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1、百年现代科技成果简介百年现代科技成果简介主讲：靖远师范主讲：靖远师范 李永东李永东原创：湖南一师原创：湖南一师 张平柯张平柯前言前言 从从20世纪初到现在是科学技术发展世纪初到现在是科学技术发展突飞猛进的时代，在这突飞猛进的时代，在这110年中人类所取年中人类所取得的科技成就和创造的物质财富超过了得的科技成就和创造的物质财富超过了以往任何一个时代。这以往任何一个时代。这110年的科技成就年的科技成就是推动经济和社会持续发展的决定性因是推动经济和社会持续发展的决定性因素，改变了并将继续改变世界的面貌。素，改变了并将继续改变世界的面貌。其中有一些为科技界公认的重大其中有一些为科技界公认的重大 成就
2、，成就，将在人类历史上永远闪耀着夺目的光辉。将在人类历史上永远闪耀着夺目的光辉。一、一、20世纪初科学革命两大成就世纪初科学革命两大成就 在在 19世纪的重大理论成果和世纪的重大理论成果和三大发现（三大发现（X射线、放射性、射线、放射性、电子）的基础上，诞生的相对电子）的基础上，诞生的相对论和量子力论和量子力 学，是现、当代学，是现、当代科学发展的先导和基础。科学发展的先导和基础。1、相对论、相对论 1905年，年，26岁的爱因斯坦创立了岁的爱因斯坦创立了狭义相对论，狭义相对论，1915年，爱因斯坦又年，爱因斯坦又创立了广义相对论。创立了广义相对论。相对论深刻揭示了时间、空间和相对论深刻揭示了
3、时间、空间和物质、运动之间的内在联系。它成物质、运动之间的内在联系。它成为现代物理为现代物理 学的基础理论之一。在学的基础理论之一。在理论上为原子能的应用开辟了道路。理论上为原子能的应用开辟了道路。2、量子力学、量子力学 1900年，普朗克创立了量子论，提出能年，普朗克创立了量子论，提出能量并非无限可分、能量的变化是不连续的量并非无限可分、能量的变化是不连续的新观念。新观念。20年代末量子力学的建立，是继年代末量子力学的建立，是继1905年年1915年相对论建立后对经典物理学的年相对论建立后对经典物理学的又一次革命性突破，它成功又一次革命性突破，它成功 地揭示了微地揭示了微观物质世界的基本规律
4、，加速了原子物理观物质世界的基本规律，加速了原子物理学和固态物理学的发展，为核物理学和粒学和固态物理学的发展，为核物理学和粒子物理学准备了理论基础。因此子物理学准备了理论基础。因此，量子，量子力学可以说是力学可以说是20世纪最多产的科学理论，世纪最多产的科学理论，迄今仍具有强大的生命力。迄今仍具有强大的生命力。20世纪中后期世纪中后期5大科学成就大科学成就 20世纪世纪 30年代以来出现的年代以来出现的5大科学成大科学成就使人类的视野进一步拓展到更为宇观就使人类的视野进一步拓展到更为宇观和微观的领域，使人类的认识能力得到和微观的领域，使人类的认识能力得到了巨大的提高，成为人类文明进步的巨了巨大
5、的提高，成为人类文明进步的巨大推动力。它们是：大推动力。它们是：1、物质的基本结构、物质的基本结构；2、宇宙大爆炸理论、宇宙大爆炸理论；3、DNA分子双螺旋模型分子双螺旋模型4、大地板块构造学说、大地板块构造学说 5、信息论、控制论、系统论、信息论、控制论、系统论1、物质的基本结构、物质的基本结构 直到直到19世纪末，人们都认为物质的共同世纪末，人们都认为物质的共同基元是原子。基元是原子。19 11年，卢瑟福发现原子内年，卢瑟福发现原子内部有一个核；部有一个核；1913年，玻尔指出放射性变年，玻尔指出放射性变化发生在原子核内部，于是核物理学应运化发生在原子核内部，于是核物理学应运而生。而生。1
6、932年，查德威克发现了中子。从此，年，查德威克发现了中子。从此，人们认识到各种原子都是由电子、质子和人们认识到各种原子都是由电子、质子和中子组成的，于是把这三种粒子中子组成的，于是把这三种粒子 和光子称和光子称为基本粒子。为基本粒子。夸克模型夸克模型 基本粒子并不基本粒子并不“基本基本”。1964年，美国科学年，美国科学家盖尔曼提出了关于强子结家盖尔曼提出了关于强子结 构的夸克模型。强构的夸克模型。强子是粒子分类系统的一个概念，质子、中子都子是粒子分类系统的一个概念，质子、中子都 属于强子这一类。属于强子这一类。自然界一共有自然界一共有36种夸克，它们和轻子（如电种夸克，它们和轻子（如电子、
