28现代科技革命

2020年2月7日星期五1第七章现代科技革命一.科学革命和技术革命（一）关于科学革命、技术革命与产业革命的界定1.什么是革命革命是一种正在成长中的新传统取代一种旧传统的活动或过程。传统指的是思想、观念、制度、体制、规范、标准、方式、方法的集合。2020年2月7日星期五22.什么是科学革命科学革命指的是正在成长的新科学传统（科学的基本思想与观念、科学的社会建制、科学活动的方式及方法、科学的规范及标准）取代旧科学传统的活动或过程。这种传统的变换，意味着人类认识的飞跃。2020年2月7日星期五33.什么是技术革命技术革命指的是正在成长的新技术传统（技术的理论基础、技术结构、技术活动的方式及方法、技术的规范及标准、技术应用的形式及规模等）取代旧技术传统的活动或过程。这种技术传统的变换，意味着人类实践手段或方式的飞跃。2020年2月7日星期五44.什么是产业革命产业革命指的是一种正在形成的新产业传统（产业的技术基础、产业的结构、产业的运行方式、产业的规模等）取代旧产业传统的活动或过程。这种产业传统的变换，意味着人类社会生产方式及经济结构的飞跃。2020年2月7日星期五5（二）历史上的科技革命1.近代自然科学革命（1）摆脱神学统治，为真理而斗争除哥白尼外，在摆脱神学统治，使自然科学走上独立发展道路上作出杰出贡献的还有许多科学家。2020年2月7日星期五6意大利天文学家布鲁诺近代实验科学之父伽利略比利时医学家维萨留斯西班牙青年医生塞尔维特英国生理学家哈维2020年2月7日星期五7（2）近代自然科学体系的建立①数学近代数学是从解析几何的产生而开始的。解析几何把几何与代数结合起来，并把数学的研究从常量推向变量，为数学在科学技术中的应用开辟了道路。微积分是近代数学的基础与核心，它的出现是近代数学最重要的成就。2020年2月7日星期五8②物理学1678年，牛顿的《自然哲学的数学原理》一书出版，标志着经典力学体系的建立，成为物理学进一步发展的基础。19世纪上半叶，相继建立了热运动的宏观理论——热力学及热运动的统计理论。2020年2月7日星期五9进入19世纪，物理学研究的主攻方向转向电磁运动。1820年，奥斯特发现电流磁效应；1831年，法拉第发现电磁感应定律；1864年，麦克斯韦在前人工作基础上建立了电磁场理论并预言（1865年）电磁波的存在；1888年，赫兹用实验证明了电磁波之存在，成为科学理论指导科学发现最生动的事例。2020年2月7日星期五10③化学1661年，英国科学家玻意耳出版了《怀疑的化学家》一书，建立了自己的元素概念，从而为化学的发展奠定了基础，并把化学从炼金术的影响下解放出来。1777年法国化学家拉瓦锡关于燃烧的“氧化学说”驱散了长期在化学中占统治地位的燃素说，为化学的进一步发展扫清了道路。2020年2月7日星期五111808年，道尔顿在《化学哲学新体系》一书中，把古代原子论与化学实验定律结合起来，建立了新的原子学说。阿伏加德罗和康尼查罗等人，澄清了道尔顿原子学说的某些混乱，提出了分子概念，从而确立了科学的原子—分子学说。元素周期律的发现（门捷列夫，1869）是近代化学发展的伟大成就，为人类认识突破原子界限，进入微观领域做了准备。2020年2月7日星期五12④生物学近代生物学是从突破奉为权威的盖仑学说开始。《人体的构造》的出版（维萨留斯，1543年）与血液循环理论的创立（哈维，1616年）作出了重大贡献。19世纪60年代，达尔文与华莱士同时创立生物进化论，其标志是1859年《物种起源》一书的出版。1838—1839年，施赖登与施旺建立的细胞学说是近代生物学的又一重大成就。2020年2月7日星期五13（3）实证科学方法论传统的确立实验的受控性、推理的逻辑性（或数学化）、严格的实验检验，这三者之结合构成实证科学方法论的传统。这是近代科学的成果能够取得全人类共识的保证，也是近代科学能蓬勃发展并经过技术转化成为生产力的重要原因。