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1、现代科学技术的发展概况及其对人1第1页，本讲稿共40页仙女座大星云仙女座大星云猎犬座中的漩涡星系猎犬座中的漩涡星系第2页，本讲稿共40页太阳系（太阳系（solar system）组成）组成第3页，本讲稿共40页2007年4月24日发现类似地球的太阳系外行星第4页，本讲稿共40页土星的光环第5页，本讲稿共40页极光第6页，本讲稿共40页极光第7页，本讲稿共40页医学和生活类：第医学和生活类：第1 1名名“癌细胞运动癌细胞运动”（“Cancer Cell“Cancer Cell Movement”Movement”）；作者：安妮）；作者：安妮伟斯顿（伟斯顿（Anne WestonAnne West
2、on）。）。安妮是一名医学研究人员，她是利用一台电子显微镜拍摄到上面这张安妮是一名医学研究人员，她是利用一台电子显微镜拍摄到上面这张照片的。当癌细胞慢慢照片的。当癌细胞慢慢“爬进爬进”一个试验室过滤器上的小孔时，安妮拍下了一个试验室过滤器上的小孔时，安妮拍下了照片，以阐明癌细胞是如何运动的。照片，以阐明癌细胞是如何运动的。第8页，本讲稿共40页2007.7.4中科院癌症治疗研究获重大进展中科院癌症治疗研究获重大进展第9页，本讲稿共40页2007.11.20美日科学家.利用人体皮肤细胞“仿制”出胚胎干细胞第10页，本讲稿共40页 医学和生活类：高度推荐奖医学和生活类：高度推荐奖“新血管的生长新血
3、管的生长”（New blood New blood vessel growthvessel growth）；作者：大卫）；作者：大卫吉普森（吉普森（David S GibsonDavid S Gibson）血管并非是被动的，它们会积极主动地搜寻体内低氧的区域，并在其中血管并非是被动的，它们会积极主动地搜寻体内低氧的区域，并在其中成长。在这个视网膜网络中，其中低氧区域（绿色部分）已经被视网膜网络成长。在这个视网膜网络中，其中低氧区域（绿色部分）已经被视网膜网络发现。视网膜网络已向其伸出了手指一样的突出部分。这种突出物将指导新发现。视网膜网络已向其伸出了手指一样的突出部分。这种突出物将指导新血管的
4、生长，以向这一区域提供氧化血。血管的生长，以向这一区域提供氧化血。第11页，本讲稿共40页D DN NA A双双螺螺旋旋第12页，本讲稿共40页2007年首次对活有机体实施年首次对活有机体实施“基因组移植基因组移植”发明发明DNA制动器制动器第13页，本讲稿共40页金刚石的晶体结构金刚石的晶体结构 石墨的晶体结构石墨的晶体结构第14页，本讲稿共40页一、一、20世纪基础科学理论的重大发现世纪基础科学理论的重大发现(一一)相对论相对论 1、狭义相对论、狭义相对论 相对性原理：即在两个相互作等速直线运动的惯性参考系相对性原理：即在两个相互作等速直线运动的惯性参考系中，一切自然定律都是相同的中，一切
5、自然定律都是相同的。光速恒定原理：光在真空中的传播速度是一个不变的常光速恒定原理：光在真空中的传播速度是一个不变的常数而与光源的运动和观察者的运动皆无关。数而与光源的运动和观察者的运动皆无关。第15页，本讲稿共40页(1)时空与运动不是彼此独立的绝对的概念，在时空与运动不是彼此独立的绝对的概念，在作相对运动的两个参考坐标系中，时间的度作相对运动的两个参考坐标系中，时间的度量不同。量不同。(2)相对论还证明，物质和运动是联系在一起的，相对论还证明，物质和运动是联系在一起的，质量和能量质量和能量 等价，它们可以互相转化，满足等价，它们可以互相转化，满足能量守恒定律。能量守恒定律。E=mc2第16页
