【正文】 速度加快，從科學發(fā)現(xiàn)、技術發(fā)明到實際應用的周期愈來愈短；新技術、新產(chǎn)品、新材料更新的速度愈來愈快、技術競爭性愈演愈激烈。 在自然人化的進程中全球生態(tài)危機，生態(tài)惡化的趨勢難于逆轉，引起關注。這個問題要靠人類理智地協(xié)同解決，否則會給人類帶來災難性的后果。 學習方法 理論聯(lián)系實際，增加信息量，擴大知識面介紹科技發(fā)展前沿。人類創(chuàng)造自己的文明史只有五六千年，但是真正把科學技術廣泛應用到生產(chǎn)上，并引起社會生產(chǎn)、生活的巨大變革還不到 300 年。 早期科學技術萌芽 （ 1）主要的技術成就 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)總結了古希臘幾何學的成果寫成了《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)學形成學派，堅持把疾病看作是一種 要服從自然法則過程強，調(diào)用細致的觀察來研究疾病，因而對許多疾病進行了描述，并提出了適當?shù)闹委煼椒ǎ乾F(xiàn)代臨床醫(yī)學的開端。 秦漢時期已建立醫(yī)學，以華佗為代表的醫(yī)學，在宋、元時期已形成生理病理學，臨床診斷學，藥物學，針灸學，推拿技術等。” 近代科學技術的產(chǎn)生 近代自然科學的產(chǎn)生 （ 1）近代自然科學是文藝復興運動的產(chǎn)物 文藝復興運動是 14 世紀至 17 世紀初，首先從意大利開始席卷歐洲，提倡思想解放，追求真理的科學精神，從根本上動搖了宗教神學強加于科學的沉重枷鎖，為近代唯物主義哲學和實驗科學的產(chǎn) 生奠定了基礎。在此前 1300 多年里，人類對宇宙的認識始終被禁錮在神學劃定的“地球中心說”。 伽利略（ 1564~1642）意大利著名的物 理學家、天文學家， 1610 年他用自制的望遠鏡發(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)所有行星公轉周期 T 的平方與行星 軌道半長徑 a 的立方之比為一常數(shù)。 現(xiàn)代醫(yī)學的創(chuàng)始人是英國醫(yī)師哈維（ 1578～ 1657）。運用演繹法推導出萬有引力定律以及固體力學，流體靜力學，流體動力學的各種定律。 （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）。 細胞學說的建立，表明動植物之間沒有絕對的區(qū)別，因為這兩類有機體都是由細胞分裂，增殖和發(fā)展后形成的，揭示出有有機體起源的共同性，從而從細胞層次上論證了整個生命世界的內(nèi)在聯(lián)系和有機統(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）物理學的長足發(fā)展 （ 1）能量守恒和轉換定律 19 世紀 30~40 年代間在五個國家由六、七種不同職業(yè)的十幾位科學家，分別從不同側面獨立地提出了能量守恒和轉換定律。 （ 2）經(jīng)典電磁學 1831 年英國科學家法拉弟（ 1791~1867）發(fā)現(xiàn)了電磁 感應，為發(fā)電機的發(fā)明提供了理論基礎。 C 元素周期律和元素周期表的創(chuàng)立 俄國化學家門捷列夫（ 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系，表明自然界存在著一個嚴整的元素自然序列體系。 現(xiàn)代科學的發(fā)展 19 世紀末物理學的三大發(fā)現(xiàn) （ 1） X 射線的發(fā)現(xiàn) 德國物理學家倫琴（ 1945— 1923）于 1895 年在研究陰極射線的實驗中，意外地發(fā)現(xiàn)了一個穿透力很強的射線 — X 射線，孕育著新技術的誕生和廣泛應用。 （ 3）電子的發(fā)現(xiàn) 英國物理學家湯姆生（ 1856— 1940）于 1897 年在研究陰極射線時證實陰極射線的本質(zhì)是帶負電荷的一束粒子流、并測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）。 為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象，原因是速度極限 — 光速。 廣義相對論研究的物體是加速運動的觀察者。當一束光線進入墻上的一 個小孔，電梯里的人觀察到光線沿直線行進；但是對于電梯外面的觀察者來說，光卻是沿曲線進行。 同樣，時空在一個像恒 星這樣大質(zhì)量的物體周 圍因受恒星大引力作用， 物體周圍會扭曲。 玻爾（ 1885～ 1962）的原子結構的量子化理論 1913年丹麥物理學家把盧瑟福的原子核模型與普朗光的能量子學說結合起來，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動，電子在這些軌道上運行時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；若電子受某種擾動也可產(chǎn)生輻射現(xiàn)象，為量子論建立奠定基礎。 量子力學另一條道路是德國物理學家海森堡（ 1901～ 1976）等人創(chuàng)立矩陣力學的探索之路，他首先提出測不準原理，即電子運動的軌跡和某時刻的位置不是固定不變的，兩者不能準確的同時測量到。 勻速 加速 水星 17 量子力學反映了微觀世界物質(zhì)運動規(guī)律的特殊性，使人們對自然界的認識實現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的飛躍。 分子生物學的建立，實現(xiàn)了人類對遺傳物質(zhì)基礎認識史上的一次劃時代的突破，開辟的生物技術，細胞工程，基因工程、酶工程和發(fā)酵工程，使人類對生命科學的認識向縱深方向發(fā)展；天文學領域，天體演化學說和宇宙學的誕生，使人類的視野推進到 200億光年的大尺度的空間范圍??。 在第二個 10 年（ 1955~1965）以人造衛(wèi)星的發(fā)射成功為標志，人類開始向外層空間進軍。 進入 21 世紀以計算機互聯(lián)網(wǎng)為標志，人類進入了一個可在虛擬空間里實現(xiàn)信息交換與信息共享的信息時代。 第二個主要趨勢 現(xiàn)代科學在高度分化的基礎上產(chǎn)生了高度的綜合，綜合表現(xiàn)為多層次，多維度的科學交叉與滲透，更表現(xiàn)為橫斷學科和綜合性的學科群不斷出現(xiàn)，各門學科之間的界限日益模糊，而普遍聯(lián)系日益強化。 