09年7月-現(xiàn)代科技概論第1講

本課程擬從科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基本概念出發(fā)，分析現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基本特點、基本事實；闡述科學(xué)技術(shù)對社會經(jīng)濟和生產(chǎn)力發(fā)展的重要作用；介紹現(xiàn)代自然科學(xué)的幾個前沿問題、當代高新技術(shù)及人類社會共同面臨的環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展問題。本課程的學(xué)術(shù)定位為科普類型。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的一些基本知識，學(xué)習科學(xué)的思維方式，拓寬知識面，提高文科大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，以適應(yīng)飛速發(fā)展的知識經(jīng)濟時代的需要?！冬F(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)概論》課程介紹學(xué)習背景我們是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果的受益者國與國之間的核心競爭力在于科技進步學(xué)習本課程的意義為素質(zhì)教育服務(wù)為科學(xué)發(fā)展服務(wù)為經(jīng)濟社會服務(wù)為素質(zhì)教育服務(wù)溝通文理

培養(yǎng)歷史感、加深對科學(xué)本身的理解，樹立準確的科學(xué)形象，領(lǐng)悟科學(xué)精神科學(xué)史的顛覆意義科學(xué)史往往會打破通常教科書所教給學(xué)生的標準答案科學(xué)史往往鼓勵對教條的東西進行懷疑，鼓勵批判的態(tài)度科學(xué)史有可能誘導(dǎo)某些過份聰明的學(xué)生，不走正道，而試圖通過非正常渠道達到科學(xué)前沿，取得突破性進展為科學(xué)發(fā)展服務(wù)促進理科教學(xué)，為科學(xué)知識包上糖衣從歷史中為現(xiàn)實的科學(xué)難題尋找答案通常是科學(xué)家的科學(xué)史為經(jīng)濟社會服務(wù)科學(xué)史的意識形態(tài)功能認識到“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，認識“科教興國”戰(zhàn)略的偉大意義樹立正確的世界觀、人生觀和方法論加強愛國主義教育科學(xué)史為現(xiàn)實科技政策服務(wù)研究科技的社會運行規(guī)律，幫助制定科技政策研究制約科技發(fā)展的社會文化背景第一章緒論

一、科學(xué)的基本內(nèi)涵科學(xué)一詞，英文為Science，源于拉丁文的Scio，后來演變?yōu)閟cientia，其本意是學(xué)問、知識。從以下三個層面來理解科學(xué)的基本含義：

(一)是人對客觀世界的認識，是反映客觀事實和規(guī)律的知識。

(二)是反映客觀事實和規(guī)律的知識體系。

(三)是一種社會發(fā)展的實踐力量。二、科學(xué)的特征和屬性(一)科學(xué)知識的客觀真理性(二)科學(xué)內(nèi)容的無階級性(三)科學(xué)勞動的探索性(四)科學(xué)認識形式的抽象性(五)科學(xué)理論的解釋性和預(yù)見性三、現(xiàn)代科學(xué)四大基本理論相對論、量子力學(xué)、基因理論、系統(tǒng)理論

(一)相對論狹義相對論：這個理論指出在宇宙中唯一不變的是光線在真空中的速度，其它任何事物-速度、長度、質(zhì)量和經(jīng)過的時間，都隨觀察者的參考系（特定觀察）而變化。該理論解決了許多困擾了物理學(xué)家們很長時間的問題，這個理論形成了一個著名的公式：E=MC2，也就是能量（E）等于質(zhì)量（M）乘以光速（C）的平方。廣義相對論：解釋了引力是如何和時空彎曲聯(lián)系起來的，利用數(shù)學(xué)，愛因斯坦指出物體使周圍空間、時間彎曲，在物體具有很大的相對質(zhì)量（例如一顆恒星）時，這種彎曲可使從它旁邊經(jīng)過的任何其它事物，即使是光線，改變路徑。相對論的基本假設(shè)是光速不變原理，相對性原理和等效原理。相對論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。奠定了經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)，不適用于高速運動的物體和微觀條件下的物體。相對論解決了高速運動問題；量子力學(xué)解決了微觀亞原子條件下的問題。相對論極大的改變了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念，提出了“同時的相對性”，“四維時空”“彎曲空間”等全新的概念。狹義相對論狹義相對論，是只限于討論慣性系情況的相對論。牛頓時空觀認為空間是平直的、各向同性的和各點同性的的三維空間，時間是獨立于空間的單獨一維（因而也是絕對的）。狹義相對論認為空間和時間并不相互獨立，而是一個統(tǒng)一的四維時空整體，并不存在絕對的空間和時間。在狹義相對論中，整個時空仍然是平直的、各向同性的和各點同性的，這是一種對應(yīng)于“全局慣性系”的理想狀況。狹義相對論將真空中光速為常數(shù)作為基本假設(shè)，結(jié)合狹義相對性原理和上述時空的性質(zhì)可以推出洛侖茲變換。廣義相對論廣義相對論是愛因斯坦(AlbertEinstein)在1915年發(fā)表的理論。愛因斯坦提出“等效原理”，即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等價性上(目前實驗證實,在10?12的精確度范圍內(nèi),仍沒有看到引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的差別)。根據(jù)等效原理，愛因斯坦把狹義相對性原理推廣為廣義相對性原理，即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。

