现代科学技术革命的诞生和发展

现代科学技术革命的诞生和发展内容摘要：

德国很快形成一的国内市场和独立的经济体系。 十九世 纪 70 年代后，德国采用新技术、新设备，建成了现代化工业体系，大提高了劳动生产率。 德国的资本主义经济获得突飞猛进发展。 煤炭工业、冶金工业、机器制造业占据支配地位。 十九世纪 80 年代末，西门子 ( Siemens)创立了德国电气工业的基础，这是第二次产业革命在德国的胜利。 十九世纪末，德国工业接近英国，二十世纪初超过英国，居界第位。 德在政治上的统一和经济上的繁荣为科学和技术的迅速发展奠定了坚实基础。 政府把较多资金投入教育事业和科学事业，促使德国高等教育大发展，并使科学事业在较短时期内登上了一个 新的台阶。 德国科学事业的发展有其自身的特点。 1700 年成立的德国科学院是科学研究的主要力量。 十九世纪德国科学事业大发展的重事件之一，就是在高等教学领域实行了改革在世界上率先制定了大学教师除外还必须进行科研的一整套制度，使得德国从事学研究的人数翻了几番。 科学研究进入了大，成为家行活动的第二个特定的社会圈子。 其结果是科学人才辈出，研究成累。 如著名的德国化家李比希()、物理学家欧姆、数学家高斯（ )等人都是当时世界科学界的著名人物。 一些新兴学 科如有机化学、实验生理学等也在德国率先发展起来了。 十九世纪德国科学事业大发展的第二个重大事件是科学研究进入工业企。 “实验室”纷建立，科研人员在其中为企业开发新产品、工艺而进行研究活动。 实验室成为科学家进行研究活动的第三个特定社会圈子。 工业研究实验室为德国技术进步作出了巨大的贡献。 十九世纪下半叶，德国化工技术革命就是在业研究实验室里完成的它使得德国煤化工技术处于世界领先地位。 科学研究与工业技术开发密切结合，促使德国十分重视实验技术装备的研制。 雄厚的电气、化工、光学工业 基础，相当发达的高真空技术、电器技术和照相术等，为制造精良的实验装备提供了必需条件。 杰出的科学发现与先进实验装备显然是分不开的。 在维尔茨堡大学实验室配备有高质量的阳极射线管、压放电和照相器材等，这一切正是伦琴得以发现 X 射线的必要的物质条件。 德国由于城市照明所提出的问题，如白炽灯丝的亮度、能量的分布，光度测定等尤其是照明经济性问题都与热辐射有关，于是德国国立物理技术研究所将热辐射问题作为紧迫课来。 钢铁工业的发展，也极需高温测量方法面的研究成果，国立物理技术所因此而培养了一批杰出实验家和 理论家，以及一整套设备装置。 所有这一切，都为普朗克研究黑体辐射问题提供了有利条件。 普朗克的能量子假说正是来源于黑体热辐射的研究。 德国科学家有着优良的治学传统，形成了开拓创新科风格。 德国家善于吸取他国科学家之长。 德国翻译外著作最多、也为完备。 他们对世界科研成果的摘要与分析工作也是最为出色的。 德国科学家术交流十分活跃，期刊和会议是常用的交流方式。 1815 年德国科学报刊发行量在世界 90 种杂志中占了 53 种，是世界最多的。 德国科学家善于进行理论思维。 康德精神深入人心。 在研究一些基本科 学问题时，人们会主动求助哲学，寻找正确的主导思想和行之有效方法。 爱因斯坦堪称这面的代表。 他不仅关心古希腊的哲学思想，还深入研究了笛卡尔、牛顿康德马赫彭加勒等人的哲学著作。 在他看来，“认识论要是不同科学接触就会成为一个空架子科学要是没有认识论 —— 只要这是可以设想的 —— 就是原始的混乱的东西。 ”爱因斯坦创立的相对论，既是科学理论，又是哲：关于时空的问题从来就家们思考重大问题；爱因斯坦本人既是一位理论物理学家，又是哲学家。 以上种种因素的综合作用，构成现代物理学革命发端于德国的重要 条件。 德国正是在诸多因素综合作用的科学沃土上培育了象伦琴、普朗克爱因斯坦这些推动二十世纪 33 科学革命的精英人物。 第二节 现代科学技术革命的诞生 一、二十世纪自然科学革命 世纪之交物理学革命的延续和完成 量子力学的建立是二十世纪初物理学取得的最伟大成就之一。 普朗克提出能量子假说，曾一度受到冷落，只有爱因斯坦独具慧眼，于 1905 年把普朗克的能量子概念推广到光量子，提出了光量子假说。 爱因斯坦假设电 磁场的能量不仅在“交换”时呈量子化，是一份一份进行的，而且在传播时也是一份一份的，每一份能量为 h，称为光量子。 爱因斯坦的光量子假说与“光电效应”的实验结果完全一致。 1913 年，丹麦物理学家波尔()在原子有核模型的基础上，建立起量子化轨道的原子结构理论，提出了所谓“玻尔原子模型”。 1923 年，奥地利物理学家德布罗意 ( Broglie)受爱恩斯坦光量子论的启发，提出了物质波理论，认为任何物质粒子都具有波动性。 