第五讲科学技术史通识课

科学技术与文明

通识选修课（24课时）主讲：万辅彬教授广西民族大学科学技术与社会发展研究中心第五讲

二十世纪的科学技术第一节经典化学向现代化学的转变一.从炼金术到化学炼金术(al-kimiya)是中世纪的一种化学哲学思想，是后来化学的雏形。其目标是通过炼金术将一些基本金属转变为黄金或制造长生不老药。西方的炼金术可追溯到希腊化时期，代表人物是佐息摩斯，大约生活在公元350至420年，他相信炼金术能魔术般地使金属出现人所企望的变化。类似于中国所说的“能令人不老不死”的“神药”—“金丹”。炼丹术是化学的起源二.十七世纪化学附属于炼金术、矿物学、冶金学、药物学或医学，许多科学家关注燃烧的性质和化合物的聚合力。当时认为燃烧是因为有燃素－－燃素说。三.十八世纪，实用化学的发展丰富了人们关于元素和化合物的知识，定量方法成为化学研究的主要方法。十八世纪未，法国引发了一场由拉瓦锡领导的化学革命，这场革命以揭示燃烧过程本质为起点而建立的全新的氧化学说，并且使化学成为由经验技术性的学科转变为可以用数学进行精确计算的科学。四.经典化学理论的完善（一）道尔顿的原子论（二）门捷列夫周期律（三）化学反应过程与化学物质结构的初步认识

道尔顿门捷列夫元素周期律五.物理学中的新理论、新概念逐步渗透到化学中，打破了经典化学认识极限，形成了现代化学的新理论。人们认识到，元素的化学性质是由核外的电子排布，特别是由最外层电子的排布决定的。价键理论、分子轨道理论和配位场理论的建立，共同组成了完整的分子结构理论。量子力学的建立催生结构化学。六.化学分析方法的变革十九世纪，化学分析的方法主要是酸碱滴定、沉淀滴定以及氧化还原滴定等方法。其缺点是操作复杂，精确度低。二十世纪以来，利用光、电和电子技术产生了若干新的分析方法：极谱分析、光谱分析、色谱仪（层析法）、质谱分析、核磁共振等。电脑的诞生和人工智能的发展使仪器分析的范围越来越广，精度越来越高。七.有机化学的新进展近代的（20世纪以前）有机合成主要是合成自然界存的物质。现代的有机合成则是合成自然界原本不存在的物质。有机化学衍生出合成染料工业、农药制造、药物化学等。用隔水透气的高分子薄膜做的鸟笼八.高分子化学与合成化学的兴起高分子分类：天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子。合成塑料—合成橡胶—合成纤维—合成物带来的污染，如白色污染等。一.进化论

代表人物：达尔文第二节孟德尔遗传定律再发现和现代生物学

二.孟德尔遗传定律（豌豆实验）有机化学

19世纪60年代，奥地利布隆镇修道院院长孟德尔做了一系列豌豆杂交实验，发现了遗传定律，发表在布隆的地方志上，他的成果埋没了30多年。20世纪初，荷兰的德弗里斯、德国的柯林斯和奥地利的切马克也分别从事植物杂交研究，正当他们工作就要结束时，三位科学家不约而同地发现了孟德尔早已得出了他们将要发表的研究结果。于是，1901年，孟德尔的论文重新以德文发表，这就是科学史家称道的孟德尔遗传定律的再发现。英国的贝特森将孟德尔的论文翻译成英文，并向生物学界广泛传播孟德尔的学说，1906年，贝特森第一次提出了“遗传学”一词。三.1909年丹麦的约翰逊提议用“基因”一词代替遗传因子四.1910年美国摩尔根第一次将一个基因和一个具体的染色体的行为联系起来，证明了基因是染色体上的遗传单位。摩尔根和他的学生发表了

