如，某些德国制造的刀具，德国人经常在上面打上标记，冒充是英格兰制造的。但非常有意思的是，这种英国国会在1886年炮制的带有歧视性的原产地标志，不久就变成了一个优质产品的标志。这表明在十九世纪最后的十年德国的工业已经从低水平走向了高水平。德国与英国的不同在于，在英国工业是靠老产品在老市场中获得成功的，老产品、老市场。在十九世纪末英国的工业是非常成功的，赚了很多钱。这些老产品是钢铁、纺织品、电报装置等等。德国的不同在于，在德国发展转向了来自新工业的新产品，新工业生产的新产品。这些工业特别是指那些所谓的以科学为基础的工业，尽管我对把所有那些工业归于以科学为基础的工业的名下的说法是否恰当表示怀疑，但姑且这么说吧。作为以科学为基础的工业，我一般是指化工、电器或其他的如光学等，我想说的是化工和电子。德国的公司和美国的公司一样，生产各种各样的产品，无所不包，从灯具到机器，到复杂的电气系统，包括发电厂、传输系统。化工业、电器业，这些新产业、新产品与德国工业的发展是紧密相关的。

下面我想谈谈与技术的发展有关的重要因素。从比较英国、法国、美国、德国的角度来谈这些因素。我想考虑几个我经常称之为在工业化过程或工业的发展中起决定性作用的因素。在开始我就说过，不要相信单一因素的解释，以我的观点，应该采用多因素的解释。首先，我要谈谈科学因素。当然大家都知道十七世纪的科学革命，科学革命是在工业革命之前发生的，可以这么说，科学革命与工业革命有一定的关系。然而，如果仔细研究一下英国的工业革命，就会发现实际上科学对其发展的贡献是很小的。十八世纪后期的大多数发明家，重要的发明家，是来自于工匠和其他行业，一些业余爱好者对某些特殊的发明做出了贡献。在其中很少发现有科学家，这并不是说知识在工业和技术的发展过程中不发挥作用，但是有时这也只是一些实用知识，而发明家和革新者不是以系统学习的方式来获得这些知识的，他们更多地是通过交谈，当他们遇到问题时，他们就去请教别人或在书中查找或求助于同行，对发明和革新并没有系统的科学训练，只是通过交谈来获得知识。还有另外一个说法，可以用比较英国和法国来说明。在十八世纪，法国在许多方面的科学比英国先进。有很多例子，科学家在法国做出的发明，没有获得成功，只有传到英国之后才能获得成功，这说明要转移到另一种工业、社会、经济环境中。例如氯气、苏打的新生产过程，煤气灯等。所有这些都是在法国发明的，却在英国获得成功，并对其工业化做出了重要贡献。当然在十九世纪末和二十世纪，科学的作用越来越重要，我以德国为例，说过以科学为基础的工业的概念，这说明科学变得更为重要。但是我想强调的是，光靠科学是不够的。科学所处于的环境和背景更为重要，在科学家和工业家之间必须要有沟通交流，如果只有发达的科学而没有与工业、经济的交流，也许你能获得诺贝尔奖，但却不能工业化。沟通过程、转化过程是非常重要的，而且经常是需要双向的交流，不仅仅是科学向工业转化，而且往往还需要从工业向科学转化。如资金、设备、实验室等等。无论如何，只有强大的工业才能使发明变为市场上的新产品，只靠科学是不行的，虽然科学起很大的作用，但靠它自己是做不到的。

我下面想讨论一下工程教育。工程教育，我们应该知道，英国和美国的工业革命是在基本上没有工程教育机构的情况下发生的。在十八世纪和十九世纪上叶，英国和美国并没有进行工程教育的机构，这意味着当时最先进的国家也没有受过正规教育的工程师。它们有工程师，但他们是在工业中一步一步自己学的。在英国的大学中只有教力学的教授，而这些课程与工业并没有什么联系。在美国有像西点军校这样的军事学院，但西点军校只为公共机构或军队培养工程师，并不为工业所需要的机械工程、化工工程等培养人才。只有到了十九世纪六十年代，这种情况才有所改变。从十九世纪六十年代，在美国和英国开始设立工程学院，著名的有1861年建立的麻省理工学院（MIT）。然而，英国和美国的新的工程学院是非常注重实用的，它们提供的是一种工业培训和学院教学相结合的一种教育方式。例如在英国，工程师往往是部分时间在工业企业，部分时间在学校，这在英国被称为三明治体制。另一个例子，在英国从事实际工作的工程师也认为听课很重要，他们往往白天工作，晚上到工程学院听课。我使用了注重实用这个词，注重实用也意味着在工程学院中，实际工作也在教育中占有很大比重，所有的工程学院都有自己的车间和装备良好的是实验室。车间工作、实验室工作在美国和英国是很受重视的，因此我想把这种工程教育的文化称为实用文化，实用工程教育文化。在法国和德国这些工业化的后进者，在十八世纪就存在着古老的、传统的工程教育体系。这个体系是由政府建立的。矿业学院、军事学院、公共建筑学院。这些机构的主要目的是为了给政府提供技术支持，修建道路、水路等等。在德国十九世纪二十年代和三十年代开始建立新的技术学校，这些学校后来就成为今天的综合性技术大学。创建这些学校的主要目的就是要在工业化的进程中赶上英国。然而，当你去了解那些毕业生的工作和生活时，你就会发现绝大部分毕业生并没有进入工业界，而是进了公共服务机构，只有很少一部分进入工业界，绝大部分工业界的工程师都是自学的。这种情况在十九世纪八十年代有了变化，只有在十九世纪八十年代以后，工程教育才对工业化进程发挥重要作用，但在此之前却不是。对于德国和法国的情况我称之为技术培训的学院文化。直到今天，当你遇见一个德国、美国或英国工程师时，你还能发现这种文化的差异。例如当他们给你名片时，在美国或英国工程师的名片上，首先会表明他是某个专业协会的成员。例如电气工程研究会会员或美国机械工程师协会会员，通常不会提及他所毕业的学校。这就与德国的名片不同，在德国和法国的名片上，你会看到，德国名片上会写着受训于某个大学或某个德国的技术学院。在法国的名片上会写着某所著名的技术学院的具体的名字。这个区别在于，在德国我们认为绝大多数的技术学院都是处于同一水平上的，而在法国却有极大的差别，有的学院不值一提，有的学院却声名显赫。

做一下总结性的评价，谈一谈从中能学到些什么？从历史中学习，是历史学家经常遇见的问题，当然我们也需要证明我们的工作以及我们的研究机构的价值。我想做三点评价：第一点是，我相信在历史中没有普遍适用的定理，我们所能期望的只是要努力找出一些规则，这些规则既不是非常精确，而且还有赖于空间和时间，并随着时空的改变而改变。在十九世纪正确的规则，在二十世纪就可能是错误的。这意味着，我给出的可能是一些负面的结果。我认为历史通过显示没有定理可循，而可以使我们避免一些错觉。而且可以帮助我们少走一些弯路，那些假预言家们所指示的错误的道路。我想说历史并不能给我们指示正确的道路，但我希望历史可以使我们避开错误的道路，这是我最最主要的观点；第二点是，我想我已经告诉你们，在工业化的过程中，有很多种成功的路，空间上的不同，时间上的不同，美国的情况就与德国的不一样。但是，历史所做的工作是为我们提供了许多的可能性，它为我们显示了历史中存在着什么样的可能性，给了我们很多的选择余地，并且有可能证实。这些选择和可能性中所包含的因素，以使你可以根据你自己的传统和可能性，制定出适当的战略，而且这会使你找到使用你的战略的方法。当然这种战略是一种新和旧的结合，模仿和创新的结合。西方在十九和二十世纪是这么做的，我想在二十和二十一世纪，发展中国家也会这么做。我要说的最后一点是，我认为，历史显示了灵活性的重要性，因为我们在开创未来时，并不知道怎么样才是正确的，当我们发现自己的方向不合适或导向歧途时，我们必须要灵活地改变方向。我们应该将我们的社会，以最灵活的方式组织起来。我们要准备随时改正错误，我们最好能以这种方式来构建我们的经济和社会，使之尽可能多地有自我纠错的能力。

我们从历史中不能学习细节，在某个特定的时间应该怎么行动，但我们却能学习一般的战略。例如，灵活性，避免走弯路。以这种方式来学习，能帮助我们塑造未来。感谢你们来参加我的讨论。

现代焊接技术 -吴林

主讲人简介

吴林，哈尔滨工业大学焊接教研室主任、教授、博士生导师，现代焊接生产技术国家重点实验室主任。吴林教授在智能焊接、遥控焊接、焊接自动化等方向有深入的研究，出版有《焊接手册》等专著12本，在国内外发表学术论文200余篇，获国家、部委、省科技进步奖18项。

内容简介

今天我在这里向大家简单介绍一下，一项重要的制造技术，就是现代焊接技术。可能有些人一提到焊接，就会有这样的印象，在一些街道或者城镇的旁边，看到一些修理铺，他们干的是补带，打气，焊洋铁壶。因此可能有些同学对焊接的印象就是一些简单的手工艺，好像没有什么科学技术，实际上不是这样的，经过一个多世纪的发展，焊接技术已经从古代的一种手工艺逐渐发展成为现代的焊接技术。

下面我想给同学们介绍一下焊接的基本原理，从理论上来说，两块分离的材料，我们把它需要连接的面靠在一起，如果我们把这个靠在一起的面足够紧密的话，这种情况下，这个材料按照它的物理本性，就能连接在一起，就能形成一个连接在一起的材料。

因此焊接的基本原理就是采用施加外部能量的办法，促使分离材料的原子接近，形成原子键的结合。在这个同时，又能去除掉一切阻碍原子键结合的一切表面膜和吸附层，以形成一个优质的焊接接头。

回顾上一个世纪焊接技术的发展，在金属材料的广泛应用和大工业批生产的推动下，已经发明了许多新的焊接方法，现在可以说，所有的金属材料都能进行焊接，而且焊接的性能越来越好。因此，展望21世纪，由于非金属材料的广泛应用，必定会产生一系列新的连接方法，这就为我们焊接，特别是我们中国的焊接工作者，尤其是在座的各位年轻的焊接工作者提供了一个非常巨大的发展空间，希望我们在这个世纪，能够在焊接技术上，对世界焊接技术做出越来越大的贡献，谢谢大家。

全文

今天我在这里向大家简单介绍一下，一项重要的制造技术，就是现代焊接技术。可能有些人一提到焊接，就会有这样的印象，在一些街道或者城镇的旁边，看到一些修理铺，他们干的是补带，打气，焊洋铁壶。因此可能有些同学对焊接的印象就是一些简单的手工艺，好像没有什么科学技术，实际上不是这样的，经过一个多世纪的发展，焊接技术已经从古代的一种手工艺逐渐发展成为现代的焊接技术。下面，请大家先看一段录像。

这个画面大家很熟悉，是我们“神舟号”发射的场景，这是“神舟号”的返回舱，回收以后运回基地。这是我们国家自行设计和研制的导弹驱逐舰，正在进行军事演习。这是这些军舰的一个造船过程，大家可以看到，焊接是一个非常主要的工艺，这是在船厂上面用的多头火焰切割，它一次可以切割几十条缝。这是石油化工企业用的球罐，大家可以看到，这个就是焊缝，球罐都是焊接起来的，这是咱们常常看到的汽车厂焊接的车身，是点焊系统，由点焊机器人的点焊钳子一点一点地、自动化地进行焊接。

因此我想咱们看了这么一个很小的一个录像，在这个录像里面我们看到的“神舟号”的飞船，运载“神舟号”的长征系列的火箭；我国自行设计和制造的导弹驱逐舰和我们在军事演习当中看到的“海鹰号”的导弹；以及石油化工企业大型的球罐，批量生产的汽车车身等等都采用的是全焊结构。所以可以这么说，现在全世界所有大工业的产业，像航天航空、造船、通讯、家用电器、大型电站、冶金、微电子、武器装备等等，焊接都是最主要的工艺。

我们现在国家正在进行的大型工程，举世瞩目的三峡工程，三峡工程28台七十万千瓦的水轮发电机组，采用的是全焊结构。现在正在进行的几千公里长的西气东输的管道工程，管道的制造，在厂房里边的制造和在野外的焊接，焊接都是最主要的工艺。我想能不能够这么说，现在世界上从外层空间到深海水下，从一百万吨的大油轮到集成电路片是头发丝的几十分之一，这么粗的细线的集成电路片的引线，焊接都是主要工艺。

而且，焊接又是一个安全要求非常高的一种先进工艺。因为大家都知道，如果焊接质量要出现问题，所造成的危害是毁灭性的。从最近你们看到一些报纸上面，咱们就可以看到，比方讲咱们四川重庆的綦虹桥，突然断裂，是焊接质量问题，韩国的汉江大桥突然断裂，也是焊接质量问题。所以，焊接是一项要求极为严格的制造技术，它有许多规定的标准，所有的焊接工程师和焊工要上岗焊接，需要经过严格的考试和发证，而且现在正在逐渐制定世界标准。因此，焊接技术现在还有很多的科学规律需要探索，还有很多的一些技术问题需要去创新，它是一项现在正在发展很快的一项高科技。

今天这个讲座我想给大家介绍三个问题：第一个问题，什么是焊接；第二个问题，我想简要的介绍几种常用的现代焊接方法；第三个问题，我想谈一谈现代焊接技术的若干新发展。

什么是焊接？焊接是现代制造技术的重要内容。我们都知道，制造技术是人类创造财富的基本手段，是生产力的核心内容，也是国强民富的技术基础。制造技术有很多种，我想现在简单地可以归纳一下，制造技术能不能够归纳成三种基本功能，这就是成形、焊接和改性。

因为任何机器都是由零部件构成的，而零部件都是需要按照设计的要求加工而成的，加工成所要求的形状，同时要保证它的尺寸精度，这个就是成形，比方讲我们比较熟悉的机械加工，属于冷加工，车、铣、铇、磨、锻，实际上都是成形工序，比方讲我们所熟悉的铸造、锻压也是成形工序。

改性就是用各种方法，改进加工零件的性能和延长加工零件的寿命，我们比较常见的像热处理，一个轴承没有经过热处理，可能只能运行几百个小时，经过热处理以后它就可以延长到几千个小时；像化学处理，比如电镀防锈，还有我们现在非常重视的表面工程，也就是表面改性等等，这些都属于改性。

连接现在也有很多方法，如焊接, 机械的连接，最简单机械连接就是螺钉的连接，还有铆接，还有胶接等等，但是所有连接方法，焊接是应用最广的，最重要的金属材料的永久连接方法，它是采用外加能量的方法，来促使分离的材料永久地连接在一起，所以我们有时候也把焊接叫做熔接。焊接是金属连接最重要的方法，因为它的优点非常突出，它连接的部件和材料能够实现高性能，在一般的情况下，它可以达到和连接母材等强度、等刚度、等塑性、等韧性。也就是说用焊接方法连接起来的部件或者是材料，能和材料的原来的性能完全一样，特别是它的动载性能好，所以在一些运动载体上运用焊接特别普遍。它有非常高的可靠性，因为它是永久地连接在一起，可以在很长的寿命期间内，安全地工作。它有非常高的适应性，焊接在各种环境下，都能进行连接，我们刚才看到的还是在厂房条件下，实际上很多焊接都是在野外实现的，现在进一步的焊接可以在深水下，甚至于到外层空间去进行焊接，所以它的适应性是在所有连接方法里边最广的。同时，它有很高的效率，焊接完全适应大规模的批生产。因此这种方法出现之后，就受到了科学工作者和技术工作者的注意，它的应用面，已经涉及到机器制造业的所有部门，而且现在正在往其他领域扩张，比方讲医疗领域等等。

下面，我想举一个数字来说明焊接的应用，西方国家尤其是西方的发达国家，它每年钢产量的50％到60％需要进行焊接加工，我们国家去年2001年，钢产量达到1.3亿吨，在这个1.3亿吨生产出来的钢材中，据初步统计，四千万吨需要焊接，因此焊接已经成为一门独立的学科，一项高科技，同时又是一个非常重要的产业。

下面我想给同学们介绍一下焊接的基本原理，从理论上来说，两块分离的材料，我们把它需要连接的面靠在一起，如果我们把这个靠在一起的面足够紧密的话，所谓足够紧密就是把这两个分离的表面，它的距离能够接近到一个原子的距离，也就是0.4到0.5个纳米，这种情况下，这个材料按照它的物理本性，就能连接在一起，就能形成一个连接在一起的材料。但是实际上，在常温下，在一般情况下我们做不到，为什么？因为即使把这两个要结合的表面采用精加工的办法，我们用显微镜，从微观上来看，这个表面上依然是凹凸不平的，尤其重要的是由于材料在大气当中受到大气里边氧气的化学作用，材料放在空气中，不要几秒钟，就会在表面形成氧化膜，随着时间的延长这个氧化膜会不断的增厚，同时材料表面上也很难做到没有其他的杂物，比方讲有水分，有杂质，有油，形成附加层，这种氧化膜和附加层极大地阻碍材料的连接。

因此焊接的基本原理就是采用施加外部能量的办法，促使分离材料的原子接近，形成原子键的结合，在这个同时，又能去除掉一切阻碍原子键结合的一切表面膜和吸附层，以形成一个优质的焊接接头，实际上我们在焊接技术里边，常常采用的施加外部能量的方法，就是一、加热，把材料加热到熔化状态，或者把材料加热到塑性状态，二、加压，使这个材料产生塑性流动。

这张画面，我想给同学们来介绍几种形成焊接接头的机理，大家看到这个箭头，第一个焊接接头大家很清楚，是熔化焊的焊接接头，那么这是个典型的熔化焊的焊接接头,这个部分是熔化焊缝，外面是热影响区，两边是母材，这种焊接接头的形成机理，大体上可以说是这么几个过程，首先用外部的热源把材料和填充材料熔化，在熔池当中，产生物理化学反应，这种物理化学反应就是能够去除它的一切杂质和氧化膜附加层，然后再结晶，相变， 最后形成一个键结合。

第二种类型就是塑性变形连接，你们看这个焊接接头没有熔化焊接头那个熔池断面，它基本上看不出有接头，这种连接机理是两边加大的压力，使这个材料产生塑性变形，塑性变形会挤出里边接合面的杂质，实现紧密连接，经过扩散和化学作用形成一个塑性变形为主的连接接头。

第三种类型就是两个分离的元件采用扩散的办法来进行连接，实际上采用扩散的办法有时候看不到焊缝，看不到接头，它的过程是首先进行接触，加压，然后加热到高温，加热到多少温度，看不同材料来定，然后经过长时间的扩散，原子之间互相渗透最后形成键连接，这就是扩散连接的机理。

第四种，就是钎焊连接的机理，它是采用一种比母材低熔点的第三种金属，把这个金属加热,利用表面张力把它润湿到要被焊的表面上，这个润湿的金属和要被结合的面产生化学反应，实现去除氧化膜、氧化皮等等，同时利用毛细管的填缝作用，也就是利用表面张力的吸附作用，这个熔化的第三种金属会填缝，钻到这两个接合面的中间去，形成一个接头，这个就是钎焊的接头。

当然，焊接接头的形成机理还有一些，但是我想，比较初步的了解焊接，这四种连接机理是比较典型的。可能同学们也都知道，一个优秀的焊工是非常不容易的，要经过很高成本的培训，看起来一个焊工操作一根焊条来进行焊接并不复杂，实际上要求焊工眼睛要看着熔池，好的焊工能够观测出来熔池里边的一些反应，比方讲如果有夹渣夹在里面，好的焊工就能发现，能够通过一些手法把夹渣熔出来，他还能够发现气孔，二氧化碳气孔、氢气孔，他也能够用熔化的办法，用多停留的办法把这个气孔排出来。

手操作着焊条，要操作得非常稳，使它的弧长要保持高度的一致，焊条往前移动的速度要非常均匀，焊枪的角度要把握得非常准确，等等。还要用耳朵听声音，有经验的焊工就能听出来焊接过程是否平稳，飞溅是不是多了，等等。因此，手工焊对焊工的要求是非常高的，同样一个焊条，同样一种材料，不同的焊工焊出来的结果可能会天差地别。

手工焊条焊接的方法，它最大的优点是非常高的灵活性，手工焊接可以平焊，还可以仰焊，还可以立焊，立焊里边还可以从上往下焊，也可以从下往上焊。但是，这些不同位置，不同材料的焊接都需要采用不同的焊条。到目前为止，按照我国国家标准，能生产出来的焊条已经达到三百多种。手工焊尽管有非常好的灵活性，也很容易实现，但是它从总体上来讲还有很多致命的弱点，因为这种手工操作很难保证质量的均匀性，尤其是在大规模生产当中，人很容易受到各种各样的干扰因素，情绪不好了，身体不好了，都会影响他的焊接质量。因此，自动焊是焊接发展的一个方向。

下面我想介绍一下埋弧自动焊，埋弧自动焊是在1940年发明的一种新的焊接方法，它和前面的手工焊相同的地方是它还是采用渣保护，但是这个渣不是焊条的药皮，是专门熔炼出来的焊药。这个焊药系统由一个漏斗装的焊药通过一个管道输送到要焊接的前面。第二个不同是不采用焊条，采用焊丝，因为焊丝可以连续送给；焊条，我们烧完一根焊条总得有一个焊条头就给扔了，而且操作得停下来，换焊条然后再焊。改成焊丝以后，用送焊丝的装置和焊丝盘，连续地送给焊丝，这种焊接方法是连续送进的焊丝，在可熔化的颗粒状的焊剂覆盖下引燃电弧，使焊丝、母材和焊剂的一部分熔化和蒸发构成一个空腔，电弧是在空腔里面稳定燃烧，所以把它称之为埋弧自动焊。电弧是埋在空腔里边的，这种方法，第一个优点是完全实现了自动化；第二个优点，它是在埋弧底下进行焊接，所以它的热交换和保护性能比较强，焊接出来的质量比较高；第三个优点，由于埋弧自动焊中电弧埋在焊药底下，所以它可以采用大电流，焊接效率比较高，最近我们国家正在进行的西气东输管道工程，管道是一种高强钢，这种管道在工厂里边先预制成一段，然后再拿到工地上，在野外焊接，这种管道在工厂制作的焊接的工艺就是采用埋弧焊，现在埋弧焊已经发展成为，有双丝埋弧焊，还有多丝埋弧焊，效率更进一步提高。

电弧焊的另外一种类型，就是气体保护焊，气体保护焊的道理很容易理解，我们前面讲的是采用渣来进行保护，使熔池和焊缝金属能够得到一个优良的品质，后来人家就发现了采用气体来进行保护有更多的优越性。这张画面，就是气体保护焊的原理图，它仍然是电弧的燃烧形成熔池，只是在电极的外面，通过焊嘴输送气体，一般的情况下我们采用惰性气体，也就是采用氩气，因为氩气和其他一些元素都不发生任何化学反应，而且氩气比较重，它能够比较干净地排除掉空气，当然现在有些地方也采用活性气体，所谓活性气体就是叫“Active”的气体，就是在氩气中间加3%到5％的二氧化碳。加了这部分的二氧化碳以后，气体就不是完全具有惰性气体的这种性能，它还带有一部分的活性，这种活性气体作用下，能够使黑色金属在焊接的时候，焊缝看起来很漂亮、很舒展。

激光焊也是最近这些年发展起来的一种高能量的焊接方法，它是用激光来加热，所以它可以穿透透明介质，能够焊到透明介质容器的里边去，这是其他焊接方法难以做到的，这种方法也被利用到医学里边，比方讲我们有些患者视网膜脱落，视网膜是在眼球的后面，视网膜脱落以后眼睛就会失明，现在就用激光的办法，透过眼球焊到眼球后面，把这个视网膜和眼球焊起来，这个已经是很成功的手术了。第二个它的优点是不需要真空保护，因此，现在得到了非常广泛的应用。

下面我想给大家放一段录像，机器人激光切割、机器人激光焊接和机器人激光雕刻，这就是激光光刻，这是集成电路片上面刻它的厂名和它的型号，采用激光光刻，可以防伪。激光还可以做艺术加工，激光在切割铜，激光在焊首饰，是手工操作的，所以可能技术要求很高，上边是激光光源，这是银焊丝，是把金刚石焊到首饰上面去。

第四，现代焊接技术的发展，就是极限环境下的焊接正在开展，水下焊接，因为现在近海油田，水下建筑，水下管道越来越多，所以水下焊接已经有迫切需要，现在焊接技术，已经能够解决一部分水下焊接的问题，水下焊接一般还是采用弧焊的办法，分为两种，一种是干法，一种是湿法。所谓湿法，就是潜水员下去，拿了焊条在水下进行焊接，靠电弧产生的热量，能够排出一部分水，产生气体，形成一个空泡，然后在空泡里面进行焊接，但是这样的深度，一般在几十米深度。还有一种是干法的水下焊接，就是有一个装置容器，潜下去以后把水排开，然后进行焊接。现在西方国家已经能够焊到三百米水深，我们国家能够达到二百米左右。

还有一个就是空间焊接，这张图就是1970年前苏联的宇航员在联盟号空间站人类第一次在空间站进行焊接实验，手里边拿着这把焊枪是一把经过特制的电子束焊枪，这个宇航员是位女同志，是位女宇航员，现在人类在空间的活动越来越多，空间站是个方向。我们国家现在也在往这个方向走，但是空间站几百吨重的空间站，不可能一次用运载火箭发射上去，所以都是采用蚂蚁搬家的办法，一次发射一块，一次发射一块，然后在空间把它连接起来，因此焊接就成为一个需要的一种工艺，再加上空间站现在要求寿命越来越高，一般空间站现在要求能够在空间的寿命要超过25年，在穿梭对接时发生碰撞，在宇宙空间有各种各样的粒子流的撞击，空间站本身的变形、维修、堵漏，也是一个很现实的问题。所以现在世界各国都在开展空间焊接。美国现在是趋向于采用激光，因为美国的激光研究是领先的，它想采用激光的办法来进行焊接。日本现在也在进行研究，日本的研究是采用电弧焊的办法，就是咱们说的气体保护焊，它把钨极，打个孔，是一种空心钨极的氩弧焊方法。我们国家现在也在开始这方面的实验。因此，极限环境下的焊接已成为目前发展的一个热点。

这个就是日本北海道的一个装置，空间焊接必须要在地面进行模拟，那么在地面模拟空间的温度变化等都容易进行。问题就是失重的模拟很困难，俄罗斯采用飞机来俯冲，俯冲过程当中有一段失重来进行实验，日本现在采用自由落体的实验办法，它在北海道，利用了一口710米深的废矿井，经过改装以后来做失重的模拟实验，这是它的失重装置，焊机就放在这里头，这个装置，自由落体，落下来，中间大概有十几秒钟的失重状态，然后就要减速、刹车、再停下来。

我们现在焊接专业和国家实验室正在跟俄罗斯、乌克兰和日本共同探讨进行协作，把中国的空间焊接的研究也能开展起来。

回顾上一个世纪焊接技术的发展，在金属材料的广泛应用和大工业批生产的推动下，已经发明了许多新的焊接方法，现在可以说，所有的金属材料都能进行焊接，而且焊接的性能越来越好。焊接是一项应用技术，它是在多门基础学科，比如物理、化学、冶金学、电学等基础上发展起来的，在焊接过程中，存在着许多科学规律问题，所以焊接是一门多学科的融合，目前焊接学主要由三个部分构成，焊接方法学，焊接材料学和焊接结构学，我刚才给大家介绍的只是涉及到焊接方法学的一部分，随着信息科学的发展，现代制造业正在发生巨大的变化，信息科学的许多装备和产品需要用焊接技术来制造，但是信息科学又正在改变焊接技术本身，使它成为一个高科技的加工手段。21世纪是材料多元化的时代，传统的金属材料仍然会唱主角，但是非金属材料会快速发展，比如像陶瓷、高强塑料、复合材料等等，非金属材料的连接目前已成为迫切需要。因此展望21世纪，由于非金属材料的广泛应用，必定会产生一系列新的连接方法，这就为我们焊接，特别是我们中国的焊接工作者，尤其是在座的各位年轻的焊接工作者提供了一个非常巨大的发展空间，希望我们在这个世纪，能够在焊接技术上，对世界焊接技术做出越来越大的贡献，谢谢大家。

现代医学回顾与展望 -韩启德

主讲人简介

韩启德，1945年7月出生于上海。心血管病生理学家。1968年毕业于上海第一医学院医学系。1982年于西安医学院获医学硕士学位。长期以来从事心血管基础研究。在国内核心期刊发表学术论文200余篇，在国际刊物上发表学术论文40余篇。据不完全统计，发表的论文被SCI收录刊物引用1700余次。讲授心血管病理生理学、受体学等诸门课程。

1997年当选为中国科学院院士。现任第十届全国人大常委会副委员长、九三学社中央主席、中国科学技术协会副主席、北京大学常务副校长、医学部主任。

内容简介

我们今天的生活都受惠于20世纪现代医学的发展，而20世纪对医学来讲尤其是一个非常的历史时期，我们可以毫不夸张地讲，今天我们到医院里去，所有的诊断、治疗的方法都是20世纪发明的。通过韩院士的讲座我们可以系统了解 20世纪医学上的各种成就： 从“病原体”的发现，到抗菌素的研制，从激素的产生，诊断技术的提高，外科手术的进步， 精神科学的发展，免疫学的发展，神经科学以及近年发展很快的人类基因组计划以及干细胞的研究。通过回顾这些现代医学的成就，我们可以更深刻地了解什么是科学，什么是科学精神，科学是怎么发展的，都是非常有意义的。

从20世纪现代医学的发展脉络上，我们或许可以了解21世纪的医学发展依然取决于整个现代科学的发展，21世纪的医学也一定会越来越重视有关复杂系统的研究。最后韩院士总结了随着二十一世纪医学的发展医学伦理问题，医学公平问题将更加突出。我们现代医学的根本目的应该是保障人类持续的健康，而健康的概念应是“一种躯体、精神与社会上持续的完好状态”。21世纪现代医学的飞速发展，将会使很多原来不可想象的事情得以实现。

全文（根据现场录音整理）

谢谢大家，科学院和中央电视台举办《科技在我身边》这个科普活动，我觉得意义非常大，特别对弘扬我们国家，弘扬科学精神、传播科学知识是有很重大的意义。我想讲以前，我先做一个听众的调查，好不好，我们这里有学医学的请举手，我们这有一位，很可贵的，有一位，学习生命科学、生物学这个领域的，挺多，谢谢大家，差不多三分之一还要多，那么学习理科的，数、理、化或地学其他，请举手，好好，谢谢，那么我就知道大概怎么回事，因为只有一位医学生，所以我就当大家都不懂医的来讲，当然我要讲医学，大家又不懂医，可能是增加一点难度。

我想今天讲的题目是《现代医学的回顾和展望》。为什么叫现代医学呢？就不是指的我们中医中药，也不是指西方国家的替代医药的民间医学，是指传统的西方医学，我们讲的西医，这个西医的发展有好几百年的历史了，这个讲起来太长，那么我想主要是回顾二十世纪的现代医学，那么为什么要回顾它呢，我觉得这是非常有意义的，我们看一看，一个世纪这个医学走过的历程，对我们理解我们今天所面临的医学问题，特别是展望我们新世纪里边医学的发展，是非常有意义的，而且对我们理解什么是科学，什么是科学精神，我们的科学是怎么发展的，都是非常有意义的，所以我讲的重点还是来回顾二十世纪的医学，最后第二部分也来展望一下新世纪现代医学的走向。

