【正文】 速度加快，從科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明到實(shí)際應(yīng)用的周期愈來愈短；新技術(shù)、新產(chǎn)品、新材料更新的速度愈來愈快、技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)性愈演愈激烈。 在自然人化的進(jìn)程中全球生態(tài)危機(jī)，生態(tài)惡化的趨勢(shì)難于逆轉(zhuǎn)，引起關(guān)注。這個(gè)問題要靠人類理智地協(xié)同解決，否則會(huì)給人類帶來災(zāi)難性的后果。 學(xué)習(xí)方法 理論聯(lián)系實(shí)際，增加信息量，擴(kuò)大知識(shí)面介紹科技發(fā)展前沿。人類創(chuàng)造自己的文明史只有五六千年，但是真正把科學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)上，并引起社會(huì)生產(chǎn)、生活的巨大變革還不到 300 年。 早期科學(xué)技術(shù)萌芽 （ 1）主要的技術(shù)成就 人類歷史大約可追溯至 200~300 萬年之前。 火論 —— 赫拉克特（前 500~480）認(rèn)為火是生成萬物的元素。歐幾羅得 (公元前 450~374)全面系統(tǒng)總結(jié)了古希臘幾何學(xué)的成果寫成了《幾何原本》不朽著作，是建立邏輯推理的最早典范。 希波克拉底（前 460~前 377）創(chuàng)立醫(yī)學(xué)形成學(xué)派，堅(jiān)持把疾病看作是一種 要服從自然法則過程強(qiáng)，調(diào)用細(xì)致的觀察來研究疾病，因而對(duì)許多疾病進(jìn)行了描述，并提出了適當(dāng)?shù)闹委煼椒ǎ乾F(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)的開端。 秦漢時(shí)期已建立醫(yī)學(xué)，以華佗為代表的醫(yī)學(xué)，在宋、元時(shí)期已形成生理病理學(xué)，臨床診斷學(xué)，藥物學(xué)，針灸學(xué)，推拿技術(shù)等?！? 近代科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)生 近代自然科學(xué)的產(chǎn)生 （ 1）近代自然科學(xué)是文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物 文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)是 14 世紀(jì)至 17 世紀(jì)初，首先從意大利開始席卷歐洲，提倡思想解放，追求真理的科學(xué)精神，從根本上動(dòng)搖了宗教神學(xué)強(qiáng)加于科學(xué)的沉重枷鎖，為近代唯物主義哲學(xué)和實(shí)驗(yàn)科學(xué)的產(chǎn) 生奠定了基礎(chǔ)。在此前 1300 多年里，人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)始終被禁錮在神學(xué)劃定的“地球中心說”。 伽利略（ 1564~1642）意大利著名的物 理學(xué)家、天文學(xué)家， 1610 年他用自制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)木星有 4 顆衛(wèi)星、金星盈虧、太陽黑子等現(xiàn)象。 太陽系內(nèi)所有行星公轉(zhuǎn)周期 T 的平方與行星 軌道半長(zhǎng)徑 a 的立方之比為一常數(shù)。 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的創(chuàng)始人是英國醫(yī)師哈維（ 1578～ 1657）。運(yùn)用演繹法推導(dǎo)出萬有引力定律以及固體力學(xué)，流體靜力學(xué)，流體動(dòng)力學(xué)的各種定律。 （一）天體演化和地球演化 （ 1）康德 — 拉普拉斯太陽系星云形成說的客觀性（ 1755～ 1796）。 