20世纪以来科学理论发展具有一些新的特点，一是自然科学理论在深度上得到迅速的发展，前述三个学科领域内的科学革命本身就很好地说明了这一点；二是边缘学科、综合学科和横断学科的产生，导致自然科学理论在广度上得到迅速的发展。科学发展一方面不断分化，一方面不断综合，但从总体上说，表现出一种结构性的综合化、整体化趋势。在新的世纪，虽然学科本身的进一步分化和继续向微观深入仍然是发展的重要方面，但是，进入现代科学时期以来，特别是近二三十年，另一个新的方向已成为主流，而且显现出更加旺盛的生命力，这就是向着宏观、交叉、复杂的综合集成或整体化方向发展。它具体地表现为下面四种情况：
第一，跨学科研究导致学科理论的深化。
分子生物学的诞生能很好地说明这一点。1953年诞生的分子生物学是生物遗传学、生物化学、物理学、X射线分析技术等学科交叉、融合、共同研究的结果，其中每一个重要关口的突破都是跨学科研究的结果。例如，20世纪40年代，人们通过大量的实验发现细胞核中的脱氧核糖核酸（DNA）是遗传信息的载体，而不是蛋白质。这项突破就是化学家米歇尔、细菌学家艾弗里、物理学家德尔布吕克等人的研究工作的整合。其中特别值得一提的德尔布吕克，他原来是N援玻尔的学生。玻尔从物理学家角度关心生物学的发展，他曾经作过“光和生命”的公开演讲，影响颇大，德尔布吕克听过玻尔的演讲，于是对当时蓬勃发展的遗传学产生了浓厚的兴趣。又如，1944年物理学家薛定谔沿袭玻尔关注生物学的做法，发表《生命是什么？》一书，副标题是“活细胞的物理观”。这本书一经出版，便广为流传。该书用量子力学的观点论证基因的稳定性和突变发生的可能性。在这本书中他首次提出生物“遗传密码”的概念。该书实际上概括了30年代物理学界对生命物质运动和对遗传学问题感兴趣的原因所在，启发了人们用物理学的思想和方法探讨生命物质运动的兴趣。特别是作为量子理论的奠基人之一的薛定谔本人的垂范，他把兴趣转向了生物学，这就引起了许多物理学家关注生命现象，从物理学转向生物学研究。
再如，生物大分子晶体结构分析的研究也为后来分子生物学的诞生奠定了基础。它主要是在英国剑桥大学卡文迪许实验室的物理学家布拉格和他的儿子对无机化合物小分子晶体结构的X射线分析技术基础上建立起来的。从20世纪30年代末到50年代，在分子生物学的建立中作过重要贡献的佩鲁茨和肯德鲁都在剑桥布拉格处利用X射线衍射分析方法，研究血红蛋白和肌红蛋白的结构。他们创立了把重原子引入蛋白质分子的分析方法和应用电子计算机处理衍射数据的方法，既提高了分析的精确度，也大大加快了分析工作的速度。这方面的工作是DNA双螺旋结构建立的直接实验基础。
再如，DNA双螺旋结构的发现者沃森和克里克，前者是生物学家，后者原来是物理学家。克里克1938年毕业于伦敦大学，主要学习物理学和数学。1944年他读了薛定谔的《生命是什么？》一书，大受启发，决心以一个物理学家的身份涉足生命科学领域，从事把某些物理学规律应用于生物学的研究，特别是把寻找某种将基因结构与蛋白质结构联系起来的途径，作为自己的主攻方向。
应该说，生命现象本身是复杂的，因此跨学科地对它进行研究，有利于对其本质的揭示。
第二，多学科交叉导致边缘学科和综合学科新理论的产生。
首先，我们以20世纪物理化学发展为例，来说明边缘学科的产生导致科学理论在广度上得到迅速的发展。
物理化学是现代化学分支学科的理论，它研究影响化学体系性质和行为的基本物理原理。它实际上是以物理学的理论和实验技术为研究手段，探索和归纳各类化学现象的基本规律。也就是说它是一门由物理学和化学交叉而形成的边缘学科。物理化学的主要研究领域有：结构化学、量子化学、计算化学、热化学、电化学、磁化学、胶体化学、界面化学、催化化学、光化学、高能化学和微观化学反应动力学等。自然现象本身是综合的，其规律的揭示需要多学科的共同参与、协同攻关方能完成，这就是多学科交叉能导致学科新理论产生的原因。同样，DNA双螺旋结构的揭示也是生物遗传学、生物化学、物理学等学科交叉、共同攻关的结果。
其次，我们以20世纪环境科学发展为例，来说明综合学科的产生导致科学理论在广度上得到迅速的发展。
环境科学起源于人们解决环境问题的需要。对环境问题的系统解决，要运用地学、生物学、化学、物理学、医学、工程学、数学以及社会学、法学、经济学等多种学科的知识。所以环境科学是一门综合性很强的科学。它的分支有环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理学、环境医学、环境工程学以及环境管理学、环境法学、环境经济学。由于环境是一个有机的整体，环境污染又是极其复杂的、涉及面相当广泛的问题，上述各门分支学科都是环境科学这个整体的不可分割的组成部分。
如同美国控制论创始人N.维纳所说，多学科交叉可以开垦处女地，产生新的知识生长点。
第三，跨学科的“元理论研究”导致横向学科的产生。
