【導(dǎo)讀】"科學(xué)"一詞源于拉丁文Sclentla,它的內(nèi)涵是人們對客觀世界及其內(nèi)在規(guī)律性的反映與認(rèn)識.那麼,什麼是"自然科學(xué)"呢自然科學(xué)是人類對自然界各種物質(zhì)與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式的客觀規(guī)律性的認(rèn)識與反映.的深化,產(chǎn)生了不同的學(xué)科,才使自然科學(xué)從哲學(xué)中分離出來.的主要特征.技術(shù)同科學(xué)一樣,都是一個(gè)歷史概念."科學(xué)技術(shù)史"就是研究科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生,發(fā)展與規(guī)律的歷史科學(xué),也就是研究人類認(rèn)識自然,改造自然的歷史.我。國在1982年召開了全國科技史教學(xué)會議,此后,許多高校把科技史列為必修課和選修課,但我國對科技史的研。究起步較晚,從事這一專業(yè)的人數(shù)不多,發(fā)展水平較低.20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一是達(dá)爾文的生物進(jìn)化論,他提出了"人猿同祖"觀點(diǎn).1831年,二十二歲的達(dá)爾文乘獵犬號起航.在隨后五年的歷程中,獵犬號做環(huán)球航行,以從容不迫的速度環(huán)繞南。了能使自己的學(xué)說被普遍接受所需要的豐富證據(jù).1836年,達(dá)爾文返回故鄉(xiāng).在隨后的二十多年間,他發(fā)表了一

　　

【正文】 是一些極小的微粒懸浮在液體中的不規(guī)則運(yùn)動(dòng) ,首先被 .3 年后 ,法國物理學(xué)家 以精密的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了愛因斯坦的理論預(yù)測 ,從而解決了半個(gè)多世紀(jì)來科學(xué)界和哲學(xué)界爭論不休的原子是否存在的問題 ,使原子假說成為一種基礎(chǔ)鞏固的科學(xué)理論 . 相對論作為愛因斯坦終生事業(yè)的標(biāo)志是他的相對論 .他 在 1905 年發(fā)表的題為《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》的論文中 ,完整地提出了狹義相對論 ,在很大程度上解決了 19世紀(jì)末出現(xiàn)的經(jīng)典物理學(xué)的危機(jī) ,推動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)理論的革命 .19 世紀(jì)末是物理學(xué)的變革時(shí)期 ,新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果沖擊著伽利略 , .以 .愛因斯坦則認(rèn)為出路在于對整個(gè)理論基礎(chǔ)進(jìn)行根本性的變革 .他根據(jù)慣性參考系的相對性和光速的不變性這兩個(gè)具有普遍意義的概括 ,改造了經(jīng)典物理學(xué)中的時(shí)間 ,空間及運(yùn)動(dòng)等基本概念 ,否定了 絕對靜止空間的存在 ,否定了同時(shí)概念的絕對性 .在這一體系中 ,運(yùn)動(dòng)的尺子要縮短 ,運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘要變慢 .狹義相對論最出色的成就之一是揭示了能量和質(zhì)量之間的聯(lián)系 ,質(zhì)量 (m)和能量 (E)的相當(dāng)性 :E=mc2,是作為相對論的一個(gè)推論 .由此可以解釋放射性元素 (如鐳 )所以能放出大量能量的原因 .質(zhì)能相當(dāng)性是原子物理學(xué)和粒子物理學(xué)的理論基礎(chǔ) ,滿意地解釋了長期存在的恒星能源的疑難問題 .狹義相對論已成為后來解釋高能天體物理現(xiàn)象的一種基本的理論工具 . 狹義相對論建立后 ,愛因斯坦力圖把相對性原理的適用范圍擴(kuò)大到非慣性系 .