【導讀】客觀世界及其內(nèi)在規(guī)律性的反映與認識。其外延則包括迄今為止人類所從事的。科學分為自然科學和社會科學兩大類，今天所說的科學一般指。自然科學是人類對自然界各種物質(zhì)與物質(zhì)。在近代科學產(chǎn)生以前，自然科學還僅僅?；?，產(chǎn)生了不同的學科，才使自然科學從哲學中分離出來。制作和使用工具是技術的主要特征。研究人類認識自然、改造自然的歷史。我國在1982年召開了全國科技史教學會。步較晚，從事這一專業(yè)的人數(shù)不多，發(fā)展水平較低。族的振興，一個國家的強盛離不開科技，高科技更是一個國家綜合國力的體現(xiàn)。學習《科學技術發(fā)展簡史》就是要了解科技發(fā)展的歷程，增。新信息，掌握新資料，從而開發(fā)智力，增強科研能力。自然科學的發(fā)展經(jīng)歷了從低級到高級、從樸素到辨證的過程。人類社會的起源和科技萌芽。業(yè)學習都不容易，我們所要學的是自然科學的發(fā)展給人類社會所帶來的影響。目前發(fā)現(xiàn)最早的在東非肯尼亞地區(qū)。新世、中新世、上新世、更新世和全新世。

　　

【正文】 革。 1905 年他在《關于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的探討》一文中，把普朗克的量子概念擴充到光在空間中的傳播，提出光量子假說，認為：對于時間平均值（即統(tǒng)計的平均現(xiàn)象），光表現(xiàn)為波動；而對于瞬時值（即漲落現(xiàn)象），光表現(xiàn)為粒子（見量子光學）。這是歷史上首次揭示了微觀粒子的波動性和粒子性的統(tǒng)一 ，即波粒二象性。以后的物理學發(fā)展表明：波粒二象性是整 個微觀世界的最基本的特征。根據(jù)光量子概念，他圓滿地解釋了經(jīng)典物理學無法解釋的光電效應的經(jīng)驗規(guī)律，為此獲得 1921 年諾貝爾物理學獎。 1916 年他又把量子概念擴展到物體內(nèi)部的振動上去，基本上說明了低溫下固體比熱容同溫度間的關系。 1916年他繼續(xù)發(fā)展量子論，從 。在這項研究中他把統(tǒng)計物理概念和量子論結合起來，提出自發(fā)發(fā)射及受激發(fā)射等概念。從量子論的基礎直到受激發(fā)射概念，對天體物理學有很大的影響。其中受激發(fā)射概念，為 60 年代蓬勃發(fā)展起來的激光技術提供了理論基礎。分子運動論愛因斯坦在 《根據(jù)分子運動論研究靜止液體中懸浮微粒的運動》一文中，以原子論解釋布朗運動。這種運動是一些極小的微粒懸浮在液體中的不規(guī)則運動，首先被。 3 年后 ，法國物理學家 理論預測，從而解決了半個多世紀來科學界和哲學界爭論不休的原子是否存在 37 的問題，使原子假說成為一種基礎鞏固的科學理論。 相對論作為愛因斯坦終生事業(yè)的標志是他的相對論。他在 1905 年發(fā)表的題為《論動體的電動力學》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 世紀末出現(xiàn)的經(jīng)典物理學的危機，推動了整 個物理學理論的革命。 19世紀末是物理學的變革時期，新的實驗結果沖擊著伽利略、 經(jīng)典物理學體系。以 論框架上解決舊理論與新事物之間的矛盾。愛因斯坦則認為出路在于對整個理論基礎進行根本性的變革。他根據(jù)慣性參考系的相對性和光速的不變性這兩個具有普遍意義的概括，改造了經(jīng)典物理學中的時間、空間及運動等基本概念，否定了絕對靜止空間的存在 ，否定了同時概念的絕對性。在這一體系中，運動的尺子要縮短，運動的時鐘要變慢。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)的相當性： E＝ mc2，是作為相對論的一個推論。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)能相當性是原子物理學和粒子物理學的理論基礎，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）的實驗事實，于 1907 年提出了等效原理： “ 引力場同參照系的相當?shù)募铀俣仍?物理上完全等價。 ” 并且由此推論：在引力場中 ，時鐘要走快，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反常進動，同觀測結果完全一致，解決了 60多年來天文學一大難題。同時，他推斷由遙遠的恒星所發(fā)的光，在經(jīng)過太陽附近會彎曲（見光線引力偏折）。這一預言于 1919 年由 .。1916 年，他預言引力波的存在。后人通過對 1974 年發(fā)現(xiàn)的射電脈沖雙星 PSR1913＋ 16 的周期性 變化進行了四年的連續(xù)觀測 ， 1979年宣布間接證實了引力波的存在，對廣義相對論又是一個有力的證明。 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)結構和量子現(xiàn)象 。由于這是當時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 年代一系列實驗有力地支持電弱統(tǒng)一理論，統(tǒng)一場論的思想以新的形式又開始活躍起來。社會進步事業(yè) 愛因斯坦在科學思想上的貢獻 ，歷史上只有 白尼、 以與之媲美。可是愛因斯坦并不把自己的注意力限于自然科學領域，以極大的熱忱關心社會，關心政治。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。 1933 年納粹攫取德國政權后，愛因斯坦是科學界首要的受迫害對象，幸而當時他在美國講學 ，未遭毒手。 1939 年獲悉鈾核裂變及其鏈式反應的發(fā)現(xiàn)，在匈牙利物理學家 ，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成功。第二次世界大戰(zhàn)結束前夕 ，美國在日本廣島和長崎上空投擲原子彈，愛因斯坦對此強烈不滿。戰(zhàn) 后，為開展反對核戰(zhàn)爭的和平運動和反對美國國內(nèi)法西斯危險，進行了不懈的斗爭。愛因斯坦對當時中國 38 勞動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 十九世紀末，倫琴射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)，人們認識到原子不是物質(zhì)結構的最小單位，人們的認識進入原子核層次，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，易于進入原子核內(nèi)部，為此，科學家 制造了中子源，實現(xiàn)重核裂變。首先發(fā)現(xiàn)原子核裂變的是德國物理學家哈恩 。 核裂變和核聚變 核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。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中子以后會分裂成兩個或更多個質(zhì)量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變 …… ，使過程持續(xù)進行下去，這種過程稱作鏈式反應。