1．對未來信息時代的挑戰
通信是信息交換的主要方式。近些年來，科學技術的發展出現了新的飛躍，特別是信息科學技術突飛猛進的發展，讓信息的交流和傳遞在時間和空間上都達到了空前的規模。同時人們也越來越認識到信息是社會發展變化的重要源泉之一。可以這樣說，在進入信息社會的過程中，信息化已成為當今世界發展的重要趨勢。當然，科學家並不滿足於此，他們也會發起對未來信息化的挑戰，為我們創造出一片更為寬廣的明天。
在我們人類發展的曆史上，信息的交換經曆了五個發展階段。第一階段是在人類的遠古時期，用語言表達思維。第二階段始於公元前5000年，發明了文字，人類將發明和創造用文字記錄下來，傳播後世。語言和文字是人類信息流通的最早的載體，直到今天還在使用。第三階段是發明了印刷技術，出現了報紙，圖書和期刊，擴大了信息交換的範圍。第四階段是發明了電報、電話、無線電、傳真和電視等一係列現代技術，這使人類的信息交流衝破了時間和地域的限製。第五階段是發明了電子計算機、人造衛星、光纖通信技術，這使信息交換發生了深刻的變化。信息技術發展和信息交換的這五個階段是相互交叉存在的。
1．信息和信息係統
信息是客觀存在的。它是指一切事物通過物質載體所發出的消息、情報、指令中所有的一切可傳遞和交換的知識內容。信息是自然界、人類社會和人類思維活動中普遍存在的一切物質和事物的屬性，它是物質存在的方式和運動的規律與特點的反映，也是事物相互聯係及作用的反映。不同物質和事物有不同的特征，不同的特征就會通過不同的物質形式（如：聲波、電磁波、文字、圖像、顏色、符號等）發出不同的消息。簡單點來講，信息就是各種事物發出的消息中有意義的知識內容。如果一條消息告訴人們原來不知道的新知識和新內容越多，它所含的信息量就越大，那麼這條消息的意義也越大。
信息是一種重要的資源，它是我們社會的一切知識、學問以及從客觀現象中提煉出來的各種消息的總和。信息是普遍存在的。信息交流和傳遞的範圍很廣，信息在交流和傳遞過程中具有非排它性、無損耗性和可輸送性。人所共知，不論是網絡上的信息庫還是圖書館存儲的各種各樣的圖書資料，誰都可以查詢、檢索和利用，內容不會因人而異，每個人都可以分享同一條信息。信息隻有在成為權利的情況下才會具有排它性。信息富有滲透性，它要力圖衝破保密的非自然束縛，通過各種渠道和傳輸手段擴大其影響。一條好的有價值的信息不但可以持續不斷地反複使用，而且可以擴散。另外，信息隨著它的被利用而成為了資源。信息可以以光速用各種通信手段高效率、高質量地輸送。信息的本質特性就是信息的非排它性、無損耗性和可輸送性。
信息、物質與能源被稱為現代社會的三大支柱。信息是人類認識世界和改造世界的知識源泉。沒有信息，沒有信息交換，生物不能進化，自然界不能諧調。如果不能有效地利用信息，那麼就不會有人類的文明、社會的發展和科學的進步，也不能駕馭大自然。人類社會發展的速度，在一定程度上取決於人們對信息利用的水平。早時候，通信係統由電話、電報和廣播組成。隨著，通信技術不斷更新，現在的通信係統除電話、電報、廣播外，還包括電視、雷達、傳真、遙測、遙控、遙感、計算機以及全息照相等。
通信係統一般說來，信源產生消息（包含信息），發射機將消息轉變為能在信道上傳輸的信號，接收機再將接收到的信號解調、解碼，恢複消息供接收者使用。通信的主要目標之一是使接收端得到一個與發送端盡可能相同的複現消息。在通信過程中需要研究和重視的是編碼和噪聲問題。
一個信息係統主要包括人員、機器、網絡和數據庫四個要素。數據庫是信息源。信息的載體形式多樣，可以是書刊紙張，也可以是膠片、磁帶、磁盤、光盤、屏幕等。因此，作為信息源的數據庫可以是數字化的圖書館、檔案館、博物館，也可以是機讀文本文件、電子係統等。它們為信息高速公路、互聯網絡提供信息。網絡主要指各種信息係統所構成的信息網絡體係以及必要的網絡標準、通信協議、操作規程和傳輸編碼等，網絡起著信息傳輸通道的作用。信息高速公路是一種大的信息傳輸的通道。目前在信息高速公路上已經有大量的英語數據在運行，今後應該逐漸加大中文數據在信息高速公路上的流通量。信息係統中的機器是信息設施，主要包括用來獲取、傳輸、處理和利用信息的各種物理設備，例如電子計算機終端、傳真機、掃描機、打印機等。信息係統中的人員是信息主體，應包括各種各樣的信息資源的開發者、提供者、管理者和使用者。人（員）、機（器）、網（絡）、數據（庫）構成一個有機的整體，由信息生產部門研製信息產品，建立各種類型的數據庫，信息高速公路、互聯網絡和數據庫相互聯係在一起，信息使用者通過計算機終端查詢信息。
