◆◇院士會議活動報導◆◇ 第二十二次院士會議主題演講:從數理科學之發展看人類未來及全球變遷 數理組：高錕院士（由沈元壤院士代為宣讀） 簡介 科學不斷的進步加深了我們對自身以及所涉身世界的認識。物理 學家和數學家通過具有一致性的邏輯論證建立了理論並佐以證明來 解釋自然界中種種物理現象。化學家和生物學家則致力於確認以及 組合一些嶄新的自然物質。隨著時間的進展，人類開發了各種讓我 們可以運用於實際的技術、儀器和工具，以及讓我們可以用於探索 外在物質世界和內在身心功能的知識。 表面上來看，我們不斷的獲得了向自然挑戰的勝利。當然這些發 展已深深的改變了我們生活的方式以及對未來的憧憬。尤其是醫學 上的貢獻，更延長了我們的平均壽命同時也持續降低了嬰兒的死亡 率。但是全球性急速增長的人口以及隨之而來對自然資源的需求， 卻展現了一個前所未有而不為我們所熟悉的局面。值此之際，絕大 部份的人類仍然過著傳統的日常生活方式，以為這一切改變事不關 己，我們迫切需要建立一個新的社會倫理秩序。 在有限的自然資源保持衡定的條件下，我們卻面對了人口持續增 長和供求不均的問題，以及面對了如何能拓展全球經濟而使人人可 以擁有較好生活的挑戰。假設說生活的品質是用個人的平均能源消 耗率作為指標，人口的增長將會使得改善全人類生活品質的期望變 得更困難重重。 目前全球的人口約有四十億。即使我們控制生育，預計到了公元 2050年，人口將會是目前的兩倍並且還會持續增長下去。一般來說 ，在已開發國家的能源消耗，至少要高出發展中國家所消耗的一個 數量級。已知這兩個世界中人口的比率是一比四，那麼將需要增加 近百倍的能源才能允許人人能享受目前已開發國家的生活水平。 再則即使我們有足夠的自然資源，能源的消耗也會影響我們的生 活環境。燃燒石油雖然是一種低成本的能源，然而它所產生過量的 二氧化碳卻造成了全球性的氣溫升高。過度農地開墾以生產糧食也 會逐漸降低土地的肥沃程度以至土地最終成為沙漠。另外還有廢物 棄置和工業污染也正不斷地擾亂全球的生態平衡。 我們需要一個多向性的方案來處理這些層出不窮的問題。首要之 務是必須控制總人口的增長率。我們必須儘量尋求能提高生產卻又 不會提高相應能源消耗的方法。我們也必須增加全球性的合作與協 調。科學和技術將扮演了極重要的角色，在達成這些使命的同時， 我們將意識到不再容許獨來獨往、我行我素的個人行為，我們每個 人的所作所為將會影響他人。全球的事件將會是高度互動的。我們 所面臨的是一個零總和而又非線性互動的環境。我們正在探討一個 新的社會倫理秩序以及建立一個新的社會典範。 科學和技術的現狀 重點技術的突破是根植於基礎科學的研究。科技開發的尖端領域 雖然不勝枚舉，一般可簡單的歸納入下列幾種類別。計算機和通訊 、生物工程技術、材料以及環境科學等等。這些不同的領域都朝著 同一個目標努力，那就是提高生產力同時也降低能源消耗。 計算機和通訊技術可以更有效的利用及傳送資訊。生物工程技術 可以促進醫療護理以及提高農耕的效率和自足性。材料技術則將改 進元件和居所結構的耐用性以適應環境。而環保方面的顧慮將使我 們在增加能量需求之餘，可以更睿智的評估以及維持生態系統的平 衡。 目前的技術是建立在我們應付自然界的能力上，主要從兩方面著 手。一方面，我們能操作以及控制較大的系統，另一方面，我們也 能掌握細微如分子世界的組合。我們在建造複雜系統方面，比如火 箭的發射以及衛星等等，展現了前一種能力。而後一種能力使我們 可以製造在線性尺度上僅有數千個原子維度的元件。在未來這些技 術的精密度可指望獲得十倍甚至百倍的進展。我們將需要利用不同 的科學原理來超越這些技術。 重點技術有下列幾種 •處理和元件技術 ─平版印刷術 ─半導體材質 ─光電 ─固／液態分離 ─遺傳工程 •儀器和工具 ─原子顯微 ─近場顯微 ─Ｘ光鐳射 ─感應器與顯示器 •系統技術 ─網路與交換 ─自由空間連接 ─電池 我們下一步的躍進將依賴於以個別原子為基本處理單位的原子元 件的突破。這方面的深入研究將輔佐著儀器技術的改進而隨之發展 。在幾年前，ＩＢＭ曾以傲世的技術顯示了把公司名字用一粒一粒 原子寫成。近年來我們通過各種方法創造了量子階次的差異。我們 也利用量子動力學的公式來分析元件的物理特性。然而在這方面的 開發為時尚短，有待更優良的儀器和工具面世，才可能將這方面的 成就轉化為實際的用途。 我在十多年前開始進行了一個名為“兆兆位元”（terabit）的計 劃。以目前的技術作為延伸的基礎，我們首先必須劃分元件物性表 現的界限。原子階次的新技術，或將允許我們製造超越非量子物性 極限的元件。這是個值得興奮的時刻。 當我們有能力掌握個別的分子與原子時，將可以發現一些原先不 存在於自然界的嶄新物質。而有關於品質更優良的電池，以及新一 代的工程材料等等問題，將有可能獲得解答。在人口增長的情況下 ，這些成果對於朝向一個生態平衡世界的努力必然會有極大的幫助 。