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现代科学技术

第四节现代科学技术

19世纪末20世纪初,由于物理学的革命,开辟了科学认识的新领域,使自然科学进入到一个新的历史时期——现代科学时期。从本世纪40年代起,依靠自然科学的必威体育精装版成就,一大批新兴技术不断涌现,汇成了新技术革命的洪流.由于新技术与现代科学理论的紧密结合,以及科学、技术各学科在发展过程中的不断分化与综合,现代科学与技术形成了一个各门类、各学科相互联系、相互渗透的统一的知识体系。现代科学技术的发展,既有以往科技发展的一般特征,也表现出与以往科技发展不同的新的趋势,主要有整体化趋势、数学化趋势,以及科学与技术的一体化趋势。

一、现代科学技术的产生

19世纪来,X射线、元素放射性和电子的发现,揭开了现代物理学革命的序幕。20世纪初创立的相对论和量子力学,是现代物理学革命的两大支柱,是促成20世纪自然科学各学科飞跃发展的理论

基础。在理论自然科学的推动下,从20世纪40年代起,一系列新技术相继问世,导致了以信息技术为核心的新技术革命.它所包括的内容主要有信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、光电子与微光技术,以及传统产业技术的革新等。工业化大生产为现代科学技术的产生和发展奠定了物质基础,而各种社会需求则是促进现代科学技术产生和发展的强大外部动力,尤其是经济需求和军事需求,所起的作用最为显著。

(一）物理学革命

1、X射线、元素放射性和电子的发现

1895年德国物理学家伦琴（1845～1923）偶然发现高真空的放电管会发射出一种未知的射线,使照相底片感光,他称这种射线为X射线。几年后通过实验人们认识到X射线是一种波长很短的电磁波。X射线后来在医疗、工业检测和科学研究上得到了广泛应用。

1896年法国科学家贝克勒尔(1852～1908）在研究X射线时意外地发现了铀元素的放射性现象。法国的居里夫人（1867～1934）和英国的卢瑟福(1871～1937）等科学家深入研究了元素的放射性,揭示了放射性的本质是放射性元素的原子核自发地转变为另一种元素的原子核的过程。

1897年英国物理学家汤姆逊(1856～1940）用实验证明高真壁放电管中放射出的所谓阴极射线,实质上是一种带负电的粒子流,这种粒子是一切元素的原子的组成部分。这种粒子是人类认识的第一种基本粒子,它被命名为电子气”。

上述三大发现表明,原子并不是最小的、不可分割、不会变化的物质单元,传统的能量转化与守恒学说也无法解释元素放射性现象。经典物理学受到了严重的挑战,物理学革命由此拉开了序幕。

2.相对论的创立

根据麦克斯韦的电磁学理论,电磁波(包括光）的传播必须依靠一种尚未证实的介质──以太。这种假想的、绝对静止的以太,被看成是时空的绝对参考系。但经过精心设计,用以寻找以太的迈克尔逊-莫雷实验却得不出肯定的结论。德国科学家爱因斯坦(1879～1955)突破了以太说和牛顿力学绝对时空的观点,于1905年创立了揭示时间、空间的量度与物体的运动状态直接联系的狭义相对论。1915年爱因斯坦又将狭义相对论推广为广义相对论,采用非欧几何的数学形式,进一步揭示了时空、运动与物质分布的关系,并重新解释了引力的本质,从新的高度彻底否定了牛顿的绝对时空观。狭义和广义相对论都是作为一种科学假说提出的,之后,它们分别得到了多项科学实验的证实,因而成为了科学界普遍接受的理论。

3.量子力学的建立

19世纪末,热力学的发展、热机和电照明的应用推动了热辐射现象的研究.为了解决黑体辐射的实验结果与经典物理学中能量连续变化观念的矛盾,德国物理学家普朗克（1858～1947）

于1900年提出了能量子或量子的假设。爱因斯坦也于1905年提出了光量子或光子

概念。量子理论经过20多年的发展,终于导致了量子力学的建立。1924年,法国物理学家德布罗意（1892～?）提出了任何实物粒子都具有波动性,即物质波的概念,揭示了物质世界的一种普遍性质一一波粒二象性。在此基础上,德国的海森堡(1901～1976)和奥地利的薛定海(1887～1961)先后于1925年和1926年分别建立了各自以不同的数学形式表达,但本质上是一致的量子力学体系。量子力学的建立,使人类对自然界的认识由宏观领域深入到微观领域,揭示了微观粒子运动的特殊规律,从根本

上改变了只承认连续性和机械决定论的经典物理学观念。

物理学革命是现代自然科学的开端。相对论和量子力学的理论和方法从20世纪30年代起逐渐渗透到许多学科中,不仅促进了物理学的全面发展,而且也推进了自然科学诸多领域(如天文学、化学、生物学）的开拓性研究。以相对论和量子力学为主要理论基础的20世纪自然科学,在更深的层次上考察微观对象,又在更大尺度上探索宏观世界,并把这两者结合起来,各门学科相继取得了突破性进展。与此同时,还产生了系统论、信息论、控制论和自组织理论等新型横断学科