科学技术与工业(第3次作业).ppt

第12讲 科学、技术与工业 吴国盛 /wugshpku 北大科学史与科学哲学 第3次作业 o 题目：论培根科学 o 要求 n1000-1500字，少写多写均不好，要学会思想明确、表述 简洁 n建立在文献阅读基础之上，要有规范的文献征引（允许 引用网上文献），不得有任何抄袭剽窃(一旦查出即记为 零分) n下周（12月7日）下午6点之前通过电邮交给各自的助教 ，当晚的课上将公布未交作业名单，有疑问者课间解决 ，过时不再受理。请相互转告，勿谓言之不预。 上讲目录 o 启蒙运动与数理精神的传播 o 物理科学中两大传统的融合 o 生命科学的实验化与分析化 本讲目录 o 与科学无关的第一次工业革命 o 科学应用于工业的第二次工业革命 o 20世纪的大科学 工业革命概览 o 恩格斯说：“工业革命对于英国的意义，就好象哲 学革命对于德国，政治革命对法国一样。” o 产业革命即工业革命（industrial revolution）表现 在： n以机器取代人力 n以大规模的工厂生产取代个体工场手工生产 n以技术革新带来经济无限制的增长。 o 产业革命首先发生在英国，几大产业相互促 进 n 炼铁业要求煤炭 n 煤炭业要求蒸汽机抽水，要求运输 n 蒸汽动力的开发 n 纺织业蒸汽动力推动纺织业 n 汽船运河 n 火车铁路 炼铁业 o 英国的炼铁业历史悠久，但燃料短缺限制了 铁产量 o 1709年，工程师达比（Abraham Darby）用 焦炭代替木炭炼铁取得成功，1735年新工艺 开始广泛运用 o 1760年，斯密顿发明水力驱动的鼓风机，提 高了焦炭的温度，提高了炼铁的效率 o 1784年，亨利科特发明搅拌法 o 18世纪英国的铁产量增加了10倍 纺织技术的进步（1） o 英国人喜爱从印度进口的棉布，冲击了传统的毛纺 织业。国会于1700年颁布禁止进口棉布的法令，给 本国棉纺织业以发展机会。 o 纺纱技术与织布技术交替革新，造成相互促进和相 互加速，你追我赶的局面 o 1733年，约翰凯发明飞梭，改进了织布技术。 o 1765年，詹姆斯哈格里夫斯发明锭子垂直放置的“ 珍妮机”，这是一种立式的多滚轮纺纱机。 o 1769年，阿克莱特发明动力纺纱机，所纺棉纱十分 结实，改变了从前棉纱只能做纬线不能做经线的局 面。 纺织技术的进步（2） o 1779年，塞缪尔康普顿将阿克莱特的纺纱机与哈 格里夫斯的珍妮机相结合，发明了新的走锭纺纱机 ，称为“骡机”，可同时纺400枚纱锭。 o 1785年，卡特莱特造出了动力织机 o 英国纺织业就是在你追我赶的发明中成为工业革命 的龙头产业。 o 纺织业的新发明规定了工厂制度的发展方向：大机 器价格昂贵（只能为少数大资本家所有）、体积庞 大（只能安装在固定的大建筑即车间里）、需要许 多人维护（这些人就是工人） o 1764年1812年，纺织工人的劳动生产率提高了 200倍 蒸汽机的发明与改进（1） o 蒸汽动力机的发明将工业革命推向纵深 o 原始的蒸汽机模型：让蒸汽压力将水提升，蒸汽冷 却后形成真空，又可以将水从低处吸入。 o 1679年，法国工程师巴本发明蒸煮器（高压锅）， 并在此基础上发明蒸汽机。 o 1698年，英国工程师萨弗里发明专门用来抽水的蒸 汽泵，主要靠真空吸水，蒸汽压力压水。 o 1712年，纽可门发明大气机，主要靠大气压力做功 。由一个带活塞的气缸做功，蒸汽锅炉与之分离， 气缸中加冷水喷射器。 蒸汽机的发明与改进（2） o 纽可门机的缺陷：热量浪费太大，效率不高；只有 简单的往复式线性运动。 o 格拉斯哥大学的机修工瓦特（17361819）的改革 n1，为了使汽缸保持温度，单独增加一个冷凝器（事先抽 成真空以引入高温蒸汽） n2，将活塞的直线往复运动转化成轮轴的旋转运动 o 瓦特蒸汽机的出现掀起了一场动力革命 o 纺织业、采矿业、冶金业在瓦特机的带动下迅猛发 展。 o 瓦特蒸汽机是否得益于科学？否。瓦特的成功得益 于正确的营销手法 o 瓦特是一个科学家吗？是。