《自然科技常识》word版.docx

科技创新可分为知识创新和技术创新两个层面。知识创新是指通过科学研究，获得新的基础科学知识和技术科学知识的动态过程；而技术创新则是指将科技成果转化为商品并实现其市场价值的动态过程。加速技术创新，促进科技成果产业化，特别是高技术的产业化，是我国科技发展的重要战略措施。技术创新能力是国家经济活力和企业竞争力的决定性因素，从而成为当今国家发达程度的重要标志。 以高技术产品开发和生产为主导的产业，是高技术产业。高技术产业的主要特点是： (1) 知识和技术密集，科技人员的比重大，职工文化、技术水平高；(2) 资源、能量消耗少,产品多样化、软件化，批量小，更新换代快，附加值高；(3) 研究开发的投资大；(4) 工业增长率高。一、高新技术的含义及特征高新科学技术，也叫高技术、高科技。不同的国家对高技术有不同的理解，从第三世界国家发展的角度来认识，把高技术分为三个层次：（1） 技术的改进；（2） 技术的综合；(3) 技术的改进，技术的综合均属于高技术的范畴，更重要的是技术的创新。高新技术就一般而言，实际上指的是当代新兴学科与高技术水平，特别是尖端技术和先导技术，它反映了科学向技术的迅速转化以及科学与技术的高度融合，是生产力发挥巨大作用的重要因素。高新技术本身具有一些有别于一般科技的独特内容，将高新技术的主要特征概括为“六高”：高智力、高投入、高风险、高效益、高渗透、高竞争。二、高新技术领域及其标志性技术一般认为，高技术包括六大技术领域，12项标志技术和9个高技术产业。它们之间的关系是：六大高技术领域是信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术和海洋技术，它们将在本世纪获得迅速发展，并通过广泛的实用化和商品化，成为日益强大的高技术产业。以基因工程、蛋白质工程为标志的生物技术将成为21世纪技术的核心；以光电子技术、人工智能为标志的信息技术，将成为21世纪技术的前导；以超导材料、人工定向设计的新材料为标志的新材料技术将成为21世纪技术的支柱；以航天飞机、永久太空站为标志的空间技术将成为21世纪技术的外向延伸；以深海采掘、海水利用为标志的海洋技术将成为21世纪技术的内向拓展。六项高技术领域中的12项标志技术，是已经萌发但还远未成熟的前沿技术。本世纪的传统产业在国民经济中所占比重将缩小，但由于高技术对传统产业的强制性渗透改造了这些传统产业部门，因此这些产业的绝对产量和产值不会萎缩。1.信息技术领域信息技术是六大高技术的前导。主要指信息的获取、传递、处理等技术。信息技术以电子技术为基础，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。 当前信息技术主要表现在：(1) 集成电路。目前世界上1兆位和4兆位的动态随机存储器芯片已得到广泛应用，16兆位的芯片也已产生。此外，光子集成电路和生物集成电路的研制开发也已获得重大进展。 (2) 电子计算机。目前世界上计算机的装机台数超过一亿，超巨型计算机速度已超过100亿次。现在的计算机，类似人的左脑进行逻辑思维方面的工作。而形象思维方面的工作则要通过人的右脑完成。为解决形象思维问题，人们正在研制神经计算机和模糊计算机。神经计算机从微观上以自底到顶的方式接近人脑，而模糊计算机则是从宏观上，以从顶到底的方式接近人脑。 (3) 软件技术。信息技术主要由两部分技术组成，即计算机硬件技术和计算机软件技术。知识和信息的收集、存储、整理、创新、传播和应用等环节的运行，将以计算机软件技术的开发与利用为前提。软件技术是各类计算机应用程序设计或编辑技术的总称。目前软件技术主要有四大类：根据计算和自身的结构和功能，为计算机设计成编辑指令性语言程序的软件技术；为计算机操作、管理人员或编辑操作、编辑、检索、调试、诊断、维护等程序的软件技术；为满足用户的特殊需求而设计或编辑计算机应用、专项程控、系统管理等程序的软件技术；为各类用户计划或编辑知识信息资料，网上操作和电子读物程序的软件技术。