2020年2月7日星期五142.20世纪的自然科学革命（1）近代自然科学的哲学基础（科学体系的内核）——世界的机械图景①原子是宇宙的基石②原子在牛顿时空中运动③整个自然是一架巨大的机器④拉普拉斯决定论2020年2月7日星期五15（2）“世纪之交”的科学革命①突破原子不可分的观点，把人类的认识引入微观世界揭开“世纪之交”科学革命序幕的，是三项实验性的科学研究。2020年2月7日星期五16X射线、放射性、电子的发现，强烈地冲击着原子作为宇宙基石的传统观念，揭开了人类对于原子内部世界研究的序幕，开辟了现代科学发展的道路。2020年2月7日星期五17②微观粒子运动理论之建立1900年普朗克引入了能量子概念。这是一种革命性的概念，因为在经典物理学中，能量是连续变化，而现在的能量可以非连续变化。1905年，爱因斯坦把能量子的概念推广到处理光与物质相互作用（光的吸收）的问题，提出了光的能量子（光子）概念。2020年2月7日星期五181924年，法国物理学家德布罗意在光的二象性概念的启发下，提出电子具有二象性，这又是一个革命性的观点。在微观粒子具有二象性思想的基础上，在1926—1930年之间，经过海森堡、波恩、薛定谔、狄拉克等物理学家的努力，导致量子力学的建立，从而找到了微观粒子运动的规律。2020年2月7日星期五19微观粒子的二象性及其统计规律给人提供了一个全新的世界。在这个全新世界，人们建立起原子物理学、原子核物理学、量子化学、分子生物学、量子生物学、粒子物理学等一系列新兴学科。2020年2月7日星期五20③新的时空理论的诞生1905年，爱因斯坦提出了光速不变性原理，这又是一个革命性的观念。正是这个光速不变性原理的引入最终导致狭义相对论的诞生。狭义相对论突破了牛顿时空观中时间与空间分离的传统观念，把时间与空间联系起来，成为一个四维时空。2020年2月7日星期五211915年爱因斯坦提出广义相对论，研究了在引力场中的时空特性，突破了自古以来平直空间（欧几里得几何之基础）的传统观念，提出了时空弯曲的观点，并最终建立起时空与物质相互联系的科学理论。2020年2月7日星期五22（3）20世纪中叶的科学革命20世纪中叶的科学革命是世纪之交科学革命的延伸，主要指系统科学的产生与发展。系统科学产生的标志，主要是1945年贝塔朗菲的一般系统论、1948年申农的信息论及维纳的控制论的先后问世。2020年2月7日星期五2320世纪60年代末，以普里高津的耗散结构理论之诞生为先导，接着协同学、超循环理论、突变论、混沌学和分形学等一系列系统自组织理论先后出现，使科学从静态存在研究向动态演化研究深化。2020年2月7日星期五243.历史上三次大的技术革命（1）以机械化为主要特征的第一次技术革命1733年，英国的凯伊发明了织布用的飞梭，大大提高了织布的速度，因而纺纱跟不上织布的要求。1765年，英国的哈格里夫斯发明了“珍妮”纺纱机。2020年2月7日星期五25工作机的技术革新，要求为它们提供强大而方便的动力，从而产生了动力上的革命的要求，瓦特的蒸汽机（1768年）就是在这种形势下应运而生的。2020年2月7日星期五26经过改进，1783年瓦特发明了旋转式蒸汽机，能为各种工作机提供动力，从而成为具广泛推广价值的“万能原动机”。从此蒸汽动力广泛地应用于纺织、采矿、冶金、机械等行业，技术革命开始转化为产业革命。2020年2月7日星期五27这次技术革命以纺织机械的革新为起点，以蒸汽机的发明为标志，再以蒸汽动力的广泛应用为契机，最终实现了生产的技术方式从手工作坊到机械化的转变。2020年2月7日星期五28（2）以电气化为主要特征的第二次技术革命19世纪上半叶，物理学对电磁运动规律的研究，为电能的利用提供了理论的准备。因此，在19世纪下半叶，产生了电力技术（亦称电气技术）为主导、工业电气化为主要特征的第二次技术革命。2020年2月7日星期五29与第一次技术革命相比，这次技术革命有这样两个特点：A.第一次技术革命生产经验起着主导作用，而科学原理只起着辅助作用。