北京赛车pk10走势图
  繁體中文 收藏本站 返回首頁
當前位置: 首頁 > 名家 > 王渝生工作室 > 專家作品
 
漫談百年科技
   2013-09-05   央視《百家講壇》   編輯:

  在人類跨入21世紀的時候,江澤民總書記是這樣概括當前時代特征的,他說,科學技術突飛猛進,知識經濟初見端倪,國力競爭日趨激烈。20世紀科學技術迅猛發展,促進了經濟的發展和社會的進步,給人類歷史進程帶來了極大的影響。20世紀的科學是在19世紀的重大理論成果,如熱力學與電磁感應、化學原子論、生物進化論和細胞學說等基礎上發展起來的。

  19世紀末,有所謂實驗物理上的三大發現:那就是1905年倫琴發現了X射線;1906年麥克韋爾發現了放射性,天然放射性元素鈾;1897年湯姆遜又發現了電子。所以19世紀末,關于X射線、放射性和電子的發現,開啟了20世紀前30年的物理學革命。20世紀前30年的物理學革命,產生了兩個重大的理論成果:一個是狹義相對論和廣義相對論;一個是量子論與量子力學。相對論是由猶太物理學家愛因斯坦創立的。在1905年他提出了狹義相對論和物質的質能關系相當式。1915年,他又提出了廣義相對論,深刻地揭示了物質、運動、時間、空間之間的內在聯系和統一性。其中1905年所提出的狹義相對論有一個自然的推論,叫做質能關系相當式,把它寫出來就是E=mc2。E是指物質內部擁有的能量,m是它的質量,c是光的速度,每秒30萬公里,這個公式就表現了物質內部所蘊藏的巨大能量,E=mc2。舉個例子來講,利用這個公式的計算,一克物質它內部蘊藏的能量,就相當于36000噸優質煤在常規狀態下完全燃燒所釋放出來的熱能。或者說一克物質內部蘊藏的能量,就相當于2500萬度的電能。誰說科學技術不是生產力,科學技術不是第一生產力,就這個公式,就預告了幾十年以后,我們對原子能的利用。

  除了狹義相對論和廣義相對論之外,20世紀前30年的物理學革命還誕生了量子論和量子力學。量子論是1900年德國的物理學家普朗克提出來的,他認為能量的發射和吸收不是連續的,而是一份一份的,有一個最小的能量量子的單位。后來到了1905年,愛因斯坦把這個量子的概念引用到光里邊,提出了光量子的概念。到了1913年,玻爾又把這個量子理論應用到了原子結構里邊去。后來又到了20年代,又出現了物質波的概念,又有了關于量子力學的數學表達,所謂波動力學和矩陣力學。直到20年代末,狄拉克把波動力學和矩陣力學統一起來,提出了量子力學的最終的數學表達式和初步的量子場論。這樣呢,量子力學就誕生了。20世紀中葉以來,物理學、化學、生物學、地質學,很多方面的成就都跟量子論、量子力學有關,所以量子力學可以說是20世紀最多產的一門科學理論。

  在以相對論和量子力學為先導的科學理論的指導下,20世紀出現了眾多的科學發現和技術發明。這個科學發現呢,一般都是指大自然當中所承載著的一些物質運動的規律。而人們呢,通過自己的腦力,通過自己所研制的儀器,能夠把這些自然界的規律發現了。所以科學發現是人的智慧的象征。那么人生下來就是對于自然界的奧秘,充滿著一種好奇和探索的精神。所以我們說,有一個科學家講,驚訝和好奇這是人類科學發現的原動力。有一位諾貝爾獎獲得者,到我們中國科技館參觀的時候,他還說過這樣一句話,他說每個人在童年時代,特別是5歲以前,都是天生的科學家。為什么呢?因為小孩,特別是幾歲的小孩,他的天性就是好動,就是好問,就是好奇,就是對自然界的奧秘充滿著驚訝和求知的欲望,所以這就是科學發現的原動力。那么我們人類自古到今對哪些事情好奇呢?我覺得對有幾個基本的東西好奇:一個是遠、遠、遠,到底宇宙空間有多遠,有多大?到底我們這個宇宙是怎么形成的?這是看遠、看大。看近,在我們身邊,為什么我們生長在這個地(球)上?比如說有三分之二的水面,只有三分之一的陸地,等等。往小,我小的時候在嘉陵江邊長大,去游泳的時候,就看到了這個看到沙子,我就想,這個沙子里邊還會有什么結構?所以人總是要對宇觀世界、宏觀世界、微觀世界問一個為什么?

