二十世纪的科学技术，本文主要内容关键词为：二十世纪论文,科学技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
摘要 本文阐明了科学与技术的涵义及关系、科学技术发展的特点、水平和趋势以及对世界发展的作用和影响。
关键词 科学，技术，时代，二十世纪
科学与技术的涵义及关系
科学，《辞海》的定义是：关于自然科学、社会和思维的知识体系。科学的任务是揭示事物发展的客观规律，探索客观真理，作为人们改造世界的指南。
本文只涉及自然科学，人类在与自然界的斗争中，积累了丰富的经验和知识。科学家们经过长期的、世代的基础研究，取得了甚为丰富的成果，汇集了大量的种类繁多的科学知识，逐渐形成了世人所谓的基础科学，或曰自然科学。
从传统上看，人们一直把科学分成一些专门的学科。但是，按其性质而言，科学有连通性。新学科常常出现在现有学科的边缘或交叉点上，虽则新学科来源于老学科的知识，老学科也靠新知识在变化。
自然科学，由于它自身的性质所决定，是没有国界的，因为自然科学所研究的对象是自然和自然界的现象。诚然自然科学也一直处于不断发展和趋于完善的过程之中，但是，在这一过程中，自然科学的理论和思想也势必发生革命性的变化。自然科学革命的根据只能从它本身──科学实验及其有关的理论──去寻找，而决不可能从社会变革中去觅寻。社会的进步，只是打破阻碍和束缚自然科学发展的旧的生产关系，使自然科学获得解放和自由，决不是废除原有的自然科学，而另创一套所谓的“新科学”。因此，有识之士都把自然科学视为全人类的共同财富。
然而，技术，泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法和技能。
在很长时期中，关键性的技术突破常常同纯科学没有直接联第。例如，犁头，印刷机和蒸气机。
18世纪和19世纪初期的种种划时代的发明是一些小炉匠式的人创造的，他们没有受过专门科学训练，他们的主要才能看来就是有独创性，有进取精神。
但是，从19世纪开始，科学慢慢地使发明艺术革命化了。比如，1830年迈克尔·法拉弟和约瑟夫·亨利发现运动的磁场能引起电流在导线中流动。51年后，这个认识导致建造了第一批发电机和电力分配系统，为电灯和电动机提供电能。
1905年，爱因斯坦发表了狭义相对伦，说明物质和能是怎样相互关联的，40年后第一颗原子弹的爆炸，有力地证明了这个原理。
1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现了生命的主分子脱氧核糖核酸(DNA)。20年后，科学家们研究出重新安排这种物质的技术，从而创建了遗传工程和生物技术这两个领域。
1957年，利奥·江崎发现在极小的电器装置中电子可能神密地“开辟隧道”，从坚固的屏障穿过去。6年后，人们在商业上利用了这个效应，制造了供半导体收音机和计算机使用的体积极小而作用极快的二极管。
今天的发明家明显地越来越依靠科学。最新的技术所包含的科学是比校密集的，在诸如超导、生物技术和一些比校先进的电子领域，情况尤其是这样。
然而，科学的发展又取决于新技术的进步，并且越来越依靠近些年来所取得的巨大技术成就，例如，放射性同位素的应用，促进了分子生物学的发展；高速计算机的发展，提供了深入研究不可缺少的高分子的可能性；诊断医学由于先进的扫描设备和其他先进设备的使用而得到了深入的发展；实质上，目的在于扩展知识的大科学──如高能物理学和射电天文学──的研究，也都依赖于先进的测量技术或仪器技术。
科学的进步是新技术的源泉，技术的进步又促进科学的发展。
当代科学技术发展的特点
当代科学技术始料不到的进步归因于以下因素或特点:
1.许多在工作的科学家，异常灵敏的仪器，以前所未有的精确度进行大规模科学实验的能力、快速分析大量数据的计算机，导致整个科学领域发展进程的改变。
2.交叉学科的兴起。交叉学科是各种学科结合而产生的新学科，如分子生物学或表面物理。而活跃在这些边缘学科领域的物理学家、化学家和工程师一起共同发明了新材料；物理学家和工程师、医生一起发明了外科手术探查的生物成象机。随着交叉学科的兴起，促进传统学科探领域重新界定，而基础学科和应用学科之间以及科学和技术之间的差异正在逐渐缩小，或科学正在变成技术。过去一些确实在实际上得到应用的科学发现，也只是经过几十年或几百年之后才被应用的。今天，从科学发现到形成应用技术之间的耽搁，从了解自然直到能用这种知识来调整自然界之间的耽搁，可能是很短的，用不了几年，有时只有几个月。
