20世纪，是科学技术不断进步的百年。在人类进入新的千年之际，回顾百年科技发展带给人类的恩惠和影响，可以得到许多启示。展望新世纪科学技术发展前景，我们相信它将会继续为人类文明作出更为巨大的贡献，也深感当代科技工作者肩负的历史责任。
一、20世纪是科学革命的世纪
1、量子理论和相对论的创立与发展，堪称20世纪最伟大的科学革命
20世纪初，由于黑体辐射能谱的实验难以用经典物理学理论解释，德国物理学家普朗克于1900年提出了著名的黑体辐射能量关系式E＝hv，标志着量子理论的诞生。经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、康普顿、海森堡、薛定谔、玻恩、狄拉克等物理学家的相继努力，最终建立起了一个概念完整、逻辑自洽的量子理论与量子力学理论体系。另一方面，迈克尔逊与莫雷于1887年进行的以太漂移实验揭示了牛顿－伽利略时空观的局限性。1905年，爱因斯坦在论文“论动体的电动力学”中提出了狭义相对论。1908年，数学家闵科夫斯基进一步引进四维“时空”概念，将其表达为现代张量形式。1916年，爱因斯坦又进一步发表题为“广义相对论的基础”的论文，创立了广义相对论，实现了继牛顿以来人类时空观和物质与能量统一性认识的革命。
量子理论和相对论不仅成为近代原子，分子物理和天体物理的基础，成为物理与化学及生物学交叉的重要理论基础，也成为现代核技术、半导体技术、微电子与光电子技术发展的重要理论基础。
2、DNA双螺旋结构模型的建立，宣告人类在揭示生命遗传的奥秘方面迈出了具有里程碑意义的一步
1900年，孟德尔最先总结出的生物遗传基本规律得到公认。1911年，以美国人摩尔根为首的一批科学家进一步实验证实孟德尔所假设的“遗传因子”就是细胞内染色体上有序排列的“基因”，确认了“基因”是遗传信息的载体。1944年，艾弗里、麦克劳德和麦卡蒂通过肺炎球菌转化实验发现，遗传的物质基础是DNA而不是蛋白质。1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克提出了DNA双螺旋结构分子模型。后来的实验研究证实了该模型。DNA双螺旋结构的发现，标志着现代分子遗传学的诞生，揭示了世界上千差万别的生命种群和个体在分子结构和遗传机制上的统一性，并为后来以DNA重组为主要手段的基因工程奠定了基础，对当代医学和农业等的发展产生了深远的影响。
3、信息理论的发展为20世纪的通信技术、计算机和智能机器，以及生命与认知行为的研究等奠定了理论基础
第二次世界大战对通信的实际需求促使了通信理论的诞生。1948年，美国应用数学家申农发表“通信的数学理论”，奠定了现代信息论的理论基础。同年，美国科学家维纳出版《控制论》一书，将事物的运动看成不确定的随机过程，采用统计和时间序列方法来处理信息和控制问题。1957年，美国人古德和麦克霍尔合作出版《系统工程学》，系统地引入线性规划、排队论、决策论等数学分支，为系统科学与工程奠定了数学方法的基础。美国阿波罗登月计划是系统工程实践的成功范例。
4、20世纪地球科学中最伟大的成就首推大陆飘移学说和地球板块构造理论
19世纪后半叶，人们开始发现被大洋隔开的不同大陆上的生物种群、古生物化石，乃至地质地层构造有着十分相似的亲缘关系。这是19世纪正统的“大陆固定学说”难以解释的。1912年，德国气象学家魏格纳提出了大陆漂移学说。1915年，又出版了《海陆的起源》一书，给出了大陆漂移的证据，但未能解释大陆漂移的动力学问题。1928年，英国地质学家霍姆斯提出“地幔对流学说”。到了五六十年代，海洋地质研究，尤其是海洋钻探的开展，证实了地幔对流和海底扩张的存在，并依靠无线电测距方法测定了海底扩张和大陆漂移的速率。在此基础上，1967年出现了地球板块构造模型。大陆漂移学说与地球板块构造学说不仅可解释地球大陆的变迁历史，而且可以预测其未来的发展，是人类对固体地球运动模式整体性及其运动学和动力学认识的深化，是现代地质学的重大发现。
5、新的宇宙演化观念的建立使人类对宇宙有了全新认识