  包括中國古代,2000多年前的屈原,都有《天問》。天上是什么東西?怎么組成的?那么20世紀的科學發現的關于宇宙的構造的學說,就有一個假說,就是所謂宇宙的熱爆炸的假說。宇宙學家和天文學家認為,宇宙是在150億到200億年前,一次原始大火球的大爆炸而形成的。宇宙的熱爆炸理論它的發展有一個過程,最早現在宇宙學的研究還是發源于提出相對論的愛因斯坦。他在1915年創立了廣義相對論以后,就用它來考察宇宙的結構問題,在1917年就提出了一個所謂有限但是又是無邊的宇宙模型。到了1922年,弗里德曼就提出了一個非靜態的宇宙模型,認為宇宙有可能是膨脹的。到了1929年,哈勃確定了星系紅移,就是退行的速度和距離之間的線性關系,從而證實了宇宙的膨脹理論。到了1932年,雷梅特就提出了一個宇宙的熱爆炸的學說。宇宙的熱爆炸的學說,在1948年伽莫夫把核物理學的知識和宇宙的熱爆炸的理論結合起來,這樣就提出了一個大爆炸的理論,用它來說明化學元素的起源,宇宙始于高溫、高密的一個原始火球,因為內部的基本粒子的核聚變反應,引起爆炸,向外擴張,膨脹,就形成了今天宇宙的各種物質。1948年伽莫夫提出來的宇宙的大爆炸的模型,在1965年的宇宙背景輻射現象的發現,以及1998年哈勃望遠鏡探測到的距離我們地球有120億光年之遙的這種星系當中,得到了有力的支持。我們說宇宙的熱爆炸的模型,是我們探索宇觀世界的一個科學發現的理論成果。

  第二,我們所生長的地球,據現在的地質力學和有一些放射性同位素半衰期的測定,推測地球的年齡距今大約46億年、47億年,不超過50億年。那么地球的海陸,海和陸地是怎么形成的呢?1912年有一個德國的氣象學家叫做魏格納,他提出了一個所謂大陸漂移的學說。大陸漂移說經過半個多世紀的發展,從20年代的地幔對流說、60年代初的海底擴張說,到了1968年勒比雄等人,就提出了一個大地板塊構造學說,認為全球它分為歐亞板塊、美洲板塊、非洲板塊、太平洋板塊、澳洲板塊和南極板塊這六大板塊以及若干小的板塊,這樣一個全球大地構造的板塊模型。這個模型得到了越來越多的科學驗證,特別是海洋地質學的有力的支持,被認為是地質學上的“哥白尼革命”。我們知道哥白尼在1543年發表了《天體運行論》,提出了日心地動說,是天文學上的革命,那么到了1968年,勒比雄等人提出大地構造的板塊模型,被認為是地質學上的天文學革命。

  人類認識了宏觀世界,認識了宇觀世界,還要去追究微觀世界的秘密,也就是說我們人類從古時候就開始,在探討物質是由什么組成的?有沒有共同的基本單元?到了19世紀末,人們都認為組成這種共同單元的就是原子。但是我剛才講了,在19世紀末,其中有一個,三大發現里邊,有一個1897年的湯姆遜發現了什么?發現了電子。所以就說明原子內部還有結構。到了1911年盧瑟福發現了質子,中子是直到1932年,是查特威克發現了中子,所以這樣我們就知道了原子是由質子、中子、電子組成的。在20世紀30年代的時候,人們就把組成原子的質子、中子、電子同愛因斯坦提出的光子統稱為基本粒子。后來發現基本粒子并不基本,一方面正電子、中微子、介子等新的基本粒子相繼發現;另一方面還發現基本粒子有它的內部結構,特別是在20世紀60年代以來,出現了基本粒子結構的夸克模型、層子模型等等,使得40年代末誕生的一個新的獨立的學科,就是基本粒子物理學,又稱為高能物理學,至今方興未艾、成果累累。為什么基本粒子物理學又叫高能物理學?因為你要了解物質內部基本粒子的構造,必須要用高能量的中子的炮彈,去轟擊這個原子核,那么它才能夠打開,有時候才能夠發現它的內部結構。我們中國的華裔的物理學家,獲得諾貝爾獎的,基本上都是在高能物理領域,或者說是粒子物理領域。

