未来20年里，人类将面临什么挑战？我们需要什么样的技术去应对这些挑战？鲁格·凡·森特恩等著的这本《2030技术改变世界》站在影响未来历史进程的高度，展望即将改变我们生活方式的技术，探究到2030年，我们需要什么技术、现在应该做些什么，才能影响和适应未来的突变。

这些思维和展望关系到我们的未来，应当引起我们的高度关注。

未来的20年里人类将面临什么挑战？我们需要什么样的技术去应对这些挑战？我们正在遭遇愈来愈多的危机：全球性的食物短缺、经济衰退、流感病毒、石油枯竭、灾难以及气候变化等，这些问题变得越来越严峻。

《2030技术改变世界》的作者鲁格·凡·森特恩等访问了20多位全球顶级科学家和技术专家，请他们展望，到2030年，我们需要什么样的技术、现在需要做什么样的准备来适应未来的突变。并对那些可能发挥重要作用的技术研究进行相关讨论。尽管专家们从事的领域完全不同，但他们却一致提醒我们注意：全球技术和通讯网络的相互联系是如比紧密，以至于世界的主要冲突永远不会是孤立的偶然事件；对这些潜藏在复杂系统下的规律的重新认识、对这些规律的掌控比以往显得更加重要。

《2030技术改变世界》站在我们能够影响历史进程的高度，用简单明了的语言讨论了人类未来的普遍利益和发展趋势，用一种全新的前瞻思维，从一个全新的视角展望人类的可持续发展、稳定性和危机防御，为每一个对现代科学感兴趣的人展示即将改变我们生活方式的技术。