7、子、子、子、子及其相应的中微子）、规范粒子子及其相应的中微子）、规范粒子（如光子、三个中间玻色子、八个传递强相互（如光子、三个中间玻色子、八个传递强相互作用的胶子）一起组成了大千世界。作用的胶子）一起组成了大千世界。基本粒子结构的基本粒子结构的“夸克模型夸克模型”使使40年代年代 末诞末诞生了一门新的独立学科生了一门新的独立学科基本粒子物理学基本粒子物理学（又称高能物理学）至今方兴未艾，成果累累。（又称高能物理学）至今方兴未艾，成果累累。2、现代宇宙学与大爆炸理论（1）牛顿宇宙学及其困难）牛顿宇宙学及其困难宇宙是什么？它从何而来？这是一个永恒的问题。宇宙是什么？它从何而来？这是一个永恒的问题。
8、追溯宇宙起源的这个念头是不可抗拒的。追溯宇宙起源的这个念头是不可抗拒的。自从自从16至至17世纪开始出现现代科学以来，物理学家世纪开始出现现代科学以来，物理学家和天文学家曾一次又一次地回到宇宙起源问题。和天文学家曾一次又一次地回到宇宙起源问题。牛顿提出了无限宇宙的理论牛顿提出了无限宇宙的理论在牛顿的宇宙中，时间、空间都是无限的。在牛顿的宇宙中，时间、空间都是无限的。空间的无限性会带来许多问题。空间的无限性会带来许多问题。例如引力坍缩问题例如引力坍缩问题1820年德国的奥尔伯斯提出的夜黑佯谬问题。年德国的奥尔伯斯提出的夜黑佯谬问题。（2）爱因斯坦的静态有限无界宇宙）爱因斯坦的静态有限无界宇宙19
9、17年爱因斯坦提出的静态有限无年爱因斯坦提出的静态有限无界宇宙有两个特点：界宇宙有两个特点：有限无界：源于广义相对论关于有有限无界：源于广义相对论关于有物质存在时空就必然弯曲。物质存在时空就必然弯曲。静态：源于他当时的一种信念。为静态：源于他当时的一种信念。为此他在他的引力方程中人为地引入此他在他的引力方程中人为地引入一个宇宙常数。一个宇宙常数。动态宇宙理论的提出动态宇宙理论的提出1917年荷兰天文学家德西特从广义相对论年荷兰天文学家德西特从广义相对论出发得出一个膨胀宇宙的模型。出发得出一个膨胀宇宙的模型。1920年英国的天文学家爱丁顿也提出膨胀年英国的天文学家爱丁顿也提出膨胀宇宙的模型。宇宙
10、的模型。1922年苏联的物理学家弗里德曼从理论上年苏联的物理学家弗里德曼从理论上证明了宇宙要么膨胀要么收缩，绝对不可证明了宇宙要么膨胀要么收缩，绝对不可能是静态的。能是静态的。1927年比利时天文学家勒梅特再次独立得年比利时天文学家勒梅特再次独立得出膨胀模型。出膨胀模型。这些理论一开始并没有受到重视。这些理论一开始并没有受到重视。哈勃定律的发现哈勃定律的发现1912年美国天文学家斯莱弗发现了河外年美国天文学家斯莱弗发现了河外星系的红移现象。比如室女座星云的速星系的红移现象。比如室女座星云的速度高达度高达1000千米千米/秒。秒。1929年美国的哈勃发现哈勃定律：星系年美国的哈勃发现哈勃定律：星
11、系的红移量与它们离开地球的距离成正比。的红移量与它们离开地球的距离成正比。哈勃的宇宙图象：哈勃的宇宙图象：哈勃的发现带来的震撼哈勃的发现带来的震撼人们开始对德西特、爱丁顿、弗里人们开始对德西特、爱丁顿、弗里德曼、勒梅特的工作表示出巨大的德曼、勒梅特的工作表示出巨大的兴趣，对人类智慧和认识能力表示兴趣，对人类智慧和认识能力表示惊叹。惊叹。爱因斯坦为之欢呼，同时对自己引爱因斯坦为之欢呼，同时对自己引入宇宙常数的做法表示遗憾。入宇宙常数的做法表示遗憾。年龄困难与稳恒态宇宙模型年龄困难与稳恒态宇宙模型按当时的哈勃定律计算，宇宙年龄应该在按当时的哈勃定律计算，宇宙年龄应该在20亿年左右。亿年左右。用放射
12、线同位素测定地球年龄应该在用放射线同位素测定地球年龄应该在50亿亿年左右。年左右。爱因斯坦的态度变化爱因斯坦的态度变化稳恒态宇宙模型的提出与被否定。天体空稳恒态宇宙模型的提出与被否定。天体空间分布的不均匀否定了稳恒态宇宙模型间分布的不均匀否定了稳恒态宇宙模型（空间上看得越远，时间上就看得越古老）（空间上看得越远，时间上就看得越古老）哈勃常数的订正与年龄问题的解决哈勃常数的订正与年龄问题的解决1948年美国建成年美国建成5米口径的大型天文望远米口径的大型天文望远镜，通过精确的观察进一步证实了哈勃定镜，通过精确的观察进一步证实了哈勃定律，并惊奇地发现，哈勃给出的常数只有律，并惊奇地发现，哈勃给出的
13、常数只有实际的十分之一，按新的哈勃常数重新计实际的十分之一，按新的哈勃常数重新计算宇宙年龄，应该是算宇宙年龄，应该是200亿年。亿年。年龄问题解决以后，支持膨胀理论的科学年龄问题解决以后，支持膨胀理论的科学家坚定了信心，开始了对早其宇宙的密集家坚定了信心，开始了对早其宇宙的密集状态的深入研究。状态的深入研究。大爆炸模型的提出1948年俄裔美籍物理学家伽莫夫通年俄裔美籍物理学家伽莫夫通过严密的理论计算，提出了热大爆过严密的理论计算，提出了热大爆炸的宇宙模型。炸的宇宙模型。这一模型被大多数科学家所接受并这一模型被大多数科学家所接受并被称为标准宇宙模型。被称为标准宇宙模型。大爆炸模型大爆炸模型（1）