(二)量子力學(xué)

量子力學(xué)是描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運動與變化規(guī)律的物理科學(xué)。

1900年，普朗克提出輻射量子假說，假定電磁場和物質(zhì)交換能量是以間斷的形式(能量子)實現(xiàn)的，能量子的大小同輻射頻率成正比，比例常數(shù)稱為普朗克常數(shù)，從而得出黑體輻射能量分布公式，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象。

1905年，愛因斯坦引進光量子(光子)的概念，并給出了光子的能量、動量與輻射的頻率和波長的關(guān)系，成功地解釋了光電效應(yīng)。

1913年，玻爾在盧瑟福有核原子模型的基礎(chǔ)上建立起原子的量子理論。法國物理學(xué)家德布羅意于1923年提出微觀粒子具有波粒二象性的假說。（三）基因理論

直到20世紀20年代才建立起決定性狀遺傳的基因理論，后來并進一步地證明了DNA是遺傳信息的載體。甚至有些著名的遺傳學(xué)家把遺傳學(xué)堪稱為基因?qū)W?；驍y帶的信息由基因的結(jié)構(gòu)所決定，信息的表達是由基因的功能而實現(xiàn)的，因此所有生命現(xiàn)象的機制追根到底都與基因的結(jié)構(gòu)與功能相關(guān)。

(四)系統(tǒng)理論

20世紀以來，在科學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生深遠影響的橫斷科學(xué)如信息論（學(xué)）、控制論（學(xué)）和系統(tǒng)論等都得到了迅速的發(fā)展。這些與另一門典型的橫斷科學(xué)――數(shù)學(xué)科學(xué)，一起廣泛地向其他學(xué)科滲透，從橫斷面上把眾多分支學(xué)科聯(lián)結(jié)為一體。系統(tǒng)論來源于生物學(xué)中機體論的思想，現(xiàn)在已發(fā)展成為系統(tǒng)科學(xué)中的基本理論部分。它是關(guān)于一般系統(tǒng)的本質(zhì)、特點、運動規(guī)律的理論，還包括基于不同學(xué)科背景而形成的系統(tǒng)理論，如耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論等，都是基于實驗和數(shù)學(xué)方法而建立起來的自組織理論。四、現(xiàn)代科學(xué)五大基本模型在20世紀，人們對自然系統(tǒng)的描述，建立了五大基本模型。（一）宇宙演化的熱大爆炸模型在20世紀40年代末，美國物理學(xué)家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙理論，它認為宇宙起源于溫度和密度極高的“原始火球”的一次大爆炸。大爆炸的時刻就是今天所觀察到的宇宙的開端，這時的溫度高達100億度以上，物質(zhì)密度極大，整個宇宙體系達到平衡，宇宙間只有由中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)物質(zhì)混合而成的“宇宙湯”，四種基本力，即引力、強力、弱力和電磁力，逐一地分化出來。后來，物質(zhì)形態(tài)依次演化為原子、氣態(tài)物質(zhì)、各種恒星體系，最后發(fā)展成今天所看到的宇宙。（二）粒子物理的標準模型

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)夸克共有六種：上夸克，下夸克、粲夸克、奇夸克、頂夸克和底夸克。上夸克，下夸克質(zhì)量較輕,而其余4種夸克，質(zhì)量較大。一般中子和質(zhì)子都是由上夸克和下夸克組成的。物理學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)所有的夸克粒子都有其對應(yīng)的反粒子，如果用外力想強行分開它們，他們會各自迅速找到另外的伙伴。夸克和輕子是目前人們所認識的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新層次。因此在夸克一輕子模型的基礎(chǔ)上形成了粒子物理的標準模型理論，即以夸克、輕子作為基本粒子，以電弱統(tǒng)一理論與描述夸克之間強相互作用的量子色動力學(xué)理論起所構(gòu)成的理論。（三）遺傳物質(zhì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

