物理学与现代科学技术发展

物理学与现代科学技术发展

1.科学技术

1.1 科学

科学和文化一样，是个难以界定的名词，人们更多地是从一个侧面对其本质特征加以揭示和描述。以英国著名科学家J．D．贝尔纳·（1901—1971）为代表的科学家们认为，科学在不同时期、不同场合有不同意义。科学有若干种解释，每一种解释都反映出科学某一方面的本质特征。到目前为止，也还没有任何一个人给科学下的定义为世人所公认。由于科学本身也在发展，人们对它由认识不断深化，给科学下一个永世不变的定义，是难以做到的。现在，让我们沿着历史的轨迹，把众多的科学定义、解释加以概括，提出为多数人可以接受的共同概念，通过这一概念的阐述以加深我们对“科学”的理解和认识。

1.1.1 科学是人对客观世界的认识，是反映客观事实和规律的知识

准确掌握科学这个概念的实质，主要的是加深对“事实”和“规律”的认识。

事实可以是历史事实、社会事实、自然界的事实和其他事实，科学就是发现人们未知的事实，如化学家发现的新元素，经济学家发现的资本主义经济危机，都是事实。发现这些人所未知的事实的人，就是科学家。美国科学家H.戴维（1778－1829）发现的钾和钠，尽管它在世界上早就存在，但过去没有人发现过，那是因为以前没有电解技术能把它们分离出来，戴维把它们分离出来了，使人们看到了，所以他成了科学家。又如居里夫人（1867－1934）发现镭、钋等天然放射性元素。原苏联经济学家N．D．康德拉季耶夫（1892－）发现的资本主义经济“长波理论”，至今还被许多经济著作引用，这是因为大家承认他发现的是事实。

什么是规律呢？人类在生产生活实践中发现事物之间有千丝万缕的联系，这种联系就是规律。这种反映客观事实之间联系的准确判断就是发现了规律，这种规律，就是学问，就是知识，也就是科学了。这里所说的联系或规律，也称法则，即事物发展过程中事物之间内在的、本质的、必然的联系。它是在一定条件下可以反复出现的，是客观的。人们只能发现它，但不能创造它。

早在19世纪30年代，首创进化论学说的生物学家达尔文用5年（1831－1836）时间，遍游四大洲三大洋之后，对收集的大量事实进行分类比较研究，于1859年发表《物种起源》巨著。1888年，他以自己的感受给科学下了定义，在《达尔文的生活信件》中提到：“科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”达尔文也是通过网罗事实和发现规律取得科学伟绩的。

1.1.2 科学是反映客观事实和规律的知识体系

20世纪初，人们认识到科学是由很多门类交织组成的知识体系。此时，数学、物理、化学、天文、地理、生物等基础科学和电力、机械、建筑、钢铁、医药等工程科学及管理科学都比较成熟了。科学已不只是事实或规律的知识单元，而是由这些知识单元组成学科，学科又组成学科群，形成了一个多层次组成的体系。

科学家是系统掌握某一方面知识并能利用这些知识对诸多现象作出解释的人。科学史表明，科学家不只是知识的发现者，更重要的还是知识的综合者。古今中外的大学问家，都是在综合知识中创造，在发现知识中综合成为科学家的。在综合化过程中，按照内在逻辑关系把已知知识（或定理）条理化、系统化，发现矛盾或空白，再作观察，试验论证，得出新的原理，补充和完善了知识体系，这是一种科学过程。

因此，大部分辞书给科学下的定义都强调“科学是知识体系”，认为“科学是关于自然、社会和思维的知识体系”，科学是反映客观事实和规律的知识体系。

1.1.3 科学是一项反映客观事实和规律的知识体系相关活动的事业

第二次世界大战以后，人们的科学概念发生了巨大变化。那种把科学概念仍停留在本世

纪初，认为只是反映事实和规律的普遍客观真理的知识体系的认识已经不够了。科学研究经过16世纪伽利略时代个体活动到17世纪牛顿的松散群众组织皇家学会时代，又到爱迪生（1847—1931）的“实验工厂”的集体研究时代，尔后是本世纪40年代美国实现曼哈顿计划研制出原子弹的国家规模建制的时代，最后是今天国际合作的跨国建制时代。自战后科学活动进入国家规模以来，人们已把科学称为“大科学”，认为“科学是一种建制”，即科学已成为一项国家事业，从而使企业和政府都直接参与了科学事业，实现了科学家与企业家、政治家的结合。近两年，跨国公司有很大发展，国家的地域化，集团化发展趋势，使不同国籍的科学家之间实现合作，科学成为一项国际事业或产业。越来越多的科学家把科学事业列入第四产业。1991年，我国著名科学家钱学森同志特别强调建立第四产业——科学技术业的重要意义，并作为重大战略决策向政府提出建议。这是科学是“一种建制”的现实表现。

科学作为一项事业，在社会总体活动中的地位和功能的表现有两个方面：一是在精神文明方面，即认识世界是科学的认识功能；二是在物质文明方面，即改造世界，是科学的生产力功能。

1.2 技术——人类在利用自然和改造自然的过程中积累起来并在生产劳动中体现出来的经验和知识，也泛指其他操作方面的技巧。

古希腊。亚里士多德曾把技术看作是制作的智慧。在罗马时代，工程技术发达，人们对技术不只看到“制作”这实的方面，也看到了是“知识形态”虚的方面。17世纪，英国培根（1561—1626）曾提出要把技术作为操作性学问来研究。德国哲学家康德（1724－1804）也曾在《判断力批判》中讨论过技术。尔后人们提出了“技术论”。

到18世纪末，法国科学家狄德罗（1713－1784）在他主编的《百科全书》条目中开始列入了“技术”条目。他指出：“技术是为某一目的共同协作组成的各种工具和规则体系”。这是较早给技术下的定义，至今仍有指导意义。阐明技术概念的这句话提出5个要点：①把技术与科学区别开，技术是“有目的的”；②强调技术的实现是通过广泛“社会协作”完成的；③指明技术的首要表现是生产“工具”，是设备，是硬件；④指出技术的另一重要表现形式——“规则”，即生产使用的工艺、方法、制度等知识，这就是软件；⑤和科学一样，把定义的落脚点放在“知识体系”上，即技术是成套的知识系统。直到现代，许多辞书上的技术定义，基本上没有超出狄德罗的技术概念范畴。

1.3 技术与科学的关系

科学与技术是辩证统一的整体，科学中有技术，如物理学有实验技术；技术中也有科学，如杠杆、滑车等也有力学。技术产生科学，如射电望远镜的发明与使用，产生了射电天文学；科学也产生技术，著名例证，如下所示：

1831年发现电机原理1882年、生产出发电机

1862年发现内燃机原理1876年生产出内燃机

1925年发现雷达原理1935年制造出雷达

1928年发现青霉素1943年生产出青霉素

1938年发现核裂变1945年造出原子弹

1948年发现半导体1954年生产出半导体收音机

科学是创造知识的研究，技术是综合利用知识于需要的研究。

1.4 科学与技术的区别：

1.4.1 的不同：科学的目的在于解决理论性问题；技术的目的主要是为了解决生产实施性问题。（科学回答的是“是什么”、“为什么”，技术回答的是“做什么”、“怎么做”）

1.4.2 任务不同：科学的任务在于探索自然现象存在什么客观规律，以形成科学基本原理与定律；技术的任务则是围绕社会经济建设发展需要，研究采用什么措施才能制造出产品与提高产品质量。（科学提供物化的可能，技术提供物化的现实）

1.4.3 科学一直是公开的，技术是比较保密的：

科学一直是公开的，是没有什么直接的经济利益可收的；技术则不同，生产技术是直接与经济利益挂钩的，为了垄断技术发明权的经济利益，故技术是比较保密的、不公开的。（科学是发现，技术是发明）

