現(xiàn)代科技成就的例子

20世紀初科學革命兩大成就
20世紀的科學是在19世紀的重大理論成果如熱力學與電磁學理論、化學原子論、生物進化論與細胞學說等基礎上發(fā)展起來的.19世紀的三大發(fā)現(xiàn)（X射線、放射性、電子）導致了20世紀前30年的物理學革命,誕生了相對論和量子力學,成為20世紀科學發(fā)展的先導和基礎.
1、相對論
1905年,20世紀最偉大的科學天才愛因斯坦在他26歲時創(chuàng)立了狹義相對論,提出了不同于經(jīng)典物理學的嶄新的時空觀和質(zhì)（m）能（E）相當關系式E＝mc2（此處光速C＝3×108米／秒）,在理論上為原子能的應用開辟了道路.
關于E＝mc2,即物體貯藏的能量等于該物體的質(zhì)量乘以光速的平方,這個數(shù)量大到令人難以想象的程度.我們不妨打個比方說,1克物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化成的能量,相當于常規(guī)狀態(tài)下燃燒36000噸煤所釋放的全部熱能；或者說,1克質(zhì)量相當于2500萬度的電能.
1915年,愛因斯坦又創(chuàng)立了廣義相對論,深刻揭示了時間、空間和物質(zhì)、運動之間的內(nèi)在聯(lián)系——空間和時間是隨著物質(zhì)分布和運動速度的變化而變化的.它成為了現(xiàn)代物理學的基礎理論之一.
從1923年開始,愛因斯坦用他的后半生致力于統(tǒng)一場論的探索,企圖建立一個既包括引力場又包括電磁場的統(tǒng)一場理論,雖然他沒有取得成功,但是楊振寧和米爾斯于50年代創(chuàng)立了“楊—米爾斯場方程”,發(fā)展了所謂“規(guī)范場”的理論,使愛因斯坦夢寐以求的統(tǒng)一場論可望在規(guī)范場的基礎上得以實現(xiàn).
2、量子力學
1900年,普朗克創(chuàng)立了量子論,提出能量并非無限可分、能量的變化是不連續(xù)的新觀念.1905年,愛因斯坦提出了光量子論,揭示了光的“波粒二象性”.1913年,玻爾把量子化概念引進原子結(jié)構(gòu)理論.1923年,德布羅意提出物質(zhì)波理論.1925年,海森伯和薛定諤分別建立矩陣力學和波動力學.1928年,26歲的狄拉克提出電磁場中相對論性電子運動方程和最初形式的量子場論,使包括矩陣力和波動力學在內(nèi)的量子力學取得了重大的進展.
20代末量子力學的建立,是繼1905-1915年相對論建立之后對經(jīng)典物理學的又一次革命性的突破,它成功地揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律,加速了原子物理學和固態(tài)物理學的發(fā)展,為核物理學和粒子物理學準備了理論基礎,同時也促進了化學鍵理論和分子生物學等的產(chǎn)生.因此,量子力學可以說是20世紀最多產(chǎn)的科學理論,迄今仍具有強大的生命力.
20世紀中后期5大科學成就
30年代以來,物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、規(guī)范場、宇宙大爆炸、遺傳物質(zhì)分子雙螺旋結(jié)構(gòu)、大地構(gòu)造板塊學說以及信息論、控制論、系統(tǒng)論等理論的創(chuàng)建,使人類的視野進一步拓展到更為宇觀、宏觀和微觀的領域,成為人類文明進步的巨大推動力.
1、物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)
從遠古時代開始,人們就在探討物質(zhì)是由什么組成的,有沒有公共的基本單元.直到19世紀末,人們都認為這種共同的基元就是原子.1911年,盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部有一個核；1913年,玻爾指出放射性變化發(fā)生在原子核內(nèi)部,于是研究原子核的組成、變化規(guī)律以及內(nèi)部結(jié)合力的核物理學應運而生.
1932年,查德威克發(fā)現(xiàn)了中子.從此,人們認識到各種原子都是由電子、質(zhì)子和中子組成的,于是把這三種粒子和光子稱為基本粒子.
但是,基本粒子并不“基本”.一方面,正電子、中微子、介子等新的基本粒子相繼發(fā)現(xiàn)；另一方面,基本粒子還有其內(nèi)部結(jié)構(gòu).60年代以來,出現(xiàn)了基本粒子結(jié)構(gòu)的“夸克模型”、“層子模型”等,使40年代末誕生的一門新的獨立學科——基本粒子物理學（又稱高能物理學）至今方興未艾,成果累累.