引言

 我们的担忧／1

 我们的方法／4

第一部分 需求

第一章 重要的网络／2

第二章 生命之水／5

 水的短缺／6

 改善灌溉系统／8

 水是诸多环节的连通器／10

第三章 全民之食／13

 合成氮肥的广泛应用／14

 技术的创新周期／16

 非洲的富饶／17

 道路交通／19

 自给自足／20

第二部分 地球

第一章 我们的星球／24

第二章 应对我们的气候／27

 无可挽回的关键点／28

 文明的发祥地／30

 亟须开展的研究／31

 气候变暖的保护罩／32

 去除碳元素／33

 变化的社会／34

第三章 提高能源效率／35

 石油供应和需求的动态／35

 节约能源背后的问题／38

 交通燃油／40

 电网的僵化／41

第四章 寻找新能源／44

 太阳能／46

 风能／48

 水电／49

 地热能源／50

 核能／52

 新的能源载体／53

第五章 可持续原料／57

 汽车，毕竟只是辆车／58

 多元化未必有利／59

 轻质材料意味着车重的增加／60

 大自然已学得非常聪明／62

 盲目模仿／63

第六章 清洁工厂／65

 规模问题／67

 滴水成河／68

 全面剖析／70

第三部分 工具

第一章 我们的帮手／74

第二章 智能电子／77

 局限亦明显／78

 摩尔抵消定律／82

 新设备／84

第三章 更为丰富的通讯方式／86

 利用光的速度／88

 因特网的演变／89

 中心枢纽在升温／90

 以发展光学处理器为目标／92

 光学存储器一另一个需要／93

 综合疗法／95

 全球思维／96

第四章 惠及全民／98

 传统技术的惯性力量／100

 接收器说了算／102

 像鸟一样飞翔／104

 连接不同于网络／105

第五章 密码学／107

 密码学的原理／108

 为什么密码学应用不理想／109

 日益复杂化／111

 谁来保护我们／112

 何必自找麻烦／114

第六章 故障管理／116

 系统化设计／117

 减少复杂性／118

 神经网络／120

第七章 强大的物流／122

 库存问题／123

 更多的数据／124

 规划的未来前景／125

第八章 先进的机器／128

 类人机器人／130

 并非只是另一个玩具／131

 手术室的操作／132

 私人机器人／134

第四部分 人

第一章 生命的护理／138

第二章 可穿透的人体／141

 更少的扫描器／更多的信息／142

 计算机接管／144

 从扫描到治疗／146

第三章 个体医学／148

 破解控制机理／150

 生命再创造／153

第四章 居安思危应对流行传染病／1 55

 新型疫苗／157

 拯救贫困地区／161

 解耦全球化网络／162

第五章 生活质量／164

 视觉和活动能力／168

 交流沟通／169

第五部分 社区群体

第一章 社区建造与管理／172

第二章 教育必不可少／175

 模仿的天性／177

 以电脑为模型／178

 认识复杂性／179

第三章 保持个性／182

 我们是复杂的／183。

 关于“没有人”的设想／184

第四章 城市的前景／187

 城市是有生命的／188

 生活节奏／189

 城市在加速／190

 发展机制／192

 特大城市的未来／194

 朝着可持续发展的城市前进／196

 避免崩溃／198

第五章 灾难预警／199

 预计到灾难的来临／201

 组织惰性／202

 自我组织和自我决断／203

 让每个人都了解情况／204

第六章 可信的金融／206

 我们所知的经济学末日／207

 由恐惧与贪婪推动的市场／209

 价格波动问题／210

 市场透明化／211

 甩掉不理智／212

第七章 和平／214

 和平网络／216

 改变气候／218

 机会平等／220

第六部分 愿景

第一章 议程／224

 技术问题的复杂性／224

 工业界的复杂性／229

 社会的复杂性／233

 深入认识复杂性／236

改善灌溉系统

随着农作物生产规模的扩大，灌溉用水也越来越多，这使得水资源短缺的形势越发严峻。因此，一个很关键的问题是，如何发展技术提高农作物产量。世界上有1/6的耕地需要灌溉，而这部分土地提供了全世界40％的食物。因此，若要进一步加强农业生产，将不可避免地增加水的消耗。弗兰克·里斯柏曼是谷歌旗下位于加州山景城的慈善机构的项目总监，他说：“我们完全有技术可以大大提高农业灌溉效率。”里斯柏曼和水资源有着很深的渊源，他曾担任国际水资源管理研究所所长一职。那是一个重要的世界性研究组织，位于斯里兰卡。我们分别在大西洋的两岸，相隔千万里，但视频通话在瞬间拉近了我们之间的距离，感觉就像同坐一张红色沙发上，背后的墙上贴满了便利贴。

“水资源管理专家往往会从水供应的问题入手。当需求增加时，他们会试图寻找新的水源。但新水是无法制造的。水只是按照规律在循环。人类能做的不过是从这个循环过程中转移一部分水来满足自己的需要。因此，需求也是一个需要关注的问题。”提高水的利用效率就能减少需求。举个例子，全球平均灌溉效率为30％，而以色列的灌溉效率却能达到90％。有许多比农田灌溉更有效的方法，农田灌溉中的大部分水要么被蒸发掉，要么渗入土壤深处。使用洒水车会使灌溉效率提高一倍，而滴灌的效率就更高了。灌溉渠道本身也有可完善之处：通常灌溉系统都是露天渠道，这样很多水分会被白白蒸发掉，而剩下的水也更易被淤泥堵塞。

目前的挑战是让世界上最贫穷的地方也能用得起灌溉技术。在印度中央邦和马哈拉施特拉邦的棉花种植区就成功开发出了简式滴灌技术。这种方法主要是使用百事罐连接插入土壤中的穿孔软管输送水或肥料。这个装置很简单，但却实现了产量翻番、耗水减半的效果。里斯柏曼说：“如果这类技术能得到大范围应用，我们就能节约大量的灌溉用水。和节约能源一样，你需要说服人们来这么做。信息流通是关键。”水资源管理确实需要当地人们的支持才能取得更大成效。在印度，农民一开始都还是服从当地灌溉系统的管理。而后来，很多农民逐渐不那么配合。他们的行为并没有使灌溉效率得到提高，而是适得其反。现在，很多地方的农民自发组织起来采取措施收集并储存雨季的降水，他们挖渠道、修水库、建水池，防止雨水白白流走。重建已有的雨水收集系统也能保证更加持续的水供应。

“不过进一步改进的空间还是很大的，”里斯柏曼认为，“现在的农田通常都是百分百得到灌溉的。一旦建好了一个灌溉系统，就开始忽略雨水的存在价值了。那自然是最简单的方法，你只需打开一次阀门就可以了。我在大学学灌溉技术时，老师也是这么教的。雨水是一种不可靠的资源，因此不能傻傻地依赖它。但实际上，60％的降雨都被土壤直接吸收了，而这些雨水，本来也可以为农作物所用的。人们忽略了这个事实，可以说是愚蠢的。很多地方需要的只是极小量的补充灌溉，当然前提是灌溉一定要适时。问题在于，我们不知道如何精确地控制这样一个不稳定的系统。目前几乎没有人对这一概念进行研究。要实现精确的控制，需要有关沉淀物的细微数据以及准确无误的天气预报。而目前，很多地区的天气资料都非常不准确。拿埃塞俄比亚来说，全国共有1600个气象站，但其中只有16个通过网络发布气象消息。大部分都是通过报纸进行传递，而这通常需要2个月的时间。到那时，田地里的庄稼可能早已死了。”