他是皇家学会会 员，但提交的论文并不是他对于蒸汽机的改 进，而是“人造气体的药用价值” o 瓦特更多的代表的，是一个新兴的商人阶层 的精神气质，而不是希腊科学的精神气质。 n 他散布谣言说，高压蒸汽机安全有问题，使得 他的竞争对手特里威西克没能成功 n 他抱怨贝托莱把他发现的氯化漂白过程公开了 ，无法申请专利以获利 运输机械的革命（汽船） o 1785年，美国菲奇将瓦特的蒸汽机用于帆船上 o 1800年左右，美国富尔顿继续制造汽船，1807年造 出克莱蒙特号，采用明轮推进。 o 1838年，英国商船天狼星号利用蒸汽动力横渡大西 洋成功 运输机械的革命（火车） o 由木路到铁路（采矿业） o 1796年，英国特里维西克制造了第一辆火车 o 1814年，英国斯蒂芬逊造出第一辆实用火车 。用于拉煤。 o 1823年，斯蒂芬逊的火车投入商用 o 1830年，利物浦与曼彻斯特铁路线连通 o 美国（1828）、法国（1830）、德国（1835 ） o 铁路业与钢铁业相互促进 从蒸汽机到内燃机 o 蒸汽压加大，瓦特又发明了无冷凝器的双向式蒸汽 机 o 特里维西克1800年发明高压蒸汽机 o 汽缸材料、加工、燃料，由外燃到内燃 o 燃料：煤气（1792）、煤油（1850） o 1860年，法国勒努瓦（18221900）造出第一台煤 气内燃机 o 1862年，法国德罗夏提出四冲程理论 o 1876年，德国奥托造出四冲程煤气内燃机 o 1883年，德国戴姆莱造出第一台汽油内燃机 运输机械的革命（汽车） o 1885年，戴姆莱研制出第一台汽油发动机的两轮“ 摩托车” o 同年，德国本茨发明了汽油内燃机为引擎的三轮汽 车 o 1886年，本茨（奔驰）发明四轮汽车 o 1888年，英国邓洛普发明充气轮胎 o 1892年，美国福特研制了美国第一部汽车 n1900年，美国汽车销量4千辆；1911年，60万；1915年， 89万；1927年，370万 n1908年，福特公司生产1万辆；1913年，生产线上马生产 30万。1924年200万辆。售价由850降至290美元。组装时 间由12小时（1908），到93分钟（1913），到24秒（ 1927） 福特的意义 o 使汽车由奢侈品变成为必需品 o 发明是需要之母 o 创造了技术型企业的典范：现代汽车工业 n 严密的组织机构，充分表达了技术系统的特征 n 汽车工业对其它产业的拉动作用 n 汽车工业对石油工业的依赖 n 汽车经济 n 汽车文化 工业革命的意义 o 蒸汽动力机的大量使用，使人从繁重的体力劳动中解 放出来，人开始以其聪明头脑而非四肢肌肉为自己造 福。 o 工业革命解除了对技术革新和经济增长的约束 o 工业革命使全体人民受到教育，客观上推进了“平等” 的观念。 工业文明的诞生 o 新型的动力能源： n自然力机械力 n可再生能源不可再生能源 o 新型的劳动组织形式 n手工作坊大生产。177080年代，阿克赖特开办的机 械化纺织厂，雇佣了上千名工人，成了近代第一批现代 工厂。 n标准化、流水线。1920年代，美国福特在汽车工业正式 完善了流水线生产制度。 o 新型的融资手段：货币经济的出现 o 新型的思想观念：由国家重商主义到自由经济 工业文明的扩散 o 城市人口首次达到50的时间： n英格兰1850年 n德国1900年 n法国、美国，1920年 n中国目前43 o 核心产业：钢铁、纺织、铁路运输、电气化 o 新的产业：建筑、食品加工、现代农业、服务业 o 殖民主义帝国主义扩张。1914年，西方列强征服 了全世界84的土地。 o 帝国主义殖民扩张的有利条件：战争工业化 n铁甲蒸汽动力炮舰 n铁路运兵 n一战作为化学家的战争，毒气的使用 与科学无关的工业革命 o 直到19世纪，技术进步和工业革命都与哲学家传统 无关 n皇家学会早期为政府服务。