1953年，生物學(xué)家沃森和物理學(xué)家克里克合作，經(jīng)過反復(fù)研究后提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型：DNA有兩股鏈，它們像旋轉(zhuǎn)樓梯一樣圍繞一個中心軸盤旋，雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的堿基通過氫鍵而互相配對，即腺嘌呤與胸嘧啶配對（A－T），鳥嘌呤與胞嘧啶配對（G－C），使兩條DNA長鍵之間存在“互補”關(guān)系。螺旋直徑為20埃，沿主軸延伸方向每34埃完成1個螺距，每個螺距含有10個核苷酸。（四）智力活動的圖靈計算模型

圖靈計算是按某種規(guī)則將一組數(shù)值或符號串轉(zhuǎn)換成另一組數(shù)值或符號串的操作過程。圖靈在《計算機與智力》一文中提出計算機能思維的觀點，并進行了檢驗：一個人在不接觸對象的情況下，同對象進行一系列對話，如果他不能根據(jù)這些對話判斷出對象是人還是機器，那么，就可以認為這臺計算機具有與人相當?shù)闹悄?。符號處理學(xué)說有力地推動了人工智能的發(fā)展，人們用機器模擬人類智能，以至認為，神經(jīng)元的基本功能是計算、思維。（五）地殼構(gòu)造的板塊模型

大陸漂移說大陸漂移說的創(chuàng)始人是魏格納，他在《海陸的起源》一書中論述了南美和非洲大陸能拼合在一起的思想，大西洋兩岸的許多生物有親緣關(guān)系，以及在巖石、地層和皺褶構(gòu)造等方面也相當吻合。

海底擴張說海底擴張說是在海洋地質(zhì)的重大發(fā)現(xiàn)之后得到證據(jù)的。地球地幔上部分為巖石圈和軟流圈，由于軟流圈在高溫物質(zhì)地幔上部，地幔中有一個圓環(huán)形的對流體，驅(qū)使地幔的熾熱物質(zhì)從洋脊的裂谷中涌出，冷卻后形成新的海底，并推動原來的海底向兩側(cè)擴張，像傳送帶一樣連續(xù)運轉(zhuǎn)，海底不斷更新，大陸同海底一起在地幔對流體上漂移。巖石板塊構(gòu)造說

大陸漂移說和海底擴張說的基礎(chǔ)上，巖石板塊構(gòu)造說成為新的全球構(gòu)造理論。巖石圈被各種斷裂分割成的塊段稱為板塊，全球共分為七大板塊，即太平洋、亞歐、印澳、非洲、北美、南美和南極板塊。第二節(jié)技術(shù)一、技術(shù)的基本概念

最早給技術(shù)下定義的學(xué)者是18世紀法國百科全書派領(lǐng)袖狄德羅。在他主編的《百科全書》的“技術(shù)”詞條中指出：技術(shù)“就是為了完成某種特定目標而協(xié)調(diào)動作的方法、手段和規(guī)則的完整系統(tǒng)”。

狹義的理解，只把技術(shù)限制在工程學(xué)的范圍內(nèi)，如機械技術(shù)、電子技術(shù)、化工技術(shù)、建筑技術(shù)等；廣義的理解，則把技術(shù)概念擴展到社會、生活、思維的領(lǐng)域。我國學(xué)者給技術(shù)下的廣義定義是：“人類在為自身生存和社會發(fā)展所進行的實踐活動中，為了達到預(yù)期目的而根據(jù)客觀規(guī)律對自然、社會進行調(diào)節(jié)、控制、改造的知識、技能、手段、規(guī)則方法的集合?！倍?、技術(shù)的特征和屬性

(一)技術(shù)的“中介”性

(二)技術(shù)具有自然屬性

(三)技術(shù)具有社會屬性三、技術(shù)的三次革命

(一)第一次技術(shù)革命

18世紀，以英國鐘表匠約翰·凱伊發(fā)明的飛梭為導(dǎo)火索，直到瓦特在他人研究基礎(chǔ)上發(fā)明了普遍使用的蒸汽機.