6、，本讲稿共40页2、广义相对论、广义相对论广义相对性原理，即广义协变原理，广义相对性原理，即广义协变原理，主张自然定律在一切坐标系中应具有不主张自然定律在一切坐标系中应具有不变的形式；变的形式；等效原理，即匀加速参照系同均匀等效原理，即匀加速参照系同均匀引力场在物理上等价。引力场在物理上等价。第17页，本讲稿共40页2、广义相对论由上述这两条原理结合通过逻辑推理，发现物体的存在和运动会改由上述这两条原理结合通过逻辑推理，发现物体的存在和运动会改变所在时空的曲率，形成弯曲的时空。物体在弯曲的时空中运动会引起变所在时空的曲率，形成弯曲的时空。物体在弯曲的时空中运动会引起运动速度和方向的变化，相当于
7、受到一种作用力的作用，这就是通常意运动速度和方向的变化，相当于受到一种作用力的作用，这就是通常意义下的万有引力。提出广义相对论时，爱因斯坦作了三个全新的预言，义下的万有引力。提出广义相对论时，爱因斯坦作了三个全新的预言，即水星近日点每百年向前移动即水星近日点每百年向前移动43角秒、光线掠过太阳边缘时会发生角秒、光线掠过太阳边缘时会发生175角秒的偏折和光谱在引力场下会发生红移，这些预言不久都得角秒的偏折和光谱在引力场下会发生红移，这些预言不久都得到了实验的证实。到了实验的证实。1979年，天文学家发现了远处星体所发出的光可年，天文学家发现了远处星体所发出的光可以通过引力透镜聚焦成像，又一次证明
8、了广义相对论。以通过引力透镜聚焦成像，又一次证明了广义相对论。1917年爱因年爱因斯坦根据他的引力场方程推论了引力波的存在。验证引力波存在的实斯坦根据他的引力场方程推论了引力波的存在。验证引力波存在的实验非常困难，至今还未得出明确的结论，已成为物理学实验研究的一验非常困难，至今还未得出明确的结论，已成为物理学实验研究的一大难题。大难题。第18页，本讲稿共40页(二二)量子力学量子力学1、量子力学的建立揭开了肉眼看不见、量子力学的建立揭开了肉眼看不见之微观世界的秘密，带来了一系列的重大技之微观世界的秘密，带来了一系列的重大技术变革，也深刻地改变了人们对整个物质世术变革，也深刻地改变了人们对整个物
9、质世界的认识。界的认识。第19页，本讲稿共40页(二二)量子力学量子力学 2、量子力学能成为科学真理则在于它强大的预见量子力学能成为科学真理则在于它强大的预见性，现在，从单个光子、电子、夸克的行为到原子核、性，现在，从单个光子、电子、夸克的行为到原子核、原子、分子、固定的构造以至宇宙的起源、黑洞的结构原子、分子、固定的构造以至宇宙的起源、黑洞的结构都受量子力学的支配。磁性、半导体、激光、超导、放都受量子力学的支配。磁性、半导体、激光、超导、放射性、各种电子显微镜等等现象的规律和所发展出的技射性、各种电子显微镜等等现象的规律和所发展出的技术都和微观世界所表现出的术都和微观世界所表现出的“波粒二象
10、性波粒二象性相关，都相关，都能由量子力学加以精确的解释。量子力学的一切预言和能由量子力学加以精确的解释。量子力学的一切预言和推论都已为实验所完全证实。推论都已为实验所完全证实。第20页，本讲稿共40页(二二)量子力学量子力学3、根据量子力学，频率越高、波长越根据量子力学，频率越高、波长越短的波包相对应于能量越高、体积越小的粒短的波包相对应于能量越高、体积越小的粒子。因此要深入物质的内部，进入到越小的子。因此要深入物质的内部，进入到越小的空间，就需要越大的能量。这是为什么研究空间，就需要越大的能量。这是为什么研究体积越来越小的基本粒子所需的加速器能量体积越来越小的基本粒子所需的加速器能量越来越大
11、，耗资越来越多的原因，也是宇宙越来越大，耗资越来越多的原因，也是宇宙的产生、发展和物质微观结构通过量子力学的产生、发展和物质微观结构通过量子力学而紧密相关表现了极大和极小相互转化的辩而紧密相关表现了极大和极小相互转化的辩证论，正是现代科学理论展示的奇观。证论，正是现代科学理论展示的奇观。第21页，本讲稿共40页(三三)分子生物学分子生物学1、分子生物学的提出和完善不仅从分子、分子生物学的提出和完善不仅从分子的角度阐明了遗传的本质，而且带来可以直的角度阐明了遗传的本质，而且带来可以直接操作生命的一系列技术。分子生物学的发接操作生命的一系列技术。分子生物学的发展已到可以克隆动物，进而可以复制人类自
