第六章 新科学技术革命的兴起及其影响第一节 新科学技术革命的兴起

新科技革命的前提 第二次世界大战后，科学技术取得了飞跃发展。它是人类社会的第三次科技革命。第一次科技革命始于 18 世纪 60 年代。它以牛顿力学为理论，以蒸汽机的应用为标志，促使纺织、化工、采掘、冶金、机器制造等部门迅速发展。19 世纪 70 年代开始了第二次科技革命。它以法拉第、麦克斯韦的电磁学为理论前导，以电力和内燃机的应用为标志，推动了汽车、飞机和无线电讯的广泛使用，创造了比蒸汽机时代大得多的生产力。

20 世纪 40 年代以后，出现了意义更为深远的第三次科技革命。这次科技革命的前提是四项重大科学发现。虽然有些项目在战前已被发现，但战争妨碍了它们的发展和应用。只是在二次大战之后这些科学发现的重大意义才充分显示出来。

第一项重大发现是爱因斯坦在战前提出的相对论。过去，物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。爱因斯坦通过实验和思索得出结论说，时间和空间不是绝对的，而是相对的。爱因斯坦指出， 在接近光速的情况下，运动着的尺子要缩短，运动着的时钟要变慢。换句话说，牛顿定律在高速情况下是不成立的，但在常规下因影响甚微，可视其为正确。爱因斯坦的相对论具有极其重要的基本理论意义，是现代物理学的理论基础之一。它对微观和宏观领域以接近光速运动的现象的研究，具有重大指导意义。这一理论在原子能工业部门得到应用。

第二项重大发现是量子力学。 1900 年，德国物理学家普朗克首先提出量子假说。认为物体在发射和吸收辐射（即电磁波）时，能量的变化不是连续的，而是一份一份的，这一份份的能量就是量子。随后，英国物理学家卢瑟福和丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动，当电子从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁波。 20 年代，德国物理学家海森伯和奥地利物理学家薛定谔等创立了物理波理论，指出电子和一切物质粒子都像光一样，既具有连续的波动性质，又具有不连续的粒子性质。对于电子等微观运动，牛顿力学已不适用，必须代之以从量子概念发展起来的量子力学。海森伯、薛定谔创建的完整量子力学成功地揭示了微观世界的基本规律。它解决了原子结构以及原子中电子运动的问题。它为元素周期律提供了物理解释。它对于了解原子如何结合成分子、阐明分子的性质提供了理论武器。量子力学应用于化学形成量子化学，能够设计具有特定性能的分子。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。

第三项重大发现是分子生物学。它是在物理学和化学影响与渗透下发展起来的一门全新的生物学科。它的核心是通过对生物体的主要物质，特别是蛋白质、酶和核酸等生物大分子的结构和运动规律的研究，探讨生命现象的本质。早在 20 世纪初，美国人摩尔根提出染色体学说，说细胞核中的染色体

带有遗传基因。1944 年美国人艾弗里等发现脱氧核糖核酸携带着遗传信息。1953 年，美国的沃森和英国的克里克在英国《自然》杂志上发表了《核酸的分子结构》一文，提出脱氧核糖核酸的双螺旋结构。这篇文章的发表，标志着分子生物学的诞生。这以后，分子生物学发展很快，在人工合成蛋白质和核酸，测定蛋白质、酶、核酸的化学结构和空间结构，了解这些生物大分子的结构与功能的关系上，有很多成果。

第四项重大发现是系统科学。 20 世纪初以来，各门自然科学蓬勃发展，学科愈分愈细，分支学科愈来愈多。与此同时，学科之间又互相渗透， 相互交叉，使自然科学整体化。系统科学就是对各种客观存在采用从整体上研究它的客观特性的学科。它主要包括了控制论、信息论、系统论等。这几种理论几乎同时在 40 年代发展起来。美国数学家维纳研究如何使一个系统按照事先规定的目标进行运动，如何根据信息反馈不断调整控制某一系统的运动。 1948 年他出版了《控制论》，标志着控制论的诞生。美国数学家申农研究如何把各种信息存储、传输和转换， 1948～1949 年发表两篇论文：《通讯的数学理论》和《噪声中的通信》，为现代信息论奠定了基础。美籍奥地利生物学家贝塔朗菲于 1948 年提出了一般系统论，探讨了系统科学的方法论。这三个理论有许多共同点。它们都在探讨各种不同系统所遵从的一般理论，分析所有系统所应具有的概念、规律等。系统科学的发展推动了各种具体的系统工程技术的发展。