(二)第二次技術(shù)革命

19世紀70年代，具有實用價值的電動機和發(fā)電機先后問世，繼而在20世紀80年代又實現(xiàn)了電力的遠距離傳輸。

(三)第三次技術(shù)革命

20世紀中葉以來，由于原子能、電子計算機和空間技術(shù)的發(fā)展，開始了第三次技術(shù)革命，也就是現(xiàn)代技術(shù)革命。四、現(xiàn)代技術(shù)的三大體系

現(xiàn)代技術(shù)已發(fā)展成為一個龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，主要由三大基本技術(shù)，即物質(zhì)變化技術(shù)、能量轉(zhuǎn)換技術(shù)和信息控制技術(shù)組成。第三節(jié)科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系

一、科學(xué)與技術(shù)的內(nèi)在聯(lián)系

1.古代社會中科學(xué)與技術(shù)的聯(lián)系

2.近代社會中科學(xué)與技術(shù)的聯(lián)系

3.現(xiàn)代社會中科學(xué)與技術(shù)的聯(lián)系現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)是一個辯證統(tǒng)一的整體?？茖W(xué)離不開技術(shù)，技術(shù)也離不開科學(xué)，它們互為前提、互為基礎(chǔ)?？茖W(xué)中有技術(shù)，技術(shù)中有科學(xué)。二、科學(xué)與技術(shù)的區(qū)別(一)科學(xué)與技術(shù)的構(gòu)成要素不同科學(xué)的要素是概念、范疇、定律、原理、假說。技術(shù)的要素分為兩類：一類是主體要素，即經(jīng)驗、理論、技能；另一類是客體要素，即工具、機器等裝置。(二)科學(xué)與技術(shù)的任務(wù)不同科學(xué)的任務(wù)是有所發(fā)現(xiàn)，揭示自然界的新現(xiàn)象、新規(guī)律；技術(shù)的任務(wù)是利用自然、控制自然，創(chuàng)造人工自然物。(三)科學(xué)與技術(shù)所要解決的問題不同科學(xué)主要解決“是什么”和“為什么”的問題；技術(shù)主要解決“做什么”和“怎么做”的問題。

(四)科學(xué)與技術(shù)的研究過程不同科學(xué)研究的目標有較大不確定性，往往難以預(yù)見在未來會作出什么發(fā)現(xiàn)，也難以計算出作出某種新發(fā)現(xiàn)需要多少時間，付出多大代價；技術(shù)開發(fā)有既定的目標的，有較明確的步驟和經(jīng)費預(yù)算，技術(shù)開發(fā)工作的計劃性比較強。

(五)科學(xué)與技術(shù)的勞動特點不同科學(xué)研究的自由度要大些，個體性較強；技術(shù)開發(fā)活動雖然必須發(fā)揮個人的獨創(chuàng)性，但是，其活動的集體性較強。

(六)科學(xué)與技術(shù)的成果的表現(xiàn)形式不同科學(xué)研究的成果主要表現(xiàn)為學(xué)術(shù)論文、學(xué)術(shù)專著；技術(shù)開發(fā)的成果主要表現(xiàn)為工藝流程、設(shè)計方案、技術(shù)裝置。第四節(jié)科技發(fā)展階段的劃分根據(jù)科學(xué)技術(shù)整體在各發(fā)展階段所展現(xiàn)出來的性質(zhì)和特征，同時兼顧社會政治、經(jīng)濟文化等因素，科技界比較統(tǒng)一地把人類科技發(fā)展歷程大致劃分為古代、近代和現(xiàn)代科技三大歷史時期。值得注意的是，科技史的分期與我們所學(xué)歷史的分期并不一致。一、古代科學(xué)技術(shù)（16世紀以前統(tǒng)稱之）1、涵蓋階段：（1）四大文明古國的科學(xué)技術(shù)；（2）古希臘古羅馬的科學(xué)技術(shù)；（3）中世紀阿拉伯地區(qū)的科學(xué)技術(shù)（6～12世紀）；（4）中國封建時期的科學(xué)技術(shù)（BC221后，即秦始皇統(tǒng)一中國后的古代科技）。2、特點：（1）研究內(nèi)容上：基本屬于現(xiàn)象描述與經(jīng)驗的總結(jié)，一般還停留在經(jīng)驗定律階段（如亞里斯多德的物理學(xué)體系）。往往是以一個個比較孤立的發(fā)明、發(fā)現(xiàn)、論斷、定律等出現(xiàn)，屬于比較零散的知識，尚未上升為理論。（2）研究方法上：直觀觀察；思辨性猜測（如畢達哥拉斯學(xué)派的宇宙模型，就是以上帝是完美的角度思辨出發(fā)，提出天體只有按正圓軌道、勻速地圍繞中心運轉(zhuǎn)，才符合上帝創(chuàng)造世界的完美性原則，因為正圓軌道、勻速才是完美的，該思辨性結(jié)果影響后世數(shù)千年）；形式邏輯的演繹（如歐幾里德的幾何學(xué)）。（3）科技結(jié)合上：古代科學(xué)與技術(shù)基本上是作為兩個不同的傳統(tǒng)獨立地發(fā)展著，其一是科學(xué)――精神傳統(tǒng)，主要體現(xiàn)者是學(xué)者；其二是技術(shù)――實踐傳統(tǒng)，主要為工匠所發(fā)揚。所以科技發(fā)展基本較少交融，相互離散，即使偶有結(jié)合，也較松散。科學(xué)從屬于哲學(xué)，以自然哲學(xué)形態(tài)出現(xiàn)，故當時的知名學(xué)者不能稱為科學(xué)家，而是自然哲學(xué)家。（4）自然觀上：自發(fā)的唯物主義（如泰勒斯的“萬物源于水”；中國的“五行說”等）；樸素的辯證法（如赫拉克里特的“人不能兩次踏進同一條河流”；中國的“陰陽互補”等）。中世紀后，在西方則被神學(xué)自然觀所替代。二、近代科學(xué)技術(shù)（16～19世紀）

