拉開現(xiàn)代科學技術(shù)革命序幕的是？

【專家解說】：C、量子力學和愛因斯坦相對論 詳細請見 19世紀末20世紀初,由于物理學的革命,開辟了科學認識的新領(lǐng)域,使自然科學進入到一個新的歷史時期——現(xiàn)代科學時期。從本世紀40年代起,依靠自然科學的最新成就,一大批新興技術(shù)不斷涌現(xiàn),匯成了新技術(shù)革命的洪流.由于新技術(shù)與現(xiàn)代科學理論的緊密結(jié)合,以及科學、技術(shù)各學科在發(fā)展過程中的不斷分化與綜合,現(xiàn)代科學與技術(shù)形成了一個各門類、各學科相互聯(lián)系、相互滲透的統(tǒng)一的知識體系。現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,既有以往科技發(fā)展的一般特征,也表現(xiàn)出與以往科技發(fā)展不同的新的趨勢,主要有整體化趨勢、數(shù)學化趨勢,以及科學與技術(shù)的一體化趨勢。 一、現(xiàn)代科學技術(shù)的產(chǎn)生 19世紀來,X射線、元素放射性和電子的發(fā)現(xiàn),揭開了現(xiàn)代物理學革命的序幕。20世紀初創(chuàng)立的相對論和量子力學,是現(xiàn)代物理學革命的兩大支柱,是促成20世紀自然科學各學科飛躍發(fā)展的理論 基礎(chǔ)。在理論自然科學的推動下,從20世紀40年代起,一系列新技術(shù)相繼問世,導(dǎo)致了以信息技術(shù)為核心的新技術(shù)革命.它所包括的內(nèi)容主要有信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、空間技術(shù)、光電子與微光技術(shù),以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的革新等。工業(yè)化大生產(chǎn)為現(xiàn)代科學技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),而各種社會需求則是促進現(xiàn)代科學技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的強大外部動力,尤其是經(jīng)濟需求和軍事需求,所起的作用最為顯著。 (一）物理學革命 1、X射線、元素放射性和電子的發(fā)現(xiàn) 1895年德國物理學家倫琴（1845～1923）偶然發(fā)現(xiàn)高真空的放電管會發(fā)射出一種未知的射線,使照相底片感光,他稱這種射線為"X射線"。幾年后通過實驗人們認識到 X射線是一種波長很短的電磁波。X射線后來在醫(yī)療、工業(yè)檢測和科學研究上得到了廣泛應(yīng)用。 1896年法國科學家貝克勒爾(1852～1908）在研究X射線時意外地發(fā)現(xiàn)了鈾元素的放射性現(xiàn)象。法國的居里夫人（1867～1934）和英國的盧瑟福(1871～1937）等科學家深入研究了元素的放射性,揭示了放射性的本質(zhì)是放射性元素的原子核自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素的原子核的過程。 1897年英國物理學家湯姆遜(1856～1940）用實驗證明高真壁放電管中放射出的所謂"陰極射線",實質(zhì)上是一種帶負電的粒子流,這種粒子是一切元素的原子的組成部分。這種粒子是人類認識的第一種基本粒子,它被命名為"電子氣”。 上述三大發(fā)現(xiàn)表明,原子并不是最小的、不可分割、不會變化的物質(zhì)單元,傳統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化與守恒學說也無法解釋元素放射性現(xiàn)象。經(jīng)典物理學受到了嚴重的挑戰(zhàn),物理學革命由此拉開了序幕。 2.相對論的創(chuàng)立 根據(jù)麥克斯韋的電磁學理論,電磁波(包括光）的傳播必須依靠一種尚未證實的介質(zhì)——以太。