(4) 通信技术。20世纪70年代以来，相继出现了光纤通信、卫星通信、程控数字交换机和综合业务数字网技术。(5) 激光技术。激光器是20世纪与原子能、半导体、计算机齐名的四项重大发明之一。以激光器为基础的激光技术得到了迅速发展，现在已广泛应用于工农业生产、能源动力、通信及信息处理、医疗卫生、军事、文化艺术以及科学技术研究等各个领域，激光技术是正在走向实用化的高技术。2.生物技术领域生物技术是以生命科学为基础，利用生物体和工程原理等生产制品的综合性技术，包括基因工程、细胞工程、酶工程、微生物工程四个领域。生物技术是21世纪技术的核心。它有两个标志性技术，基因工程和蛋白质工程。生物技术不仅在农业和医学领域得到广泛的应用，而且对环保、能源技术等都有很强的渗透力。3.新材料技术领域新材料主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更优异的性能的一类材料新材料技术是高新技术的物质基础，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、单晶材料等的开发和利用。它有两个标志：一个是材料设计或分子设计，即根据需要来设计新材料；另一个是超导技术。20世纪90年代新材料技术研究的主要方向是：高功能化，超高性能化，复合化和智能化。4.新能源技术领域能源是人类生存和发展的基本保障。现代的新能源技术按照其创新性和是否能够再生或连续使用的性质可划分为新能源技术和可再生能源技术。新能源与可再生能源技术主要包括核能、太阳能、水能、地热能等。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。5.空间技术领域空间技术即新型高科技航天技术，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、宇宙飞船等空间军事技术的研究与开发。空间技术是21世纪技术的外向延伸，它的两个标志是航天飞机和永久太空站。它不仅把高技术用于地球上，还把人类整体生存机构引向了外层空间。6.海洋技术世界海洋总面积为36亿平方公里，占地球总面积的70%以上，海洋的平均深度为3800米，蕴藏着极为丰富的资源和能量。海洋技术是21世纪技术的内向拓展，其标志技术是深海挖掘和海水淡化。除这六大高技术领域外，另外介绍一下环保技术和农业新技术。环保技术，主要是对人类赖以生存与发展的自然环境进行监制、控制、治理和保护的各类技术的统称。农业新技术包括：农业工厂化。农业工厂化是综合运用现代高科技、新设备和管理方法而发展起来的一种全面机械化、自动化的技术(资金)高度密集型生产。它能够在人工创造的环境中进行全过程的连续作业，从而摆脱自然界的制约。绿色革命。“绿色革命”是20世纪60年代中期在发展中国家兴起的，以采用农作物高产良种为中心的一场新技术革命。其主要内容是大规模地推广矮杆、半矮杆、抗倒伏、产量高、适应性广的小麦和水稻等作物优良品种，并配合灌溉、施肥等技术的改进。这一农业技术革新取得了惊人的成绩，因而被誉为“绿色革命”。国际玉米和小麦改良中心和国际水稻研究所在这一革命中作出了突出贡献。持续农业。持续农业是20世纪80年代酝酿提出的农业发展新方向。持续农业是一种“不造成环境退化、技术上适当、经济上可行、社会上能接受的”农业。概括地说，它是经济、社会、技术与环境协调发展的农业。我国的持续农业尚处于探索和初步实验阶段。工作主要集中在三个方面：一是加强研究，二是建立实验区，三是扩大国际交流与合作。三、可持续发展可持续发展是人类的基本目标和基本任务。世界环境与发展委员会提出的可持续发展是“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害”的发展。1.生态平衡与中国生态环境生态系统的平衡简称生态平衡，是指一定的生态系统发展过程中各种对立因素通过互相制约的转化、补偿、交换等作用，达到一个相对的稳定和平衡的阶段。