新科技革命的兴起 在四项重大科学发现的基础上，战后各个科学技术领域，特别是原子能、电子计算机、宇航工程、生物工程方面都有惊人的发明和突破。

早在 30 年代，科学家就发现了铀核裂变的现象。一个铀的重原子核在一定条件下可以裂变为多个较小的原子核，同时放出大量的能量。1 克铀裂变所产生的能量相当于烧 3 吨煤或 200 公升汽油，其爆炸力相当于 20 吨黄色炸

药。 1942 年，美国物理学家费米领导建立了第一个核反应堆，实现了持续裂变的条件。从此，开始了人类利用原子能的时代。原子能首先用于军事目的。1945 年 7 月，在物理学家奥本海默领导下，美国研制成功第一颗原子弹。1949 年，苏联宣布制成原子武器。英国在 1951 年 10 月，法国在 1960 年 2

月，中国在 1964 年 10 月，分别试爆了各自的原子装置。在这期间，科学家又发现了核聚变。两个轻原子核在一定条件下可以聚合成一个重原子核，如两个重氢原子核可以聚变成为一个氦核，同时放出比核裂变更大的能量。根据核聚变原理，美苏先后在 1952 年、 1953 年制造了氢弹。英国在 1957 年

试制成功。中国和法国则分别在 1967 年和 1968 年试爆成功。原子能也用于

和平建设方面。 1954 年，苏联建成第一座原子能发电站。随后美英法等国也跟了上来。到 1992 年，在全球发电总量中，原子能发电量占 17％。全世界共有 424 座核发电站，分布在 30 个国家中。核能发电量在全国耗电总量中， 比例最高的是法国，占 72.9％，其次是立陶宛和比利时，分别占 60％和 59.9

％。原子能具有其他能源所不具备的优点，它被用作人造卫星和船舶的能源。它还被用于工农医各方面，用来探伤、查矿、改变遗传特性、杀伤癌细胞、形成高分子的材料等。其应用领域和重要性愈来愈扩大。

电子计算机是 20 世纪最重大的技术成果之一。1946 年，美国工程师埃克特和物理学家英奇列等发明了第一台计算机。从那时起，至今不过 40 年， 但是它的发展速度是极其惊人的。大约每过八年至十年，计算机的运行速度

和可靠性就提高到先前的十倍，体积和成本则缩减到先前的十分之一。按照电子元件的发展，人们把计算机的发展划为五代。第一代是电子管时代

（1946～1956 年），机器运行速度一般是每秒几千至几万次。第二代是晶体管时代（1956～1962 年），由于计算机的造价大为降低，计算机的应用范围从军事部门扩大到工农业和商业部门。第三代为集成电路时代（1962～1970 年），这一时期的计算机又出现了新的发展方向，即计算机小型化。第四代为大规模集成电路时代（1970～）。美、苏、中等国采用大规模集成电路， 研制出每秒 1 亿次的计算机。目前少数国家正在向第五代计算机努力，它的

方向集中在人工智能机（机器人）和运行速度超过每秒 10 亿次的巨型机。据

1982 年统计，全世界投入使用的可编制程序的机器人约有 3.1 万台，其中日

本居首位，拥有 1.3 万台，美国 6250 台，联邦德国 3500 台。电子计算机具有存贮数据和记忆的能力以及进行逻辑推理和判断等功能，并且运算速度快、计算精度高。它作为一种自动、高速、精确的运算、控制和管理工具， 已广泛应用于工农业生产、国防，甚至家庭日常生活中。电子计算机已代替了人的一部分脑力活动，因此人们把它称为电脑。电子计算机的使用使科学技术和生产的结构发生革命性变化。 1993 年，美国提出要建设信息高速公路，要以现代计算机网络通信技术为基础，以光导纤维缆为骨干，建立起纵横全国各地的双向大容量和高速度电子数据传递系统。这一全国性信息网络的建成，不仅将大大推动科技经济的发展，而且将对人们的思想观念、生活方式、社会准则等方面产生广泛而深远的影响。

宇航工程是战后另一项重大突破。 1957 年 10 月 4 日，苏联把重 83.6 公斤的世界第一颗人造地球卫星送入空间轨道，开创了空间科学技术的新纪元。 1958 年 1 月，美国也发射成功。这以后，法国（1965 年 11 月）、澳大利亚（1967 年 11 月）、日本（1970 年 2 月）、中国（1970 年 4 月）、英国（1971 年 10 月）也发射了各自的人造卫星。 1961 年 4 月 12 日，苏联发

