未来的技术至少有三种类型。第一类是目前已知的科学的应用，唯一要求的是工程上的发展或时间和金钱以使其日臻完善。一个最近的例子是，一俟了解了核裂变的细节，就建造出了第一座核裂变反应堆，而目前的一例，是建造核聚变反应堆。

第二类未来的技术，是将我们的视野放到那些只有通过新的科学发现才能实现的工艺上。寻找一种能够阻止人的衰老过程和返老还童的方法就是一例。一个过去的例子是，力求治愈诸如肺结核之类的传染性疾病，这导致了抗生素疗法的发展。巴贝吉（Charles Babbage）在19世纪提出的建造一台通用计算机的设想，又是一例。尽管巴贝吉对如何设计这样一种计算机的想法是正确的，但要实现他的梦想则有赖于电子学的发展。要想对这类技术作出预言是困难的，而且需要某种想象力。

最后，还有一类人们简直难以想象的革命性的技术。举例而言，过去对到其他的星球上去旅行认为是一件根本不可思议的事情。只有到了伽俐略和开普勒时代人们才认识到，那些在夜空中闪闪发光的某些星球实际上是同我们所居住的星球相类似的。

我想讨论的大部分内容是有关第二类未来的技术。这种讨论是建立在我对未来的科学有根据的推测的基础之上的。

科学与技术之间有什么关系？正如我们常见的那样，对于某一项特定的科研课题而言，它都是为了想要发展一种特别的技术而提出来的。譬如说，目前对细胞生物学进行的许多研究工作，都是为了发现一种能治疗癌症的方法以及各种基金组织为支持可能实现这一目标而进行的研究而作出的决策的产物。

但是，技术也可能独立于科学而发展。也就是说，有些有用的发现是在甚至对它们到底如何起作用尚不甚了解或完全不了解的情况下得到的。在医学技术上的许多发现，如像止痛药就是这种情况。目前还不完全了解像阿司匹林这样的药物是如何能够起到止痛作用的，尽管对这种药物了解不够的差距往往会将科学家推向新的研究领域。当科学发展到涉及愈来愈多的与人类的生活息息相关的现象时，这种不依靠科学的理解而取得技术发展的模式就变得少见了。但是，“自主的”技术发现仍将继续为某些最有兴趣的未来技术的发展作贡献。

为了描述可能的未来技术，我没有必要说我可以“证实”它们。某些技术可能会引起人类生活的彻底变化，而且甚至会引起人类自身的根本性变化。但正是因为这些技术可能会引起我们的生活发生如此重大的变化，以致我们现在就不可免地要去想想它们带来的后果。

物理技术

当今世界的大多数技术都包含着物理科学而不是生物科学的应用，因此，它还是一个大部分已发生了变化的非生命的世界——物体的和“硬件的”世界。计算机和喷气式飞机就是这类技术的例子。虽然，看来生物技术或心理技术将在未来发挥更大的作用，但就物理技术而言仍有许多有趣的可能性，因为物理科学本身还在不断有新的发现，在探索如何达到目前还不能达到的环境的方法方面取得的进展和建立单个分子在其中能按一种整体的计划而进行排列的结构、就是这些可能性中的两种可能性。

我倾向于认为地球的表面含有多种多样的环境。但是，实际上温度、压力、放射性或大多数其他的物理参数的变化范围并不很大。这就是未得到保护的人类能够在其中生活和活动的狭窄的环境。但是，宇宙中的大多数环境和地球本身中的或在其附近的某些环境是很不相同的。为了探索这些对人类不利的环境，我们需要可靠的保护，我们必须采取一种飞船或深海潜水器的形式使我们处在习惯的环境之中。另一种办法是，我们可以派遣我们的“代理人”——自动化的装置代替我们去做这种探索工作。

这种采用“代理人”的方法已经将环境范围扩大了。我们可以将探索工作范围扩大到能把海底、火星表面和星际空间都包括在内。但是，附近仍有一些有趣的环境诸如地球的深层内部，即便用我们的仪器“代理人”还不能对它们进行探测。发展这些探测的方法就是对未来技术的一种重要的挑战。