那么我现在先来给大家列举一下，看看二十世纪医学有哪些发展。大家有没有看过福尔摩斯，这个小说里面华生医生很高明，他坐在那里，病人进来，他就知道他是什么病，然后把它糅到他的侦探过程里边去。但是那时候，大家有没有看到他给病人吃什么药，没有，有的话最多吃一点草药，没有现代这个西药的，可以说二十世纪以前，如果医生给病人出诊，大家看那个西方小说里面描写医生去看病，看完以后，有什么办法呢？叫他腹泻，拉肚子，或者叫他吐，或者叫他发汗，再厉害叫他放血，只有那些办法，没有太多的办法。所以我们理解我们今天到医院里边去看病，你们从一进医院医生给你做化验，到给你吃药，开刀，所有的医学方法，几乎都是二十世纪新发现的。所以大家可以知道，上个世纪是多么重要，可以说二十世纪医学的发展超过了它以前的所有历史时期的总和。那么我们看有哪一些呢？首先是病原体的发现，这个细菌是二十世纪以前已经发现的，但是在二十世纪又发现了新的细菌，特别是细菌和疾病的关系，是非常进一步明确了，另外又发现了很多其他的病原体，譬如说热带病的病原体；寄生虫像血吸虫病，黑热病等等；螺旋体；病毒，我们讲的这些所有的病毒，二十世纪以前是不知道的，还有立克茨体像斑疹伤寒，大家知道，十九世纪斑疹伤寒来的时候，是要几十万死人的。那么这个病原体也是二十世纪发现的。这些都是因为发现了病原体而得到诺贝尔奖的，一直到1997年，美国的科学家托斯森，还是因为发现了新的病原体，就是一种“朊病毒”，一种蛋白质本身就是一种病毒，那么他得到了1997年的诺贝尔奖。这个病原体发现是非常重要了，因为你知道，疾病是由这个病原体引起了，然后你去针对把这个病原体杀死，这个病就治好了。但是你拿什么去杀死病原体呢，要靠药物，不能说药物是二十世纪才发现了，但是化学药物是到二十世纪才有的，就是说我们用化学的办法来合成化合物来作为药物。

第一个就是606，我们在座的好像都很年轻，不知道606是什么。我在二十世纪六十年代到农村去，当赤脚医生的时候，这个时候就有606，606在以前是用来治梅毒的，非常好，但是它同时有抗菌的作用，那个时候青链霉素没用的时候，拿一针606给病人一打，效果非常好，但是第一个化学药物是德国的科学家埃利希他所发现的，那时候把它称为一种“魔弹”是非常有效，然后又有磺胺药的发现，磺胺药的发现，同样是德国的一个医学家叫杜马克发现的。大家知道，那个时候的化学药品，都是德国人发现的，为什么呢？因为那个时候德国的化学是世界上最发达的，当时他发现了一个叫百浪多息这个药，这个药是用来治疗链球菌的感染，非常有效。他研究合成这个药物以后，第一个用的病人就是他的女儿，他的女儿臀部有很大的脓肿，菌毒血症，非常危险，然后他把这个药给自己女儿吃下去，结果很快的就得到了治愈。后来人们就发现这个百浪多息里面真正起作用的，是苯磺酰胺这个化学结构，于是就合成了很多这一类的化合物，就是我们后来发现很多的磺胺药，我们到二十世纪五十年代的时候，我们老百姓用的都是磺胺药，现在当然用得很少。

那么药物的第三个就是抗生素了，这个大家可能很熟悉。青霉素的发现是弗莱明英国圣玛丽医院的一个细菌学家，他在偶然的情况下，发现了青霉素的污染，结果把金黄色葡萄球菌杀死，菌都没有了，他就发现这个青霉菌会分泌一种物质，这种物质有很强的抗菌作用，但是他那个时候，没有办法把它分离。所以后来1928年的时候，用了大概十几年的时间，又有两位科学家叫钱恩和弗劳雷两位科学家把它提纯，而且工业化。所以到1943年的时候，青霉素才正式的用于临床，而这个时候正好是第二次世界大战，由于青霉素的使用，我们挽救了无数的生命，可以说大概算起来的话，可以有几百万生命得到挽救。后来又有链霉素等等。现在的抗生素，每年都会有新的抗生素，为什么呢？因为每年细菌都会变异来抗药，那么我们再合成新的抗生素。

还有的药物就是维生素，我们现在就觉得维生素不治病，好像到医院里边医生给你开点维生素，大家就觉得上当受骗。那个维生素是很有用的，这个最早怎么发现呢？你给这个老鼠喂碳水化合物、脂肪、蛋白质，把这些全给它分别喂进去，结果这个老鼠照样要死掉的，后来就发现它缺一类分子，很小的这样一类物质叫维生素。那么最早发现的有维生素B1，后来有B2，B12，维生素C等等一系列。所以我们现在复合多种维生素，一天吃一个，全吃下去，管你需要不需要，统统吃，其实有很大的浪费。大家看过电影，航海学家那个坏血病，就是维生素C的缺乏，要死人的，但是你维生素吃下去，他马上就好了。所以这个非常厉害，但这个好人吃了维生素C，可能什么现象也没有。

另外还有个很重要的是激素，激素的发现，这个激素是一大类，最早的是在肠道里边发现有一类分泌的这个物质，这个物质在肠道分泌以后，能够促进胰腺的，使胰腺的细胞活跃，来产生胰腺，所以把这一类物质叫激素。那么最典型的一个发现，就是二十世纪二十年代的胰岛素，那么班丁和麦克劳德他们得到了诺贝尔奖，他们是加拿大的科学家。这个照片后面是他们在多伦多的一个科技博物馆，现在还在那里。这是当年他们牵着这个狗，这个狗也很有名气，因为什么呢？你要把狗的胰腺给它摘掉，这个时候就发现狗的血糖就升高，然后这个狗就使劲的吃东西，但是还越来越瘦，最后死掉，后来把别的狗的胰脏拿下来，把它提取液给它注射进去，这个狗就恢复了，所以就做这个狗的实验。后来发现一个小男孩也是高血糖，实在没有办法，眼看要死了，把狗的胰腺分泌提取液给那个男孩，死马当活马医给他打进去，这个男孩就神奇般地恢复，后来又有一些人把它提取出来。当然还有其他比如说班丁的朋友叫做贝斯特帮他一起做实验的，麦克劳德也有一个他的学生帮他做化学实验，但是诺贝尔奖授予时光授给他们两个人。大家可能也知道这个故事，他们两人就拒绝接受，因为他们认为，是他们四个人共同做的，要发给我们四个人，要不就没有，但是后来还是给了他们两个人，但他们把钱分一半给了他们。所以这在我们科学界也是传为佳话，对我们怎么发扬团队精神，为我们做出了很好的榜样。

这刚才讲的是药物，那么下面呢，在二十世纪关于诊断技术也有了很大的发现，我们现在到医院里面去照张片子，不当一回事。其实我们大概三 四十年以前，照片子是非常昂贵，非常难的，一般都是透视一下。这个是最早的X光机，很大，这个是第一张X光片子拍的那个手的投影，然后骨头、肉，它透过的程度不一样，然后后面有感光片子。这是当年刚刚有的X光机，一个房间，那么大一个房间，那么多人，才可以照出刚才那张手，现在大不一样了。你看这个是什么？这是心电图机，当年的心电图机，有的同志可能去做过心电图，这里三个电极，你看这里边，他要把脚泡在脚桶里头，两个手要伸在桶里边，就是电解质在溶液里头，然后来记录这么大一个机器，我们现在心电图可以小到这么小。那个是刚刚有了心电图机，但是很伟大了，可以把人的心脏的电都记下来，简直不可思议，当时。

外科学进步非常大，最早的一个推动力，是血管的缝合。这个动脉压力有多少呢？我们说120毫米汞柱的压力有多大，你们知道不知道？学物理学的可能感受直接深一点。我是学医的，我也知道习以为常，血压120毫米，给我第一次感受这个血压有多大的，是我在农村当医生，有一个农民想不开要自杀，拿镰刀往自己脖子上一拉，这个颈动脉给割断了，然后那个农民紧紧把棉被的棉絮给他塞住，推着车子就过来了，我就拿着这东西一揭开，这个血就从架子车上一直可以喷到天花板上，这个就是120毫米汞柱，这种情况下，能把这个血管给它缝起来，这不容易吧。所以1912年这个人获了诺贝尔奖，就是因为缝一根血管。现在想起来我们每一个大夫都可以缝，但是那个是不容易的，你可以缝血管了以后，你很多原来不能做的手术都可以做。

还有一个医学的发展器官移植。我们这个人老了以后，不是说所有器官一下子都坏掉，肯定有个器官先坏，再用药也不顶用，再给它修也不顶用，好，给他换一个。那么把这个器官换完了，其他器官还很好，就像我们自行车，别的都挺好，就这个气门嘴坏了，我们给换个气门嘴，这个又像新车一样。这个外科发展到现在阶段，移植外科是非常重要的，那么移植外科也走了相当长的历程。第一例移植是1933年，做什么呢？角膜移植，很容易，没有排异。然后一直到1953年，美国的一个医生，在一个孪生的兄弟之间，把一个兄弟的肾脏拿下来给他的兄弟，孪生的兄弟移植成功，当然这前面做了很多狗的实验。后来他1997年得了诺贝尔奖，现在全球有多少人做心脏移植呢？，按美国的县医院好多都可以做。一般大学的附属医院往往他们举办活动都有一百多个，二百多个这样来做，存活十年以上的心脏移植的人也是非常多啦。我们国家哈尔滨医科大学，第一例做的心脏移植到现在已经活了十几年了，哈尔滨医科大学的人跟我说，这个人非常牛气，因为把他当标志性的，所以到一定时间给他检查，让他住在旅馆里边，要供他生活，生怕他死掉，因为这标志我国的心脏移植手术活了十几年。

外科，还有一个腔镜外科，以前说普外科就是拉肚子，有什么病都是把肚子拉开，然后给你胆囊摘除呀，肠子给你拉拉直啊，把蛔虫给你捞出来啦，癌症总得给你割掉啦。开刀开一大口子，损伤很多，做完以后什么肠粘连。现在都是挖一个窟窿，比如说做胆囊手术，肚子不要拉开了，我们先打一个窟窿进去，进去什么呢？腹腔镜，照到里边，再打一个窟窿，进去一个剪刀，再打一个窟窿弄进去一个钳子，三个窟窿这边看着，那边电视就演示了，我的钳子在什么地方，然后把它夹住，然后把它剪下来，然后里边缝住，这个是最早了，现在什么都能做，关节也能做，脑子里面也能做，前列腺都可以做，再小的地方，现在都可以做，几乎现在可以讲，外科开刀能够做的，它都可以由腔镜外科来做，这也是一个非常大的发展。

最大的上个世纪进展，还是在它的后半时期，遗传学和分子生物学这个的发展，2003年4月25号是我们DNA双螺旋结构发现了50周年。因为从二十世纪中叶开始，就有人注意到遗传的现象，最有名的大家知道是孟德尔，他根据豌豆不同的性状遗传以后，他发现它的子代都是有数量规律的，比如说这个绿的，黄的，它杂交，杂交完了以后再去跟黄的杂交，那么这个绿的跟黄的一定是一比三，这里面一定有一个遗传，所以他提出了遗传分离规律，和自由组合的规律，到了二十世纪初的摩尔根，他用果蝇的性状，因为果蝇的染色体比较少，而且它的繁殖非常快，看它的长翅膀、短翅膀也是非常显著，所以他进一步就发现了，它很可能是有物质基础的这种遗传，那么把它定位在染色体上，染色体是可以看到的，在细胞核里边的。后来随着显微镜的发展，染色体是可以看得很清楚了，还可以用照相给它拍下来，到了二十世纪五十年代以后，我们的医院，我觉得最早是我们中科院的遗传所，就可以把病人的白细胞拿来，把核分离出来，然后把他的23对染色体都分离出来，给它排列起来，画一个图谱。到了二十世纪八十年代中期以后，美国科学家把所有的染色体上的序列给它排出来。到了1990年的时候，发现DNA模型的沃森，他是冷泉港分子生物学实验室的主任，他在美国的国会听政通过以后，由美国政府支持启动了人类基因组计划，这是一个非常伟大的计划，大家可能都听得很多了。我们讲了那么多，人类基因组计划，分子生物学进展，跟我们医学到底什么关系呢？是非常密切的，会引起革命的。我们譬如说先来讲诊断，那么首先是对单基因遗传疾病的诊断，也就是说，如果一个基因有非常严重的变化，它就造成了这一种病，这个是比较容易的，你只要定位它在哪个染色体上，什么地方，然后你就去看这个地方的序列，是不是跟正常人一样，不一样他就是有疾病。那么这个是最早的，已经生出来了，他症状没发现，就是说你要在生下来以前，就看你这个怀孕的孩子有没有遗传病，可能他父母有这个遗传倾向，那你就要看这个孩子有没有遗传现象。一般通过产前的检查，我们最容易的就在羊水里边取点羊水，因为这个羊水里边就有婴儿的细胞，然后就看他的基因，这个基因有没有病变，那么这还不行，这等于你已经怀孕了，对不对，然后你如果说这是不好的，你要打胎，那么最好呢，就是我在生的时候，我就能有计划，那怎么办呢？现在第三代的试管婴儿就可以做了，就是说把父亲的精子拿出来，把母亲的卵拿出来，把精子抓一个精子，打到那个卵细胞里边去，他可以取，比如说十几个，二十个卵出来，然后弄二十个精子给它分别打进去，然后它就都长出来了，对吧，那么这个时候，等它长成一个细胞变成两个，两个变四个，比如说16个细胞的时候，你去拿一个细胞出来，然后你看看它的染色体，看看这个基因有没有突变，如果没有突变，好 这一个受精卵细胞叫它继续发育，因为它都是一样的细胞，少一个没关系，那么最后他就变成了婴儿，是绝对不会有错误的，如果说你找出这个东西说，不对，这是有的，那么你再挑一个另外的看看，你最后可以挑一个最好的，叫它变成这个baby婴儿，这个完全可以解决的，没有问题的，如果大家要解决这个问题到我们医院来，都没有问题。

那么其他还有一些多基因遗传病。什么叫多基因呢？就是比如说高血压，糖尿病，它不是一个基因的问题，就是说这个父母呢，他有糖尿病，他生出的孩子不一定得糖尿病，但他容易得糖尿病，他是多方面基因跟后天的环境相互作用的。譬如说乳腺癌有一种家族里边，她就容易得乳腺癌，那么这个家族里边，有的后代容易得，有的不容易得，人们就发现其中有一个基因叫BRCA1，这个17号染色体，长臂21区这一个染色体，它突变的话，那么在这一类家系里边，她容易得乳腺癌，所以你应该在小女孩还没长大的时候，你就把她的血拿来查查，看看她的BRCA1是哪一种型，如果说它是有突变的，你要小心，你将来很容易得乳腺癌，如果说你是正常的，你放心好了，你不容易得。这个在美国医院都可以做了，我们现在医院也可以做了，技术上都没有问题。

那么基因治疗，我们不仅可以诊断，还可以治疗。最早的我们用肿瘤，严重的肿瘤反正没有别的办法了，就拿基因来做这个治疗。这个看起来是个遗传性的肥胖大鼠，这是一个已经培育出来的。大家已经知道了一个叫OB基因叫瘦基因，把这个瘦基因打进去，非常苗条，可惜现在只能在老鼠身上进行，人还不行，否则我们应用就很广了。另外药物治疗的个性化。我们知道任何一种药，对同样一模一样疾病表现的人，对他有效，对他没效，主要是人体对这个药物的代谢，对这个药物反映的基因都是不一样。所以我们通过人类基因组的研究，对基因的研究，将来就可能做到用药的个性化。根据你的基因特性，来决定你用什么药，他用什么药，你一天用三片，他一天用两片，这样就可以针对人的个性来给予治疗。

另外还有一点就是干细胞，应该说干细胞也是二十世纪一个很大的发现，而且是在二十世纪的末期有个突飞猛进发展。那么什么叫干细胞呢？我们人体受精卵，一个精子一个卵结合成一个细胞，然后一个变两个，两个变四，四个变八个。那么这个早期的时候，每个细胞都是一样的，到分裂到一定的程度，它才分化成不同的细胞，比如说外胚层，内胚层，中胚层，然后每一个胚层的细胞再分化成不同的组织，那么最早期这个细胞还没有分化的时候，我们就叫它干细胞。所以1998年美国的科学家发现，把这个干细胞在一定的条件下，可以指导它往哪个方向分化。那么这个就有一个非常大的应用前景。就是说我只要把胚胎的干细胞拿来，我叫它分化成肝脏，它就变肝细胞，叫它分化成神经细胞，它就变成神经细胞。我们就可以拿这个来应用，给缺少的人，给他移植。大家知道这个是罗纳德﹒里根，老年痴呆症，老年痴呆也是脑细胞不行了，如果我们用干细胞给他移植进去，那他老年痴呆症也是有希望治的，不过里根是来不及了。这是桑兰，桑兰是体操运动员，脊髓断裂，所以她是高位截瘫，现在我们已经有非常多的证据，可以用干细胞把她的脊髓断的地方，给它重新长起来，因为神经细胞是不能重新长的，那么用新的干细胞去给它接起来，那么还是有希望能够使她站起来。

我想二十世纪的医学讲得很多了，你如果要讲，还可以再讲很多事情，都是非常有趣的进展。我们今天都受惠于这些医学的发展，所以我们很多疾病都可以治好了，以前认为不治之症，像癌症，白血病，今天很多都可以康复。那么二十一世纪这个医学将往什么地方发展呢？我觉得这个事情，要具体地说，二十一世纪会有什么新的发现，看病是什么样子，我觉得是不可能的，就像上个世纪，就是二十世纪初的时候，也有很多人预想，二十世纪医学怎么发展，有很多智人来预测，没有一个人测到的，没有一个人会想到，有刚才那么多的进展，所有的这些进展都是人家没有想到，都是自然跑出来的。那么是不是我们现在对二十一世纪没办法讲了呢？我觉得如果从方向上来看，还可以来预测一下。那么我愿意做四个预测，大家看一下说的对不对，可能十年 二十年以后，也有人说完全不对，但是我很有信心，肯定对的，就看我预测什么了。

第一个我的预测是二十一世纪医学的进展，仍然取决于现代科学技术的进展；肯定不会错的，与其他学科的交叉是二十一世纪医学取得突破性进展的必然途径，非常保险，我觉得肯定对的。第二个，就会更加重视复杂系统的研究。我们现在二十世纪的医学，跟其他的科学一样，基本上是现代科学的思路，也就是用还原论的办法，我们开始的时候是观察果蝇，它是遗传性状，然后逐渐看进去是有DNA，DNA以后，现在是碱基对，现在已经有人说这个碱基对也不行，要看里面的原子，也有人甚至于说要看里边的电子运转正常不正常，就是越看越细，能不能解决问题呢？不可能解决问题。你看一个地方的分子变化，能反映你的全身的变化吗？是不可能的。所以现在包括西方的现代科学家，西方的科学也觉得，一定要给它综合起来。

第三个预测，补充和替代医学将会占据越来越重要的地位。因为刚才的复杂系统，我们在研究方法上，还不能解决，因此人们就期望，在我们长期的经验当中，积累下来的一个复杂系统处理的结果，是好的，就像我们中药，我们几千年应用下来，甚至于国际上都掀起了一股热，他们不叫中医，因为美国也有传统医学，所以他们叫Complimentary ang Alternative Medicine CAM,这个已经在召开世界大会，我们学校的韩济生院士去讲，怎么用针刺来解毒，那引起轰动，我们不用药物替代，用针刺传统的办法来做。现在外国人也开始用中国的捏脊。大家可能都看过电影《刮痧》，因为文化差异非常大，他认为这个是侵犯人权，但是现在你要治病，他们也开始利用这个。这个是谁？刘海若，在英国她被判成植物人了，我们把她领回来，当然继续治疗，再加上中医，现在很好，2003年春天已经到中央电视台去了，恢复得很好，这也是我们的替代医学。

我重点要讲讲就是非常重要的，随着二十一世纪医学的发展，医学伦理问题将更加突出。第一首先是基因伦理学，随着我们人类基因组的应用，我们一定会出现基因歧视的问题。我们刚才讲了，将来每个人身边可能都有一张基因卡。你的基因是什么，然后就根据你这个基因，就知道你容易得什么病，这是第一。第二你得了病以后，用什么药治疗，根据这个依据都可以得到治疗。但是问题是这些是你的秘密，你的隐私，那么大夫一定要知道吧，大夫知道是不是破了你的隐私，大夫当然有一个保守秘密的问题。那么如果说你这些隐私泄露出去的话，那很严重。我刚才举个例子，如果那个乳腺癌的这个基因，一个女中学生，一个班级里边，她将来是得乳腺癌的，她是不容易得乳腺癌的，那肯定歧视她对不对，她自己也很痛苦，她将来去找工作，用工单位要看你的基因卡，得乳腺癌不要，到保险公司去投保，肯定不行，这很严重。即使都没有问题，别人都可以不知道，她自己要知道吧，自己知道了以后，你说这是什么心情，她随时在提防着，我什么时候得乳腺癌，这个我想比她不知道还要痛苦，我宁可得乳腺癌，我也不要知道我可能得乳腺癌，这个问题很严重。我还要强调一下我们医学的根本目的，我现在跟我们医学院的医生，甚至高龄的医生来讨论这个问题，我们医学到底要干什么，还不简单吗，我们医学就是给人看病吗，原来看不好的病，我把它看好了，不就行了吗，甚至再扩大一点，我再把疾病也给预防了，那不是好了吗？我说不，为什么呢？这不是我们医学最根本的目的，医学最根本的目的是保持人的健康。什么是健康？现在这个世界卫生组织定了一个，“健康是种躯体 精神和社会上持续的完好状态”。大家注意这个定义，不光是躯体上的完好状态，还要精神上的，社会上的，我们现在确实治好了很多的病人，很多心肌梗塞的病人，我们治好了，但是这个病人随时都可能要预防第二次发作，上楼也不敢走快，一走快，就心绞痛，那么他活得很痛苦。癌症的病人，有的也能治好，但是也不好，也不坏，也没有死掉，也没有根治。其他还有很多病，都是治得不能完全恢复的，你说这个人活得是不是很痛苦。虽然我们医学是大大延长了人的寿命，比如说现在我们国家平均寿命预计已经到了71岁了，像上海这样的城市里边，女性已经平均到78岁了。正因为我们寿命延长了，我们才出现了很多我们原来没有的病，我们肿瘤的发病率大大地提高，我们的心脑血管的病也越来越多，也就是我们产生了一大批很痛苦的活在这个世界上的人，这是我们医学的目的吗？我觉得不是，我们的医学，要使得大家都活得很健康，哪怕活得短一点，但是要很健康，包括对社会上的，精神上的这种愉快。就像我刚才讲的，所以我想我们的医学始终不要忘记我们的根本目的。还有个很大问题，医学公平的问题。我们今天的医疗条件大大地改善了，很多新的药，抗菌素越来越多，那么原来一些细菌不好治的，我们现在可以杀死了。但是医疗的费用是以非常快的速度在增长，这个增长的速度大大地超过了我们国民经济的增长。这是我们现在面临非常严重的问题，而我们现在政府要解决这个问题，我想这个是摆在我们这里，比解决看癌症也好，心脏病也好，还要难，但是还要重要，我们同样这些资源，如果我们分配得好，我们处理得得当，我们就能够给大家造更多的幸福，同样我们的医学到底要怎么样发展，也确实是个大问题。是不是我们的现代科学，用于我们的医学越多，我们能治好的病越多，我们就越好呢？我想不是那么简单的一个问题，所以这个问题也留给大家来讨论。我想我今天由于时间的关系只能讲到这里，谢谢大家。

问：韩院士，您好，我是生物教学部的学生，能向您提问我感到非常的荣幸。我想向您提两个大家可能都关心的问题，第一个就是我国目前发生在社会上，比如说流行的这个非典型肺炎，那么您所了解的就是说，有哪些具体的，可行的药物治疗方案，是不是就停留在原来的治疗前期，只能依靠人们自身的这种免疫抵抗力。第二个问题就是我们在报纸上看到，我们国家已经初步建立了，这个应对急性传染病的这种安全处理体系，那么您能不能就您所了解的情况，给我们谈谈这方面的情况。

答：你问的这个问题非常重要，因为结合实际。现在有人把现在所面临的非典型肺炎的问题，比作1998年的特大洪水等等，而且对政府来讲，这个处理SARS比这洪水还要难，对现政府的一次考验。那么这个是比较难的一个问题，我先讲你第二个问题，因为牵扯到我们重大卫生问题的一个应急措施，应急系统，那么我们的疾病预防中心卫生部很快就制定了一个计划，怎么来建立中国的这个应对系统，当然这需要投入，需要建设，那么在目前我们通过这一次非典型肺炎。我们已经得到了很多的教训，温家宝总理讲，我们通过这个SARS，如果做得好呢，我们可以把坏事变成好事，就是说在建立我们中国突发事件的这个系统里面，我们就学到了很多的东西。那么我相信，我们是会取得成果的，但是我们大家要在战术上，要充分地重视，包括我们北京地区，我们的病例，我们现在要增加透明度，还在增加，特别是疑似病人这一块儿，这是比较难确定的，就是说他的症状，甚至于他的X光肺部都是比较典型的，但是传染病确诊有一条，要知道它的接触途径，就是跟病人的接触，那么这一条现在很多人找不到，就把这些人划成疑似病人，还有人发烧，但是他肺部没有炎症，那这怎么算呢，也许炎症明天就出来，后天就出来，但这些人都不能叫他是非典型肺炎，但是是不是把他划成疑似病人呢？也很难。那么随着我们这个工作的进展，我相信在我们国家是完全有能力可以应付它的。

那么最大的一个问题，您刚才问的一个问题，就是它的治疗，那么这个治疗是，你不知道病原的话，你这个治疗是不可能非常得力的，但是现在也有一些初步的结果，譬如说现在大家比较多的认为，它是冠状病毒，而是一种变异的冠状病毒，但是这不好下结论，因为在病人的肺部组织里发现了这个东西，并不说明它就是致病，只是说很可能，那么如果说是病毒的话，那么我们现在所有的药物都不能直接杀病毒，我们还没有杀病毒的药，但是不知道大家看了没有，我们这个病最早是广东发生的，广东的呼吸病研究所钟南山院士，也是我们北医毕业的一个校友，他一直在呼吸病房很有造诣，那么广东大量病例发现以后，根据他的观察以后，他就试着用激素治疗，甚至用到皮下激素，因为病毒是没有药治疗的，所以只能针对他肺部的病变，就是肺部有大量的渗出液，所以他们叫透明肺，就是大量的渗出液，所以肺块里边都是水，他没办法呼吸，所以这个只有用大量的激素，把炎症控制下去，不管你什么原因，叫炎症反应给它压下去，叫它分泌物减少，很多病人就治过来了，所以经过这个特别是激素治疗以后，病人的治愈率大大地提高，那么世界卫生组织的专家到了广州去以后，甚至印象非常深刻的，表示中国对非典型肺炎治疗做出了一个贡献，但是不是说所有的病例医院及时都能治疗，所以还是由死亡的病例。

现代战斗机的发展 -陈 光

主讲人简介

陈光：北京航空航天大学教授。1955年毕业于北京航空学院。目前担任中国航空学会理事、中国航空学会科普工作委员会委员；北京航空航天学会常务理事兼秘书长。

内容简介

1. 四代战斗机（歼击机）典型的机型、时代与主要特征。

2. 第3代战斗机要求有高的机动性能，成为“具有空中优势”的战斗机，为此，要求飞机的推重比（发动机推力/飞机重量）大于1.0，这是采用了当时最先进的技术而得到的。介绍了几种典型战斗机推重比的数值。

由于飞机的推重比大于1.0，所以第3代战斗机才能作到垂直上飞的动作。而苏-27的“眼镜蛇”机动动作是世界上最难的机动动作之一，美国人至今飞不出这一机动动作。

3. 1997年9月7日美国的“先进战术战斗机”F-22“首飞”标志着第4代战斗机已经进入工程制造发展阶段，随后，俄罗斯的S-37、1.44与美国的联合攻击机F-35也相继进行了首飞，这三型飞机也是第4代战斗机。

4. 第4代战斗机的主要特点与要求: ⑴ 高的敏捷性；⑵ 好的隐身性；⑶ 短距起飞着陆能力；⑷ 超声速巡航能力；⑸ 内埋式武器舱与多目标攻击能力等。为满足上述要求应采用当代最先进的技术措施，例如必须采用推重比大于10.0、具有“矢量喷管”的加力式涡轮风扇发动机；各种能减少雷达反射面积的措施；先进的控制技术；先进的金属、非金属材料及先进的加工工艺方法等。

5. 第3.5代战斗机即欧卅四国与法国分别研制的EF2000、“阵风”的主要特点。

6. 为了延长战斗机、轰炸机的航程或留空时间，需采用“空中加油机” 对飞行中的飞机进行加油，加油机是如何对受油机进行加油的。国庆50周年阅兵中，有我国自行研制的加油机。

7. 现代战斗机是高科技的产物，是积各个科技领域最新成果的综合体。发展先进的、新型战斗机是极为艰巨的任务。

全文

各位来宾你们好！

我们今天要讲的是《现代战斗机的发展》。现在对战斗机的分代是以喷气式发动机为动力的战斗机出现以后，由一九四几年以后到现在，按照时代，按照战斗技术水平分一代、二代、三代、四代。

第一代战斗机很有名，当时抗美援朝的时候，美国是出动的F-86，然后我们中国人民志愿军，而且在早期的时候，前苏联的空军也参加了，就是米格-15。米格-15对美国的F-86，当时是第一次双方的飞机都是以喷气式发动机为动力的进行空战。在“二战”期间，曾经德国的喷气式战斗机飞过，但是当时它以活塞式发动机为动力的轰炸机，所以真正同时都是以喷气式发动机为动力的空战，是在抗美援朝里面。但是这个飞机最大的速度，是低于声音传播的速度，我们叫做低声速的亚声速的飞机，这个飞机的性能是第一代，比较原始一点，现在已经退役了、不工作了。第二代战斗机，是超音速。就是飞机的最大速度是超音速，巡航速度是亚音速，零点八几，所以性能就比较好。以美国为代表的F-104是比较早的，后来20世纪60年代初期，F-4就是“鬼怪”式，说F-4很多人不知道，但是一说“鬼怪”式，很多人都知道“鬼怪”式。然后前苏联米格-21、米格-23，20世纪50年代后期到70年代初期，现在还在服役。

