科技革命和产业变革大循环与科技创新趋势
添加时间：2021-07-30 点击次数：250
近代科学诞生以来，经历了三次科技革命与产业变革大循环，本文概述了人类科学革命、技术革命、产业变革及其分次。面对正在加速演进的第四次大循环，作为通用技术、核心技术代表的人工智能对科学革命、技术革命、产业变革、社会变革带来至关重要的影响，大数字科技产业、大健康科技产业、大能源科技产业构成新科技革命和产业变革的“一体两翼”核心部分，将深刻改变人类生产与生活。
《国家创新驱动发展战略纲要》指出，全球新一轮科技革命、产业变革和军事变革加速演进，科学探索从微观到宇观各个尺度上向纵深拓展，以智能、绿色、泛在为特征的群体性技术革命将引发国际产业分工重大调整，颠覆性技术不断涌现，正在重塑世界竞争格局，改变国家力量对比，创新驱动成为许多国家谋求竞争优势的核心战略。当前，新一轮科技革命与产业变革及其核心的科技产业得到世界各国高度重视，成为竞争的焦点。那么，历史上科技革命、产业革命是如何演变和分次的呢？如何理解科学革命、技术革命到产业变革的大循环，在新一轮科技革命与产业变革大循环中如何把握科技发展和产业发展的重点与趋势性特点？这些问题值得我们深入探讨。
01、科学革命、技术革命、产业变革及其分次
1.1 科学革命及其分次
对于什么是科学革命及科学革命发生了几次，看似争议并不大，其实也有许多不同看法。对近代以来的科学革命进行分次的一种普遍看法是，近代科学革命大致可以分为三次，目前是第三次且仍在发展中。理论依据是科学哲学或科学史的研究，特别是最有影响的T.S. 库恩的《科学革命的结构》一书中阐述的近代科学革命体现为“范式”的转换，或者通俗地讲就是科学理论基础发生了根本性的大变化，所以称得上整体性科学革命的可以分为三次［1］。
第一次科学革命：从1532 年前后哥白尼完成《天体运行论》到牛顿《自然哲学的数学原理》出版，第一次科学革命实现经历了将近150年，带头学科毫无疑问是力学。
第二次科学革命：以化学原子论、生物进化论和电磁理论的提出为主要内容，延续了约60年，以化学、生物学和物理学等为带头学科。
第三次科学革命：以相对论与量子力学的出现为标志，于19 世纪和20 世纪之交发生。
学者汪涛对关于古代文明到现代文明更长周期科学的发展演化提出了自己的观点，他认为，科学发展到今天已经经历了两个大的历史阶段或飞跃，目前正在经历第三次科学革命［2］。第一次科学革命发生在古希腊，是通过建立系统的数学和逻辑而完成的，并认为古希腊创立的逻辑和数学成为直到今天整个科学大树的根基和普遍的工具。第二次科学革命被公认为是“近代科学之父”伽利略把实验方法系统地引入物理学研究，经过哥白尼、第谷、开普勒、伽利略、胡克、牛顿、培根等人的不断努力开启了这次科学革命。直到今天，第二次科学革命以是否具备实验基础作为是否科学的基本标准的观念已经成为当今整个科学界（包括社会科学界）一致看法。第三次科学革命，进入 21 世纪，随着信息技术进入理想化阶段、测量网大规模普及，对应着一次全新的、可以与前两次科学革命相比拟的全新科学革命出现，其被称为纯科学革命，或第三次科学革命。
1.2 技术革命及其分次
对于什么是技术革命及其发生的次数，则更为众说纷纭。普遍看法认为，技术革命是技术改造客观世界的根本性变化，它对人类社会的生产、生活都会产生广泛而深刻的影响，例如带来经济结构、生活环境、工作对象、生产工具、活动范围和价值观念的变化等，并将技术革命（1980年代即改革开放初期人们将正在发生的信息技术革命称之为新技术革命）划分为五次［3］：第一次技术革命是制火技术的发明；第二次技术革命是农业技术体系的形成；第三次技术革命是机械工业技术的重大突破；第四次技术革命是重化工业技术崛起；第五次技术革命，当时也称为新技术革命，信息技术全面融入社会。