2．信息科學技術
信息科學技術是適應信息社會的發展需要而迅速發展起來的新興科學技術。它的任務就是研究信息的性質、信息的取得、信息的傳輸、檢測、存儲、處理和控製的基本原理和方法，為人類在信息的海洋中查找所需要的信息時提供理論和技術上的幫助。而它的理論基礎則是從通信科學發展起來的信息論。即研究信息量、編碼和通信的科學技術。現代信息技術是以微電子技術為基礎，把計算機技術和通信技術結合起來，收集、處理、存儲和傳播語言、文字、圖像和數字等信息的一門新技術。在全球信息化的進程中，新的信息技術必將得到廣泛的應用和發展。
信息科學技術的核心是信息學。信息學是科學知識中一個飛速發展的具有戰略意義的領域。它是人類文明向信息社會形成階段過渡時期形成的新的學科群。信息學從研究信息加工方法和手段的技術性學科演變成研究自然界和社會中信息過程規律的基礎科學。目前，信息學發展速度最快的四個基本方麵是理論信息學、技術信息學、社會信息學和生物信息學。理論信息學是信息學的基礎，它主要研究信息和信息過程。技術信息學研究實現信息過程及其自動化的技術手段，即采用電子計算機技術和通訊手段進行信息搜集、存儲、加工和傳遞的技術手段。社會信息學研究社會信息資源形成的一般特性和規律。生物信息學研究動植物肌體中信息過程的共同規律和特征。另外，還有礦物信息學、應用信息學等等。總之，信息學是研究以計算機技術和通信手段實現信息過程自動化方法的技術學科，從自然界或人類社會的不同領域研究信息和信息過程，就可以形成不同領域的信息學。
信息技術應包括建立信息資源的技術，信息處理的技術和信息傳遞的技術。如計算機技術、光纖技術、複製技術、聲像技術、光盤技術等都是信息技術的重要組成部分。
3．信息科學技術的應用
衡量一個國家社會信息化程度的指標主要包括兩類：一類是信息傳播能力，另一類是信息處理能力，信息高速公路建設是現代信息科學技術全麵應用的一個典型例子。在進入信息社會的過程中，建立信息高速公路，接上國際互聯網絡，采用多媒體技術是一個必經階段，是許多國家為全麵實現信息化社會的重大戰略部署。
現代信息技術在信息產業中得到了廣泛的應用。多媒體通信是多媒體技術與通信技術相結合的結果，它把計算機在交互性、通信網絡的分布性和多媒體信息的綜合性融為一體，向人們提供全新的通信服務。目前，經濟發達國家投入巨資開發出了上百種多媒體應用係統，多媒體通信的應用主要有以下一些方麵：可視電話、視頻會議、遠程醫療服務、教學與培訓、多媒體郵件、谘詢與服務等。比如說遠程醫療服務，在計算機輸入了綜合醫療信息係統之後，醫療的自動化和智能化將成為可能。當病人和計算機終端對話時，計算機可以告訴病人或護士，這位病人是否需要看醫生或者應該去看什麼科的醫生。多媒體計算機的應用，電視網絡除了滿足醫生和病人之間遠程通信外，還可以實現醫生之間相互交換意見，也可以讓醫生征求專家的意見，可以讓醫生辦公室、診室、病床、實驗室等相互連接起來。獲得較好的醫療方式是新型信息技術的一大應用。
多媒體通信技術可以使教育事業發生根本性的變化。教育將以各種嶄新的形式為人們提供教育服務。有名望的教師由電視網聘請講課，高水平的教師可以攝製教學錄像帶，也可以編寫計算機輔助教學軟件。這樣的話，隻要有最好的教師、最好的教學內容，就可以利用電視教育係統，讓人們可以通過計算機來實現輔助教學和方便的時間內進行學習，不受到地域的限製就可以接受教育。
信息化已經是當今世界發展的重要趨勢。要使信息係統發揮更大的經濟效益和社會效益，就需要做到信息資源數字化，軟件服務係列化，信息谘詢社會化，信息存取網絡化，信息服務管理規範化。當然要想實現，就必須利用計算機技術、光纖技術、光存儲技術和多媒體技術。未來的世界，我們無法預料，不過我們也不能總是生活在對它的幻想中，而應該是對它發起挑戰，挑戰那美好的明天。