我们现在国内的歼-7战斗机，是在米格-21的基础上，因为我们原来是全套引进米格-21的生产资料生产的，然后再不断改进，所以我们现在歼-7是第二代战斗机。

第三代战斗机就是由20世纪70年代中期到现在，美国为首的以F-15，是1974年开始装备美国空军，小一点的F-16，是1978年装备美国空军的，前苏联包括俄罗斯现在也是这样的。它有一个原则，特别是像武器方面，你西方国家有的，我一定得有，西方国家没有的，我也得想要有。当时由航天器来讲，前苏联绝对是遥遥领先于美国，但是飞机至少在这点它差一点。所以当美国的F-15出现以后，前苏联说我们也得有，我们也得有第三代战斗机，高性能战斗机，所以它投入了大量资金。但是第三代战斗机确实是比较难，前苏联当时大概搞了十几年，光试飞员牺牲，就牺牲了好几个。最后，它比美国晚10年，在1984开始装备前苏联空军，原来一直是苏-27，是在前苏联境内不卖的。后来一直到1989年苏联解体以后，独联体国家经济非常困难的时候，不得已才开始把苏-27卖给国外，现在我们有，印度有。然后它又搞了米格-29，第三代战斗机。现在就是F-15大一点，F-16小一点，苏-27大一些，米格-29小一点，现在是在役机种里面，在世界上最好的机种就是这个。

第四代战斗机就是下一代的，现在正在研制、正在试飞。如果说美国的经济情况比较好，另外也需要，有可能到2005年，美国的F-22，就开始装备空军。美国有了F-22，俄罗斯也不能例外，所以它也搞了两个，一个叫S-37，一个叫1.44，米格集团的1.44很有意思，我们来看看第二代、第三代战斗机情况。

第一代战斗机，现在只能在美国的航空博物馆、中国的航空博物馆，可能俄罗斯的航空博物馆里面能看得见。米格-15，大家一看机头这边是个平头的话，绝对超不了音速，所以它是个亚音速的。

第二代战斗机，就是米格-21。F-4“鬼怪”式， 20世纪60年代非常有名，因为它是第一个用空空导弹，就是飞机上带着一个导弹，空中发射，而且是用电子计算机，第一次在飞机上来遥控空中导弹，来攻击敌机。

第三代战斗机，就是现在在役的，F-15是最好的，但是F-15出口非常少，F-16是大量出口，在海湾战争也好，在好几个战争里面它都出现过。米格-29也是非常好的。大家看到它刚刚爬升在这高度的时候，突然一个鸟一下把一个发动机打坏了，按道理讲米格-29是双发动机的，一个发动机坏了以后没有问题，照样可以把飞机安全着陆，但是它由于飞行高度太低，太低以后就不行了，无法恢复了，如果飞得高一点，一千米、两千米的时候问题不大，可以把飞机像滑翔机一样慢慢弄回来。但是他一看，底下那么多观众在看，摔下来正好要摔到观众席旁边，他一想这不行，一个发动机坏了以后，它只有一个发动机，飞机是有倾斜的，他一个劲地压住压杆，把它压着往那面走，离开群众，战斗机的飞行员都有个弹射座椅，这个弹射座椅有一个安全高度，也就是说在有一定高度下弹射的话，能保证飞行员的安全，过了这安全高度，特别是越飞越低弹射的话，死亡率就非常高，但是他这时候已经早早的低于了飞行跳伞的安全高度，但是他还是把飞机压住，离开了群众以后，最后距飞机离地面两秒钟以前他跳伞了，跳伞以后正好落在这个飞机旁边，受了轻伤。所以当时米格-29有这样一个故事，就是在第一次向世人展示的时候，就出了这个大问题，但是声誉非常好，这个就讲的第三代战斗机。

第三代战斗机到底有什么特点呢？第三代战斗机最大的特点，是它有高机动性能，我们称之为要有空中格斗的战斗机，或者叫空中优势战斗机。要有这个性能的话，非常重要的一点就是飞机上面的发动机的推力，推着飞机前进的推力，要大于飞机的重量，就是我们讲的飞机的推重比要大于1.00，在以往的第一代、第二代战斗机，所有的飞机，包括现在民航飞机、轰炸机，所有飞机都是飞机的重量，远远大于发动机的推力。所以以前的飞机不能竖着走，因为它推力比飞机的重量小，所以飞机不能这么飞，只能斜着飞，因为斜着飞，有了速度以后，在机翼上面产生升力，升力有垂直方向的一个分力的话，就可以使飞机向上。而第三代战斗机最大特点，就是飞机的推力，发动机推力大于飞机重量，所以这时候你看就像起重机一样，把飞机吊着走，这么走的话，当然性能就非常好了。说得很简单，飞机的推重比大于1.00，但是非常难。因为要求飞机上对各种设备，包括它机体都要用比较轻的材料、轻的重量，然后发动机要有很好的心脏，发动机能够很轻，发出很大的推力，所以要采用各种各样的先进技术才行。

我们看看飞机的推重力，以前的歼-6也好、歼-7也好、歼-8都是零点八几、零点九几。“幻影” 2000是零点八几，“鬼怪”式是0.86。 第三代战斗机，F-15是1.163，F-16是1.18,大于1.00,米格-29,也大于1.00,苏-27也是大于1.00。第四代战斗机更高是1.2。所以第三代战斗机，由于飞机上面的发动机推力大于飞机重量，所以能够做这种动作。

苏-27可以垂直上天，那次在北京表演的时候，我就坐在底下看，那真是非常漂亮,但是因为随着高度的增加，空气密度越来越稀，推力就越来越小,所以到了一定高度以后，发动机推力小到了正好和飞机的重量一定时，所以再往上走走不了，你看那个飞机一个尾冲, 快到接近地面的时候，离开了，走了。

另外，一个战斗机能够由莫斯科直飞巴黎，那么长距离，当然要空中加油，空中加了两次油,到了巴黎机场以后，巴黎天气不好，地面指挥他转场，到别的地方去停，飞行员他不干，就是在这种恶劣气候的条件下飞下去，结果他们闯关闯过去了，第三个做了“眼镜蛇”机动动作，我们先不看它的动作，我们飞机在这儿，这个发动机产生推力是向前的，所以在这个位置的话，飞机是肯定向前飞，这是自然规律，这个苏-27就违反了自然规律，所以它引起注意。这个“眼镜蛇”是这样子的，它始终保持这个飞行高度，平飞状态，飞机是平飞的，但是它姿态变了，它在进来的时候，大概是每小时400多公里的速度，比较低，然后抬头， 90度到120度还是平的，然后过了120度再回来,这个改成的速度是每小时100多公里。这个动作美国飞行员去飞，飞不出来。这个飞机能够做一个违反自然规律的这么一个动作能够做出来，说明这个飞机在设计方面，在气动性能方面，在操纵性能方面确实比较好，能够做出这种动作，能够有这么好的操纵性能，这么好的气动性能，然后再加上驾驶员这么好的高超的技术，那作起战来随心所欲，所以实战性能特别好。但是，美国人做不了，后来美国人一看这个动作，一抬头，一收，很像眼镜蛇，眼镜蛇一遇到情况以后，它头一抬，舌头就伸出来对着你，是不是像个眼镜蛇，所以把这个动作命名为“眼镜蛇”机动动作，到现在这个机动动作每次航空表演都要表演，在我们珠海航展上面几次都表演了，非常好看。

第三代战斗机有个特点，大小搭配，轻重搭配，远近搭配，就是不能全搞大的，所以大的就是俄罗斯的苏-27，美国就是F-15，这个航程比较远，航程可以5000公里，作战半径1500到2000公里这么远，但是这个飞机重，飞机起飞重量二十几吨，。但是全搞这个又贵，所以有一个重的，另外再有一个轻一点的、近一点的，前沿这个地方，航程1000公里左右，作战半径300公里、400公里，那就轻。第三代战斗机有轻、重、远、近、大、小搭配，第四代战斗机同样也有这种特点。第一代、第二代战斗机没有这个观点，美国大的、远的、重的就是F-15，轻的、小的、近的就是F-16，俄罗斯大的就是苏-27，小的就是米格-29，这是为了与第四代战斗机呼应，所以就提出了这个。

我们下面讲第四代战斗机，第四代战斗机现在正在试飞阶段，也是正在进行研制阶段。美国F-22是1997年9月7号首飞，到现在还在试飞，要试飞到2005年，才能进行。刚才讲了，俄罗斯以前的苏联，美国有的，它也有，所以美国赶快搞F-22，俄罗斯也赶快搞第四代战斗机，所以它搞了个小的叫S-37，比F-22晚几天，9月25号首飞，它希望能压过美国，但是没压过，它首飞前出了些问题，所以时间往后拖了，这个飞机很特殊，你看我们这个飞机翅膀是向后的，我们称为后掠，你看这个飞机翅膀向前，是前掠的，由于它向前掠以后控制性能不好，所以前面加了两个小翅膀，这个小翅膀这么小，就像“小鸭”，所以我们称之为有个小“鸭翼”，俄罗斯的现在两个新的战斗机，都是前掠的“鸭翼”，它气动性能非常好，操纵性能比较好。另外这是小的，所以俄罗斯还搞了个大的，大的就是1.44，是在2000年2月29号首飞，但是现在俄罗斯由于经费比较困难，到现在还没公布，它到底哪一天能够飞完。美国F-22是个大的，它还搞个小的，叫联合攻击机（JSF），这个攻击机大家一看，更不像一个飞机，什么叫联合攻击机，联合这个意义很多，它这一个飞机可有三种不同的形式，它一个叫常规起降型，跟普通飞机一样的起降，一个叫短距起飞，垂直降落，很短的距离起飞，垂直降落型，第三个在航空母舰上起飞，叫舰载型。所以一个飞机能够有三种性能，三种不同派生的小飞机，而且是能够在一条生产线上面，就把这三个飞机都做出来。

这个飞机的动力装置比较特殊，因为要考虑飞机能够短距起飞，垂直降落，所以垂直降落怎么降落呢？它要产生一个向上的升力，把飞机托着慢慢向下，所以要产生一个向上的升力。短距起飞，是很短的距离起飞，起飞的时候要产生一个向上的升力托住它，所以这个地方要有一个产生升力的装置，除了能够产生向前推进飞机前进的推力以外，还有一个升力，这个飞机它的动力装置现在命名为F-135，你看它起飞前，把前面的罩子打开，把升力风扇的进口打开，排气管打开，尾喷口向下，一直转到90度，这时候前面有一个升力风扇，产生升力向上，后面一个尾喷口向下喷着气，推力向上，这是翼下的两个升力，就使飞机向上。

第四代战斗机，美国有F-22，JSF 联合攻击机，俄罗斯有1.44是大的，有S-37是小的。第四代战斗机第一个特点，要高的敏捷性。原来是讲第三代战斗机，高的机动性，就是拐弯半径比较小，能够为了空中格斗，其中敏捷性很简单，就是在很短时间内，完成机动动作。这个要求只能在飞机上的动力装置上面，要采取就是叫改变推力方向，本来推力是向前的，现在把推力方向改向左、向右、向上、向下，怎么改变呢？改变喷气流动的方向，喷气向后流，推力向前，喷气向下流，推力向上，喷气向上流，推力向下，所以就要一个改变推力方向，实际上就是改变喷气流动方向的一种装置，我们称之为矢量喷管。这个喷口，左右方向可以摇头摆尾，推力按照气流的方向来改变，有了矢量喷口以后，能够改变发动机的推力。

第四代战斗机的主要特点就是短距起飞和着陆能力，就是要短距离，这个也是要矢量喷口，把推力方向改变，本来向前的，我现在向下走，我们现在就看一看有一个很有名的垂直起落的飞机叫“鹞”式飞机，它起飞的时候把尾喷口向下，推力向上，然后就把喷口向后推，喷气向后，推力向前飞了，所以也是改变喷口。但是现在第四代战斗机，就需要有这个机型了，这个是非常有实战意义的，而第四代战斗机第三个特点就要隐身。所以一个作战飞机就是要我这个飞机飞上天，就要把敌方打掉，自己保存，你怎么保存自己，对方发现不了我，你没有目标，导弹往哪里发，所以我一定要有很好的隐身性能，对方发现不了我，我就能生存，能生存就能作战，所以隐身就是生存的一个表现，隐身飞机能够被对方发现的有两个手段，主要的是雷达。另外还有一个就是我们这个尾喷口喷出来的气很热，有个红外辐射热量，然后用红外辐射能量的接收器就能感受这里红外的能量比较大，这里肯定是有个飞机。所以隐身就要从这两方面，主要是从雷达反射，第二是红外。

我举两个例子，像米格-21，这个飞机这么小，由于米格-21这么小的飞机，它没有采取任何隐身措施，所以它在雷达屏幕上反射的面积是四平方米。但你看B-2轰炸机，这么大一个翅膀，上面大概可以有三架米格-21这么大，这么大一个飞机，B-2由于它采用了最先进的隐身技术，在雷达屏幕上只反映有零点一几的平方米，所以这里可以看出来，采取隐身以后，对方发现不了，在现在隐身飞机已经有两、三次作战的经验了。

F-117是最先的一个隐身战斗机， B-2轰炸机像个蝙蝠，这两个隐型轰炸机都起了很大作用。另外B-2轰炸机采用了一种，叫电空气动力学，这个比较难，它在飞机上面相当于一个电容器，它在机头前部分产生一个正电荷，然后尾喷口排出的气里面产生一个负电荷，正负电荷之间有一千五百万伏电压，所以整个飞机相当于一个大电容器，然后在正负之间涂上一层吸磁性的材料。所以B-2轰炸机和F-117不一样，它是很薄的一个东西。俄罗斯根据现在资料，但是没有确定到底是怎么弄的，它是一个等离子发射器，在飞机上装了一个等离子发射器，等离子发射器在飞机周围，用等离子把它包围，这个等离子就能够把雷达波吸收了反射回去能量小。

另外还有一个特点，就是第四代战斗机，不管是F-22也好，还有JSF联合攻击机也好，它是内埋式武器舱，外面不挂武器，它的武器全部是在舱里面，用的时候打开，不像有的飞机外面挂了那么多，当然发射起来比较方便，但是阻力大，飞机阻力大，影响飞机性能，装在一个舱里面，要发射，先把舱门打开，就能够发射出去了。第二个是具有多目标攻击能力。以前发射导弹，碰到敌机以后，那边也有一架飞机，三架飞机，然后选中一架，发射一颗导弹打这个飞机。现在如果有三架飞机的话，我一发射，可以同时打三架飞机。另外，现在不管是第四代战斗还是第三代战斗机，因为飞机终究它的起飞重量有限，有一个距离的问题，它油量就不够，所以现在一定要空中加油，空中加油机用于对飞行中的轰炸机、战斗机来进行空中补油，这样就可以延长飞机的航线或者是停空时间。就是前面有一个加油机，加油机一般都是用运输机改的，里面不装东西就装油，然后，后面是受油机，接收油的，加油机后面伸出一个加油管，后面的加油员可以控制它，上下动、左右动，这个受油机上面有一个接收油的接收管，然后飞机一碰，碰上去以后，“哗”一下子，大量的油通过一个功率非常大的油泵把油送过去，一下就解决了。

第四代战斗机还有一个特点，就是超声速巡航，我们说巡航就是要省油多飞，但是超声速的以前都要开加力燃烧室，很费油。现在第四代战斗机有一个超声速巡航， F-22以超音速1.5倍的速度来巡航，这时要求发动机推力特别大，飞机阻力要特别小，就这个超声速巡航能力，才能算是第四代战斗机。欧洲搞的这两个飞机，由于别的性能都可以，就是不具备超声速巡航能力，因此，我们称它是第三代半，所以你不是第三代，但是够不到第四代，现在正在飞，而且也开始装备部队了。

现在我回过来谈谈我们在不保密的情况下，讲一讲我们航空的现在。我们建国50周年来，航空工业跟别的工业一样在突飞猛进的发展，到1998年也就是国庆50周年前一年底统计，我们一共生产了军机，各种军机主要是战斗机，一万三千多架，民机一千五百多架，民机包括运输机、旅客机等，发动机五万多台，是为我们空军、海军、陆军提供了战斗机、轰炸机、攻击机、直升机等，为民航也提供了大量的飞机。当然现在的战斗机是非常难的，是高科技的一个集中的产物，因为现在的战斗机，要集中到现在最先进的、最前沿的各方面的科技方面的、工业生产方面的先进的技术，包括气动，包括材料，包括结构，包括控制，包括计算机等等。因此，航空工业，是要各个方面、各行业支持的。所以，让我们共同携起手来，为把我们伟大祖国，不仅是航空，建设一个繁荣富强的社会主义强国而努力。

饮用水水质与水处理技术 -马军

主讲人简介

马军：生于1962年7月，1985年获硕士学位，1990年获博士学位。1993年赴英国帝国理工学院做博士后，获国际“居里夫人”博士后奖学金。现任哈尔滨工业大学教授、博士生导师，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、国际水质协会会员、中国水工业学会理事、黑龙江省科技专家顾问。国家级有突出贡献的中青年专家，建设部有突出贡献的科技人员，入选教育部“跨世纪优秀人才培养计划”，获国家杰出青年科学基金。

马军教授首次提出并研制开发了高锰酸钾氧化助凝技术，通过了国家科委和建设部的成果鉴定，获国家科技进步奖；研制出3种多功能复合净水剂并申报了国家发明专利。

主要从事给水处理工艺理论与技术、污染水净化处理技术等方面的研究工作，曾获国家科技进步奖、建设部科技进步奖、中国青年科技进步奖、中国优秀青年科技创新奖。在国内外发表论文80余篇。

内容简介

水是生命之本，自然之源。1996年联合国警告，21世纪将面临严重缺水现象，并导致国家之间的冲突，在最近结束的约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上，将水危机列为未来10年人类面临的最严重危机之一。保护水资源、开发水资源、消除水污染成为哈尔滨工业大学教授马军研究水处理工艺技术的目标。

饮用水水质污染主要可以分为以下几个方面，第一个就是微量有机污染物。第二藻类及其代谢产物，包括藻毒素 嗅味、氯化消毒副产物、致病微生物，有机物对胶体的保护作用,稳定性铁锰、色度、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐等以及管网微生物的再繁殖和一些二次污染。

有机污染物具有致癌、致畸、致突变的作用，有些是内分泌干扰物质，被认为对人的生殖系统有破坏作用，或提前或者是延迟青春期的时间。藻类及其代谢产物不但影响常规水处理的处理效果，而且在氯化消毒过程中，会与氯作用生成氯化消毒副产物，产生藻毒素直接危害人体健康。

马军教授在《饮用水水质与水处理工艺》的讲座中结合常规水处理工艺及深度水处理工艺详细介绍了消除水污染的方法。经过科学、经济、有效地消除污染以后，饮用水水质得到保证，人民健康水平得以提高。

全文

大家好，我今天讲的内容是饮用水水质与水处理技术发展动态。首先介绍第一个内容，饮用水源水质。我们知道水主要是在一定条件下，在海平面蒸发，其中90％又回到海里，有10％迁移到大陆，在一定的条件下，形成降雨。然后形成地面径流，然后又回到海里，形成了水的自然循环。由于水是良好的溶剂，在自然循环过程中，会引入一些杂质，这部分杂质是天然的杂质。此外，水在取水水处理、人们使用、使用之后经过污水处理、然后经过回用，形成了水的社会循环。在水的社会循环过程中，也会引入一些杂质，这个主要是引入一些污染物质。水的自然循环和社会循环，两个在一起呢，构成了水的循环。

据统计，淡水占全球水总储量的2.53％，其中可利用的淡水仅占淡水总量的0.34％。所以1996年联合国警告：21世纪将面临严重缺水现象，在最近结束的约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上，将水危机列为未来10年人类面临的最严重危机之一。我国水资源有三个主要特点：一个是水资源短缺，我国水资源人均拥有量仅为世界平均值的四分之一。第二在时空上分布不均匀，北方严重缺水。此外，水质污染，据统计，90％以上的城市水源受到不同程度的污染。综合这三个方面的因素，形成水危机或者水质灾害。据估计，由于水质造成的这样的影响，可能不亚于洪涝灾害。

这是2000年我国对河流的污染情况进行的调查结果，从这个图里可以看出，能够直接作为饮用水源的一类和二类水，仅仅占20%—30％，而很大一部分是大于三类的水质。随着我国城市人口不断增加，对饮用水的需求量不断加大，因此，开发三类和三类以上的水源势在必行。

此外，在最近中国工程院所进行的中国可持续发展水资源战略研究这个课题中，对我国的污水处理率进行了规划：从1997年的13.4％，到2050年计划要达到95％。但是，污水的排放量也随之增加。如果按城市废水排放的有机物总量来进行计算的话，在这些年中，它的有机复合变化不是很大。因此，对水源的污染，或者对水环境的污染还难以减轻。所以这是由于污水处理率虽然在增加，但污水排放总量也在增长，所以使得污染复合总量削减有限。

所以，基于我国水环境可能在短期内好转，如果不同步发展饮用水除污染设施，那么饮用水水质可能要长期受到影响。因此，需要制定饮用水除污染设施的发展规划和投资计划，饮用水水质问题主要可以分为以下几个方面：第一个就是微量有机污染物；第二藻类及其代谢产物，包括藻毒素、嗅味、氯化消毒副产物 致病微生物，有机物对胶体的保护作用,稳定性铁锰、色度、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐等以及管网微生物的再繁殖和一些二次污染。我们进一步介绍，水中污染物对水质的影响。

首先是微量的有机污染物，它具有浓度低，毒性大等特点。有些有机污染物，具有致癌、致畸、致突变的作用。有些是内分泌干扰物质，比如说杀虫剂、塑化剂、还有有些烷基酚等等，被认为对人的生殖系统有破坏作用，或提前或者是延迟青春期的时间。藻类及其代谢产物，由于我国无水处理率比较低，富营养化现象比较严重，藻类过量繁殖，有些水体，藻类甚至达到每升几千万个。藻类它不但影响常规水处理的处理效果，而且在氯化消毒过程中，会与氯作用生成氯化消毒副产物。藻类在代谢过程中，会产生藻毒素直接危害人体健康。

嗅味可以来自两方面，一方面是由于化学污染物引起的嗅味，比如说氯酚和硫化物等，还有是藻类代谢产物。由于嗅味在很低的浓度下，就可以被人们感觉出来，因此嗅味对水质的影响是比较大的，也是比较普遍的，很多嗅味难以被现行的常规给水处理工艺去除。另一个需要注意的就是有机物在消毒过程中，与氯 作用生成有害的副产物。在消毒过程中，氯除了与水中的致病微生物，细菌病毒等作用之外，还有可能与水中的天然有机物及有机污染物作用，这些成分，被称为氯化消毒副产物的前质，一方面生成一些醛或有机酸等，另一方面生成卤代副产物，总量用TOX表示。其中包含挥发性的三氯甲烷和难挥发性的卤乙酸。致病微生物也是影响水质的一个重要的方面，如贾第虫 隐孢子虫。这些成分难以被现行的氯消毒工艺灭活，因此严重影响水质。

此外，有机物对胶体的保护作用，越来越引起人们的关注，因为我国水土流失比较严重，流失率高达30％，所以水中有机物浓度偏高。据报道，天然有机物浓度增加3毫升，以TOC计 投药量需要增加约5倍。这不仅仅是增加了水厂的药耗，而且,由于投药量增高，使剩余铝的浓度比较高，而剩余铝与老年痴呆症相关。所以这样对水质构成比较大的影响，这方面已经开始进行限制。

再一个就是有机络合性的铁锰，与地下水中的铁锰不同。地表水中铁锰与有机物络合难以去除。因此，水源受到污染，铁锰和有机物络合使它在水中更加稳定，给水厂中剩余的微量铁锰会使水的色度增加，影响水的感官指标。此外，水源的污染，会使水中一些含氮的化合物增高，氨氮在一定条件下，它和氯作用会生成氯氨，从而消耗氯影响消毒效果。在一定条件下，氨会被转化成亚硝酸盐，由于亚硝胺是毒性比较大的成分，因此对人体有害。

另一个需要注意的就是可生物同化有机物。水消毒之后，细菌在输配过程中，仍会再度繁殖，这种水在生物学上认为是不稳定的，将水中能为细菌繁殖提供条件的有机物去除，使细菌不能再度繁殖。这样认为水是具有生物的稳定性，因此，去除水中可生物同化的有机物，有利于保证管网的水质。

下面介绍第二个方面的问题，就是饮用水标准。我国长期以来执行23项标准，到1986年增加到35项指标，主要增加了某些农药和氯化消毒副产物，在2000年建设部行业标准中，将一类水质它的标准定为88项。2001年9月1日卫生部规范颁布了96项指标。在新增加的指标中，常规指标更加严格，幅度由3度降到1度，增加了铝的浓度的限制，而且增加了高锰酸盐指数或者耗氧量这样一个指标。在非常规指标中，农药等有机物及氯化消毒副产物，增加高达56项。据世界卫生组织报道，80％疾病与水有关，在最近2000年，世界卫生组织一个报告中，提到不洁饮水，为人类健康的十大威胁之一，但长期饮用纯水也不利于人体健康。因此，需要加强对城市饮用水水质的净化，这个是解决水质问题的一个根本措施。

下面就介绍一下水处理技术的发展动态。这个是现行的常规给水处理工艺，我们国家的绝大部分水厂一直都在延用这样一个工艺。它主要的工作原理是原水取出之后，投加一定的药剂 混凝剂，使水中的悬浮性成分和胶体成分脱稳，在一定的条件下形成可被沉淀或气浮分离的这样的絮体，然后通过沉淀或气浮,使这部分絮体分开。剩余的部分通过过滤进一步将浊度降低，过滤后的水再加入一些消毒剂进行消毒，最后通过管网供给用户。这个工艺，我们说是常规的给水处理工艺。这是混凝剂的投加系统，这个是沉淀池利用这个沉淀池，将絮体和水分开，这个上清液呢，进一步到滤池进行过滤。这个是气浮设备，在这儿加气，通过加气使脱稳的絮体能够和水分离，在上部，利用一些设备把浮渣刮走，所以这样是使絮体和水分开。

沉淀后的水或者气浮的水通过滤池，通过过滤这个过程进行深度处理，来降低水的浊度，截留在滤料表面的一些杂质成分，再通过反复洗，使它去除。进一步进行加氯消毒，灭活水中的致病微生物,然后通过二泵站把它送到管网，送到用户。这个过程它的作用主要是去除水中天然的杂质成分，比如说强化去除水中的悬浮性成分。比如说黏土颗粒有机颗粒等，以及天然有机物，如腐植酸、富里酸等，还有水中的胶体成分，如有机或者无机的胶体，以及致病微生物、细菌、浮游生物、藻类等等。

但是这个工艺难以去除水中微量的污染物，特别是溶解性的有机物。饮用水中的有机物具有浓度低危害大，去除难等特点。饮用水水质安全保障，需要从三个方面着手，其一是强化水源的保护，其二是强化水质处理，其三是强化管网输配的水质安全保障。水源的保护是一个关键的环节，首先应该设立饮用水源的保护区，饮用水源的保护和一般水体的保护应该是有区别的，饮用水源的保护更加严格，所以在这方面需要加强。

第二，由于我们国家的水土流失比较严重，水中的悬浮性成分或者是浊度比较高，水中有机物的浓度，特别是天然有机物浓度也比较高。因此，水质随时间的变化比较大，通过水库调节，能够使水质趋于稳定，这是一个提高水源水质的一种方法。

还有一种就是岸滤。岸滤实际(是)对原水进行处理的这样一种预处理的一种方法，提高原水的水质。此外，对受污染的水源进行修复，利用物理化学生物化学等方法，来恢复水源的水质。通过这样多方面的作用，来提高水源的水质。强化水质处理，是提高饮用水水质的一个最关键的环节。由于饮用水中的污染物浓度低，去除难，因此形成了一系列的这样的方法，通过一些多学科的合作，通过应用一些不同学科的前人的一些成果，来研究污染物的去除方法，主要可以分为以下几个方面。

第一个就是氧化。在这部分是通过研究新型的氧化剂，复合氧化剂，催化氧化工艺，包括均相或者多相催化，通过光 电 生 磁 波 以及组合来强化有机污染物的分解。第二，吸附。吸附主要是将污染物从水相中转移到固相中。比如说活性炭吸附，或者是利用其他的吸附剂，无机或者有机的吸附剂，将污染物从水中转移到吸附剂上。第三是生物处理，是利用微生物来强化水中污染物的分解，一般是附在一些填料上,或者是附在一些滤料上,形成生物膜，像生物过滤，或者生物活性炭,这个是生物处理的一些方法。

管网的输配是饮用水水质的另一个重要方面。一般来说，在管网这部分需要通过管网的理论计算，管网模拟，供水管网的水质，和供水管网漏失几个方面综合考虑，来强化管网的水质，来提高管网的水质，实现供水系统的优化调度，保障管网的水质。这是饮用水深度处理工艺，实际上饮用水深度处理工艺是将一系列的除污染的关键技术，和现有的常规给水工艺技术，有机地结合，形成了给水深度处理工艺技术。

主要有预氧化,在前一部分投加氧化剂，来强化分解水中的污染物，或者转变水中污染物的形态，使它在后续的工艺中，能够进一步强化去除。中间氧化主要是去除那些微量的难降解的一些污染物，由于在前处理中，将一些大分子的天然有机物，在混凝过程中去除，因此这一部分，主要是微量的有机污染物。所以这样，中间氧化能够提高对微量的有机污染物的去除效率，进一步和活性炭吸附联用，或者和生物过滤联用，强化去除这部分污染物，这部分水进一步经过消毒，然后通过供水管网供给用户。

由于饮用水中的污染物浓度很低，那么化学氧化在饮用水处理中有重要的应用潜力。可应用在饮用水中的氧化剂，主要有氯、二氧化氯，高锰酸钾 过氧化腈，臭氧，高铁酸钾，原子氧和羟基自由基，其中一部分是稳定性的氧化剂。那么有一部分需要通过一定的工艺来现场制备，或者通过一定的工艺来引发比如说像羟基自由基，

我们在前期的研究工作中，围绕着氧化方法开展了十几年时间的研究工作。首先，我们从单一的氧化剂的氧化特性入手来研究氧化剂和水中的污染物的作用规律，在此基础之上形成了一系列复合的氧化剂和复合的这样的氧化工艺，形成了一系列具有自主知识产权的这样的除污染技术。下面,我就将其中一部分的研究结果，向大家做一下简要的介绍。

首先,我想介绍一下臭氧氧化。这个是在国外比较成熟的技术，最开始是用在消毒上，后来逐渐地应用于去除水中的污染物上。臭氧的氧化，实际上有几种方法，一种是紫外激发，一种是高压放电，另一种是电解。在水处理中应用主要是高压放电，它的原理是空气或者是氧气经过一个高压的这样的间隙，在这里进行分解，变成一部分变成3原子的臭氧,具有很强的氧化性。其中一部分，转化成氧，臭氧能够具有比较强的杀菌能力，能够和水中的污染物作用，使水中污染物部分氧化。这个是臭氧的放电管，这个是高压电极，这是臭氧发生器。在这里，空气或者氧转变成臭氧，然后把这个气体通入水中进行消毒，或者是去除水中的污染物。臭氧和水中的污染物作用有两种途径，一种途径是直接氧化，就是臭氧分子和水中的污染物作用。一方面，能氧化水中的一些天然有机物，比如说腐植酸 富里酸等等。另一方面，能够氧化水中的像挥发性的污染物，还有一些无机的污染物，譬如像铁、锰，这种直接氧化，它是有选择性的。也就是说，它能够和水中的有机物不饱和的键作用，这样，形成一些产物。臭氧一部分分解产生羟基自由基，羟基自由基和水中的有机物作用。这个是间接氧化，间接氧化是非选择性的，它能够和很多的污染物作用，最后，氧化成一些产物。

