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出版者:人民大学

作者:张怡

出品人:

页数:272

译者:

出版时间:2003-2-1

价格:22.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787300045450

丛书系列:

图书标签:

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《现代科技前沿探索》 内容提要： 本书旨在为对当代科技发展抱有浓厚兴趣的读者提供一份全面、深入且富有前瞻性的导览。我们聚焦于当前最具活力和颠覆性的技术领域，从微观的材料科学突破到宏观的宇宙探索新进展，力求描绘一幅清晰的未来科技图景。全书结构严谨，内容涵盖人工智能的最新算法进展、量子计算的原理与应用前景、生物技术在生命健康领域的革命性应用、可持续能源转型的核心技术路径，以及网络安全和空间技术的新格局。每一章节都由相关领域的资深专家撰写，确保信息的准确性、深度和专业水准，同时采用富有启发性的叙事方式，使复杂的科学概念变得易于理解。 --- 第一部分：计算的革命与智能的边界 第一章：深度学习的下一站：从神经网络到通用人工智能（AGI） 本章深入剖析了当前主流的深度学习模型（如Transformer架构）的局限性与演进方向。我们不再满足于特定任务的优化，而是探讨如何构建具备常识推理、因果关系理解和跨模态整合能力的下一代智能系统。重点讨论了自监督学习、具身智能（Embodied AI）的设计理念，以及如何通过强化学习探索更高效的决策制定路径。同时，本章对“强人工智能”的哲学基础和伦理挑战进行了审慎的分析，探讨了算法偏见、可解释性（XAI）在关键决策领域的重要性，并介绍了最新的联邦学习和隐私保护计算技术如何平衡数据利用与个人隐私。我们特别关注了神经形态计算的硬件基础，展望了其在能效比上超越冯·诺依曼架构的潜力。 第二章：量子计算：从理论构建到实用化进程 量子力学的奇特性质如何转化为计算能力？本章详细介绍了量子比特（Qubit）的物理实现方式，包括超导电路、离子阱、拓扑量子计算等主流技术路线的优劣势与工程难度。我们不仅阐释了Shor算法和Grover算法的核心思想，更着重分析了当前噪声中级量子（NISQ）设备的应用边界——例如在材料模拟和金融建模中的初步尝试。本书探讨了纠错码的重要性，这是实现大规模、容错量子计算机的关键瓶颈。此外，本章还展望了量子传感器和量子网络的发展，预示着未来信息传输和精密测量的革命。 第三章：后摩尔时代的计算架构与芯片设计 随着传统硅基芯片接近物理极限，计算架构正经历深刻变革。本章系统介绍了异构计算的趋势，包括GPU、FPGA以及新兴的专用集成电路（ASIC）在加速AI和高性能计算（HPC）中的作用。我们深入探讨了存内计算（In-Memory Computing）和类脑芯片（Neuromorphic Chips）的设计哲学，它们旨在模仿生物大脑的结构，实现低功耗的并行处理。此外，对于光子计算和DNA存储等颠覆性技术，本书也进行了详实的介绍，评估了它们在解决数据洪流和能源消耗问题上的可行性。 --- 第二部分：生命科学与生物工程的突破 第四章：基因编辑的精度与伦理前沿 以CRISPR-Cas9为代表的基因编辑技术已进入临床应用阶段。本章侧重于CRISPR的升级迭代，如碱基编辑（Base Editing）和先导编辑（Prime Editing），它们提供了更高的编辑精度和更少的脱靶效应。我们详细阐述了这些技术在治疗遗传性疾病（如镰状细胞病、某些癌症）中的最新临床试验成果。同时，本书对胚胎编辑的争议、基因驱动系统（Gene Drive）的生态风险进行了深入的伦理思辨，并介绍了国际社会对相关监管框架的最新共识。 第五章：合成生物学：设计生命系统 合成生物学不再是简单的基因克隆，而是通过工程化方法设计、构建和改造生物系统。