14、早期宇宙的状态：无限致密的宇宙没有时）早期宇宙的状态：无限致密的宇宙没有时间、空间、也不能用物理规律来描绘。间、空间、也不能用物理规律来描绘。（2）大爆炸后百分之一秒，温度高达）大爆炸后百分之一秒，温度高达1000亿摄亿摄氏度，只有处于热平衡状态的由电子、正电子、氏度，只有处于热平衡状态的由电子、正电子、光子、中微子、质子、中子光子、中微子、质子、中子（质子和中子只占（质子和中子只占十亿分之一）等基本粒子混合而成的宇宙汤。十亿分之一）等基本粒子混合而成的宇宙汤。（3）一秒钟后温度下降到）一秒钟后温度下降到100亿摄氏度，此时开亿摄氏度，此时开始了正反粒子的湮没，由于宇宙不断膨胀，温始了正反粒子
15、的湮没，由于宇宙不断膨胀，温度迅速下降。度迅速下降。（4）大爆炸后）大爆炸后13.8秒，宇宙温度下降到秒，宇宙温度下降到30亿摄氏亿摄氏度。这时质子和中子已可形成像氘、氦那样稳度。这时质子和中子已可形成像氘、氦那样稳定的原子核。化学元素从这时候开始形成。定的原子核。化学元素从这时候开始形成。（5）35分钟后，宇宙温度进一步下降到分钟后，宇宙温度进一步下降到3亿摄氏亿摄氏度，核形成停止了。氦核和自由质子的质量之度，核形成停止了。氦核和自由质子的质量之比大致保持在比大致保持在0.220.28这一范围内。由于温度这一范围内。由于温度还很高，质子仍不能和电子结合起来形成中性还很高，质子仍不能和电子结合
16、起来形成中性原子。原子。（6）大爆炸发生后）大爆炸发生后30万年万年，中性原子才开始形，中性原子才开始形成，这时的温度已降到成，这时的温度已降到3 000摄氏度，化学结合摄氏度，化学结合作用已足以将绝大部分自由电子束缚在中性原作用已足以将绝大部分自由电子束缚在中性原子中到这一阶段，宇宙的主要成份是气态物子中到这一阶段，宇宙的主要成份是气态物质质。同时光子不再被自由电子散射或与别的物。同时光子不再被自由电子散射或与别的物质发生相互作用，从此宇宙变得透明。质发生相互作用，从此宇宙变得透明。（7）随着温度的进一步降低，宇宙间的气态物质）随着温度的进一步降低，宇宙间的气态物质慢慢地凝聚成密度较高的气体
17、云，又过了几十亿慢慢地凝聚成密度较高的气体云，又过了几十亿年，中性原子在引力作用下逐渐凝聚为原星系，年，中性原子在引力作用下逐渐凝聚为原星系，原星系聚在一起形成等级式结构的星系集团。与原星系聚在一起形成等级式结构的星系集团。与此同时，原星系本身又分裂形成千千万万的恒星。此同时，原星系本身又分裂形成千千万万的恒星。恒星的光和热是靠燃烧自己的核燃料提供的。其恒星的光和热是靠燃烧自己的核燃料提供的。其后果是合成碳、氧、硅、铁这些早期宇宙条件下后果是合成碳、氧、硅、铁这些早期宇宙条件下不能产生的重元素。不能产生的重元素。（8）在恒星生命即将结束时，它将通过爆发形式）在恒星生命即将结束时，它将通过爆发形
18、式抛出富含重元素的气体和尘粒，这些气体尘粒又抛出富含重元素的气体和尘粒，这些气体尘粒又构成新一代恒星的原料。在某些恒星周围，冷的构成新一代恒星的原料。在某些恒星周围，冷的气尘会坍缩成一个旋转的薄盘。这些尘粒通过相气尘会坍缩成一个旋转的薄盘。这些尘粒通过相互吸引、碰撞、粘合，最后形成从小行星到大行互吸引、碰撞、粘合，最后形成从小行星到大行星的形形色色天体。星的形形色色天体。以上过程的结果就是今天我们看到的宇宙。以上过程的结果就是今天我们看到的宇宙。宇宙微波背景辐射对大爆炸模型的支持宇宙微波背景辐射对大爆炸模型的支持1964年彭齐亚斯和威尔逊探测到一种来自太空年彭齐亚斯和威尔逊探测到一种来自太空的
19、微波信号的微波信号。正在研究伽莫夫理论的天体物理学家迪克、皮正在研究伽莫夫理论的天体物理学家迪克、皮伯斯等通过推算发现如果大爆炸理论成立，早伯斯等通过推算发现如果大爆炸理论成立，早期的宇宙应该会留下一个背景辐射。期的宇宙应该会留下一个背景辐射。彭齐亚斯和威尔逊获悉迪克、皮伯斯的研究后彭齐亚斯和威尔逊获悉迪克、皮伯斯的研究后马上与他们联系，认为他们发现的很可能就是马上与他们联系，认为他们发现的很可能就是宇宙背景辐射。宇宙背景辐射。检验方案：如果宇宙微波背景辐射来自宇宙大检验方案：如果宇宙微波背景辐射来自宇宙大爆炸的剩余辐射，那么它应当具有热平衡物体爆炸的剩余辐射，那么它应当具有热平衡物体辐射的特