2、宇宙大爆炸理論
現(xiàn)代宇宙學的研究發(fā)端于愛因斯坦.他在1915年創(chuàng)立廣義相對論后,用它來考察宇宙的結(jié)構(gòu)問題,于1917年提出有限無邊的宇宙模型.1922年,弗里德曼提出的非靜態(tài)宇宙模型,認為宇宙是可能膨脹的.1929年,哈勃確定了星系紅移（即退行速度）和距離之間的線性關系,證實了宇宙膨脹理論.1932年,勒梅特提出了宇宙爆炸說.
1948年,伽莫夫把核物理學的知識同宇宙膨脹理論結(jié)合起來,發(fā)展了大爆炸理論,并用它來說明化學元素的起源.這一宇宙大爆炸理論在1965年發(fā)現(xiàn)的宇宙背景輻射現(xiàn)象和1998年哈勃望遠鏡探測到距地球120億光年之遙的星系中得到了有力的支持.
3、DNA分子雙螺旋模型
1953年4月25日,英國《自然》雜志刊登了25歲的沃森和37歲的克里克合作研究的成果——DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型,這一成就后來被譽為20世紀生物學方面最偉大的發(fā)現(xiàn),也被認為是分子生物學誕生的標志.
DNA是遺傳基因的物質(zhì)載體——脫氧核糖核酸的英文簡稱.1915至1928年間,摩爾根通過果蠅實驗,證明了坐落在細胞核內(nèi)染色體上的基因決定著生物性狀,從而創(chuàng)立了基因理論.染色體是由蛋白質(zhì)和DNA組成的.過去生物學界一直認為蛋白質(zhì)是遺傳信息的載體,直到1944年埃弗里等人通過實驗才證明了遺傳載體不是蛋白質(zhì),而是DNA.1953年DNA分子結(jié)構(gòu)雙螺旋模型的建立是打開遺傳之謎的關鍵.60年代尼倫柏格等人破譯了遺傳密碼,證明地球上所有生物的遺傳密碼都是相同的——DNA的4種核苷酸堿基的序列代表了基因的遺傳信息,決定著蛋白質(zhì)的20種氨基酸的組成和排列順序.作為基因載體的DNA是生命的后臺指揮者,生命的一切性狀通過受DNA決定的蛋白質(zhì)來表現(xiàn).
4、大地板塊構(gòu)造學說
1912年,魏格納提出大陸漂移說,認為在地質(zhì)歷史上的古生代,全球只有一塊巨大陸地,周圍是一片大洋；中生代以來,這塊古陸開始分裂、漂移,逐漸成為現(xiàn)在的幾個大陸和無數(shù)島嶼,原來的大洋則分割成幾個大洋和若干小海.
大陸漂移說經(jīng)半個多世紀的發(fā)展,由地幔對流說（1928年）、海底擴張說（1961年）等階段,到1968年勒比雄等提出了全球大地板塊構(gòu)造學說,建造了全球被分為歐亞、美洲、非洲、太平洋、澳洲、南極六大板塊和若干小板塊的結(jié)構(gòu)模型,得到了越來越多的科學驗證,特別是海洋地質(zhì)學的有力支持.
5、信息論、控制論、系統(tǒng)論
1948年,申農(nóng)《通訊的數(shù)學理論》、維納《控制論：關于動物和機器中控制和通信的科學》、貝塔朗菲《生命問題》的出版,標志著交叉科學信息論、控制論、一般系統(tǒng)論的誕生；1957年,古德等《系統(tǒng)工程學》的出版為系統(tǒng)工程論奠定了基礎.60年代以來,又出現(xiàn)了新的交叉科學——突變論、協(xié)同論和耗散結(jié)構(gòu)理論.
交叉科學不僅溝通了為數(shù)眾多的自然科學學科,而且在方路易斯誕生、1996年克隆羊多莉的出現(xiàn)都是細胞工程的杰作；加酶洗衣粉和嫩肉粉等則是酶工程的產(chǎn)品；現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)始于青霉素的生產(chǎn),現(xiàn)已大規(guī)模利用發(fā)酵工程生產(chǎn)抗生素等.至于根據(jù)需要對天然蛋白質(zhì)的基因進行改造,生產(chǎn)出新的、自然界原本不存在的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì),更是日益受到重視,被譽為第二代基因工程.
20世紀科技發(fā)展帶給21世紀的遺產(chǎn)將包括科學的全球化、社會化,社會的科學化,科學的交叉性、復雜性和綜合性,科學、技術(shù)與社會的密切結(jié)合并相互作用,科學技術(shù)促進世界和平和人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展等等.有了這些基礎,人類可以滿懷信心地去迎接全球化知識經(jīng)濟的新時代!