臭氧预氧化在水处理中很早就应用。预氧化的目的是根据水质不同，或者是不同的使用情况，有不同的目的，臭氧预氧化可破坏有机物中的不饱和键，能够将氨氧化成硝酸盐，但是在中性PH值条件下,氧化速度极慢，它能够使有机物的分子量降低，提高有机物的可生化性。但是，臭氧和有机物作用的中间产物在毒理实验中,有一部分是阳性，当进一步提高臭氧投量，致突变活性又会下降，也就是中间产物可能具有一部分致突变活性。臭氧在较低投量下，较高的硬度下，有助于助凝，所以能提高混凝效果。臭氧预氧化能提高水中溶解性有机物DOC的浓度，而且在实验中发现臭氧预氧化会使水中,滤后水中的铝或者铁的总浓度升高。这个主要是由于臭氧预氧化使水中的有机物氧化成有机酸，一部分有机酸它和铝络合,这样使它的溶解度增高。臭氧能够灭活水中的浮游生物，比如说细菌 病毒、孢子等等一些致病微生物。臭氧预氧化能够进一步提高常规给水处理的除藻效果，而且可以去除水中的嗅味，但是对于含饱和键的嗅味去除作用有限。因此，臭氧预氧化是根据使用需要,根据不同的目的来应用。臭氧预氧化还能够破坏水中的三氯甲烷的前质,这个主要是臭氧的直接作用。比如说在水中重碳酸盐浓度含量比较高的时候，这个效果比较好，因为在这种条件下，臭氧主要以分子形式和水中的三氯甲烷的前酯进行作用。但是臭氧在氧化过程中，能够将溴离子氧化成溴酸根和次溴酸根。所以现在，在一些发达国家像欧美等国家，已经开始对溴酸盐进行限定。

由于臭氧它的成本比较高，需要基建投资、设备投资。尽管它具有比较强的氧化性，但是很难在大规模的水厂中推广应用。所以我们国家在这方面进行了20多年时间的研究工作。但是，在水厂应用还是比较有限，但基于我国水源污染的面比较广，需要研究经济有效能够在水厂中应用的一些除污染技术，这样的话我们就提出了高锰酸盐预氧化除污染技术。这个提出基于两点考虑，第一点就是国外现有的处理设备，它比较昂贵，这个比如说臭氧或者臭氧活性炭联用。第二个就是现有的一些强化常规处理，或者是粉末活性炭这样的一个除污染方法，它的处理效果不理想。由于这两个原因，所以目前，我国绝大部分水厂，仍然还沿用常规的给水处理工艺。

高锰酸钾以前主要是用于消毒、除铁、除锰、除嗅味，或者水中有机物的监测上，对于水中微量的污染物这方面的工作进行得有限。而且，主要呢前人的工作是在人工制备的有机物纯水溶液中进行实验，在这个条件下，经过实验一方面只有在酸性条件下认为有比较高的氧化效率，在通常给水处理工艺条件下，就是中性PH值条件下，它的氧化还原电位相对说比较低。所以，认为高锰酸钾一直没有被作为主要的氧化剂用于去除水中的无机污染物。我们在前期的研究工作中，发现一些现象，这些现象，就是在一定的还原性成分存在下，它除污染效率反而提高。进一步研究我们发现，一些中间态的一些成分，一些新生态的一些氧化物，能够强化去除水中的污染物，那么这样我们利用中间态的污染物来强化去除水中的利用中间态的成分来强化去除水中的污染物。这样就可以在通常的给水处理条件下，比如说中性PH值条件取得较高的除污染效果。这种方法它具有投资小，多功能，因为它是氧化和吸附组合，所以对于水中多种污染物具有明显的去除效果，已经在我们国家很多的水厂应用。

我们把高锰酸钾复合剂预氧化与臭氧预氧化进行了经济对比分析。这面是对于一个5万吨的，每日5万吨的水厂，采用臭氧预氧化，投资需要几百万元，运行费用大概4到6分钱每吨水，这个相对管理也比较复杂。另一个在30万吨水厂,利用高锰酸钾复合剂预氧化技术，它的投资仅仅几十万元，主要就是增加它的溶解和投加设备，运行费是比较低的，1到2分钱每吨水，这个管理方便，运行比较稳定。因此，从经济上应该是比较明显的。高锰酸盐复合剂预氧化技术已经在我国的几十个水厂水站推广应用，所以经济有效地提高了饮用水水质。

我们在研究高锰酸盐复合剂的同时，我们又研究了另一种无机的氧化剂，就是高铁酸盐。由于高铁酸盐具有很强的氧化性，它的氧化还原电位高达2.20，这样，在受污染水的处理中有比较大的应用潜力，这样我们就研究了一些方法，来制备高铁酸盐,使它能够规模化生产。所以这样我们系统研究了它的一些特性，由于高铁酸盐具有氧化、吸附和絮凝多种作用。因此，它具有多功能的这样的除污染效果。这个我们从实验发现它具有除有机物，强化去除水中藻类，强化助凝控制剩余铝以及去除水中重金属等多种功能。

我想进一步介绍另一个技术，就是改性滤料的一个除污染技术。这个技术是在前期的研究工作基础上提出的一种除污染方法，它主要是利用滤料来强化对污染物的吸附。研究这样的技术，主要的考虑是利用现有的常规给水处理工艺流程，因为可以不改变现有处理工艺流程，不增加大的基建的投资，或者设备投资，所以它投资很小。这种方法既适合于现有水厂的改造，也适合于新水厂的建设。这是现行的石英砂的滤料，这个我们是通过一定的改性，使它表面具有比较高的吸附性能，对水中的多种污染物具有强化去除作用。

最后我想对饮用水除污染技术做一下展望，由于我国饮用水源受污染率是比较高的，而且由于污水处理率比较低。因此在较长的时期内，强化生活污染水的处理将会是给水处理的主要问题，随着非点源污染日益突出，非点源污染可能是将成为主要的污染源。所以，在加强对水资源保护的同时，要增加受污染水处理的研究力度，提高饮用水水质，需要采用多级屏障的这个思想，在强化混凝沉淀过滤消毒的同时，利用化学生物吸附等过程强化水质净化，从全过程控制水质，好谢谢。

马老师你好，我想向您请教一下我们都知道煮沸过程会去除水中部分的三氯甲烷，那您认为煮沸过程会对水质产生什么样的影响呢？

煮沸过程对水质的影响应该是多方面的，最关键呢煮沸过程能够灭活水中的一些致病微生物，由于二次污染会造成一些细菌的再度繁殖，煮沸过程应该是灭活水中致病微生物的一个最关键的屏障。煮沸过程，能够有效去除或者说能够去除相当一部分三氯甲烷，挥发性的。所以曾经利用煮沸这个过程来强化去除三氯甲烷，但是随着人们研究的深入，发现煮沸过程一方面能够去除水中的三氯甲烷，另一方面呢，它会使水中一些其他的成分升高，比如说含有一定余度的水在有机物存在下，煮沸过程能够使水的致突变活性增加。所以目前已经有人在进行这方面的研究，所以煮沸过程能够去除挥发性的这部分成分。但同时，也能够使一些难挥发性的卤代有机物增加。实际上煮沸的过程对水中的其它的微量污染物它是不能去除的，因为煮沸的过程主要还是对细菌和病毒等致病微生物的灭活过程对水中的污染物应该是通过良好的处理方法，在处理过程中从水中去除。

提问： 马老师您好，刚才在您的讲述中我们知道您现在正致力于高价态的铁锰复合药剂的研究。我想请问您一下，在使用这种高价态的复合铁锰药剂的过程中，是否会使水中的铁锰的浓度升高？谢谢您。

答： 铁锰氧化剂它是高价态的，加入到水中之后它会变成二氧化锰，或者是氧化铁，它实际上变成了不溶物或者是胶体的成分。胶体的成分在混凝、沉淀、过滤这样的常规处理工艺过程中，能够被有效地去除。此外，水中就是原水可能也会含有一部分铁锰的成分。这些成分有些是游离态的，有些是络合态的。和这样一些高价态氧化剂作用，能够把水中的铁锰也转化成四价态的不溶性的胶体成分，这样的话在生产实践中铁锰的浓度不但不高，而且原水中铁锰浓度会进一步降低。所以在生产应用中，我们发现应用高价态铁锰复合剂，不但使它的有机物浓度或者其他的藻类物降低，而且铁锰的浓度也明显降低，明显低于不加这样药剂的现行的常规处理工艺。

提问： 我想请问马老师这样一个问题，就是说您所研究的臭氧催化氧化除污染技术，与其他的高级氧化技术相比有什么样的特点？谢谢马老师。

答： 高级氧化技术是强化分解水中高稳定性有机污染物，例如农药和卤代有机物这样一种有效的方法。最近，在高级氧化这个方法方面，开展了大量的研究工作。但是，能够在生产中应用，这样的高级氧化方法还是比较少。比如说像以紫外为主的一些方法，还有一些研究各种光催化氧化方法，在生产中应用，特别是在大规模生产中应用，还有相当的难度。我们在前期的研究工作中，研究了发现一些新的现象，就是在一定条件下，能够产生羟基自由基。这种方法它的主要特点就是催化剂相对来说比较廉价，可以在大型的水厂中使用，所以这样我们在催化氧化方法方面，我们已经进行了大型的生产性实验，每天5000吨水，为这样一个技术进一步发展，奠定了基础，好谢谢。

战斗机的未来之路 -陈一坚

主讲人简介：

陈一坚，西北工业大学教授。中国工程院院士，1930年出生，“飞豹”歼击轰炸机总设计师，曾获得国家科技进步特等奖。

内容简介：

飞行器随着技术的发展、科技的发展，飞行器的性能是不断地提高。提高的速度也是非常快，光从速度来看，现在都已经是超音速，都不在话下了。然后要突破热胀，将来要搞高超音速飞行器。所谓高超音速的飞行器M数是5以上，就是高超音速飞行器。从速度这个例子来看呢，它发展非常快。一百年里面跨越很大一个步伐，由于这样一个武器装备性能的提高，影响了军事理论的发展。从第一次世界大战开始，用手枪、用步枪、用机关枪、用手榴弹，作为进攻武器开始，就出现了新的军事思想，就是立体战争、就是制空权的战斗。一直到今天，由于我们飞行器的本领大大提高，军事理论也逐渐得到发展。

战斗机的未来之路也就是高科技的发展之路，是战斗能力更强、战场生存能力更高的发展之路。以信息化为基础的飞行器就把飞机变为网络里面一个接点，再一个趋势就是飞行器本身的各个组成部分都智能化、自动化、集成化，这是将来发展的一个趋势。再一个就是飞行器的无人化、飞机设计的数据化、一体化，这是将来的大方向。再一个就是飞行器的制造全部数字化、精益化，精益化的效率非常高，像美国精益化的设计部件零件可以减少百分之二三十，它的成本降低50％，挺厉害的！精益化三分之二，这个效率非常高！所以高科技有非常高的黄金含量，道理就在这儿。

《战斗机的未来之路》 （全文）

飞行器随着技术的发展、科技的发展，飞行器的性能是不断地提高。提高的速度也是非常快，光从速度来看，现在都已经是超音速，都不在话下了。然后要突破热胀，将来要搞高超音速飞行器。所谓高超音速的飞行器M数是5以上，就是高超音速飞行器。从速度这个例子来看呢，它发展非常快。一百年里面跨越很大一个步伐，由于这样一个武器装备性能的提高，影响了军事理论的发展。从第一次世界大战开始，用手枪、用步枪、用机关枪、用手榴弹，作为进攻武器开始，就出现了新的军事思想，就是立体战争、就是制空权的战斗。一直到今天，由于我们飞行器的本领大大提高，军事理论也逐渐得到发展。

而且现在的战争越来越是不对称的、非接触的，所谓非接触就是看不见了。你在哪儿、我在哪儿你都不知道。过去肉搏的时候，是面对面的，枪对枪刀对刀。后来格斗还看得见，或者说远距离格斗，看不见，我还用雷达来瞄准。现在的战斗越来越发展为非接触的，另外就越来越是非对称的。非对称的概念很广泛，实际上最简单的概念就是技术上的差距太大了。所以说从这个角度来看呢，再加上现代信息科学的发展，使过去单机与单机，编队与编队的制空权作战，发展为空、天、地、海、电五维立体战争。从过去单机对单机，编队对编队，发展到今天体系对体系的战争。所以说航空器在军事领域里面的贡献，那是非常重大的。这是什么意思呢？大家都知道C4ISR，就是美国人开发的一个通讯联络系统，实际上它就是指挥、控制、通讯、计算、情报、监督、侦查还有对抗。这五六个功能在整个系统里面都体现出来了，将来是怎么样一个局面呢？就是天上有卫星、空中有预警机、有加油机、有电子对抗机、还有我们的战斗机、攻击机、轰炸机、运输机、海面有军舰、有潜艇、地面还有防空的雷达、雷达站、有指挥部、有陆军指挥部、有空军指挥部、有海军指挥部、有总指挥部，就是这么一个整个立体的系统。都要把它串起来，有了信息以后，就有可能把它串起来。串起来通过什么手段呢？实际上就是信息里面的一个组成部分，就是一个数据链，用数据链把信息串起来。以信息作为载体，数据链作为一个手段，把这么多东西包括空间、地、海全部把它连在一起，那效率就非常高。就是说我飞机是一个载体，也是一个信息载体，也是一个信息的接点。它在天上看见敌人有一个目标，它可以把实时敌人的目标传到指挥部去了。或者说看到敌人有一个军舰编队，就传给我们的海军的军舰，就实时的把信息都传给它了。这样子的话呢，就可以减少很多人为的环节，大大节省时间。加快了战斗的决策，加快决策的时间和它的力度。这样子的话，就是打胜仗就有了保证。时间在战争的概念里面比经济的概念还要厉害，它是争分夺秒的一个概念，你抢了一分钟，你抢了一秒钟，你就抢了主动权。所以今天的战争已经跟过去大不一样，是一个五维的立体战。因此我们要在整个飞机、或者攻击机、或者轰炸机等等都作为立体里面的一个组成部分。因此现在设计飞机，不能像过去那样子，只考虑到自己飞机的性能就完了。它应该放到整个五维的立体里面去考虑飞机性能应该是怎么样，应该是怎么设计它。就是我数据链，上下行数据链我应该是怎么设计？接口怎么设计？和机体里面的计算机怎么匹配？这些问题是很大的一个题目，可能一个人搞一辈子也不一定能搞得好。

第二个飞行器和航空、航天过去好像分得比较开，为什么？过去我们航空高度基本上是二十公里以下，作为我们的领域在那儿奋斗。航天一般在四五十公里以上，接近地球轨道作为航天部门的一个领地，他们在那儿攻克它的难关。因此当中有一个断档，从高度上有一个断档，现在航空的发展呢，它往高发展。那就要占领三十、四十公里高度的领域。这样航空和航天由于信息的基础有了，因此我们高度再提高一点，通过信息呀，就把航空跟航天的界限就模糊化了。这样，航空和航天就融合了。你譬如空间飞机，实际上既是航空的也是航天的，这是由于有了信息这个手段以后，你飞得高，就有这种可能。

第三个，就是机载设备全部信息化，大家都知道机载设备很多，大概主要的是三个系统，一个雷达火控系统，再一个就是综合电子系统，再一个就是电子战的系统。战斗机或者战斗轰炸机还有很多系统，但是这三个系统是最突出的，跟信息有联系的，可以建立立体战的一个手段。这个也把信息数据的技术都融化在许许多多的系统里面去，大大改善了系统的性能。所以飞行器的设计，飞行器的使用对军事作战的影响，将会以五位的立体战作为考虑，这是我要讲的趋势第一个问题。

第二个问题呢，就是飞机一体化的设计技术。我是搞飞机设计的，飞机设计应该说是随着科学技术的发展，它在不断地变化。我搞“飞豹”飞机的时候，最后句号划在“飞豹”飞机上，搞“飞豹”飞机设计呢，那就是一个专业一个专业大家分头去设计、分头去优化。比如说我搞雷达的，我把雷达设计得最好、功能最多、最准确、最好操作、最好控制，每人都有每人专业，自己都把自己专业设计最好，这是每人必然的一个趋势。让你干活你肯定想干得最好，在这样一个基础上，由各级总师，最后由总设计师协调这里面所有专业的谁应该服从谁，谁应该砍掉一点，做一个协调和取舍。这里面呢，就比较多了，有一些主观的臆断在里面。所以没有一体化综合设计的，这么一个概念是不行的。大家都知道数学上面、优化理论里面实际上已经说清楚了，就是很多局部的东西，局部的专业，所有专业都优化完了之后把它加起来，变成一个飞行器，它不一定是最佳。这飞行器不一定最佳，就是局部最佳的机械之和，不等于说总体最优。因此今天由于有了计算机技术，有了信息技术，我们就可以把许多专业分开优化，变成一体化的优化。说简单一点，就是综合设计。

我举几个例子，过去设计飞机单搞飞机，设计发动机单搞发动机。现在设计的时候飞机和发动机就可以一起优化，发动机设计到什么样的油耗？什么样的推力？什么样的重量？能够满足我这个飞机的需要。还有你譬如说飞机发动机加上飞行控制系统，我这个总设计师要求这个飞机有多少个控制率，这个都定下来了。然后你飞机和控制系统就可以集体去优化它，因此在这地方大家就可以看，气动布局加上动力，再隐身。这些东西呢，就是飞机的几个主要的总体布置的几个主要的一些需求，把它综合到一起，搞一体化设计。正因为有了计算机、有了软件，过去人不可能综合，人用那个手摇计算机都解决不了，回答不了这个问题。那个方程式太大了，解不了，我举这么个例子。

后面当然还有很多了，大家看，结构、强度、工艺制造一体化，将来我这个设计院，设计出来的这个结构图纸通过计算机网络就给了工厂，工厂接到这个数据流以后，它就变成它的工艺装备的一个设计依据，这就连起来了。过去不是，过去是我们把图纸发过去，它再消化图纸。再把图纸变成它的加工依据，那不但效率低，而且错误多。还有就是飞机的性能，飞行的控制系统，飞机的作战方案，武器这五个一体化。那就是使我们的火控系统效率大大提高，发挥集体的优势。再一个就是机载电子系统、电子战、人机工程，显示一体化。这几个专业都给飞行员提供信息的，过去我们也是分开干，各干各的，将来就是一体化了。

第三个就是超音速巡航，过去我们民用飞机除开“协和”号以外，基本上都是高亚音速的。军用飞机我们现在能够超音速，但是不能够超音速巡航，就是我这个超音速时间有限制。过去的飞机，第三代以前的飞机它这个阻力特性，就是气动效率还不足以长时间超音速飞行，再加上发动机性能不能够支持超音速长时间的巡航，到了今天，气动效率大大提高，大家都知道，过去我们声阻比七、八，已经搞得很了不起了，现在声阻比都是十几啊，十二、十三，预测二十年左右，大概声阻比就可以达到二十，气动效率大大提高了，再加上发动机也很争气，它这个推重比也很大，因此就有可能提供超音速巡航的这种可能性，大家都知道，亚音速的阻力和超音速的阻力，基本上是一倍的关系，亚音速0.0021，超音速是0.004，这个阻力系数大概是这么个量级，就是一倍的关系，所有的先进技术用上去以后，发动机不推加力，它就可以超音速飞行，而且是长时间。像美国的F22飞机，它就可以在马赫数1.5的情况下长时间的飞行，这优越性大了。

第三，在相同的载油条件下，有超音速巡航能力的飞机，可以飞得更远。第四，在空军作战里面，有了超音速巡航能力，它的飞行半径就可以扩大很大。如此等等，有很多的优势。因此超音速巡航是第四代歼击机和超音速战略轰炸机一个追求的目标。再一个就是超机动能力，这个机动大家都知道，飞机作战的时候，都是你追我打，对不对？敌人在前面我在后面，很多因素决定它机动的特性。我举两个例子，一个爬升率，“飞豹”飞机爬升率是每秒二百米，要是敌人飞机的爬升率每秒180米的话，我就比它多了二十米，那肯定我占优势。我早就占领有利的地域来瞄准你，来发射导弹打你。第二个就是盘旋半径，过去格斗，近距离格斗的话，还是你追我打，尾追攻击为主。要是我的盘旋半径很好，你的盘旋半径很小，那我一下兜到你后面去，尾部攻击马上就成功。

再下面是高超音速飞行器，这刚刚已经说过了，飞机大概要突破几个障碍，一个低亚音速，然后高亚音速，然后是通过音障，M数等于1，这些都已经解决了。后面就M数到了2.5的时候，就遇到了热障。热障什么意思呢？是M数2.5以后呢，它气动加热很厉害，一般“鼻子间”和机前缘温度都达到220度到250度这个范畴。在这个温度底下铝合金基本没有多少强度了，所以说就出现了热障。就是你材料要不过关，你超过M2.5不可能。因此就出现了热障，现在热障呢，问题也解决了。

美国人在七八年以前，就开始搞M15到20的叫做超音速洲际轰炸机，那就比音速大15倍到20倍的速度，这种武器那是非常可怕的。就是比那个洲际导弹还厉害，洲际导弹它还有一个过程。，它是可以高可以低可以有人操纵、可以无人操纵，带了很多精确制导武器，那就是很有作用的。因此由于高超音速飞机，出现了像乘波飞机。什么叫乘波飞机？大家都知道，激波是一个消耗能量，是一个坏事。激波对气动力来说，本来是个坏东西，现在要把坏事变好事，把乘波的能量打到机翼上面，提高机翼的升力，坏事变好事。它呢还不增加阻力，所以声阻比猛地又提高一个台阶。因此这个飞机美国人正在做，我们也有这种远景的规划。由于高超音速飞机，基本上最大的两个问题，一个是动力，一个是材料。刚刚我已经说过了，马赫数越高，温度越高，这个问题就要解决。除非你不进大气层，在外面那跟卫星一样。你一进大气层，就有气动加热的问题。因此材料的问题很重要。第二问题就是发动机很重要，我们将要发展超音速的超燃冲压发动机，还发展超音速的燃气喷流发动机。我们现在喷气式发动机，它加热以后，燃烧以后那个喷流一般都是亚音速的，在M数0.5、0.4。这个喷流要是能够大于M数1的话，那推进效率就高得多。后面还发展脉冲爆震发动机，它是用的热力学脉冲波的原理产生推力。它这个压力，可以达到十到一百个大气压。燃烧温度可以到2800度，爆震波的频率大概是一百到一百二赫兹，M数可以飞到大于四大于五都可以。最大的优点就是它可以在速度零的时候，就可以启动。火箭倒是可以速度零上去，但是火箭要带助燃器，重量大一倍。这个冲压发动机马赫数不到四，它是点不了火的。因此它是在马赫数三、四以后才能用冲压发动机，而在爆震发动机M数等于零的时候，它就可以点火，就可以产生很大推力。高超音速飞行的时候，它这个推力越来越好。因此将来高超音速飞机的推力它的推重比可以达到二十以上，在五十公里以下M数可以从零飞到十，做洲际攻击用。

再一个就是隐身技术，大家都很关心隐身，像F117和B2，这是第一代隐身。我刚才说了飞机有四代，俄罗斯五代，相当于美国的四代。实际上世界上公认的就是四代，隐身飞机又有两代，F117、FB2，基本上是隐身飞机的第一代。然后F22和F35是隐身飞机的第二代。第一代是为了追求隐身，牺牲了气动特性。F117带棱带角的，那阻力非常大，所以F117只能亚音速飞行，它没法超音速飞行。到了第二代F22，它把隐身和气动力兼顾，因此它既能超音速巡航，也能高超音速飞行。隐身的手段有哪些呢？第一就是刚刚说的气动布局上面做了很多文章，使敌人的雷达波大量丧失掉了，回不到敌人的雷达站。因此敌人就看不见你，这就叫隐身。很简单，但是技术很复杂，这是一种手段。第二种手段就是表面涂一个吸收雷达波的材料，基本上是氧化铁之类的东西。它什么机理呢？就是敌人的雷达波到了这个涂层以后，它就变成热能了，把雷达波的能量都消耗掉了。因此它回去的雷达波很微弱，敌人也看不见我。实际上就是激活表面电荷，衰减雷达反射信息的强度。简单一点说定义就是这个定义，就是涂层的定义。第三个就是红外隐身，刚才我说了，飞机超音速飞行有热度，因此就有红外。发动机射流两千多度，这个温度很高，那敌人红外的仪器一下就抓到你了，红外导弹一下抓到你了。因此我要想办法在喷流里面加入一些特殊的一些东西，使喷流温度下降。还有就是把发动机背在背上，下面看到至少隔了一层飞机。对不对？它红外的信号就衰弱了很多，还有就是用燃油冷却的办法，使喷流的温度降低下来，然后燃油又回去点火。

再一个呢，就是等离子隐身，等离子就是把飞机，里面搞这个等离子发生器，使飞机的周围被等离子包围了。大家知道等离子云对电波来说是一个非常大的吸收的东西。据说美国B2是用这个办法，所以你看B2就是一个飞翼。光溜溜的一个飞翼，它没有气动力特殊的措施，但是它是用的等离子隐身的办法。等离子体本身是能够吸收电磁波的，这样就能达到隐身的目的。

再一个呢，就是目光隐身。目光隐身大家都知道，陆军穿迷彩服就是保护色，飞机也喷迷彩的涂层，也是为了使白天的时候人家看不见你。不是完全看不见你，而是看见你很慢、很晚。还有一种做法就是把隐身的一些材料搞一个导电，这个涂层导完不同电压，它会变颜色，变成变色龙了。这样子就可以起隐身的作用，所以隐身现在是非常宽的范围，从雷达波一直到可见光，这个频带里面都有隐身技术。当然也有防隐身技术，就是“魔高一尺，道高一丈”，也很多。我随便举个例子，我们空气里面基本上是充满了电磁波的，要是说一个雷达我发现不了，我要是两个雷达、三个雷达，定点雷达。这个飞机飞过电磁波的时候，就把电磁波加以扰动。扰动以后，三个雷达测出来的量是不一样的，由这样一个原理我就可以用三个雷达或者两个雷达，就把敌机的位置给它定下来。首先要打它首先要定位，你既然看不见它，我用这个办法定它的位。定它的位我就可以引导导弹去打它，隐身效果大概一般是这样子。举个例子，F22在雷达上面就相当于一个玻璃弹球，我小的时候也打过玻璃弹球。大家都知道，就这么大。现在F22的RCS，就是隐身的指标，就跟玻璃弹球一样大。

下一个就是微型飞行器，微型飞行器就是这些东西。它的定义多大，它的定义就是大小不超过十五厘米，巴掌大，手掌可以托起来的。我给它起了一个名字，叫做手掌型飞机。到了纳米级的飞机呢，就变成昆虫一样、跟苍蝇一样大小，那就是昆虫型的微型飞机。它最大的重量是一百克以下，有效的载重呢，大概是五十克。它的速度是二十米以下，每秒二十米以下，作战半径是十公里以下，价格单机价格就是一千美元。那你说F22是两亿美元，它一架微型飞行器就一千美元，那便宜得很。那就可以大量用，将来步兵，所有的士兵手上都可以拿这个东西。揣口袋里，需要的时候拿出来。你譬如说你的敌人躲在墙根后面，我看不见你，那没办法了。那我把这个小型飞行器拿出来一飞，马上就看见了。它上面有实时侦查，实时就报回来。士兵这个笔记本就看见墙后面的敌人是什么个状态，是吧！这是非常有用的，第二个呢，就是可以搞个信息的中继系统。那就是它飞到某个地方去，它可以拐弯了。可以把信息通过它来给我中继，还有一种呢，就是特殊情况下，你比如核环境，生化环境、化学战的环境，这个人进不去，那只能派它。它没有人就可以进去了，它可以把实时的情况都报回来。

更大一个就是情报，搞间谍活动。那将来就是跟苍蝇似的，也没有声音。就落在你的窗台上，你里面开会的所有声音它全部实时都传回去了。间谍活动，过去大家都知道，间谍活动是因为我们这个房子可以搞电磁屏蔽，可以搞很多。但是我讲话，那个玻璃总要震动吧。对不对？过去的间谍就把激光束瞄准玻璃，然后把玻璃震动接收下来，然后转换成声波，这是过去的间谍活动。现在有了这么个小家伙，那我随时都可以发出去，随时都可以收到，很多。我们想得到其他手段得不到的东西，进不去！小家伙可以进去。再一个就是说你这个小东西还能够带高爆炸的弹药，现在有一种弹药爆炸力非常大、非常轻，它可以带五十克，一个微型飞行器带五十克。我洒出去一千个，那威力就非常大了，敌人一片它就可以把你都炸平。这无非就是一千乘一千，一千美元一个。

无人机技术是现在发展的趋势，大家都知道，无人机有几个优点：它因为没有人，对不对？那就是把这个空间和重量就可以装很多测试设备。第二个优点就是它没有人后可以过载。过去飞机有人，过载只能到八到九，这还得穿抗核服。飞机还要穿抗荷服才能飞，才能拉过载。不然的话一拉过载，血都从脑袋都到脚底下去了，马上就晕，就失去知觉了，没法操纵飞机。这就是人受不了那么大的机动，搞了无人飞机，没有人，所以它就可以过载。

材料的趋势，一句话：钛合金和复合材料含量大大提高，钢和铝逐渐降低，但是铝合金里面的铝锂合金比重提高。

多电飞机，那就是过去操纵飞机的时候搞液压和空气系统，以后全都用电。这个多电系统可以发几兆瓦的电，将来我这个飞机上面要搞激光器，激光最耗能量了，没有全电的新的发动机不行。有一种新的发电机，叫做磁阻开关稀土发电机。和飞机发动机轴连在一起，它的转速一般都可以到每分钟五六万转。这样一个发电机就可以提供大量的能源，可以使我们飞机机载激光的系统得到实现。

最后总结一下，飞机发展的趋势，大概有这么几条，第一从大小来看，往两极发展。你看大的像安225飞机，550吨起飞重量，商载250吨，你看多厉害！第二个从高度来看我刚刚已经说过了，从低空到高空，和航天器接轨，模糊航空航天的界限，这是我们的方向趋势。从速度来看，从低速每秒钟二十米、十米的飞行速度，一直到高超音速M15，大于音速的二十倍，往两头发展。以信息化为基础的飞行器就把飞机变为网络里面一个接点，再一个趋势就是飞行器本身的各个组成部分都智能化、自动化、集成化，这是将来发展的一个趋势。再一个就是飞行器的无人化、飞机设计的数据化、一体化，这是将来的大方向。再一个就是飞行器的制造全部数字化、精益化，精益化的效率非常高，像美国精益化的设计部件零件可以减少百分之二三十，它的成本降低50％，挺厉害的！精益化三分之二，这个效率非常高！所以高科技呀，有非常高的黄金含量，道理就在这儿。我今天给大家讲了这么一些东西，仅供大家参考。就是希望能够对大家将来的学习和工作开一点眼界，航空工业的前途是绝对光明远大，有待诸位的努力。我希望将来有不少的院士、有不少的总设计师出现在你们之中。