  所以,人類對宇觀世界、宏觀世界、微觀世界的不斷地探索,在20世紀所取得的重大的理論成果,就是宇宙的大爆炸模型、全球大地構造的板塊模型以及物質結構的夸克模型,這樣三個科學發現。但是我們人類為什么老是去對自然界發生興趣呢?去觀察宇觀世界、宏觀世界、微觀世界,而不了解一下我們生物體,我們人體自身的奧秘呢?同宇觀世界、微觀世界、宏觀世界的探索所取得的三個模型,同樣重要,或者重要性更大的一個模型,那就是1953年美國的沃森和英國的克里克,所提出的人類遺傳物質脫氧核糖核酸的一個分子結構模型,我們把它叫做DNA雙螺旋模型。這個模型是在1953年發現的,它被認為是20世紀生物學方面最偉大的發現,也是分子生物學誕生的標志。DNA它是遺傳基因的物質載體,就是脫氧核糖核酸的英文簡稱。早在1915年到1928年間,摩爾根就通過果蠅的實驗,證明了座落在細胞核內的染色體上的基因,決定了生物的性狀,從而創立了基因的理論。染色體,就是由蛋白質和DNA組成的。過去生物學界一直認為蛋白質是遺傳信息的載體,一直到1944年,埃弗里等人通過實驗才證明了遺傳的載體不是蛋白質而是DNA,蛋白質只是前臺表演的“演員”,后臺的“指揮”是DNA。那么1953年這個DNA分子結構雙螺旋模型的建立,是打開遺傳之謎的關鍵。60年代很快地就破譯了這種遺傳的密碼。密碼不密,原來地球上所有生物的遺傳密碼都是相同的,都是DNA的四種核苷酸的堿基的序列。這種基因的遺傳信息,就決定了蛋白質20多種氨基酸的組成和排列順序。因此,生命的這種性狀,就是通過受DNA所決定的蛋白質來表現,通過DNA來遺傳下去。所以我們說,在20世紀重大的科學發現,應該說是這四個模型。當然,如果說還有一個科學發現,我們把科學的涵義放廣一點,使得交叉科學,使得自然科學和社會科學的結合,也把它列入科學成就的話,我覺得像20世紀40年代中葉,特別是1948年信息論、控制論、系統論這三論的發現,也可以算是交叉科學當中20世紀重大的科學發現。

  下邊,我就把20世紀的高新技術,最重要的提出五六個來講一講。

  第一,我講一講核能與核技術。因為能源它是經濟和社會發展的物質基礎,能源的每一次突破,都引起了社會生產和生活的巨大變化。20世紀在大力發展比如說火電、水電等傳統能源的同時,太陽能、生物能、海洋能,特別是核能,新能源得到了開發和利用。原子核的裂變和聚變所產生和釋放出來的能量,遠遠超過了傳統的機械能、化學能等等。核能的和平利用,又為人類提供了一個既安全,又清潔,取之不盡,用之不竭的那種能源的寶庫。40年代原子核內部能量的釋放,是一件使人類最激動人心的事。1942年美國建成了世界上第一座原子反應堆,首次實現了人工控制的鏈式的核裂變的反應,它使得1905年愛因斯坦提出的質能相當關系式這樣一個數學公式在三四十年以后變成了現實。1945年第一顆原子彈爆炸成功,1952年第一顆氫彈爆炸成功,1954年第一個原子能發電站建造,人類對原子能的利用就越來越多了。核電站,從20世紀60年代以后,已經逐漸進入實驗階段,現在發展成為一種重要的能源,現在核電站發電,已經超過了全球的發電總量的五分之一,也就是20%以上。核技術還廣泛地應用于農業、醫療、材料、考古和環保等領域。那么第一個技術是核技術。