這種假想的、絕對靜止的以太,被看成是時空的絕對參考系。但經(jīng)過精心設(shè)計,用以尋找以太的"邁克爾遜-莫雷實驗"卻得不出肯定的結(jié)論。德國科學家愛因斯坦(1879～1955)突破了以太說和牛頓力學絕對時空的觀點,于1905年創(chuàng)立了揭示時間、空間的量度與物體的運動狀態(tài)直接聯(lián)系的狹義相對論。1915年愛因斯坦又將狹義相對論推廣為廣義相對論,采用非歐幾何的數(shù)學形式,進一步揭示了時空、運動與物質(zhì)分布的關(guān)系,并重新解釋了引力的本質(zhì),從新的高度徹底否定了牛頓的絕對時空觀。狹義和廣義相對論都是作為一種科學假說提出的,之后,它們分別得到了多項科學實驗的證實,因而成為了科學界普遍接受的理論。 3.量子力學的建立 19世紀末,熱力學的發(fā)展、熱機和電照明的應(yīng)用推動了熱輻射現(xiàn)象的研究.為了解決黑體輻射的實驗結(jié)果與經(jīng)典物理學中能量連續(xù)變化觀念的矛盾,德國物理學家普朗克（1858～1947）于1900年提出了"能量子"或"量子"的假設(shè)。愛因斯坦也于1905年提出了"光量子"或"光子"概念。量子理論經(jīng)過20多年的發(fā)展,終于導(dǎo)致了量子力學的建立。1924年,法國物理學家德布羅意 （1892～?）提出了任何實物粒子都具有波動性,即"物質(zhì)波"的概念,揭示了物質(zhì)世界的一種普遍性質(zhì)一一波粒二象性。在此基礎(chǔ)上,德國的海森堡(1901～1976)和奧地利的薛定海(1887～1961)先后于1925年和1926年分別建立了各自以不同的數(shù)學形式表達,但本質(zhì)上是一致的量子力學體系。量子力學的建立,使人類對自然界的認識由宏觀領(lǐng)域深入到微觀領(lǐng)域,揭示了微觀粒子運動的特殊規(guī)律,從根本 上改變了只承認連續(xù)性和機械決定論的經(jīng)典物理學觀念。 物理學革命是現(xiàn)代自然科學的開端。相對論和量子力學的理論和方法從20世紀30年代起逐漸滲透到許多學科中,不僅促進了物理學的全面發(fā)展,而且也推進了自然科學諸多領(lǐng)域(如天文學、化學、生物學 ）的開拓性研究。以相對論和量子力學為主要理論基礎(chǔ)的20世紀自然科學,在更深的層次上考察微觀對象,又在更大尺度上探索宏觀世界,并把這兩者結(jié)合起來,各門學科相繼取得了突破性進展。與此同時,還產(chǎn)生了系統(tǒng)論、信息論、控制論和自組織理論等新型橫斷學科,從而形成了現(xiàn)代科學全面深入發(fā)展的嶄新局面。本書第三章將分學科介紹現(xiàn)代自然科學的基本內(nèi)容。 (二）新技術(shù)革命 現(xiàn)代新技術(shù)革命發(fā)端于20世紀40年代。以三大發(fā)現(xiàn)和相對論、量子力學為中心內(nèi)容的物理學革命,極大地推進了理論自然科學的司發(fā)展,許多新的學科,如原子核物理學、無線電電子學、凝聚態(tài)物理學、高分子化學、分子生物學等相繼問世。由于現(xiàn)代科學已經(jīng)走在了技術(shù)的前頭,而且科學發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為技術(shù)發(fā)明的周期越來越短,所以上述新學科誕生后不久即有相應(yīng)的新技術(shù)問世。從40年代至7O年代初,原子能技術(shù)、電子技術(shù)、空間技術(shù)、激光技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)等一系列新技術(shù)的產(chǎn)生,無不是現(xiàn)代科學的進步迅速地轉(zhuǎn)化為強大的技術(shù)力量的例證。1942年建成第一座核反應(yīng)堆,1945年爆炸了第一顆原子彈,1955年建成第一個民用核電站。從此開始了人類利用原子能的時代。1946年第一臺電子計算機研制成功,1948年發(fā)明了晶體管,1971年出現(xiàn)大規(guī)模集成電路。