区别科学与技术的目的，不是将它们分开，而是要更好的统一考虑。注重技术时要想到科学，注重科学时要考虑技术。对于科学来说，技术是科学的延伸；对于技术来说，科学是技术的升华。

在古代直至19世纪，科学与技术往往是分离的，研究科学往往是上层人物的事，而技术往往是工匠们的事，故普遍形成了科学是高贵，而技术是下贱的思想认识。在我国古代就有“雕虫小技”的说法瞧不起从事技术是人。但是欧洲产业革命的时期，从事工商业生产的老板遇到了要运用科学原理才能解决的工程技术问题。如制造蒸汽机与改进蒸汽机性能，首先需要运用热力学原理才能解决，而热力学之所以得到发展，也是首先由于热机的发明创造而导致。这样，自然而然导致了科学与技术的紧密结合。由于从事科学理论研究的人、往往不能从事直接生产技术活动，在直接从事生产技术的劳动者眼里，也存在瞧不起从事理论工作的人“只会讲，而不会做”的看法。因此，科学与技术的结合是很不容易的，但二者只有紧密结合才能获得发展。

1.5 科学技术：

科学技术现已成为一个统称。这是因为技术必须有科学理论的指导才能提高，而科学又必须靠技术所创造的物质基础才能获得发展，二者这种不可分割的联系，便有机地构成了科学技术的统称。

科学技术分为基础科学、应用科学、开发科学三种。

2. 近代科学技术的发展动态

从整个国际科学技术发展历史看来，科学技术发展中心，曾出现过四次大转移，曾出现过三次技术的大革命。

2.1 科学技术发展中心四次大转移

2.1.1 中国的辉煌时代。

2.1.1.1 古代生产力发达的进步代表——四大文明古国

封建社会的科学文化高峰也是第一次生产力发展的高峰，发生在中国。使中国为代表的东方成为世界科学技术中心。

公元前3100年北非尼罗河下游的古埃及王国，公元前2000。多年西亚两河（幼发拉底河，底格里斯河）流域（今伊拉克境内）的巴比伦，公元前2500一前1500年南亚的印度河、恒河流域的古印度和公元前2100年东亚黄河流域的中国，并称“四大文明古国”。它们在天文学、历法、数学、医学、文学和文字学方面，建筑、水利、冶炼等技术方面，都为人类做出巨大贡献，成为古代生产力发达的进步代表。

2.1.1.2 奴隶社会科学技术发展的高峰——古希腊。

古希腊时期，涌现一大批自然哲学家。他们中有西方尊称为“科学之父”的泰勒斯；数学大师毕达哥拉斯；提出原子学说的德漠克利特；最为后人崇拜又对西方文化有较大影响的唯心主义代表人物相拉图的弟子、自然哲学大师亚里土多德，其著述涉及哲学、逻辑学、天文学、气象学、生物学、博物学、修辞学和文学，并且都取得了成就。

欧几里德的13卷《几何原本》，成为古代科学“千古不朽”的代表作，是古希腊数学最高成就。后来牛顿的《自然哲学的数学原理》也是仿效欧几里德《几何原本》体裁完成的。

被西方称为“物理学之父”的阿基米德继承欧几里德的数学研究传统，完成了物理学研究从猜测到实验、认定性到定量的发展过程，建立了阿基米德静力学。这为16世纪以后

的科学实验奠定方法论基础。他在澡盆中关于识别王冠真假的思考被后世传为佳话。他受杠杆实验的鼓舞，提出“只要给我一个支点。就能使地球移动”的名言，至今常常为人们引用。

总之，“奴隶社会科学技术发展的高峰在古希腊”，“现代科学是从希腊科学引导来的。”

2.1.1.3 封建社会的科学文化高峰也——中国的辉煌时代。

以中国为首的东方成为世界科学技术中心。

中国是四大文明古国中唯一保持完整文化传统的国家。历经几千年，中国形成与西方不同、独具一格的政治、经济、文化传统和科学技术体系。

由于中国以农业为中心的科学技术取得世界领先地位，使中国从公元前3世纪起，即秦汉时代就进入农业经济发达的社会，成为封建大帝国。

在西方处于落后的中世纪“黑暗时代”时，我国正是唐宋盛世（7－12世纪）。唐宋的科学文化博大精深，全面辉煌，几乎所有科学文化领域都有重大成就。我国伟大的四大发明中除造纸外，其余三个均是在这一时期成熟和推广应用起来的，形成我国历史上科学文化与经济繁荣前所未有的壮观景象。它吸引着许多国家学者来华。正如英国学者威尔斯说的：“当西方人的心灵为神学所缠迷而处于愚昧黑暗之中，中国人的思想却是开放的，兼收并蓄而好探求。”英国科技史专家李约瑟博士在《中国科学技术史》巨著中说：“中国古代的发明和发现往往是超过同时代的欧洲，特别是15世纪以前更是如此，这可以毫不费力地加以证明。”“在3－13世纪，中国保持一个让西方人望尘莫及的科学知识水平。”

中国封建帝国的经济从秦、汉到唐、宋、元各代经久不衰，原因在于有科学技术做坚实的基础。中国的数学有早西方几百年的优异成果，形成以计算见长、解决实际问题为特点的数学理论体系。中国天文历法以农业应用为本，天体位置的计算十分高明。历法应用的规模与延续时间之久为世界罕见。中国的蚕丝织品，长时间成为西方各国期求之物，带来了“丝绸之路”的繁荣。中国的陶瓷名扬天下，在中世纪比黄金还贵。延续发展了2000年之久的中国铁器也是世界之宝，其产量、质量均是西方望尘莫及的。中国农学著作发表之早、数量之多为世界之最。农业科技使中国领先进入封建社会，并构成中国社会长期稳定的基础。有两千年历史的中国医药学自成一家，为世界称道。农学与医药学都是中国人口得以繁衍昌盛的前提。正是这些科学技术成就使中国出现持续千年的繁荣，使中国300年雄居世界之首。使以中国为中心的东方成为世界科学技术中心。

2.1.2 第一次科学技术发展中心的大转移

科学技术中心的第一次转移大致发生在13一16世纪末叶，相当我国的元、明两代，主要是在文艺复兴运动的推动下，世界科学技术中心开始由东方转移到以意大利为中心的欧洲。

2.1.2.1 中国的四大发明输入欧洲，对欧洲的文艺复兴运动起到临产催生的作用，为欧洲科学文化带来了黎明。

12世纪（南宋时期），中国造纸术传到欧洲。13－14世纪（元、明），中国的火药、指南针相继在欧洲得到推广使用。15世纪，印刷术传到欧洲。指南针促进欧洲航海事业与探险事业的发展；火药成为消除欧洲各地封建割据的有力武器；指南针与火药构成帝国主义海上称霸的“一炮一舰”；造纸术和印刷术使欧洲科学文化得到迅速普及与提高，为新教创造了良好科学文化交流条件。

马克思对中国四大发明中的三大发明有一段生动描述：”火药、指南针。印刷术--这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成新教的工具，总的来说变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”马克思的话，在很深层次上揭示了中国四大发明给欧洲历史进程带来的巨大影。

2.1.2.2 文艺复兴运动是欧洲科学革命、产业革命的先导。

文艺复兴运动是欧洲新文化运动、思想解放运动。“这是一次人类从来没有经历过的最伟大的、进步的变革，是一个需要巨人而已产生了巨人——在思维能力、热情和性格方面。在多才多艺和学识渊博方面的巨人的时代。”

这些巨人中有号召人们从精神枷锁中、从神权侄桔中解放出来的A．但丁（1265－1321）：、F．彼特拉克（1304一1374）和G．薄伽丘（1313－－1375）三大诗人有最能代表文艺复兴运动的“万能天才”达·芬奇（1452一1519），开创实验科学的伟大物理学家伽利略（1564—1642），以及近代科学先驱哥白尼（147一1543）。他们中除哥白尼外，全是意大利人。所以，人们把这一伟大时代称为“意大利时代”。

从15世纪文艺复兴运动开始，时间大约有70年之久。他们在力学、天文学等自然科学上奠定了近代科学基础，从而使自然科学从神学中解放出来，开始了飞跃的发展。在文艺复兴运动的推动下，世界科学技术中心开始由东方转移到以意大利为中心的欧洲。使意大利成为世界科学技术发展中心。

2.1.3 第二次科学技术发展中心的大转移

科学技术中心的第二次转移发生在17世纪到1830年，这相当我国明朝末年到清朝道光年间。继意大利之后，在英国发生了历史上前所未有的科学革命、技术革命和产业革命。英国在18世纪迎来了“蒸汽机时代”，获得了“世界工厂”的称号，使世界科学技术中心由意大利转移到英国。

2.1.