当前正在发生的新科技革命，从技术变革的角度看，应为第六次技术革命，是以当下正在迅猛发展的智能软硬件技术为引领，互联网技术为支撑，以人工智能、清洁能源、无人控制技术、量子信息技术、虚拟现实技术以及生物技术为主要内容的全新科学与技术相融合的技术革命。
1.3 产业变革及其分次
工业革命也叫产业变革。产业变革的分次则更为混乱，有三次说、四次说、五次说等，一般可以根据工业技术的深刻改变将产业变革分为以下四次。
第一次工业革命与第三次技术革命相对应，主要是以纺织工业技术为主体支撑的轻纺、机械等产业的崛起；
第二次工业革命与第四次技术革命相对应，主要是以钢铁、化工、电力等重工业技术为支撑的重化工业的崛起；
第三次工业革命与第五次技术革命相对应，是以信息技术为代表的高新技术群体支撑的计算机软硬件、生物与现代医药、新能源、新材料、航空航天等高科技产业的崛起和壮大；
第四次工业革命对应着第三次科学革命和第六次技术革命，是以智能科技为代表，以人工智能、大数据、网络平台、区块链、云计算等为核心的大数字化科技产业，以清洁能源、新能源汽车等为核心的大能源科技产业，以基因编辑、生物治疗等为代表的大健康科技产业等共同支撑的战略新兴产业为核心内容。
02、科技革命和产业变革的大循环
总之，大多数认为，科学革命是科学共同体公认的科学理论的“范式”革命；技术革命是技术改造客观世界的根本性变化；产业变革是建立在技术变革基础上的生产方式的根本性改变。20 世纪下半叶以来，科学与技术呈现出综合化的发展趋势，科学与技术相互结合，科学发展的技术化与技术进步的科学化，使得科学与技术融合程度越来越深。同时，以科学为基础的技术进步与产业创新成为越来越重要的发展模式，科学——技术——产业一体化和技术成果向现实生产的转化也变得越来越快，这就使得科学革命、技术革命和产业变革在内容上和时间上都不再是分离的，而是时间上越来越相互重合，内容上相互融合难分彼此，表现出所谓的科学、技术、产业的大循环。在人类历史上，从思想启蒙到科学、到技术，再到生产，已经基本经过了三次大循环［3］。
第一次大循环：从文艺复兴运动开始思想启蒙，17 世纪以牛顿古典力学体系建立为标志的第一次科学革命发生，随之带来在18世纪出现的以纺织等工业技术的重大突破为代表的第三次技术革命，再后来到19世纪才形成了生产上的大变革大发展，产生以轻纺、机械等产业崛起为代表的第一次工业革命。可见，第一轮大循环至少在时间上是分离的，这反映了从科学到技术到生产的转换过程是非常缓慢的。
第二次大循环：从18世纪的法国大革命及思想启蒙运动开始，到19世纪末、20世纪初，建立近代科学新体系完成第二次科学革命，再到20 世纪30 年代实现以重化工业技术崛起为标志的第四次技术革命，20 世纪60 年代前后完成的以钢铁、化工、电力等重化工业为代表的第二次工业革命。可见，第二次大循环从科学革命完成，再到技术革命和工业革命不到100 年，尽管时间上仍是分离的，但转换时间明显缩短了。
第三次大循环：在19世纪和20世纪之交发生的、以相对论与量子力学的出现为标志的第三次科学革命，以信息技术革命（也称之为新技术革命）为标志的第五次技术革命，是以信息技术为代表的高新技术群体支撑的计算机软硬件、生物与现代医药、新能源、新材料、航空航天等高科技产业的崛起为标志，信息技术全面进入产业和社会，信息技术不断迭代和产业升级的融合成为新的循环的重要特征。
新一轮大循环：随着不断加快的科学、技术与产业的融合与累积循环发展，从基础研究到产业化过程的速度越来越快，大的、整体的科学革命好像很难发生，但信息科学、物质科学、生命科学、能源科学等众多领域的群体性、局部性科学则突破不断，第四次大循环的科学革命和技术革命不再能够截然区分。很多学者认为，以人工智能为代表的智能化引领的第四次科技革命与产业变革大循环正在发生。
03、第四次科技革命和产业变革大循环中的趋势性特点
3.1 人工智能为代表的五大通用使能信息科技对大循环将产生深刻影响