直升机 -高 正

主讲人简介：

高正：南京航空航天大学教授、中国航空学会直升机专业委员会主任，曾获得国家技术发明三等奖一项。2002年被授予“叶戈尔·西科斯基直升机研究奖”，是我国获此殊荣得第一人。

内容简介：

自一九零三年人类发明了飞机，已经整整一百年了。这一百年里发明了多种载人的飞行器。飞机和直升机都是飞行器 ，都可以载人载物飞行，但是它们的飞行原理、飞行特点和操纵方式是不同的。

大家知道，机翼要产生升力，必须机翼和空气要有相对运动。所以飞机机翼作为飞机的主升力面，要产生升力必须要有风 ，或者相对速度吹过机翼。那当然飞机就不能在原地起飞，必须在跑道上滑跑，通过滑跑加速，使速度达到一定值以后，机翼上的升力才能把飞机托起来。所以飞机的起飞和着陆都要滑跑。但是直升机可以不滑跑，它能够在原地起飞 ，也可以悬在空中不动。主要靠什么呢？主要靠它的升力面-旋翼。要发明直升机，首先要解决三个大的技术关键问题。第一个技术关键就要让它原地升空。第二个关键就是旋翼旋转以后产生升力了，但是空气对旋翼桨叶的阻力，要通过旋翼又传到机身上，会让机身反转。所谓反作用扭矩。第三个关键就是要可操纵。那么解决了这样三个方向的控制问题，直升机就发明了，就可以在人的控制下自由飞行了。

虽然能够飞了，到六十年代，直升机的声誉并不好。飞得慢，不如飞机快。振动大，嘈音强，难驾驶，而且出事故多。为什么会有这么多故障呢？主要是和直升机它的结构特点和飞行特点有关系。经过六十年的进步，这些主要的困难和障碍在很大的程度上得到克服了。使直升机就得到广泛地应用。咱们国家现在生产的直升机有直5直升机、直8直升机、直9直升机、直11直升机、还有小型的EC120。

最后我谈一点个人设想跟大家研究探讨一下。就是我们看两个直升机，一个是五十年代的“S-61”，一个是最新的欧洲的“EH-90”,猛一眼看过去，好像没有什么大的区别，为什么五十年不变？是不是搞直升机的人特别保守或者特别笨？我想是这么一个原因。就是发动机和减速器，它紧靠着旋翼，还有传动轴传到尾部，它把直升机的核心的部位给占领了，总要把减速器放到旋翼下边，而发动机紧靠着减速器，就直升机上最好的位置被它占了。那么直升机的形状也就决定了，就是像个大头蝌蚪一样。所以现在为什么直升机大部分都是这个样子呢？我想将来的出路能不能向这儿走，我设想了一架直升机，咱们把动力放到桨尖上去，喷气推动，然后在旋翼的桨叶上搞一个小的衿翼，用电来控制这个小翼来摆动。再装上一个小的机翼，在高速飞行的时候，机翼产生一定的升力替旋翼卸载，再在尾部装一个小的矢量推进装置。所以将来希望，如果能解决了智能材料来控制桨叶的桨距，能够解决了在离心力场里面稳定工作的推进器，把它装到桨叶尖部。这样的直升机应该是可以出现的。

《直升机》 （全文）

自一九零三年人类发明了飞机，已经整整一百年了。这一百年里发明了多种载人的飞行器。像在航空器里边有飞机、直升机、自转旋翼机、动力伞，还有倾转旋翼机等等。在航天器里边，有航天飞机、宇宙飞船 ，空间站等。但是直升机的发明比飞机晚了三十多年。第一架成功的直升机是在一九三六年首飞，到了四十年代初开始实际应用，到现在经过六十年的进步已经成为用途最广的飞行器。飞机和直升机都是飞行器 ，都可以载人载物飞行 ，但是它们的飞行原理、飞行特点和操纵方式是不同的。

大家知道机翼要产生升力，必须机翼和空气要有相对运动，或者说要有相对速度，而且升力的大小是和速度的平方成正比的。所以飞机机翼作为飞机的主升力面，要产生升力必须要有风 ，或者相对速度吹过机翼。那当然飞机就不能在原地起飞，必须在跑道上滑跑，通过滑跑加速，使速度达到一定值以后，机翼上的升力才能把飞机托起来。所以飞机的起飞和着陆都要滑跑。但是直升机可以不滑跑，它能够在原地起飞 ，也可以悬在空中不动。主要靠什么呢？主要靠它的升力面-旋翼。机体虽然不动，但是旋翼旋转起来以后，桨叶上就有了相对气流速度，这个速度使桨叶产生升力，就把直升机拉起来了。那么这个原理大家都看得清楚，有两个例子我们可以举一下。一个，飞机就像我们放风筝，放风筝必须有风，如果没有风，那我们就拉着风筝跑，这就有了相对风，等升到空中以后，空中有风了，那么风筝就可以飘在上面。像直升机，它虽然机体不跑，但旋翼旋转等于在桨叶上产生了相对风 。

其实人类要想飞起来，最早想到的不是滑跑起飞。人没那么聪明，没有想到通过滑跑来加速起飞，是想到要原地垂直起飞的。像咱们中国早期的童话《西游记》，哪吒脚踩的风火轮，那是垂直起落的飞行器。像阿拉伯童话里面的阿拉伯的飞毡，希腊神话里面的希腊神的战车都是原地起飞的。但这个都是神话而已 ，要真正实现原地起飞，人们经过了长期的艰苦的努力，冒了很大的风险。比如说中国明朝的一位万户，他把火箭绑在椅子上，然后扎上个大风筝，让火箭的推力把他推到空中去垂直起飞，当然也失败了。后来国外也是，很多人经过艰苦努力，冒险进行实验，失败了非常多。所以为什么直升机比飞机要晚成功三十多年。要发明直升机，首先要解决三个大的技术关键问题。第一个技术关键就要让它原地升空。世界公认在原地产生升力，作为直升机旋翼的雏形就是竹蜻蜓。竹蜻蜓在中国至少有一千四百多年的历史，后来传到世界各地，许多地方都有。我这儿有一个竹蜻蜓，这就是旋翼原理的雏形。可能你们小时候都玩过，它可以原地起飞，不需要滑跑。那么人们受到这个启发就利用竹蜻蜓的原理，设计制造了旋翼，实现了垂直起飞，这是解决的第一个关键；第二个关键就是旋翼旋转以后产生升力了，但是空气对旋翼桨叶的阻力，要通过旋翼又传到机身上，会让机身反转。所谓反作用扭矩。这个就像我们划船，我们拿着桨去拨水，往后拨水，水给桨一个反作用推力，通过人的手和身体传给船，那么船就往前走，这就是作用力和反作用力。那么发动机让旋翼旋转，空气要阻止旋转，这个阻止力矩通过桨叶传给发动机，再传到机身，于是机身就要对旋叶反转。那么机身要反转起来，这个飞行器我们就没法用了。所以要发明直升机，要解决不让机身转动。早期人们想的办法就是用多个旋翼，最早想的是多旋翼、双旋翼或者是四旋翼。像左边那个图是上下两个旋翼反转，这叫共轴双旋翼式，它们的反扭矩彼此平衡了，不要传到机身上去。左边中间这个叫横列式双旋翼，把两个旋翼设计在机身的左右两边，它们也是反转。在下面这个叫交叉双旋翼式，两个旋翼都是交叉的。右边下面这个叫纵列双旋翼式，两副旋翼，同速，反向旋转，它们的反扭矩彼此平衡，所以可以保持机身就不转了。这个办法呢，特别是在早期，用两个或者四个旋翼是非常复杂的，振动得几乎没有办法飞行。后来在一九三九年，美国的西科斯基这个公认的直升机界的鼻祖和权威，他就发明了单旋翼式直升机，就是左上角这个。他在直升机的尾部加了一个垂直安装的旋翼，实际上我们叫它尾桨。它指向侧面的拉力对重心就有一个力矩，这个力矩来平衡旋翼旋转的反扭矩。所以现在世界上百分之九十五以上的直升机，是这种单旋翼带尾桨式的。第三个关键就是要可操纵。其实在一九零七年法国人，一个叫布雷盖蒂，一个叫卡努都已经实现了垂直起飞。它们的旋翼可以拉着机身垂直飞起来。但是不能操纵，不能控制。又经过了三十多年的努力，在德国首先成功地发明了直升机，就是德国的福克在一九三六年完成了直升机的发明，就是他实现了可控飞行。

那么解决了这样三个方向的控制问题，直升机就发明了，就可以在人的控制下自由飞行了。虽然能够飞了，到三十年代、四十年代、一直到五十年代，甚至六十年代，直升机的声誉并不好。飞得慢，不如飞机快。振动大，嘈音强，难驾驶，而且出事故多。为什么会有这么多故障呢？主要是和直升机它的结构特点和飞行特点有关系。我们举个例子，现在一般直升机旋翼的旋转桨尖速度大约是每秒二百米左右，相当于每小时七百二十公里。如果直升机以三百公里的时速往前飞，那么往前转的桨叶那就是七百多公里加上三百公里速度，就是一千多公里了。往后转的桨叶就是四百来公里速度了。所以桨叶每转一圈，它的迎面气流速度，就是从四百多到一千多，然后到四百多这么转。那么既然气流速度这么变化，它的空气动力的变化，这就带来直升机旋翼上始终是处在交变载荷作用下。就由于这些原因，直升机的飞行特点和结构特点造成了振动大，容易疲劳，噪声强。另外还有飞行速度问题。为什么直升机速度大不了，就是三百公里的时速时，前进桨叶已经超过了一千公里的速度，如果飞得更快，前行桨叶会达到音速，而后行桨叶速度更慢。因为它是两个速度之差，所以这两个原因，旋转的旋翼限制了直升机的速度，不可能很大，这就是它的根本原因。

但是经过六十年的进步，这些主要的困难和障碍在很大的程度上得到克服了。由于有了这么巨大的进步，使直升机就得到广泛地应用。它的优越性就显示出来了。我想它的优越性有两条是不可比的。一条，不要机场。它是飞行器，但是不要机场，任何地方它可以起飞，可以着陆，可以悬在空中不动，地面是个烂泥潭它可以离地半米悬停，轮子不接地，人可以照样上下，这是和飞机比。和各种车辆比，它不要道路，没有路的地方它都可以去。特别是发生泥石流的地方，闹水灾的地方，发生地震的地方，其他东西都去不了。像前一段发生泥石流老百姓困在山上没吃的，那么咱们武警战士一人扛上两箱方便面跋山涉水去往那运。结果老百姓在那儿挨饿，咱们如果派两架直升机运它几百箱方便面，这不是很容易的事吗？所以有了这两个大的优点，直升机就得到广泛地应用。

我们看几个用处，一个是救生。直升机开始最大的用处就是救生。像从海上救落水的人，发大水的时候从水里救人，失火的时候从楼顶上救人，那么在山区，交通不便的地方救伤员，或者是病员，这个是用的最普遍的。第二个是运输，客机，大城市内部和城市到机场之间的运输。最突出的是海上钻井平台的人员换班和物资供应。特别是有风浪大的时候，小船上不去，大船不敢靠，一靠，怕撞坏了，而直升机是最好的办法。所以所有的石油钻井平台上，都有直升机起降平台。另外直升机，像吊装电缆塔架，还有吊装任何东西。公安，现在我们有几个城市已经有了公安的直升机了，可以交通巡查，可以追捕逃犯，海上缉私，还有灭火。至于直升机所能参与的特种作业，那就更多了。右上角这个就是咱们中央电视台的直十一直升机。可以调运，调装，石油和煤气管道的巡查，航拍，新闻，还有现在我们国家有一些大公司，可能是为了宣传的需要，买了自己的公司的专机。将来我们个人像有小轿车一样，还有个人的专机。在军事上，今年春天，美英联军在伊拉克，打了四十三天的仗，出动了一千一百多架直升机，其中攻击直升机四百架，运输机七百多架，这些图，就是美国人所动用的直升机。

下面一个短片是记录美国在伊拉克，直升机怎么用的。这个是伊拉克的前总统萨达姆在备战。美国人首先是出动了大量的武装直升机，这个是他的AH1W超眼镜蛇，它上面装备了导弹，火箭和机炮来攻击地面的目标，包括地面的工事、雷达站、车辆和地面的步兵，这是发射导弹打击伊拉克的坦克，这个是AH64阿帕奇直升机，这是美国的主战直升机，在进攻巴格达的时候，他结集了一百五十架阿帕奇，但是也没有用上，因为共和国卫队没有抵抗。阿帕奇直升机的火力是非常强的，它带的有机炮，也有导弹也有火箭，这是他用机炮来射击，攻击地面的步兵和地面的工事。这是发射火箭，这是发射导弹。

第二种用处是运机动兵力。在战争初期的时候，它紧急出动直升机占领了伊拉克西部的两个机场，切断了和叙利亚的联系。另外从海上攻占法奥半岛的时候，它没有攻击滩头阵地，他把军队直接运到后方，垂直登陆占领了法奥半岛。

第三个用处是侦察。这是它的OH58，勇士基澳瓦，桅杆上面装的是一个侦查器，包括红外的，电视的雷达。它把战场上的情况，实时地传输给指挥机关和地面部队。这种是AH64D叫长弓阿帕奇，它旋翼上面装的是长弓雷达，它用雷达探索到目标以后，因为它带了武装，它可以直接进行攻击，它经常是做贴地飞行，飞到树梢高度。

第四种用途就是后勤保障。地面部队往前推进的时候，它后面建立了几百公里长的后方补给线，叫空中走廊，对地面部队进行伴随补给。这是黑鹰补给机队，所以它不需要占领道路，它用空中补给。还有CH46，海上勇士直升机，把它的伤病员运到海上去，运到海上救护船上去。

上面介绍的是直升机的使用情况，下面看一下咱们国家的直升机。这是直五。从一九五六年开始试制，五八年开始首飞。从五八年开始出飞机，生产了二十年，到一九七九年停产，总共生产了五百四十五架。这种直升机起飞重量是七吨二五，平飞速度是二百一十公里/小时，航程到五百二十公里，这算是第一代的早期的直升机。现在我们国家正在生产一种叫直8的直升机，是一九八二年首飞，九四年定型。这是我们国家现在生产的最大的直升机，起飞重量12吨以上，外面可以外挂五吨的重物来吊挂飞行。它的航程可以达到八百公里，这架直升机是水上机，可以在水面起落，也可以在舰艇上起落，现在也有陆军型了。这种是我们国家正在生产的直9直升机，是上世纪八十年代从法国引进的海豚生产专利，设计比较先进，就刚才我讲到，它的空机重量只占起飞重量的一半，它起飞重量到四吨一，它自身的重量只有两吨零五十，差着一半，它的速度比较高，可以达到时速三百零六公里，航程也可以到八百六十公里，咱们的驻港部队就是用的这种直升机。现在这种直升机有军用、民用，有好多种型号。这也是我们国家正在生产的直11直升机，是九四年首飞，二零零零年定型，今年又取得了民用的适航证，是军民两用。这是轻型的，起飞重量二吨二，五座，升限到五千二百一十米，航程六百公里，这也是我们陆航装备的主要机种之一 。这种是小型的EC120，是法国牵头和中国、新加坡合作研制生产的，最大起飞重量是1吨7，它的空机重量是890，所以也是一半。速度是每小时230公里，航程也是到700多公里，这是很先进的一种直升机，目前我们是生产直升机的一部分，还没有出整机，整机还在法国出，将来不久我们国家也会出整机的。这些是我们现在正在生产的我们国家的直升机。这几种是我们国家研制过，飞行过的几种直升机。这个叫延安二号直升机，是1975年完成了试飞。这架是直六直升机，这是大的，起飞重量是8.1吨，在1976年完成了试飞。这个是701直升机，也是一吨二，双座的。这个就是蜜蜂16是单座的，下面这两架都飞过。

现在我们国家正在研制先进的直升机。那么大家知道了直升机的飞行原理，它的应用和我们国家的情况，但是现在我们感觉科技发展无止境，直升机还有许多令人不满意的地方。从用户要求来看，这几个方面需要大力发展和改善。第一就是要改善它的可靠性和耐久性。这是相对于飞机而言的，因为刚才我讲到它的结构和飞行的特点，容易产生故障，因为振动大，一直处在交变载荷下，使它的耐久性和可靠性还不能令人满意，寿命一般就是几千小时，故障率比飞机要高。第二方面驾驶和维护都比较复杂。因为它结构复杂。另外大家可以想像，一个旋翼旋转把一个飞机挂在空中，它是稳定的吗？它本质上是不稳定飞行器，要想让它稳定的悬住，驾驶起来就比较难。就像杂技演员耍盘子，他用一个杆能把一个盘子耍住，但是那要训练的，驾驶直升机悬停是比较难的一个动作。第三方面就是性能。现在的直升机虽然速度记录已经超过了400公里的时速，比起飞机来讲还是低一些，当然比汽车要高一两倍了，因为速度低那么航程也就要小，飞得慢也就飞得近一些。另外因为直升机有各种各样的用途，所以对它的专用性能要求就很苛刻。譬如有的直升机要它做空中起重机用，它把很大的电缆塔，它要吊起来运到深山里面，放到山顶上，底下和地角螺钉对起来，把螺丝拧上。所以要求悬停和操纵非常精确。有的像军用机、它空战得有大的机动性。那么各种不同的用处有对它的各种不同的特殊的要求。第四个方面，就是要减小振动，要降低噪声。振动大家很容易理解，噪声这个事情现在来讲对直升机是一个难题。搞气动的，搞结构的，都在认真研究。因为旋翼是一个很大的旋转体，尾桨又在旋转，发动机又在发出噪声，在很远就听到了，这叫环境的噪声污染。在座舱里面，顶上有一个很大的齿轮箱----减速器，又有发动机，人座在里面，在减速器和发动机的下面，如果这个直升机再是个金属壳子，就像把你放在一个铁桶里面，在外面敲铁桶，这个噪声是很严重。当然在想各种办法在降噪，在隔音。但是仍然比不上座客机那么舒服。

总而言之，从使用角度来看这些方面是存在缺点，还要再不断地改进，才能够使它更好用，更经济，就走向普及。从技术方面来讲，我就不多说了，大家可以知道，重点的改进是这样几个方面；一个是旋翼，旋翼是直升机的核心，在气动上怎么样优化使它气动效率更高，在结构上怎么更简单。譬如说桨毂，从几百零件，简化到几十个零件，简化到十几个零件。如果再搞成，比如说两个零件，桨毂是一个，往轴上一套，桨叶是一个，往轴上一对，不要维护检查就更方便了。第二个方面就是复合材料和智能结构的采用。现在所有的飞行器、航空器里面，直升机用的复合材料是用得最多的，有的直升机结构重量的70％已经是复合材料，旋翼、尾桨现在都是复合材料，飞机还没有达到这个程度。因为直升机太需要耐疲劳，减振、降噪了，而且有些特殊要求。比如说直升机在海上用，盐雾、霉菌、湿热对它的腐蚀一般金属是抗不住的，而复合材料是抗得住。所以复合材料在直升机上的用处现在发展很快。智能结构能够自动适应你的要求，根据载荷，根据空中飞行状态自动调整它的形态，这个在旋翼上更发挥它的作用。第三方面就是电子技术。电子信息技术，综合管理技术，特别是智能化自主飞行控制。我在设想，直升机驾驶不是很困难吗？如果靠自主的智能化控制，将来直升机的驾驶就变成按开关，那么按一个开关“悬停”它就起来了，再按一个开关“前飞”它就往前走。这样就像我们以前用的照相机，开始要对焦距，调光圈很难照得好，现在傻瓜相机人人都会用，那么将来直升机也变成傻瓜直升机，咱不就是人人都会开了吗。当然为了实现这些技术，像大家所学的设计、试验、制造的新技术、新工艺、新材料也必须相应的发展，才可能实现前面说的技术上的飞跃。这个就是总的讲发展的趋势和新技术。

最后我谈一点个人设想跟大家研究探讨一下。大家看这四个图，下面两个图是飞机。左边这个是我们国家五十年代就开始应用的“轰五”，右边这个是现在美国的“B-2”，这两种飞机的差别，五十年的差别，完全是不同的。但是上面看两个直升机，一个是五十年代的“S-61”，一个是最新的欧洲的“EH-90”,猛一眼看过去，好像没有什么大的区别，为什么五十年不变？是不是搞直升机的人特别保守或者特别笨？大家看，我想是这么一个原因。左边这个图，把直升机的动力装置，就是发动机和减速器，它紧靠着旋翼，还有传动轴传到尾部，它把直升机的核心的部位给占领了，总要把减速器放到旋翼下边，而发动机紧靠着减速器，就直升机上最好的位置被它占了。就是操纵和动力部分把位置一占，那么直升机的形状也就决定了，就是像个大头蝌蚪一样。所以现在为什么直升机大部分都是这个样子呢？这个样子显然阻力会比较大，旋翼对机身的气动干扰，互相影响也比较大。我想将来的出路能不能向这儿走，我设想了一架直升机，咱们把动力放到桨尖上去。这不是我发明的，这个五十年代就有喷气直升机试验过，都没有成功，这样的话机身里面就没有发动机也没有减速器，动力在桨尖上，喷气推动，问题是只要大家能研究出在离心力场里面能够稳定工作的小型的推进器，就解决了。所以把直升机上最好的位置就腾出来了。

第二个是操纵，我们不要什么拉杆、摇臂操纵，电传操纵不是已经在使用了吗？在旋翼的桨叶上搞一个小的衿翼，用电来控制这个小翼来摆动，用这个小翼的变化来改变桨叶的桨距，改变安装角。那么座舱里面只要驾驶员拧动开关，相当于操纵电位器一样，输入一些操纵信号，计算机会指挥桨叶上的那些操纵衿翼。这样就把直升机的操纵机构、动力装置都集中在旋翼上，我就叫它集成旋翼。这样机身里面就可以自由的安排，就可以像现在的飞机一样，我们就用飞机的机身，这样把旋翼装到飞机的机身上就可以了。那么再装上一个小的机翼，在高速飞行的时候，机翼产生一定的升力替旋翼卸载，那么可以增大飞行速度，在尾部装一个小的矢量推进装置。因为悬停的时候你怎么转弯呢？靠尾部这个小的矢量推进装置让它转弯。因为动力已经在桨尖上了，没有反扭矩传到机身上，就不需要大的平衡反扭的东西，所以将来希望，如果能解决了智能材料来控制桨叶的桨距，能够解决了在离心力场里面稳定工作的推进器，把它装到桨叶尖部。这样的直升机应该是可以出现的。

问：我看见一个报道好像最近美国的一种飞机，那种飞机就是固定翼飞机和直升机的结合的一种飞机，说那种飞机是充分地利用了直升机在垂直起降和悬停方面的优势，然后又可以达到比较大平飞速度。

你很关心现在航空的发展动向。美国已经制造成功了V-22，叫倾转旋翼飞行器。它有直升机和飞机的优点，当然也有直升机和飞机的缺点。它在起飞和悬停的时候，螺旋桨是旋翼式的。在机翼两边各带一台发动机，带着旋翼这样，可以垂直离地。转入前飞的时候，旋翼和发动机慢慢往前转，转平过来，这样往前飞就相当于一个双发的螺旋桨飞机。这个设想是很好的，而且人们很早就希望把飞机和直升机的优点结合起来，但是试过很多种方案，真正成功的到目前为止就这一种，当然还有很多种正在试验或者研究中。这样它有直升机的优点可以垂直起飞，垂直着陆，可以在军舰的甲板上着陆。另外可以空中悬停。但是它的缺点，和直升机比缺点呢，一个它经济性不好，因为它转了做螺旋桨用，所以旋翼就不可能很大。为什么直升机要大旋翼呢？旋翼直径越大，它吸入和排出的空气量越大，因此要给空气加速所消耗的能量就可以小，就是可以花费比较小的功率来得到比较大的升力。所以现在一般直升机，差不多是一匹马力能得到4、5公斤的升力，而飞机螺旋桨因为它都比较小，所以一般是一匹马力也就是得到一公斤的升力，那么倾转旋翼的飞行器，是介于飞机螺旋桨和旋翼之间。所以它的经济性也是介于二者之间。它不像旋翼经济性这么好，这是和直升机比，它有它的缺点。第二个缺点就是因为它螺旋桨直径小，它要产生足够的升力，当然一个消耗功率大，另外它往下排出的空气速度很大，我们叫螺旋桨的滑流。如果你要想当客机用，上机、下机或者装货物有诸多不便，直升机旋翼下面的风已经够大，“倾转旋翼”下面的风更大，这也是使用上不是太方便之处。（来源：cctv-10《百家讲坛》栏目）

植物是如何登陆的 -王怿

主讲人简介

王怿，中国科学院南京地质古生物研究所研究员。本科毕业于南京大学地质系，后考上南京古生物研究所，博士毕业。后留所工作，一直从事古植物的演化及其发展的研究工作。

内容简介

我今天讲的内容是《植物是如何登陆的》。们从现在的植被上就可以很清楚地看到就是说现在海洋中有很多生物，类型也比较多，但是在现在陆地上植物的类型也是比较多的。那么植物占领不同的生态域，有的在高山上，有的在河流里面，这个植物是非常繁盛的，但是在地球的历史中，这个植物是如何占领陆地是非常重要的，为什么说它重要呢？这主要是要考虑到只有植物登陆以后，它在陆地上生存下来，占领陆地这么广大的空间，那么才能为动物登陆提供一些条件。植物怎样从水生的藻类发展到最后占领整个陆地的不同生态域，并且形成森林这么一个过程。我们回顾地球的演化历史，地球已经发展到今天，有45亿到46亿年。在距今六亿年左右，地球上的生物主要是以海洋生物为主，在水中生活着大量的藻类，植物在陆地上生存，它要具备三个基本条件：一、具有维管组织，这样植物才能直立，在地球上生存。 二、防止和调节水分蒸发以及光合作用的条件。三、繁衍后代的能力。

有了这三个条件以后，植物登陆也就有了一个基础。然后植物逐渐离开水体，登上陆地。也就是说植物登陆的过程是一个从水生；到半水生到占领近水的这么一个陆地环境；到占领可以远离水；到最后占领不同的生态环境，最后完成登陆的这个过程。

我们可以看出来植物占领陆地，它是经历了一个漫长而又艰巨的过程。那么通过不断地演化和发展，形成了我们今天比较丰富的植被。我们今天的人类是非常幸福的，我们可以使用地球上的这些植被资源，但是我们要充分认识到这些植被资源是非常宝贵的。我想的话，我们要保护植被，保护植被的目的就是为了我们人类的自身生存，为了维持一个良好的陆地生活环境。

《植物是如何登陆的》（全文）

我今天讲的内容是《植物是如何登陆的》，我们从现在的植被上就可以很清楚地看到，就是说现在海洋中有很多生物，类型也比较多，但是在现在陆地上植物的类型也是比较多的。那么植物占领不同的生态域，有的在高山上，有的在河流里面，这个植物是非常繁盛的。但是在地球的历史中，这个植物是如何占领陆地是非常重要的。为什么说它重要呢？这主要是要考虑到只有植物登陆以后，它在陆地上生存下来，占领陆地这么广大的空间，那么才能为动物登陆提供一些条件。这些条件包括提供它的食物，以及它的生活空间。那么当然了，在后来的演化中动物经过不断地发展，形成了像恐龙、鸟类以及直至到我们今天的人类。

今天我要讲的就是植物是如何登陆，它是怎样一个登陆过程？那么具体地说就是植物怎样从水生的藻类发展到最后占领整个陆地的不同生态域，并且形成森林这么一个过程。我们回顾地球的演化历史，地球已经发展到今天，有45亿到46亿年。在距今六亿年左右，地球上的生物主要是以海洋生物为主，在水中生活着大量的藻类，要讲植物是如何登陆的，这么一个主题的话，我们首先要讲一讲植物在陆地上生存，它要具备什么样的条件？它才能在陆地上生存下去，根据我们的研究，植物的生存基本上要具有三个基本条件。

那么首先我讲第一个，那么大家也看到的，植物无论是小草，或者是很大的树，它一般都是由地面向上生长的，那么这样就要有一个支持这个植物并且从地下运输水分和养分的这么一个组织，那么这个组织我们就称之为维管组织。只有具备了这个维管组织，植物才能直立上去在地球上生存。这种维管组织在植物的登陆中它占有了非常重要的地位，那么在不同的时期，它的疏导能力是比较弱的。随着它的发展，这种维管组织它的疏导能力是不断增加的，当然，我们可以想像一下，如果陆地上的植物没有这么一个支持和疏导的组织，那么就像我们海带一样，一旦离开了水它就瘫成一摊泥，这个陆地上的动物也就不能直立起来，因此说这个条件对于陆地上的植物是非常重要的。

第二个条件就是说防止和调节水分蒸发以及光合作用的这么一个条件，那么如果大家有兴趣的话，可以随便拿一块叶片可以在放大镜下仔细看，在叶子的表面有一层薄的膜，在膜上面有一些小白点，那么这些小白点，就代表了植物的一种小气孔。那么这个薄的膜就代表了植物的角质层，那么这个有什么作用呢？这个主要是防止植物的它的水分的蒸发，那么气孔主要是调剂也是一个植物的呼吸的这么一个结构。那么只有具备了这么一个结构，那么植物才能在陆地上，就是说它能够防止水分的蒸发，并且调剂自己的水分同时呼吸二氧化碳，同时通过植物体内部的叶绿素进行光合作用为植物提供自身的能量。那么如果这个植物它没有这个角质层，也没有这种气孔的话，那么一旦这个植物暴露在空气中，在烈日阳光的照射下，可想而知这个植物很快就枯萎了，那么它也不可能在陆地上长期的生存下来。

植物在陆地上生存下来的第三个必备的条件也是非常重要的一个条件，也就是繁衍后代的这么一个能力。当然我们可以想像，如果一个生物它没有繁衍后代的能力的话，它要生存下来，也只能是昙花一现。那么也就是说自己一个人，下面就没有了，长期生存下去也是不可能的，那么植物在陆地上要生存下去，就必须要具有这种能力，具有这种能力。也就是说，它繁衍后代要脱离开水体。那么脱离开水体植物上来说，它要具备一种什么样的结构呢？从早期来说它要具备一种叫做三缝孢的这么一个繁殖后代的能力,通过这种三缝孢的萌发，那么形成一个植物体，那么当然这个三缝孢是保存在孢子囊里面的，这种孢子囊有的时候可以在植物的顶上着生，同时有的时候这个孢子囊可以相互聚合形成孢子囊穗。当然在后来的发展中，植物繁衍后代就变成种子了。那么到我们现在的被子植物以及大家吃的这种米饭这些种子它都是繁衍后代的一些东西。因此说这个繁衍后代的器官也是很重要的，但是对于植物登陆的早期，这种植物繁衍后代主要是靠三缝孢来完成的，只是在植物后期进一步繁盛发展的时候才出现了种子。

