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1、现代科学与新的自然观第1页，本讲稿共36页温故温故第第3 3章章 科学的发展及其对自然观的影响科学的发展及其对自然观的影响近代科学的形成和发展与机械论自然观近代科学的形成和发展与机械论自然观1919世纪科学发展与辩证唯物主义自然观的形成世纪科学发展与辩证唯物主义自然观的形成第2页，本讲稿共36页20世纪科学革命n19世纪20世纪之交的物理学革命X射线、放射性和电子的发现量子论和相对论的提出第3页，本讲稿共36页物理学新发现n1895年，伦琴（1845-1923）研究阴极射线时意外发现X射线；获得1901年诺贝尔物理学奖，是第一个获奖人。n1896年，贝克勒耳（1852-1908）意外发现放射线
2、；n1897年，汤姆逊证实了电子的存在；提出原子结构理论n居里夫妇发现放射线元素（钍、钋和镭）；证实元素的嬗变；促使元素嬗变理论建立（卢瑟福，1902年）第4页，本讲稿共36页列宁的唯物主义和经验批判主义n动摇了几千年原子和元素观念认为原子不可分、是物质组成最小单元；认为元素不变。n批判了当时认为物质消失的观点；n物质观：认为物质不灭；提出著名的物质的哲学定义。n运动观：重申，没有运动的物质和没有物质的运动都是不可想象的。n时空观：时空是客观存在的，人们对时空结构的认识是发展的、可变化的。第5页，本讲稿共36页两朵乌云中的两道闪电n以太漂移实验的零结果相对论n黑体辐射的紫外灾难量子论第6页，本
3、讲稿共36页爱因斯坦与相对论n爱因斯坦（1879-1955）针对经典物理学与新的实验结果之间的矛盾，1905年发表了“论动体的电动力学”这篇划时代的论文，提出了相对论原理和光速不变原理，狭义相对论从此诞生了。n狭义相对论提出了一些重要的结论，如时缓效应、尺缩效应、质量速度关系式、质能关系式（即E=mC2）。第7页，本讲稿共36页广义相对论n“双生子佯谬”引发的思考；1916年爱因斯坦完成了广义相对论。n广义相对论能解释长期困扰科学家的一种天文现象水星运动不规则；广义相对论还预言空间和时间会发生弯曲。1919年英国天文学家在考察日全食时，证实了爱因斯坦关于光线经过太阳表面时会发生弯曲的预言。n相
4、对论的建立，从根本上突破了牛顿绝对时空观，把时间、空间和物质的运动联系起来了，引起了人类时空观的革命和整个物理学的革命。是人类思想史上最伟大的成就之一。第8页，本讲稿共36页量子论n德国科学家普朗克针对黑体辐射现象中理论与实验的矛盾，1900年提出了量子概念，指出能量并不是连续发射的，而是一份一份跳跃性地发射的，这最小的能量单位就是量子。第9页，本讲稿共36页量子论的发展n1905年，爱因斯坦首先将量子论的思想应用到光电效应的研究，这项成果使他荣获了诺贝尔物理学奖。n海森堡测不准原理n玻尔的量子论原子模型；德布洛意提出物质波假说1923年；薛定谔提出波动力学，薛定谔方程1925-26年第10页
5、，本讲稿共36页量子论的意义n量子力学是继相对论之后对经典物理学的又一次严重的冲击。它使人们从根本上改变了只承认连续性和机械决定论的经典观点，揭示了连续和间断、主观和客观相互统一的崭新的自然观。n哲学上的争论：世界是决定论的（爱因斯坦），世界是非决定论（玻尔）。第11页，本讲稿共36页20世纪其他领域的革命n生物学革命n宇宙学 重大观测发现和大爆炸理论n板块构造理论n系统理论的建立n生态学和环境科学第12页，本讲稿共36页DNA第13页，本讲稿共36页2 现代技术革命n现代技术革命，又称新技术革命，是指二战之后兴起的以信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开发技术为主要内容
6、的技术革命。如果说，第一、第二次技术革命的主攻方向是动力，是人类对潜在的“力”的发掘，是“力的革命”，那么，现代技术革命的主攻方向则是信息，是对潜在信息资源的发掘，是“信息革命”。第14页，本讲稿共36页原子能时代n19451955年，第一个十年，是以原子能的释放与利用为标志，人类开始了利用核能的新时代。爱因斯坦著名的公式E=MC2奠定了核技术的理论基础。1938年德国科学家发现铀受到中子的轰击，会发生核裂变，释放巨大的能力。1942年第一座可控核链式反应装置在美国建成。1945年美国研制原子弹成功，1954年又研制出氢弹，人类掌握了释放核能的技术。我国在60年代也掌握了核技术。1954年前苏