目前我们进行探索工作遇到困难最大的环境类型，是那些温度和压力两者都高的环境。我们采用自动化的探测器和置身于保护环境中的人这两种方法，都能在某种程度上探索高压、低温的环境，如像我们的海底。我们也能探测部分的星际空间，那里的温度高而压力低。但是，我们还没有能力哪怕在几分钟的时间内去研究某些环境，如像金星的表面，那里的高温和高压均占优势。在这些环境中，环境的原子同那些被我们用来对其进行研究的任何探测器的原子之间会不断发生碰撞。这些碰撞作用的结果，会使探测器的温度提高到同环境温度一致的程度。而且，高温和高压还会导致环境物质同制造探测器的材料之间的化学反应速度加快。其结果，使探测器很快改变其物理和化学形态，而不能再起作用。

科学家已对寻找保护此类探测器的工作部件不受环境损伤的办法进行过尝试，但结果是各式各样的。往往有许多不同的力对探测器起破坏作用，而难以对所有这些作用力进行预测，仅仅能对那些我们已知的作用力采取防范措施。这正是过去的十年中发送到金星上的某些苏联探测器所遇到的问题。每一种后来的探测器都设计成能够经受住曾经损坏过前一个探测器的因素的影响，而每一种新型的探测器又都很快被以前还没有来得及起作用的某些其他因素的作用所摧毁。

虽然看来我们将很快建造一种耐力更强的探测器用来研究金星和其他类似的环境，但是还有我们不能指望用普通的材料制成的任何装置对它们进行探测的另外一些环境存在，如像太阳的内部。但是，宇宙中还包含着那些在地球上找不到的物质类型，因此有可能找到一种方法将它们用来保护我们的仪器甚至我们自己不受极端环境的损伤。例如，在一种被称作白矮星的老星（aged star）中已发现了一种物质形态，它的密度要比一般的物质大100万倍。在中子星的表面和内部还发现了密度更高的物质。这些以及其他已知的物质种类，即使在我们的太阳系中已发现的某些最不利的环境中也不会受到损伤。

但是，在这方面还存在一些令人头痛的问题。就我们所知，这种物质形态只能在巨大的引力条件下方能形成而且稳定，这种巨大的引力出现在如像白矮星这样的塌陷星中。即使我们能通过某种方式将这些物质运到地球上来，它们也可能变得不稳定，而且甚至在它们尚未到达地球之前就可能已经变成了某种普通的物质形态。但是，某一天可以利用塌陷物质的前景并非是完全暗淡的。塌陷物质要么不含电子，要么所含电子要比在普通物质中的电子结合得更紧密得多。正是由于这种紧密的结合，使物质有更高的密度和高的抗损伤性能。有可能通过引力之外的环境因素诸如强磁场而诱发出强的结合力并使这种物质形态趋于稳定。

已知的密度很高的物质种类，是由普通的亚原子粒子——中子、质子和电子构成的。其他的很重而且很稳定的粒子也可能存在。要是那样的话，就有可能将这些粒子用来制成在地球上可能稳定的、密度很高的物质形态。不含电子的任何物质形态的密度都会极高，而且可能用作此种目的。

欲使某种物质形态具有实用性，并不要求它绝对稳定。以金刚石形态存在的碳并不稳定，而且终究会转变成石墨。但是，这需要一段很长的时间，而在这段时间内金刚石就可以得到应用。也许对某些塌陷物质而言，情况也会是一样的。

如果塌陷物质能够获得而且至少能暂时保持下来，除了将它用作一种探索不利环境用的防护材料而外，它可能还有其他的用途。这种物质可能用作对核爆炸的防护材料、因此，看来这一点是清楚的，即研究如何实现塌陷物质的应用方面的工作需要大力开展。

另一种解决探索不利环境问题的途径，是设计出一些仪器，使它们能适应与地球环境不同的环境。每一种环境，不论它与我们自己的环境有多大的差异，都含有相对稳定的物质形态。例如，在太阳的深层内部，物质的稳定形态是等离子体，在其中原子核同电子处于分离状态。对每一种环境、我们都能设计出一些能利用在其中是稳定的物质形态的仪器，这一点看来似乎是有道理的。对如何利用这种在局部环境中适用的仪器来观测使我们感兴趣的事物，这一问题还值得研究，但我并不认为它是不可能解决的。