1926年，薛定谔 ()把德布罗意物质波思想发展为系统的波 动理论。 德国的另一物理学家海森堡()则创建了矩阵力学，从另一侧面开拓了原子结构的新局面。 矩阵力学和波动力学后经证明是统一的，只是表现形式不同而已后人把它们通称为量子力学。 力学揭示了微观物质世界的基本规律，使人们认识到波粒二象性是微观最特征。 量子力学的创立，推动了原子物理学的发展同时对质结构论以及化、生学的发展也产生了深刻的影响。 人们对微观物质结构的认识，在经历了原子结构和核之后进入对基本粒的认识阶段，基本粒子物理学应运而生。 基本粒 是研究物质基本组元和它们之间相互作用规律的学科。 在 X 射线、放射性和电子发现之后，人们对物质结构探索的最大事件是 1932 年英国查德威克 ()发现中子，认识到原子核是由质子与中子组成，并把光子以及组成原子的电、质和中看是组物最小单元，称为“基本粒子”。 随着人们对基本粒子认识的深入，人们发现也越来多迄今已发现的粒子数已达 300 多种。 实际上，基本粒子并不“基本”。 物理学家先后提出了多种关于基本粒子内部结构的模型。 六十年代美国物理学家盖尔曼提出了强子结夸克型，标志着 粒子物理学发展到一个新阶段。 最近，粒子物理学家把基本粒子分成物质粒子（夸克和轻子）、规范粒子（光、中间玻色胶和超重）黑格斯子三大类，其它所有粒子都是他们的组成粒子。 广义相对论的建立，为人类探索宇宙奥秘提供了有力的理论工具。 1917 年，爱因斯坦依据广义相对论提出了有限无界的静态宇宙模型，开创了现代宇宙学理论的先河。 1929年，哈勃（ )研究了河外星系光谱红移现象，总结出星系离银河系愈远谱线红移量愈大的规律。 如果用多普勒效应来解释河外星系谱线红移，可得到之间正在 相互远离的结论，或者说宇宙正在膨胀。 1948 年，美国物理学家伽莫夫 ()等人在已有认识基础上，提出了热大爆炸宇宙模型。 该由于得到河外星系谱线红移、氦元素丰度、 3K 微波辐射背景等观测事实的支持，被认为是标准宇宙模型。 但是，这种模型无法解释宇宙为什么那么均匀（视界问题）、那么平直性等，更不能解释零时刻宇宙起源问题。 这些问题的解决似乎与宇宙最初 秒中的行为有关。 为了解决这些问题，二十世纪 80 年代起，物理学家在热大爆炸宇宙模型基础上，又创立了暴胀宇宙论和量子宇宙论。 现代人类对天 体和宇宙的探索正在不断深入，以往关于宇宙的讨论基本上是自然哲学的，仅是不同哲学观念之间的思辩、猜测和争论而现代宇宙已成为真正的自然科学的研究。 自然科学其它分支学科的革命性进展 34 世纪之交的物理学革命不仅引起了物理观念的彻底变革，导致二十世纪物理学的大发展，而且还引起了二十世纪整个科学思想的变革。 物理和方法被广泛应用于自然科学的各个领域，引起化学、生物天文地球科等领域的革命性变。 粒子物理学、现代宇宙学、量子化分生物系统科等新的兴起，从微观粒子、宏观 天体、宇宙以及生命世界的各个方面，深刻揭示了自然界的本质和规律。 现代自然科学正在形成一个多层次、综合性的科学体系。 量子化学的诞生是现代化学史上的革命性事件。 1927 年，海得勒 (.)等人首先成功地以量子力学方法研究氢分子，奠定了量化学的基础。 海特勒指出“电云”的几率集中分布是联系两个氢原子的化学健的本质，从而树立起新的量子化学价健理论。 1932 年，洪德 ()提出了比价健理论更能反映客观事实的分子轨道理论。 60 年代，分子轨道对称守恒原理进一步发展起来了，使化学健论 入研究化学反应的新阶段。 量子化学理论体系加上计算方法的更新和电脑广泛应用，使得现代化学从经验性半经验性阶段摆脱出来，沿着定性分析和定量分析的系统综合途径过渡到定量化、微观化、推理化阶段。 现代物理学、化学向生物学渗透，各种强有力的研究手段运用使取得革命性的突破，其主要标志是分子生物学的诞生。 1953 年，华生 ()和克里克提出DNA 双螺旋结构模型，被认为是这门科学诞生的标志。 在这以后，人们又进一步搞清了核酸、蛋白质等生物大分子的结构，并揭示了遗传密码和核酸信息控制蛋白质 特异结构的合成机制，由此建立了生物遗传信息概念，为分子学的发展开辟广阔前景。 分子生物学揭示了整个生物界在遗传质和信息上呈现出惊人的统一性，分子水平上深化了人们对生命活动机制和生本质的认识。 以后，在分子物学基础上产了遗传工程，为进一步改变生物遗传性状与创造新物种开辟了光辉的前景。 系统科学是二次世界大战前后兴起和形成的一组理论科学： 1945 年诞生了一般系统论， 1948 年出现了控制论和信息论。 系统科学使人类对有组织的多因素动态复杂系统的认识发生。