20、征，也就是说这种辐射的强度随波长辐射的特征，也就是说这种辐射的强度随波长的分布应当符合黑体谱曲线。的分布应当符合黑体谱曲线。迪克、皮伯斯与彭齐亚斯和威尔逊通力合迪克、皮伯斯与彭齐亚斯和威尔逊通力合作，通过进一步探测发现，在作，通过进一步探测发现，在5毫米到毫米到05毫毫米的整个波段上，宇宙背景辐射强度随波长米的整个波段上，宇宙背景辐射强度随波长的分布完全符合由理论推算出来的温度为的分布完全符合由理论推算出来的温度为2.7K（习惯上称为（习惯上称为3K）时的黑体谱曲线。伽）时的黑体谱曲线。伽莫早在莫早在1948年根据大爆炸模型所预言的宇宙年根据大爆炸模型所预言的宇宙背景辐射终于被证实。背景辐射终
21、于被证实。彭齐亚斯和威尔逊撰写了一篇只有彭齐亚斯和威尔逊撰写了一篇只有600字字的论文：在的论文：在4080兆赫处天线附加温度的测兆赫处天线附加温度的测量，宣布了他们的成果。由于宇宙背景辐量，宣布了他们的成果。由于宇宙背景辐射为大爆炸宇宙学理论提供了有力的证据，射为大爆炸宇宙学理论提供了有力的证据，所以微波背景辐射的发现成为所以微波背景辐射的发现成为60年代世界天年代世界天文学的文学的“四大发现四大发现”之一。之一。1978年，彭齐阿年，彭齐阿斯和威尔逊因此而荣获了诺贝尔物理学奖斯和威尔逊因此而荣获了诺贝尔物理学奖。我的情诗说给过去、现在、你和我的故事还记得吗还记得吗150亿年前亿年前我们降生
22、于我们降生于一次空前的爆炸一次空前的爆炸这是个开天辟地的时刻啊这是个开天辟地的时刻啊从此历史翻开了第一页从此历史翻开了第一页无情的自然法则无情的自然法则吞噬着我们的同胞吞噬着我们的同胞他们的生命化成光和热他们的生命化成光和热诠释着诠释着创世的创世的悲怆和辉煌悲怆和辉煌而你我肩负着特殊的使命而你我肩负着特殊的使命被幸运地留下被幸运地留下从此我们以最原始单纯的形式从此我们以最原始单纯的形式走上了时空的舞台走上了时空的舞台书写着亘古的故事书写着亘古的故事演绎着永恒的精彩演绎着永恒的精彩还记得吗还记得吗我们孤独的奔跑了几十万年我们孤独的奔跑了几十万年才开始构筑自己的家才开始构筑自己的家那些幸存的那些幸
23、存的孤独而弱小的电子孤独而弱小的电子与我们一起与我们一起组成了幸福和谐的家庭组成了幸福和谐的家庭然后然后我们又以分子的身份我们又以分子的身份飘忽在稀薄的太空飘忽在稀薄的太空遥遥相望遥遥相望互致祝福互致祝福还记得吗还记得吗在恒星形成的时候在恒星形成的时候你曾问我你曾问我为什么我们不曾相约为什么我们不曾相约却来到同一个太阳却来到同一个太阳100亿年后亿年后太阳分家的时候太阳分家的时候我们相互吸引着我们相互吸引着守着同一个希望守着同一个希望终于幸福地终于幸福地相会在地球上相会在地球上集中了无数的偶然集中了无数的偶然躲过了所有的劫难躲过了所有的劫难我们得天独厚的家园啊我们得天独厚的家园啊这是我们的诺亚
24、方舟这是我们的诺亚方舟有机物形成了有机物形成了蛋白质形成了蛋白质形成了核酸形成了核酸形成了奠定了生命的基础奠定了生命的基础于是于是藻类、苔癣、变形虫藻类、苔癣、变形虫铁杉、银杏、恐龙铁杉、银杏、恐龙先期来到了这个精彩的世界上先期来到了这个精彩的世界上前进前进前进前进为我们为我们尝尽了生命的艰辛尝尽了生命的艰辛开辟了进化的道路开辟了进化的道路然后然后我们的祖先我们的祖先也勇敢地也勇敢地与虎豹与虎豹一起来了一起来了带着我们的基因带着我们的基因带着我们的梦想带着我们的梦想埃及、巴比仑、印度、中国埃及、巴比仑、印度、中国唐、宋、元、明、清唐、宋、元、明、清希腊、罗马、中世纪希腊、罗马、中世纪科学、哲学
25、、宗教、文学、艺术、战争与和平科学、哲学、宗教、文学、艺术、战争与和平为你我为你我创造了共同的财富创造了共同的财富积淀着相同的文明积淀着相同的文明后来后来我坠入生命之河我坠入生命之河先于你先于你坠入生命之河坠入生命之河不同的世界不同的世界从此从此隔开了你我。隔开了你我。在读懂生命以后在读懂生命以后在认识自己以后在认识自己以后我苏醒过来我苏醒过来褪尽了初生的懵懂褪尽了初生的懵懂于是我于是我热爱着热爱着和你一样的热爱和你一样的热爱厌恶着厌恶着和你一样的厌恶和你一样的厌恶幸福着幸福着和你一样的幸福和你一样的幸福痛苦着痛苦着和你一样的痛苦和你一样的痛苦于是我于是我感到了失落感到了失落感到了孤独感到了孤