1、涵蓋階段：（1）近代科學(xué)革命的序幕（16世紀）。在文藝復(fù)興、宗教改革及地理大發(fā)現(xiàn)等推動下，1543年，以哥白尼《天體運行論》和維薩留斯《人體構(gòu)造》的出版，拉開了近代科學(xué)與技術(shù)革命的序幕。（2）近代科學(xué)的誕生（17世紀）。近代自然科學(xué)理論的興起和以伽利略、牛頓為代表的經(jīng)典力學(xué)體系的形成。（3）技術(shù)革命與理性啟蒙（18世紀）。英國的第一次技術(shù)革命和由此推動的熱力學(xué)理論的發(fā)展；法國的大革命；理性啟蒙則表現(xiàn)在兩個層面上，一是以弗蘭西斯·培根為代表的現(xiàn)實經(jīng)驗知識的理性啟蒙，一個是以勒內(nèi)·笛卡兒為代表的主體精神世界的理性啟蒙。二者相互影響，完成了近代理性啟蒙的歷史使命。（4）古典科技的全面發(fā)展（19世紀）。技術(shù)――第二次技術(shù)革命（電氣化）；科學(xué)――百花齊放，全面發(fā)展。物理學(xué)：熱力學(xué)第一、二定律的發(fā)現(xiàn)；電磁理論實現(xiàn)了光、電、磁的統(tǒng)一?；瘜W(xué)：原子論、元素周期表解開了化學(xué)元素的奧秘。天文學(xué)：走出太陽系，把視野投向了廣袤的宇宙空間。進化論：自然觀的巨大變革。生物學(xué)：細胞學(xué)說、微生物學(xué)、遺傳學(xué)的大發(fā)展等。2、特點：（1）研究內(nèi)容上：近代科技在廣泛收集資料的基礎(chǔ)上，科學(xué)研究開始從現(xiàn)象深入本質(zhì)，從經(jīng)驗定律上升為科學(xué)理論；在形式上與哲學(xué)分離，走上獨立發(fā)展的道路，達到了系統(tǒng)全面發(fā)展。（2）研究方法上：強調(diào)科學(xué)實驗，是建立在觀察實驗基礎(chǔ)上的實驗科學(xué)；數(shù)學(xué)方法在近代自然科學(xué)中廣泛運用，且數(shù)學(xué)方法和實驗方法的結(jié)合是近代科學(xué)研究方法的最顯著特征；同時發(fā)展了以實驗事實為依據(jù)，以歸納推理為主要手段的分析和邏輯推理方法。（3）科技結(jié)合上：科學(xué)技術(shù)對生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)作用日顯重要，“知識就是力量”――培根、“科技是生產(chǎn)力”――馬克思，科技結(jié)合日益密切。（4）自然觀上：16—18世紀科學(xué)思想的基本特征是以牛頓為代表的力學(xué)機械論(或叫牛頓綱領(lǐng))；隨后辯證唯物主義也開始萌芽。三、現(xiàn)代