3.多学科和应用研究的结合。高技术的蓬勃发展是多学科和应用研究紧密结合的典型象征。高技术的重点领域大都具有多学科的特征。如计算机技术就是固体物理、材料科学、化学工程和信息论等学科的综合产物，生物技术又是现代物理学和化学的理论、方法及精密手段在生物学中广泛渗透和应用的结果。科学和技术的结合，研究成果向具体应用领域的快速转移，各学科之间的相互渗透和融合，增加了新技术开发的可能性，加速了高技术的发展和进步。
4.科学研究的集体化。现代科学技术研究已从个体劳动演变为大规模组织的研究开发。这是因为研究规模之巨大，探索领域之深广，远远超过了以往。例如，为了开拓基础研究或高技术领域，不胜枚举的研究发展计划或项目都是在一国或国际的范围内织织跨学科或多学科的协作下进行的。
5.技术高速扩散。随着世界经济竞争加剧，工业国家追求全球生产战略，他们被迫在国外设立跨国公司或把含先进技术的相同部分产品出口，使技术信息扩散日益迅速。同时，新的通信技术（卫星、光纤和数字交换系统等）的应用，使全球技术信息交流更为有效而廉价，从而加速了技术扩散。由于技术全球性的扩散，促使技术不断改进和日臻完善，或与其他技术结合而产生新的技术创新，于是推进了技术的发展。
6.军用与民用研究空前的紧密结合。军用和民用研究的主要目标都是新技术或高技术。过去新技术的开发大都源于军事研究。例如，美国的计算机工业、电子部件工业、机床工业等，全都受益于军事研究与发展计划。今天，在微电子学、计算机和电信方面占优势的技术已不在国防部的实验室，而在私营工业。美国国防部在其1989年《关键技术计划》中指明的22项关键技术中，有16项同美国商务部在1990年《新兴技术报告》中指明的新兴技术重迭。虽然一些只有防务用途的系统，如MX导弹或M1坦克，则根本没有商业需要。而构成这些系统的材料、元件和子系统往往有与之相同的民用产品。由此可见，不仅一些军用和民用技术已经水平相当，而且双方的关键技术也大致雷同。
科学技术的黄金盛世
现今蓬勃发展的科学技术的独特之处，在于几乎所有科学技术领域的进步都异常迅猛，其典型的科学技术领域是生物科学、材料科学和信息技术。
生物科学 在20世纪上半叶，物理学在各种学科中占据最突出的地位，通过原子理论、量子理论和粒子物理学的发展，在使我们增加对自然的认识方面起领先的作用。物理学的力量不仅仅在于它提出的思想特别新颖，改变了我们对物质性质和能源的观点，而且在于这些思想的适用性，这构成今天大多数技术的基础。
现在看来，人类社会正由物理学的思维模式向着生物科学的思维模式过渡。人类正在迈入伟大的生物时代。生物科学已取代了物理学的带头学科作用。特别是分子生物学和细胞生物学，还有生态学，已使生物学超越了它的描述阶段，进而发展建立了有力的模型和实验技术，帮助我们了解生命过程最基本的东西。
基因的破译将是本世纪最伟大的科学成就。它可以解开身体构造、生理活动和生殖的秘密，导致对人、动物、植物和微生物功能的空前了解，从而学会如何改变生命的基本蓝图。
基因是遗传的基本单位。人体中基因的总数为5万至10万个，借助特制的基因分布图的帮助才能找到所需要找到的基因。绘制基因图是对人类染色体挑选分类以寻找与某种病症有关的特定基因的过程。1977年英国创桥大学怀特学院的研究人员，研究并发表了一张有关人体基因分布情况的概略图。但此图还没有全部标出人体中基因的整个表层。1988年美国拟定描绘出人体基因分布图。该项目成为有史以来最大的一个生物工程研究项目。它的研究目的是指绘并从化学角度搞清人体内的全部基因。该项目工程浩大，预计费时15年，耗资几十亿美元。
借鉴绘制人体基因图采用的现代分子生物学方法，绘制出比较简单的动植物基因图，采用这种方法，可以大大加快农作物和牲畜的改良速度。目前，农作物和牲畜、猪和鸡的基因图正在迅速地接近完备的程度，就是这个事实正在开始使动植物育种工作发生革命。
材料科学 它是一门交叉学科，研究所有材料（金属、合金、超导体、半导体、塑料和聚合物、及上述材料的复合材料）的物理和化学性质、各种性能和材料的原子结构间的关系及其应用。材料科学与材料工程密切相关，它们将物理学家、化学家和工程师技能结合在一起，能使科学发现迅速转化为工程应用，反之，又能迅速为工程问题找到科学解决方法。