分子技术

我们通常将物理技术想成是在大范围起作用的，包括桥梁、宇宙飞船、金字塔和粒子加速器的建造。但是，我们正在开始探索另一种物理技术的前沿，它可能在将来具有同等的重要性。物理学家费因曼（Richard Feynman）在他于1959年所作的题名为《在底部还有女量的余地》的演讲中，提出了一种新奇的技术，我们可以用它来支配比迄今我们所可能支配的更小得多的单元。自从他的演讲发表以来的年代中，在此方面上已经取得了某些进展，但是在我们达到“底部”之前还有很长的一段路要走。

直到目前，人类采用的技术所涉及的物体的排列规模与构成物质的单个原子比较起来要大得多。虽然化学工程师已经成功地制造出新型的分子，但他们还不能将这些分子排列成一种其每一个分子的位置都可按一个整体的计划来加以确定的结构。单个原子的尺寸小和它们在一个普通大小的物体中的数量巨大，这一点使分子水平上的工程看起来实际上是不可能实现的。而且，这种分子工程照例是由处于发展过程中的甚至最低级的生命物质进行的，我们还没有适当的技术来实现它。然而，这种情况正在起变化，特别是通过我们在利用相干的短波长辐照的能力方面取得的进展，使我们也具有可以同构成我们自身的细胞的本领相匹敌的本领来从事分子工程。

这些分子结构要比迄今人类的技术所能得到的任何东西都要复杂得多。这种结构中包含的信息抵得上并最终将超过即使最复杂的生存的生物体的遗传物质中包含的信息。而且，具有独特功能的结构单元的数量甚至将超过生物系统中的数量。通过这种“毫微米工程”（我用来区分这种技术同目前的微米工程的一个术语），我们就会有能力制造出具有以兆计的结构单元，而微米工程所包含的结构单元仅有数千个或数百万个。作为一种普遍的法则，一个系统中的工作单元愈多，它所能完成的使命就愈复杂。

毫微米工程将包括制造出复杂得令人震惊的精细结构。假定这种结构是一种晶格，每一个格点都可能被10种不同的原子中的一种原子所占据。列举格点和与其相伴的原子，可对晶格作表述（图1），如果晶格为立方型，每边长5微米（细菌的平均大小），原子间的空隙约为半毫微米，那么晶格就会有一兆个格点。这就需要有几兆个“字码”来对其加以表述。这大致相当于在所有写过的书中的字那样多，而这种表述可以容纳2万个人的遗传物质所包含的信息那么多。单是构成这种表述就是一件难以对付的工作。但我们已经开始巧妙地来处理这一问题，并在我们的计算机技术中存贮这样大量的信息，因此，在发展分子结构中这不会是一个主要的障碍。

有些技术需要通过毫微米工程来得到满足。发展具有诸如极高强度这样一些期望得到的性能的材料，就是一例。现有的材料，由于在其内部的小范围内组成原子的排列不当而使其在相当低的应力作用下就会断裂。如果我们能够控制单个原子的排列，我们就有可能排除这种“位错”，从而使普通材料的强度提高几千倍。这种超强材料的制得，可以在结构材料中得到重要的应用，如果支撑悬桥的钢缆用这种材料制成，它们只需要几毫米粗就够了，而不必要像现在这样需要几米粗。这种电缆可以做成几千哩长而不会因其自重而断裂，而且可能用作由某一行星表面通向空间站，或者甚至由地球通往月球的运送手段。超强的普通材料也可以用来取代诸如锰或铂这样的关键材料，以缓解它们短缺的矛盾。

毫微米工程的另一种似乎有理的应用，可能是制作可植入人体中去的微传感器。它们可以在人体内保存很长时间，监测从亚细胞分子到组织和器官的各种生理功能。测得的这种信息可能具有极大的科学价值，我们可能会因此而获悉一种复杂的生物体的各个部分如何在一种连续的基础上起作用的细节，这种信息对确定包括发育和衰老在内的机理是至关重要的。而且，有时在收集到信息之后可以将它用作一种基准线，而由疾病引起的正常功能的偏差在很早期就可能被探测到，这样它们就会容易得到纠正。