12、展已到可以克隆动物，进而可以复制人类自身的程度，正在深刻地改变自然进化的进程，身的程度，正在深刻地改变自然进化的进程，严重地冲击着人类的伦理观念。严重地冲击着人类的伦理观念。第22页，本讲稿共40页(三三)分子生物学分子生物学2、基因是基因是DNA上排列各异并且长短不一上排列各异并且长短不一的碱基序列，它不是物质的实体单位，而是的碱基序列，它不是物质的实体单位，而是DNA上表达遗传信息的功能单位。上表达遗传信息的功能单位。DNA分子主分子主要存在于生物细胞的细胞核中，少量存在于细胞要存在于生物细胞的细胞核中，少量存在于细胞的细胞质内叶绿体和线粒体中。叶绿体是植物进的细胞质内叶绿体和线粒体中。叶
13、绿体是植物进行光合作用的器官，线粒体则是生物消化食物产行光合作用的器官，线粒体则是生物消化食物产生能源的器官。生能源的器官。第23页，本讲稿共40页(三三)分子生物学分子生物学3、DNA有三项功能：有三项功能：(1)DNA通过自我通过自我复制，在一般细胞分裂时染色体一分为二，复制，在一般细胞分裂时染色体一分为二，形成两个基因完全相同的细胞实现发育和生形成两个基因完全相同的细胞实现发育和生长。在生殖细胞分裂时，通过基因重组和减长。在生殖细胞分裂时，通过基因重组和减数分裂形成带有一半染色体的精子或卵子，数分裂形成带有一半染色体的精子或卵子，再通过受精实现遗传信息从父母到子女的转再通过受精实现遗传信
14、息从父母到子女的转 移；移；(2)通过蛋白质基因转录和翻译蛋白质中通过蛋白质基因转录和翻译蛋白质中的氨基酸编码参与蛋的氨基酸编码参与蛋 白质的制造；白质的制造；(3)通过调通过调控基因实现对生命活动的全面控制。控基因实现对生命活动的全面控制。第24页，本讲稿共40页(四四)现代数学现代数学1、以数和形为对象，研究量和质的最普、以数和形为对象，研究量和质的最普遍规律和结构，是数学的主要任务遍规律和结构，是数学的主要任务 庞加莱是在庞加莱是在1904年发表的一组论文中提出这一猜想的：年发表的一组论文中提出这一猜想的：“单连通的三维闭流形同单连通的三维闭流形同胚于三维球面。胚于三维球面。”它后来被推
15、广为：它后来被推广为：“任何与任何与n维球面同伦的维球面同伦的n维闭流形必定同胚于维闭流形必定同胚于n维球面。维球面。”我们不妨借助二维的例子做一个粗浅的比喻：一个无孔的橡胶膜相当于拓我们不妨借助二维的例子做一个粗浅的比喻：一个无孔的橡胶膜相当于拓扑学中的二维闭曲面，而一个吹涨的气球则可以视为二维球面，二者之间的点存在着扑学中的二维闭曲面，而一个吹涨的气球则可以视为二维球面，二者之间的点存在着一一对应的关系，同时橡胶膜上相邻的点仍是吹涨气球上相邻的点，反之亦然。有趣一一对应的关系，同时橡胶膜上相邻的点仍是吹涨气球上相邻的点，反之亦然。有趣的是，这一猜想的高维推论已于上个世纪的是，这一猜想的高维
16、推论已于上个世纪60年代和年代和80年代分别得到解决，唯独三维的年代分别得到解决，唯独三维的情况仍然像只拦路虎一样趴在那里，向世界上最优秀的拓扑学家发出挑战情况仍然像只拦路虎一样趴在那里，向世界上最优秀的拓扑学家发出挑战 第25页，本讲稿共40页(四)现代数学以结构的观点研究和统一数学的结构论以结构的观点研究和统一数学的结构论亦称结构数学或抽象数学，它作为贯穿亦称结构数学或抽象数学，它作为贯穿20世世纪数学发展的一条红线，不同程度地推动了纪数学发展的一条红线，不同程度地推动了经典数学各分支的研究，成为当代数学的标经典数学各分支的研究，成为当代数学的标志性特征。志性特征。结构论把数学结构区分为代