細(xì)胞學(xué)說的建立，表明動(dòng)植物之間沒有絕對(duì)的區(qū)別，因?yàn)檫@兩類有機(jī)體都是由細(xì)胞分裂，增殖和發(fā)展后形成的，揭示出有有機(jī)體起源的共同性，從而從細(xì)胞層次上論證了整個(gè)生命世界的內(nèi)在聯(lián)系和有機(jī)統(tǒng)一。 b 環(huán)境的變異可引起生物物種的變異，變異是生物所具有的普遍現(xiàn)象。 （三）物理學(xué)的長(zhǎng)足發(fā)展 （ 1）能量守恒和轉(zhuǎn)換定律 19 世紀(jì) 30~40 年代間在五個(gè)國家由六、七種不同職業(yè)的十幾位科學(xué)家，分別從不同側(cè)面獨(dú)立地提出了能量守恒和轉(zhuǎn)換定律。 （ 2）經(jīng)典電磁學(xué) 1831 年英國科學(xué)家法拉弟（ 1791~1867）發(fā)現(xiàn)了電磁 感應(yīng)，為發(fā)電機(jī)的發(fā)明提供了理論基礎(chǔ)。 C 元素周期律和元素周期表的創(chuàng)立 俄國化學(xué)家門捷列夫（ 1834~1907）在 1869 年發(fā)現(xiàn)周期律揭示了元素性質(zhì)與原子量之間周期性關(guān)系，表明自然界存在著一個(gè)嚴(yán)整的元素自然序列體系。 現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展 19 世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn) （ 1） X 射線的發(fā)現(xiàn) 德國物理學(xué)家倫琴（ 1945— 1923）于 1895 年在研究陰極射線的實(shí)驗(yàn)中，意外地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)穿透力很強(qiáng)的射線 — X 射線，孕育著新技術(shù)的誕生和廣泛應(yīng)用。 （ 3）電子的發(fā)現(xiàn) 英國物理學(xué)家湯姆生（ 1856— 1940）于 1897 年在研究陰極射線時(shí)證實(shí)陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電荷的一束粒子流、并測(cè)出了陰極射線粒子的質(zhì)量約為氫原子質(zhì)量的1/1837。 104 Km/S）。 104179。 10 12Km）。 為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象，原因是速度極限 — 光速。 廣義相對(duì)論研究的物體是加速運(yùn)動(dòng)的觀察者。當(dāng)一束光線進(jìn)入墻上的一 個(gè)小孔，電梯里的人觀察到光線沿直線行進(jìn)；但是對(duì)于電梯外面的觀察者來說，光卻是沿曲線進(jìn)行。 同樣，時(shí)空在一個(gè)像恒 星這樣大質(zhì)量的物體周 圍因受恒星大引力作用， 物體周圍會(huì)扭曲。 玻爾（ 1885～ 1962）的原子結(jié)構(gòu)的量子化理論 1913年丹麥物理學(xué)家把盧瑟福的原子核模型與普朗光的能量子學(xué)說結(jié)合起來，提出原子中的電子只能沿著一些特定的軌道上繞原子核運(yùn)動(dòng)，電子在這些軌道上運(yùn)行時(shí)不吸收也不輻射能量，處于穩(wěn)定狀態(tài)，若電子吸收外界能量則成激發(fā)態(tài)發(fā)生躍遷；若電子受某種擾動(dòng)也可產(chǎn)生輻射現(xiàn)象，為量子論建立奠定基礎(chǔ)。 量子力學(xué)另一條道路是德國物理學(xué)家海森堡（ 1901～ 1976）等人創(chuàng)立矩陣力學(xué)的探索之路，他首先提出測(cè)不準(zhǔn)原理，即電子運(yùn)動(dòng)的軌跡和某時(shí)刻的位置不是固定不變的，兩者不能準(zhǔn)確的同時(shí)測(cè)量到。 勻速 加速 水星 17 量子力學(xué)反映了微觀世界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特殊性，使人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的飛躍。 