20世纪科学技术简史

本书试图对十九世纪末到二十世纪七十年代各门科学技术发展的过 程，特别是重大成就的来龙去脉勾画出一个轮廓，同时对科学同社会、经 济、政治的关系和科学发展的规律作了一些初步探讨。全书主体共28章， 另有“引言”和“结束语”。“引言”概述了二十世纪科学技术发展的经 济和政治背景，二十世纪科学技术的基本特点，以及科学史发展简况。 “结束语”着重探讨科学技术发展的规律，以及一些重要的历史经验、教 训。全书主体分两大部分，第一部分共13章，包括各基础科学的发展史； 第二部分共15章，主要介绍二十世纪重要新兴技术和一些基础技术的发展 史。各章都附有参考文献，便于有兴趣的读者进一步探讨。 编写此书是中国科学院下达该所的重点科研项目。编写目的是为广大 科技工作者、教育工作者、科技管理干部，以及高等学校学生和研究生了 解二十世纪科技发展的历程提供一本简明读物。本书填补了国内学术界的 一项空白。 【序】 序 编写《二十世纪科学技术简史》一书，是中国科学院领导于1978年下达我所的重点科研项目。编写的目的是为广大科技工作者、教育工作者、科学技术管理干部，以及高等学校学生和研究生了解二十世纪科学技术发展的历程提供一本简明读物。 我所在筹建近现代科学史研究室之初，就承担了这样一个过去没有什么研究基础的任务。经过五年的努力，终于编写出了这部书稿。本书有些内容曾作为学术论文发表于有关学术刊物上。应中国科学院干部进修学院的急需，有些章节的初稿还曾刊印在该校的讲义《自然科学史讲稿》（上、下册，1980年出版）中。 本书试图对十九世纪末到二十世纪七十年代各门科学技术发展的过程，特别是重大成就的来龙去脉勾画出一个轮廓，同时对科学同社会、经济、政治的关系和科学发展的规律作了一些初步探讨。全书主体共二十八章，另有《引言》和《结束语》。《引言》概述了二十世纪科学技术发展的经济和政治背景，二十世纪科学技术的基本特点，以及科学史发展简况。《结束语》着重探讨科学技术发展的规律，以及一些重要的历史经验、教训。全书的主体分两个部分。第一部分共十三章，包括各基础科学的发展史。其中第一章历史的回顾，概括地介绍了文艺复兴以来科学技术发展所经历的道路，十九世纪各门科学所达到的水平，以及十九世纪技术和生产的简况。后面的十二章分别介绍了二十世纪物理学、化学、生物学、地学、天文学和数学等基础科学的发展史。第二部分共十五章，主要介绍二十世纪重要的新兴技术和一些基础技术的发展史，包括电子技术、计算机、自动化、激光、空间技术、信息论、控制论和系统论、材料、能源、发动机和机械、建筑、交通运输以及军事技术的发展，最后三章分别介绍了医学、农学和环境科学的发展。各章都附有参考文献，便于有兴趣的读者进一步探讨。关于科学技术发展史中一些综合性的论述，是本书所欠缺的。由于掌握资料不够和研究得不充分，有的章节显得比较单薄。要编写稍有份量的综合性的二十世纪科学技术史是一项艰巨任务，我们的工作仅是一个初步的尝试。据我们了解，在世界上这类著作也很少。因此，深入开展二十世纪科学技术史的研究，还有待于有志之士共同努力。 本书各章节主要由我室同志编写，现按作者姓名在各章节中出现的先后次序，分列如下： 李佩珊 引言（与许良英合写），第七章第一至四节，第九章第一节，第二十六章 许良英 引言（与李佩珊合写），第一章第一节、第二节之一、第三节（与周嘉华合写）、第四节，第二章（其中第一节与王肃端合写），第三章，结束语 周嘉华 第一章第二节之二和第三节（与许良英合写），第六章，第二十章 王敏慧 第一章第二节之三，第十章（与郑竺英合写），第二十八章 席泽宗 第一章第二节之四 宋正海 第一章第二节之五，第十一章，第十八章第五节，第二十一章（与吴熙敬合写） 王肃端 第二章第一节（与许良英合写），第四章 潘承湘 第七章第五、六节，第九章第二节，第十八章 翁士达 第十二章（与李竞合写） 张钟静 第十四章（与杨龙生合写），第十七章，第十八章第一至四节 吴熙敬 第二十一章（与宋正海合写），第二十三章，第二十四章（与阎康年合写），第二十五章 阎康年 第二十二章，第二十四章（与吴熙敬合写） 由于当初我们力量不够，有些章节请所外同志编写，我们对这些同志和有关单位表示深切的感谢。这些同志编写的章节如下： 胡作玄 中国科学院系统科学研究所 第一章第二节之六，第十三章 阮祖启 中国科学院计算中心 第五章 姚德昌 浙江大学 第八章 郑竺英 中国科学院生物物理研究所 第十章（与王敏慧合写） 李竞 中国科学院北京天文台 第十二章（与翁士达合写） 杨龙生 中国科学院电子研究所 第十四章（与张钟静合写） 金观涛 《自然辩证法研究通讯》编辑部 第十五章第一节 许成钢 中国社会科学院数量经济和技术经济研究所 第十五章第二节、第四节 陈祖舜 清华大学 第十五章第三节 凌惟侯 中国科学院自动化研究所 第十六章 朱熹豪 中国科学院研究生院 第十九章（与涂序彦合写） 涂序彦 中国科学院自动化研究所 第十九章（与朱熹豪合写） 全书各章初稿曾经全室认真讨论，作者又负责修改。在这个基础上，于1982年初成立了由许良英、李佩珊、张钟静三人组成的编审组，负责全书的审订、修改、补充和定稿等工作，在全体作者的合作下，经过一年半的紧张劳动，才告完成。在写作过程中，大量的组织工作、行政事务工作和人名索引的编制工作等，都是在全室同志共努 力下完成的。 本书在编写过程中，得到中国科学院和自然科学史研究所两级领导的关怀和本所有关同志的大力支持与协助。科学界有上百名专家、学者（鉴于人数太多，不在此一一列名）审阅了本书的有关章节，提出许多宝贵意见，使本书得以避免不少错误，质量能有所提高。科学出版社为本书的编辑出版作了很大努力，使本书能早日同读者见面。在此，谨代表本书全体作者向上述所有同志致以诚挚的谢意。 限于我们的水平和其他条件，本书肯定还存在不少缺点和错误，欢迎读者批评指正。