《遗传的物质基础》和

《基因论》。摩尔根成为

20世纪遗传学的代表。1933年他获得了诺贝尔生物学奖。五.20世纪40年代以后，物理学和化学向生物学渗透，产生分子遗传学，引起生物学革命，发展了遗传工程这一生物技术。六.1944年美国的艾弗里揭示了遗传基因就在DNA上，不同国家的科学家共同努力，探明了DNA的结构。其中，沃森和克里克贡献最大。他们在富兰克林等人的帮助下建立起DNA双螺旋分子模型。他们也获得了1962年诺贝尔物理学奖，七.20世纪60年代以后，分子生物学对细胞学的发展产生了深刻的影响，人们进一步认识生命活动的本质并将研究成果运用在医学上。癌细胞基因测序第三节进入电子信息时代电子信息技术是计算机技术、通信技术与微电子技术的综合，它是一门随着微电子、计算机以及其它相关技术的发展而发展起来的，它的应用深刻了影响了人们的生产方式、生活方式和思维方式，从根本上改变了人类社会的面貌。一.微电子技术

1、晶体管的出现（1947年贝尔实验室研制出第一个半导体三极管）

2、集成电路技术的问世（1958年美国仙童公司发明）3、大规模集成电路（关键技术有：微细图形加工技术、精密控制掺杂技术、薄膜生产技术）

1992年，纳米技术使微电子技术有了飞跃的发展二.通信技术1、贝尔电话2、马可尼电报3、传真技术4、数字通信5、可视电话通信技术的发展离不开卫星通信和信息高速公路三、广播电视1、有线广播2、1906年的圣诞之夜开始了首次无线电广播3、20世纪30年代开始了黑白电视广播4、20世纪50年代开始彩色电视广播5、20世纪70年代高清晰度电视四.雷达以及相关军事通讯系统五.计算机的诞生与应用计算机是代替和延长人脑功能的技术，它在一定程度上物化并放大了人脑的智力最初的计算工具欧洲直到17世纪才出现计算尺和机械式计算机人类最初用手指计算，因为人有两只手，十个手指头。用手指头计算固然方便，但不能存储计算结果。于是人们用结绳记事来延长记忆能力。到了春秋时到就出现了算筹。算筹是我国古代最早用来计数和计算的工具，一般是由十几厘米长的竹签制成，用它摆成不同的形式来表示不同的数。到了唐朝已经有了至今仍在使用的计算工具——算盘。珠算是我国人民独特的创造。第一代计算机第一代计算机（1946-1958）是采用电子管作为逻辑元件，用阴极射线管或汞延迟线作主存储器，外存主要使用纸带、卡片等，程序设计主要使用机器指令或符号指令，应用领域主要是科学计算。当时的运算速度为5千——3万次每秒。1946年2月世界上第一台电子计算机ENIAC在美国的宾夕法尼亚大学诞生。它采用电子管作为计算机的基本元件，由18000多个电子管，1500多个继电器，10000多只电容器和7000多只电阻构成，占地170m2，重量30吨，每小时耗电30万千瓦,是一个庞然大物，每秒能进行5000次加法运算。

ENIAC机房第二代计算机第二代计算机（1959-1964）用晶体管代替了电子管，主存储器均采用磁芯存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的外存储器，程序设计使用了更接近于人类自然语言的高级程序设计语言，计算机的应用领域也从科学计算扩展到了事务处理、工程设计等多个方面。

1954年美国贝尔实验室建成世界上第一台晶体管计算机TRADIC。开始了第二代计算机的发展。第二代晶体管计算机第三代计算机第三代计算机（1965-1970）采用中小规模的集成电路块代替了晶体管等分立元件，半导体存储器逐步取代了磁芯存储器的主存储器地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器，计算机也进入了产品标准化、模块化、系列化的发展时期，计算机的管理、使用方式也由手工操作完全改变为自动管理，使计算机的使用效率显著提高。IBMS/360

1964年研制出计算机历史上最成功的机型之一IBMS/360。S/360极强的通用性适用于各方面的用户，它具有“360度”全方位的特点，并因此得名。IBM为此投入了50亿美元的研发费用，远远超过制造原子弹的的20亿美元。IBM360成为第三代电脑的标志性产品第四代计算机第四代计算机（1971-至今）使用大规模和超大规模集成电路，主存储器均采用半导体存储器，主要的外存储器是磁带、磁盘、光盘，微处理器和微型计算机诞生。多媒体技术和网络技术的广泛应用，让计算机深入到社会的各个领域。