分子生物學(xué)的建立，實(shí)現(xiàn)了人類對(duì)遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)史上的一次劃時(shí)代的突破，開辟的生物技術(shù)，細(xì)胞工程，基因工程、酶工程和發(fā)酵工程，使人類對(duì)生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)向縱深方向發(fā)展；天文學(xué)領(lǐng)域，天體演化學(xué)說和宇宙學(xué)的誕生，使人類的視野推進(jìn)到 200億光年的大尺度的空間范圍??。 在第二個(gè) 10 年（ 1955~1965）以人造衛(wèi)星的發(fā)射成功為標(biāo)志，人類開始向外層空間進(jìn)軍。 進(jìn)入 21 世紀(jì)以計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)志，人類進(jìn)入了一個(gè)可在虛擬空間里實(shí)現(xiàn)信息交換與信息共享的信息時(shí)代。 第二個(gè)主要趨勢(shì) 現(xiàn)代科學(xué)在高度分化的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了高度的綜合，綜合表現(xiàn)為多層次，多維度的科學(xué)交叉與滲透，更表現(xiàn)為橫斷學(xué)科和綜合性的學(xué)科群不斷出現(xiàn)，各門學(xué)科之間的界限日益模糊，而普遍聯(lián)系日益強(qiáng)化。 第四，以軟科學(xué)為理論基礎(chǔ)的多種社會(huì)技術(shù)成為現(xiàn)代技術(shù)體系的新門類。 在 19 世紀(jì)中葉以前，科學(xué)與技術(shù)是分離的，它們各自獨(dú)立發(fā)揮社會(huì)作用，其發(fā)展往往是脫節(jié)的。關(guān)鍵性的技術(shù)突破常常與科學(xué)理論沒有直接聯(lián)系，但科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系已密不可分，現(xiàn)代的技術(shù)發(fā)明越來越依靠科學(xué)的趨勢(shì)又不容忽視。高技術(shù)就是包含密集科學(xué)知識(shí)的技術(shù)，現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步就是依賴最新的復(fù)雜裝備的支持才得長(zhǎng)足的發(fā)展。 現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)形成了科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)一體系，導(dǎo)致了新的跨學(xué)科研究領(lǐng)域的出現(xiàn)，促成了具有確定的特有概念和方法論的新科學(xué)和新領(lǐng)域的誕生，開辟了一個(gè)全新的研究系列。 Ⅱ 研究對(duì)象的多科學(xué)性 現(xiàn)代科學(xué)研究的方法從比較單一的方法轉(zhuǎn)向多種科學(xué)的 研究方法。特別是在高科技領(lǐng)域，各門科學(xué)的研究需要緊密配合。 （ 4）科學(xué)技術(shù)綜合化趨勢(shì)中的現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展特征 Ⅰ技術(shù)一體化 現(xiàn)代技術(shù)最基礎(chǔ)的機(jī)械制造和電力電器，從單一的機(jī)和電轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)電一體化，光（包括激光）電一體化，光機(jī)一體化、聲光電一體化等。 Ⅲ 高新技術(shù)賦予現(xiàn)代技術(shù)的新內(nèi)涵，高新技術(shù)的特點(diǎn)是高精密性、高可靠性、高靈活性、少工序性、少排放或少廢性，既保證最佳技術(shù)性能，又保證最優(yōu)工藝質(zhì)量，從宏觀的機(jī)械加工向微觀的改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新工藝方向發(fā)展。 