上面我讲了有关于植物登陆所要必须具备的三个基本条件，只有具备了这三个条件，那么植物才能在陆地上生存下去。在这里，我要首先讲植物登陆的这么一个过程的时候，我们首先要回顾一下地球的发展的历史：地球演化到今已经有45到46亿年这么一个历史时期，当然在距今六亿年的时候，在海洋中，出现了大量的藻类。当然随着今后的演化，形成了寒武纪生物的大爆发。那么在海洋中形成了很多的动物，那么同时也有些脊椎动物的出现，但是在地球的表面上除了海洋以外，当时已经出现陆地，那么生物它必须要占领陆地，就是随着生物的演化和变化，生物除了它并不满足于只在海洋这么一个环境中生存下去，因此说它要向广大的陆地上推进。那么就这样，从这个时候，就是从大约距今5.2亿年的时候，植物就开始了一个艰难的占领陆地的这么一个过程。这个过程主要是根据化石的研究，根据化石的研究，这么一个过程，简单的可以划分为三个基本阶段。

第一个基本阶段这个阶段是从距今5.2亿年开始，这个时期也是植物已经可以在陆地上生存了。那么主要的化石证据是来自于一种比较细小的微体化石，那么这个时候出现了一些植物，就是可以在陆地上生存的两栖植物，那么称之为似苔藓植物。这个时间是延续了一个很长的时间，大约延续了一亿年，在距今大约4.2亿年左右的时间，那么植物进入了第二个阶段，这个叫早期植物化石阶段。那么这个时候的植物，已经具备了在陆地上生存的这个能力。但是植物比较简单，它并不能占领所有的陆地的生态域，它只能在水边生活。在距今大约4亿年左右的时候，植物进入一个大发展的阶段，那么这个阶段也就是植物最终完成登陆的一个阶段，那么这个阶段植物的类型也很多了。那么植物的生存可以完全脱离水体，同时占领地球的不同生态域，并且在最后，在地球上形成了森林。

下面我就具体的讲一下这三个阶段植物的一个变化的一个过程，首先就是第一个阶段，那么这个阶段它主要的是，我们刚才所讲的，就是说地球上生活的一种，这种似苔藓植物。这种植物它相对来说，我们到现在为止我们还不太清楚这个植物它究竟是什么样子，那么它的大小是什么？那么根据我们研究者的推测，这个时候的植物是非常小的，只有针这么大小，那么因此说在化石中是比较难以识别的，而推断它是这种似苔藓植物的主要的证据是来自一种微体化石，我们简称为隐孢子。那么这种化石它主要是保存在岩石中，对植物体的某一个部分，那么把这个岩石取回来，在实验室中通过化学的处理，把这种植物体的部分从岩石中提取出来，然后进行观察，但这个植物体化石是很小，它是在0.2个毫米以下，我们肉眼是看不到的，那么只有通过显微镜，甚至用电子显微镜来进行观察。那么通常主要的有两种类型，一种类型是一种四分体，一种类型是一个两分体，那么这些四分体和两分体它是早期陆生植物的这种指示性化石。那么它们的出现，就代表了陆地上可能生存有植物，那么这种植物跟苔藓植物具有很大的相似性，在晚二陶纪这类植物的范围是非常广的，可以从赤道到寒冷的地区。那么在我们国家新疆也发现了，因为从古地理的研究来说，我们国家的新疆，就是当时所处的古地理位置应该在赤道的附近，因此说这个植物是的确时间很长的，那么这类植物它的生存的一种环境，是一种潮湿的，但是离开水体也不能太远的一种植物。

当然，似苔藓植物言下之意就是跟苔藓植物非常相似，那么现在我们都知道的，苔藓植物是一种就是说两栖性的植物，它的生活并不能离开水体，它不能完全离开水体，它是一种又可以水生又可以陆生的。那么我刚才也讲了这种似苔藓植物我们没有化石证据，而真正的我们这种苔藓植物的化石证据是从什么时候开始的呢？那么从目前世界上的资料上分析，最早的苔藓植物的化石发现在晚泥盆世，那么这种苔藓植物也不是靠我们肉眼所看到的标本，能看到的，它也是通过化学分析从岩石中分析出来的。那么通过研究，从它的细胞的形态以及细胞的分布，以及它的整个形态特征上来说，认为它是一种苔藓植物。那么这样就有个问题了，苔藓植物的化石，发现在晚泥盆世，大约在距今3.5到3.6亿年这么一个时间范围之内，而最早的似苔藓植物的微体化石证据是来自于5.2亿年。那么这中间差了很长的一段时间，这中间只有微体化石的证据，并没有大化石的证据，因此说全世界包括中国的古植物学者都在为这个问题的最终解决，在不断地努力，希望能够尽早能够及时在植物占领陆地这个最早期这个阶段，它的植物的、它的形态特征，它的植物学特征，为最终这个问题的解决做出不懈的努力。

在这之后，植物占领陆地的过程，进入了第二个阶段，这个阶段植物发生了一个质的飞跃，那么就是说这个时候它的植物已经完全可以在陆地上生存下来。它不需要依赖水，当然这个时候的植物离开水体并不是很远的，也不能完全离开水体。那么导致植物这个质的飞跃，你像过去这种似苔藓植物，生存了一亿年，那么在4.3亿年，或者4.2亿年的时候，出现了可以陆地上生存的这么个植物，那么是什么因素导致了这次质的飞跃呢？根据地质学的研究，在距今4.4亿年的时候，地球上形成了一次很大的冰期，就是4.4亿年左右，在地球的古南极形成了一个很大的冰盖。那么这个冰盖形成的范围也很广，像我们国家的华南地区也遭到了它的波及，那么它所造成的一个，就是由于冰盖的形成，使海洋的海平面下降了，有人认为五十米，有人认为一百米，那么这种海平面的下降，可想而知，海洋的面积的减少，那么陆地面积必然就增大。那么当时海洋中生活的生物，那么在这种海洋面积减少的情况下，那么它势必就要往另外一个空间发展，那么这样也促使了这种海洋的像藻类植物，开始往陆地上前进。但是由于当时冰盖的形成，气候又比较冷，而植物对气候是比较敏感的。

因此说，在冰期之前并没有出现陆地上可以真正生存的植物，当然，在这个冰期以后，冰期逐步地开始消融。冰期消融以后，海平面自然就要上升，陆地面积也要减少，那么这个阶段尽管气候回暖了，但是它还并不能适应陆地植物的生存。但是随着这次冰期的消融，而地壳运动是在不断地变化，这个南极冰川消融以后，当时经历了一个过程，就是说地球地壳不断地升降，比较快的这么一个过程。就是陆地它不断地扩张，海洋也不断地收缩这么一个交替过程，一会儿，我们讲的这个一会儿是地质历史上的一会儿，有一定的时间范围。那么这个一会儿，这块地方它的海平面下降了，它变成了陆地，但是过了一段时间，海平面又上升了，它又变成了海洋。因此这种海陆的变化，那么也导致了这种水生的植物开始逐步地，它要适应这种变化的环境，爬上了陆地。因此结果就导致在距今大约4.3亿年前，出现了目前世界上已知最早的陆生的维管植物。非常幸运，这个最早的陆生维管植物，到目前为止它是最早的记录，那么主要它是只发现在我们国家的贵州凤冈。那么这个植物是非常有趣的，它的植物的中间有很好的这种维管组织。它由不同的管状细胞所组成，那么这个维管组织就很好地支持了这个植物，那么也就认为它是陆生植物的一个重要的理由，因为它有这个维管组织，因此这个植物可以直立，在陆地上生长。而在海洋中，它不需要这个结构，它要水体来支持植物。从这个植物的形态来说，它的整个枝就呈一种羽毛状的排列，就是羽状排列，那么这个跟藻类又很像。那么这个植物通过我们的研究，认为这种植物它具有陆地的生态能力，就是说它是一种陆地上生长的植物，但是它又没有从形态上跟藻类是十分相像的，因此说它是一种从藻类到陆生植物中间的一种类型，它是陆生植物的一个演化的旁支。而这类植物它生存时间很短，它是陆地植物的一个先驱者，但是它并没有延续下去，而是它并不代表陆生植物的原始的类型，在今后的发展过程中，这个植物很快就消亡了。那么取而代之的，是一些可以在陆地上生存的形态比较简单的一些植物。

那么这就是说，形态比较简单的这些植物的话，一般来说，国际上大家公认的，主要有一大类植物叫顶囊蕨植物。这种植物从结构上来说是非常简单，大家也看到的，就是一个枝条，它简单地分叉几次，然后顶上就剩一个圆球，孢子囊。里面有三缝孢，同时这个植物它没有叶子。那么它的枝条的表面，它就有这种角质层，就有这种气孔，另外这种枝条的里面有支持这个植物的维管组织。因此说，这种非常简单，个体也十分小的这种植物，它是一种早期陆生植物的一个代表分子。那么这个代表分子，它当时有一定的分布范围，它主要分布于北半球。那么在这个时候，南半球，同样也存在着一类到目前为止发现的一类重要的植物，这种植物叫做巴兰德木。那么这个植物它的形态结构相对比较复杂，跟我们所说的这个顶囊蕨，它属于不同的类型，那么这个植物它跟我们现在蕨类里面的，像那种石松，就是过去很小的石松十分像。上面有些很小的叶子，呈螺旋一样地排列，那么这个植物它当时主要分布在地球的南半球，它是南半球植物的主要代表分子。因此说当时在距今大约4.2亿年前的时候，在地球的表面上植物已经有了一定的分区。那么造成植物这种南半球和北半球分区，主要的原因是跟它的气候有一定的关系。

当然，我们要说的另外一个问题，尽管地球上当时主要是有南半球和北半球，这两大类，就是以植物为主以外，另外在它的赤道附近，分布了一些特殊的、形态结构比较发育一些植物类型。比如在加拿大北极圈，距今大约4.2亿年左右的时候，它的陆生植物是非常发育的。那么加拿大北极圈大家都知道现在是冰天雪地，那么这些化石主要是采集于一些埋在雪下的岩石之中。而当时在这个时候，就是说在距今4.2亿年的时候，根据古地理的研究，当时加拿大这个地区它属于地球的赤道附近。因此也可以看到，通过这个也可以看出地球的板块是在不断地变化的，那么加拿大这个北极圈，这些陆生植物它的形态已经比较复杂了，出现了不同的类型。有些类型它的植物可以多次分叉的，顶上这有一个孢子囊的，这算一个圆的，这就称为孢子囊，那么跟顶囊蕨是十分相似的，但有所不同。

再举一个例子，就是我们国家新疆的，在我们国家新疆的准噶尔盆地西北缘，在距今大约4.15亿年左右的时候，也产有一些就是早期的陆生植物。那么这些陆生植物的类型是非常丰富的，它被认为是目前世界上已知保存最好的植物群。那么它的类型是非常多的，那么当时根据古地理研究，我们国家新疆的准噶尔，现在大家知道是气候比较干燥的，自然条件比较恶劣，但是当时它的气候条件是在古赤道的附近，因此说也可以看出来一些变化。那么这个植物群里面的类型是非常多的，那么有一种植物的类型，就是说它的植物它的茎杆，它分叉多次，在它的顶端是组成一些孢子囊的，那么这些植物的类型，这种植物的类型它代表了一种我们现代植物的最原始的类型。通过这种植物的类型呢，发育形成了我们现代的植被。当然在这个植物群里面，它的类型也是非常多的，那么这里我要重点向大家介绍的有一种植物，它上面有个孢子囊，孢子囊下面也是分叉的一个茎杆，但是在这个孢子囊上面长了很多刺，那么在这个植物的茎杆上也有很多刺。这个植物长刺，看起来这个结构是非常简单的，你比如现在玫瑰花这些东西，带刺的玫瑰，这都有刺，那么这个刺当时出现，它有什么用呢？那么从植物本身来说，这个刺增加了植物的表面的面积，那么可能增加光合作用，可以形成自己的能量。但是这种刺的增加，同时也使植物受光面积增加，那么对于它的本身的防止水分的蒸发，也不是很有利的，那么同时，要考虑到这种刺的出现，也是一个另外的一个重要原因，就是植物它有自我保护能力。就相当于你要在现代植物里面，你说要摘某个东西，如果表面有刺的话，你得想想用别的办法去摘它。当然这是不合法的，那么就说这种刺，当时出现的这种刺，它的目的，我想主要的目的是植物的一个自身保护功能。那么当时在陆地上会有什么东西吃它呢？那么根据这样，我们就认为当时地球上除了植物以外，已经出现了动物。当然这个方面我们通过研究也有化石证据，产自于英国志留纪时代里面的一种多足类的一些动物化石，它属于节肢动物的，跟昆虫比较相似的。那么这种动物当时已经在陆地上可以生存下来了，那么因此说新疆的这种植物表面带有刺，我想是跟最早期的昆虫是有关系的，植物已经有了自己保护自己的能力，那么也这也是一种植物跟动物在陆地协同演化的一个开始。

到这个时候为止，那么植物它基本上可以在陆地上生存下去了，进入下面一个阶段，就是说植物如何占领陆地的不同的生态环境，并且最终形成很茂盛的植被，也就是形成我们现在的森林，那么这个时期我们称为植物的发展时期。那么这个时期延续的时间大约有七千万年左右，那么这个主要的是从泥盆纪开始，在这个里面主要分为三个阶段，就是早泥盆纪、中泥盆纪和晚泥盆纪，那么这三个阶段所显示的植物，无论从大小，以及形态以及它的分布的范围，都有明显的变化。

那么首先我要讲的是，第一个就是早泥盆。这个时候它的陆地上的植物，已经在地球上广泛的分布了。那么这个时候的植物，它相对来说个体都比较小，都是沿着地面分布的，那么这个时候它也出现了很多类型，跟前面是不一样的。那么这些类型比如像现在一些植物的祖先类型，像裸蕨类、石松类、瑞尼蕨类，以及工蕨类，这些大部分类型，现在我们在地球上已经看不到了。它是现代植物的一些祖先类型，它当时已经绝灭了，但是这些类型通过今后的发展，形成了我们现在的蕨类植物，以及裸子植物、被子植物，这样一步一步地发展过来的。那么这些植物之间有很大的差异，当然也可以看出来当时的一些植物，它主要的表面都是光滑的，就是说它主要是由一些这种小枝组成的，但是在我们国家云南的“坡松冲组”中，发现了世界上最早的大型叶，以后的发展就是形成了我们现在可以看到的叶片，那么这种大型叶的形成对于植物进一步占领不同的生态域，并且最后森林的形成，是非常有意义的。那么这个植物当时在早泥盆世，这个植物它所显示的在世界各地上有很大的不同。

比如在英国它的早泥盆世的陆生植物，它显示的我们当时的植物，它基本上沿着离水不远的这么一个距离进行分布。而在远处的比如像山上以及斜坡上，植物就非常少。当时的植物个体也比较矮，当然英国的这个早泥盆世的特定的植物群，在世界上是非常有名的。因为它的化石主要产在燧石之中，那么经过了矿化作用，那么这个主要是与当时生态环境中有些火山，这些火山形成了一种热液流，对植物进行替换作用，最后使得植物的结构保存得非常好是有关系的。但是也可以看出来当时的植物它离水是不远的，尽管在陆地上生存，但是它不能离水非常远，我们国家云南的早泥盆世的植物也是非常发育的，那么这个时候的植物，也可以看出来，它尽管它分布的类型有很多不同的类型，有些植物它还没有完全离开水。它有一部分可以露在水上，就是说可以冒出水面，那么这一点，也可以说它在陆地上也可以生存。但是有些部分它还在水下，有些植物它就可以在陆地上生存了。那么这些陆地上生存的这些植物从个体上来说都很小，就跟我们现在小草一样，当然小草不属于这一类。就是说也在地面分布，同时它不可能离开水体，那么真正的早泥盆世，植物它是占领了陆地，但是占领了陆地的这种生态域是有限的。它当时并不能离开水体，因此说物必须要向前继续发展，占领更大的生态域，那么进入了第二个阶段，那么也就是我们地质上讲的中泥盆世这个阶段。

这个阶段陆生植物它就开始逐步地远离水体，那么这个时候植物它有很大的特征，就是现在我们蕨类植物的主要的原始类型，在这个时候已经出现了。那么同时在这个时候某些植物的个体已经很大了，像有一种在我们国家湖南发现的这一类植物，它的个体已经很大了。它的高度可以达到一到两米，当然在纽约，他们在中泥盆世也发现了一类植物，跟我们国家的有些不同，但是它的高度也能达到一到两米。那么在这种一到两米的这么一个植被高度上，同时也生存了不同高度的一些植物。因此说有些植物它的高度只在一到两米之间，那么形成了一个中间层次的植物，同时在当时的地面也有一部分低矮的植物，因此说在这个时候中泥盆世这些植物，从空间上来说，已经有一种层次上分别。

那么同时在中泥盆世最重要的一个特征就是它离开水，那么在这个景观图上我们可以看出来，植物它已经可以生存在不同的生态范围内，有些已经离开了水了，那么同时也可以看出来这个地方，就是像这些地区已经形成了一种就是比较原始的森林，那么当然不像现在森林一样，这些森林底下也有些低矮的这些植物，而这些植物并不像现在那样比较茂盛，但是它是非常简单的一个过程，那么这些是非常清楚的，当时，也可以看出来当时的一个植物，我们可以跟现在的一个植被进行比较的话，好像这些植物表面并没有很发育的叶子，那么因此当时的植物它并没有形成我们现在这种叶子，它主要的是靠枝条的，就是这种枝的多次分叉这样一个过程，那么因此说这个植物已经真正的占领陆地的生态系统，似乎还差了一点。

那么随着地质的演化，植物进入了晚泥盆世这个演化阶段，那么这个演化阶段它的陆生植物占领了不同的生态的环境，那么现在蕨类植物的不同的类型，也在这个时候出现了。那么这个里面比如像现在蕨类里面，它的石松类，个体都比较小。而这个时候它有一种石松类个体是很大的，它的高度可以达到十米左右。那么这些植物，它在某个地区一起生长形成了比较茂盛的森林，但是同时它不但有高达十米以上的，同时在地面的植被类型也不断地丰富、不断地发育。在这里我要讲的，当时我们在这之前所讲的这些植物，都是以蕨类植物为主，但是这个时候在地球的植物演化中出现了一个重要的类群，就是裸子植物，也可以称为全裸子植物。那么有一种全裸子植物称之为古羊齿，它的个体是非常大的，它的高度可以达到十几米，它的直径可以在一两米。那么在美国，可以在一个公园，美国的一个森林公园里面，保存了很好的古羊齿，那么它形成了陆地上最原始的，就是说当时形成了陆地上的森林。当然另外一个重要的就是裸子植物种子的发现，也是很重要的。像这类植物，它出现了种子，那么种子就预示着裸子植物的开始，因此当时晚泥盆世是一个植物界演化，从蕨类植物向裸子植物过渡的一个关键时期。而这个时候地球上所生存的，主要是以蕨类植物为主。

那么到这个时候为止，植物基本上完成了它登陆的一个过程，那么这个时候它的植物就可以占领不同的生态域。那么随着今后的演化形成更繁盛的植物群，那么总的来说植物占领陆地的这么一个历程，是从一个水生、到半水生、到占领近水的这么一个陆地环境、到占领可以远离水、到最后占领不同的生态环境，就是说包括山区这么一个生态的环境，这么一个过程。那么这个演化的过程，应该就是从距今5.2亿年到距今3.5亿年这么一个过程，那么这样就是植物完成了一个真正的它占领陆地这么一个旅程。

当然，随着在这今后的发展过程中，植物得到了进一步的发展，当时地球上的蕨类植物进一步繁盛，同时裸子植物也进一步加入，在距今3亿年之前形成了我们地球历史上最繁盛的植被。就是比我们现在的植被还要繁盛，那么给我们人类所带来的财富，当时由于植被的丰富形成了很厚的煤，像我们国家华北的煤，这样给我们人类今天能够使用的一种能源，就是煤。

最后要说的，就是说植物占领陆地它是经历了一个漫长而又艰巨的过程，那么通过这个不断地演化，形成了我们今天比较丰富的这么一个植被。我们今天人类是非常幸福的，我们可以使用地球上的这些植被资源，但是我们要充分认识到这些植被资源是非常宝贵的。我想的话，我们要保护植被，保护植被的目的就是为了我们人类的自身生存，为了维持一个良好的陆地生活环境，谢谢大家。

中国油气资源的二次创业 -刘光鼎

主讲人简介

中国科学院院士，刘光鼎先生，1952年毕业于北京大学物理系。他长期从事中国海洋大地构造和石油地质、地球物理研究。担任过地质矿产部、石油地质海洋地质局副局长，中国科学院地球物理研究所所长。

他先后发表了《海洋油气勘探与开发》、《东海地质与油气勘探》，以及论文80余篇。两次获得国家自然科学二等奖。1992年获中国科学院“竺可桢野外工作奖”。1993年获李四光科学荣誉奖。1997年获香港“何梁何利科学与技术进步奖”。同年获中国科学院技术进步特等奖。

他说：促成中国油气“二次创业”是他此生最大的心愿。

内容简介

石油是工业的血液，也是战略物资。一个国家要是没有石油，或者是石油紧缺，就是个非常危险的问题。实际上中国的原油已经进口到7000万吨，每年要拿出200亿美元，到国际市场上去把原油换回来，这是一个极大的问题。

温家宝副总理批示。“要重视油气资源战略勘察工作，争取在前新生代海相碳酸盐岩地层中，有新的突破”。这是一个非常重要的问题。

什么叫陆相？什么叫海相呢？我们过去都说中国是陆相生油，就是在海水从中国大陆退出去了以后，还剩了河流、湖泊，还有沼泽，在这些地方同样可以生油，这是中国在世界上的一个极大的贡献。海相就是在浅海里面、海洋的环境里面沉积下来的地层。地质上管它叫做海相，同样也可以生油。

在20世纪三、四十年代，全世界的石油都是在海相地层里找到的，1937年，就是咱们国家解放前，年产12万吨原油，就是靠玉门油矿。当时全世界认为，只有在海相地层里找，从没有人提陆相。中国油气第一次创业的成绩是巨大的，1960年人民日报头版头条，发表了一条消息，叫洋油的时代一去不复返了，我们自己的原油能够生产了，1959年开始，我们发现了大庆油田，年产5000万吨。1963年，又发现了胜利油田跟辽河油田，胜利油田产量最好的时候，达到了3300万吨；辽河油田达到2000万吨。等到20世纪六、七十年代，就有1亿吨的产量，等到20世纪80年代以来，中国的原油年产量已经达到了1.67亿吨，占世界第5位。

第一次创业就是陆相生油，给中国的石油天然气奠定了基础。总体上来讲，石油年产量是一直在增加的，但是我们的需求量也在增加，1993年进口原油3000万吨。等到2000年已经进口到7000万吨。预计2010年石油缺口要达1亿吨，而天然气缺口要有400亿立方米。

但是，另外一个情况是中国的石油跟天然气的资源潜力都很大，最新一次对石油的评价是总资源量达到了940亿吨，而我们现在只发现了22%，天然气总的资源量有38亿万立方米，现在仅仅探明了7%。海相残留盆地，是我们亟待要开拓的。但是这个问题难度相当高的，于是就提出来一个二次创业的问题。二次创业就是要在前新生代，就是在中生代、古生代，甚至于元古代地层里来找石油和天然气。

现在在塔里木我们可以在地层六、七千米的深度底下把石油找到，但是在海相地层里找油，还是没有突破。而第二次创业，就要勘探开发前新生代海相残留盆地。前新生代海相残留盆地，是我们21世纪中国油气勘探的新领域，也是我们重点工作的方向，现在已经开始取得了很多成绩，前途也是非常广阔的。这就是《中国油气资源的二次创业》已经来临，还需要大家共同努力。

全文

我今天来跟大家谈一谈中国的石油问题。石油大家都知道这是工业的血液也是战略物资，一个国家要是没有石油或者是石油紧缺，就是个非常危险的问题。实际上这件事情目前已经在中国发生了。 2001年2月下旬，在人民大会堂有一个报告，当时就讲到了中国的原油，已经进口到7000万吨，每年要拿出200个亿的美元，到国际市场上去把原油换回来，这是一个极大的问题。

我是2001年8月17号通过中国科协给中央写了一个建议，建议叫做《关于中国油气资源二次创业》，我8月17号写上去了，8月27号温家宝副总理就批了。他把这样子一个事情很明确地提出要重视油气资源战略勘察工作，争取在前新生代海相碳酸盐岩地层中有新的突破。这是一个非常重要的问题。

我在这儿要说一下，有几个术语，一个什么叫陆相？第二什么叫海相？我们过去都说中国是陆相生油，陆相生油的意思是什么呢？就是在海水从中国大陆退出去了以后，在中国大陆上还剩了河流、湖泊还有沼泽，在这些地方还可以生油，这是中国在世界上的一个极大的贡献。那什么叫海相地层呢？就是在浅海里面沉积下来的，在海洋的环境里面，沉积下来的地层，而这种地层是海相，地质上管它叫做海相，同样也可以生油。

在20世纪三、四十年代，全世界的石油都是在海相地层里找到的，所以中国石油界一位先驱者叫孙建初先生，他1937年从国外回来，他跑到了玉门，就是河西走廊去找油，他为什么要去到河西走廊去找油，就因为他认为河西走廊是一个山间盆地,两个山当间的一个盆地，这个盆地会有海相地层。他跑到那儿去，果然就在石油沟和白杨河里头看到了油苗，他就追踪这个油苗，追踪发现了玉门油矿。这也就是咱们国家解放前，年产12万吨原油，就是靠玉门油矿，就是孙建初先生的贡献，但是孙先生发现的石油，不是海相地层，而是陆相地层，是在老第三纪地层里拿到了石油。他从此不说了，再也不说了，不说什么，因为当时全世界认为，要想找到石油，要在海相地层里找到，从来没有人提陆相，结果他在陆相里找到了。当时就是潘钟祥，潘老先生，后来是北京地质学院石油系系主任，他在陕北工作、在四川工作，他就发现中国的湖泊、河流里头的沉积同样也可以生油。他就写文章，结果没有一个杂志给他发表，所以潘钟祥先生1941年他到美国去，在美国把这个文章发表了。他的文章就是论述陕北跟四川的陆相生油，就是说在海水退出了以后，剩下的湖泊、河流里面沉积下来的地层，同样也可以生油。所以我在这儿，我想说的就是孙建初先生跟潘钟祥先生对中国石油做了巨大的贡献，这是我们不应该忘记的。等到全国解放了以后，大规模地开展了油气的勘探，这个时候李四光、黄汲清先生，就应用潘钟祥先生首先提出来的陆相生油的理论来推动了我们全国的油气勘探工作，而且也取得了巨大的成绩。我说中国油气第一次创业的成绩是巨大的。我记得1960年，人民日报头版头条发表了一条消息叫“洋油的时代一去不复返了”，当时我们看了以后真是热血沸腾，确实欢欣鼓舞。因为过去用的石油都是从外国买进来的，而我们自己的原油能够生产了，能够满足国家需要了，这是一个极大的事情。这里面主要是因为什么呢？从1959年开始，我们发现了大庆，因为1949年全国解放，10年我们在大庆的时候，建国10年的时候，在东北松辽平原发现了大庆油田，大庆油田后来发展到年产5000万吨，而且是稳产、高产5000万吨。后来接着1963年，又发现了胜利油田跟辽河油田，胜利油田它的产量可以达到每年3000万吨，最好的时候达到了3300万吨，辽河油田可以达到2000万吨。等到20世纪六、七十年代，咱们东部这些油田，就有1亿吨的产量，等到20世纪80年代以来，中国的原油年产量已经达到了1.67亿吨，占世界第5位。世界石油大会到北京来开会，外国人一致认为中国油气的特点是陆相生油，就是说在中国大陆形成之后，在湖泊、河流、沼泽里面形成的陆相地层里，同样也可以生油，跟海相地层里能够生油一样，认为这是中国的特点、特色。

应该说中国油气这个时候做出了巨大贡献，这是我们的第一次创业，就是陆相生油，给中国的石油、天然气奠定了基础。但是，存在着问题。1993年我们开始重新进口原油，而且一进口就是3000万吨，等到2000年，进口原油达到了7000万吨。也就是说我们国家每年要拿出200个亿的美元，跑到国际市场上去把原油换回来。这对一个国家是极大的问题，石油有一个在国际上通行的一个警戒线，就是说你国家产原油产多少，你进口的原油不能是超过你国家原油产量的三分之一，而我们达到40%。咱们的石油天然气总公司做了一个预测，总体上来讲，石油年产量是一直在增加，但是我们的需求量也在增加。而且到1993年以后，增加的就比生产量还要快，这时候进口原油3000万吨。等到2000年已经进口到7000万吨。预计2010年石油缺口要达1亿吨，而天然气缺口有400亿立方米。这就是一个极大的问题，这是摆在我们面前迫切要解决的问题。

但是，另外一个情况是什么呢？是中国的石油跟天然气的资源潜力都很大。我们解放以来，做过几次石油预测，最新的一次对石油的评价是这样子，就是石油的总资源量达到了940亿吨，而我们现在只发现了22%，还有78％还没找到。天然气总的资源量，有38亿万立方米，现在仅仅探明了7%，就是有更大的天然气还没有发现。所以应该说是还有很大的潜力可以挖，但是请大家注意一件事情，就是过去50年，我们从1949年建国，20世纪50年代开始来抓石油，现在整整50年了，过去的50年我们的石油，只是在新老第三纪里头来找油，只有大庆是白垩纪的、是中生代的，其他的地层都没有涉及到，因此我们目前，摆在我们面前的任务是两条，第一条就是新生代油气藏应该继续深化，来发掘隐蔽的地层--岩性油气藏，过去我们都是找构造的油气藏，所谓的背斜，就跟一个锅扣过来那样，我们找到它，来打钻，来发现油气。现在在这种背斜之外，还要找古代的河道，古河道砂里面也含油气，现在胜利油田就靠找到这古河道砂。我们地球物理勘探，在最近这20年里头进步非常之快，地震已经发展到高分辨率地震，在高分辨率地震的基础上，来发展出层序地层学，就可以帮助把河道砂给找出来。最近特别是今年，胜利油田的增产，主要是找到了河道砂，在河道砂里头发现了新的油气。这个还是在新老第三纪的领域里头，我这儿想说的就是在新老第三纪之前，还有前新生代海相的残留盆地，这是我们亟待开拓的，但是这个问题是难度相当高的，这样子就提出来一个二次创业的问题。第一次创业就是我们在陆相地层里，在新生代，包括了白垩纪的陆相地层里找到了油气藏。二次创业就是要在前新生代，就是在中生代、古生代，甚至于元古代地层里来找石油和天然气。