  第二個技術我要想講一講,大家比較感興趣的航空航天技術。航空航天是人類很早的理想,像中國古代就有嫦娥奔月的神話,夸父追日等等。但是航空和航天都是在20世紀才實現的。1903年美國的萊特兄弟,首次實現了利用內燃機為動力的,由人來操縱駕駛的飛行,這個飛行雖然只有59秒鐘,它卻是我們人類航空時代的開始。那么航天時代呢?所謂空間時代呢,理論上的探索,最早可以推溯到也是20世紀初,在1903到1914年間,俄國的齊奧爾科夫斯基提出了以火箭為動力的航行理論,這樣就奠定了人類飛向宇宙太空的航天學的基礎。1919年,戈達德提出了火箭飛行的數學原理,并且在1926年成功地發射了世界上第一枚液體燃料的火箭。1942年德國的布勞恩主持設計、發射的液體軍用飛箭,成為二戰以后各國火箭發展的藍本。那么真正人類空間時代的開始,是在1957年,蘇聯它用洲際導彈的火箭裝置,發射了世界上第一顆人造地球衛星。后來到了1961年4月12號蘇聯又發射了載人宇宙飛船,把加加林這個人類的第一個宇航員送上了太空。那么美國就感覺到在航空航天方面,特別是在空間競爭方面落后于蘇聯了,所以它在60年代搞了一個阿波羅登月工程,結果在1969年,它把兩個美國人送上了月球。1981年美國又發射了航天飛機成功,從此人類可以自由地進出太空。所以在空間技術的發展上,當時是蘇聯和美國兩個大國在那兒爭奪。我們中國在航天事業上有所為,有所不為。我們發展了人造地球衛星,我們發展了宇宙飛船,所以我們神舟一號、二號載人宇宙飛船的試驗,也正在繼續進行的過程當中。20世紀后半葉,人類開始對月球,對太陽系的各大行星以及對遙遠的星際空間來進行探測。至今為止,已經發射了上百顆空間探測器,去揭示宇宙的形成演化,探索生命的起源以及空間環境對人類生存環境的影響。

  第三個技術,我想講一講激光技術。也是起源于愛因斯坦,1917年他在研究光的輻射的過程中,提出了一種受激輻射的概念。這樣就奠定了激光的理論基礎。1958年激光就被發現,激光它也是一種光,它跟普通光的區別,它的方向性特別強,它的單色性特別強,它的相干性特別好,它的亮度也(有了)提高,所以激光它有比普通光更為廣泛的用途。用在特種加工,用在精密檢測,用在醫療,用在制藥,用在育種,用在通信等等領域,甚至于我們在節假日的時候,我們還用激光的光束來增添我們的節日的歡樂氣氛。

  下邊我再講三個,在跨入21世紀以后,發展前途更為巨大的技術領域,那就是信息技術、生物技術和納米技術。信息技術它在20世紀中葉開始發展極快,對人類的社會、經濟、政治、文化,都產生了全方位的巨大的深遠的影響。20世紀中期以來,爆發的所謂信息革命可以追蹤到20世紀初。1906年,三極電子管的發明,使得電信號能夠放大,從而使遠程的無線電通訊成為可能。到了1947年,第一只晶體管的誕生,為電子電路的集成化和數字化提供了重要的基礎。所以電子管,小小的電子管,它是20世紀最偉大的技術發明之一。晶體管,小小的晶體管,1947年晶體管的發明,取代電子管后,才使得我們的集成電路,才使得我們今天的這種電路的集成化和數字化成為可能。電子計算機是在1945年問世的,電子計算機問世以來,現在已經經歷了多少代多少代。計算機的發展,以及向著這種微型化,向著集成化,向著智能化,向著數字化的方向發展。現在我們的網民在學習,在生活,在娛樂,各個方面都離不開計算機,離不開信息化。我記得,我是學數學的,當時我們的數學教授,在跟我講,說電子計算機對于數學家而言,就像天文望遠鏡對于天文學家,電子顯微鏡對于生物學家一樣的不可或缺。我們說現在天文望遠鏡、電子顯微鏡,全是基本上還是由天文學家和生物學家在使用,惟獨計算機已經不是數學家、數學工作者的專用品了,已經深入到千家萬戶,每一個學校,每一個機關,每一個辦公室,每一個家庭,甚至于每一個人的書包里,每一個人的口袋里。所以信息技術在21世紀還會進一步地發展。有人說,所謂的知識經濟時代,也就是信息時代。這是我要講的第四個技術發展的領域。