原子核在發(fā)生核裂變時，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，是幾個原子核聚合成一個原子核的過程。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)進行著氫聚變成氦過程，它的光和熱就是由核聚變產(chǎn)生的。 39 原子彈和氫彈 建造原子彈的關鍵在于能否獲得高濃縮的鈾 235 和钚 239 這兩種核裝料。自從美國物理化學家尤雷發(fā)明了用氣體擴散法提取鈾 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)剂系牧炎冩準椒磻尫懦龅木薮竽芰?，來達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家奧本海默的重要貢獻。就在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前后，他已被公認是世界上十名首席理論物理學家之一。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計和制造原子彈的主要負責人。由他直接領導監(jiān)督管理研 制原子武器的“冶金計劃”，當時他只有 38 歲，在所有領導這項與戰(zhàn)爭勝利有關的歷史使命的科學家中，他是最年輕的一位。后來的結果表明他確是一位令人滿意的非常杰出的科學家，因而人們常把他稱為原子彈之父，即第一個制成原子彈的人。 當時各種大小問題幾乎多達好幾百個，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)自持鏈式反應所需的最少裂變物質(zhì)的數(shù)量，與臨界質(zhì)量相對應的裂變物質(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構等因素有關。 從結構上看，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式反應。而堅固的彈體能使反應有充裕的時間，可提高核爆炸的威力。另外根據(jù)起爆裝置構造的不同，原子彈的具體結構可分成槍型和內(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，就是這種槍型結構式原子彈，代號“小男孩” (也 叫瘦子 )。它的核裝料為鈾 235，同位素純度為 ％?？傃b料為 16～ 25 公斤鈾 235。核彈總重約 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 噸梯思梯當量。由此可見其核裝料利用率很低還不到 5％。 40 第二種類型的原子彈是“內(nèi)爆型”原子彈，它是一個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)鏈式反應的中子源。通過電雷管同步點火，使外層炸藥各點同時起爆，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，結果使核裝料密度大大增加，達到超臨界質(zhì)量條件。此時可用球心上的中子源控制點火時間，等到壓縮波效應最大時，在中子源作用下形成核裂變鏈式反應，最后引起威力巨大的核爆炸。由于這種“內(nèi)爆型”結構的原子彈產(chǎn)生壓縮效應的時間遠比“槍型”結構的合攏時間為短，因此可避免過早點火的缺點。這樣在“槍型”結構中難于安全應用的钚 239 裝料，往往能在“內(nèi)爆型”結構中被采用。 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” 結構，用钚 239 作核裝料的炸彈。它由三個同心球構成，外球殼用鈾 238作反射層，內(nèi)球是兩個次臨界質(zhì)量的钚半球，而中心則是一個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 — 鈹中子源能加速鏈式反應的進行，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。同時為了能可靠地同時引爆，每塊安上兩個電雷管。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 米，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耗資巨大的工程。美國政府差不多在整整四年時間內(nèi)，調(diào)集了 15 萬科技人員，動用了全國三分之一的電力，總共花費了 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 時半用來進行原子彈爆炸試驗的。這是一個根據(jù)內(nèi)爆型原理設計的钚試驗裝置。其準備工作從當年 6 月底開始，試爆地點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行。這里四面環(huán)山，人煙稀少，很適合安全和保密等試驗條件。 全部試驗工作 都是按照原定計劃進行的，而且取得了圓滿的結果。所有這一切也是和奧本海默得力的指揮和周密計劃分不開的。原子彈試爆裝置被安裝在預先專門設計建造好的鋼塔上，遠距離控制的引爆裝置是由一系列十分復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地記錄下來。定時信號正確無誤地告訴人們原子彈即將爆炸的時間。 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。爆炸的時刻終于到了，一瞬間，天空中出現(xiàn)了比幾千個太陽還要亮的閃光。 幾秒鐘后，人們就聽到由強大的沖擊波所形成的隆隆巨響。此時人們才能翻身站起，并戴上事先準備好的黑色防護眼鏡進行觀看。只見一個大火球似 41 的五顏六色的火云，上下不斷翻滾，并逐漸擴大向天空升起，最后形成巨大的蘑菇云，扶搖直上成為高達十公里的擎天柱，其情景十分壯觀。同時也測得了原子彈內(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。 當時在場參觀的約有 1000 多名各方面代表，其中有放射醫(yī)學家、氣象學家、工程師、數(shù)學家、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 (相當于 20200 噸黃色炸藥 )感到非常震驚。在半徑為 公里范圍內(nèi)，所有蔬菜、各種動物 (試驗前預先安置好的 )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，卻留下了一個邊緣傾斜的大坑。當時即使被人們一向認為是冷靜和理智的費米，平時他總是自己開車，此時也無力自己開車了，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)的每一個角落。特別是那些直接參加試制工作的科學家和工作人員，他們更是被原子彈的巨大破壞力和強烈的放射性污染而深感不安。為此許多人曾聯(lián)名向有關當局遞交了請愿書，反對輕率使用這種武器來對付當時的敵國日本，并且要求美國政府立即著手對這種新式武器必須實行國際監(jiān)督。但是所有這一切絲毫也