为了解决这些问题，谷歌的慈善机构Google.org与联合国人居署及其他很多台作伙伴—起，共同支持一个旨在收集有关天气、水资源和卫生的详细信息的项目。“我们想动员偏远山村的人通过手机短信或电子邮件的形式把他们的数据发给我们，”里斯柏曼这样解释，“这种方式给我们提供了一个除政府官方数据之外的信息交流渠道。当前的目标是获取细微的数据。但思想还可以加以延伸。比如，给我们发送天气观察结果的农民就可以获得相应的建议。而收集到的天气数据则可以帮助我们更好地控制灌溉系统。我们也可以请农民将疾病案例数报告给我们。我们现在有一个名为‘防患手未然’的手机互动行动，加入该行动，你就可以成为一个大型疾病监督系统的一部分，从而将可能的流行病扼杀在萌芽状态。对这类问题来说，这是一种全新的方法。”通讯网络的作用和重要陛就更不用说了。和其他很多案例一样，通讯网络将所有用户联成一个网络，使他们之间可以形成知识和想法的共享。

另一个大有前途的想法是，将灌溉和污水联合起来。“生活废水中含有宝贵的肥料和其他生长素，”里斯柏曼肯定地说，“如果农民灌溉时能在清洁水和污水之间做出选择，他们往往会选择后者。灌溉系统总是会遭遇断水的尴尬，而污水却是随时可供应的。就算让农民付点费用，他们也会乐意用污水的。这还可以解决一个大问题，因为通常情况下，没有人愿意处理污水。那么让农民来处理就是一举两得的事情。他们在污水利用过程中自然也要采取预防措施，不过基本上一双长筒靴就足以保护他们免受感染了。当然，他们也要保证所产农作物是安全可食用的。惟一的问题是，需要把原来互不相干的多方聚集在—起，共同参与，才能把这个想法付诸实践。”P8-10

在本书的创作过程中，我们的世界大事不断。石油和粮食价格先是直线飙升，随后又跌入谷底；海地遭遇了毁灭性的强地震；银行破产；而一种新的流感病毒则让全球进入了警戒状态。所有这些事件在发生前一年都没有得到预测——至少是没有出现公开的预测。尽管人类已掌握了先进的科学和预测技术，但事实证明，我们事先依然不能采取适当的预防措施。

自史前时代起，人类就学会了使用技术来满足自己的物质需求。我们学会了如何耕种，如何与他人交流，以及如何保持健康。可以说在如今的西方世界，几乎人人有食可吃，有房可住，有水可喝。各种各样的基本需求于是都得到了满足——面对这种情况，一些观察家声称继续探索技术进步的必要性正在逐步减小。而近几年的事件让这种观点不攻自破。人类正日益面临着前所未有的全球性的危机：2007年我们经历的粮食短缺在亚洲、非洲和南美洲同时发生；2008年的经济衰退席卷全球；2009年当流感大规模爆发时，病毒在几天功夫内就横扫各大洲。与此同时，气候变化和石油枯竭同样是我们在未来几十年里将要面临的全球性挑战。灾难的全球化本身根源于我们的技术。一代又一代的工程师已经在我们的地球上编织了一个牢固的国际工业、通讯和市场网络，增强了地球各个角落之间的相互依赖性。如今，这种全球网络已经牢牢地把全世界人的命运都绑在了一起。现在，我们同生死，共存亡。

很多这类问题已严重到了不容忽视的程度，本书的作者深表关切。我们认为，既然技术是导致这些问题出现的罪魁祸首之一，那么也应该由技术来参与解决这些问题，并防止日后类似的问题再次出现。目前我们面临的挑战是前所未有的，因而解决方法也应不同于以前——即使是面临那些过去我们认为已经克服了的问题。比如，可能我们知道如何治疗一种病毒感染，但同时治疗几十亿病毒感染者就是一个极大的难题，这种情况需要的便是新技术。

我们自己自然不能通晓每一个技术领域，于是我们走访了无数的科学技术专家及梦想家，让他们谈谈对这个世界20年后的憧憬，以及未来几年中需要进行哪些便于推广的科学技术研究。我们具备影响历史发展轨迹的工具吗？什么样的突破才能把我们的世界变得更美好？尽管他们的研究领域各异，专家们提出的想法却有着众多的相似之处。这种结果说明，很多的领域都是相互联系的，纷繁复杂的全球网络现已交织在一起。这就意味着，倘若因特网遭到一个小干扰，全球金融系统就有可能陷入混乱。科学和技术让重大问题变得越来越错综复杂——这给我们认识问题及寻求解决方法带来了不少的困难。