17、数结构、拓结构论把数学结构区分为代数结构、拓扑结构和序结构三种基本类型。代数结构具扑结构和序结构三种基本类型。代数结构具有代数运算的对象所组成的集合的结构，包有代数运算的对象所组成的集合的结构，包括群、环、域等。括群、环、域等。第26页，本讲稿共40页黎曼假设黎曼假设 在在1858年黎曼在他写的唯一一篇关于数年黎曼在他写的唯一一篇关于数论的文章里把齐打函数的定义域扩大到复数论的文章里把齐打函数的定义域扩大到复数域上，他要研究什么样的复数域上，他要研究什么样的复数s，能使，能使（s）=0，他在文章里给出了下面著名的猜，他在文章里给出了下面著名的猜想：想：“所有的非实数的复数所有的非实数的复数s使
18、得使得（s）=0必定在直线必定在直线re（s）=1/2上上第27页，本讲稿共40页二、二、20世纪发展形成的七大高技术领域世纪发展形成的七大高技术领域(一一)信息技术信息技术 信息技术主要指信息的获取、传递、处信息技术主要指信息的获取、传递、处理等技术。它是高技术的前导，是关键技术，理等技术。它是高技术的前导，是关键技术，是一个国家经济社会发达程度的标志。是一个国家经济社会发达程度的标志。信息技术包括通信技术、自动化技术、信息技术包括通信技术、自动化技术、微电子技术、光电子技术、光导技术、计算微电子技术、光电子技术、光导技术、计算机技术和人工智能技术。机技术和人工智能技术。第28页，本讲稿共4
19、0页二、二、20世纪发展形成的七大高技术领域世纪发展形成的七大高技术领域(二二)生物技术生物技术 应用生物科学和工程学原理来加工生物材应用生物科学和工程学原理来加工生物材料，以提供所需物质的综合性科学技术。生料，以提供所需物质的综合性科学技术。生物技术主要有：基因工程、细胞工程、酶工物技术主要有：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、生物芯片技术程、发酵工程、蛋白质工程、生物芯片技术等。等。第29页，本讲稿共40页二、二、20世纪发展形成的七大高技术领域世纪发展形成的七大高技术领域(三三)新材料技术新材料技术 材料技术是人类文明进步的重要阶梯和标材料技术是人类文明进步的重要阶梯和标
20、志，它与能源技术、信息技术志，它与能源技术、信息技术起被公认为是起被公认为是现代文明的三大基石。所谓新材料是指近二三现代文明的三大基石。所谓新材料是指近二三十年内研制成功和正在研制的具有优异特性和十年内研制成功和正在研制的具有优异特性和功能、能满足高技术及其产业化需求的新型材功能、能满足高技术及其产业化需求的新型材料。目前，被誉为料。目前，被誉为“发明之母发明之母”的新材料技术的新材料技术已经成为世界各国发展高技术不可缺少的组成已经成为世界各国发展高技术不可缺少的组成部分，受到了世界各国的高度重视部分，受到了世界各国的高度重视 第30页，本讲稿共40页二、二、20世纪发展形成的七大高技术领域世
21、纪发展形成的七大高技术领域(四四)新能源技术新能源技术 新能源是在指除常规能源外正在开发的能源，如新能源是在指除常规能源外正在开发的能源，如太阳能、生物能和海洋能等；新能源技术是指涉及新太阳能、生物能和海洋能等；新能源技术是指涉及新能源从开发到应用各个环节所采用的先进技术以及重能源从开发到应用各个环节所采用的先进技术以及重点节能新技术。现在，具有特色的新能源与能源新技点节能新技术。现在，具有特色的新能源与能源新技术有：核能及其新技术；太阳能热利用技术；太阳能术有：核能及其新技术；太阳能热利用技术；太阳能光电转换技术；海洋能发电技术；氢能利用技术；洁光电转换技术；海洋能发电技术；氢能利用技术；洁
