科學技術與文明

通識選修課（24課時）主講：萬輔彬教授廣西民族大學科學技術與社會發展研究中心第五講

二十世紀的科學技術第一節經典化學向現代化學的轉變一.從煉金術到化學煉金術(al-kimiya)是中世紀的一種化學哲學思想，是后來化學的雛形。其目標是通過煉金術將一些基本金屬轉變為黃金或制造長生不老藥。西方的煉金術可追溯到希臘化時期，代表人物是佐息摩斯，大約生活在公元350至420年，他相信煉金術能魔術般地使金屬出現人所企望的變化。類似于中國所說的“能令人不老不死”的“神藥”—“金丹”。煉丹術是化學的起源二.十七世紀化學附屬于煉金術、礦物學、冶金學、藥物學或醫學，許多科學家關注燃燒的性質和化合物的聚合力。當時認為燃燒是因為有燃素－－燃素說。三.十八世紀，實用化學的發展豐富了人們關于元素和化合物的知識，定量方法成為化學研究的主要方法。十八世紀未，法國引發了一場由拉瓦錫領導的化學革命，這場革命以揭示燃燒過程本質為起點而建立的全新的氧化學說，并且使化學成為由經驗技術性的學科轉變為可以用數學進行精確計算的科學。四.經典化學理論的完善（一）道爾頓的原子論（二）門捷列夫周期律（三）化學反應過程與化學物質結構的初步認識

道爾頓門捷列夫元素周期律五.物理學中的新理論、新概念逐步滲透到化學中，打破了經典化學認識極限，形成了現代化學的新理論。人們認識到，元素的化學性質是由核外的電子排布，特別是由最外層電子的排布決定的。價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論的建立，共同組成了完整的分子結構理論。量子力學的建立催生結構化學。六.化學分析方法的變革十九世紀，化學分析的方法主要是酸堿滴定、沉淀滴定以及氧化還原滴定等方法。其缺點是操作復雜，精確度低。二十世紀以來，利用光、電和電子技術產生了若干新的分析方法：極譜分析、光譜分析、色譜儀（層析法）、質譜分析、核磁共振等。電腦的誕生和人工智能的發展使儀器分析的范圍越來越廣，精度越來越高。七.有機化學的新進展近代的（20世紀以前）有機合成主要是合成自然界存的物質。現代的有機合成則是合成自然界原本不存在的物質。有機化學衍生出合成染料工業、農藥制造、藥物化學等。用隔水透氣的高分子薄膜做的鳥籠八.高分子化學與合成化學的興起高分子分類：天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子。合成塑料—合成橡膠—合成纖維—合成物帶來的污染，如白色污染等。一.進化論

代表人物：達爾文第二節孟德爾遺傳定律再發現和現代生物學

二.孟德爾遺傳定律（豌豆實驗）有機化學

19世紀60年代，奧地利布隆鎮修道院院長孟德爾做了一系列豌豆雜交實驗，發現了遺傳定律，發表在布隆的地方志上，他的成果埋沒了30多年。20世紀初，荷蘭的德弗里斯、德國的柯林斯和奧地利的切馬克也分別從事植物雜交研究，正當他們工作就要結束時，三位科學家不約而同地發現了孟德爾早已得出了他們將要發表的研究結果。于是，1901年，孟德爾的論文重新以德文發表，這就是科學史家稱道的孟德爾遺傳定律的再發現。英國的貝特森將孟德爾的論文翻譯成英文，并向生物學界廣泛傳播孟德爾的學說，1906年，貝特森第一次提出了“遺傳學”一詞。三.1909年丹麥的約翰遜提議用“基因”一詞代替遺傳因子四.1910年美國摩爾根第一次將一個基因和一個具體的染色體的行為聯系起來，證明了基因是染色體上的遺傳單位。摩爾根和他的學生發表了