他從伽利略發(fā)現(xiàn)的 引力場中一切物體都具有同一加速度 (即慣性質(zhì)量同引力質(zhì)量相等 )的實(shí)驗(yàn)事實(shí) ,于 1907年提出了等效原理 :引力場同參照系的相當(dāng)?shù)募铀俣仍谖锢砩贤耆葍r(jià) .并且由此推論 :在引力場中 ,時(shí)鐘要走快 ,光波波長要變化 ,光線要彎曲 .經(jīng)過多年的努力 ,終于在 1915年建立了本質(zhì)上與牛頓引力理論完全不同的引力理論 —— 廣義相對論 .根據(jù)廣義相對論 ,愛因斯坦推算出水星近日點(diǎn)反常進(jìn)動(dòng) ,同觀測結(jié)果完全一致 ,解決了 60多年來天文學(xué)一大難題 .同時(shí) ,他推斷由遙遠(yuǎn)的恒星所發(fā)的光 ,在經(jīng)過太陽附近會彎曲 (見光線引力偏折 ).這一預(yù)言于 1919 年由 .通過日蝕的觀測而得到證實(shí) .1916 年 ,他預(yù)言引力波的存在 .后人通過對 1974 年發(fā)現(xiàn)的射電脈沖雙星PSR1913+16 的周期性變化進(jìn)行了四年的連續(xù)觀測 ,1979 年宣布間接證實(shí)了引力波的存在 ,對廣義相對論又是一個(gè)有力的證明 . 廣義相對論建立后 ,愛因斯坦試圖把廣義相對論再加以推廣 ,使它不僅包括引力場 ,也包括電磁場 ,就是說要尋求一種統(tǒng)一場理論 ,用場的概念來解釋物質(zhì)結(jié)構(gòu)和量子現(xiàn)象 .由于這是當(dāng)時(shí)沒有條件解決的難題 ,他工作了 25年之久 ,至逝世前仍未完成 .70年代和 80年代一系列實(shí)驗(yàn)有力地支持電弱統(tǒng)一理論 ,統(tǒng)一 場論的思想以新的形式又開始活躍起來 .社會進(jìn)步事業(yè) 愛因斯坦在科學(xué)思想上的貢獻(xiàn) ,歷史上只有 N.哥白尼 , .可是愛因斯坦并不把自己的注意力限于自然科學(xué)領(lǐng)域 ,以極大的熱忱關(guān)心社會 ,關(guān)心政治 .在第一次世界大戰(zhàn)期間 ,他投入公開的和地下的反戰(zhàn)活動(dòng) .1933年納粹攫取德國政權(quán)后 ,愛因斯坦是科學(xué)界首要的受迫害對象 ,幸而當(dāng)時(shí)他在美國講學(xué) ,未遭毒手 .1939 年獲悉鈾核裂變及其鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)現(xiàn) ,在匈牙利物理學(xué)家 ,上書羅斯福總統(tǒng) ,建議研制原子彈 ,以防德國搶先 .于是羅斯福決心制造 原子彈 ,于 1945 年在新墨西哥州試驗(yàn)成功 .第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前夕 ,美國在日本廣島和長崎上空投擲原子彈 ,愛因斯坦對此強(qiáng)烈不滿 .戰(zhàn)后 ,為開展反對核戰(zhàn)爭的和平運(yùn)動(dòng)和反對美國國內(nèi)法西斯危險(xiǎn) ,進(jìn)行了不懈的斗爭 .愛因斯坦對當(dāng)時(shí)中國勞動(dòng)人民的苦難寄予深切同情 .九一八事變后 ,他一再向各國呼吁 ,用聯(lián)合的經(jīng)濟(jì)抵制的辦法制止日本對華軍事侵略 .1936 年沈鈞儒等 七君子 因主張抗日被捕 ,他熱情參與了正義的營救和聲援 . 三 ,核物理和粒子物理 十九世紀(jì)末 ,倫琴射線 ,放射性和電子的發(fā)現(xiàn) ,人們認(rèn)識到原子不是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最小單位 ,人們的認(rèn)識 進(jìn)入原子核層次 ,基本粒子也不基本 .1932 年盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子 .中子不帶電 ,用中子做炮彈轟擊重核 ,易于進(jìn)入原子核內(nèi)部 ,為此 ,科學(xué)家制造了中子源 ,實(shí)現(xiàn)重核裂變 .首先發(fā)現(xiàn)原子核裂變的是德國物理學(xué)家哈恩 . 核裂變和核聚變 核裂變是一個(gè)原子核分裂成幾個(gè)原子核的變化 .