22、净煤技术、电储能技术；燃料电池技术；燃煤磁流体净煤技术、电储能技术；燃料电池技术；燃煤磁流体技术等。技术等。第31页，本讲稿共40页二、二、20世纪发展形成的七大高技术领域世纪发展形成的七大高技术领域(五五)空间技术空间技术 空间技术是指探索、开发和利用宇宙空间的技术，又称空间技术是指探索、开发和利用宇宙空间的技术，又称太空技术或航天技术。航空大气，航天太阳系，航宇太空技术或航天技术。航空大气，航天太阳系，航宇飞出太阳系。飞出太阳系。第一宇宙速度：第一宇宙速度：79公里秒地球卫星公里秒地球卫星(克服地球引克服地球引力力)第二宇宙速度：第二宇宙速度：112公里秒太阳系行星公里秒太阳系行星(脱离地
23、球脱离地球引力引力)第三宇宙速度：第三宇宙速度：167公里秒飞出太阳系公里秒飞出太阳系 航天器以第一宇宙速度飞行需航天器以第一宇宙速度飞行需2万万3万年才能离开太万年才能离开太阳系，目前飞出太阳系技术达不到。阳系，目前飞出太阳系技术达不到。第32页，本讲稿共40页二、二、20世纪发展形成的七大高技术领域世纪发展形成的七大高技术领域(六六)海洋技术海洋技术 海洋技术是人类观测、研究、开发海洋海洋技术是人类观测、研究、开发海洋以体现海洋实际价值而采取的技术手段的总以体现海洋实际价值而采取的技术手段的总称。它既具有一般高技术所具有的战略性、称。它既具有一般高技术所具有的战略性、增值性、高投入性和能尽
24、快实现产业化的属增值性、高投入性和能尽快实现产业化的属性，也具有耐高压、耐腐、耐严酷的海洋自性，也具有耐高压、耐腐、耐严酷的海洋自然环境等特性。然环境等特性。海洋开发的主要技术有：海洋环境探测海洋开发的主要技术有：海洋环境探测技术，海洋资源开发技术，海洋工程技术。技术，海洋资源开发技术，海洋工程技术。第33页，本讲稿共40页世界海陆面积比较第34页，本讲稿共40页二、二、20世纪发展形成的七大高技术领域世纪发展形成的七大高技术领域(七七)环境科学技术环境科学技术 环境科学技术是研究人类社会发展活动与环境协同环境科学技术是研究人类社会发展活动与环境协同演化规律之间相互作用的关系，寻求人类社会与环
25、境协演化规律之间相互作用的关系，寻求人类社会与环境协同演化持续发展途经与方法的科学技术。同演化持续发展途经与方法的科学技术。全球环境问题：地球变暖、臭氧层破坏、资源枯竭、酸全球环境问题：地球变暖、臭氧层破坏、资源枯竭、酸雨、生物多样性破坏等。环境科学要求我们的干部提高环境雨、生物多样性破坏等。环境科学要求我们的干部提高环境意识，树立新的价值观念和消费观念，保持人和自然的协调意识，树立新的价值观念和消费观念，保持人和自然的协调发展，实施可持续发展战略。发展，实施可持续发展战略。第35页，本讲稿共40页三、现代科学技术的发展三、现代科学技术的发展对人类社会发展的影响对人类社会发展的影响(一一)推动
26、经济发展推动经济发展 1、科学技术成为推动经济发展的原动力、科学技术成为推动经济发展的原动力 2、科学技术成为商品竞争力的命脉、科学技术成为商品竞争力的命脉 3、科学技术推动知识经济的到来、科学技术推动知识经济的到来第36页，本讲稿共40页(二二)增强政治影响增强政治影响 1、科学技术的发展促进着政治关系、科学技术的发展促进着政治关系 和政治制度的变革和政治制度的变革 2、科学技术的发展影响世界政治格局、科学技术的发展影响世界政治格局3、科学技术的发展扩大政治影响、科学技术的发展扩大政治影响三、现代科学技术的发展三、现代科学技术的发展对人类社会发展的影响对人类社会发展的影响第37页，本讲稿共40页(三三)壮大军事实力壮大军事实力(四四)推动社会全面进步推动社会全面进步 三、现代科学技术的发展三、现代科学技术的发展对人类社会发展的影响对人类社会发展的影响第38页，本讲稿共40页四、我国科技政策的战略选择（一）制定跨世纪科技发展战略，提高创新能力（二）以国家战略需求为导向，促进应用研究与国家目标之间的紧密结合（三）提倡原始创新，促进基础研究功能模式转变第39页，本讲稿共40页四、我国科技政策的战略选择（四）依靠科技创新，寻求新的产业增长点和制高点（五）开发军民两用技术，降低技术开发成本（六）加大基础研究与技术开发的国际科技合作力度第40页，本讲稿共40页