《遺傳的物質基礎》和

《基因論》。摩爾根成為

20世紀遺傳學的代表。1933年他獲得了諾貝爾生物學獎。五.20世紀40年代以后，物理學和化學向生物學滲透，產生分子遺傳學，引起生物學革命，發展了遺傳工程這一生物技術。六.1944年美國的艾弗里揭示了遺傳基因就在DNA上，不同國家的科學家共同努力，探明了DNA的結構。其中，沃森和克里克貢獻最大。他們在富蘭克林等人的幫助下建立起DNA雙螺旋分子模型。他們也獲得了1962年諾貝爾物理學獎，七.20世紀60年代以后，分子生物學對細胞學的發展產生了深刻的影響，人們進一步認識生命活動的本質并將研究成果運用在醫學上。癌細胞基因測序第三節進入電子信息時代電子信息技術是計算機技術、通信技術與微電子技術的綜合，它是一門隨著微電子、計算機以及其它相關技術的發展而發展起來的，它的應用深刻了影響了人們的生產方式、生活方式和思維方式，從根本上改變了人類社會的面貌。一.微電子技術

1、晶體管的出現（1947年貝爾實驗室研制出第一個半導體三極管）

2、集成電路技術的問世（1958年美國仙童公司發明）3、大規模集成電路（關鍵技術有：微細圖形加工技術、精密控制摻雜技術、薄膜生產技術）

1992年，納米技術使微電子技術有了飛躍的發展二.通信技術1、貝爾電話2、馬可尼電報3、傳真技術4、數字通信5、可視電話通信技術的發展離不開衛星通信和信息高速公路三、廣播電視1、有線廣播2、1906年的圣誕之夜開始了首次無線電廣播3、20世紀30年代開始了黑白電視廣播4、20世紀50年代開始彩色電視廣播5、20世紀70年代高清晰度電視四.雷達以及相關軍事通訊系統五.計算機的誕生與應用計算機是代替和延長人腦功能的技術，它在一定程度上物化并放大了人腦的智力最初的計算工具歐洲直到17世紀才出現計算尺和機械式計算機人類最初用手指計算，因為人有兩只手，十個手指頭。用手指頭計算固然方便，但不能存儲計算結果。于是人們用結繩記事來延長記憶能力。到了春秋時到就出現了算籌。算籌是我國古代最早用來計數和計算的工具，一般是由十幾厘米長的竹簽制成，用它擺成不同的形式來表示不同的數。到了唐朝已經有了至今仍在使用的計算工具——算盤。珠算是我國人民獨特的創造。第一代計算機第一代計算機（1946-1958）是采用電子管作為邏輯元件，用陰極射線管或汞延遲線作主存儲器，外存主要使用紙帶、卡片等，程序設計主要使用機器指令或符號指令，應用領域主要是科學計算。當時的運算速度為5千——3萬次每秒。1946年2月世界上第一臺電子計算機ENIAC在美國的賓夕法尼亞大學誕生。它采用電子管作為計算機的基本元件，由18000多個電子管，1500多個繼電器，10000多只電容器和7000多只電阻構成，占地170m2，重量30噸，每小時耗電30萬千瓦,是一個龐然大物，每秒能進行5000次加法運算。

ENIAC機房第二代計算機第二代計算機（1959-1964）用晶體管代替了電子管，主存儲器均采用磁芯存儲器，磁鼓和磁盤開始用作主要的外存儲器，程序設計使用了更接近于人類自然語言的高級程序設計語言，計算機的應用領域也從科學計算擴展到了事務處理、工程設計等多個方面。

1954年美國貝爾實驗室建成世界上第一臺晶體管計算機TRADIC。開始了第二代計算機的發展。第二代晶體管計算機第三代計算機第三代計算機（1965-1970）采用中小規模的集成電路塊代替了晶體管等分立元件，半導體存儲器逐步取代了磁芯存儲器的主存儲器地位，磁盤成了不可缺少的輔助存儲器，計算機也進入了產品標準化、模塊化、系列化的發展時期，計算機的管理、使用方式也由手工操作完全改變為自動管理，使計算機的使用效率顯著提高。IBMS/360

1964年研制出計算機歷史上最成功的機型之一IBMS/360。S/360極強的通用性適用于各方面的用戶，它具有“360度”全方位的特點，并因此得名。IBM為此投入了50億美元的研發費用，遠遠超過制造原子彈的的20億美元。IBM360成為第三代電腦的標志性產品第四代計算機第四代計算機（1971-至今）使用大規模和超大規模集成電路，主存儲器均采用半導體存儲器，主要的外存儲器是磁帶、磁盤、光盤，微處理器和微型計算機誕生。多媒體技術和網絡技術的廣泛應用，讓計算機深入到社會的各個領域。