这次则完全不同，各项电气技术主要都是在电磁学理论研究的基础上产生的。2020年2月7日星期五30B.在第一次技术革命时，科学原理转化为物质成果的速度较慢。牛顿力学、热力学用了100-200年的时间才完成了理论到技术的渗透或生产的应用。这次从电磁学理论到电力技术的转移，一般只经历了几十年、甚至十几年。2020年2月7日星期五31第二次技术革命形成了以电力技术为核心的技术体系。它使人类从“蒸汽时代”进入“电气时代”，各生产部门则由机械化逐渐过渡到机械化加电气化。2020年2月7日星期五32（3）以自动化为主要特征的第三次技术革命第一次技术革命的主要内容是机械化，以机器来取代人手对工具的直接操作。第二次技术革命的主要内容是电气化，以电气化作为生产动力，把人从动力供给中解放出来（在第一次技术革命中这个任务已部分完成）。2020年2月7日星期五33实现生产的自动控制变成第三次技术革命的主要内容。这次革命由以电子技术为核心的技术体系来完成。电子技术是以电子运动为基础，以电子器件为核心的有关技术的总称。2020年2月7日星期五34第一代（1946-1956年）是电子管时代；第二代（1957-1962年）是晶体管时代；第三代（1963-1970年）是集成电路时代；第四代（1971年以后）是大规模集成电路时代；第五代（目前）是所谓智能计算机时代。2020年2月7日星期五35这次技术革命开始于20世纪40年代，到60年代到达高潮。这次技术革命以电子技术为主导技术，并形成了以电子技术为核心的技术体系；社会生产则在机械化、电气化的基础上逐渐实现自动化。2020年2月7日星期五36二.当代科技革命与当代社会（一）当代科技革命的兴起当代科技革命，主要指70年代以来（至今方兴未艾）在全世界范围蓬勃兴起的信息技术、新材料技术、新能源技术、激光技术、生物技术、空间技术、海洋技术等高技术群落的出现。2020年2月7日星期五37当代科技革命是20世纪自然科学革命发展的产物，也是第三次技术革命的继续与发展。当代科技革命，在本质上属于技术革命。因此，从历史排序来说，属于第四次技术革命。2020年2月7日星期五38这次技术革命使生产的技术方式在机械化、电气化、自动化的基础上，进一步信息化。1971年以大规模集成电路作芯片的微型计算机的出现，为计算机的广泛应用及普及（进入家庭）奠定了基础，从而为实现信息化创造了基本条件。2020年2月7日星期五39与历史上曾发生过的三次技术革命相比，这次技术革命内容更为深刻、丰富，反响更为广泛、强烈。1.信息技术能量、材料、信息是物质世界的三个基本要素，随着科学技术与社会生活的不断发展，信息的重要性愈来愈显示出来。2020年2月7日星期五40从最一般的意义来说，信息可以认为是客观世界物质运动与主观世界精神活动所表现出来的各种状态特征的总称。70年代以来，随着微电子技术（特别是大规模集成电路芯片的制作）、计算机技术、通信技术、光电子技术的发展，围绕着信息的产生、收集、传输、接受、处理、存贮、检索等，形成了开发和利用信息资源的高技术群——信息技术。2020年2月7日星期五41（1）计算机技术现代各种信息技术或者以计算机技术为基础，或者与计算机技术相结合，于是，计算机技术在现代信息技术中处于核心地位。（2）通信技术通信技术是迅速、准确传输信息的手段，实现信息工作网络与现代化的基础。2020年2月7日星期五42（3）信息存储技术信息存储指的是把信息存于一定介质中，在需要时，再提取出来，它是信息工作之基础。除计算机技术、通信技术、存储技术外，现代信息技术还包括数据库技术、多媒体技术、网络技术、声像技术、复印技术、信息检索技术等。2020年2月7日星期五432.新材料技术70年代以来，具有各种特殊性能的新材料（如光导纤维、非晶态硅、新型陶瓷、碳60、钛合金、纳米材料、生物材料、智能材料等）不断涌现。某些重要的新型材料出现，往往导致某种程度的技术革命或推动新兴产业的出现，产生巨大的经济效益。2020年2月7日星期五443.