在与专家们的讨论过程中，我们逐渐意识到网络对世界复杂性的影响远远超乎我们的想象，不过这也给我们提供了认识问题和解决问题的新思路。尽管很多科学分支对此尚缺乏全面的认识，越来越多的科学家还是对我们这里提到的方法产生了兴趣。同时，面对未来，它也给我们提供了新的工具。诚然，未来错综复杂，缺乏规律和可预见性，因此我们自然不能预知未来。不过，复杂性科学却能带给我们很多有关科学方面的突破、变革和深刻影响。自19世纪80年代末起，对复杂动态系统的研究就已成长为一门新的科学学科，现已被广泛应用于物理学、化学和数学领域，并正逐步扩展到其他学科领域。对复杂系统背后规律性的探索，让我们在寻求实现可持续性、稳定性和危机预防方法的过程中拥有了全新的视角——这种前瞻性方法可以帮助我们确定2030年人类需要解决的关键问题。

20年的时间范围，是我们深思熟虑的结果。对很多科学家来说，2030年并不是那么遥远的未来。我们不必去幻想什么可行的解决方案，因为那时要用到的技术不过是当前我们已经在实验室所见到技术的升级。让科学家们来想象，20年是一段“可行的”时间。很多技术进步往往已现雏形，而当前的很多想法也需要这么一段时间才能成为现实。因此，你不会在本书中看到任何有关喷气背包或机器人统治世界等在科幻小说中才有的内容。或许这些情况在某天终究会发生，但在未来20年里，基本不可能。

然而，换个角度说，20年又远远超越了我们目前的需求。本书描述的不是关于现有技术或下一代微芯片的逐步改良；也不会对20年后地球的人口总数、车辆总数或所需的病床总数作出预测。我们对这些统计数字都不感兴趣，也没兴趣构想地球未来的面貌，我们关心的是人类社会届时将要面临的主要发展瓶颈，这些瓶颈不需要具体的数字便能说明。基于上述种种原因，我们邀请专家集中探讨2030年人类将面临的重大问题。

作为技术专家，我们的天职便是提供问题的解决方案。本书所提到的大多数问题，其罪魁祸首均是技术，因此，我们的职责便是解决这些问题。和很多同事一样，我们把大量的创造力奉献给了工业，这点功不可没，但却不足以解决人类当前所面临的问题。要想把我们的世界变得更美好，就必须解决很多迫在眉睫的问题。作为技术专家，这自然也是我们的愿望。本书将让我们看到，技术拥有的强大力量会带来多么巨大的改变！要想保障人类的未来，我们需要实现众多的技术突破。同时，我们需要仔细发掘不同学科之间的联系。若本书能给那些正在奋力保护和挽救地球的工程师们带来些许灵感，我们创作此书的初衷也就达到了。

这是一本以对未来发展的调查为基础的世界性出版物，同时也是给荷兰埃因霍温理工大学成立50周年的献礼。来自荷兰和其他国家工程师们的积极响应给予了我们莫大的鼓舞，人类面临的全球性挑战也促使我们用全球性视角来展开自己的研究。

“鼓励遥远村庄的人们记录或者用电子邮件传递他们的观察，传递天气观测的农民可以收到建议做为回报，天气数据结果可以用来具体地掌控灌溉，这是一种解决问题的全新方法？”

——弗兰克·里斯柏曼

“一辆汽车中电子设备的数量一直在增加。汽车变得越复杂，就越容易抛锚。一丁点的异常就可能导致这台汽车无法运转。我们需要一个完全不同的方法来设计软件。我们需要能够自我组织成为新的且稳定的配置的系统，，就像我的身体一样。”

——克劳斯·美因策

“我曾经花了9个月时间排列人类基因染色体的第一幅草图，现在只需要几天的时间，花不到1万美元，就可以做到了，在我们能够更好的理解我们的基因代码之前，我们需要几万个人类基因染色体。”

——克雷格·文特

“能源成本和食物生产之间也有紧密的联系。石油价格在许多方面都会影响农业生产。当化肥、机械和交通的费用变得更加高昂的时候，种子的价格也会上涨。”

——蒙蒂·琼斯

“电力系统一直基于供应要满足需求的概念。但是，如果更加多样的能源，像风能和太阳能也包括在内的话，让需求满足供应才有意义。那就意味着只要风开始传递足够能量，洗碗机就开始工作。这促使我们尽可能的开发可再生能源。”

——简·布洛姆