生态系统具有自动调节能力，但这一能力是有一定的限度的，叫做生态国限，超过了生态国限，自动调节能力就会降低甚至丧失，生态系统就会遭到破坏。生态平衡是生物世界进行生命活动所遵循的一条客观规律，在对生态系统的利用和改造过程中要严格按规律办事，才能在改造大自然的过程中建立起更完善的生态系统。对我国生态环境的基本评价是：总体在恶化，局部在改善，治理能力远远赶不上破坏速度，生态赤字逐渐扩大。造成我国生态环境不断恶化的原因是多方面的，主要有三大压力：人口压力、工业化压力和市场压力。中国21世纪议程中国21世纪人口环境与发展白皮书是中国走向21世纪的可持续发展战略框架，是制定中国国民经济和社会发展中长期计划的指导性文件，也是中国政府认真履行1992年联合国环境与发展大会文件的原则立场的实际行动，具有划时代意义。1994年8月，国务院第16次常务会议通过了中国21世纪议程，成为中国可持续发展的全国纲领性文件。中国21世纪议程包含四个层次。第一个层次为“系统”，即总体战略系统，社会可持续系统、经济可持续系统以及资源可持续利用和环境系统；第二个层次为章，各系统皆由若干章组成，每章的内容指明该系统走向可持续发展的重要方面；第三个层次为“方案领域”，每章由若干方案领域组成；第四个层次为“行动”，由每个方案领域内若干行动组成，是实施中国21世纪议程的基本单元。2.环境与环境保护(1) 环境是人类赖以生存和发展的基础。环境可分为自然环境和社会环境两类。自然环境指人群周围各种自然因素的总和。社会环境指人类在自然环境基础上创造的劳动和社会场所，是人类物质文明和精神文明发展的重要标志，是农业、工业、城市等人造环境的总称。(2) 环境问题是由人类活动所引起的上述环境的改变以及因为这些改变而引起的各种问题。环境保护是一项综合性的工程，既要防治环境污染，又要保持生态平衡，保护环境是维持生态平衡的手段，维持生态平衡是保护环境的目的，因此，环境保护应包括防治污染和保护自然两个方面。1.物质结构道尔顿原子论将原子视为物质的最小单位。汤姆生发现电子，它是任何金属中都存在的东西，带负电，电量e是电荷的基本单位。电子的发现预示原子中还存在更小粒子。原子核是由质子和中子组成的。质子和中子之间由于交换介子，产生强相互作用力，把核子结合在一起，形成稳定的原子核。这种理论后来得到证实，而且发现了越来越多的基本粒子及其反粒子。至今已发现了400多种基本粒子。参与强相互作用的中子、质子、介子是由三种夸克及其反夸克所组成。夸克带的电荷有分数值。夸克概念的引入，为强子的分类和研究提供了统一的解释。随着新粒子的发现，物理学家把夸克增到六种，在实验中验证了其存在。但夸克却不能以自由夸克的形态出现。这便是所谓的“夸克禁闭”。2.宇宙演化宇宙是包括银河系在内的由大约1000亿个星系组成的总星系。它的大小是用光走过的时间来计量的。20世纪初，斯里弗发现河外星系的谱线红移现象。根据多普勒效应，远处的星系均在离我们而去。哈勃发现，离我们越远的星系，飞离我们的速度越快。这便是哈勃关系式。根据哈勃给出的距离和速度的关系，20世纪天文学家提出了大爆炸宇宙论，认为宇宙起始于120亿150亿年前的一次大爆炸。在此之前，宇宙可能存在一个在强大万有引力作用下的收缩时期，在收缩到某个尺度较小的时空的“奇点”后，宇宙就由收缩转化为大爆炸。宇宙大爆炸后经历了一系列时代，合成了基本粒子和物质，宇宙逐步透明，形成星系和星系团、恒星和恒星系。3.生命起源生命的物质基础是蛋白质和核酸，探索生命起源也就是追问它们来自何处。实验证明原始地球产生生命物质的可能性。由此提出生命的海相起源说和陆相起源说。原始生命的形式可能是蛋白质、DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）三角共存，进化是发生在这个三角关系中的自组织现象。不过，研究还发现，RNA可起基因和催化剂的双重作用，许多病毒只含RNA，也能合成蛋白质，RNA在这时既是载体又是模板。所以，生命更可能起源于RNA。有人提出地球生命的“宇宙胚种说”。