電子元器件的更新帶動著各種電器特別是電子計算機的迅速換代,并導(dǎo)致了70年代以后的信息革命。1957年第一顆人造衛(wèi)星上天,1969年首次人類登月成功,1971年發(fā)射第一個空間站。從此人類活動越出了地球的限制,進入了宇宙空間。1960年第一臺紅寶石激光器誕生,70年代初激光通訊即開始迅速發(fā)展。人類由此在工業(yè)、醫(yī)療、測量、通訊等廣泛領(lǐng)域獲得了神奇的新工具和新手段。1940年研制出合成橡膠、滌綸,1955年出現(xiàn)了性能優(yōu)良的壓電陶瓷。各種新材料提供了優(yōu)質(zhì)的"產(chǎn)業(yè)糧食"。1973年第一次實現(xiàn)了對遺傳物質(zhì)DNA的剪接和重組,為實現(xiàn)人工定向地組建有特定遺傳性狀的生物體這一目標奠定了基礎(chǔ)。在短短幾十年里,出現(xiàn)了如此之多劃時代的偉大發(fā)明和創(chuàng)造,與之相關(guān)的和由其帶動的其他發(fā)明更是數(shù)不勝數(shù),形成了新技術(shù)革命的燎原之勢。 20世紀70年代,新技術(shù)革命進入了以信息技術(shù)為主導(dǎo)的新的發(fā)展階段。信息技術(shù)是微電子技術(shù)、電子計算機技術(shù)、遙感技術(shù)和光纖技術(shù)等組成的高技術(shù)群。信息技術(shù)在通訊、計算機化和自動控制方面發(fā)揮了巨大的功能,它在人類社會的應(yīng)用領(lǐng)域已超過5000種,它的發(fā)展正在并將進一步徹底改變社會生產(chǎn)和生活的面貌。不僅如此,信息技術(shù)還有力地推動了當代其他高新技術(shù)的進展,空間技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù),以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的革新等,無不都是以信息技術(shù)為基礎(chǔ),或是借助于信息技術(shù)成果和手段,或是為了信息技術(shù)的需要才獲得新的發(fā)展的,而這些新技術(shù)的發(fā)展同時也推動了信息技術(shù)的進步。因此,以信息技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代技術(shù)革命,又被稱為信息革命。本書第四章將介紹當代高新技術(shù)的發(fā)展狀況。 (三)現(xiàn)代科學技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的社會背景 科學技術(shù)研究過程中不斷出現(xiàn)的不同理論之間的,以及實驗結(jié)果與已有理論之間的新矛盾、新問題,是現(xiàn)代科學技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在原因;而社會的物質(zhì)生產(chǎn)和各種社會需求則是促成現(xiàn)代科學技術(shù)產(chǎn)生,并推動其發(fā)展的外部原因。 19世紀末,特別是20世紀初的強大工業(yè)化生產(chǎn),為現(xiàn)代科學技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。這首先表現(xiàn)在由于工業(yè)化的發(fā)展,出現(xiàn)了大批用途廣泛、計量精確的儀器和設(shè)備,為科學技術(shù)研究提供了優(yōu)良的實驗條件。如質(zhì)譜儀、同位素測定儀、原子光譜儀等,都是鑒別物質(zhì)成分、分析其結(jié)構(gòu)的有力武器;電子示波器、電子顯微鏡成為了現(xiàn)代科學實驗運用最普遍的儀器；超高壓、超低溫、超真空裝置,都是現(xiàn)代科學技術(shù)研究不可缺少的手段。其次,為適應(yīng)工業(yè)化大生產(chǎn)的需要,一些國家先后成立了大規(guī)模的科學技術(shù)研究機構(gòu),集中大批人才從事科學研究和技術(shù)開發(fā)工作。