广义相对论问世以后，人们开始按新的科学观念建立宇宙模型。1917年，爱因斯坦首先提出有限无界的静态宇宙模型。1929年，美国天文学家哈勃分析了河外星系光谱的红移现象，发现退行速度与星系距离成正比，这一观测事实有力地支持了宇宙膨胀模型。1946年，俄裔美国物理学家伽莫夫提出宇宙大爆炸理论。1964年，发现来自太空温度3K的微波辐射与伽莫夫预言的宇宙大爆炸后遗下的背景辐射相符。这一系列成就使宇宙学成为既有严密的理论体系，又有丰富的观测验证的一门现代科学。它为人们勾画了一幅从相互作用的起源、基本粒子和化学元素的产生、分子的形成和生命的出现，直到行星、恒星、星系以至整个宇宙起源和演化的图景。尽管这一图景尚待进一步验证和完善，但新的宇宙演化观念的建立已经极大地丰富人类对宇宙的认识。
二、20世纪也是技术革命的世纪
20世纪以来，基础研究的重大突破和军用、民用市场的强劲拉动，使人类在技术领域获得了前所未有的成就。由于能源、材料、信息、航空航天、生物医学等领域发生了全新变化，因此可以说20世纪也是技术革命的世纪。
1、20世纪新能源技术发展迅速，能源结构向液化、汽化、原子化方向发展
19世纪末汽油机和柴油机发明之后，交通运输得到迅速发展，而石油需求的飞速增长导致了新油田的大规模开发。至1974年，石油已在世界能源结构比例中占据54％，并成为最重要的合成化工原料。1942年12月，在费米领导下建成的世界上第一座可控链式反应装置，又宣告人类利用核能时代的开始。1945年和1952年美国相继研制成功原子弹和氢弹，人类开始掌握释放核能的技术。中国人经过自己的努力，也在60年代中期掌握了核技术。1954年苏联建成世界上第一座5000KW的核电站，开始了人类和平利用核能的进程。迄今为止，世界上已有近500座核电站在运行，核电已占世界发电总量的20％以上。人类也进行了受控热核聚变技术的探索。此外，70年代初石油危机以后，煤的洁净燃烧和转化技术，以及可再生能源技术受到重视。节能材料、节能工艺、节能产品和产业结构、节能生活方式受到广泛重视，人类开始追求能源消耗零增长或者负增长的可持续发展途径。
2、20世纪材料科技的发展为科技发展提供了丰富多彩的物质材料基础
自20世纪上半叶人工合成高分子材料获得成功以来，微电子（光电子）功能材料、高性能合金与陶瓷、各种类型的复合材料和一系列新的材料制备技术相继涌现，使人类长期以来对木材、皮革、金属材料和混凝土为代表的结构材料的依赖得到改观，并为航天与航空工业、电子与信息产业、建筑和汽车工业以及为人们的日常生活提供了丰富多彩的物质材料基础。今天，借助全新技术，已经能够对材料表面进行原子级超微细加工，实现了纳米级（10－9m）的精度。
3、信息技术的发展使人类迈入信息和网络时代
以微细加工工艺为基础，以集成电路为核心的微电子工艺技术以及光电子与微电子传感器件的开发，不但成为计算机技术的基础，也成为机电一体化技术与产品的基础，开创了智能化办公机器、商用机器、家用电器工业以及现代制造设备的新纪元。大规模集成电路的出现，特别是金属氧化物场效应半导体集成电路的出现，为微处理器的生产提供了可能性。1971年，第一台微型电子计算机问世。1977年，美国苹果Apple公司生产的最早的个人计算机投放市场。20年来，信息技术迅猛发展。低价位、高性能的个人电脑的普及，以及ATM、IP、CDMA、WDAM等现代通信技术的涌现，人类进入了信息和网络的时代。
4、飞机和火箭技术拓展了人类的活动空间
1903年12月，美国莱特兄弟制造的人类历史上第一架带发动机的载人飞机在美国北卡罗来纳升空。近百年来，人类依靠材料科学、控制技术和航空发动机技术的进步，发明了喷气发动机（1937），突破了音障（1974）和热障，制造了具备多种技术性能和满足多种用途的飞机，喷气式民用客机已成为洲际旅行最便捷的和安全的交通工具。第二次世界大战中德国研制出V－1、V－2火箭。二战结束后，美、苏展开了激烈的太空争夺战。1957年10月，前苏联用运载火箭成功地将第一颗人造地球卫星送入轨道。1961年4月，前苏联载人飞船发射成功。1969年7月，美国宇航员成功地登上了月球。1970年4月，中国依靠自己的力量发射成功第一颗人造地球卫星——东方红一号。“礼炮一号”空间站被送上太空近地轨道、“哥伦比亚号”航天飞机发射成功、哈勃天文望远镜和X射线天文观测卫星进入预定轨道、美国太空总署的遥控探测车在火星表面登陆等，人类在空间探索方面取得了一项又一项惊人成就，迄今为止，人类发射了6000多颗各种用途的卫星和多次往返地球的航天飞机，建造了哈勃空间天文望远镜，建立了空间站并开始了对太阳系其他行星的探测活动。