只有一些質(zhì)量非常大的原子核像鈾 ,釷等才能發(fā)生核裂變 .這些原子的原子核在吸收一個(gè)中子以后會分裂成兩個(gè)或更多個(gè)質(zhì)量較小的原子核 ,同時(shí)放出二個(gè)到三個(gè)中子和很大的能量 ,又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變 ……, 使過程持續(xù)進(jìn)行下去 ,這種過程稱作鏈?zhǔn)椒磻?yīng) .原子核在發(fā)生核裂變 時(shí) ,釋放出巨大的能量稱為原子核能 ,俗稱原子能 .1克鈾 235完全發(fā)生核裂變后放出的能量相當(dāng)于燃燒 噸煤所產(chǎn)生的能量 .比原子彈威力更大的核武器是氫彈 ,就是利用核聚變來發(fā)揮作用的 .核聚變的過程與核裂變相反 ,是幾個(gè)原子核聚合成一個(gè)原子核的過程 .只有較輕的原子核才能發(fā)生核聚變 ,比如氫的同位素氘 ,氚等 .核聚變也會放出巨大的能量 ,而且比核裂變放出的能量更大 .太陽內(nèi)部連續(xù)進(jìn)行著氫聚變成氦過程 ,它的光和熱就是由核聚變產(chǎn)生的 . 原子彈和氫彈 建造原子彈的關(guān)鍵在于能否獲得高濃縮的鈾 235和钚 239這兩種核裝料 .自從美國物理 化學(xué)家尤雷發(fā)明了用氣體擴(kuò)散法提取鈾 235以后 ,美國政府就在 1943年建造了規(guī)模巨大的鈾氣體擴(kuò)散工廠 ,生產(chǎn)出為制造原子彈所需要的大量鈾 235核裂變?nèi)剂?.而另外一種核裂變?nèi)剂项?239也在華盛頓州的漢福特原子能中心的生產(chǎn)堆上 ,經(jīng)過同位素分離最后被獲得 .原子彈就是利用這兩種核裂變?nèi)剂系牧炎冩準(zhǔn)椒磻?yīng)所釋放出的巨大能量 ,來達(dá)到殺傷破壞的一種爆炸性核武器 . 在原子彈的研制過程中 ,最值得一提的是美國杰出的物理學(xué)家奧本海默的重要貢獻(xiàn) .就在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前后 ,他已被公認(rèn)是世界上十名首席理論物理學(xué)家之一 .加上他所具有的特殊才 能和組織管理能力 ,使他在1942 年夏天被美國政府正式任命為設(shè)計(jì)和制造原子彈的主要負(fù)責(zé)人 .由他直接領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督管理研制原子武器的 冶金計(jì)劃 ,當(dāng)時(shí)他只有 38歲 ,在所有領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)與戰(zhàn)爭勝利有關(guān)的歷史使命的科學(xué)家中 ,他是最年輕的一位 .后來的結(jié)果表明他確是一位令人滿意的非常杰出的科學(xué)家 ,因而人們常把他稱為原子彈之父 ,即第一個(gè)制成原子彈的人 . 當(dāng)時(shí)各種大小問題幾乎多達(dá)好幾百個(gè) ,而奧本海默最成功之處就是能集思廣益 ,抓住其中最主要的問題 ,這就是能引起原子彈爆炸所需要的 臨界質(zhì)量 問題 .而所謂臨界質(zhì)量是指使裂變物質(zhì)在特定條件下 ,能夠?qū)崿F(xiàn)自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所需的最少裂變物質(zhì)的數(shù)量 ,與臨界質(zhì)量相對應(yīng)的裂變物質(zhì)的體積被叫作臨界體積 .顯然這些都是核武器裝料中所涉及的重要問題 ,它同裂變物質(zhì)的種類 ,純度 ,密度以及裝料的幾何形狀和特殊的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān) . 從結(jié)構(gòu)上看 ,我們可把原子彈看成是由核裝料 ,引爆裝置和彈殼等部分組成的 .一旦引爆后 ,普通炸藥把核燃料迅速地推合在一起 ,形成不可控的裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng) .而堅(jiān)固的彈體能使反應(yīng)有充裕的時(shí)間 ,可提高核爆炸的威力 .