1976年苹果计算机：集成电路的发展，计算机开始了小型化的历程。最新的笔记本电脑1982年IBM个人计算机六.多媒体技术与网络技术

20世纪80年代以后随着计算机软硬件技术的高速发展，人类社会进入了多媒体与网络化时代。1、多媒体技术

1984年苹果公司首先使用了多媒体技术，将电视的视听信息传播功能与计算机交互控制功能结合起来，创造出文字、图形、声音、图像基于一体的信息处理技术。广泛的用于教学、商业、信息、管理、服务、娱乐等社会各个领域，实现了全方位多媒体的交流。2网络技术

1969年出现第一个计算机网络后，实现更大范围的资源共享一直是人们追求的目标。

1993年1月，美国提出信息高速公路计划以及Internet的建立，计算机与网络进入一个高速发展时期，计算机网络的主要功能包括资源共享、信息传输与集中处理、任务分布处理以及综合信息服务等，Internet网几乎覆盖全球，上网已经成为人们日常生活中不可缺少的一部分。多媒体与网络化是推动计算机发展的两大动力，可以说信息社会已经到来。第四节航空航天技术人类活动的四个领域地球上的陆地海洋大气层空间宇宙空间人类梦想飞天的历史——得用万年来计算我国古代“飞龙”火箭飞行器诞生——1000年“万户飞天”——600多年月球上的一座环形山命名为“万户山”莱特兄弟的动力飞机——航空事业不足100年现代火箭V-2——航天事业只有50多年第一颗人造卫星——40多年

航天技术（空间技术）是一门研究人类如何飞出地球大气层，进入宇宙空间，进行探索、开发和利用太空及地球以外天体的综合性技术。太空：100~120公里以上的空间——宇宙空间——“天”——人类活动的第四领域。

牛顿的“思想实验”

——大炮实验万有引力定律三个宇宙速度第一宇宙速度：V1=7.9km/s第二宇宙速度：V2=11.2km/s第三宇宙速度：V3=16.7km/s一、航空与火箭技术

人类用气球、飞艇和飞机实现了飞翔的梦想，但是这种飞行只能在大气层中，借助空气获得上升的动力。要实现宇宙空间的探索，需要一种全新的动力。1.从理论上探索火箭飞行技术的第一位科学家是前苏联的齐奥科夫斯基（KonstantinE.Tsiolkovsky1857-1935）2.他的名言：“地球是人类的摇篮，但没有人能永远留在摇篮里。”3.著有科幻小说《在地球之外》(1929)齐奥科夫斯基下左：齐奥科夫斯基于1883年绘制的太空舱草图

下右：齐奥科夫斯基于1903发表论文中的火箭设计图第二次世界大战期间，德国秘密研制了V-1和V-2导弹，V-1实际上是一种带炸弹的无人驾驶飞机。V-1

V-2则是由德国著名火箭专家冯·布劳恩（1912-1977）主持的皮尼门德小组设计的。V-2美苏瓜分V-2技术1.从1944年9月到次年3月，德国向英国发射了1120枚V-2导弹，向欧洲其他国家发射了2500枚。2.德国战败后冯·布劳恩和皮尼门德小组的100多名火箭专家向美军投降，前苏联红军也缴获了一些技术人员和大量的V-2火箭。当时在NASA的钱学森主持了对冯·布劳恩的审问。

1.冷战期间美苏

两国竟相发

展导弹系统。

1957年8月27

日前苏联第一

枚洲际导弹

SS-6发射成功。

冷战运载火箭1.以SS-6为基础，前苏联改进成为运载火箭，发射了一系列航天器：如第一颗人造卫星、东方号宇宙飞船和联盟号宇宙飞船等。2.美国在60年代发展了组合运载火箭，利用已有的中程和洲际导弹作为运载火箭的组成部分。二、空间技术的发展