3.1 重在利用国际环境

16世纪中叶欧洲大陆炼铁等手工业比较先进，英国的商人、教师、工匠、牧师纷纷来到欧洲大陆学习，引进铸铁等技术。16世纪末，先进的德国爆发30年内战。先进的意大利分裂为许多小国。“上帝”给英国提供了赶超大陆的机会。

2.1.

3.2 发挥群团的作用

有“欧洲孔圣人”之称的培根的思想厂为传播，深入人心，为英国科学革命作了思想准备。科学技术受到各界重视和支持，企业家格列沙姆创办的专门讲授科技知识的“格列沙姆学院”，成为科学同仁活动中心。1662年，民间组织的“哲学学会”被英国国王批准为“皇家学会”．成为英国学术中心。剑桥大学三一学院的科学讲座引导牛顿进入科学研究的大门。群众团体的学术与科普活动引发了英国的科学革命。

2.1.

3.3 “力学之父”——牛顿

1687年，牛顿（1642—1727）发表了《自然哲学的数学原理》巨著，成为英国科学革命理论的顶峰。

牛顿的科学思想是以空间、时间、质量、力为基础，以三大定律为核心，以万有引力定律为最高综合。用数学来描述的完整的普遍的力学理论体系。他把过去一向认为互不相关的地上物体运动规律和天体运动规律概括在一个统一的理论之中，集先师之大成，完成科学史上第一次大综合。他讲的“我是站在巨人肩膀上，才能比巨人看得更远”，成为后人经常引用的人生哲学。

把牛顿的科学实践总结为四大法则：①真实性足以说明其现象，不必寻求其他原因；②对同一类结果尽可能归同一类原因；③物体属性，凡既不增强也不减弱者，又为实验所证实，就视为物体普遍属性；④把那些从各种现象中归纳导出的命题看作是完全正确的，虽然有相反结论，但没有出现更正确或例外以前应给予如此对待。

这一思想成为现代科学方法论的基础。第一条是简单性原理；第二条是自然界统一性原理；第三条是科研的客观普遍性原则；第四条为科研经验基础原则。到20世纪初，牛顿的方法论经过爱因斯坦（1879－1955）提炼、倡导而成为自然科学研究的最普遍指导思想。2.1.3.4 生产体制革命：手工业的繁荣和商品竞争，使生产组织者打破家庭作业生产体制，建立了专业化、协作化的集中生产体制—一工厂的胚胎。

2.1.

3.5 蒸汽机改变了世界：

瓦特（1736－1819）发明蒸汽机。蒸汽机的发明，大大促进了手工业生产转向机器的大生产，并直接引起了火车、轮船的发明。

继意大利之后，英国在18世纪迎来了“蒸汽机时代”，获得了“世界工厂”的称号，在英国发生了历史上前所未有的科学革命、技术革命和产业革命。使世界科学技术中心由意大利转移到英国。

2.1.4 第三次科学技术发展中心的大转移

第三次科学技术发展中心的大转移发生在中国清朝咸丰到宣统年间（1851—1900），即19世纪中叶到20世纪初的英国与德国之间，德国煤化工业的大发展，使德国科学技术和经济上的发展迅速超过了英国和法国，成为世界科学技术发展中心。

2.1.4.1 靠培育人才与科学研究事业起动

1830年，英国产业革命达到高潮时期，德国还是个落后农业国，依靠出口农产品、进口英国工业品过日子。德国人不甘心落后，大批学者留学英国，学成回国，从事科学研究和教育工作，开创了德国科学繁荣的历史新时期。1830年，德国出现了科学革命高潮，涌现一批世界著名科学家、

1830年以后，科学家成批涌现，成果累累。世界著名数学家有雅各比（1801一1874）和高斯（1777～1855），物理学家有欧姆（1787～1854），“德国化学之父“李比希”。

从法国学成回国的李比希（180—1873）为首的科学家发展了农业急需的肥料技术和有机化学，首创了前所未有的肥料业。更重要的是他们通过煤化学研究，建立了德国的煤化学工业。辛比希在农业化学、有机化学上的巨大成就，使他获得“德国化学之父”的光荣称号。

李比希不只是科学家，还是教育家。他在大学担任教授期间，通过讲课与试验培育出很多优秀化学家，其中著名的有凯库勒（1829一1896）和霍夫曼（1818—1892）。凯库勒提出原子价和化学结构式概念，29岁当了教授，写出著名的《有机化学教科书》。霍夫曼是李比希的最好学生，27岁时在英国当了教授。他在柏林大学建立了规模较大的有机化学实验室，并充分利用了英国已有成就，进行染料、香料、医药合成的广泛研究。这使德国在研究开发的规模和速度上超过了英国。研究成果的应用给德国带来巨大的效益。

2.1.4.2 开展哲学革命——思想解放运动

当时，英国忙于产业革命，法国忙于政治革命，德国却开始了对德国崛起产生极重要影响的哲学革命，实际上这是德国自己发动的一场思想解放运动。在17世纪英国科学革命成功、牛顿走上神龛的时候，也把机械自然观交给了后人，束缚了人们思想，使科学停步不前。此时，德国毅然举起思想革命大旗。德国出现了一批哲学家、思想家、科学家，如以发展的观点讨论宇宙进化的康德，提出对立统一理论的谢林，提出辩证法的黑格尔，阐明道德与宗教关系的费尔巴哈，创立辩证唯物主义与历史唯物主义的革命导师马克思和恩格斯。德国的哲学革命给德国科学革命开辟了道路，奠定了思想基础。

2.1.4.3 找到了战略突破口

1871年才得到统一的德国，工业化比英国几乎晚了一个半世纪，但德国利用煤化学的科学成就，迅速发展了合成化学工业。

1871年，德国煤化学工业技术占世界首位。1873年，德国染料工业的产量、质量都超过盛极一时的英国。1900年，仅合成染料就创汇一亿多马克，这相当于每年进口染料所需外汇的两倍多。1913年，德国生产染料已占世界染料产量的80％，“阴丹士林”成为世界名牌货。合成染料工业带动了纺织工业（合成纤维）、制药工业（阿斯匹林等）、油漆工业和合成橡胶工业，迅速形成几十亿马克产值的煤化学工业。德国赫希斯特和拜尔公司时产品源源不断流向世界各国。很多天然制品被化学制品取代，人类进入“化学合成时代”、人工制品的新世界。原来的废物——焦油，成为种种高价产品的原料，由于德国化学工业的兴旺发达，

带动了酸碱工业、造纸工业等许多工业的发展。

1875年，世界科技中心由英国转到德国。1880年，德国工业发展速度超过英国。1895年，德国各行各业产品产量压倒了英国。从187O年到1900年，德国煤产量增加两倍，钢铁产量增加5倍。在科技中心转移到德国之后的20年，即1895年，世界经济中心由英国转移到德国。德国用40多年的时间（1860～1900），完成了英国100多年的事业，实现了工业化。