如西門子公司創(chuàng)辦的德國物理工程學研究所,美國的貝爾研究所等,都是世界上著名的科研和開發(fā)機構(gòu)?，F(xiàn)代絕大多數(shù)新興技術(shù),都是在這類科技機構(gòu)中誕生的。 社會需求是促進現(xiàn)代科學技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展的強大動力。社會需求是多方面的,它包括政治、經(jīng)濟、軍事、文化教育、醫(yī)療衛(wèi)生、社會生活等各個方面,其中對現(xiàn)代科學技術(shù)影響最大的是經(jīng)濟和軍事方面的需求。20世紀初期,在機械技術(shù)、電力技術(shù)充分應(yīng)用的基礎(chǔ)上,怎樣進一步挖掘新的科技資源,以獲取更大的經(jīng)濟利益,一直驅(qū)使人們?nèi)ヌ剿骱脱芯?與此同時,一些國家國內(nèi)和國際市場的激烈競爭導(dǎo)致了兩個必然結(jié)果:一是改進生產(chǎn)技術(shù),改善產(chǎn)品質(zhì)量,增加商品競爭能力；二是發(fā)明新的技術(shù),以其為基礎(chǔ)建立新的產(chǎn)業(yè),以新產(chǎn)品搶占市場。這就使得正在進行的探索和研究工作獲得了更大的動力,從而使新的科技成果不斷涌現(xiàn)。軍事上的需求,影響著自科學技術(shù)的研究方向,同時也大大加快了科技新成果的誕生和廣泛應(yīng)用的速度?，F(xiàn)代科學技術(shù)的每一項重要成就,幾乎都與軍事需求相關(guān),而且一般來說,最新科技成果往往總是首先在軍事上得到應(yīng)用。關(guān)于這方面,只要舉出原子能、電子計算機和空間科學技術(shù)等的例子就能說明問題。此外,諸如控制論、信息論等新興學科,也是第二次世界大戰(zhàn)的軍事需求的產(chǎn)物。 社會的需求促進了現(xiàn)代科學技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,科技新成果也確實滿足了現(xiàn)代社會的大量需求,于是社會更加重視科學技術(shù),世界各國都不遺余力地進行科學研究和技術(shù)開發(fā).發(fā)展現(xiàn)代科學技術(shù)已經(jīng)不是個人或單個企業(yè)的事,而是成為了國家的重要事業(yè)。國家對科學技術(shù)事業(yè)進行領(lǐng)導(dǎo)、組織和規(guī)劃,極大地推動了現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的進程。 二、現(xiàn)代科學技術(shù)的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代科學技術(shù)已發(fā)展成為一個學科門類繁多、結(jié)構(gòu)完整的龐大體系。為了揭示各類科學技術(shù)的聯(lián)系,就必須對科學技術(shù)進行分類。在分類的基礎(chǔ)上,弄清現(xiàn)代科學技術(shù)體系的結(jié)構(gòu),對于從整體上把握其發(fā)展趨勢,具有重要意義。 (一)現(xiàn)代科學技術(shù)分類 現(xiàn)代科學技術(shù)雖然是多學科、多門類相互聯(lián)系的整體,但科學和技術(shù)這兩種社會活動,各自有不同的特點,它的發(fā)展也各具相對獨立性。因此,現(xiàn)代科學技術(shù)的分類,宜分別對科學和技術(shù)來進行。 1.現(xiàn)代科學分類 科研活動一般可分為基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和開發(fā)研究三階段。與之相對應(yīng),現(xiàn)代自然科學分為基礎(chǔ)科學、技術(shù)科學和工程科學三類。 基礎(chǔ)科學是對自然界基本運動規(guī)律的認識,包括物理學、化學、天文學、地學、生物學以及這些學科的各分支學科、交叉學科。