各种材料在人类历史长河中都曾起过重要作用。一种材料是一个时代的决定性技术的体现，而研制新材料一向是技术方面的推动力。
材料科学家借助于新技术，如扫描隧道效应显微术、原子力显微术和各种波谱学方法，与10多年前相比，更能认识和控制材料的结构和性质。
与10来年前的研究恰好相反，研究人员较少地开发单组分材料。主要工作集中于开发复合材料、合金和已经确定的材料的混合物。
单一类材料研究，如金属和陶瓷，也往往相互交叉。例如，陶瓷研究现在包括金属复合材料研究，反过来也是如此，而聚合物研究包括陶瓷纤维增强物、各种合金和混合物的研究。
材料科学正在进入一个生产能力空前高的时期。今后若干年研制的重点主要是如下新材料：
高分子材料，主要是轻质、高强、成形工艺简单的塑料、合成橡胶和合成纤维；
特种陶瓷主要是高强高温结构陶瓷、电工电子功能陶瓷和复合陶瓷；
功能材料，主要是半导体、激光、红外、高温超导、电子、磁性、光子、液晶、能源转换、传感及生物材料；
复合新材料、主要是非晶态金属（金属玻璃）、记忆合金、防振合金和超导合金；
高级结构材料，主要是金属基体复合材料、聚合物基体复合材料；
极限材料，主要是在超高压、超高温、超低温、超高真空等极端条件下应用和制取的材料；
原子分子设计材料，即在材料科学研究的基础上，通过原子、分子的组成结构而获取的符合预定性能要求的新材料。
目前人们还正在以一个新的观点关注新材料开发领域。其中如智能材料和环境材料。
智能材料，这种材料具有自动检测环境条件（感知机能），并对此进行自动判断，自己得出结论（处理机能）以及在自动指令的同时能发出行动的机能（感应及传动机能）。
环境材料又可分成舒适材料、边缘环境材料和环境调和材料。舒适材料是指通过人体周围环境的舒适而给人的五官愉快感觉的材料。边缘环境材料是指为实现以前未曾有过的新的环境而产生的材料。环境调和材料在材料的制造、加工、使用、废弃的各个过程中，能减轻对环境的负担，换句话说，是对地球有益的材料。
信息技术 它包括信息的收集、处理、存储和传送。换言之，信息技术的方方面面都与计算机相关，因此，从计算机的发展可窥见信息技术的进步。
如果说70年代运算数据的主机计算机构成信息技术的童年时期，80年代个人计算机的繁荣标志了它的青年时期，那么看来90年代信息技术很可能进入成年时期。一些趋势显示，2000年将成为信息技术的转折点。功能大得多的计算机将会问世，这种计算机可能使用光波，而且几乎肯定使用数以千计的并行处理机，神经网络计算机或许取代常规计算机。
计算机的功能基本上在于它存储和处理信息的能力。而今天这些基本的能力在出现巨大的飞跃。
40年代未研制成的最早的计算机是采用玻璃真空管作为控制运算和处理数据的“开关”。几年之后，真空管被小得多的固体晶体管所取代。其后飞跃便是集成电路。晶体管群的密度是芯片的关键。这些芯片也称作集成电路，是计算机和电子装置的核心。一个芯片纳入的晶体管越多，即晶体管越来越密集，芯片就可以运算越快，芯片的功能就越多。最初是在方形硅片上安装几只晶体管。这个数字不久便增加到几十、几百、几千，现在已达到几百万。
为了加速处理速度，正在研究一些技术。砷化镓芯片不久将能投放市场，这种芯片的速度将可能达到硅片的5至6倍。这种芯片的开关可以在真空管里工作，从而对电子流没有阻力。每个芯片可以容纳数十亿个这种开关。而研究人员目前正在开始懂得如何把分子一级的信息存储在原子之间的化学链中。这样的“生物芯片”将具备DNA（脱氧核糖核酸）信息存储功能。
到本世纪末，每秒可完成一万亿次以上数学运算的超级计算机或许问世。这种计算机以大规模并行数据处理技术为基础，可以将成千上万台独立处理器（即并行运算的硅片）组合在一起，可解即使当今最强大的计算机也无法解答的难题。
伴随这一重大发展而来的是神经网络的迅速出现，它为计算机提供一条根本不同的发展途径──神经网络计算机。
这是以人们所认为的大脑发挥作用的机制为基础而正在研制的新的计算机。神经网络不是依赖于只用一个大型处理器的老式分级制计算机结构那种分解数字的笨法子，而是采用许多处理器，以一种流动的并行网络式工作，模拟组成人的大脑的细胞网络。神经网络像大脑那样把信息组成各种型式，给网络的不同部分指定不同的功能，而且可以重新组织，以便弥补某些部件的失灵。