德国煤化工业的大发展，使德国科学技术和经济上的发展迅速超过了英国和法国，成为世界科学技术发展中心。

2.1.5 第四次科学技术发展中心的大转移

第四次科学技术中心的转移，大致发生在中国清朝光绪到中华民国这段时间，即世界兴起电力技术革命的1879年到1930年。这个时期，世界科学技术中心由欧洲转移到美国，美国实现了工业化，成为世界第一经济强国。从第二次世界大战开始，在德国希特勒法西斯主义的统治下，爱因斯坦、费米等大批科学家从欧洲大陆被驱赶到了美国，从而使美国大大增加了科学技术力量，而形成了直至现在的科学技术发展中心。

2.1.5.1 发动产业革命，发展一批先导产业。

就在英国发动产业革命的时候，大批英国失业工人来到美国。1848－1849年欧洲革命失败后，又有大批法国人、德国人、奥地利人，以及意大利人、俄罗斯人移居美国①。(1860年，160万欧洲移民进入美国，1875年达到260万，其中包括工人和知识分子，他们把欧洲的科学技术带到美国。后来成为欧美天然的信息渠道。)这成为美国引进技术、发展工业和扫除南方封建奴隶势力的突击力量。

南北战争结束，美国发动了产业革命，继承英、德实现工业化的经验，发展一批先导产业。

铁路电讯先行：1865年结束南北战争之后，美国即发展铁路和电讯。1869年，建成横贯东西的大铁路，使西部资源与东部工业结合起来，加快了工业化的速度。同时，在大西洋铺设海底电缆，保证了欧美两大陆信息畅通，结束了美国孤立于欧洲之外的境遇，对欧美贸易产生巨大影响。

重点发展农业和轻纺工业：这是美国的优势，又是欧洲的成功经验。美国产业革命起干轧棉机的发明，而轧棉机正发生在农业与纺织业的结合点上，从而形成为农业服务的轻纺技术革命。

建立相关行业联合的大型托拉斯经营体制：在石油、电器、钢铁、汽车、食品和有色金属领域全面推开这种生产体制，从整体上提高经济效益，增强国际竞争能力。

重视信息利用:由于血缘关系，欧美的信息交流十分濒繁，欧洲任何新技术动向都能在美国得到反映，其反映速度之快，往往超过欧洲邻国。1745年，荷兰人发明蓄电池，第二年美国人富兰克林（1706－1790）就进行天电传蓄的“费城实验”。1803年，英国人刚把蒸汽机装到火车上，运行尚未成功，美国人R.富尔顿（1765—18is）就发明了蒸汽机轮船①。欧洲人发明DDT，还没试产，美国人已进入大规模生产阶段，使马铃薯产量当年翻番。1837年英国发明电报，第二年美国就推广使用。今天，技术信息速度就是工业经济发展速度。这是重要的现代信息意识。

2.1.5.2 通过创新超过别人

1850年，美国结束了完全照搬欧洲技术的历史，走上工业技术创新之路。

从抓机械技术创新开始：

美国地多人少，劳力不足，需要发展节约劳力的机械技术。当时，英国对美国人引进技术戒备森严，这迫使美国人依靠自己力量发展机械技术。

创新始于E．惠特尼（1765—1825）发明轧棉机。这个发明使清除棉籽效率提高了1000

倍，从而使美国超过印度，成为世界最大棉花出口国。美国利用出口棉花的外汇购置技术和工业品，产生良性循环。此发明大大地鼓舞了美国人。当时美国总统写信给惠待尼：“你的发明很重要，我要买一台这种机器”。现在美国专利局大门上还刻着：“专利制度（技术发明）注入兴趣这个燃料,使天才之火燃烧起来。”

电力技术革命使美国后来者居上：

电力技术革命起源于欧洲，完成在美国。1866年，维·西门于发明电机后曾给他在伦敦的弟弟写信：“电力技术很有发展前途，它将会开创一个新纪元。”后来事实证明了他的预见。继西门子的电机之后，1876年贝尔（1847－1922）发明了电话，1879年爱迪生发明电灯，这三大发明照亮了人类实现电气化的道路。

爱迪生的发明，在美国兴起一场电力技术革命。美国电力技术革命对美国经济的影响如同德国化工技术革命对德国工业化的影响一样重要。

1882年，爱迪生建成世界上第一个发电厂，发电能力为900；马力，供7200个灯泡使用。完成了电力工业技术体系。几乎同时在欧美纷纷成立许多专业电气公司，实现电力技术产业化。1889年，金融大亨摩尔根参加了爱迪生的电气公司，使美国的电气化步伐加快了。爱迪生的一生，是美国从落后农业国向工业国过渡、从全盘照搬欧洲技术到建立美国自己的技术体系的时代。爱迪生的奉献使美国人骄傲，美国人称他为“发明大王”、“一代英雄”。

2.1.5.3 大规模生产方式使工业史进入历史新阶段：

美国机械工业取得领先地位，重要原因之一是实现了元部件的标准化、系列化生产。

1787年，惠特尼完成了步枪零件的标准化生产工作。只要把大批生产的通用标准化零件随意组装，就可以大规模成批生产步枪。这一创举，为美国领先完成专业化、单一产品化和标准化的大规模生产方式，为实现生产管理的科学化拉开序幕。这种美国生产方式迅速在世界各国推广，成为企业降低成本提高效益的重要途径，至今已沿用100年之久。直到近几年，日本才推出小批量多样化的生产方式，以最大限度地满足顾客的多种需求，引起各国企业的重视。美国生产方式的思路，是从法国来的。早在1785年，美国驻法公使杰弗逊发现法国皇室兵工厂采用部件标准化生产方法，立即写报告给政府。实际上，惠特尼的思想是在法国影响下产生的。

现代管理科学诞生于美国的机械工业发展过程之中。

1886年，美国机械学会就发表了企业科学管理文章。1903年，该学会发表了首创管理学的管理大师泰勒（1856一1915）的论文《工厂管理法》。1911年，他又发表《科学管理原理》一书，系统地阐述了有关企业定额管理、作业规程管理、计划管理、专业管理、工具管理等建立在行动分析基础上的一整套理论和方法，为现代管理学奠定了基础。该理论方法称之为“泰勒制”，它通过职工积极性与管理者责任心的结合，使生产效率空前提高。

1908年，美国福特汽车厂的福特（1863～1947），采用了“泰勒制”，把零部件生产标准化和流水作业线结合起来，大幅度提高生产效率。他的管理方法，大量节约人力、物力，使汽车售价由当时的8000美元一辆降到850美元，从而使他有可能提高工人工资一倍（生产效率超过4倍），执行“高工资低价格”政策。1927年，销售量达到1500万辆。福特汽车公司从此扶摇直上，成为世界最大汽车厂，美国也成为“汽车王国”。

2.1.5.4 产业技术革个带来了经济繁荣：

如果说英国、德国的第一次技术革命（产业革命），还只是解决生产文明问题，那么美国的第二次技术革命（产业革命），就不只是解决生产文明（钢铁、化工和电力技术），还发展了生活文明（汽车、无线电和航空工业技术）。

首先，美国完成和完善了欧洲的钢铁、化工和电力“三大技术。”

在机械工业带动影响下，美国钢铁工业发展很快。1870年，钢产量只有7万吨。1880年，在欧洲钢铁技术基础上建成自己的钢铁生产技术体系。1889年，美国的一流技术使钢

铁产量超过欧洲，达到400多万吨，占世界第一位。

美国的又一优势是石油与石油化工。自1859年8月29日美言国打出第一口油井以后，就极力发挥石油开采技术优势，发展石油工业．美国汽车工业与航空工业的发展促使石油工业得到空前繁荣。特别是中东油田的大规模开采，使“黑色的金子”像水一样便宜，流入美国。1953年，美国用油量超过用煤量，实现了煤与油的燃料转换。1960年，石油消费量已占世界的60％。世界十大企业，其中5个是美国石油公司。