  第五個就是生物技術。生物技術的發生和發展,在20世紀比起信息技術要稍微晚那么一二十年。40年代開始信息革命,50年代才有了DNA的雙螺旋結構,70年代才有了一個所謂基因重組技術。基因重組技術是在20世紀下半葉蓬勃興起和發展起來的現代生物技術的最前沿的領域。70年代初阿爾伯和史密斯發現細胞當中有兩種所謂的工具酶,它能夠對DNA進行剪切和粘貼,所以這樣實際上就有了DNA的重組。這種DNA的重組技術,能夠創造性地利用生物資源,實現人類改造生物的遺傳特征,產生人類所需要的生物類型的意愿。所以從20世紀80年代以來,已經獲得了幾百種轉基因的動植物,對農業的發展具有很大的意義。轉基因的藥物的研制和生產,又會為人類的健康,帶來新的呼應。我們說生物工程是在生命科學的基礎上建立和發展起來的,生物工程它包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程、蛋白質工程等等領域。

  最后第六,我要給大家講一個,這又是比信息工程和生物工程,又要再晚這么二三十年出現的,也就是說它的出現不過才十幾年,就是所謂納米工程、納米技術。納米它實際上是個長度單位,它是10-9米,10個氫原子排攏來就是一個納米長,就像我們平常使用米來作為我們身邊的單位,我們身高一米幾,但是我們要考慮宇宙空間的距離,用米就不行了,用千米都不行了,要用天文單位,要用什么光年之類。所以考察微觀世界,特別深入到原子分子領域,我們用納米。如果有一種材料,是在納米的尺度上體現出來的,那么它就具有很多特殊的物理學、化學其他方面的一些性能。比如說中國科學院白春禮副院長,就送了我一條中國科學院化學所試制的納米領帶,這個領帶的表面就經過了納米的物理處理和化學處理,我吃飯的時候有什么油漬、湯、水果汁粘在這個納米領帶上,它就像水珠在荷葉表面上一下,它就抖走了。當然我跟白院長開了個玩笑,你光送我一條領帶,我還不敢灑湯,你再送我襯衫和西服就好了。他說這個成本很貴。現在市面上有很多廣告,說我有什么納米洗衣機、納米冰箱。我問過白院長,他說不太實際,因為現在納米技術還沒有發展到實用階段,因為納米技術在全世界來講,也只有十幾年的歷史。我們現在講納米技術一般都講納米材料,當然這是很重要的。但是最主要的還是納米器件。另外納米技術也要和生物技術,也要和信息技術相結合,這高新技術的各個領域都是有聯系的。比如有納米生物學,有納米電子學。我們國家現在主要發展納米材料,但是呢,一個產品,我們說它是一個納米洗衣機、納米冰箱,它一定要,它的主體的材料,或者主體的技術是納米的,不能說我在洗衣機的內膽涂一層所謂的納米材料,能夠有防霉菌的作用,我就叫納米洗衣機了。你也不要忘了,任何一個科學技術的發展,它都是一柄雙刃劍。比如說納米材料,如果是納米粉劑,它是一種比灰塵還要小得多的東西。我們知道,灰塵就會產生某種環境污染,如果你納米材料,這么小的這種納米塵埃,如果你不注意防治污染的問題,將會對人類帶來危害。所以科學技術的發展,我們每個人都要小心,都要趨利避害,要看到科學技術對人類帶來重大的好處的一方面。但是也要看到科學技術如果應用得不當,比如說工業的過度的發展,工業化就會造成環境的污染、資源的匱乏、人口的激增等等,就不利于我們的人與自然的協調發展,不利于我們可持續的發展,對我們的子孫后代不利。總而言之,科學技術的發生和發展,本來與人類的歷史一樣久遠,但是建立在觀察、實驗與數學的邏輯推理相結合的這種基礎上的近代科學,它的誕生至今也不過400多年。它是從1543年哥白尼提出日心地動說,到1687年牛頓的《自然哲學的數學原理》,提出了運動學的三定律和萬有引力定律為標志才完成的。所以近代科學的產生,到現在也不過三四百年,而我們人類的歷史已經有了三四百萬年的歷史。所以如果說人類到今天已經萬歲了的話,那科學只是一歲,所以科學未來的發展,對人類的影響還會無窮無盡。那么我們今天認識到科學技術是第一生產力,同時還要認識到,科學精神是第一精神力量。我們要弘揚科學精神,普及科學知識,傳播科學思想和科學方法,使得我們未來的社會在科學技術和其他科學精神、人文精神的共同指導下,未來的人類的社會的發展更加健康,更加美好,謝謝大家。