7、联建成世界上第一座5000KW的核电站，开始了人类和平利用的进程。迄今为止，世界上已有500座核电站在运行，核电占世界发电总量的20以上，法国等国的核电已占全国发电总量的70。1979年美国三里岛和1986年前苏联切尔诺贝利的核事故，警示人类必须重视核电站的安全控制问题。第15页，本讲稿共36页空间时代n19551965年，第二个十年，是以人造地球卫星的发射成功为标志，人类摆脱了地球引力，向外层空间进军。第二次世界大战后，美苏展开了激烈的太空争夺战。前苏联领先一步，1957年10月4日，用运载火箭成功地将第一颗人造卫星送入轨道。1961年4月，前苏联发射载人飞船成功。美国不甘落后，1969年7
8、月20日，美国两名宇航员成功地登上了月球。我国于1970年4月24日将我国自行研制的第一个人造地球卫星东方红一号发射成功。1971年4月19日，前苏联将“礼炮一号”空间站送上太空轨道。1981年4月12日，美国首次发射多次往返地球的“哥伦比亚号”航天飞机。1986年2月20日，前苏联的“和平号”空间站升空。1990年，哈勃天文望远镜进入预定的轨道。1997年7月4日，美国太空总署的遥控探测车在火星表面登陆成功。第16页，本讲稿共36页生命科技时代n19651975年，第三个十年，是以1973年重组DNA实验的成功为标志，人类进入了可以控制遗传和生命过程的新阶段。1953年DNA的双螺旋结构被发
9、现。此后科学家经过近20年的艰苦努力，于1973年发明了分子生物学的人工组装技术，现代生物工程由此诞生。现代生物工程包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。1997年问世的“克隆羊”、1998年问世的转基因牛、羊等、人类基因组，是近来生物技术的最惊人的成就。第17页，本讲稿共36页计算机时代n19751985年，第四个十年，是以微处理机大量生产和广泛使用为标志，揭开了人类脑力的新篇章。1946年第一台电子计算机ENIAC投入运行。它是个笨大的家伙，重176吨，占地380平方米，用了18 000个电子管。50年代，随着半导体出现，第二代计算机问世。60年代，集成电路的诞生使第三代计算机出现。7
10、0年代以来，出现大规模集成电路，此后，电子元件的集成度直线上升，平均每3年翻一番，计算机出现了微型化趋势，体积变小，功能翻番。90年代出现便携式计算机。计算机不断提速：90年代初，出现了每秒10亿次的计算机；1994年提高到1000亿次，1997年达到了3000亿次。第18页，本讲稿共36页信息时代n19851995年，第五个十年，是以软件开发和大规模产业化为标志，人类进入了信息革命的新纪元。第19页，本讲稿共36页网络时代n1995年至今，第六个十年，是以因特网的应用为标志，人类进入了网络时代。第20页，本讲稿共36页科学技术发展的特点和趋势1 从数量上看，科学技术知识呈现出加速增长的从数量
11、上看，科学技术知识呈现出加速增长的趋势趋势2 从性质上，科学向大科学和高技术的转型从性质上，科学向大科学和高技术的转型 3 从地域上看，世界科技的中心在不断的转移从地域上看，世界科技的中心在不断的转移 4 从科学技术与生产的关系上看，科学、技术、从科学技术与生产的关系上看，科学、技术、生产一体化生产一体化 第21页，本讲稿共36页展望21世纪科学技术1 21世纪仍将是信息革命的时代，信息科技仍将是最活跃、发展最迅速、影响最广泛和深刻的科技领域。2 21世纪将是生命科技的世纪。3 21世纪将是新材料和先进制造技术迅速发展和广泛应用的时代。4 21世纪将是发展和利用高效、洁净和安全新能源的时代。5
12、 21世纪还将是继续向空间、海洋、地球深部不断拓展的世纪。6 21世纪将式人、自然、社会协调发展的世纪。第22页，本讲稿共36页万物一体的系统自然观万物一体的系统自然观n系统科学系统科学n系统是由要素及其相互关系组成的一个整体。系统是由要素及其相互关系组成的一个整体。1 1）系统是由要素组成的；）系统是由要素组成的；2 2）系统的各要素之间存在着特定的关系；）系统的各要素之间存在着特定的关系；3 3）系统的结构使它成为一个有特定功能的整体；）系统的结构使它成为一个有特定功能的整体；4 4）功能是在系统与外部环境的相互作用中表现出来的。）功能是在系统与外部环境的相互作用中表现出来的。n系统的分类
13、：系统的分类：（1 1）从系统与环境的关系看：）从系统与环境的关系看：孤立系统、封闭系统、开放系统孤立系统、封闭系统、开放系统 （2 2）从人对自然的认识程度来看：）从人对自然的认识程度来看：黑（箱）系统、白（箱）系统、灰（箱）系统。黑（箱）系统、白（箱）系统、灰（箱）系统。第23页，本讲稿共36页自然界层次性自然界层次性n在非生命系统在非生命系统 最低层次是夸克，到基本粒子，到原子核；原最低层次是夸克，到基本粒子，到原子核；原子；分子。宏观层次，宇观层次。子；分子。宏观层次，宇观层次。n在生命系统在生命系统 分子，生物大分子，细胞，器官，个体，种群，分子，生物大分子，细胞，器官，个体，种群，