美国化学工业有120年历史，但取得世界领先地位。主要是靠优于德国煤化工的石油化工。1927～1934年，美国的纤维、塑料和橡胶的三大合成工业发展迅速。杜邦公司的W.H 卡罗瑟（1896—1973）发明了“尼龙”，惊动世界，尼龙袜子成为各国妇女排队抢购的时髦货。它标志着煤化工向石油化工转换的里程碑。

从此，石油化工以其能合成各种用品的绝技，使产值在8年中增加了19倍。由于投资回收很快（不到3年），使它成为各工业部门中产品附加价值最高、规模大、发展很快的“摇钱树”工业。

美国的石油化工技术，使美国除化肥工业以外，全部夺得冠军宝座，成为“石油化工技术王国”。

其次，美国完成和发展了汽车、飞机和无线电技术这“三大文明”。

美国石油工业促进汽车工业与航空工业的发展，美国以其巨大的优势迅速占领世界市场。1927年，汽车总产量已占世界的80％。福特公司成为世界第一企业，它使8个美国人就有一辆汽车。1947年，美国生产自动化技术有了很大发展，进一步促进汽车、航空工业的繁荣。

1903年。美国在自行车行业工作的莱特兄弟，在滑翔机上安装12马力汽油发动机，试飞成功，标志着人类进入航空时代。1918年，开辟了纽约到芝加哥航线。30年代，美国的DC3－7号螺旋桨客机投入使用。50年代，喷气客机投入使用，美国的波音航空公司成为世界1000多家航空公司中最大的航空工业公司之一。

无线电技术起源于欧洲，但发展成为工业则在美国。

1876年，美国人贝尔发明了电话。之后两年，美国就建立了电话局，一年后遍及纽约全城。1885年，电话在欧洲普及。1892年，美国建立世界上第一个自动拨号电话局。1927年，美国电话台数占世界总台数的61％。

1906年，美国人L．德福雷斯特（1873—1961）发明了无线电关键部件三极真空管②。1910年美国建成第一个无线电广播电台，收音机开始进入家庭。1920年实现商业广播，公布了总统大选结果，其发展速度之快令人吃惊。1926年，建成全国广播网，第一个节目是1927年元旦橄榄球赛。1929年，美国人发明彩色电视。

1943年，美国建成国际广播电台——“美国之音”。1947年，美国利用微波通讯，实现电视电话的中继与多路传送。1948年，贝尔电话研究所的三位学者发明半导体，制成半导体收音机。1960年，美国人使激光技术得到应用，迎来“激光通讯时代”。到此为止，美国名符其实地成为世界科技中心。

回顾美国历史，1860年以前，美国还处于殖民地的经济落后状态。1860～1890年，美国通过工业技术革命、创新，使产值上升9倍。到1880年，它已经是西方第二经济大国。1890年，跃居世界第一，许多工业产品产量都居世界第一位，其黄金储量占世界一半。1900年，人均收入超过欧洲，1913年黄金储量达到70％，成为世界经济的一霸。

2.2 三次技术革命

技术革命：指生产技术上的根本变革。例如从用体力、畜力生产改为用蒸汽做动力生产，用手工工具生产改为用机器生产。

2.2.1第一次技术革命：是以英国为代表的蒸汽机时代。

1774年，英国格拉斯哥大学的一名年轻的仪器修理工人瓦特，针对纽可门蒸汽机存在缺点，参考了不少热力学有关资料，请教了校内布拉克教授，认真对纽可门蒸汽机进行分析研究。1776年，第一台实用型瓦特蒸汽机便开始在布鲁姆菲尔德煤矿投入使用。

瓦特蒸汽机与已有的纽可门蒸汽机相比有很大优势，它可以提高工效5倍；可以节约燃料75％；与任何工具机连接都可使用。

工业革命对动力机械的迫切需要促进了蒸汽机的发明与改进，故一当蒸汽机获得了实用的时候，很快便得到了广泛的采用。

1783年，首先被用于威尔金森铁工厂。

1785年接着被用于纺纱机。

1787年，美国的菲奇首先采用蒸汽机造成一艘汽船，

1789年又被用于织布机。

1790年以后，开始被各个纺织厂普遍采用。

1800年以后，又被广泛运用于磨粉、酿酒、造纸、制革等轻工业部门、林业部门。

1814年美国的史蒂文森创造了陆上运输的第一辆机车。

1830年，英国的整个纺织业完成了从工场手工业过渡到以蒸汽机为基本动力的机器大工业的过程。

所有的大机器，其中包括火车、轮船，都因有蒸汽机带动而飞速运转，整个工业生产面貌、社会生活面貌大为改观，这就是人类史上第一次产业革命。

继英国之后欧洲大陆和美国、日本等国全力推广蒸汽机，大规模的蒸汽机生产与应用，很快就成为了国际性的动力设备，从而形成了19世纪的蒸汽机时代。

2.2.2 第二次技术革命：是以欧美19世纪下半叶至20世纪初兴起的电气时代。

蒸汽机不仅笨重，而且效率低，启动不方便，逐渐被内燃机、汽轮机和燃气轮机所代替。而内燃机和其他一系列新型热机的出现，虽然效率有了提高，启动方便，但也不能把产生出来的机械能分散输送到各地方工作机使用，只能适应机动的汽车、机车、飞机和固定集中的工作机使用。科学和技术的发展已经完成了开发和使用电能的全部准备，于是便又发生了近代技术史上的第二次动力技术革命——用电力代替直接使用蒸汽动力的革命。

静电现象的发现，早在古代希腊的泰利斯的著作中便有记载，我国东汉时期的王充也有“顿率掇齐”的描述，意思是琥珀经过磨擦后，能吸引轻微物体（菜芥籽、绒毛等），然而电能真正为人们生产所使用，一直到19世纪中叶才开始。

静电现象发现后，人们经过漫长的岁月，才从静电时代进入电动时代。

2.2..2.1 这一进程中具有重大意义的几个事件

一是意大利科学家伏打于1800年发明了电池（被称为伏打电池）；

二是丹麦科学家奥斯特于1820年发现了电磁效应现象；

三是英国科学家法拉第于1831年建立了电磁感应定律。

法拉第电磁感应定律首先打开了电动力学的大门，为开拓电力能源应用于生产中建立了丰功伟绩。现在电气时代的出现，关键主要是从法拉第电磁感应定律掀起。

1834年法拉第用U形磁铁和铜盘创造出世界上第一台原始发电机雏形；

1845年英国物理学家惠斯通最先采用电磁铁代替永久磁铁，制成了世界上第一台用电磁铁为磁极的发电机；

1864年英国技师威尔德提出自激励磁法；

1866年德国的维·西门子按这一设想，研制成功了世界上第一台自激励发电机。从此工业实用发电机便投入大规模生产。

1870年比利时的格拉姆改进制成环状电枢自激式发电机，能产生均匀电流。1880年爱迪生选用叠片铁做铁芯，大大减少了铁芯涡流的发热损耗，而达到了现代发电机的质量要求。

2.2.2.2 发电机的产生

继西门子的电机之后，1876年贝尔（1847－1922）发明了电话，1879年爱迪生发明电灯，这三大发明照亮了人类实现电气化的道路。

1882年，爱迪生电器照明公司建成世界上第一个发电厂，发电能力为900马力，供7200个灯泡使用。完成了电力工业技术体系。几乎同时在欧美纷纷成立许多专业电气公司，实现电力技术产业化。1889年，金融大亨摩尔根参加了爱迪生的电气公司，使美国的电气化步伐加快了。爱迪生的一生，是美国从落后农业国向工业国过渡、从全盘照搬欧洲技术到建立美国自己的技术体系的时代。爱迪生的奉献使美国人骄傲，美国人称他为“发明大王”、“一代英雄”。

1883年法拉里斯在意大利科学院提出“利用交流电来产生电动旋转”的经典理论。同年南斯拉夫的特斯拉在美国发明创造了感应电动机，1888年威斯汀豪斯（1846一1914）制成交流变压器（由威斯汀豪斯公司经办），与已经发明的交流发电机相接，建成交流电传输系统。美国于1886年建成最早的交流发电厂并提供使用。1889年，俄国工程师多利沃---多勃罗夫斯基提出采用三相制的建议，并设计制造了第一台三相变压器和三相感应电动机。