射载人卫星上天。加加林在地球空间轨道上运行 100 分钟，安全返回地面，

谱写了人类宇宙航行的新篇章。 1962 年 2 月 20 日，美国人格伦环绕地球

飞行成功。这以后，美国加速发展宇航工程，于 1969 年 7 月 16 日发射“阿波罗十一号”，在月球上降落一个登月舱。阿姆斯特朗和奥尔德林是最早在月球上行走的两个人。苏联朝另一个方向努力，1971 年，发射第一个航天站。1977 年 9 月到 1982 年 7 月，苏联礼炮六号航天站在地球轨道上停留四年十

个月，并先后与 31 艘飞船相接。美国则于 1981 年 4 月发射可以重复使用的

太空运输工具航天飞机。此后，苏、英、日等国也在研制航天飞机。 70 年代后，各国发射很多军事卫星，利用遥感技术侦察他国的军事情况。各国还把空间技术用来为科研生产服务。 1960 年美国发射第一颗气象卫星后，

苏、法、日等国都发射了这类卫星。截至 1983 年底，全世界已经发射了 154

颗气象卫星。 1962 年，美国发射“水手一号”探测金星。以后，各国发射

了大量的天文探测器，飞往金星、火星、木星、土星、天王星和海王星。 1965

年，美国发射联系美国与欧洲的第一颗商业通信卫星。到 1986 年，天上的同步通信卫星因轨道所限，大约有二十个。它组成了全球通信网，使人们可以迅速获悉在地球各个角落发生的事情。 1972 年后，美苏等国发射了多颗地球资源卫星，用来估计农业产量，调查土地和农村资源，研究地质断层，监测火山爆发和地震，寻找地下矿藏，研究海洋和鱼群，监视污染等等。除此之外，人们利用外层空间无重力、无菌、无尘、无对流的条件，加工制造地

球上无法生产的特殊材料。

生物工程是战后科技革命的另一重要领域。其中最引人注目的是遗传工程。它用人工方法把不同生物的核酸分子取出来，在体外进行切割，彼此搭配，重新缝合，再放回生物体内，从而改变其遗传物质的结构和某些遗传特性，使它产生人类需要的新的生物物种和类型。 1973 年，科学家把脱氧核糖核酸重新拼接后引入大肠杆菌获得成功，产生了人类需要的激素。这以后， 遗传工程蓬勃发展起来。科学家估计，用遗传工程技术的方法育种将会比自然进化快 1 亿到 10 亿倍，并且可以准确地定向改变生物遗传特性。生物工程的其他方面如细胞工程、酶工程和发酵工程等也取得很大进展，促进了农业、食品工业、化学工业、医药事业的发展。

激光科学技术是在近代量子物理学的基础上发展起来的新兴科学。激光是一种特殊光源。它的特点是亮度高，可以比太阳亮度高 200 亿倍，其次是

方向性强，单色性好。 1960 年美国学者梅曼用红宝石制造出第一台激光器。激光技术以后有很大发展，并渗透到各个科学研究领域，开始形成一些新的学科，如激光光谱学、激光化学、激光生物学等。激光技术广泛应用于工、农、林、医各部门和军事方面。用激光通信，容量大，保密性好。用激光在宝石上打孔可提高工效几十倍。用激光可焊接视网膜，也可烧毁对方的导弹等武器。用激光测时几万年只差一秒，测地球和月亮间的距离，误差只有几厘米。炮弹安上激光寻的器，命中率可提高百倍。

战后，材料学技术蓬勃发展。塑料、合成橡胶、合成纤维三大合成材料虽在战前已经问世，但是真正的广泛使用是在战后。它们的产量成百倍增加， 性能和质量有很大改善。为了适应科技和生产发展的要求，新的合成材料不断增多， 1976 年世界有各种材料 25 万种， 1982 年增为 33.5 万种。新材

料包括信息材料、能源材料及新型功能材料三大类。 70 年代，发明了各种能传递、记录、贮存信息的信息材料，研究出新型陶瓷、非晶态材料、超导材料等新能源材料。 80 年代中期以来又产生高性能结构复合材料、高性能工程塑料、新型合金材料等新型功能材料。新材料的不断涌现为科技革命的深入发展提供了物质基础。

海洋科学技术在战后有了长足进步。各国都在积极开采海底石油和天然气。 1950 年，海上油田产量仅占全球产量的 5.5％，1980 年就猛升为 22

％，达到 6 亿吨。此外，随着海洋捕捞技术的现代化，人们已在议论限制捕捞量的问题，并积极探讨海洋生物开发问题。各国科学家还研究深海采矿以及利用海洋的波浪、海流、潮汐、水温和盐度来发电。在这方面已经取得初步成果。