钟表的制造靠的是钟表匠 n纽可门并未得到胡克的指点 n瓦特也未受到布莱克潜热理论的启发 n19世纪之前技术并未应用科学，哲学家传统与工匠传统 不相往来 n在工业革命中发挥作用的工程师，主要是那些未受过任 何科学教育的民间工程师（civil engineer） 第二次工业革命 第二次工业革命 o 电磁学的发展使电气时代成为可能，并直接 推动了第二次工业革命 o 电力工业 o 电讯技术。电报，电话，无线通讯。 o 电照明工业 o 巴斯德灭菌法、免疫法 o 化学合成染料 电力革命 o 1821年，法拉第成功地使一根小磁针绕通电导线不 停旋转，创造历史上第一台“婴儿”电动机 o 1822年，法国物理学家阿拉果发现电磁铁 o 1829年，亨利发现绝缘导线做线圈可以产生更强大 的磁场。1831年用一块电磁铁吸引1吨重的铁 o 1834年，德国雅可比用电磁铁做转子，制成第一台 实用电动机。1838年以此制成电动汽船 o 1850年，美国佩奇制造一台10马力的电动机 o 早期的电动机都是直流电，但费用极其昂贵，看不 到商业价值。 o 1831年，法拉第发现动磁可以生电，并制作出第一 台模型发电机 o 1831年，法国发明家皮克希制造出手摇发电机，输 出直流电，但电流微弱 o 1857年，英国惠斯通用电磁铁代替永磁铁，发明自 激式发电机 o 1867年，德国的西门子发明自馈式发电机 o 电动机械和电动器具机动性好、噪音小、无污染 o 1880年左右开始进入工厂车间 o 进入千家万户从电灯开始。1879年，爱迪生的电灯 照亮了新泽西州洛帕克的主要街道。1882年，爱迪 生的直流发电机为几千户提供照明用电。 o 电力供应成为问题 o 直流电在远距离供电时损耗严重，而交流电 可以解决有效传输问题，容易变压 o 1885年，交流感应电动机发明 o 1891年，三相交流发电机、三相异步电动机 以及变压器均发明出来并投入使用。奥地利 劳芬水电站的交流电通过170公里传到德国 的法兰克福，输电效率达到80 o 技术自闭：早期的直流电商家抑制交流电。 爱迪生攻击交流电。 爱迪生 o 爱迪生（18471931），美国大发明家，美利坚的 民族英雄。 o 1860年代，电气开发热席卷美国。 o 1869年，发明自动收报机 o 1876年，发明留声机 o 1879年，发明碳化竹子做灯丝的电灯 o 1882年，在纽约建成世界上最大规模的电力系统， 直流发电机达到六百多千瓦，为几千户提供照明， 为电力事业的发展提供示范 o 1894年，制成第一台电影放映机。第一部电影列 车抢劫 电讯与大众传媒 o 电气化的两个战线，一是电力，一是电讯。 n 电报：莫尔斯电码 n 电话：贝尔 n 无线电：马可尼、波波夫 o 电讯技术与大众传媒的发展，充分显示了技 术创造文化的力量 n 广播与电视：由广告向音乐、戏剧、新闻、时 事评论扩展，与传统的报刊杂志等媒体相竞争 电报（1） o电报：现代科技的结晶。电流一旦能被检测出来，它就成了信 号的传播工具。电流一旦成为传播工具，瞬间传播就成了现实 o1820年，奥斯特发现电流的磁效应，通电导线周围的磁针发生 偏转。 o1822年，安培设计出了磁针通信机。26个导线。 o1836年，英国威廉库克制作了五磁针的电报机 o1838年，莫尔斯发明电报机和莫尔斯电码 o1844年，在莫尔斯鼓动下，由美国国会架设的第一条电报线路 在美国铺通（巴尔的摩华盛顿） o1846年，英国成立第一家电报公司 o1847年，英法在英吉利海峡铺设第一条海底电缆 o1858年，大西洋海底电缆铺成 电报（2） o 当时的诗曰：“富兰克林的手，抓住了奔驰的骏马， 驾驭这匹骏马的，是莫尔斯教授。” o 电报激起民众的巨大热情 o 梭罗的反对。电报传来的只是阿德莱德公主得百日咳 之类的消息。电报并没有解决人与人之间的沟通问题 。 o 电报改变了传统报纸时效性差的局面，把新闻性突出 出来。 o 科学通过传媒对社会发生作用，充分显示了技术不只 是手段，而是一种世界构造的方式 电话 o 1875年，贝尔发明第一部实用的电话机 o 1877年，爱迪生发明碳精话筒 o 1914年，载波法运用于电话线路中，至70年 代，一根电缆可以同时传递数千话路 o 20年代80年代以来，光纤通信成为主要的通 讯方式 o 电话技术对于意识形态的颠覆意义。