26、独我的心开始我的心开始呼唤一种共同的声音呼唤一种共同的声音我的睡梦里我的睡梦里慢慢的出现了慢慢的出现了你朦胧的形象你朦胧的形象我多想找到你啊我多想找到你啊我要用穷我要用穷150亿年才成就的亿年才成就的语言和情感语言和情感向你讲述向你讲述150亿年的故事亿年的故事向你倾诉向你倾诉重逢的欢乐重逢的欢乐离别的痛楚离别的痛楚于是我于是我在春天的花从里在春天的花从里在夏天的树荫下在夏天的树荫下在秋天的果实中在秋天的果实中在冬天的火堆旁在冬天的火堆旁找寻着你的感觉找寻着你的感觉呼吸着你的芬芳呼吸着你的芬芳现在我找到了你现在我找到了你在我看到你后在我看到你后在我读过你后在我读过你后在我熟悉过你的熟悉在我熟悉
27、过你的熟悉喜欢过你的喜欢后喜欢过你的喜欢后我感到了思想的振颤我感到了思想的振颤那是生命之音的共鸣啊那是生命之音的共鸣啊我惊喜我惊喜我找到了你我找到了你哈里路亚哈里路亚在生命还没有褪尽光彩的时候在生命还没有褪尽光彩的时候在希望还没有老得直不起腰的时候在希望还没有老得直不起腰的时候在我还能牙不漏风地讲故事的时候在我还能牙不漏风地讲故事的时候我找到了你我找到了你3、DNA分子双螺旋模型分子双螺旋模型 1953年年4月月25日，英国自然杂志刊登日，英国自然杂志刊登了了25岁的沃森和岁的沃森和37岁的克里克合作研究的岁的克里克合作研究的成果成果DNA 双螺旋结构的分子模双螺旋结构的分子模型，这一成就后来
28、被誉为型，这一成就后来被誉为20世纪生物学方世纪生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的标志。诞生的标志。1962年，沃森、克里克和维尔金斯三人年，沃森、克里克和维尔金斯三人共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。4、大地板块构造学说、大地板块构造学说 1912年，魏格纳提出大陆漂移说，认为在地质年，魏格纳提出大陆漂移说，认为在地质历史上的古生代，全球只有一块巨大陆地，周历史上的古生代，全球只有一块巨大陆地，周围是一片大洋；中生代以来，这块古陆开始分围是一片大洋；中生代以来，这块古陆开始分裂、漂移，逐渐成为现在的几个大陆和无
29、数岛裂、漂移，逐渐成为现在的几个大陆和无数岛屿，原来的大洋则分割成几个大洋和若干小海。屿，原来的大洋则分割成几个大洋和若干小海。大陆漂移说经半个多世纪的发展，由地幔对流大陆漂移说经半个多世纪的发展，由地幔对流说（说（1928年）、海底扩张说（年）、海底扩张说（1961年）等阶段，年）等阶段，到到1968年勒比雄等提出了全球大地板块构造学年勒比雄等提出了全球大地板块构造学说，建造了全球被分为欧亚、美洲、非洲、太说，建造了全球被分为欧亚、美洲、非洲、太平洋、澳洲、南极六大板块和若干小板块的结平洋、澳洲、南极六大板块和若干小板块的结构模型，得到了越来越多的科学验证，特别是构模型，得到了越来越多的科学
30、验证，特别是海洋地质学的有力支持。海洋地质学的有力支持。5、信息论、控制论、系统论、信息论、控制论、系统论 1948年，申农通讯的数学理论、维纳控年，申农通讯的数学理论、维纳控制论：关于动物和机器中控制和通信的科学、制论：关于动物和机器中控制和通信的科学、贝塔朗菲生命贝塔朗菲生命 问题的出版，标志着交叉科问题的出版，标志着交叉科学信息论、控制论、一般系统论的诞生；学信息论、控制论、一般系统论的诞生；1957年，古德等系统工程学的出版为系统工程年，古德等系统工程学的出版为系统工程 论奠定了基础。论奠定了基础。60年代以来，又出现了新的交年代以来，又出现了新的交叉科学叉科学突变论、协同论和耗散结构
31、理论。突变论、协同论和耗散结构理论。交叉科学不仅沟通了为数众多的自然科学交叉科学不仅沟通了为数众多的自然科学学科，而且在方法论上也沟通了自然科学与社学科，而且在方法论上也沟通了自然科学与社会科学。它向人们提供了定量会科学。它向人们提供了定量、精确和最优的、精确和最优的认识世界的方法，对人类社会产生了深刻的影认识世界的方法，对人类社会产生了深刻的影响响。6大尖端技术成果大尖端技术成果 在科学的先导和生产的促进下，在科学的先导和生产的促进下，20世纪发展起来六大尖端技术：世纪发展起来六大尖端技术：核技术、航天技术、信息技术、核技术、航天技术、信息技术、激光技术、生物技激光技术、生物技 术和纳米技术
32、。术和纳米技术。同时在能源、自动化、海洋和环同时在能源、自动化、海洋和环境等高新技术方面也有了长足进境等高新技术方面也有了长足进步。步。1、核能与核技术、核能与核技术v 原子核的裂变和聚变反应将产生和释放出远大于机原子核的裂变和聚变反应将产生和释放出远大于机械能、化学能等产生的能量。核能的和平利用，为械能、化学能等产生的能量。核能的和平利用，为人类提供了一人类提供了一 个既安全又清洁、取之不尽而用之不个既安全又清洁、取之不尽而用之不竭的能源宝库。竭的能源宝库。v1942年，美国建成了世界上第一座原子反应堆。年，美国建成了世界上第一座原子反应堆。v1945年第一颗原子弹爆炸成功。年第一颗原子弹爆