所以半个世纪以来，中国油气勘探在陆相生油理论指导下，除了大庆是白垩纪储层之外，全部局限在新老第三纪地层里头，那么我们今天是不是应该能够向前新生代，就是向中生代、古生代，甚至于元古代地层来寻找石油呢？我就提了这样子一个问题。这件事情我们在从“六·五”期间就开始注意到，“六·五”期间，我当时在地质矿产部，石油地质海洋地质局主持这些工作，当时我就提出了这么几个课题，其中一个叫煤层气取得了成绩，现在中联煤层气公司已经成立了，全国开发了好多地方的煤层气开发了，但是在“六·五”期间的南方碳酸盐岩，就是在海相地层里想来找油气，没有突破，经过5年的奋战没有突破，然后“七·五”，煤层气进展到天然气，也取得了成绩，另外在东海，在海底大陆架上也找到了油气，也开发出来了西湖坳陷的油气藏，也开发了，而现在在塔里木也找到了，在塔里木我们可以在地层六、七千米的深度底下把石油找到，但是在“七·五”期间，制定的南方碳酸盐岩，也就是在海相地层里找油，还是没有突破。我记得我在上海的时候，主持东海的油气调查，我们打了一口井，就在温州的外面、海里面，给它起了个名字叫灵峰1井，这口井打到了2800米的地方，打到了花岗片麻岩，在花岗片麻岩里头，发现了有1桶的原油，谁也不敢说话了，究竟是怎么回事，花岗片麻岩里能够生油，这是过去地质学家、地球物理学家都没敢想这个问题，这个地层经过同位素测定是17.6亿年，是元古代地层，在地质上认为元古代，就是前寒武纪那个时候还没有生物呢，那怎么会有油呢？所以地质学家也不讲话了，地球物理学家也不讲话了。

第二，当时的想法只要是在海相地层里，浅海生油的环境会比湖泊、河流这陆相的环境好，浅海肯定有油，那么浅海沉积下来地层是什么，主要是碳酸盐岩，所以那我们就从四川一直到江苏，上、中、下扬子，我们就花了10年在那儿干，有一些地球化学家就提醒我们，说你拿来那个碳酸盐岩，经过分析，生油量都很低。我那个时候到贵州去，贵州有一个“八普”（第八普查大队），当时有几位同志就跟我说，你到贵阳东面100公里的样子，有一个地方叫麻江，你到那儿去看看，很有启发，他们就领着我去了，一看，麻江是个古油藏，现在已经破坏了，但是古生代的时候，它确实是个油藏，这个油藏有10亿吨的储量，就是当时我去的时候，咱们国家的石油拿到手的储量只有14亿吨，而这个麻江的古油藏，如果没有破坏，它一个油藏竟有10亿吨的储量。那就给我一个想法，如果我们要找到麻江这样的油藏，找到这么一个古油藏，实际上是大功一件呀，因为国家储量也就是14亿吨，它这一个就是10亿吨，找一个就够了，是不是，咱们现在每年增加的储量也就是在5亿吨左右，所以就产生一个想法，是不是应该往古生代走？然后第二个问题，这麻江古油藏已经给抬升暴露到地表了，剥蚀了、破坏了，所有油气都挥发了，这确实是很遗憾的一个事儿，但是，中国960万平方公里的陆地，近300万平方公里的海域，是不是所有的古生代油气藏都破坏了？古油藏会不会还有没破坏的，那我就返过来再认识，就发现了破坏的时期，主要是在中生代，就是印支期、燕山期、喜马拉雅期，这三期构造运动破坏得很厉害，但是我深信还有残留下来的，所以我给起个名字叫海相残留盆地，这是我觉得经过了10年，才开始认识了这么一点儿。当然另外还有一个，为什么用10年的工作，对上、中、下扬子海相地层集中勘探没有解决呢？就是仪器设备跟方法准备不足，我想在座的很多都是今后咱们国家的地球物理学家了，我想大家要下决心，立志发展地球物理，在中国把石油找出来，我这一辈子在地质界里头做了很多工作，从地球物理上来看，我最后得出一个非常简单的认识，叫做三横、两竖、两个三角，中国大地构造的格架是三横、两竖、两个三角。第一横，天山--阴山--燕山，基本是一个东西方向的，在这个地方以北是蒙古，以南这边是塔里木，那边是华北，在这个地方当初在古生代以前有个蒙古洋，蒙古洋闭合南北这两面儿碰撞到一块儿，形成天山--阴山--燕山，这样子一个结合带。另外一个，就是昆仑--秦岭--大别，大别从这个地方一块挪到这边来，就是郯卢断裂往北延伸了，但是它的主体是这一部分，就是昆仑--秦岭--大别，又是一个东西方向，北边是塔里木，南边青藏，北边是柴达木，南边是松潘，北边是华北，南边是扬子，所以这一个造山带，又是一个不同块体的结合带。还有第三，就是扬子跟南华的界限，就是南岭，基本上也是一个东西方向，所以三横是不同块体的结合部位。

两竖，一个是大兴安岭--太行山--武陵山这条线，这条线在重力图里，它是一个陡变的梯阶带，就是地壳厚度变化很快的一个地带，还有一个是贺兰山--龙门山。这两条竖的，就把中国分成了三块儿，当间这一块儿是鄂尔多斯和四川，地壳厚度都在45公里左右，非常稳定，贺兰山--龙门山以西，地壳厚度从50公里增加到70公里，世界上地壳最厚，喜马拉雅就在这个地方，也就是世界的第三极。完成了这个地壳增厚，是在中生代时期内。然后，大兴安岭--太行山--武陵山，以东地壳是减薄的，地壳的厚度从38公里向东逐渐减低，到冲绳海槽变成了18公里。这样子一个减薄的过程，是在新生代完成的。在这个格架里头还有两个东西，一个就是在柴达木跟祁连山的一个三角，而另一个三角，就是松潘地区。所以，如果对中国大地构造的格架，宏观最简洁的表达，就是三横、两竖、两个三角。这个在指导生产，指导我们应用实践里头，意义非常之大。在这个三横、两竖、两个三角的当间儿，都是沉积盆地所在的地方，我想说的是这样，沉积盆地是指的新生代沉积盆地，也就是说，咱们第一次创业集中工作的地方，就在三横、两竖、两个三角的当间儿，而第二次创业，就要在三横、两竖、两个三角当间儿的新生代沉积盆地的下面来找，我这儿还想说一下中国大地构造演化的历史。

在太古代和元古代的时候，中国有四个陆核，这个陆核就是华北、扬子、南华、塔里木，这里头以华北最老，基底可以达到38亿年，是属于太古代，扬子、南华跟塔里木，都是十几亿年元古代形成的。也就是说当时海水里冒出来了这么几个陆核。它们在海水里出现，也就是说在前寒武纪的元古代跟太古代时候，陆核在海水里涌现出来了，然后就向块体过渡。为什么第三十届地质大会要到中国来开？外国人都要跑到中国来开，是因为对中国大陆的地质不了解，所以希望大会以后，给他们开辟100条地质路线，让他来考察。但是他跑完了以后，也不敢讲话，因为都没见过，所以板块大地构造，只管印支期以后这么一个阶段，这个阶段开始的时候，中国古大陆形成了，但还没有青藏。青藏形成通程中，对于整个中国大陆是一个强烈的挤压改造的环境，然后等到了晚白垩，到中渐新世的时候，东部太平洋这边开始起作用了，所以太平洋这个板块就逐渐往中国大陆靠近，结果在中国的东部就出来了一些箕状的坳陷，在这个坳陷里面的湖水就沉积下来了陆相地层，在板缘聚敛通程中，板内就形成一个拉张的环境，拉张使地壳沉降并形成盆地，等到晚渐新世到第四纪的时候，这个板缘俯冲下来，而板内有沉降，所以在中国东部这些油气盆地上面都盖了一层第四纪的被子。就是中国大地构造一个演化历史。我这儿想强调两条，第一条就是陆核之间，为海水覆盖，因为有海相地层存在。也就是说，就在古全球构造的时候，中国有广泛的海相沉积。第二，是中国古陆形成，海水退出，河流、湖泊沉积下来了陆相地层，而陆相地层主要是新全球构造时形成的。

勘探开发前新生代海相残留盆地，这是中国的油气二次创业。这时候就是中晚元古代和古生代，海相碳酸盐岩是有广泛分布的，其中有机质生烃的条件，要比湖泊、河流、沼泽的陆相沉积优越，至少它生物繁殖要比湖泊丰富得多；第二，古生代海相地层遭受中生代多期造山运动的破坏，挤压改造，其中油气藏受到了剥蚀和破坏，但是肯定会有残留盆地，或者没有受到破坏的部分，其中仍旧赋存有大量的油气资源，麻江古油藏给我们一个很明确的提示，所以在找海相地层的时候，只要保存条件好，古生代海相残留盆地，就会比新生代陆相碎屑岩盆地更有利于油气的生成和储集。但是古生代海相残留盆地的储集空间跟我们过去50年找的都不一样了，我们过去总都是在砂岩里头，总都是找背斜，或者找断层复杂化了的背斜，现在要找的是洞、缝、孔，它的储集类型是古风化壳、裂缝、溶洞、白云岩孔隙、鲕粒灰岩的孔隙等，最近在四川的东部，湖北的西部，找到鲕粒灰岩就有天然气，而且天然气量是非常丰富的。古风化壳在渤海周围，在塔里木都已经有所发现，关键是要把缝、洞、古风化壳，其中很重要的是白云岩的风化壳，这是很重要的，我再把前面说的再概括一下，这边是一个地质的一个柱子，这是古生代，这是中生代，这是新生代，跟这边柱子相应的地质的一个简图在这儿，我们50年，第一次油气创业50年，我们就在这一个地方找，顶多包括了白垩纪的上部，就是这一块儿地方，我们就是在这儿找到了油气，而且这点儿油气就占了世界第5位，1.67亿吨，既然在这儿，这么一点儿地方就有这么多油气，为什么我们不能够往前再走一步，往深再走一步，这就是我们的一个命题。

我再说一下，我们过去50年找的沉积盆地，找油气都是在什么地方呢，都是这样，在这个基底是一个向外的、拉张的一个盆地，它一拉张，地壳减薄，上面就沉降下来了，就造成盆地，起了个造盆作用，在这儿就形成了盆地，我们就是在这么一个简单的情况底下找到了油气，现在要讲前新生代，海相残留盆地，那就是个造山作用，复杂复杂在这儿。新生代它是个拉张的，等到古生代的时候，它是个挤压的，特别经过中生代，它是挤压的，两面一挤，这个山就起来了，它底下还有个盆儿，等这个山暴露到地表以后，就被地表剥蚀掉了，就是这块灰色的被剥蚀掉了，现在剩下来的这个盆地叫做残留盆地，它是处在一种挤压环境下，所以我们在这种环境底下，你要找断层的话，都不再是正断层，是逆断层，所有出现正断层都要在逆断层的约束下出现的。挤压环境在中国非常广泛，这是个造山带，这个山，就叫山间盆地，这个造山带前边儿，叫前陆盆地，这是陆内盆地，是不同的环境。我一开始讲孙建初先生从国外回来，第一件事儿，他就钻到河西走廊，去找到了玉门油矿，他就是在两个造山带当间找山间盆地。他一心想去找古生代的油藏，去找海相油藏，结果他找到了陆相油藏，海相油藏没找到，当初孙建初先生找海相油藏的想法，去年在河西走廊终于实现了。一般来讲，陆相的油藏，打一口井，出油也就十吨、八吨，等到海相地层里却往往出现千吨井，例如在河西走廊，前年（2000年）的冬天打到了海相地层，一下子井喷，把井架子都给弄垮了，再如1982年在塔里木第一口井，沙参2井出油，打到5800米的白云岩风化壳上，一下就喷了，这一喷，一天产原油1000吨，天然气100万立方。我们过去解决油气主要靠地震，反射地震，但是在海相地层里头，所有的地震的前提条件都是水平层状介质，但是到了海相地层是个复杂地质体，前题条件改变了，因此就需要创新，从根本上解决成象问题。在陆相生油，我们考虑盆地就行了，它就是基底拉张，沉降成盆儿，现在海相就要考虑挤压环境，挤压上面造山，山剥蚀了以后，剩下的那个盆儿，就是残留盆地，这样盆地和山，中间是什么偶合关系，这个难度就大得多，因此你要想动手解决这个，只有两条途径，我这儿写了一条叫做保幅的，就是振幅得到保持，在处理之前跟处理之后，振幅都要能够不变的叠前深度偏移技术，在叠加之前做深度偏移这种技术，这种技术我可以毫不夸张地来讲，在世界上都是高难度的。

我在这儿最后强调一下，区域地质地球物理研究，区域地质就是应该在全球构造理论的指导下，对区域控制局部，深部约束浅部。我们现在陆陆续续在开始，现在以渤海，科学院给立了一个大课题，主要是搞区域地质，地球物理的综合研究，希望在这儿能够有所突破，取得经验，在全国来推广。这个课题想能够把前新生代主要构造事件的界面起伏和分布搞清楚，想把断裂体系搞清楚，岩浆活动、应力场、残留盆地的分布以及构造演化史，然后我们底下就好下手来解决油气的问题了。我这儿想说，在渤海的残留盆地有各式各样、多种形态，在渤海这个地区，重点要想解决的叫做古潜山，大家可以看在这儿，这是一个山头儿，这是一个山头儿，在这儿又是一个山头儿，就想把这些古潜山能够搞明白，现在，最近在这儿，大家看这个，车22、车58、车571，在这儿已经都开始打钻了，而且已经开始见油了，因为我们一旦从规律上来认识它，我们就可以解决一串儿的问题。我想前新生代海相残留盆地，是我们21世纪中国油气勘探的一个新的领域，也是我们重点工作的一个方向，而且残留盆地不是一个学说、一个说法了，而是现在已经开始取得了很多成绩，刚才讲的胜海古2井2900米，1059吨的日产原油，已经达到这个数字了，还有车镇，刚才讲到了一个古潜山，发现一系列的古潜山，大港千米桥那儿，板深7井，日产天然气百万方，另外塔河油田，前途也是非常广阔的。这样就有待于大家一块儿来努力了，这就是，这边是钻塔，这边是出油情况，这都是一些实际测试的数据，就是二次创业已经来临，还需要大家共同努力，我想我的报告就到这儿，好谢谢。

转基因食品离我们有多远 -朱 桢

主讲人简介

朱桢: 中国科学院遗传与发育研究所研究员，国家863生物工程主题专家组组长，中国科学院生命与生物技术局副局长。主要从事生物技术和生物工程的研究工作。

内容简介

科学家预测，也许过不了几年，我们就能吃上牛肉味的西红柿、含胡萝卜素的大米——这不是幻想，这些都可通过转基因技术生产出来。在全球经济一体化的今天，转基因食品实际上已悄然摆上了我们的餐桌。那么什么是转基因食品？

转基因就是利用分子生物学手段，将某些生物的基因转移到其他的生物物种中去，使其出现原物种不具有的性状或产物。以转基因生物为原料加工生产的食品就是转基因食品。据专家介绍，虽然我国转基因食品尚处在实验室研究阶段，还没有大规模生产，但我国进口的农产品如大豆、食用油、肉制品及粮食制品，有很多已经是转基因产品。由此人们可能联想到传统育种和转基因技术的是否一样，专家认为，转基因技术与传统育种技术没有本质的区别，只是采取的手段不同而已。

由于在上世纪末期，英国生物学家通过一向实验，而得出人们吃转基因食品对健康不安全，所以人们对转基因食品至今还存在恐惧感。专家指出，对于转基因技术应正确看待。目前世界人口已经超过60亿(其中12亿人吃不饱)，如果人类饮食中15%的热量来自于动物类食品，仅可供养约40亿人口，而以肉类食品占35%的美国人和西欧人的饮食结构来计算，只能供养25亿人口，不及现在世界人口的一半。另外在人口和需求增长的压力下，耕地面积不断削减的形势下，解决食物问题的惟一的出路是农业技术革新。所以专家认为21世纪生命科学将大放异彩，这里包括植物基因技术在内的生物技术 。估计全球转基因作物在2000年达到44.2百万公顷。事实证明：转基因食品是安全的。

最后，专家认为中国农业生物技术的进步还要有企业界的支持，如果生物技术的产业化受阻，生物技术停滞于实验室阶段便不可能有充足的资金使其进入高速发展的阶段。如果我们不能把握农业生物技术进步的机遇，我们这个悠久农业历史的国家在未来的国际竞争中前途堪忧。

全文

今天，我给大家讲的这个题目是:《转基因食品离我们有多远》。我想这个问题，是大家一直非常关注的一个话题。由于近年来，生物技术发展异常迅速，转基因食品离我们越来越近。所以，广大的消费者还有民众以及媒体等等，对这个问题是相当关注的。我希望通过这次我的这个演讲，使大家明了转基因植物是什么？转基因食品的安全性到底如何？等等。首先一点我要说明一下，什么是转基因食品？

第一，我用一个通俗的例子，给大家讲一下。首先是什么是转基因？这个过程是怎么一回事？当然，我用一个非常简单的一种方式给大家讲解，实际过程还是相当复杂的。例如，我们大家都知道，这个生物的一切性状都是由基因决定的。例如苹果的颜色，它是红色的。那么显然它是由一个基因控制，红色的这个基因来控制。那么转基因是什么呢？就是说，我们从苹果中分离到控制红颜色的这个基因，然后通过一定的方法或程序，我们把它转移到香蕉中去，使香蕉变成了红色。这个就叫转基因。当然了，这个比喻很简单，但是实际的操作是非常复杂的。

好，大家明白了什么叫转基因。那么转基因食品自然就知道了，对吧！这个获得的是转基因植物，它产生中的可食部分就是转基因食品或者加工得到的食品就叫做转基因食品。那么，我们下一步再问基因是什么？这是一个细胞，生物的细胞，细胞里边有细胞核，细胞核里有染色体。染色体是由DNA组成的，DNA大家可以看到双螺旋。基因就是以DNA为载体的。所以，所有的遗传物质都在生物的细胞的细胞核里，也就是在它的染色体里，归根结底是在DNA上。

1953年沃森和克里克发现了这个双螺旋的模型，也发现了基因的本质，它就是DNA。我们刚才已经说了，这个是DNA双螺旋的模型。这是一个示意图，这是一个分子图，基因就排列在这个双螺旋的DNA上面。基因由它指导合成各种各样的蛋白质。当然它要经过RNA的一个步骤，所有的蛋白都是由基因指导合成的。我要讲转基因技术，再讲一下DNA重组技术。有一个技术这个叫酶切技术。它是建筑在什么基础上呢？由于发现了一种酶，这种酶它可以在DNA特定的序列上去切割，然后把所需的基因切割下来。然后呢，再通过一种叫做连接酶，它可以把两个DNA片断连接在一起，又把它连在了一起。这样的话构成了一个载体，用这个载体就可以进行转基因研究了。现在发现了众多的限制性内切酶，就是说它可以识别基因上的特异的序列。

那么下面我们切入正题，转基因植物。转基因植物，转基因技术是人类创造农作物新品种的一个利器。所谓的转基因生物就是利用DNA重组技术。我刚才已经介绍了转化技术。过一会儿我要说将外源的目的基因转移到受体生物中去，使之产生定向的稳定的遗传改变，并形成新的品种。这样一个过程叫做转基因过程。当然，它不但包括了农作物，甚至包括了动物，微生物都可以，都是这个技术。

下面我给大家讲一下植物基因工程的一个过程。这个过程是这样，第一步我们刚才讲了分离DNA。分离DNA之后，把基因所需要的基因把它提取出来，最后跟一个载体相连，形成一个可以在植物中表达某个特定基因的这样一个表达载体。之后从植物上取出一块组织，通过转化技术，这个转化技术就是将DNA导入到受体品种中去的一个技术。最后，获得转化的组织，经过组织培养最后形成一个完整的植株。这样呢，是一个植物的基因技术的一个整个的一个过程，我们把这个过程也称之为植物基因工程。这是具体的一个例子。

这是水稻的转化过程。这个呢我们使得一个幼胚，水稻的幼胚，这个采取的转化技术呢，是用一种微弹的方式进行转化的。微弹上包裹上DNA，通过高速把这个微弹射出去，射进植物的细胞中。使植物呢，获取外源的DNA。之后，再经过不断地筛选。这就有差别了，这个差别，这个对照，这个就逐渐长起来了，最后我们经过植株再生，形成完整植株最后移到温室中去。这样一个过程，初期的过程就这样完成了。

我下面再讲的时候有几个常见的术语，就是转基因生物，又叫做遗传修饰的生物，缩写是GMO。GMC就是转基因农作物。转基因食品呢，就是GMF，这个F是FOOD（食物）的缩写。所以这几个术语大家还是给它搞清楚，因为下面我们讲的时候不要产生混乱。我们不免要问，我们为什么要用转基因技术呢？我们以前用常规育种的技术，也培育出了种类繁多的农作物品种。传统育种技术，它主要通过有性杂交，还有品种选育，以及自然界产生的突变，通过选育获得一个农作物的新品种。这个过程只能在种内进行。就是说水稻只能在水稻中进行，小麦只能在小麦中进行，你不能跨越这个界限。你不能把小麦的基因转移到水稻中去，反之亦然，所以它是在种内进行。这点跟转基因育种技术有所不同。它是通过一定的生物的或者物理的方法，把外源基因导入到受体作物中去，通过它呢，通过这种方法，获得新品种。所以从某种角度来讲，它不受物种的限制，它可以跨越物种，转移遗传物质。不但是跨越不同的种类，甚至属、纲、门、界，这样大的生物之间的门槛全部能跨越。就是说可以把动物的相关基因转移到植物中去，也可以把微生物的基因转移到农作物中去。所以它的有效性和它的技术的广泛性是常规育种无法比拟的。另外它还有几个优点，它目的性比常规育种更强，常规育种是通过选择，这个有时候自然界也会产生自发突变，然后通过人工的选择，能够获得一个植物的新品种。但是这个取决于大自然的恩赐，在育种过程中呢，目的性不是很强，要凭经验，凭运气。而转基因技术目的性非常强，你可以可预见地转移一个什么基因。之后，这个转基因植物能够获得什么性状都完全是可预见的。同时，它的育种周期相对较短，花费比常规育种也相对要低一些。 除此之外，它还有一定的其他好处，就是说，精确性更强。

好，通过我上面讲的可能大家基本上明白了转基因食品是怎么一回事。我下面给大家介绍一下这个转基因的植物有什么用途，最主要的用途有这几个方面？第一个方面提高抗性，像抗虫，抗病这当然包括病毒病、真菌病，细菌病等等，抗除草剂；抗逆，包括抗盐，碱、寒、冻、旱等等.再一个呢，是农作物也就是GMC，它的品质的改良.这个直接关系到转基因食品,也就是GMF。这里包括蛋白质的改良，碳水化合物的改良，脂肪维生素的改良。还有品质性状及其他的改良，还有口味风味等等，所以这是第二点。第三点呢，还有其他的更多的用途，像用转基因技术培育杂种优势，生物反应器，还有生产药物，生产一些有用的酶类，蛋白，生产疫苗。以后呢，直接吃可食的疫苗，不用再打针了，以及改变植物的花的颜色等等多方面的用途。

我们看一下抗性方面的进展。这是一个棉花，大家可以看，这个棉花如果是一个普通棉花的话，那么它被虫蛀得是非常厉害的。在某些地区如果不使用农药的话，那么就要绝产。甚至在使用农药的时候，由于农药，这个害虫对农药产生了耐受性，打农药也不管用，照样造成大幅度减产。使用了抗虫棉之后，那可以大幅度地减少打药的次数。大家可以看看这个是一个抗虫的棉花，它没有遭到棉蛉虫的攻击。这个是普通的棉花，可以看看损害得非常厉害。我们再看转基因的水稻对鳞翅目害虫的抗性。大家可以看这个是转基因的水稻，这个是非转基因的，这个由二化螟造成的白色，这个要大幅度减产，甚至绝产。这个咬得稍微轻一点儿，也有很大幅度减产。这个可能就要绝产。这个大家可以看看，转基因抗虫水稻的环境释放的实验情况。这个方格子是一块转基因的水稻，一块常规的水稻。在一个灾情非常严重的情况下，就产生这样的情况。这个如果要用农药控制呢，是可以的。但是，我们的食物中就含有残留的农药。这个是美国的抗虫玉米，大家可以看，这是收获季节。这个玉米是抗虫玉米，这是普通玉米。在没有打药的情况下，可以看看差别非常大。抗虫玉米的推广能提高产量15%—30%。所以它的经济效益是非常高的。

另外再看抗除草剂的这个基因工程。这个是一个矮牵牛，这是一个模式植物，这是科学家在实验室做的一个植物。把抗除草剂基因转移到了植物中去，植物就对除草剂有了抗性。那么这种情况下，你再打除草剂，再施用除草剂的话，那么杂草就会死掉。大家可以看，非转基因的植物，没有转化的植物，就是常规的植物，全部死掉了。转了抗除草基因的这个植物，生长是完全正常的。这样的话呢，在农田的锄草，金字旁的锄，就可以用除草双耳刀的除来代替了。只是喷洒化学农药，也就是喷洒除草剂就可以了。大大地降低了劳动力的投入，也就是整个的农业的成本的投入。这是美国的抗除草剂的大豆实际的栽种情况。大家可以看，这个是用除草剂控制的，转锄草基因的大豆生产的情况。这个呢，没有打除草剂，可以看看杂草丛生，这样它大幅度减产。另外，可以利用基因工程改良淀粉品质。可以说我们大家都不爱吃那种糙米，为什么呢？那主要在于淀粉的含量是一致的。但是淀粉的种类不一样，淀粉的种类有支链淀粉，有直链淀粉，这个比例决定了一个稻米的口感如何。所以，目前这个已经操作成功了。我们国家在这方面也研究成功了，就可以人为地改变稻米的品质，把那种很糙的米变成了一个很优质的大米，很可口的大米。

另外，基因水稻的研究，这个叫Golden Rice（金米），它是由瑞士科学家Potrykus,他研究出来的。主要把一个富含胡萝卜素的这样的一个作物中分离出来相应的基因，转移到了水稻中去，同时让它在水稻籽粒中表达。最后，这个胡萝卜素在大米中高度积累。大家可以看看这个大米的颜色都已经变黄了。这样的话呢，我们就不必再吃维生素A了。为什么呢？胡萝卜素吃进去之后，一分解就变成两个维生素A的分子。下面一步就是我们要生产一些带有疫苗的这种水果。这个呢，不是幻想。现在已经有相当多的科学家和研究小组在进行这项工作，有些已经接近于成熟。另外，改变花色。这是一种矮牵牛通过控制它的色素合成的基因，使它变成了各种各样的颜色。这个是原始的，这个都是有变异的，可以看看颜色可以变异，花的图案可以变异。因此，未来培育蓝色的玫瑰不是一个梦想，是完全可以实现的。

下面，我讲一下转基因农作物产业化发展的情况。当然，转基因技术还是很有意思，很有兴趣的。但是人们不是单单为了兴趣来进行研究它，还是要有实际利益的。我们可以看看转基因产业化的情况。在世界范围内整个的大豆的耕地，36%都是转基因的大豆。油菜的总面积的16%是转基因的油菜。棉花的11%，玉米的7%。在整个世界范围内，这项技术在一些发达国家已经得到了广泛的推广，同时也得到了消费者和农民的认同。

我们再看看在全球范围内，北美以及南美的一些国家，包括俄罗斯、中国、澳大利亚、新西兰、南非、还有欧洲的少数国家，都已经从事研究或开发转基因农作物。我先给大家介绍一下，这个转基因技术带来的利益。第一是全球生态的环境。它可以解决由人口增长带来的粮食危机，提高有限土地资源的利用率，实现农业的可持续化发展。这是第一点，对环境；第二对农民，它可以提高对虫害，病害以及杂草的控制，减少损失，节省劳力与时间，提高作物产量，降低生产投入，增加农民的收入。这是第二点。第三点，对消费者来讲，无化学品污染的食物，洁净的食物，营养丰富的食物，更可口的食物，甚至是功能性的食物，治疗性的食物，低价位的农产品等等。所以呢对整个社会都是有好处的。

在转基因研究方面，我国也取得了长足的发展。首先一点，大家都已经可能知道了，我国的科学家率先完成了水稻基因组的草图以及精确图的绘制，完成啊。同时与日本同时完成了另一种叫做粳稻，这个第四号染色体的精确测序。所以我们在农作物基因组学方面走在了世界的前面，这个是大家公认的。这个对我们分离有用的基因是非常关键的。因为我们转基因 转基因，我们必须要有基因，必须要有非常有用途的那种基因。这个我们通过基因组测序，以及之后的功能基因组的研究，发掘出大量的有用的基因。

下边一个问题，这个大家异常关心的，就是转基因食品安全吗？这个安全性争论的导火索就是一个斯帕泰事件，这个是1998年8月苏格兰的若瓦蒂研究所的斯帕泰博士呢，在英国的电视台上宣称：一种转基因的马铃薯对大鼠的免疫系统能造成伤害。这个引起了公众非常大的关注。以前来讲，总的来讲，尤其我们国家来讲，没有什么影响。可能对新技术产生的产品，大家更乐于接受。而自从那个之后，可能就有了影响了。之后，另一个病理学家，他同另一个病理学家一道宣布，这个马铃薯呢，转基因的马铃薯，对大鼠的肠道肝脏，和其他的一些脏器也有影响。暗示着这种食品不安全，对人类，也能造成一些损害。这份报告引起了媒体与公众对转基因食品的担心，一场关于转基因作物安全性的争论由此展开了。

之后，到1999年5月，美国康奈尔大学的一个研究组又报道，它就是说就是洒在马利筋草叶片上的一种，就是转抗虫基因的玉米的花粉洒上之后，它可以使44%的斑蝶幼虫死亡。他把这篇研究成果，投到了《科学》和《自然》上，但是并没有被发表。因为审稿人认为这并不代表田间的情况，就是另外的其他的研究者认为呢，就是说康奈尔大学的这个研究，没有说服力，它这研究主要是实验室内进行的。同时呢，也没有公开其所使用花粉的数量。在田间的话呢，就是真正落到马利筋上的玉米花粉，别人测试根本达不到那个剂量，远远低于使斑蝶幼虫致死的这个剂量。还有一点，斑蝶幼虫生长的时候，那个时候玉米已经开过花了，不是一个季节。所以这种极端的实验和结果给公众造成了极大的疑惑。

所以，我下面给大家具体介绍一下，就是说，一般消费者对一些问题是有一些疑虑的。首先一点，就是说杀虫蛋白对人体是否有毒害作用，它能杀死害虫，那为什么不能杀死人呢？对不对，那人吃了安全吗？可能就提出这个问题。那么，我们以一个最常用的一个抗虫蛋白做比喻，以它为例子进行说明。这个已经使用了好几个世纪了，这个蛋白是什么呢，是来源于一种叫杆菌的一种芽孢杆菌，就是一种细菌。它呢可以用它发酵，产生杀虫剂。这个我们早已经使用这个了，使用了几十年，将近一百年了，这个没有发现什么任何不安全性。转基因的技术呢，只不过把指导合成这个蛋白的基因给它分离出来了，把它转到植物中，让植物自主地产生这个杀虫蛋白。第一点我所要表示的就是说，人们长期接触这种杀虫蛋白是没有产生任何危害。当然我们可以起个名字，不起杀虫蛋白，实际它真正的学名叫做结晶蛋白，杀虫蛋白是大家给起的。实际这种蛋白，是作用于昆虫，是非常特异的甚至只作用于某类昆虫，而不能作用于其他昆虫。更不要说人类了，这个科学家已经在非常详细地把这个问题已经搞得非常清楚了。这个只有作用于昆虫肠道上特殊的受体才能发挥作用。有的昆虫没有这个受体，那根本产生不了毒性，所以它针对性非常强，特异性非常强。不要说对人了，对其他昆虫可能都无害。