电力技术的成功，使美、欧、日纷纷把电力建设作为国家承建工程的重点。美、欧、日超大型电力系统、以电为中心的超大型联合企业和国家电气化计划纷纷建立和筹划。世界范围内兴起的电气化热潮，使人类迎来了“电气化世纪”，完成了第二次技术革命。

2.2.3 第三次技术革命：

第三次技术革命的基础：

实验基础：

1895年德国慕尼黑维尔茨堡大学校长兼物理研究所长、物理学教授伦琴发现X射线（伦琴射线），人们为了纪念他的伟大发现1901年，伦琴荣获世界首次颁发的诺贝尔物理学奖。

1897年英国汤姆逊发现电子，证实电子的普遍存在，是具有非常重大的历史意义。它首先打开了原子不可再分观念，使人们清楚认识到物质结构是有层次的。汤姆逊因发现电子而荣获1906年度的诺贝尔物理学奖。

放射性元素的发现：1896年法国物理学家贝克勒尔为求证荧光或磷光物质是伦琴射线的来源，发现铀具有放射性现象。并发现空气被铀化合物发出的射线所电离；1898年7月波兰裔的法国女科学家玛丽.居里与他的丈夫法国科学家皮埃尔.居里提炼出比纯铀强度大400倍的放射性元素，并命名为钋，以表明将她的成就作为纪念祖国波兰的意思。同年12月发现比纯铀强度大900多倍的放射性元素镭。

钋与镭两种放射性元素相继发现是物理学史上、甚至是科学史上空前伟大的发现，从此，开辟了放射性科学的新园地，同时也开创原子物理学新纪元。居里夫妇及贝克勒尔共同荣获1903年度的诺贝尔物理学奖

理论基础：

1900年德国物理学家普朗克从热辐射和原子光谱的关系中，建立了量子论。它的对象是原子、分子、以及其他粒子，是研究物质结构的理论基础。

1905年德国犹太物理学家爱因斯坦首先建立了狭义相对论。提出了与传统概念截然不同的时间与空间相对性概念。此后，再又根据自由落体速度与物体重量无关的现实，结合自己建立狭义相对论引申出引力场与非惯性系统等效关系，在1916年建立了广义相对论。

狭义相对论不仅能解决了电磁场变换问题，而且成为了今天高能物理和原子能应用的基础。对于宇宙结构方面，广义相对论是一门主要的理论基础。

技术的发展，是以自然科学为理论基础的。19世纪末和20世纪初，在物理学方面，由于电子、X射线、放射性元素的发现，以及相对论和量子论的创立，导致了物理学和其他自然科学的革命性变革，在此基础上使物理学、化学、生物学、天文学和地学等基础科学从经

典形态发展到现代形态。产生了一批崭新的交叉自然科学，使自然科学理论发展到新的现代水平，为第三次技术革命创造了良好的实验基础与理论基础。这一庞大的现代自然科学群为高技术的诞生和发展提供了基础理论背景和前提条件。第三次技术革命是以20世纪40年代开始发展的原子能、电子技术、激光、生物工程等应用时代。是以微电子技术，信息技术、生物工程技术、新材料、新能源、航天、海洋，和核技术等新兴技术的发展和广泛应用为特点。这些技术发展将使社会的生产和生活发生巨大的影响。新的科学技术项目不断地还在增长，突出地显示出了第三次技术革命所出现的科学发展盛况。

据不完全统计，现在已有二千多种科学技术了，并且还在继续出现新的科学技术领域，在这滚滚的科学技术发展洪流中，新能源技术、信息技术、新材料技术、生物技术、航天技术、海洋技术已经形成了当今科学技术发展的主流，是我们当前发展科学技术主攻方向。3. 当代科学技术发展的重要前沿——高技术领域

3.1 高技术

高技术是人类用当代最新科学成就有目的地改造世界和认识世界的物化形式。它以基础研究所揭示的自然界的新知识为背景，进行技术的创新；它以人的智力和才能为主导，形成不同于传统技术的知识和资金密集的新兴技术；它开拓全新的技术领域，而不是对原有技术的渐进式改造。高技术与现代的单项尖端技术或新兴技术不同，它总是与产品和产业相联系，是对产品和产业中技术的含量和水平的评价。

高技术本质上是现代自然科学成果的技术表现。

“高技术”这个词最先出现于60年代。何谓高技术．眼下还没有一个公认的定义，但人们对它的理解和认识是比较接近的。学术界认为，高技术的主要特征是高效益、高智力、高投入、高竞争、高风险、高潜能。所谓高潜能，是指从总体上说它对国家的政治、经济、文化、军事以及整个社会的进步都具有重大影响，具有很强的渗透力和扩散性，具有很高的态势和巨大的潜力。目前得到世界各国公认并将列入本世纪重点研究开发的高技术领域有生物技术、信息技术、航天技术、新材料技术、新能源技术和海洋技术等。

3.1.1 新能源技术：

新能源技术是高技术的支柱。包括核能技术、太阳能技术、燃煤、磁流体发电技术、地热能技术、海洋能技术等。其中核能技术与太阳能技术是新能源技术的主要标志，通过对核能、太阳能的开发利用，打破了以石油、煤炭为主体的传统能源观念，开创了能源的新时代。

3.1.2信息技术：

信息技术是高技术的前导。信息技术主要是指信息的获取、传递、处理等技术。信息技术以微电子技术为基础，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、计算机技术和人工智能技术等。

3.1.3新材料技术：

新材料技术是高技术的基础。包括对超导材料、高温材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶态材料、单晶材料、纤维材料、超微粒材料、信息材料、新能源材料、高性能结构材料、特种功能材料等的开发利用。

3.1.4生物技术：

生物技术也叫生物工程，它是21世纪高技术的核心。包括微生物工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和基因工程等。它不仅直接关系到农业、医药卫生事业的发展，而且对环保、能源技术等都有很强的渗透力。

3.15航天技术：

航天技术是探索、开发和利用太空以及地球以外的天体的综合性工程技术，包括对大型运载火箭、巨型卫星、宇宙飞船、航天飞机、永久空间站、空间资源、空间工业和农业、空间运输、空间通信、遥感遥测及空间军事技术的研究与开发。

3.1.5海洋技术：

海洋技术也叫海洋工程，包括深海挖掘、海水淡化以及对海洋中的生物资源、矿物资源、化学资源、动力资源等的开发利用。其中深海挖掘和海水淡化是海洋技术的主要标志。

今天，高技术已经成为一个国家综合国力的象征，成为各个国家发展战略中的一个重要的组成部分，世界许多国家都正在选择着本国的高技术开发领域。

3.220世纪80年代一些国家提出的重点开发的高技术领域

3.3 我国高技术研究发展计划：

3.3.1 1983年10月，我国提出了关于“新技术革命的对策”。提出的重点开发的高技术领域信息、生物、航天、新材料、机械电子、新能源、海洋。

3.3.2 1986年3月，在四位著名老科学家王大新、王淦昌、陈芳允、杨嘉挥的积极倡议下，我国制定了《高技术研究发展计划纲要》，简称“863计划”。这个计划的指导思想是：为缩短我国在高技术领域同世界先进水平的差距，首先在一些重要领域对世界先进水平进行跟踪，力争有所突破。