慈禧。 互联网。 无线电 o 1865年，麦克斯韦从理论上预言电磁波的存在 o 1886年，赫兹在实验室证实了电磁波的存在 o 1894年，马可尼制成金属粉屑检波器，通过安装天线 和地线，提高了无线电发射和接受的效率 o 1895年，马可尼实现1英里无线电通讯。1896年，9英 里。1897年12英里。1898年18英里。 o 1901年实现了英国与加拿大之间的无线通讯 o 1909年，获诺贝尔物理学奖 o 1901年，俄国波波夫研制出无线电话接收机 o 1902年，美国费森登发明无线电话 无线电广播 o 1906年圣诞之夜，美国的费森登实现了无线电广播 o 1920年，美国匹茨堡地区首次出现定时的广播电台 o 无线电迷推动了无线电广播事业的发展 o 无线电广播创造了新的文化空间，1939年一项调查显 示，70美国人把广播作为获得新闻的主要途径。 o 1884年，德国尼普科设计出图像分解方案即尼普科扫 描圆盘。 o 1929年，英国贝尔德实现了电视传输，television一词 据说就是他首先发明的。1930年电视机进入市场。 20世纪的大科学典范 o 原子能的开发 o 航空航天 原子能的开发（1） o 1919年，英国卢瑟福用粒子轰击氮原子核，使其 嬗变成氧原子。 o 1932年，查得威克发现中子 o 1934年，法国约里奥居里夫妇用粒子轰击铝， 产生了一个磷的同位素，但很快放出正电子蜕变为 硅。 o 卢瑟福（1933）和爱因斯坦（1935）均没有意识到 原子能的实际利用近在眼前。 原子能的开发（2） o 1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原子核， 并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂核能力更强 。费米因此获38年诺贝尔物理奖。 o 1938年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元素与铀 相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜 想，以解释铀实验。并称裂变过程要放出大量能量 。 o 费米提出链式反应概念。 o 1939年9月1日，第二次世界大战正式打响 原子能的开发（3） o 1933年，爱因斯坦移居美国 o 1938年，费米逃往美国 o 德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、 哈恩、盖革 o 1933年，匈牙利物理学家齐拉德（18981964）已 经意识到核能的开发可能用于军事 n1935年，建议物理学家暂缓发表研究成果 n1939年，玻尔认为核能利用为时尚早 n1939年，说服美国政府抢在德国之前抓紧研制原子弹。 爱因斯坦、萨克斯、罗斯福 原子能的开发（4） o 1940年，美国政府正式大量拨款，启动“曼哈顿工 程”，格罗夫斯将军为行政首脑 o 1941年12月1942年12月，费米在芝加哥研制原子 反应堆 o 铀235、钚239的提纯 o 1943年1月1945年7月。奥本海默在新墨西哥州的 洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。 o 7月16日凌晨5时30分，第一颗铀原子弹试爆成功。 比一千个太阳都亮。 o 曼哈顿工程：动员50万人，耗费22亿美元，占用全 国三分之一的电力 原子能的开发（5） o 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国造不出原 子弹 o 科学家的犹豫： n继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 n不干吗？