神经网络发展速度之快令人吃惊。1988年日本电气公司宣布研制成有4个处理器的个人计算机，现在正在研制采用数千个处理器的神经网络，预计采用多达100万个处理器的神经网络将在大约1995年投入使用。
人们还正在研制光学计算机。它用光波操作，即用光而不是电信号传送信息的计算机。其优点是，电子信号必须仔细地相互隔开，因为带电粒子在穿过不同的电线时会形成相互干扰的电磁场。与此相反，光束没有电荷，可互相通过而不发生干扰。此外，光子在长距离内转输要比电子信号快约100倍。光信号已在开始用于计算机内或计算机之间传送数据，但是完全使用光的计算机要在一些年之后才会出现。
科学技术改变着世界
本世纪最近几十年，科学知识的显著增长，技术的创新和发展，正使世界发生了划时代的变化。
1947年发明晶体管，从而开创了计算机时代。现在人类正在经历着第二次工业革命。
在瓦特发明蒸汽机的第一次工业革命的时代里，蒸汽机取代传统的风、水和畜能，驱动工业革命时代的工厂，铁路实现了远距离客货运输，电报和后来的电话承担着跨城乡的通信，电灯则取代了昏暗的烛光、煤油灯和煤气灯。
第二次工业革命与技术密切相关，其动力是技术性的。在第一次工业革命的时代里，并没有今天这个多的技术突破，例如，原子的分裂、计算机的发展和基因的破译。第二次工业革命是建立在晶体管的基础上的：电子仪器、电脑、微芯片、集成电路等正改变着世界的面孔。
犹如第一次工业革命已把农业的中世纪改造为过去二百年的工业文明一样，这次工业革命正使人类进入以高技术为代表的、科学文明的时代。这是以科学智慧、创造性、技术为主宰的知识时代。它也是技术扩散、经济发展日益全球化、国际间相互激烈竞争又相互紧密依存，各国发展面临严峻挑战又充满机遇的时代。
在这个时代里，世界的发展无疑能受诸多因素的影响和制约。虽然科学技术不能解决世界上所有的问题，但它是全球上进步最显著、作用最大、影响最深广且主导性日益增长的要素。科学技术是人类生存和发展的基础。
现代一系列新型工业的出现都源于自然科学。早在19世纪后期，由于电磁学的发展，出现了电力时代；有机化学的发展，导致了以煤焦油为原料的合成染料和药物等化学工业。进入20世纪后，自然科学对建立新型工业方面的作用更加明显：原子核物理学导致了原子能工业即核工业；数理逻辑和电子学导致了电子计算机工业；半导体物理学导致了半导体工业；高分子化学导致了高分子化学工业；力学和材料科学以及电子科学和计算机科学导致了空间工业。近30多年，凝聚态物理领域推动了诸如微电子、先进材料及传感器这类工业部门的发展；分子生物学的兴起，创立了崭新的生物技术产业。
这种以知识或新技术为基础的新型工业的发展又促成了经济增长。在几十年前，全球的国内生产总值(GDP)的增长与一些诸如能源、钢铁、铜、水泥等基本原料的使用息息相关，但是自70年代中期以后，这种情况就改变了。在70年代中期以前，GDP与原料的使用量是呈平行波动的。但是在这以后，这两条线就分道扬镳了。每人原料使用量不是下降就是不再增加，可是世界的人均GDP却仍然上升。其间的差距就是新型工业的发展。或者说，这是以新技术领域──例如，生物、新材料、信息──为标志的科学技术进步的结果。
计算机出现后不久，晶体管就使其体积更小、功率更大、更方便、更便宜。计算机和诸如光纤之类的新型通讯带来了新而有益的相互影响的工作和更胜任的机器。收音机和电视机把更多的外部世界带进了每个家庭。病因知识则提供了新的药物和疗法及预防措施。对生物组织的更深入了解正使曾被视为不治之症的疾病得以医治。而对材料科学的基本了解能够开发出较以前更轻、更强、更耐久的结构。这种新的变革反过来又加速新知识的形成和推广。科学知识和新技术的积聚改变了人类生活。技术已帮助向许多人提供了温暖、清洁、营养、医疗、运输和娱乐，甚至远远超出两个世纪以前富裕阶层的水平。现代科学研究已改变了我们对自己和我们在宇宙中的地位。
科学技术使文化得到前所未有的发展和传播。它不仅改变了人们的物质生活和环境，而且为人类提供了新的思维工具，开阔了人们的精神境界，影响了人生的基本价值，为社会文明注入了新的活力和推动力。
研究人员正在从事将改变我们现在工作环境的技术研究。目前，材料工程、遗传工程、催化科学、通信，计算机和人工智能等方面的主要进展为这一变化提供了可能，甚至20年后工作人员的构成也将发生变化。