5、20世纪医学与生物技术的进展极大地提高了人类的生存能力
生命科学以及物理、化学和测试技术的发展促进了医学和生物技术的发展。在医学诊断技术方面，心电检测技术（1903年），X光诊断技术（始于1898年），超声波诊断技术（20世纪70－80年代）和核磁共振诊断技术（1982年），以及与计算机数据处理相结合形成的断层扫描成像诊断技术（CT，1972）等，显著地提高了对人体疾病的认识水平，为人类的健康做出了巨大贡献。相应的超声、激光、低温以及各种放射线治疗设备和技术也相继问世。药物方面，维生素的发现（1911）、胰岛素的分离（1923）与人工合成（1964）、青霉素功能的发现（1929）、磺胺类药物的发明（1935），以及其他激素与抗菌素与合成药物的发现与制备技术的发展等，为治疗代谢性和细菌感染性疾病提供了有效的手段。人类的平均寿命在本世纪内得到了大幅度的提高。生化技术和基因技术的进展，使得生化和基因诊断与治疗成为新的有效的技术手段，显微外科、器官移植和人造器官也是20世纪医学科学的重大成就。在生物科学方面，以孟德尔遗传定律为农作物杂交育种奠定了理论基础，优质、高产、抗逆的杂交玉米（1921）、杂交小麦（1944）和杂交水稻（60年代，70年代）相继问世和推广，引发了农业上绿色革命。试管婴儿的问世（1978）、“多利”克隆羊的诞生，标志着人类在掌握细胞移植和克隆技术方面达到了新的水平。细胞工程、发酵工程、蛋白质工程、基因工程的发展为医药、农业、食品和生化产业的发展开辟了新的途径。
三、20世纪科学技术发展的启示
进入20世纪以后，科学技术愈益显示出其“第一生产力”的功能，科技创新已成为人类文明进步的强大动力和基石。就科学技术发展自身而言，科学的重大突破往往基于传统理论和新发现的现象与实验结果之间基本矛盾的解决。20世纪以来，加速器的建造、光学与射电天文望远镜的建造、电子显微镜的发明等都为原子物理、天体物理、物质与生命科学的新发现和突破提供了手段和基础。现代科学技术的突破又往往发生于学科交叉的前沿领域。现代数学方法和数值计算技术是科学研究对象的科学归纳与数量描述的必要工具，是进行数值计算、仿真和虚拟现实不可缺少的手段，是从事当代科学研究和工程技术开发的重要基础。
现代高技术的发展既源于基础研究的重大突破，也离不开社会需求和市场的巨大拉动，如原子弹与氢弹的研制成功、电子计算机的发明与迅速推广。
不同性质的科技创新活动和科技创新活动的不同阶段，有其不同的动力机制和自身规律，应当用不同的方式支持、组织和评价。基础研究、战略研究及高技术前沿探索周期长，风险大，一旦突破对国家、社会，乃至人类文明的贡献无可限量，应该由国家组织精干队伍，建设研究基地，保证学术自由，给予稳定支持（乃至国际合作支持），同时进行必要的科学评估。国立研究机构和研究型大学是基础研究、战略高技术前沿探索的主要基地。但是对于应用研究和开发，应明确需求和市场导向，企业应是投资主体和创新行为主体。
创新基地是科技人才辈出和科研成果层出不穷的摇篮。20世纪科技创新基地在理论研究方面以哥本哈根、哥廷根、剑桥和普林斯顿等大学最为著名，在实验研究方面首推卡文迪许实验室，应用研究方面，贝尔实验室当列其首。剑桥大学迄今已有56人次获诺贝尔奖。
科技园区是培育创新创业人才和孕育高技术产业的园地。美国的硅谷、中国台湾省的新竹，以及中国北京中关村的兴起与发展，都具有依托大学和研究所、集聚高素质人才、营造创新创业氛围和吸引风险资金参与等特征。
青年科技人才是科技创新生力军，20世纪的许多重要发现和发明出自青年人。青年更是科学的未来和国家民族的希望，发现、培养、指导和支持优秀青年是老一辈科学家的责任。科技创新的主体是创新人才，研究型大学和从事高水平研究与发展的研究机构是培养创新人才的园地和摇篮。实现教学与研究的结合是培养创新人才的最好方式，20世纪许多重大发现与发明就出自研究生阶段的研究成果。
最后必须指出的是，科学技术是一把双刃剑，它可以造福于人类，也可以危害人类。它可以使人类文明获得巨大的进步，也可以被用来制造毁灭性武器、破坏自然生态环境和导致资源枯竭，可以使富者越富、穷者越穷。要解决这些矛盾，不仅需要科学精神与人文精神的融合，更需要自然科学、工程技术与社会科学的结合。
四、新世纪展望
1、21世纪仍将是信息革命的时代