在我们能使用微传感器之前，还有几个问题必须加以解决，很少有人会愿意将自己提供做多次外科手术以满足科学家们的好奇心，即使这样测得的信息能带来很多好处。但是，有可能找到某些技术，通过它们可以使传感器能够对准特定的组织；在被摄取、吸入或注入体内之后，它们可以通过普通的人体机制转移到所期望的部位，在那里它们可以自动地将它们自己植入。有由于传感器的存在以及人体的免疫系统对传感器的排斥作用而可能使人体受到损害的相关问题存在，但是，这些问题也可能并非是不可解决的。

另一严重问题可能是如何通过传感器将所得到的信息传送到体外环境，在那里可以对其作出评价。有可能设计出能将其信息以一种微波辐射脉冲的形式传播到体外的传感器，这种脉冲对生命物质有相当大的穿透能力。尔后可在体外对这种辐射进行检测，并在那里解码。

毫微米工程是一项未来的任务，但是，我们已经在跨越我们自己同分子之间的鸿沟方面取得了进展。微米工程已在微米计算机的设计中得到应用。在这种设计中，我们已经生产出了这样的结构，在其中尺寸为微米或更小的单个元件被置于一种所要求的排列之中。这一点可通过多种技术来实现。通称为光刻的技术就是其中的一种。这种技术是通过用一种掩模有选择地将表面的某些部分保护起来而在表面上刻印出一种图案。然后用一种光源照射，它透过掩膜中的空隙部分而使表面上的一层敏感物质感光。最后再通过化学的或其他的方法将这部分感过光的物质去除掉。

用这种技术可以达到的精确度取决于许多种因素，包括所采用的照射光源的波长。如采用的是可见光或紫外光源，则所制得的图案精度约为1微米。如采用X－射线或电子束，既可以制袴精确度更高的图案，又可以制得精确度更高的掩模本身。采用很强的短－波长照射将这种光刻技术加以发展，就可以将精确度提高到能够制得比病毒（大小只有几毫微米）还要细的图案的水平。

还有几种独特的技术可适用于分子工程。其一是将已经在微米工程中应用的方法加以延伸；以上讨论的毫微米光刻技术只不过是其中的一种。“延伸”方法可包括使用外部探针在内，如像用电子束或X－射线使一种未成形的材料形成一种期望得到的分子排列。（可见光束不能用于此种目的，因为它的波长太长，如用它，就会像试图用一部堆土机去制造钟表一样。）

有可能将某些采用短－波长干涉照射的方法延伸到“毫微米加工”，也可以用来观察我们正在“毫微米世界”中做些什么样的事情。因为微米全息照相术既可以使图案缩小，也可以将它们放大。通过上述技术就可以使这种缩小了的图案刻印进预先排列好了的材料层中。应该说甚至还有可能通过采用相干短－波长辐照将原子加速的方法，使它们能有选择地传送到表面上的特定位置。这种方法要求建立起一层又一层的薄层，因为这种外探针在物体表面上起作用时最为有效。

费因曼在他的演说中还提出过另一种方法：通过一系列的步骤，我们就有可能制造出很细小的工具，将它们用来巧妙地处理更小的对象，其结果就可以制得更小的工具，直至达到分子水平为止。如果某些微米工具有计算机装入其中以控制对分子的处理，这种特殊的方法就可能变得更具有可行性。对直接控制分子过程来说，人的反应速度可能太慢。

第三种有可能性的方法，是以这样一种方法为基础的：通过它细菌和其他有生命的物质可产生出用来维持其生命过程的蛋白质。它们产生的是一种长链的氨基酸，它们彼此交叠在一起就形成了所要求的三维排列。这种交叠的发生并不是通过任何细菌的作用，而是由于细菌在其中产生的细胞环境中的蛋白质链上的物理学规律起作用的结果。蛋白质并非这样一种唯一的物质类别，它们一经以一种适当的分子组成产生后，就会“自动地”使它们自己能以某种恰当的方式去执行某种功能，某些非生命的物质，如像金属合金中的原子也会这样。

我们对在大分子水平上发生的物理过程尚了解得不够，还不能准确地预言它们采取的物理排列形式。然而，这一问题的解决并非是不可能的。一俟我们了解了生物分子如何和为什么会在三维空间中使它们自己具有这样一种结构时，我们就应该有可能将这种了解扩展到我们创造的分子中去。结果，我们就可以避开与具体说明上万亿个原子中的每一个原子应该安放在什么样的位置上有关的问题。

（待续）