1976年蘋果計算機：集成電路的發展，計算機開始了小型化的歷程。最新的筆記本電腦1982年IBM個人計算機六.多媒體技術與網絡技術

20世紀80年代以后隨著計算機軟硬件技術的高速發展，人類社會進入了多媒體與網絡化時代。1、多媒體技術

1984年蘋果公司首先使用了多媒體技術，將電視的視聽信息傳播功能與計算機交互控制功能結合起來，創造出文字、圖形、聲音、圖像基于一體的信息處理技術。廣泛的用于教學、商業、信息、管理、服務、娛樂等社會各個領域，實現了全方位多媒體的交流。2網絡技術

1969年出現第一個計算機網絡后，實現更大范圍的資源共享一直是人們追求的目標。

1993年1月，美國提出信息高速公路計劃以及Internet的建立，計算機與網絡進入一個高速發展時期，計算機網絡的主要功能包括資源共享、信息傳輸與集中處理、任務分布處理以及綜合信息服務等，Internet網幾乎覆蓋全球，上網已經成為人們日常生活中不可缺少的一部分。多媒體與網絡化是推動計算機發展的兩大動力，可以說信息社會已經到來。第四節航空航天技術人類活動的四個領域地球上的陸地海洋大氣層空間宇宙空間人類夢想飛天的歷史——得用萬年來計算我國古代“飛龍”火箭飛行器誕生——1000年“萬戶飛天”——600多年月球上的一座環形山命名為“萬戶山”萊特兄弟的動力飛機——航空事業不足100年現代火箭V-2——航天事業只有50多年第一顆人造衛星——40多年

航天技術（空間技術）是一門研究人類如何飛出地球大氣層，進入宇宙空間，進行探索、開發和利用太空及地球以外天體的綜合性技術。太空：100~120公里以上的空間——宇宙空間——“天”——人類活動的第四領域。

牛頓的“思想實驗”

——大炮實驗萬有引力定律三個宇宙速度第一宇宙速度：V1=7.9km/s第二宇宙速度：V2=11.2km/s第三宇宙速度：V3=16.7km/s一、航空與火箭技術

人類用氣球、飛艇和飛機實現了飛翔的夢想，但是這種飛行只能在大氣層中，借助空氣獲得上升的動力。要實現宇宙空間的探索，需要一種全新的動力。1.從理論上探索火箭飛行技術的第一位科學家是前蘇聯的齊奧科夫斯基（KonstantinE.Tsiolkovsky1857-1935）2.他的名言：“地球是人類的搖籃，但沒有人能永遠留在搖籃里。”3.著有科幻小說《在地球之外》(1929)齊奧科夫斯基下左：齊奧科夫斯基于1883年繪制的太空艙草圖

下右：齊奧科夫斯基于1903發表論文中的火箭設計圖第二次世界大戰期間，德國秘密研制了V-1和V-2導彈，V-1實際上是一種帶炸彈的無人駕駛飛機。V-1

V-2則是由德國著名火箭專家馮·布勞恩（1912-1977）主持的皮尼門德小組設計的。V-2美蘇瓜分V-2技術1.從1944年9月到次年3月，德國向英國發射了1120枚V-2導彈，向歐洲其他國家發射了2500枚。2.德國戰敗后馮·布勞恩和皮尼門德小組的100多名火箭專家向美軍投降，前蘇聯紅軍也繳獲了一些技術人員和大量的V-2火箭。當時在NASA的錢學森主持了對馮·布勞恩的審問。

1.冷戰期間美蘇

兩國竟相發

展導彈系統。

1957年8月27

日前蘇聯第一

枚洲際導彈

SS-6發射成功。

冷戰運載火箭1.以SS-6為基礎，前蘇聯改進成為運載火箭，發射了一系列航天器：如第一顆人造衛星、東方號宇宙飛船和聯盟號宇宙飛船等。2.美國在60年代發展了組合運載火箭，利用已有的中程和洲際導彈作為運載火箭的組成部分。二、空間技術的發展