我們現在生活的世界是由已知和未知兩個領域組成。我們已知的越多，未知的領域就越大。廣大的未知領域構成了我們渴望探知的未知世界。未知世界有種魅力，它總是吸引著我們在未知領域發現真理時有所突破，而不是一直墨守成規。
21世紀將是信息時代。隨著信息科學技術的發展，將會出現電子計算機網絡、通信網絡和有線電視網絡的大聯合。那時，人們可以在家裏工作。隻要打開計算機就能和領導及同事取得聯係，互通情況、請示彙報、研討問題都十分方便。工作之餘，可以在網上瀏覽商業信息、股市行情、足球賽事，或者網上購物都是輕鬆愉快的事情。信息科學技術會給人類帶來新的工作方式和生活方式。
2．把天然氣做成“球”
隨著人們的環保意識的不斷提高，世界各國需求環保能源的呼聲也日益高漲，各國政府也紛紛通過立法程序來傳達這種趨勢。天然氣作為最環保的能源之一，每個以石油為主要能源的國家也開始研發並利用新能源代替石油能源，在尚未發現真正的替代能源前，天然氣的廣泛利用成為人們的主要研究目標。
天然氣是一種多成分的混合氣體，主要成分由烷烴組成，其中甲烷占絕大多數，乙烷、丙烷和丁烷占少數，另外一般還含有氮、硫化氫、二氧化碳和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。天然氣在方便人們的生活生產的同時，其運輸方式卻是一個很難解決的問題。
天然氣的運輸成本昂貴，危險性高，是全世界都為之頭疼的問題。目前世界上大規模輸送天然氣的方式基本上有兩種：即管道運輸天然氣和液態運輸天然氣。中國大陸地區一般采用管道運輸的方式，海上運輸和道路運輸一般則利用專用船舶和車輛運輸液態天然氣。但無論哪種方法，其運輸成本和安全問題都是無法降低或解決的難題。通常，運輸液化天然氣的時候，首先要把天然氣降至-162℃，並且還要使其保持在-162℃左右才能保證天然氣處於液化狀態。這樣，不僅要消耗大量的能源、建造較大規模的設施設備，而且如果在熱帶地區運輸的話，一部分液化天然氣還會蒸發和氣化。針對這一係列問題，專家們就設法把天然氣做成球狀或製成粉末狀的，這樣就能安全便捷的運輸天然氣了，經過專家的實驗表明，盡管把天然氣製成球狀固體和粉末狀在運輸方式上都屬於先進的天然氣遠程運輸方式。但是，兩者相比之下，天然氣球狀固體運輸比天然氣粉末狀運輸的優點更多一點。因為粉末狀的天然氣在運輸過程中會加大物體的體積，經濟效率也就不是很理想；而天然氣球狀固體在運輸中能增加1.4倍的運輸量，並且比粉末狀更容易搬運，從而也就可以達到理想的經濟效益。
日本三菱造船公司正在嚐試將天然氣轉化成球狀固體來運輸，這種將天然氣固體化的運輸方法，該方法是將天然氣與水攪拌，經過“水合作用”使天然氣的主要成分甲烷被水覆蓋包圍形成“水合體”，類似於“果凍”一樣的形態。然後經過加工處理，把其中的水分抽出使之形成粉末狀，再製成球狀物體進行運輸。
在這個係列過程中，天然氣轉化成粉末的過程要在2℃和數十個大氣壓條的件下進行。和天然氣在低溫條件下液化所不同的是，天然氣固化的關鍵在於要控製好轉化過程的壓力。其實很早以前人們已經知道天然氣具有“水合作用”，但是一直都沒有在工業上加以利用。
日本三菱造船公司在實驗室中已嚐試了幾種固化天然氣的方法。其中之一就是利用螺旋槳葉片在壓力容器中把天然氣與水混合攪拌；另一種方法是在充滿水的容器底部設置管道並往內加入天然氣，使其形成“水合體”。但是，實驗室中的這些方法都不能在短時間內生產出大量可供工業利用的“水合體”。為此，該公司采用了攪拌方式和沸騰方式相結合的製備方法。為了增加水和天然氣的接觸麵積，研究人員在攪拌用的螺旋槳葉片上也安裝了管道，在螺旋槳轉動的同時葉片上的管道也就能往內輸入天然氣。這樣形成的“水合體”比單一攪拌方式形成的“水合體”高出10倍以上的製備量，效率明顯有了提高。可是這種方法還沒有被廣泛利用。
隨著人類科學技術的飛速發展，很多的不可能也會變成可能，人類還會創造越來越多的奇跡。把天然氣做成“球”的運輸方法可能在不久也會得到廣泛的使用方法，讓人們再運輸中更方便。