33、炸成功。v1952年第一颗轻核聚变的氢弹爆炸成功。年第一颗轻核聚变的氢弹爆炸成功。v1954年，苏联建成世界上第一座原子能发电站。年，苏联建成世界上第一座原子能发电站。60年代以后，核电站进入实用阶段，发展至今已成为年代以后，核电站进入实用阶段，发展至今已成为一种重要一种重要 能源，约占全球发电总量的能源，约占全球发电总量的15以上。以上。40年代放射性同位素开始大量生产。年代放射性同位素开始大量生产。1947年比利发明了年比利发明了C14测定年代的方法，测定年代的方法，1951年开始使用年开始使用Co60等放射性元素治疗癌等放射性元素治疗癌症，症，70年代以来计算机年代以来计算机x射线断层扫
34、描技术射线断层扫描技术（CT）广泛应用于临床，）广泛应用于临床，80年代初发展到年代初发展到核磁共振扫描技术（核磁共振扫描技术（MRI）。）。核技术还广泛应用于农业、医疗、材料、核技术还广泛应用于农业、医疗、材料、考古和环保等领域。考古和环保等领域。2、航天和空间技术、航天和空间技术 19031914年，齐奥尔科夫斯基提出以火箭为年，齐奥尔科夫斯基提出以火箭为动力的航行理论，奠定了航天学的基础。动力的航行理论，奠定了航天学的基础。1926年，年，戈达戈达 德成功发射了世界上第一枚液体燃料的火德成功发射了世界上第一枚液体燃料的火箭。箭。1957年，苏联用洲际导弹的火箭装置发射了世年，苏联用洲际导
35、弹的火箭装置发射了世界上第一颗人造地球卫星，界上第一颗人造地球卫星，“空间时代空间时代”从此开从此开始。始。1969年，年，美国美国“阿波罗阿波罗”11号飞船登月，号飞船登月，人类在月球上留下了第一个脚印。人类在月球上留下了第一个脚印。1971年，苏联年，苏联建造空间站，人类首次在太空中有了活建造空间站，人类首次在太空中有了活 动基地。动基地。1981年，美国发射航天飞机成功，从此人类可以年，美国发射航天飞机成功，从此人类可以自由进出太空。自由进出太空。自自50年代后期起，人类开始对月球和太阳系各年代后期起，人类开始对月球和太阳系各大行星，以及遥远的行星际空间进行探测，至今大行星，以及遥远的行
36、星际空间进行探测，至今已发射了已发射了100多颗多颗 空间探测器。空间探测器。登月考察的过程介绍登月考察的过程介绍 阿波罗登月计划阿波罗登月计划阿波罗登月计划阿波罗登月计划“阿波罗阿波罗”是古代是古代希腊神话中的希腊神话中的“太阳神太阳神”的名字。的名字。“太阳神太阳神”掌管诗歌音乐和医学，掌管诗歌音乐和医学，他和月亮女神阿尔特米斯是双胞胎，他和月亮女神阿尔特米斯是双胞胎，所以美国政府取所以美国政府取“阿波罗阿波罗”作为登作为登月计划的名字。月计划的名字。1960年年7月月29日，美日，美国宇航局提出了在六十年代登上月国宇航局提出了在六十年代登上月球的球的“阿波罗阿波罗”10年计划。年计划。1
37、961年年5月月25日肯尼迪总统正式批准日肯尼迪总统正式批准了这项计划。于是工作就紧张的开了这项计划。于是工作就紧张的开始了。参加这项计划的主要公司前始了。参加这项计划的主要公司前后达后达2万家，参加的大学有万家，参加的大学有120所左所左右，参加这项工作的人员最多的一右，参加这项工作的人员最多的一年（年（1966年）达年）达42万人；万人；1965年参年参加这项工作的宇宙工业和电子工业加这项工作的宇宙工业和电子工业的科学家和工程师达的科学家和工程师达4.3万人。万人。“阿阿波罗波罗”计划共耗资计划共耗资250亿美元，其中亿美元，其中支出最多的支出最多的1966年达年达59.3亿美元。亿美元。
38、“阿波罗阿波罗”的主要部分是建造巨型的主要部分是建造巨型火箭，名叫火箭，名叫“土星土星5号号”。登月部分。登月部分的飞船（阿波罗飞船）安装在这个的飞船（阿波罗飞船）安装在这个火箭的顶部。整个火箭高火箭的顶部。整个火箭高110米，相米，相当于当于36层楼那么高。火箭直径层楼那么高。火箭直径10米。米。土星土星5号火箭在起飞时的重量大约为号火箭在起飞时的重量大约为2893吨。火箭为三级串联式。吨。火箭为三级串联式。土星土星5号的第一级是负重最大的，它要有号的第一级是负重最大的，它要有足够力量把整座火箭从发射台推举起并足够力量把整座火箭从发射台推举起并投到高空，所以它比其它任何一级火箭投到高空，所以