另外根據(jù)起爆裝置構(gòu)造的不同 ,原子彈的具體結(jié)構(gòu)可分成槍型和內(nèi)爆型兩大類 . 1945 年 8 月 6 日 ,美國投在日本廣 島的第一顆原子彈 ,就是這種槍型結(jié)構(gòu)式原子彈 ,代號 小男孩 (也叫瘦子 ).它的核裝料為鈾 235,同位素純度為 %.總裝料為 16～ 25公斤鈾 4100公斤 ,彈直徑約為 7l厘米 ,彈長約 30厘米 .由前可知一公斤鈾 235(或钚 239)全部裂變將釋放大約 18000噸梯思梯當(dāng)量 .由此可見其核裝料利用率很低還不到 5%. 第二種類型的原子彈是 內(nèi)爆型 原子彈 ,它是一個(gè)利用雙層普通烈性炸藥制成的球形裝置 ,在球的中心安置著一個(gè)小于臨界質(zhì)量的核裝料小球 ,小球的外圍為反射層 .球心處裝有用來引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的中子源 .通過電雷管同步點(diǎn)火 ,使外層炸藥各點(diǎn)同時(shí)起爆 ,這樣就能形成一種向球心聚焦的壓縮波 (又稱內(nèi)爆波 ),而小球瞬間將受到猛烈的向心壓緊力 ,結(jié)果使核裝料密度大大增加 ,達(dá)到超臨界質(zhì)量條件 .此時(shí)可用球心上的中子源控制點(diǎn)火時(shí)間 ,等到壓縮波效應(yīng)最大時(shí) ,在中子源作用下形成核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng) ,最后引起威力巨大的核爆炸 .由于這種內(nèi)爆型 結(jié)構(gòu)的原子彈產(chǎn)生壓縮效應(yīng)的時(shí)間遠(yuǎn)比 槍型 結(jié)構(gòu)的合攏時(shí)間為短 ,因此可避免過早點(diǎn)火的缺點(diǎn) .這樣在 槍型 結(jié)構(gòu)中難于安全應(yīng)用的钚 239裝料 ,往往能在 內(nèi)爆型 結(jié)構(gòu)中被采用 . 1945年 8月 9日 ,美軍投在日 本長崎的第二顆原子彈 ,就是采用 內(nèi)爆型 結(jié)構(gòu) ,用钚 239作核裝料的炸彈 .它由三個(gè)同心球構(gòu)成 ,外球殼用鈾 238 作反射層 ,內(nèi)球是兩個(gè)次臨界質(zhì)量的钚半球 ,而中心則是一個(gè)乒乓球大小的鈹球作為內(nèi)中子源 ,即從钚 239 所放射的 α粒子作用于鈹就能產(chǎn)生中子 .在超臨界條件下 ,钚 — 鈹中子源能加速鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行 ,并能保證在規(guī)定的瞬間發(fā)生核爆炸的可靠性 .而球體外面是兩層楔形烈性炸藥組成的炸藥球 ,每層有 36小塊 .同時(shí)為了能可靠地同時(shí)引爆 ,每塊安上兩個(gè)電雷管 .彈體總重約 4500公斤 ,其中钚 239的裝料為 5～ 10公斤 .外形尺寸高為 ,而最粗處的直徑約為 ,因此人們把它叫做 胖子 . 然而 ,原子彈的研制工作畢竟是一項(xiàng)耗資巨大的工程 .美國政府差不多在整整四年時(shí)間內(nèi) ,調(diào)集了 15萬科技人員 ,動(dòng)用了全國三分之一的電力 ,總共花費(fèi)了 20 多億美元 .共制造了三校原子彈 ,除了投放在日本廣島和長崎的兩顆外 ,還有 — 顆是在 1945年 7月 16日凌晨 5時(shí)半用來進(jìn)行原子彈爆炸試驗(yàn)的 .這是一個(gè)根據(jù)內(nèi)爆型原理設(shè)計(jì)的钚試驗(yàn)裝置 .其準(zhǔn)備工作從當(dāng)年 6月底開始 ,試爆地點(diǎn)選在離洛斯阿拉莫斯約 160公里的阿拉莫戈多附近的沙漠里進(jìn)行 .這里四面環(huán)山 ,人煙稀少 ,很適合安全和保密等 試驗(yàn)條件 . 全部試驗(yàn)工作都是按照原定計(jì)劃進(jìn)行的 ,而且取得了圓滿的結(jié)果 .所有這一切也是和奧本海默得力的指揮和周密計(jì)劃分不開的 .原子彈試爆裝置被安裝在預(yù)先專門設(shè)計(jì)建造好的鋼塔上 ,遠(yuǎn)距離控制的引爆裝置是由一系列十分復(fù)雜的電子儀器所組成的 .