但是前蘇聯當時在大型運載火箭方面占有優勢，因此搶先在1957年10月4日發射了第一顆人造衛星，這顆衛星的名字就叫衛星一號。每96分鐘繞地球一圈。1.與前蘇聯的成功相比，美國于1957年12月和1958年1月接連兩次發射僅重9千克的衛星失敗。2.后來在美國國會干預下，授權陸軍使用運載火箭“木星-C”號，終于在1958年1月31日把人造衛星“探險者”1號發射成功。美國“探險者”1號宇宙飛船和空間站在載人空間飛行方面，也是前蘇聯起步較早，1961年4月12日加加林乘坐東方一號升空，繞地球飛行一周，歷時108分鐘，然后返回。“阿波羅”登月計劃面對前蘇聯的領先，美國人不甘落后，1961年5月25日肯尼迪在國會提出“在10年內把一個人送上月球，并安全返回”的任務，由此啟動了“阿波羅”登月計劃。科學史上第一大工程1.以后又有5艘“阿波羅”飛船登上月球。2.阿波羅17之后，美國的登月計劃截止。3.該計劃共耗資240億美元，歷時10年，先后有120所大學、2萬家企業的400萬人參加，堪稱現代科學史上第一大工程。航天飛機1.美國人吸取阿波羅計劃發射代價高昂的教訓，1968年底NASA正式接受了研究一種可重復使用的航天器的設想。2.最后制造出了企業號、哥倫比亞號、挑戰者號、發現號和亞特蘭蒂斯號五架航天飛機。其中企業號只用于滑翔試飛。國際空間站1.國際空間站由美國、俄羅斯、日本、歐洲航天局、加拿大等共同建造，計劃耗資將超過630億美元。2.根據協議，國際空間站80%的建設資金由美國負擔，工作語言為英語，并由美國航空航天局牽頭，負責從總體上領導和協調計劃的實施以及在空間站運行期間發生緊急情況時進行具體指揮。三、我國的航天事業

1960年2月19日，中國自行設計制造的試驗型液體燃料探空火箭首次發射成功。九月，探空火箭發射成功。1966年10月27日，導彈核武器發射試驗成功。彈頭精確命中目標，實現核爆炸。1967年，“和平二號”固體燃料氣象火箭試射成功。1970年四月24日，“東方紅一號”人造衛星發射成功。這是中國發射的第一顆人造衛星。1982年10月12日，潛艇水下發射運載火箭獲得成功，回收艙準確地濺落在預定海域。中共中央軍委發電致賀。1986年2月1日，中國發射一顆實用通信廣播衛星。20日，衛星定點成功。這標志著中國已全面掌握運載火箭技術，衛星通信由試驗階段進入實用階段。圖為這是矗立在發射架上的長征二號捆綁式新型運載火箭在發射前的雄姿。

1.“神舟”一號1999年11月20日發射2.“神舟”五號2003年10月15日楊利偉3.“神舟”七號2008年9月25日發射成功

2.航天技術的社會應用全世界發射了4000多個航天器

90%是應用衛星應用衛星主要有：試驗考察、通信、氣象、導航、軍事偵察、地球資源、海洋監視等衛星.

應用衛星的工作壽命——1~2年一、核能開發的歷史進程1.1919年，英國盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，使其嬗變成氧原子。2.1932年，查得威克發現中子3.1934年，意大利物理學家費米用中子轟擊原子核，并發現通過石蠟減速之后的慢中子，裂核能力更強。費米因此獲38年諾貝爾物理獎。4.費米提出鏈式反應概念。第五節核能技術

1.1933年，愛因斯坦移居美國2.1938年，費米逃往美國3.1939年，愛因斯坦說服美國政府搶在德國之前研制原子彈。4.1940年，美國政府正式啟動“曼哈頓工程”，動員50萬人，耗費22億美元，占用全國三分之一的電力5.1941年12月－1942年12月，費米在芝加哥研制原子反應堆6.奧本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子彈研制。7.7月16日凌晨5時30分，第一顆鈾原子彈試爆成功。比一千個太陽都亮。8.1945年8月6日，鈾彈小男孩投到廣島；8月9日，钚彈胖子投在長崎核軍備競賽1.45年8月，斯大林下令抓緊研制原子彈1949年8月，蘇聯成功地進行了核實驗2.1952年11月1日，美國試爆第一顆氫彈3.1953年8月，蘇聯研制氫彈成功4.1952年10月3日，英國研制成功原子彈5.1960年2月13日，法國研制成功钚彈6.1964年10月16日，中國試爆