由人工智能、网络平台（移动互联网、物联 网、产业互联网）、区块链、大数据、云计算构成的五大最新一代信息科技，正在极其深刻地影响着传统经济领域［4］。可以说，包括“智能+”“互联网+”“区块链+”等在内的五大新一代信息使能科技，首先体现为通用技术，即在全方位、无死角连接以及对经济社会、生产生活全渗透的环境下，具有广泛而深刻的社会影响。
其中，人工智能既是通用科技，亦是带头科技，给人类社会进步和长周期经济增长带来了重大机遇，有望继蒸汽机、电力、信息化之后引领以智能化为代表的新一轮工业革命，将大幅解放生产力，推动人类社会进入新的发展阶段。人工智能的发展将在创新治理、可持续发展和全球安全合作三方面对现行国际秩序产生深刻影响［5］。在科技革命层面将人工智能定位为通用技术、智能化社会的带头技术，在产业变革层面将其定位为对新一轮工业革命起引领作用的技术，在社会制度变革层面将其定位为在多方面对现行国际秩序产生深刻影响的技术。这说明人工智能处于第四次大循环的中心位置，持类似见解的学者并不鲜见。
2015 年 5 月中国政府颁布的《中国制造2025》指出，新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革，形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。2016 年5月发布的《国家创新驱动发展战略纲要》强调了新一轮科技革命、产业变革和军事变革加速演进对重塑世界竞争格局、改变国家力量对比的影响。2016 年5月，国家发改委发布了《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》。随后在2017 年两会上，“人工智能”第一次被写进政府工作报告。可见，政府决策管理层肯定了新一轮科技革命、产业变革和军事变革加速演进，认同新的科技革命和产业变革大循环正在进行，智能科技是群体性科技革命的首要组成部分。
如果以人工智能为代表的五大通用使能信息科技就是第四次科技革命和产业变革大循环的通用技术、核心技术，那么它们将从大循环的各个环节影响人类的未来。
在思想观念转变方面，前三次大循环都经历了漫长的观念更新过程，人们有时间慢慢适应科学革命、技术革命和产业变革带来的心理冲击、伦理冲击和思维惯性冲击。由人工智能等科技发展引发的第四次大循环，可能是人类历史上极为迅猛的变革过程。
一方面，人类不一定有充足时间去理性思考这种变革；另一方面，以人工智能为引领的革命，出现了与前三次变革循环完全不同的“新物种”——机器人，它直接涉及人类本身智能与人类创造的机器智能的复杂关系，况且机器智能的自我学习、自我适应、自我进化的程度，或许不是我们现在能够想象得到或把握得了的。因此，人的理性发展能否跟得上人工智能或机器智能化的步伐呢？如果没有一大批具有前瞻性的人文学者进行多视角的深度研究思考，任由人工智能不受约束地发展下去是难以想象的。
在科技革命环节，人们普遍认为人工智能是这一轮科技革命的通用技术、核心技术、带头技术，就像蒸汽机、电力、内燃机、计算机技术一样，这就预示着在科技革命层面，新的科技革命所显示的学科群体和技术群体突破、群体共振的特征进一步强化。在科学层面，人工智能的进步需要支撑机器学习算法的数学、信息与计算机科学以及更加智能化的脑科学与认知心理科学的突破，支撑未来智能芯片制造技术极限的突破或许要依靠量子科学与计算科学的突破，支撑医疗健康、增材制造、新能源等其他产业智能化应用需要生命科学、物质科学的突破等。在技术层面，人工智能的进步需要多技术领域的群体突破支持，包括新的互联网、大数据、芯片、应用于各行各业的配套技术等，如智能互联网（互联网本身可能才是人工智能的最好承载体）、智能传感技术、智能识别技术等。