另一种是蛋白酶抑制剂基因。这个是来源于蔬菜的，人也吃了成千上万年了也没有任何危害。同时这个蛋白，主要作用在肠道中发挥作用。人有胃，所以它在进入肠道之前已经被胃消化掉了。其他呢，可以使用其他一些技术，避免可能的危害。那可以使特殊的技术，使杀虫蛋白只是在特殊的部位，特殊的时期进行表达，这都是可以做到的。所以呢就关于这个问题，我觉得大可放心，不要听着它有一个杀字和毒蛋白的字，对不对？杀虫蛋白和毒蛋白大家听了之后就有点儿害怕，实际对虫子是有毒害，对人体并没有毒害，它对人来讲就不应该叫做毒蛋白。

另外一个，就是说外源蛋白进入人体之后，会不会引起人的免疫反应？那么，我可以回答这个问题，如果它过去就能引起免疫反应，那么把这个基因转到转基因植物中去，它产生的蛋白依然会引起免疫反应。但是如果以前某一个蛋白它不会对人引起什么免疫的一些超敏反应，那么它进入到一个新的物种中去之后也是不会的。

另一个广大消费者非常关心的一点，或者呢，甚至有些看法不算太准确，我给大家介绍一下。就是是不是这个转基因食品我们吃了之后，这个转基因就会跑到我们身体当中去？这个呢，学过生物的同学可能我想不会对这个产生什么过分的疑虑，但是却很能影响一些广大的消费者。有的报纸上就刊登说我们现在已经吃到了含转基因的食品了。大家知道，这个是非常错误的一种概念，因为我们现在基因组测序都已经完成了。这个水稻的基因，三亿多个碱基对。人30亿个左右，这都已经搞清楚了，人类包含着大约三万个左右基因。水稻呢，可能还多一点，可能大约有四 五万个基因。所以，它本身就含有大量的基因，转基因只不过其中的一个，几万个中的一个。如果说这个基因我们吃的食物通过这个食物，能把基因转到我们身体中去。那么我们人类进化过程中，吃粮食作物，吃牲畜的肉类，对不对？我看没有什么人变成牛，也没有什么人皮肤可以进行光合作用，对不对？这个说法就与另一种宣传所说的:“吃基因补基因”这种观点一样，是对科学不了解造成的。

目前大量的科学实验它证明，没有发现转基因转移到人体内或者人体的肠道的微生物当中去，没有发现。如果它转移了，那么其他那几万个基因也同样可以转移，也存在着同样的风险，对吧？那有很多基因，可能要真转进去的话，还真能造成风险，对吧？但是到目前为止没有发现这种情况。因为呢，这个自然在整个进化过程中，这个生物它的遗传物质的交流受到了一个严格的限制。所以，通过自然相互转移是相对困难的。我们呢，通过这个转基因技术只不过打破了它这个障碍，对吧？那是用高技术，人们研究了，对这个技术也研究了一二十年才取得了成功。

再一个问题就是：是不是用了一些转基因作物，会引起超级害虫这个问题。这个疑虑呢还是正当的，对吧？因为我们经常使用农药，过不了多久害虫就对农药产生了耐受性，对吧。这个转基因农作物也可能是这样，害虫对它也逐渐产生耐受性，这是有可能的。但是现在已经有多种对策，就是采取避难所的方式，对吧？或采取使用两个抗虫基因，不同机制的两个抗虫基因，结合在一起，使昆虫产生耐受性的比例下降得非常非常低。几乎在自然界中是不现实的，这样低的一个程度。另外就是刚才我所说的避难所，留出一块儿，让普通的害虫也能够生长。这样的话，使耐受性害虫不占绝对优势。所以，这个担心呢，科学家们也在考虑，同时，也有了积极的对策。

再大家一个疑问，就是转基因的农作物是否会产生超级杂草？一个是本身它变成超级杂草，另外一个是通过有性繁殖它的花粉传到野生杂草中去，使它获得了一些抗盐碱、抗除草剂等等，然后失去了控制，对人类生存的环境造成很大的危险。这儿呢，有两种，就是说考虑，第一关于变成自我变成超级杂草。这个情况一般来讲，可能性是不大。因为我们的农耕社会，已经进行了一万多年了。那么这个作物呢，已经选择了不知道多少代了，它基本上已经脱离了自然界没有人的精心的照料，它很难存活。所以英国科学家在一项长达十年的实验发现呢，转基因农作物在野生状态下的生存能力，并不比普通农作物更强，就更甭说野生植物了。所以它在脱离了人的照看之后很难存活，一般情况是这样的。

另外，关于花粉传播问题。科学家已经展开了转基因向野生植物转移的研究。目前，并没有证据表明已有超级杂草的存在。另外在管理上大家也注意到这样一个问题，就是说如果有相同的种，或相同科的野生种存在于一个地区的话，一般讲很难批准你在那个地区去种植相应的转基因农作物，所以这就避开了，对吧？那不是一个种的，那就不要紧了，对不对？通过花粉很难传播，对吧？在世界范围内已经有五千多例安全性实验，获得了科学界的广泛支持，这些数据都是正面的。这个转基因农作物在全球已经推广了八、九年了，没有发现什么太大的问题。另外呢，自从1996年转基因农作物获准在大田释放之后，美国人一直在吃，也没有发现一例关于说吃了转基因的食品得了什么病了，对吧？这个没有发现。

下面，我给大家介绍一下标签制。因为前些日子对于标签问题大家也很关心。第一个方式就是强制转基因食品标签，强制性的。我们国家要采取的将是这种；自愿转基因食品标签，你可以标，也可以不标，在美国就是这样，还讨论这个问题；然后第三种，一个自愿的非转基因食品标签，现在我们这儿已经出来了，对吧；一般公众或者一般消费者对转基因食品有点担心，那么它贴一个非转基因标签。实际在转基因食品安全上是有保障的。就是说如果我们要通过一个国家的审批制度的话，从食品安全性上要有这么多的检验：食品毒性的检验、过敏反应、食品有益成分的破坏、可能降低动物及人类的免疫能力的风险、抗药性等都要进行检验。像环境方面，是作为外来种的生态风险可能造成的基因污染，对土壤生态系统的影响演变成杂草或将基因传递到其他杂草的风险，产生新病毒或超级病毒的风险造成生物多样性下降的风险，对非目标生物造成危害的风险，都要做。

联合国发展计划《人类发展报告》2001年它指出：农业生物技术已经在经济和环境方面，造福于世界许多国家的农民；然而，更为重要的是这个技术在改善发展中国家人民生活，增强经济实力，和保护环境方面尤为适用。这都是对这项技术给予一个充分的肯定。这可以看人类社会整个进化的过程。大约一万年前左右，一直到达17世纪左右，这是农业时代，农业经济时代，农业经济时代。到了18世纪，一直到20世纪是工业时代，工业经济时代。然后上个世纪的50年代开始，到这个世纪的20年代、30年代是信息经济时代。当然到20年代和30年代之间，这儿出现一个交叉点，这是生物经济时代。这是大家广泛的经济学家的预测，一个未来学家约翰·奈斯比特访问中国时说：“Internet只是允许我们更方便地做我们已经做过的事，而基因工程则会改变人类及其进化的过程”。一个是彻底的一种改变，一种只是改变一下，更快捷一些。所以他对生物经济比IT业更为看重，所以与任何新生事物一样，转基因事物并不是一帆风顺的，但它的前途绝对是光明的。我可以给大家讲一讲，转基因农作物发展的过程是这样的：第一阶段我们现在处于这个阶段，这个阶段主要解决农作物的抗性问题。当然它主要是开发商和农民获益，开发商非常有积极性，农民非常高兴，农民都是种植，非常有积极性。到第二个阶段就是品质改良，这样可能改良更可口，营养成分更高，更好吃易于消化。第三个阶段那是特殊用途的，这就是功能性食品，治疗性食品。还回到这个问题上，转基因食物离我们到底有多远，对吧？还回到题目上来，我觉得这个问题，回答当然一方面需要科学家的努力，需要开发商的努力。当然这方面都在做了一定的努力。我想更重要的是：以广大消费者他能够欢迎这个转基因的食品，能够接受它。那么，我们离转基因食品就不远了。

我在结束的时候，引用一下一个美国的一个专家给国会提交的一个报告叫做史密斯报告，它里头的最后一句话就说是：“不要放弃这次绿色的机遇”。

自动控制发展的历程 -王广雄

主讲人简介

王广雄，哈尔滨工业大学教授。1953年从上海考入哈尔滨工业大学，毕业后留校任教，是我国自动控制领域的著名专家。发表多篇学术论文，出版专业著作数本。

内容简介

我今天的讲座就是讲自动控制的发展，从开始阶段的发生到形成一个控制理论，讲整个这个进程。我们今天主要把这个过程，怎么从个别的技术最后形成一门学科，这个学科分成几个阶段，给大家介绍了一下。

自动控制是指机器或装置在无人干预的情况下自动进行操作，它是围绕着工业生产的需要而形成和发展起来的，已广泛应用于人类社会的各个方面。自动控制我比较是有这么一个观点：你不能光从搞控制的人来说，我能想出一些方向，我就指给你往前走，我能解决你好多问题。我举例子来说，瓦特的离心调速器，这个控制系统，是先有调速器，先有调节系统，系统不稳定了，出了问题去解决它。就是说首先是技术推进它的，这是一个大方向。自动控制技术的发展是受到当时很多技术的影响，受到好多的一些知识的积累，各方面的知识积累，受到启发，才最终发展成为一门独立的学科。

所以我的想法，你从大的来说，这个控制首先应该是工业上有需要，有工作基础才想出来的。所以我总觉得呢，我都要跟着工业发展，技术的进程，一点一点往前进。上面就是我主要介绍的一些内容，我这里要说的呢，就是这里边包括一些年份，有些事实，这个都是有据可查的，不是我瞎说的。但是这里边对人的评论，一些观点可能就是我的，所以假如有说错的希望大家批评指正。我主要介绍的内容就这些，谢谢大家。

全文

我今天的讲座就是讲自动控制的发展。从开始阶段的发生到形成一个控制理论，讲整个这个进程。我们讲自动控制就是指这样的反馈控制系统，这是有一个控制器跟一个控制对象组成的，把这个控制对象的输出信号把它取回来，测量回来以后跟所要求的信号进行比较。根据这误差告诉控制器，这就是机器内部的工作了。让控制器完成这个控制作用，使得这个偏差消除或者说使得控制对象的输出跟踪我所需要的要求的信号。控制对象的输出量一般来说都是一个物理量，比如说我控制一个机器的转速，就是需要把速度测量出来，才能进行控制。

自动控制系统，从一开始出现的时候，大家假如接触到这门学科的话，可能都知道是瓦特的离心调速器。这是离心调速器的几种方案的示意图，什么叫离心调速器呢？就是有两个飞球，一转起来以后，因为离心力，飞球就往外胀。飞球胀开以后，这个下面的套筒就往上升，这个套筒在移动，就带动执行机构动作，这是最早的瓦特的离心调速器。

实际上这个离心调速器不是瓦特发明的，一般我们叫瓦特的离心调速器，它实际上不是瓦特的发明。这是什么呢？就是在那个时期，大家看到风力磨坊就是相当于离心调速器的那个飞球，实际上在那个时候，已经有这样的调速器。瓦特是发明了蒸汽机，用了这样的一个调速器，但是现在很多人都愿意把这个离心调速器，挂在瓦特的名下。所以一般的书上，大家看到的是瓦特的离心调速器，你要看正式的书，假如材料写的确切的话，只说1788年前后，不确切说哪一天的年代，因为不是他发明的。就是说一项科学技术的发展，并不是一个人，就是说瓦特又能发明蒸汽机又能发明调节系统，好像什么都是他发明的，实际上他也利用了前人的很多知识的积累。这是1788年，随后大概有一百年左右的历史，工业里边自动控制系统就是个离心调速器，当时主要就是个蒸汽机，蒸汽机离心调速器，没有别的类型，后来进到二十世纪，就是出现了飞机。大家可能知道的,斯佩雷（Sperry）发明了陀螺，他想办法把陀螺做成一个自动驾驶仪。

现在再一个报道，就是1925年到1940年之间斯佩雷（Sperry）的那个工作，这里谈的是anti-aircraft，就是防空火力控制，火力控制是这样的。它这个火力控制，这里一大堆人的地方，这是它主要的核心部分，叫火控指挥仪。火控指挥仪是指什么意思呢？根据飞机的方位角、高低角，飞机在飞还有一个前置角，打前置角，把这个呢，控制火炮，告诉火炮。就是这个地方是它的指挥仪，等到火力控制的地方，这里站了三个人，当时的术语叫人工伺服，三个人，为什么三个人呢，一个方位角，一个高低角，还有一个引信。因为他那时候还要算出来，就是要指挥仪算，算出来我炮弹飞到你飞机的时候，需要多少时间。引信就是指一个定时器，它拨到可能几秒钟以后爆炸，所以需要这三方面的高低角、方位角，再加上定时爆炸，才能把飞机打掉。这是1940年前的，这个是美国的火力控制的情况。但是到真正我们核心搞控制的人来说，火炮控制部分是人工伺服，human servo。

这个就是当时的斯佩雷（Sperry）公司搞的，主要它的工作就是这个指挥仪。这个指挥仪怎么工作，大家可以看到，这个火炮上站着的，围着指挥仪是一帮人。当时是1940年前后，所以这个人站在上面都是很危险的，因为上面敌人飞机过来，是这么一个情况。到了1940年以后，火力控制系统发生很大的变化，你看这上面人已经很少了。这个变化是谁搞的呢？这里有一个贝尔实验室里边的一个年轻的工程师帕金森（Parkinson），只有29岁。就是一个一般的技术员，当时是一般技术员，他做了一个梦，他这个梦在所有的正式文件里边都承认，他是一个什么情况呢？这个帕金森（Parkinson），他就是一个低职位的工程师，让他承担的任务是绕电位计，就是1940年那天晚上他做了一个梦。他梦到用电位计控制的记录笔也可以控制火炮的发射，他这个梦就促进了自动控制技术的发展。

好，现在再回过来，我稍微举两个实际上我们现在要用到的一些例子。大家看到这是硬盘驱动系统。硬盘驱动系统里边就是个伺服系统，大家不要小看这个伺服系统，硬盘伺服系统里边高速旋转的时候，定位的精度是一个微米，在高速旋转的气流下，这实际上是扰动很大的，要求高精度。这个利润、产量都非常大，每年几百万套。

下面还有一个就是日常遇上的汽车的防侧滑的那个系统。这个左边的那个图，就是相当于仿真计算。仿真计算往上翘的就是一般常规的汽车，这种工作不是在纸面上做的；右边的就是照片了，就是实际上它还是做实验的，这些都是目前，就是跟我们生活都有关系的一些控制系统。

刚才讲的纯粹是一个技术，但是跟技术配套的理论上，还有一些什么工作。就是我们这里看的是有麦克斯维尔，就是有这几个人了。我把这几个人的研究介绍一下。蒸汽机的离心调速器，刚出来的时候，大家不知道有反馈的概念，所有的问题都集中在调节器本身，一会儿说你是调节器重量太小了，应该大一点；一会儿说这里要有个弹簧，一会儿又说这有弹簧也不好；一会儿说里边因为摩擦力影响，就一直没有从反馈系统来考虑，就是单个孤立的一个控制器。麦克斯维尔把这个系统看作调节器，跟调节对象合在一起，用微分方程来进行研究，这是麦克斯维尔的功劳。

但是麦克斯维尔，从我们今天来说，就相当于停留在理论上。当然他当时不完全是纯理论，他在实验室做了个调速器，完了进行研究，研究了指出这微分方程的特征根在左半面或右半面跟稳定有关系。他正式提出的，但是他解决不了，就是判别的问题，他只能做到三阶系统怎么判别。

1876年，俄国的维斯聂格拉斯基，他是专门搞实际研究的，他们当时有一种直接作用调速器。就刚才说的，一会儿说这个有问题，一会儿说那个问题，老找不到问题，准备把整个方案都要放弃了。维斯聂格拉斯基结合了他当时的蒸汽机，结合了他这个蒸汽机的特性，就指出来参数更应该是怎么选择，才能保证稳定。维斯聂格拉斯基，就是结合工业实际，大家对他的评价很高，他就解决了当时差不多在一种调节器就要下马的情况，他指出来就是一个参数问题，所以他在工业上，是立了很大的功劳。

在这个同时，1877年，大家学判据的，有个代数判据，劳斯代数判据，劳斯判据怎么来的呢？我的记忆里边，劳斯就是麦克斯维尔的学生，就可能相当于我们现在的博士生了，麦克斯维尔就是给了任务，你把方程式根的性质给我判别一下。最后到1877年，劳斯把这个拿出来了，劳斯拿出来行列式，得到了奖，当时叫做亚当奖。在这个同时，1895年，胡尔维茨（Hurwitz）也在不同的情况下，不知道劳斯的情况下。因为那个时候的欧洲不像现在学术交流这么频繁，当时没有什么学术交流。我也不知道你到底搞了些什么，所以这基本上是平行的。但是胡尔维茨（Hurwitz）的不一样，胡尔维茨（Hurwitz）解决的是瑞士达沃斯电厂的一个蒸汽机的一个调速系统的设计，就用稳定性理论来设计。

胡尔维茨（Hurwitz）被认为是真正用控制理论，来用到控制系统设计的第一个例子。所以我现在这里列出来的这四个人，两个人是学校里的学究式的，就是麦克斯维尔跟劳斯，但是他的功劳也不能磨灭，维斯聂格拉斯基跟胡尔维茨（Hurwitz），都是实际上出来的，就解决实际问题，这是两个不同的。但是最后，劳斯，胡尔维茨（Hurwitz），都拿出来，现在都有用的代数判据。

在这个里边，还有一个人，也应该提一下的。就是我们用的是个负反馈，真正使用负反馈是谁呢？是贝尔实验室的布莱克，也是一个年轻的工程师。在1927年的8月2号发明的，都有日子。怎么发明的呢？有人说可能是灵感，一天他去上班，那时候20年代，在美国也是上下班要坐船、坐车，他坐在渡轮上面。所以这样的话，负反馈是1927年，布莱克首先提出来的，我现在为什么要提呢？就是说他到底是不是个灵感，其实推究他实际上是必然性。

布莱克已经在这个之前，专门研究了电子振荡器，电子振荡器是用反馈工作的，当然是正反馈了，所以他有这个基础。完了正好这么一想，我这个线性化为什么不用这个方法呢？就是他有工作的积累，布莱克有很多用反馈原理构成振荡器线路的这些工作基础，完了老在想这个问题，这样灵感就出来了，就做出来这个负反馈放大器，这是一个人，应该要提一下。

还有下面要上的是尼可尔斯（Nichols），我们下面还要提一下的，尼可尔斯（Nichols），他提出来的一个，大家现在学控制的可能都知道，PID的整定法。整定法是尼可尔斯（Nichols）在二十世纪40年代提出来的，他做了PID，他这人很有才能，他做了PID，他想办法把PID调出来，想办法参数应该怎么整定，需要用模拟机。当时美国惟一一台模拟机，当时的模拟机叫微分分析仪，麻省理工学院的。这个模拟机的制造人是谁呢？就是刚才说的，当时是维布什(Vannevar Bush),后来他是美国总统的科学顾问，原来就是搞自动控制的，他设计了这个微分分析仪，现在叫模拟机。尼可尔斯（Nichols）就在这个模拟机上做了大量的仿真实验，最后列出来这个PID的整定表，50年过去了现在大家还在用。有一样工作50年不变的就是这个PID整定表，现在还在用，就是尼可尔斯（Nichols）发明的。

所以这个呢。因为他的工作才能，当时MIT（麻省理工学院），还有一个飞机机载雷达的控制系统在调试。调试不下来，老出问题。从现在看呢！也就是我们现在说的叫频带问题，调不出来，他在仪器厂，与MIT（麻省理工学院）不在一个地方。他是来做仿真实验，模拟机实验，完了呢！也参加了一些讨论，结果他发表了很多观点，提出了好多方法。结果MIT（麻省理工学院）把他看上了，就要他留下来，别回到调节器工厂那儿去了，所以PID的整定方法提出来以后，他就留在MIT（麻省理工学院），做了很多伺服系统的工作。

这个是最后的，战争结束以后，他们才把工作展现出来。这一本书呢，现在是一本经典著作，当时我们国家解放了，当时这些资料都没有，我们只能是看到俄文的。俄文的是1953年翻译出来的。

这个就是相当于我们刚才说的，逐渐的一些经验都总结起来，都形成理论了。这是一本在美国出版的书。下一本呢，第二本要介绍的是钱学森的《工程控制论》。钱学森是1954年写的书，当时他在美国写的书，我们这里也拿不到英文版，但是前苏联很重视，前苏联马上把它翻成俄文。我们看到的前苏联是1956年把他的俄文，翻译出来了，我们当时看到的是俄文版，这是在大概二十世纪50年代形成过程里边的几个主要的过程，把经验都总结出来。下一本是鲁里叶（Lurie）的非线性的一个经典著作，这个是1951年出版的鲁里叶（Lurie）的那本书。鲁里叶（Lurie） 在前苏联大概1944年他提出来，大家现在搞非线性可能都知道，提出来一个鲁里叶问题，这个问题一直解决不了，他后来写成书了，就是留着这问题。这个问题，开始到什么时候呢？我这里说一下这两个风格，英美的刚才大家已经听出来了，都是搞工程的人在搞控制，前苏联是应用数学家跟力学家在搞控制，所以两个起的作用都不一样。他这本书1951年当时是非常难看懂的，很难读懂。这个工作，他提出来的鲁里叶（Lurie）问题，一直到1960年才有人解决，提出来一个解决方案，大家可能知道的，就是波波夫（Popov）的绝对稳定性。后来就提出来超稳定性，是解决的这个鲁里叶（Lurie）问题。就是说这本书当时二十世纪50年代，二十世纪40年代后期，50年代初的一些工作，一直影响到二十世纪60年代，而且还影响到目前一些非线性的理论工作，都是以他这个为基础。

我刚才说的，是整个在二十世纪40年代，前面的是个技术的发展过程，慢慢形成理论了。我现在接下来就是谈到发展了，我习惯上用这么一个时间表来表示。50年代的时候，一般都叫经典控制理论； 60年代叫状态空间法，实际上就是状态空间方法，但是呢，当时的名称，把它叫做现代控制理论了；后来70年代是现代频域法，这么一个过程。接下来现在就是要说明一下状态空间法，完了就叫现代控制理论。这个状态空间法谁先提出来的呢？是刚才的第三本书，前苏联的这些学者。他们搞应用数学、搞力学的，他们从来就是用的是状态空间法。1960年卡尔曼把它介绍到英语世界，这个世界用英语来说是English speaking country ，就是说英语的国家里边去，因为本来大家都不知道，卡尔曼是个斯拉夫名字。他1960年的时候，他把状态空间法介绍给美国。但是加上人为炒作，就把这个现代控制理论炒作得好像非常神一样，当时也有些人寄予希望也是比较大。这个就是发展了十年以后，就发现期望过大了，好像也只不过如此吧！有些问题你也没解决了。所以那个时候，又有人回到频域法，就是最早50年代是频域法，60年代状态空间，70年代又回到频域法。

当然这个是螺旋上升的，这个是我们不能再讲得特别细。就这个时候的频域法就加了个名字，叫现代频域法。实际上是螺旋上升，又回到频域法。觉得频域里边来考虑设计问题还是比较恰当的，考虑一些设计要求，就出现了这个频域法。正好在现代频域法发展的这个势头上的时候，1981年有人写文章说你这个没有鲁棒性，我们现在大家搞控制理论知道要鲁棒设计。说你这个现代频域法没有鲁棒性，当时人家不信、不服，经过80年代的论证，争议慢慢形成。到1991年，就是现在的有人当然是你可能这个术语不一定统一，有人把它叫做现代后控制理论，Postmodern control theory。我们现在就回过来看看，为什么说这个没有鲁棒性？这个要说到，我们从多变量系统来说，多变量系统实际上是多入多出系统。多变量不太恰当，输入有好多个，输出有好多个。多变量里一个问题，叫做耦合，就是输入输出之间互相耦合。控制的时候，直观的要求就是要解耦控制，解耦控制以后呢！就是这个1跟输出1可以组成反馈系统，这个2呢！跟输出2可以组成反馈系统，这个设计的时候就比较容易了。但是解耦设计是个什么概念？解耦设计实际上要求输入输出之间的关系，我1控制1，2控制2，用我们的术语来说这是响应特性，并不表示我的反馈系统有些什么特点，有些什么要求。为了说明这个响应特性，我们再来看一个例子。

这是大家只要学控制的，只要和控制原理有关的课，首先碰上的一个问题，我一个控制器跟控制对象组成个系统。老师一开始讲的时候就这么讲，完了呢，说这个系统等效成为一个二阶系统，这个二阶系统输入是阶跃的时候，我输出是什么要求，完了零极点怎么配置。在谈这些问题的时候，大家注意没有。他忽略了一个最主要的什么问题呢？这么在讲的时候把上面的一个反馈控制忘了，只谈输入输出了。我阶跃你只要响应是什么样，完了你极点怎么配置。再问个问题，你前边的为什么用反馈呢？没讲！这就刚才这个多入多出系统里边的解耦设计也是一样。解耦设计就是个输入输出的响应要求，并不是说没有这个要求，但是你光有要求，就譬如我这几点，我当然是有要求，但是光有要求，你还没谈到反馈。所以就让人给抓住了，就说你这没有鲁棒性。因为鲁棒性就是跟反馈直接有关系的问题，你反馈设计的时候就没有考虑鲁棒性，那你怎么能设计完你一定有鲁棒性，那你假如有鲁棒性，那是碰上的，你就是没有考虑反馈设计的鲁棒性能，就是没有设计，就是当时在现代频域法发展的高峰的时候，就有人提出来。

但是，我看到国内有些杂志，有人对这个观点还不太同意，大家可能以后会接触到。但是主流大家都是承认，你这个现代频域法当时提出来的是没有考虑鲁棒性。这个鲁棒性是个什么问题呢？我们看下一个图，我们设计控制系统的时候，是控制器跟数学模型。你在纸面上，用计算机设计的时候，就是这么设计的。上面这一个反馈系统，你设计好了，数学模型是留在你的计算机里，你用的时候要跟下面的一个实际物理系统是连接，实际物理系统跟你数学模型总有点不一样。假如我只允许你只能在我这样的数学方程式下，系统是好的，那你没用的，你做出来系统不能用。我们的设计要允许这两个有差别，这个允许差别就叫有鲁棒性，所以鲁棒性不是我们一般数学上的问题。就是实际上提出来的问题，就是解决你这个设计到底能不能用的问题。所谓我有鲁棒性，就是你的设计允许有这个差别，允许有不确定性，你在纸面上设计的系统做成控制器以后，到实际上用，照样有这个性能，这才叫你的设计具有鲁棒性。所以这个鲁棒性的概念就是80年代提出来的，逐渐形成了我们现在说的现代后控制理论。

我们把这个刚才说的那个过程，就是把它归成这个几类，一个经典控制理论，现代控制理论，后边现代后控制理论，这个里边研究对象不一样，一个传递函数，一个状态空间模型。研究内容呢，我们讲现在我们谈的是奇异值、鲁棒稳定性的问题，在前面的经典的控制理论里边，是讲带宽、讲裕度，现代控制理论里边是特征值、方差和范数，这些是在LQG，都是属于现代控制理论的范畴，用的实际计算工具呢，就伯德（Bode）图、奈奎斯特图、尼可尔斯图。

他在那本1947年麻省理工学院出的教材里边，提出来介绍这个尼可尔斯图，这个尼可尔斯图从40年代到现在，也是有50年了。尼可尔斯50年前提出来的PID整定表，提出来设计用的尼可尔斯图。50年后的今天还在用，还在用它来做设计，可见到他这个人的水平。为了纪念这个尼可尔斯，从1996年开始，世界自动控制联合会，就是IFAC（国际自动控制联合会），专门设立了一个尼可尔斯奖，专门奖给设计上做出贡献的人。1996年给过一个奖，1999年给过奖。每三年IFAC开会的时候评审一次，就知道这个尼可尔斯这个作用了。所以大家再要有机会的话，能看到他最早的这本书实际上是经典著作。

现代控制理论用黎卡提方程。我们现在用的，现代后控制理论里用的是线性矩阵不等式，线性矩阵不等式的解法都是用MATLAB的软件来解的，所以整个计算工具，就是我们考虑的对象、研究内容等等都出现了变化。所以有人把它叫做现代后控制理论，我们今天主要把这个过程，怎么从个别的技术最后形成一门学科？这个学科分成几个阶段？给大家介绍了一下。

这个就是我主要介绍的一些内容，我这里要说的就是这里边包括一些年份，有些事实。譬如说他做了梦，这个都是有据可查的，不是我瞎说的。但是这里边对人的评论，一些观点可能就是我的，所以假如有说错的希望大家批评指正。我主要介绍的内容就这些，谢谢大家。

提问：听了您刚才的介绍，我有几个地方想向您请问一下，请问王教授，您刚才介绍的是自动控制发展的历程，那么就您个人的意见和看法，那么咱们自动控制的未来的发展方向，有可能是哪个方向？就培养我们这些学生而言，我们怎么样提高自己自身素质来向这个方向来靠拢。

答： 自动控制我比较是有这么一个观点：你不能光从搞控制的人来说，我能想出一些方向，我就指给你往前走，我能解决你好多问题。我举例子来说，瓦特的离心调速器，这个控制系统是先有调速器，先有调节系统，为了提高精度，把这个球做大，做大了以后，系统不稳定了，出了问题去解决它。就是说首先是技术推进它的，这是一个大方向，大家可能现在学理论，就是一些新的理论里边，可能是最优控制吧，Pontryagin，中文叫庞特里亚金，庞特里亚金（Pontryagin）的那个极大值原理，到底怎么产生的，我倒想说说这个过程，所以就可能知道，我搞控制的人怎么搞。

庞特里亚金（Pontryagin）的那个极大值原理，首先在1953年，前苏联开了一个自动控制会议，当时是一些搞工程技术的人员，提出最优控制，就是我们现在说的Bang-Bang（开关）控制。这个是有名的人，是费尔德鲍曼(A.A.Feldbaum)他提出的。庞特里亚金（Pontryagin）是数学家，他在控制会议上听出点门道来了，他是数学所的，完了开完会以后，他把费尔德鲍曼请到他们数学所做讲座，讲他的最优控制。讲座完了以后，1956年庞特里亚金（Pontryagin）的那个极大值原理就出来了。我就说他数学家先能把问题抽象出来，也跟刚才瓦特的离心调速器一样，受到当时很多技术的影响，受到好多的一些知识的积累，各方面的知识积累，受到启发，才出来那个极大值原理。

所以我的想法，你从大的来说，这个控制首先应该是工业上有需要，就相当于我刚才为什么要举了一些例子呢，负反馈怎么提出来的，是这个人长时间做了反馈的放大器，他有工作基础才想出来的。所以我总觉得呢，我都要跟着工业发展，技术的进程，一点一点往前进。