3．核聚變能源
人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的，氫彈爆炸時能釋放出極大的能量，會給人類帶來災難。而科學家們卻希望發明一種可以有效地控製“氫彈爆炸”的過程的裝置，讓能量能夠持續穩定的輸出，用來解決人類麵臨的能源短缺危機。利用核聚變發電是21世紀的重要技術，它主要是把聚變燃料加熱到1億攝氏度以上的高溫，從而讓它產生核聚變，然後人們就可以利用其輸出的熱能。
核能
核能是能源家族的新成員，它包括裂變能和聚變能兩種主要的形式。裂變能是重金屬元素的質子通過裂變而釋放出巨大能量，目前人類已經實現商用化。因為裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上的含量稀少，而且常規裂變反應堆會產生長壽命、放射性較強的核廢料，汙染環境，因此這些因素一定程度的限製了裂變能的發展。而核聚變的形式目前還尚未實現商用化。
核聚變是指由質量小的原子（主要是指氘或氚），在一定條件下（如超高溫和高壓），發生原子核互相聚合的作用，從而生成新的質量更重的原子核，並且伴隨著巨大的能量釋放出來的一種核反應形式。原子核中蘊藏著巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核轉化為另一種原子核）往往還伴隨著巨大能量的釋放。如果是由重的原子核變為輕的原子核，叫做核裂變，如原子彈爆炸；如果是由輕的原子核變為重的原子核，就叫做核聚變，如太陽發光發熱的能量來源。
比原子彈威力更大的核武器是氫彈，它就是利用核聚變來發揮作用的。核聚變的過程與核裂變相反，核聚變是幾個原子核聚合成一個原子核的過程，隻有較輕的原子核才會發生核聚變，比如氫的同位素氘、氚等。核聚變會釋放出巨大的能量，而且要比核裂變釋放出的能量大很多。太陽內部連續進行著氫聚變成氦的過程，它的光和熱就是由核聚變產生的。
利用核能的最終目的是要實現受控核聚變釋放的能量。核聚變和核裂變相比，它有兩大優點：一是地球上蘊藏的核聚變能源遠比核裂變能量豐富得多。據專家測算，每升海水中含有0.03克氘，而地球上有70%的麵積被海水所覆蓋，所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經過核聚變釋放的能量相當於300升汽油燃燒後釋放出的能量。如果把地球上海水中所有的氘全部用於核聚變反應，那麼其釋放出的能量足夠人類使用幾百億年，而且其反應產物是無放射性汙染的氦；二是由於核聚變過程中需要維持極高的溫度，如果某一環節出現問題，燃料的溫度下降，核聚變反應就會自動終止。也就是說，聚變堆是安全的。因此，聚變能是一種無限的、環保的、安全的新能源，這就是為什麼世界各國，尤其是發達國家都不惜花費大量人力物力財力，競相研究、開發聚變能的原因所在。
目前，實現核聚變的方法有很多種。最早的著名方法是“托卡馬克”型磁場約束法。它是利用通過強大電流所產生的強大磁場，把等離子體約束在很小範圍內。雖然在實驗室條件下已接近成功，但要達到工業應用的水平還有一段遙遠的距離。按照目前的技術水平，要建立“托卡馬克”型核聚變裝置，需要大量的資金支持；另一種實現核聚變的方法是慣性約束法，慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內，從外麵均勻射入激光束或粒子束，球麵因吸收能量而向外蒸發，球麵內層受到它的反作用，會向內擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束），就像噴氣飛機氣體會往後噴而推動飛機飛行一樣，小球內氣體受擠壓而壓力升高，並伴隨著溫度急劇升高而升高，當溫度達到所需要的點火溫度（大概需要幾十億攝氏度）時，小球內的氣體便會發生爆炸，並產生大量熱能。這種爆炸過程所需的時間很短，隻有幾皮秒（1皮等於1萬億分之一）。如每秒鍾發生三四次這樣的爆炸並且連續不斷地進行下去，所釋放出的能量就相當於百萬千瓦級的發電站釋放的能量。