在产业变革环节，人工智能等使能技术也将成为产业变革的核心动力，几乎关系到所有的产业技术升级和不断迭代。目前，其快速应用并渗透到智能制造、智能汽车、智能金融、智慧医疗、智能交通等几乎所有产业领域的生产与服务。人工智能也可能影响到经济全球化的原有趋势，形成新的格局，正如《智能转型：从锈带到智带的经济奇迹》一书所展示的，欧美发达国家由于智能科技创新的带动，出现了实体经济回归，因为智能制造的关键不再主要是制造成本高的约束。如果这一趋势延续，过去制造业在不同国家依成本梯度转移的规律或许就不再成立，类似这样的影响都会是全球性的。
在社会制度变革环节，当前人们普遍认为，以人工智能为核心的智能科技带动社会全方位“智能化”，成为人类社会发展的新趋势，涉及法律、社会管理、城市运营、社会治理等方面。例如，智能制造使生产线具备在生产过程中自动采集数据、分析数据，并实现自我学习、自主判断、优化配置、能力升级等智能行为。
所以人工智能对人类社会生产方式的改变与影响的可预测性和确定性要远远大于对人类社会生活方式的影响。大数据不仅是人工智能重要的技术基础之一，而且是整个科技体的主要组成［7］，对类似大数据这样的科技问题可能引发的社会制度变革、生活方式改变，需要社会各界给予更多关注。对于大数据，学者在批评数据工具论不足的基础上，把大数据作为新物种的数据生命体来看待，在一定程度上与凯文·凯利把科技体当作第七类生命体相契合［7］。
3.2 大循环背景下“十四五”重点产业领域科技创新趋势
综合四次科技革命与产业变革大循环发展的历史经验，谁抓住了位居中心环节的战略性科技新兴产业，谁将会占据主导地位，争取到发展的主动权。结合《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》（以下简称“十四五”规划）的部署，笔者认为，未来五年重点科技产业将呈现“一体、两翼”的发展态势。
3.2.1 一体：大数字科技产业发展趋势
新一代信息科技产业的核心是智能化，智能化的引领作用将越来越突出。智能化引领的大数字科技产业是新科技革命和产业变革的主体，包括人工智能产业、网络技术产业、数字技术产业等内容，目前已经进入人工智能带动的大数字科技产业时代。大数字产业本身就是新兴科技产业，当前主要科技创新趋势包括以下几个方面。
一是大数字科技产业迎来巨大发展机遇。“十四五”期间需要解决技术与产业发展的短板，特别是关键核心技术的“卡脖子”问题带来的投资与政策机遇，以及超大规模的市场优势给新技术、新产业、新业态、新模式提供了更加广阔的发展空间，以智能化为发展方向的产业数字化和数字产业化将带动经济社会的数字化进程。“智能+”“互联网+”“区块链+”将进一步引领大数字科技产业对生产、生活的广泛渗透，进入科技与产业、大数字科技产业与传统产业全面深度融合发展新时代。
二是人工智能成为世界主要国家科技竞争的战略焦点将进一步加强，同时人工智能的治理越来越受到重视，包括加大投资力度、推动技术创新。例如，德国政府决定对 2018 年版的《人工智能战略》做出修订，计划到2025 年，通过经济刺激和未来“一揽子”计划，把对人工智能的资助从30 亿欧元增加到 50 亿欧元。欧盟拟为“数字欧洲”计划拨付75 亿欧元，其中21 亿欧元用于人工智能，以提高欧洲数字经济的竞争力。
三是 5G 竞争进一步升级，数字经济将加速扩张。“十四五”规划确立了重点发展的七大数字经济产业（云计算、大数据、物联网、工业互联网、区块链、人工智能、虚拟现实和增强现实）和十大场景（智能交通、智慧能源、智能制造、智慧农业及水利、智慧教育、智慧医疗、智慧文旅、智慧社区、智慧家居、智慧政务）［8］。根据中国（深圳）综合开发研究院推出的《中国数字化之路》报告发布的数据，预计 2020——2025 年，中国数字经济年均增速将保持在15%左右，2025 年数字经济规模有望突破 80 万亿元，占 GDP 比重达到 55%；2030年我国数字经济体量将有望突破百万亿元。
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