第四，以軟科學為理論基礎的多種社會技術成為現(xiàn)代技術體系的新門類。 在 19 世紀中葉以前，科學與技術是分離的，它們各自獨立發(fā)揮社會作用，其發(fā)展往往是脫節(jié)的。關鍵性的技術突破常常與科學理論沒有直接聯(lián)系，但科學技術發(fā)展到今天，科學與技術的關系已密不可分，現(xiàn)代的技術發(fā)明越來越依靠科學的趨勢又不容忽視。高技術就是包含密集科學知識的技術，現(xiàn)代科學的進步就是依賴最新的復雜裝備的支持才得長足的發(fā)展。 現(xiàn)代科學與技術的結合已經(jīng)形成了科學技術的統(tǒng)一體系，導致了新的跨學科研究領域的出現(xiàn)，促成了具有確定的特有概念和方法論的新科學和新領域的誕生，開辟了一個全新的研究系列。 Ⅱ 研究對象的多科學性 現(xiàn)代科學研究的方法從比較單一的方法轉向多種科學的 研究方法。特別是在高科技領域，各門科學的研究需要緊密配合。 （ 4）科學技術綜合化趨勢中的現(xiàn)代技術發(fā)展特征 Ⅰ技術一體化 現(xiàn)代技術最基礎的機械制造和電力電器，從單一的機和電轉變?yōu)闄C電一體化，光（包括激光）電一體化，光機一體化、聲光電一體化等。 Ⅲ 高新技術賦予現(xiàn)代技術的新內(nèi)涵，高新技術的特點是高精密性、高可靠性、高靈活性、少工序性、少排放或少廢性，既保證最佳技術性能，又保證最優(yōu)工藝質(zhì)量，從宏觀的機械加工向微觀的改變物質(zhì)結構的新工藝方向發(fā)展。 表 3— 1 從分子到夸克、輕子的結構層次 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（ CM） 106～ 07 108 1013 1015 1017 長度的十進制倍數(shù)的詞頭及符號 詞頭 符號 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 國際單位制中十進制倍數(shù)的詞頭及符號 詞頭 符號 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)結構研究的新進展 物質(zhì)結構研究的當代科學前沿是微觀粒子物理學，其目標是探索物質(zhì)結構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換，屬于電磁體之間的作用力，也是屬長程力。 弱力和強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。 微觀粒子還具有雙重 性，即粒子性和波動性（波一粒二象性）。這一模型預言應存在一個新的粒子 Ω － ，后來果真在實驗室中找到了它。 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 個上夸克和 1 個下夸克組成等。 物質(zhì)結構研究與其它科學技術發(fā)展的相互關系 微觀粒子的研究促進高能加速器的發(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，需要相應的能量。因此高能加速器是指粒子反應能在 3 京電子伏以上的加速器。 粒子物理的貢獻及其對其它科學技術的關系 粒子物理學的貢獻首先是將人們對物質(zhì)構成的認識大大向前推進了一大步，了解到構成物質(zhì)的最小組元小到夸 克和輕子（ 10－ 17cm 數(shù)量級）。 粒子物理學對基礎科學的發(fā)展也帶來新的機遇。如高頻技術、強流技術、高真空技術、強磁場技術、超導技術、計算機應用等。 粒子物理也促進了原子物理的發(fā)展，使這兩個相關科學更加緊密聯(lián)系起來。 粒子物理中的量子場論的理論方法，已被用來解決固體物理、統(tǒng)計物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理等領域的物理問題，成為這些領域的一 種必要的理論工具。 宇宙有沒有起源和終結，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，煙塵不斷向四周擴散，溫度很快下降，當溫度降到 10 億度左右時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)子結合成氘，氦等原子核，化學元素開始形成。 當一列離觀測者遠去的火車，其聲音漸遠，而另一列離觀察者漸近的火車，其聲音則漸近，這種遠去的火車與相應定點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%），這是因為在大爆炸后一個很短時間內(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 宙的年齡如何計算？ 按照哈勃的發(fā)現(xiàn)，遙遠天體（星系）發(fā)出的光，光譜譜線紅移的事實，證明許多星系正在彼此遠離。 1964 年，美國貝爾電話實驗室的彭齊亞斯和威爾遜用一架通訊電話在 波段（波長）處探測到一種來自宇宙空間的強度與方向無關的信號，這種信號因為是在從宇宙深處不同方向接收到同一個強度相同的信號，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) 量則會由于產(chǎn)生的輻射太大而瓦解。當這種反應產(chǎn)生的輻射壓力達到與引力平衡時，恒星的體積和溫度不再明顯變化，進入一個相對穩(wěn)定的演化階段，恒星在這一階段停留的時間最長，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，達到引發(fā)氦燃燒的程度。對于初始質(zhì)量小于太陽８倍的恒星，最終將變成白矮星。９００多年后，英國天文學家在那個位置發(fā)現(xiàn)的脈沖星（由于快速旋轉而發(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去，變成看不見但又確實存在的天體 —— 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，即面向觀察者運動的光源譜線（與靜止光源相比）將向高頻（光譜藍端）移動，而背向觀察者運動的光源 譜線（與靜光源相比）將向低頻（光譜紅端）移動。 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)，動搖了宇宙整體靜止的傳統(tǒng)觀念，為進一步研究宇宙的起源和演化奠定了基礎。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