信息科技仍将是最活跃、发展最迅速、影响最广泛和深刻的科技领域。可以预计，微电子与光电子器件及其集成结构、功能和规模将取得新的革命性的进展。计算机结构和功能将向着微型化，超强功能，智能化和网络化方向发展，人－机界面将更为友好。随着智能科学研究的进展，模拟人脑认知、思维过程的新概念计算机将有可能问世。随着光电子传输介质的结构的革新以及传输技术的进展，信道容量的发展将前途无量。新的科学方法与应用软件将帮助人们突破语言文字屏障，实现即时的虚拟现实，为全球化虚拟制造、服务、流通、研究与发展，为终身学习和娱乐提供新的平台。通过信息科技与物质科技、生命科技乃至社会人文科学的交叉与融合，分子设计、材料设计、虚拟实验、生物信息、数字地球、数字宇宙和数字生态等新的科学技术分支将得到发展，并表现出巨大的创新潜力。
2、21世纪也将是生命科技的世纪
20世纪人类已经开始从分子水平上了解遗传发育等行为，对生命活动规律的认识发生了质的飞跃。基因分离、扩增、重组以及体细胞克隆技术等均已实现，一些重要蛋白质的结构和功能业已探明，细胞膜内外和神经的信息传递的部分机制、微生物和植物光合作用的机制已经有所了解。到21世纪初，人类、水稻等一些重要物种的全基因图谱和测序工作将要完成，随着后基因组计划的推进，将导致医药保健和农业产业新的革命。
对于人脑和神经系统分子发育和工作机制的深入研究，将逐步揭示脑和认知过程的奥秘，促进认知科学、教育学和信息科学的发展，并可能为人的智力开发和计算机科学带来新突破。
3、21世纪将是新材料、先进制造技术迅速发展和广泛应用的时代
先进材料和先进制造技术是发展高技术产业和现代文明的物质基础。21世纪的材料科学技术的发展重点将向具有功能化、复合化、智能化、微型化及与环境相协调化特征的方向发展。最活跃的材料领域将是信息功能材料、纳米材料、生物材料，开发新能源（如太阳能等）及节能（超导、燃料电池等）材料以及高比强度、比刚度、耐高温、耐磨、耐蚀和其他在极端条件下具有优良性能的结构材料。
先进制造技术是一个国家工业技术水平的重要标志之一。随着纳米科学技术的发展，将带来微细加工的新变革。未来的制造业将全面进入柔性、智能、敏捷、精益、绿色、艺术化、全球化的先进制造新时代。
4、21世纪将是发展和利用高效、洁净的安全新能源的时代
能源是经济、社会活动的动力和基础。21世纪，燃煤高效联合循环技术将得到进一步采用，运行安全、高效、清洁的核能技术将取得新的突破，潮汐发电、燃料电池、太阳能、风能、生物质能等优质、可再生和清洁能源的效率将大幅度提高，水力与地热资源将得到进一步有效利用。21世纪，人类取之不竭的清洁能源——海水中氢同位素的受控热核聚变装置，将有可能得到工业化应用。
5、21世纪将是人、自然、社会协调发展的世纪
21世纪，人类将更加普遍地、理性地、科学地节制生育和消费，注意保护自然界生物的多样性和自然生态系统，重视地球上有限资源的合理利用、可再生循环和可替代性研究。能源消耗方式将从以化石能源为主逐步过渡到以太阳能、清洁和安全的核裂变与聚变能以及生物质能等为主。人类将在社会财富不断增长的同时，逐步实现人口、能耗与温室气体排放的零增长或负增长。人们将在不断“调整、调适、调优”人与自然之间和人与人之间两大主线的基础上，使人类社会真正走上理想的可持续发展之路。
6、21世纪还将是人类继续向空间、海洋、地球深部不断拓展的世纪
除保持人与自然的和谐共存和持续发展外，人类还将进一步开拓天疆和海域，了解并探索深部地球。人们将更加积极研究宇宙的起源和演化，探测宇宙中的暗物质与反物质，联合建立大型空间实验站，发射深空探测器，探索宇宙间的生命迹象，制造可深潜万米的水下机器人，实施大陆、海洋深钻的科学探测计划，建设“数字地球”，寻求和开发新的资源，拓展人类新的生存和活动空间。
7、21世纪将是科学技术发生重大变革、继续取得突破性进展的时代
科学技术的进步已经为人类创造了巨大的物质财富和精神财富，并将继续为人类文明作出更大贡献。这一切都依赖于科学家、技术专家的不懈努力，可以说科技工作者任重道远。为此，我倡议，全国科技工作者在21世纪，携手合作，开拓创新，为中华民族的腾飞，贡献自己的力量。
本文作者：中国科学院院士，中国工程院院士
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