我们以20世纪系统科学发展为例，来说明横向学科的产生导致科学理论在广度上得到迅速的发展。系统科学是20世纪40年代以后发展起来的横向学科群，其内容可以分为三大部分，一是基础部分即系统论，它属于自然科学，它包括冯·贝塔朗菲的一般系统论、普里高津的耗散结构论、哈肯的协同学和艾根的超循环论，以及混沌理论；二是技术部分，它包括控制论、信息论；三是应用部分，它包括系统工程学和系统动力学等。1969年物理化学家，比利时布鲁塞尔学派的领导人普里高津提出的耗散结构理论，超越了具体物理学、化学、生物学、地学等学科的研究对象，从“物质、能量、信息”的三基元出发，使用了诸如系统、非平衡态、涨落和稳定等跨学科的一般性的科学概念，从一般意义上揭示了一个远离平衡态的开放系统在具备一定的内外条件下，如何从原有的混乱无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态的机制和规律。普里高津的这种研究实质上是超越若干具体学科的“元理论研究”，正因为如此，他的耗散结构理论是一个普适性很强的理论，具有普遍适用的方法论意义。现在，这个理论在物理、化学、生物、地学、医学、农学、工程技术甚至哲学、历史和经济等方面都有广泛的应用。
元理论研究方法，源于20世纪初德国数学家D.希尔伯特的提倡。普里高津的这种跨学科元理论研究，又将这种方法推向一个新的高度。
第四，实验技术的发展导致学科理论的发展。
我们以蛋白质组学产生为例来说明这一点。随着对多种重要生物的大规模基因组测序工作的完成，功能基因组研究被提到议事日程上来。它的任务就是对基因组中包含的全部基因的功能加以认识。这进一步涉及到需要研究蛋白质在细胞内是怎样工作、如何相互作用、相互协调的，这些问题远不是基因组学理论及其附属技术所能回答得了的。
研究蛋白质间的相互作用，得益于1989年“酵母双杂交技术”的提出，它为发现和研究在活细胞体内的蛋白质与蛋白质之间的相互作用提供了技术平台，近几年来得到了广泛使用。酵母双杂交系统是在真核模式生物酵母中进行的，研究活细胞内蛋白质相互作用，对蛋白质之间微弱的、瞬间的作用也能够通过报告基因的表达产物敏感地检测得到，它是一种具有很高灵敏度的研究蛋白质之间关系的技术。它既可以用来研究哺乳动物基因组编码的蛋白质之间的相互作用，也可以用来研究高等植物基因组编码的蛋白质之间的相互作用。用此技术人们能快速克隆编码与某一蛋白作用的配体蛋白的基因。自该技术问世以来，科学家在蛋白质间的相互作用研究、筛选新的蛋白质、研究蛋白质的功能等方面取得诸多的理论进展，蛋白质组学由此而初步形成。
您上面所述科学理论跨学科发展的特点，对搞好科学学科建设有什么启示呢？
根据上述科学理论跨学科发展的特点，我们在科学研究的学科建设中应当注意下列问题：
（1）在学科布局的建设上，要力求做到学科点设置的齐全。因为在多种学科交叉或综合时，缺乏其中任何一个必要学科，都会使新理论的产生在理论背景资源上遇到“瓶颈”而无所作为。
（2）在学科队伍的建设上，要力求做到各学科领军人物配备的齐全，提倡人才跨学科的流动，组织不同学科的人才在学术上进行跨学科的交流沟通。1999年以来，美国一些大学的科学研究告别“学科学术模式”的趋势。加利福尼亚大学伯克利分校兴建两座宏伟的建筑，要把数学、物理、化学和分子生物学几个系的研究人员汇聚一堂，进行学科交流。为了鼓励跨学科研究计划的整合，伯克利分校1999年还新设了15个教授职位。所有这些措施，确切地说，就是为了打破大学的院系结构，充分利用遗传学、生物物理学、脑科学、纳米技术等学科所开辟的新天地。美国大学的这种改革，得到了私人基金的财力支持和公共基金的援助，特别是由美国国家科学基金提供的资金支持，已经在引导科技研究活动向着构建跨学科研究中心网络的方向发展。这一工作现已进行了一段时间。哈佛、斯坦福和普林斯顿大学正致力于打破旧有的学科屏障，从不同层面研讨那些靠传统方法不能解决的问题。
（3）在学科教育的建设上，一是要力求做到学科课程设置的齐全，为后备人才队伍在学科知识结构上配备齐全；二是要提倡学生跨学科地选修副修专业；三是要开设交叉、综合和横向学科的课程，要淡化不同科学学科之间的人为界限，要注重它们之间的融通和有机联系，要注重用跨学科的统一的科学概念去融合与连结物理学、化学、生物学、地球科学等多门学科的基本概念原理和方法，帮助学生从各学科相互渗透和影响、科学综合知识网络和科学方法的角度去认识自然界普遍联系、相互作用的现象与规律，认识不同运动形式中的特殊现象与规律，理解和把握各单科知识点与综合知识网的关系，进而逐步建立正确的比较完整的科学知识体系。事实上从世界范围来看，自20世纪60年代以来，许多国家特别是发达国家正在从事综合科学课程的理论研究和教学实践，其势头一直在持续迅速增长，取得了许多经验和成果。国际科学教育界普遍认为综合科学教育经受住了时间的检验。
（4）在学科研究规划上，政府要注重交叉学科、综合学科和横向学科研究项目的规划，以及组织、倡导跨学科项目的合作攻关。
（5）在“学科基地”的建设上，也要打破学科界限，适当地建立若干跨学科的研究机构。
今天，我们从学科、学科建设的角度，介绍了发达国家发展科学理论和科学事业的做法与认识，视角较新，对我们是有启发是很深刻的。