39、它比其它任何一级火箭都大，它的高度约都大，它的高度约10米，采用液体氧和米，采用液体氧和煤油混合的燃料，它的底部有煤油混合的燃料，它的底部有5部发动机，部发动机，在两分半钟内要把全部燃料都烧光（这在两分半钟内要把全部燃料都烧光（这些燃料可供些燃料可供300万辆汽车跑两分半钟），万辆汽车跑两分半钟），每部发动机发出约每部发动机发出约693吨的推力，五部共吨的推力，五部共发出发出3464吨的推力，第一级开始后，就吨的推力，第一级开始后，就把把“土星土星-阿波罗阿波罗”送到送到61公里的高空，公里的高空，并使其速度达到每秒并使其速度达到每秒2.73公里，然后第一公里，然后第一级火箭脱落下来。级火箭脱
40、落下来。第二级火箭接着点火燃烧，它采用的燃料第二级火箭接着点火燃烧，它采用的燃料是液体氢，用液体氧助燃。这一节的底部是液体氢，用液体氧助燃。这一节的底部也有五部发动机，每部可发出也有五部发动机，每部可发出108吨的推吨的推力。当燃料燃烧完后，可把力。当燃料燃烧完后，可把“土星土星-阿波阿波罗罗”送到送到185公里的高空，并使它具有每公里的高空，并使它具有每秒秒6.84公里的速度，这时它的燃料烧完也公里的速度，这时它的燃料烧完也自动脱落。第三级火箭在第二节脱落的同自动脱落。第三级火箭在第二节脱落的同时点燃，它仍然用液体氢作燃料，液体氧时点燃，它仍然用液体氢作燃料，液体氧助燃。这节只有一部发动机，
41、发动助燃。这节只有一部发动机，发动2分多分多钟后，将飞船加速到每秒钟后，将飞船加速到每秒7.78公里，并把公里，并把飞船推入轨道。在飞往月球的航程中，发飞船推入轨道。在飞往月球的航程中，发动机又发动了约动机又发动了约5分钟，使飞船达到每秒分钟，使飞船达到每秒约约10.82公里的速度，将宇航员从低轨道公里的速度，将宇航员从低轨道送到前往月球的路上。送到前往月球的路上。阿波罗阿波罗13号历险计号历险计阿波罗计划阿波罗计划6次登月成功，他们是阿波次登月成功，他们是阿波罗罗11、12、14、15、16、17。但阿波罗。但阿波罗13号却书写了一部震惊世界的历险计。号却书写了一部震惊世界的历险计。宇航员洛
42、弗尔、海斯、斯威加特起飞后宇航员洛弗尔、海斯、斯威加特起飞后56小时，服务舱氧气箱爆炸，只能终止小时，服务舱氧气箱爆炸，只能终止登月，被迫依靠登月舱的动力、水、空登月，被迫依靠登月舱的动力、水、空气绕过月球后返回地球。飞行时间气绕过月球后返回地球。飞行时间142小时小时54分。分。美国的“徘徊者”3-5号月球探测器“勘测者”月球探测器。美国发射的月球轨道器“阿波罗”11号的登月舱。“阿波罗”11号宇航员阿尔德林迈出登月舱。“阿波罗”11号宇航员阿尔德林在月球表面。“阿波罗”15号的月球车。环绕月球飞行的“月球勘探者”探测器。美国的“水手”1号，1962年7月发射，目的地是金星。“水手”2号金星
43、探测器，1962年8月发射。1967年发射的金星探测器“水手”5号。1973年发射的“水手”10号探测器。1989年发射的“麦哲伦”号金星探测器。“火星观察者”探测器。火星“探路者”携带的六轮小车机器人“火星全球探勘者”探测器。“火星极地着陆者”探测器。“火星气候观测者”探测器。环绕火星飞行的“2001火星奥德赛”探测器。欧洲空间局计划发射的“火星快车”的轨道器。“火星快车”的着陆器。美国的“先驱者”探测器先驱者号探测器是美国发射的行星和行星际探测器系列之一，1958年10月到1978年8月发射，共13个。用来探测地球与月球之间的空间，金星、木星、土星等行星及其行星际空间。“先驱者10号”太空
44、探测器于1972年发射,是人类向太阳系以外送去的第一个人造物体 2003年与地面失去联系。美国“旅行者”号探测器1977年8月20日和9月5日，美国先后发射了旅行者2号和1号探测器，这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行。担负探测太阳系外围行星的任务。在航天飞机中组装的“伽利略”号木星探测器“伽利略”号释放的探测器进入木星大气。“伽利略”号环绕木星飞行“卡西尼”号土星探测飞船。“卡西尼”号与土卫上的冰悬崖。“卡西尼”号与一个有冰火山的土卫。“卡西尼”号释放的惠更斯探测器进入土卫六大气。“惠更斯”依靠降落伞降落在土卫六。对小行星进行考察的“深空1号”。着陆在彗星表面的“深空4”号。“星尘”号探测