正如晶体管从无到有进而投入大量生产那样，目前的研究将会导致一系列新产品的出现。例如，由遗传工程产生的能自产肥料的植物、高强度切削工具上的合成金刚石薄膜涂层、能较廉价地将天然气转化成汽油的催化剂等。
基础研究工作的进展使人们有希望在原子水平上按照需要来设计、制造材料。更好地了解原子结构有可能制出改进的催化剂。深入了解分子反应，又能设计出自然界中不存在的催化剂。在适当温度和压力下，催化剂可把植物油转化成人造黄油，把汽车尾气中的污染物转化成无害的副产品。并且，新学科产生的新工具、新信息开创了化学家几十年来梦寐以求的分子时代。
而一些颇具前途的新材料正促使工程师去开发新产品。例如，由于掌握了能耐2200摄氏度高温而又不会破裂的纤维增强陶瓷混合物的制造技术，航天工程师们就可设想到制造直上云天做洲际飞行的飞机，若没有这样的材料来制造涡轮叶片，飞机就无法获得足够的推力。
陶瓷材料的发展，为生产能在高温下运转、既无需散热器也不需要润滑而且省油的汽车发动机创造了条件。
以高性能塑料和碳纤维为基础的复合材料，很可能改观汽车工业和航天工业。
用砷化镓制成的芯片可望带来计算机能力的进一步飞跃，而光纤的进步正在改变电信和医学。通过粉末冶金和快速固化等新工艺制成的新合金将对制造业产生重大影响。
科学家们还创造全新的表面和薄膜科学。这门学科有可能解释并最终有助于防止材料腐蚀、断裂、疲劳。由此，人们就能制造出更轻、更坚固的汽车，制造出折叠式塑料平板计算机荧光屏。
在制造合成金刚石薄膜方面，美国正追赶日本。这种薄膜可用于制造可靠性极强的计算机部件，也可用作钻头护层、耐磨轴承、无划痕镜头，甚至话筒元件。
运用生物技术治疗遗传疾病。这种技术是将修正遗传物质嵌入人体细胞。正在实验的有儿童罕见的破坏性免疫缺陷症和包括治疗长有晚期黑素瘤的癌症患者的试验。如获成功，这种疗法将用以治疗其他癌症，如血友病、镰形血球贫血症、艾滋病和其他疾病。另一项突破是最近发现了或许是襄尾幼虫纤维化的基因，据此有可能探索出治疗这种病的方法。
有1000多种生物制剂和新药正在临床试验。它们大部分用于治癌症或与癌症有关的病症及艾滋病。
在农业方面，遗传工程师预期能培育出一种能直接从空气中吸收氮的植物，从而减少对肥料的需求。遗传工程有可能加速作物生长，提高粮食产量。目前科学家们正在更深入地探讨植物的某些功能。最近科学家已用X射线研究以光合作用至关重要的植物酶的结构。一旦掌握了光合作用的机理，并能利用它，人们就可把大豆的蛋白质的含量提高一倍。
随着超级计算机的功能突飞猛进，它们将能模拟人体基因结构，以便更好地了解遗传病症；模拟人体对某种药物的反应而无害进行人体试验；模拟世界气候，用以研究空气污染引起的变化；模拟诸如星体的银河系演变等宇宙现象；识别语言和图象，以便增进工业机器人的多功能性。
目前，网络、蜂窝式通信和光导纤维电缆的发展应当成为横跨全球的传递信息的公用事业的基础。不久前，美国提出的信息高速公路概念，就是要建立以充实光纤通讯为主体的下一代通信网络。这是一个前所未有的全国──最终是全世界的──电子通信网络，四通八达，将每个人都连在一起，并能提供人们能想象得出的任何电子通讯。其目的是：提供远距离的银行业务、教学、购物、纳税、聊天、玩游戏、电视会议、点播电影、医疗诊断……。现今，欧美各国和日本正在全力以赴地认真对待这一构想。
The Twenty Century's Science and Technology
Hua Changming
(Associate Protessor,ISTIC)
Abstract The main topics of this paper covered the profound relation between science and technology,the features,levels and trends of S&T development and its increasingly significant impacts on the overall development all over the world.
Keywords Science,Teshnology,Age,Twenty Century