《纲要》中提出了以下七个技术领域的十五个主要项目作为研究开发的目标：

①、生物技术——包括高产、优质、抗逆的动植物新品种；新型药物、疫苗和基因治疗；蛋白质工程；

②、航天技术——包括大型运载火箭，为和平目的的空间研究与开发；

③、信息技术—一包括智能计算机系统；光电子器件，光电子系统集成技术；信息的获取、传递与处理技术；

④、激光技术——包括高性能、高质量的激光器及其在加工、生产、医疗和国防上的应用；

⑤、自动化技术——包括计算机综合自动化系统；智能机器人。

⑥、新能源技术——包括燃煤磁流体发电技术；先进的核反应堆技术。

⑦、新材料技术——包括高性能结构材料和特种功能材料的研究与开发。

“863计划”部分主题的任务及在20世纪末的目标：

生物技术：生物技术是当代高技术竞争的一个极为重要的领域，它利用先进的生物技术定向创造人类所需的各种产品，包括医药和动植物新品种以及在科学研究中为达到某种特定目的的生物产品。生物技术的发展，为人类所面临的关于资源、食品、营养、健康和环境等方面问题的解决开辟了新的途径，从而会对人类未来社会的经济发展起巨大的推动作用。

①高产、优质、抗逆的动植物新品种

利用基因工程、细胞工程并结合常规育种方法，定向创造出高产、优质、抗逆的动植物新品种，以大幅度提高粮食、鱼、奶的产量，并形成农业生物技术的新兴产业。

②新型药物、疫苗和基因治疗

用以基因工程为主体的生物技术，针对病毒性肝炎、恶性肿瘤、心血管病等恶性疾病，研制各种基因工程疫苗、多肽药物和导向药物等生物技术产品；开发生物反应工程和产品分离纯化工程，并有效地转化为生产力；同时，寻找新的治疗方法和途径。

③蛋白质工程

通过研究和发展遗传工程技术，定向改造有较大应用价值的蛋白质，为医药、食品、化工和农业生产的发展开辟新的途径。

航天技术：包括大型运载火箭，为和平目的的空间研究与开发；

信息技术：当代信息技术主要是指信息的获取、传递、处理、存储和显示等技术，包括微电子技术、光电子技术、计算机技术和软件、通信技术、辐射成像技术和高清晰度电视技术等。这些技术的发展和应用所形成的支柱产业，主要有微电子、光电子、计算机和通信等。当代信息技术的发展，大大提高了人类思维劳动的效率，从根本上改变了人类从事生产、工作和经营活动的方式。

①智能计算机系统

在863计划中这一主题的目标是研制一个基于完全新型计算机系统的具有良好的人机环境的智能系统，这种新型的计算机系统不仅应具有很强的学习和知识重组及处理能力，而且要具有各种科学知识和经验知识，它还应具有重新获取、理解、翻译及合成自然语言的能力，以及存储、识别、理解和搜索图形及图像的能力。另外，它也应是一个具有多重功能和强大能力的计算机系统，有能力发现规律和规则，查找算法以及在没有人类干预的情况下自动解决问题。我们期望这种计算机系统具有模拟人的行为的功能。与此同时，还将完成一批综合性的智能应用系统及各种高智能设备。

②光电子器件和微电子／光电子系统集成技术

发展用于传感、计算和通信等方面的新型光电子器件和系统集成技术，例如为5Gb／S 以上超大容量高速、相干通信系统的建设提供配套的光电子器件、集成模块和单元技术等；探索制造大规模集成电路的新途径，例如量子阱超晶格及其他新型光电子器件、微电子／光电子系统集成技术，为发展新型信息获取处理系统、计算机和通信设备打下技术基础。

③信息获取与处理技术

为发展新的智能化、工业自动化系统的需要，必须发展多种信息获取与处理技术，特别是新型信息获取和实时图像处理技术，以促进信息技术在资源勘察、气象预报、海洋探测、农村以及工业产品质量控制等领域的应用。例如，合成孔径雷达成像技术、红外探测技术、自适应光学望远镜、高速实时信号处理技术、对地观测新型信息获取技术研究等。

激光技术：包括高性能、高质量的激光器及其在加工、生产、医疗和国防上的应用；

自动化技术：自动化技术是研究如何综合利用传感技术、计算机技术、信息技术和机械技术，以提高各种作业自动化水平，改善作业条件，实现高效率、快节奏和高质量的生产，特别是代表当代自动化技术发展前沿的计算机综合自动化制造系统（CIMS）和智能机器人技术。

①计算机综合自动化制造系统

针对多品种、小批量、高质量、对市场反应灵活和产品更新换代等新一代自动化生产的需要，通过CIMS实验工程和单元技术网点，探索并建立我国的CIMS发展战略、体系结构、总体设计以及单元技术。

②智能机器人

研制能感知环境、自主决策和灵活动作的智能机器人，主要包括智能机器人体系机构、智能机器人机构、机器人智能控制、人工智能技术应用、机器人视觉及高性能传感器、人机智能交互技术等。

新能源技术：能源是人类赖以生存、社会不断进步、经济持续发展的重要物质基础，能源的每一次突破，都会引起社会和生产的变革。但是，随着社会的发展，能源的消耗急剧上升，能源供需失衡的矛盾十分尖锐。因此，制定合理的能源政策，寻找提供新能源的途径，已成为世界各国急待解决的问题。

①燃煤磁流体发电技术

燃煤磁流体发电技术是一种高效率、低污染的燃煤技术。开发这一技术，以求大幅度提高热能转换效率，提高煤炭资源利用率，可更好地利用我国储量丰富的中等媒和高硫煤，减少燃煤带来的煤炭运输和环境污染等问题。例如，可以建立一座十兆瓦级燃煤磁流体一蒸气联合循环试验电站，为实现其实用化作好准备。

②先进核反应堆技术

研究快中子增殖堆、高温气冷难以及裂变一聚变混合堆等3种堆型，以开发出能大幅度提高核燃料利用率、安全性和经济性好的堆型，并在此基础上建立工程性实验堆。

新材料技术：

材料是社会进步的物质基础和先导。新材料是指新发展和正在研制的具有优异性能或特定功能的材料，它们是发展信息、航天、能源、生物等高技术的重要物质基础，例如光电子信息材料、先进复合材料和特种功能材料等。同时，还要开展特种工艺测试和检验方面的研究，探索不同层次微观结构理论指导下的材料设计，发展与工艺技术相结合的现代材料科学，指导新材料的发展。

3.3.3 继“863计划”之后，1988年我国又制定了一个发展高技术产业的“火炬计划”。

这个计划的主要宗旨是。使高技术成果商品化，高技术商品产业化，高技术产业国际化。

各级政府和部门为鼓励、支持高新技术产业的发展，制订了一系列优惠政策，创造了较为良好的环境条件，促进了高新技术开发区、创业服务中心及技工贸一体化的高新技术和企业集团的迅速发展。与此同时，国务院先后批准设立了52个国家级新技术产业开发区，这些开发区知识密集，技术密集，具有人才、资源、环境优势，是我国高新技术产业的发展基地，是高新技术向传统产业扩散的辐射源，是改革开放的示范区和试验区。在改革开放方针的指引下，近年来兴办了一批高技术开发区，出现了一批高技术公司，建立了一批外资和合资高技术企业。这些都加速了我国高技术的进步和高技术产业化的进程。

3.3.4 973计划——国家重点基础研究发展规划

1997年，国家科技领导小组第三次会议决定，制定和实施《国家重点基础研究发展规划》。《规划》贯彻"统观全局，突出重点，有所为，有所不为"的原则和"大集中，小自由"的精神，在现有基础研究工作部署的基础上，鼓励优秀科学家围绕国家战略目标，在对经济、社会发展有重大影响，能在世界占有一席之地的重点领域，瞄准科学前沿和重大科学问题，开展重点基础研究；遵循基础研究的特点和规律，与国家自然科学基金、其他科技计划和相关的基础研究工作互相联系，互为补充，注意分工和衔接；体现国家目标，为解决下世纪我国经济和社会发展中重大问题提供有力的科学支撑；实施重大项目，对基地建设、人才培养、体制改革进行总体部署和优化,加强国际合作与交流。