14、生态系统，生物圈。生态系统，生物圈。第24页，本讲稿共36页万物一体的系统自然观n万物普遍联系n自然界以系统的方式而存在n自然界的系统表现出层次性第25页，本讲稿共36页生生不息的自组织自然观生生不息的自组织自然观n宇宙的起源和演化宇宙的起源和演化n元素的起源和演化元素的起源和演化n生命的起源和生物的进化生命的起源和生物的进化第26页，本讲稿共36页大爆炸理论大爆炸理论n原始火球大爆炸原始火球大爆炸n基基本本粒粒子子形形成成阶阶段段 10106 6秒秒钟钟后后，强强子子时时代代，轻轻子时代（宇宙汤）子时代（宇宙汤）n核核合合成成阶阶段段 3 3分分钟钟之之后后发发生生，中中子子与与质质子子形形
15、成成原子核原子核n实实物物阶阶段段 1 1万万年年后后，原原子、分子、星云子、分子、星云第27页，本讲稿共36页宇宙演化链宇宙演化链 n 宇宙时宇宙时 物质形态物质形态n 0 0秒秒 原始火球大爆炸原始火球大爆炸n 10 10-6-6秒秒 质子与反质子湮灭质子与反质子湮灭n 0.010.01秒秒 宇宙汤宇宙汤n 1 1秒秒 电子与反电子湮灭电子与反电子湮灭n 3 3分钟分钟 氦合成氦合成n 2x102x10 9 9年年 星系合成星系合成n 15.2x10 15.2x10 9 9年年 原始星际云形成原始星际云形成n 15.4x10 15.4x10 9 9年年 行星地球形成行星地球形成n 16.1
16、 x10 16.1 x10 9 9 最古老的岩石形成最古老的岩石形成n 19 x10 19 x10 9 9 生命起源生命起源n 19.55 x10 19.55 x10 9 9 初期的鱼类初期的鱼类n 19.6x10 19.6x10 9 9 初期的陆生植物初期的陆生植物n 19.95 x10 19.95 x10 9 9 哺乳动物哺乳动物n 20 x10 20 x10 9 9 年年 人类起源人类起源第28页，本讲稿共36页支持大爆炸理论支持大爆炸理论n宇宇宙宙大大爆爆炸炸理理论论真真是是一一部部“天天书书”。但但是是,它它有科学事实的有力支持。有科学事实的有力支持。n哈伯红移哈伯红移n3K3K背景
17、辐射背景辐射 n氦的丰度氦的丰度 n宇宙的年龄宇宙的年龄 第29页，本讲稿共36页宇宙演化的几个阶段第30页，本讲稿共36页恒星的起源和演化：现代星云说恒星的起源和演化：现代星云说 n引力收缩引力收缩n主序星主序星n红巨星红巨星n高密恒星高密恒星第31页，本讲稿共36页元素的起源元素的起源 B B2 2FHFH理论理论元素在恒星的摇篮中诞生元素在恒星的摇篮中诞生n 氢燃烧：聚变为氦氢燃烧：聚变为氦n 氦燃烧：聚变为碳、氧氦燃烧：聚变为碳、氧n 碳燃烧：聚变为钠、镁、氖碳燃烧：聚变为钠、镁、氖n 氧燃烧：聚变为硅、磷、硫氧燃烧：聚变为硅、磷、硫n 铁分解：裂变为氦，大量吸热铁分解：裂变为氦，大量
18、吸热n 重元素的形成：铀、钍等重元素的形成：铀、钍等第32页，本讲稿共36页生命的起源和演化生命的起源和演化 恩恩格格斯斯曾曾预预言言,生生命命的的起起源源必必定定是是通通过过化化学学的的途途径径。此此预预言言得得到到科学家大量模拟实验的证实。科学家大量模拟实验的证实。n从无机物到有机小分子从无机物到有机小分子(氨基酸氨基酸)n从有机小分子到生物大分子从有机小分子到生物大分子(蛋白质蛋白质 核酸核酸)n从生物大分子到原始生命从生物大分子到原始生命 n原原始始生生命命出出现现以以后后,经经历历了了从从非非细细胞胞到到细细胞胞 从从单单细细胞胞到到多多细细胞胞 从低等生物到高等生物的过程。从低等生
19、物到高等生物的过程。第33页，本讲稿共36页自组织n耗散结构理论n“自组织”：系统在与外界不断交换物质、能量和信息的基础上，能够自发地从无序走向有序的过程和趋势。n生命世界、无机界、社会中均存在自组织机制。n自组织演化观：自然界是演化的，演化是一个自组织过程。第34页，本讲稿共36页阅读阅读n教材：教材：“第二章第二章 现代科学技术与自然观的新发展现代科学技术与自然观的新发展”第35页，本讲稿共36页思考题思考题n根据现代科学，论证根据现代科学，论证“自然界不是存在着，而自然界不是存在着，而是生成着并消逝着。是生成着并消逝着。”n阐述现代自然观的基本内容。阐述现代自然观的基本内容。第36页，本讲稿共36页