但是前苏联当时在大型运载火箭方面占有优势，因此抢先在1957年10月4日发射了第一颗人造卫星，这颗卫星的名字就叫卫星一号。每96分钟绕地球一圈。1.与前苏联的成功相比，美国于1957年12月和1958年1月接连两次发射仅重9千克的卫星失败。2.后来在美国国会干预下，授权陆军使用运载火箭“木星-C”号，终于在1958年1月31日把人造卫星“探险者”1号发射成功。美国“探险者”1号宇宙飞船和空间站在载人空间飞行方面，也是前苏联起步较早，1961年4月12日加加林乘坐东方一号升空，绕地球飞行一周，历时108分钟，然后返回。“阿波罗”登月计划面对前苏联的领先，美国人不甘落后，1961年5月25日肯尼迪在国会提出“在10年内把一个人送上月球，并安全返回”的任务，由此启动了“阿波罗”登月计划。科学史上第一大工程1.以后又有5艘“阿波罗”飞船登上月球。2.阿波罗17之后，美国的登月计划截止。3.该计划共耗资240亿美元，历时10年，先后有120所大学、2万家企业的400万人参加，堪称现代科学史上第一大工程。航天飞机1.美国人吸取阿波罗计划发射代价高昂的教训，1968年底NASA正式接受了研究一种可重复使用的航天器的设想。2.最后制造出了企业号、哥伦比亚号、挑战者号、发现号和亚特兰蒂斯号五架航天飞机。其中企业号只用于滑翔试飞。国际空间站1.国际空间站由美国、俄罗斯、日本、欧洲航天局、加拿大等共同建造，计划耗资将超过630亿美元。2.根据协议，国际空间站80%的建设资金由美国负担，工作语言为英语，并由美国航空航天局牵头，负责从总体上领导和协调计划的实施以及在空间站运行期间发生紧急情况时进行具体指挥。三、我国的航天事业

1960年2月19日，中国自行设计制造的试验型液体燃料探空火箭首次发射成功。九月，探空火箭发射成功。1966年10月27日，导弹核武器发射试验成功。弹头精确命中目标，实现核爆炸。1967年，“和平二号”固体燃料气象火箭试射成功。1970年四月24日，“东方红一号”人造卫星发射成功。这是中国发射的第一颗人造卫星。1982年10月12日，潜艇水下发射运载火箭获得成功，回收舱准确地溅落在预定海域。中共中央军委发电致贺。1986年2月1日，中国发射一颗实用通信广播卫星。20日，卫星定点成功。这标志着中国已全面掌握运载火箭技术，卫星通信由试验阶段进入实用阶段。图为这是矗立在发射架上的长征二号捆绑式新型运载火箭在发射前的雄姿。

1.“神舟”一号1999年11月20日发射2.“神舟”五号2003年10月15日杨利伟3.“神舟”七号2008年9月25日发射成功

2.航天技术的社会应用全世界发射了4000多个航天器

90%是应用卫星应用卫星主要有：试验考察、通信、气象、导航、军事侦察、地球资源、海洋监视等卫星.

应用卫星的工作寿命——1~2年一、核能开发的历史进程1.1919年，英国卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，使其嬗变成氧原子。2.1932年，查得威克发现中子3.1934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。4.费米提出链式反应概念。第五节核能技术

1.1933年，爱因斯坦移居美国2.1938年，费米逃往美国3.1939年，爱因斯坦说服美国政府抢在德国之前研制原子弹。4.1940年，美国政府正式启动“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5.1941年12月－1942年12月，费米在芝加哥研制原子反应堆6.奥本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。7.7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。8.1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月9日，钚弹胖子投在长崎核军备竞赛1.45年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹1949年8月，苏联成功地进行了核实验2.1952年11月1日，美国试爆第一颗氢弹3.1953年8月，苏联研制氢弹成功4.1952年10月3日，英国研制成功原子弹5.1960年2月13日，法国研制成功钚弹6.1964年10月16日，中国试爆