操縱中心離鋼塔幾公里 ,能把爆炸過程中的各種情況詳細(xì)地記錄下來 .定時(shí)信號正確無誤地告訴人們原子彈即將爆炸的時(shí)間 . 在爆炸前 20 分鐘 ,全體工作人員各就各位 ,而在營地上的人們都奉令臉向地面 ,腳朝爆炸方向臥倒 ,并用雙手蒙住閉起的眼瞧 .爆炸的時(shí)刻終于到了 ,一瞬間 ,天空中出現(xiàn)了比幾千個(gè)太陽還 要亮的閃光 . 幾秒鐘后 ,人們就聽到由強(qiáng)大的沖擊波所形成的隆隆巨響 .此時(shí)人們才能翻身站起 ,并戴上事先準(zhǔn)備好的黑色防護(hù)眼鏡進(jìn)行觀看 .只見一個(gè)大火球似的五顏六色的火云 ,上下不斷翻滾 ,并逐漸擴(kuò)大向天空升起 ,最后形成巨大的蘑菇云 ,扶搖直上成為高達(dá)十公里的擎天柱 ,其情景十分壯觀 .同時(shí)也測得了原子彈內(nèi)部本身的演變情況 ,其中包括爆炸威力的大小 ,波及的范圍以及爆炸后在地面上和空氣中所產(chǎn)生的放射性污染程度 ,等等 . 當(dāng)時(shí)在場參觀的約有 1000多名各方面代表 ,其中有放射醫(yī)學(xué)家 ,氣象學(xué)家 ,工程師 ,數(shù)學(xué)家 ,爆炸專家 ,軍事參謀 ,政府官員 和英國等外國政府代表 .大家對原子彈的巨大爆炸威力 (相當(dāng)于 20200噸黃色炸藥 )感到非常震驚 .在半徑為 ,所有蔬菜 ,各種動(dòng)物 (試驗(yàn)前預(yù)先安置好的 )以及其它各種有生命的東西都被破壞無遺 ,就連一條響尾蛇或一根青草都劫數(shù)難逃 .而半徑 360米以內(nèi)的砂石 ,都因高溫變成綠黃色玻璃狀物質(zhì) . 至于供試驗(yàn)用的那座高塔也完全被高溫蒸發(fā)得無影無蹤 ,卻留下了一個(gè)邊緣傾斜的大坑 .當(dāng)時(shí)即使被人們一向認(rèn)為是冷靜和理智的費(fèi)米 ,平時(shí)他總是自己開車 ,此時(shí)也無力自己開車了 ,只得由他的同事駕駛汽車送他回家 . 第一顆原子彈首次試爆成功的 消息 ,很快傳遍了曼哈頓工程區(qū)的每一個(gè)角落 .特別是那些直接參加試制工作的科學(xué)家和工作人員 ,他們更是被原子彈的巨大破壞力和強(qiáng)烈的放射性污染而深感不安 .為此許多人曾聯(lián)名向有關(guān)當(dāng)局遞交了請?jiān)笗?,反對輕率使用這種武器來對付當(dāng)時(shí)的敵國日本 ,并且要求美國政府立即著手對這種新式武器必須實(shí)行國際監(jiān)督 .但是所有這一切絲毫也沒有觸動(dòng)美國政府為了贏得戰(zhàn)爭勝利而進(jìn)行研制新式炸彈的既定方針 ,它還是一心想使用原子彈 . 原來積極要求愛因斯坦寫信給當(dāng)時(shí)美國總統(tǒng)羅斯福敦促盡快發(fā)展核彈的西拉德 ,此時(shí)此刻也意識到這件事的嚴(yán)重性 .為此他就又起草了不 要使用原子彈的請?jiān)笗?,并征集了 69位著名科學(xué)家的簽名 ,最后把請?jiān)笗苯铀偷搅硕鹏旈T總統(tǒng)的手里 .而總統(tǒng)的科學(xué)顧問又把此事提交給由奧本海默 ,勞倫斯 ,費(fèi)米和康普頓四人所組成的臨時(shí)科學(xué)討論小組 ,請他們提出如何對待這一問題的決策報(bào)告 . 當(dāng)時(shí)康普頓在建議書中曾寫下了這樣一段話來表明他的意見 :在使原子力量能為人類利用的偉大創(chuàng)舉中 ,我們都為自己曾經(jīng)貢獻(xiàn)自己一份智能而感到歡欣和驕傲 .然而這真是一幕悲劇 ,這種巨大無比的力量將第一次被用來進(jìn)行傷害人類的勾當(dāng) .不過 ,如果因此而能得以縮短戰(zhàn)爭的時(shí)間 ,并能拯救更多的生靈 ,如果它能意味 著人類將更接近放棄用戰(zhàn)爭作為解決爭端的時(shí)刻 .那才是我們內(nèi)心真正的期望 ,才是我們敢于使用原子彈的論點(diǎn) . 另外他對科學(xué)家的討論結(jié)果又寫道 :我們科學(xué)界的同事們 ,對于使用這種武器的意見頗不一致 ,大家建議的范圍很廣 ,從純技術(shù)性的示威到直接投擲原子彈迫使敵人投降的策略都有 ……. 最后 ,科學(xué)顧問們?yōu)榱双@得一個(gè)能代表