不符合现代科学技术的精神 n好的理由：应该让全人类知道它的威力 o 齐拉德、爱因斯坦的态度 o 1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月9日，钚 弹胖子投在长崎 原子能的开发（6） o 核军备竞赛：盟国之争 o 45年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹 o 1949年8月，苏联成功地进行了核实验 o 1952年11月1日，美国试爆第一颗氢弹 o 1953年8月，苏联研制氢弹成功 o 1952年10月3日，英国研制成功原子弹 o 1960年2月13日，法国研制成功钚弹 o 1964年10月16日，中国试爆成功原子弹 原子能的开发（7） o 1公斤核燃料相当于2500吨煤 o 1954年，苏联建成第一座小型原子能电站；1956（ 英国），1957（美国） o 核电站：成本低、污染小、效率高，但事故太可怕 o 1986年4月26日切尔诺贝利核电站第4号机组发生爆 炸。人为造成三道安全措施无效 o 1979年3月28日三里岛核电站二号堆事故，由于多 重安全系统发挥作用，后果不严重 o 核聚变 航空技术（1） o 气球与飞艇：18世纪气球热 o 滑翔机：升举与推进的难题。又轻又有强度的机翼 材料、动力机的马力重量比 o 19世纪下半叶：航空技术与科学理论相脱节 o 德国工程师李林塔尔（18481896）：18种滑翔机 ，2500次滑翔飞行试验 o 要想学会飞行，就要做出牺牲。 o 从1896年开始，莱特兄弟开始钻研飞机制造，升举 、推进与控制三要素中，着重解决“控制”问题，突 破固定机翼模式 航空技术（2） o 1903年12月17日，美国威尔伯.莱特和奥维尔.莱特 制造的第一架动力飞行器“飞行者1号”飞上了天空 ，持续59秒，260米。 o 1909年，法国人布雷里奥飞越英吉利海峡，36分钟 飞行42公里 o 1927年，美国人林白飞越大西洋 o 1909年，美国开始生产军用飞机 o 1914年，第一次世界大战时有千架飞机参战。10月 5日，法国飞机用机枪将德国侦察机击落，开空前 之先河。 航空技术（3） o 1918年4月1日，英国成立世界上第一支独立的空军 ：皇家空军 o 一战后的飞机：全金属单翼结构、可收放起落架、 封闭式座舱、大功率发动机、无线电及仪表技术 o 二战时期，军用飞机达70多万架。制空权成为战争 胜负的决定性因素 o 由活塞式发动机到喷气式发动机 o 1952年，美国波音研制的B52重型轰炸机 o 飞行就是自由，飞行就是力量 航天技术（1） o 从天空（sky)到太空（space) o 火箭：古代火箭与现代火箭 o 俄国齐奥尔科夫斯基（18571935）的科幻小说 在地球之外，系统完整地描述了宇宙航行的全过 程。液体火箭、多级火箭、宇航服、失重、登月车 o 1926年，美国高达德（18821945）成功发射第一 枚液体火箭，飞行高度12米，距离56米 o 1930年，德国冯布劳恩（19121977）发明液氧与 煤油混合燃料。1942年制成A4火箭，速度每秒2 公里，射程190公里。 航天技术（2） o 1943年，布劳恩造出V2导弹，重6吨，射程达300 多公里，速度是音速的6倍 o 1954年赫鲁晓夫上台，重视洲际导弹计划 o 1957年8月21日，苏联在科罗列夫（19061966） 领导下发射第一枚洲际弹道火箭，射程达8千公里 ，领先于美国 o 1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星。 重83.6公斤，直径58厘米，能发射电码。 o 1957年12月4日，苏联发射第二颗卫星，重500公斤 ，还装了一只小狗。 航天技术（3） o 1958年1月31日，由布劳恩设计的火箭将美国第一颗 卫星送上轨道1959年1月2日发射了第一颗人造行星“ 梦想1号” o 1958年7月，美国成立国家航天局 o 1959年9月12日，苏联的“梦想2号”在月球硬着陆