表 3— 1 從分子到夸克、輕子的結(jié)構(gòu)層次 層次序列 分子 原子 原子核 質(zhì)子、中子 夸克、輕子 大小數(shù)量級(jí)（ CM） 106～ 07 108 1013 1015 1017 長(zhǎng)度的十進(jìn)制倍數(shù)的詞頭及符號(hào) 詞頭 符號(hào) 中文名 數(shù)值 metre 1m 米 1m=1metre decimetre 1dm 分米 1dm=1/10m=10－ 1metre centimetre 1cm 厘米 1cm=1/100m=10－ 2metre millimetre 1mm 毫米 1mm=1/1000m=10－ 3metre decimillimetre 1dmm 絲米 1dmm=1/104m=10－ 4metre centimillimetre 1cmm 忽米 1cmm=1/105m =10－ 5metre micrometre 1um 微米 1um=1/106m =10－ 6metre nanometre 1nm 納米 1nm=1/109m =10－ 9metre pietre 1pm 微微米 1pm=1/1012m=10－ 12metre 1 毫微米 =1nm 納米 =109m=107cm 表 3— 2 國際單位制中十進(jìn)制倍數(shù)的詞頭及符號(hào) 詞頭 符號(hào) 中文名 數(shù)值 tera T 垓、千京、兆兆 1012 giga G 京、千兆 109 mega M 兆 106 kilo K 千 103 hecto h 百 102 deca da 十 10 deci d 分 101 centi c 厘 102 milli m 毫 103 micro u 微 106 nano n 納、毫微 109 pico p 皮、微微 1012 22 物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的新進(jìn)展 物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的當(dāng)代科學(xué)前沿是微觀粒子物理學(xué)，其目標(biāo)是探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本組成和它們之間相互作用的規(guī)律。 II 電磁力 電 —— 磁間的相互作用和相互轉(zhuǎn)換，屬于電磁體之間的作用力，也是屬長(zhǎng)程力。 弱力和強(qiáng)力只有在非常小的范圍內(nèi)才起作用，或者說只有微觀粒子間的相互作用才顯示出效應(yīng)。 微觀粒子還具有雙重 性，即粒子性和波動(dòng)性（波一粒二象性）。這一模型預(yù)言應(yīng)存在一個(gè)新的粒子 Ω － ，后來果真在實(shí)驗(yàn)室中找到了它。 J/4 粒子被看作是由粲夸克和反粲夸克組成的束縛態(tài)。如質(zhì)子由 2 個(gè)上夸克和 1 個(gè)下夸克組成等。 物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究與其它科學(xué)技術(shù)發(fā)展的相互關(guān)系 微觀粒子的研究促進(jìn)高能加速器的發(fā)展 按愛因斯坦“質(zhì)能公式” E=mc2（ m 是物質(zhì)的質(zhì)量， c 是光速， E 是代表該物質(zhì)所具有的能量），要產(chǎn)生一定質(zhì)量的粒子，需要相應(yīng)的能量。因此高能加速器是指粒子反應(yīng)能在 3 京電子伏以上的加速器。 粒子物理的貢獻(xiàn)及其對(duì)其它科學(xué)技術(shù)的關(guān)系 粒子物理學(xué)的貢獻(xiàn)首先是將人們對(duì)物質(zhì)構(gòu)成的認(rèn)識(shí)大大向前推進(jìn)了一大步，了解到構(gòu)成物質(zhì)的最小組元小到夸 克和輕子（ 10－ 17cm 數(shù)量級(jí)）。 粒子物理學(xué)對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展也帶來新的機(jī)遇。如高頻技術(shù)、強(qiáng)流技術(shù)、高真空技術(shù)、強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等。 粒子物理也促進(jìn)了原子物理的發(fā)展，使這兩個(gè)相關(guān)科學(xué)更加緊密聯(lián)系起來。 