《国家重点基础研究规划》到2010年的主要任务：一是紧紧围绕农业、能源、信息、资源环境、人口与健康、材料等国民经济、社会发展和科技自身发展的重大科学问题，开展多学科综合性研究，提供解决问题的理论依据和科学基础；二是建立一批能够体现我国科学发展水平和综合科技实力、国际上有一定地位、对我国经济和社会发展产生深远影响的重大科学工程；三是部署相关的、重要的、探索性强的前沿基础研究；四是培养和造就适应21世纪发展需要的高科学素质、有创新能力的优秀人才；五是重点建设一批高水平的、能承担国家重点科技任务的科学研究基地，并形成若干跨学科的综合科学研究中心。

这些计划实施几年以来，在广大科技人员的共同努力下，取得了令人瞩目的成就，在某些领域缩短了我国同世界先进水平的差距。如：生物技术方面，人类基因组测试排序、克隆技术、异体克隆等；信息技术方面，我国突破数字化可视人（人类借助计算机技术认识自身之谜的重大进步，目前只有中、美、韩、以色列掌握该项技术。）；激光技术：中科院长春光机与物理研究所研制的“数控激光管材加工设备”的问世标志我国制造先进装备的能力达到国际先进水平，国产“激光调阻机”打破了美、日长期垄断的设备制造技术；航天技术方面，我国第一个空间科学探测计划——“地球空间双星探测计划”以进入倒记时，神舟5号即将发射；海洋技术方面，中国打破了美国、以色列的垄断研制出蒸汽压缩机使海水淡化技术走在了世界前列。

3.4. 20世纪科学研究的重大成就

3.4.1 四大模型：

3.4.1.1 粒子物理的原子结构模型——跨克、轻子模型

从20世纪60年代到90年代，实验和理论的重大进展是确立了粒子物理的标准模型。这一标准模型认为：物质世界的基本组成单元是规范玻色子、三代轻子和夸克以及希格斯粒子，它们之间存在四种基本的相互作用，即色相互作用、电弱相互作用、引力相互作用和希格斯粒子之间的汤川相互作用。描述色相互作用的理论是量子色动力学，而描述电磁相互作用和弱相互作用的理论是电弱统一理论。

粒子的分类和基本性质

物质世界由62种“基本”粒子构成，它们是13种规范玻色子、48种费米子和1种希格斯粒子（HiggS PartCle）。现在还没有引力子存在的直接实验证据。

3.4.1.2 宇宙学形成模型——热大爆炸模型

1950年，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。

可以设想，宇宙诞生的时候，物质密度为无限大。这时，空间是高度弯曲的，能量集中为引力能。随着宇宙的膨胀，引力能逐渐转化为粒子能，从而产生出各种各样的粒子来。宇宙继续膨胀，温度继续下降，就会演出一幕幕生动真切的演化画面来。这个大爆炸宇宙学由于只用了已知的物理学规律，非常简单地描述了宇宙的性质、运动和演化，并得到了观测事实的支持，现在已为大多数学者所认可，称之为宇宙学的标准模型。在这个模型中，空间是与物质联系在一起的，爆炸的含义是空间本身在膨胀，并不是说有一团物质在已经存在的空间爆炸碎裂而散开。

宇宙学的标准模型是以广义相对论为基础，以具有很强观测基础的宇宙学原理为基本出发点建立起来的。这个理论模型应用已知的物理规律，系统地描述了宇宙演化各个时期的物理状态和演化过程，给出了一幅非常自然的图景，并解释了大量的观测事实。这一理论的巨大成功，是20世纪科学研究的重大成就之一。

宇宙学的标准模型是基于几十年的实验和理论研究的结果。用地面和发射到空间的现代望远镜，可探测到远在数十亿光年之外的星系发出的光，它告诉我们宇宙年轻时是何种模样。用粒子加速器可探索宇宙演化初期高能环境的物理学。用人造卫星可探测到宇宙早期膨胀后留下的本底辐射，使我们在能观测到的宇宙是大范围内勾画出它的大致图像。总之，宇宙背景辐射、氦的丰度、天体年龄等的实验测量结果，都是对宇宙学的标准模型的重要支持。

3.4.1.3 地球上层结构模型——大地板块模型

地球的最上层是厚100公里的坚硬岩石层，称为岩石圈，它包括地壳和上地幔的顶部。岩石圈下面是上地幔的低速层，其物质少部分是熔化的，但固体介质长期处在高温高压环境中会具有流变特征，整个低速层便可以发生流动变形，故称为软流圈，其下界深约220公里。岩石圈不是一个整体，而是被构造活动带割裂的、持续不断地相对运动着的若干刚性板块。

3.4.1.4 DNA（人类基因）模型——双螺旋模型

1953年3月，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.Crick）提出了DNA双螺旋模型。50年代，DNA双螺旋结构的确定和用X射线衍射方法对蛋白质晶体空间结构的测定，使生物学研究进入分子水平，奠定了分子生物学的基础。分子生物学的研究涉及了生命现象最核心最本质的内容，使生命科学得以从本质上去探讨生命活动的规律，并把各个层次的生命活动有机地联系了起来，从而在新的高度上揭示出生命的奥秘。分子生物学的发展揭示了生命本质的高度一致性，这是人类认识自然和认识自己的极大飞跃。

3.4.2 三大工程：

3.4.2.1 20世纪40年代——原子弹工程（曼哈顿工程）

3.4.2.2 20世纪60年代——登月工程

3.4.2.3 20世纪80年代——基因工程

基因工程，也叫做遗传工程或重组DNA技术。其目的是直接利用基因特殊功能改造生物的性状，通过生物化学等现代技术，把不同生物的基因DNA分子提取出来，在生物体外进行切割、彼此配搭、重新连接，然后经过一定途径转移入生物体内，进行无性繁殖，并使所需要的基因在细胞内表达和复制，按人们的要求产生新的生物品种。基因工程，可以说是生物工程中的核心工程。

4. 物理学在现代科学技术发展中的作用与地位

现代科学技术正以惊人的速度发展。而在物理学中每一项科学的发现都成为了新技术发明或生产方法改进的基础。

首先，物理学定律是揭示物质运动的规律的，使人们在技术上运用这些定律成为可能；

第二，物理学有许多预言和结论，为开发新技术指明了方向；

第三，新技术的发明、改进和传统技术的根本改造，无论是原理或工艺，也无论是试验或应用，都直接与物理学有着密切的关系。若没有物理基本定律与原理的指导，可以毫不夸大地说，就不可能有现代生产技术的大发展。

在18世纪以蒸汽机为动力的生产时代，蒸汽机的不断提高改进，物理学中的热力学与机械力学是起着相当重要的作用的。19世纪中期开始，电力在生产技术中日益发展起来了，这是与物理中电磁学理论建立与应用分不开的。

现代原子能的应用、激光器的制造、人造卫星的上天、电子计算机的发明以及生物工程的兴起等等。都是与物理学理论有着千丝万缕的密切联系的。

物理学本身就是以实验为基础的科学，物理学实验既为了物理学发展创造条件，同时也为了现代工农业生产技术的研究打下了物质基础。从20世纪初开始，超高压装置、超低温设备、油扩散真空泵的先后发明，为现代创造极端物质材料提供了条件。随着电力和电子技术的广泛应用，出现了各种用途重大的精确计量的电动装置和电子仪器。自伦琴发现X光、汤姆逊发现电子以后，相继又有阿普顿质谱仪的发明以及同位素测定、红外线光谱、原子光谱等仪器的产生。30年代发明的电子示波器、电子显微镜、40年代发明的电子计算机等等，不但使物理学家可直接观察到电子运动规律和物质结构等微观现象，而且亦为生产技术开拓了一条技术研究及自动化控制的新途径。

当前我国为了积极跟踪世界新科学技术，要努力在生物工程、电子技术、自动化技术、新材料、新能源、航空航天、海洋工程、激光、超导、通讯等等新技术领域取得新的科技发展。这些科技发展，都是与物理学的应用有着非常密切关系的。