4.人类起源和进化人类起源问题，包括地球上直立人的出现和与我们体质特征相同的现代人的出现两大问题。针对这两个问题主要存在古人类学研究和基因研究两个分野，主要有一中心（非洲）起源和多地区起源两种假说。从猿到人，乃至从直立人到现代人的进化，不论是在非洲发生的，还是在亚洲或欧洲发生的，也都存在许多缺环。19世纪，恩格斯就指出劳动在从猿到人的过程中的作用，但自然选择和基因突变也起作用，它们之间有复杂的关系。5.人类基因组计划人类基因组中包含着决定人体发育和衰老、健康和病亡的遗传信息。通过基因组织研究，搞清30亿对碱基如何交替组成，就有望弄清楚人类各种疾病的根源，从而揭示生命的所有奥秘。它是一项改变世界、影响到我们每个人的科学计划，专家形容其为“生物学的阿波罗登月计划”。“人类基因组计划”（HGP）于1990年由4个国家的资助机构开始启动，先后有6个国家加入。1999年9月，中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的1，也就是3号染色体上的3000万个碱基对，使中国成为继美、英、日、德、法之后第6个国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的惟一发展中国家。2000年6月，人类基因组工作草图宣布绘就。2001年2月，科学家们联合发表论文，正式公布了人类基因组草图的具体测定和分析结果。2003年4月，包括中国政府总理在内的六国政府首脑发表联合声明，对人类基因组计划的完成表示祝贺，标志着在包括中国在内的有关国家科学家的共同努力下，人类基因组序列的“完成图”已经完成。6.认知科学人的学习，在社会和生活中也就是认识和求知。现代认知科学运用自然科学、社会科学和人文科学的综合知识、手段和方法，探索人类的认识活动和求知过程。由于认知活动是复杂而高级的智力活动，所以，认知科学是一个领域广泛的科学群，其中包括哲学中的认识论和逻辑学，生命科学中的心理学、脑科学、神经科学，以及社会学、语言学、行为科学（包括对动物认知行为的研究）、人类学、系统科学（系统论、控制论、信息论、混沌学等），也包括计算机科学技术中的人工智能、机器人、传感器、人工语言研究等。在具体研究中，认知科学并不是以上各种学科的叠加和拼凑，而是在多学科的学术空间开辟新领域，甚至进行实验研究。7.脑科学动物神经系统的活动，特别是大脑的活动，是已知最复杂的物质和意识运动。从猿到人、劳动工具的制造和使用、高级语言的发明和运用等，既是大脑进化的结果，又反过来推动了大脑的进化。大脑是一个整体，思维是一个极其复杂的过程，对大脑的研究都只是分析性和局部性的。为了深刻理解大脑，科学家也研究了感觉现象，并在计算机和数学基础上开始人工智能研究，目标是创造接近人脑学习能力的智能系统。总之，大脑是能够思维和产生意识的物质，因而可以说是最高级的物质。1.恒星恒星是宇宙中最基本的天体，自身能发光，由炽热气体组成，主要成分是氢和氦。2.太阳太阳是由炽热的气体组成的球状天体，主要成分是氢和氦。太阳的体积约为地球体积的130万倍。太阳的大气结构即为太阳的外部结构，从里向外分为光球层、色球层、日冕层。太阳活动的周期为11年，主要标志是黑子和耀斑。太阳活动对地球的影响：扰乱地球大气的电离层；产生“磁暴”现象；产生极光。3.行星行星是在椭圆轨道上绕太阳运行的、近似球形的天体，它们不发光，质量比太阳小得多。太阳系目前已知的八大行星距日由近及远依次为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。4.日食当太阳、月球、地球运行约成一直线时，月球阴影掠过地球，会造成日食。依目视太阳被月球遮掩的多少，可分为日偏食、日全食和日环食。5.月食当太阳、地球、月球运行约成一直线时，月球运行到地球阴影内，则会形成月食。依地球遮避阳光照射到月面的多少，可分为月偏食和月全食。6.区时1884年国际经度会议决定，全世界按统一标准划分时区、实行分区计时。按这种办法，