粒子物理中的量子場(chǎng)論的理論方法，已被用來解決固體物理、統(tǒng)計(jì)物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域的物理問題，成為這些領(lǐng)域的一 種必要的理論工具。 宇宙有沒有起源和終結(jié)，它是永恒的還是演化的？這是每一種宇宙論都必須回答的 26 最根本的問題。爆炸后的碎片，煙塵不斷向四周擴(kuò)散，溫度很快下降，當(dāng)溫度降到 10 億度左右時(shí)中子開始失去自由存在的條件，它或衰變?yōu)橘|(zhì)子和電子，或者和質(zhì)子結(jié)合成氘，氦等原子核，化學(xué)元素開始形成。 當(dāng)一列離觀測(cè)者遠(yuǎn)去的火車，其聲音漸遠(yuǎn)，而另一列離觀察者漸近的火車，其聲音則漸近，這種遠(yuǎn)去的火車與相應(yīng)定點(diǎn)火車聲音的差距稱為“紅移”現(xiàn)象。 （ II）宇宙 中 He 元素和 H 元素豐度很高（ He 在不同天體中占 25~30%），這是因?yàn)樵诖蟊ê笠粋€(gè)很短時(shí)間內(nèi)，早期溫度高（ 10 億度）中子失去自由存在的條件與質(zhì)子結(jié)合成 He 和 21H（氘）。 （ III）所有天體的年齡都小于 200 億年 —— 宇宙年齡 宇 宙的年齡如何計(jì)算？ 按照哈勃的發(fā)現(xiàn)，遙遠(yuǎn)天體（星系）發(fā)出的光，光譜譜線紅移的事實(shí)，證明許多星系正在彼此遠(yuǎn)離。 1964 年，美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的彭齊亞斯和威爾遜用一架通訊電話在 波段（波長(zhǎng)）處探測(cè)到一種來自宇宙空間的強(qiáng)度與方向無關(guān)的信號(hào)，這種信號(hào)因?yàn)槭窃趶挠钪嫔钐幉煌较蚪邮盏酵粋€(gè)強(qiáng)度相同的信號(hào)，是在一定溫度下發(fā)生的能量輻射，由于這種輻射的峰值波長(zhǎng)在 1mm 附近，處于微波段，又稱為微波背景輻射。 K+C176。恒星的質(zhì) 量則會(huì)由于產(chǎn)生的輻射太大而瓦解。當(dāng)這種反應(yīng)產(chǎn)生的輻射壓力達(dá)到與引力平衡時(shí)，恒星的體積和溫度不再明顯變化，進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的演化階段，恒星在這一階段停留的時(shí)間最長(zhǎng)，占其生命的主要部分，稱為“壯年期”。收縮產(chǎn)生的熱將使溫度再次上升，達(dá)到引發(fā)氦燃燒的程度。對(duì)于初始質(zhì)量小于太陽８倍的恒星，最終將變成白矮星。９００多年后，英國天文學(xué)家在那個(gè)位置發(fā)現(xiàn)的脈沖星（由于快速旋轉(zhuǎn)而發(fā)出脈沖式電波的中子星），就是那次爆發(fā)的遺跡；質(zhì)量更大的恒星在晚年爆發(fā)后變成密度極大，大到足以將光線都吸進(jìn)去，變成看不見但又確實(shí)存在的天體 —— 稱為黑洞。包括太陽系在內(nèi)的由幾千億顆恒星組成的銀河系就是一個(gè)普通的星系。銀河系就是屬于旋渦星系。 宇宙是開放的 從哈勃對(duì)星系所發(fā)出的光，譜線紅移的觀察：光波與聲波一樣，也有類似開普勒效應(yīng)，即面向觀察者運(yùn)動(dòng)的光源譜線（與靜止光源相比）將向高頻（光譜藍(lán)端）移動(dòng)，而背向觀察者運(yùn)動(dòng)的光源 譜線（與靜光源相比）將向低頻（光譜紅端）移動(dòng)。 哈勃的這一發(fā)現(xiàn)為弗里德曼宇宙模型提供了直接的觀察依據(jù)，動(dòng)搖了宇宙整體靜止的傳統(tǒng)觀念，為進(jìn)一步研究宇宙的起源和演化奠定了基礎(chǔ)。以太陽為中心，其周圍由九大行星及其衛(wèi)星、小行星、慧星、隕星及行星際物質(zhì)、星云、宇宙塵等構(gòu)成的天體系統(tǒng)稱為太陽系。 2′，其中木星的軌道面與不變平面相合得最好，這稱為共面性；大行星公轉(zhuǎn)軌道都接近正圓形的橢圓，只有水星和冥王星軌道偏心率較大 ,分別為 和 ，其余行星的軌道偏心率都小于 ，這可稱為近圓性。（木衛(wèi)一、木衛(wèi)二 、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四、土衛(wèi)六的