45、器。国际空间站建成后的外观。等待发射的“发现”号航天飞机飞行中的“神舟”1号飞船。中国自主研制并发射的首个月球探测器“嫦娥一号”日本隼【sn】鸟号小行星探测器漫游7年顺利返回地球 3、信息技术 信息技术是信息技术是20世纪发展最快的技术领域。它对世纪发展最快的技术领域。它对人类社会、经济、政治、文化等产生了全方位人类社会、经济、政治、文化等产生了全方位的巨大而深远的影响的巨大而深远的影响。1906年，三极电子管的发明使远程无线电通信年，三极电子管的发明使远程无线电通信成为可能。成为可能。1947年，第一只晶体管的诞生为电年，第一只晶体管的诞生为电子电路集成化和子电路集成化和 数字化提供了重要的
46、基础。数字化提供了重要的基础。1945年电子计算机问世。已经经历了年电子计算机问世。已经经历了4代：代：第一代（电子管，第一代（电子管，40年代中至年代中至50年代末）年代末）第二代（晶体管，第二代（晶体管，50年代末至年代末至60年代中）年代中）第三代（集成电路，第三代（集成电路，60年代中至年代中至70年代初）年代初）第四代（大规模和超大规模集成电路，第四代（大规模和超大规模集成电路，70年代年代初开始）等发展阶段。初开始）等发展阶段。80年代开始对新一代的智能计算机、光学年代开始对新一代的智能计算机、光学计算机和量子计算机的探索已取得初步成计算机和量子计算机的探索已取得初步成果。果。随着
47、大规模集成电路的出现，计算机向随着大规模集成电路的出现，计算机向巨型化和微型化两极发展。如今，巨型机巨型化和微型化两极发展。如今，巨型机的运算速度已达平均每秒一千万亿次以上，的运算速度已达平均每秒一千万亿次以上，而计算机互联网络则在几亿网民的学习、而计算机互联网络则在几亿网民的学习、研究、交流、贸易甚至娱乐等方面创造了研究、交流、贸易甚至娱乐等方面创造了崭新的工作和生活方式崭新的工作和生活方式。4、激光技术、激光技术 1917年，爱因斯坦在研究光辐射的过程年，爱因斯坦在研究光辐射的过程中，提出了中，提出了“受激辐射受激辐射”的概念，奠定的概念，奠定了激光的理论基础。了激光的理论基础。1958年
48、，贝尔实验年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。典论文，奠定了激光发展的基础。1960年美国人梅曼制成了世界上第一台年美国人梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器。红宝石激光器。1963年半导体激光器年半导体激光器1964年气体激光器年气体激光器 1965年，第一台可产生大功率激光的器年，第一台可产生大功率激光的器件件二氧化碳激光器诞生二氧化碳激光器诞生 1967年，第一台射线激光器研制成功。年，第一台射线激光器研制成功。1977年，自由电子激光器问世。年，自由电子激光器问世。1997年，美国麻省理工学院的研究人员年，美国麻省
49、理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器。研制出第一台原子激光器。5、生物技术、生物技术 基因重组技术（又称基因工程）是基因重组技术（又称基因工程）是20世纪下半世纪下半叶蓬勃兴起和发展的现代生物技术的最前沿领叶蓬勃兴起和发展的现代生物技术的最前沿领域。域。60年代末至年代末至70年代初，阿尔伯和史密斯发现细年代初，阿尔伯和史密斯发现细胞中有两种胞中有两种“工具酶工具酶”，能对，能对DNA进行进行“剪切剪切”和和“连接连接”。内森斯则使用工具酶首次实现了内森斯则使用工具酶首次实现了DNA切割和组切割和组合。合。DNA的重组能创造性地利用生物资源，实现人的重组能创造性地利用生物资源，实现人类改造
50、生物的遗传特征、产生人类所需要的生类改造生物的遗传特征、产生人类所需要的生物类型的意愿。物类型的意愿。80年代以来，已获得上百种转基因动植物，对年代以来，已获得上百种转基因动植物，对农业发展具有重要意义。转基因药物的研制和农业发展具有重要意义。转基因药物的研制和生产则将为人类的健康带来新的福音。生产则将为人类的健康带来新的福音。除基因工程外，生物技术（即生物工程）除基因工程外，生物技术（即生物工程）还包括细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白还包括细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等领域。质工程等领域。1978年首例试管婴儿路易斯诞生。年首例试管婴儿路易斯诞生。1996年克年克隆羊多莉的出现都是