 
分享到:
0
 相關鏈接
  · 2017冬博會9月在京舉行 探尋冬奧冰雪發展之路
  · 新聞鏈接:透過數據看發展
  · 啟蒙時代為何將自然比喻為書
  · “活摘”是自打嘴巴
  · “宇宙主佛” 保護不了“偉哥之父”
  · 科學家或發現自然界存在第五種力 將改變對宇宙理解
  · 科學家發現自然界第五力 改變對宇宙理解
  · 我們看到的陽光來自3萬年前
  · 小天王斯皮思的宇宙怎么構成? 15顆星不能忽略
  · 人物:他們在聆聽宇宙的呼吸
  · 科學家稱宇宙中有100億個星系存在高級生命
  · 漢代已有地圓說 張衡認為地球如同蛋黃
  · 十大起源:從宇宙大爆炸到文明的出現
  · 十大起源
  · 最萌教主:跟“宇宙”較勁
  · 宇宙原初引力波表明宇宙之外或還有宇宙!
  · “世紀懸案”宇宙如何誕生將被破解
  · 患癌是DNA的突變所致 那該如何預防癌癥
  · 笑是“無副作用的藥”
  · 美國科學家發現DNA生物時鐘
  · 大AI步行者一拍即合 替補身份指引新星是DNA屬性
  · 家暴在孩子DNA上“留疤”
  · 公安建立全國打拐DNA信息庫 關于基因檢測你了解多少
  · 科學家揭示環境如何誘發人類疾病
  · DNA破解曹操身世:非夏侯曹參之后
  · 北京人和元謀人是不是中國人的祖先
  · 韓警方證實發現沉船船主遺體
  · 曹操DNA鑒定,有人歡喜有人憂
  · 全程揭秘DNA親子鑒定
  · 大學生DNA鑒定羊肉串:66樣品羊肉只占兩成(圖)
 讀者評論
   視頻  
王渝生做客騰訊網
王渝生解說:大日食“逢九必難”是迷信
漫談百年科技
王渝生:解讀約瑟與《中國科學技術史》
  專家動態  
 ·王渝生參加寧海縣第六次法制講座
 ·王渝生:載人航天52年
 ·生態文明建設:現代科學發展觀的核心
 ·生態文明建設與公民科學素養
 ·“霧都”倫敦今夕變化的啟示
  專家作品  
 ·王渝生:飛機發明110年
 ·漫談百年科技
 ·《教科文行動:改變人類的科學活動》
 ·《中國算學史》
 ·《科學尋蹤》
關于我們 | 編輯信箱
凱風網版權所有 京ICP備10009071號
北京赛车pk10走势图 3.15股票推荐 股票配资平台有哪些是正规的 如何认购新股 941汇配资 恒乐股资 10倍杠杆配资 黄南股票配资 股票融资最高几倍杠杆 2019年上证指数半年线是多少目前大盘年线 股票配资平台代理股票配资平台代理