作為各門學科的工具和方法的數(shù)學,常常也被看作是基礎(chǔ)科學的一門學科?；A(chǔ)學科的一般表現(xiàn)形式是由概念、定理、定律等組成的理論體系,它們與生產(chǎn)實踐的關(guān)系比較間接?；A(chǔ)科學研究的一些成果,必須通過應(yīng)用研究和開發(fā)研究的一系列中間環(huán)節(jié),才可能轉(zhuǎn)化為物質(zhì)生產(chǎn)力?；A(chǔ)科學是整個科學技術(shù)體系的基礎(chǔ)部分,對文化教育和生產(chǎn)實踐,都具有長遠的、根本性的意義。 技術(shù)科學是研究各門專業(yè)技術(shù)的基本原理的科學,它研究生產(chǎn)技術(shù)和工藝過程中帶普遍性的問題。像材料力學、熱工學、電工學、冶金物理化學、自動控制理論、作物栽培學、病理學等,均屬于技術(shù)科學。技術(shù)科學既區(qū)別于最基礎(chǔ)的理論,又不同于有確定應(yīng)用對象的專業(yè)知識,是基礎(chǔ)科學與工程科學的中介。 工程科學是研究特定對象生產(chǎn)技術(shù)和工藝流程的原則和方法的應(yīng)用性科學,它研究科學理論如何轉(zhuǎn)化為技術(shù),以供改造自然、進行生產(chǎn)之用。像礦山工程學、橋梁建筑學、電機制造學、煉鋼工藝學、小麥栽培學、腦外科學等,均屬工程科學。工程科學仍然是科學,但它與技術(shù)應(yīng)用、與生產(chǎn)和工程實踐有較直接的聯(lián)系,研究目的是要解決生產(chǎn)技術(shù)中的具體理論問題。 2.現(xiàn)代技術(shù)分類 對應(yīng)于現(xiàn)代科學的基礎(chǔ)科學、技術(shù)科學和工程科學,現(xiàn)代技術(shù)大體上可分為實驗技術(shù)、專業(yè)技術(shù)和工程技術(shù)三類。 實驗技術(shù)是根據(jù)現(xiàn)有科學理論和一定的目的,通過實驗設(shè)計,利用科學儀器和設(shè)備,在人為的條件下,控制或模擬自然現(xiàn)象或過程的技能和方法。和基礎(chǔ)科學的各門學科相對應(yīng),實驗技術(shù)一般分為物理實驗技術(shù)、化學實驗技術(shù):生物實驗技術(shù)、天文觀測實驗技術(shù)和地學實驗技術(shù)等。實驗技術(shù)是基礎(chǔ)科學賴以產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ),同時又是檢驗基礎(chǔ)科學理論真理性的唯一手段。 專業(yè)技術(shù)是指運用一定的物質(zhì)手段,將技術(shù)科學的理論應(yīng)用于某類對象的創(chuàng)造、開發(fā)的技能和方法。像計算機技術(shù)、生物工程技術(shù)、能源技術(shù)、材料技術(shù)、空間技術(shù)、激光技術(shù)等,均屬專業(yè)技術(shù)。專業(yè)技術(shù)是技術(shù)科學理論轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的中介,同時又是檢驗技術(shù)科學真理性的尺度。 工程技術(shù)是與工程科學相對應(yīng)的關(guān)于各種產(chǎn)業(yè)部門具體技術(shù)的總稱。工程技術(shù)的功能在于把工程科學的原理和方法與一定的物質(zhì)手段相結(jié)合,以達到使天然資源或其加工品變?yōu)轭A(yù)設(shè)的人工產(chǎn)品的目的。工程技術(shù)的構(gòu)成方式是規(guī)劃、設(shè)計、工藝、制造和施工等。像第一產(chǎn)業(yè)中的栽培技術(shù)、飼養(yǎng)技術(shù)、開采技術(shù)、第二產(chǎn)業(yè)中的機械技術(shù)、交通技術(shù)、建筑技術(shù),第三產(chǎn)業(yè)中的電信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等,均屬工程技術(shù)。