本章涵盖了新型细胞工厂的构建，如何利用工程菌株高效生产生物燃料、高性能材料（如蜘蛛丝蛋白）和复杂药物分子。我们探讨了代谢路径的重新编程、模块化生物元件库的建立，以及AI辅助的蛋白质结构预测（如AlphaFold的后续发展）如何加速新酶和新疗法的研发。本章还讨论了生物安全问题，如防止基因改造生物的意外扩散或恶意使用。 第六章：个性化医疗与精准诊断的未来 本章聚焦于将大规模生物组学数据转化为个体化治疗方案的实践。详细介绍了单细胞测序技术的飞速发展，它如何揭示肿瘤异质性和免疫微环境的复杂性。我们分析了液体活检在早期癌症筛查和治疗反应监测中的潜力，以及伴随诊断（Companion Diagnostics）如何确保药物的最大疗效和最低毒副作用。最后，本章展望了基于mRNA技术的疫苗和疗法在传染病预防和癌症免疫治疗中的广阔前景。 --- 第三部分：能源、环境与可持续发展 第七章：突破性的储能技术与电网现代化 应对气候变化的核心在于能源系统的转型。本章审视了锂离子电池之外的下一代储能方案，包括固态电池、钠离子电池以及液流电池在大规模电网储能中的应用潜力。我们深入分析了氢能的制取（电解水制氢、甲烷重整）、存储（物理存储与化学载体）和应用（燃料电池）的全链条技术挑战与经济性分析。此外，本章还介绍了智能电网如何利用物联网（IoT）和AI优化电力调度、实现需求侧响应，并整合分布式可再生能源。 第八章：气候工程与地球系统科学的新视角 面对全球变暖的紧迫性，本章探讨了处于研究前沿的气候干预技术。这包括对太阳辐射管理（SRM）的理论模型和潜在风险的评估，如平流层气溶胶注入。更重要的是，本书详细阐述了碳捕获、利用与封存（CCUS）技术的最新进展，包括直接空气捕获（DAC）的工程挑战、新型吸附剂材料的开发，以及碳循环经济的构建路径。本章强调了模型预测的进步如何帮助我们更精确地理解地球系统的反馈机制。 --- 第四部分：新材料、太空探索与信息安全 第九章：颠覆性的功能材料与制造 本章关注那些具备非凡性能的新型物质。详细介绍了二维材料（如石墨烯及其衍生物）在电子学、能源和传感领域的应用潜力。我们探索了超材料如何通过结构设计实现对光、声波的奇异操控，以及自修复材料在延长基础设施寿命方面的价值。在制造端，本书聚焦于增材制造（3D打印）如何与新型合金和复合材料结合，实现传统工艺无法达到的复杂几何结构和性能优化。 第十章：重返深空：商业航天与行星际探索 太空探索正在由国家主导转向商业驱动。本章分析了可重复使用火箭技术对降低进入太空成本的革命性影响，以及巨型低轨卫星星座对全球通信网络的重塑。在深空探索方面，我们探讨了月球基地建设的挑战、火星载人任务的生命保障系统设计，以及深空探测中新型推进技术（如核热推进）的研究进展。本书还涵盖了在轨服务与装配（OSAM）的必要性与技术方案。 第十一章：网络安全的新战场：零信任与后量子密码学 随着万物互联和数字化程度的加深，网络攻击的复杂性空前提高。本章提出了零信任架构（Zero Trust Architecture）的实施框架，强调持续验证的重要性。我们详细解析了针对供应链攻击和高级持续性威胁（APT）的新型防御策略。最关键的是，面对量子计算机对现有公钥加密体系的威胁，本章系统介绍了后量子密码学（PQC）的候选算法（如格基密码、基于哈希的签名），并讨论了全球向新密码标准迁移的路线图与工程难度。 --- 结语：科技融合与未来社会形态 本书最后一部分综合前述所有技术领域，探讨了技术融合（Convergence）的趋势——例如AI与生物技术、量子计算与材料科学的交叉融合，将催生出哪些全新的产业和社会形态。本书致力于激发读者对未来世界的批判性思考，认识到技术进步的巨大潜力，同时也清醒地认识到其伴随的责任与挑战。 本书适合所有对科学、技术和未来趋势感兴趣的专业人士、高校学生以及希望站在信息前沿的普通读者。全书不仅提供知识，更提供一种理解复杂世界、迎接变革的思维工具。

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