序 1 引言 1 第一部分 第一章　历史的回顾 1 第一节　近代科学的产生和它的发展道路 1 第二节　十九世纪各门科学的主要成就 4 一　物理学 4 二　化学 8 三　生物学 10 四　地球科学 14 五　天文学 16 六　数学 17 第三节 十九世纪的技术和生产的发展 19 第四节 十九世纪科学的概貌和世纪末的物理学危机 24 第二章　物理学的革命 28 第一节　原子物理学的开拓和进展 28 一　二十世纪物理学革命的序幕——X射线、放射性和电子的发现 28 二　原子可变性和同位素的发现 31 三　关于原子存在的争论和解决 33 第二节 狭义相对论和广义相对论的建立 37 一　以太之谜和洛伦兹的解答 37 二　狭义相对论的创立和新的空时观 39 三　广义相对论的建立和它的实验验证 43 第三章　物理学的革命（续） 48 第三节　量子论的建立和发展 48 一　紫外灾难和普朗克的量子论 48 二　爱因斯坦的光量子论和光的波粒二象性 49 二　玻尔的原子结构理论 51 四　旧量子论的困难和物质波的发现 53 五　量子力学的建立 55 第四章　核物理学和粒子物理学的产生和发展 60 第一节 原子核物理学的形成和伟大成就 60 一　原子核人工嬗变的实现 60 二　原子核组成的理论探索和中子的发现 60 三　从重核裂变的发现到原子弹的制造 62 四　热核聚变的发现和受控热核反应的探索 66 第二节　层出不穷的基本粒子 70 一　基本粒子的陆续发现 71 二　基本粒子的种类和性质的研究 74 三　基本粒子理论的探讨和发展 75 四 强大的实验手段——粒子加速器的发展 79 第五章　凝聚态物理学的进展 82 第一节　向固体的微观结构进军 82 一　划时代发现的序曲 82 二　劳厄的发现和布喇格的发展 83 三　晶体的结构分析 84 一　固体电子理论的提出 85 第二节　对固体导电本质的认识 85 二　固体量子论的继续发展 86 第三节　半导体物理和技术的崛起 86 一　晶体管的发明 86 二　半导体技术蓬勃发展 87 三　半导体物理的最新进展 88 第四节　物质的磁性 89 一　对物质磁性的唯象研究 89 二　磁性物理的发展 90 第五节　极端条件的引进 91 一　向绝对零度趋近 91 二　高压下的物质 92 第六节　宏观量子现象 93 一　超导电性的发现及研究进展 93 二　超流性的发现及研究进展 96 第六章　化学发展的新时代 99 第一节　化学元素周期律的科学基础及其发展 100 一　元素周期律的科学阐述 100 二　同位素化学 101 三　元素周期表的新发展 102 第二节　化学键理论的建立和发展 103 一　原子价的电子理论 104 二　建立在量子力学基础上的现代化学键理论 105 三　络合物化学键理论的建立和发展 109 一　X射线衍射分析法的成就 110 第三节　晶体和分子结构的研究 110 二　结构测试和分析方法的发展 111 三　结构分析的重大成果和进展 112 第四节 有关化学反应的几个理论的发展 114 一　化学热力学理论的发展 114 二　化学动力学的发展 116 三　溶液理论的发展 117 四　催化作用及理论的发展 119 第五节　焕然一新的分析化学 120 一　光学分析法 121 三　色层分析法的建立和发展 122 二　电化学分析的发展 122 四　现代分析化学的特点 123 第七章　生物化学的蓬勃发展 125 第一节　生命物质组成成分研究的历史 125 一　关于蛋白质的研究 126 二　关于核酸的研究 127 三　淀粉和纤维素等多糖的研究 128 第二节　新陈代谢途径的基本阐明——二十世纪前叶生物化学的主要成就 128 一　糖酵解的研究历史 129 二　糖元的生物合成 130 三　脂肪和蛋白质的代谢 131 四　三羧酸循环的阐明 133 五　示踪元素的应用和代谢的动态研究 134 第三节　生物能的探讨和ATP的发现 135 第四节　酶和辅酶的研究，生物氧化特点的揭示 136 第五节 光合作用研究的进展 139 一　二十世纪早期的研究 140 二　希尔反应 141 三　光合碳循环 141 四　光合磷酸化 142 五　两种光反应系统与光合作用中心 143 第六节　生命起源的探索 144 一　米勒的模拟实验及其他发展 144 二　团聚体和微球体的研究 145 三　地球外物质及其起源 146 第八章　遗传学的产生和发展其对进化论的影响 148 第一节　现代遗传学的产生 148 一　科学基础和理论前提 148 二　孟德尔确立的遗传规律及其意义 150 第二节　初创的十年和后来在细胞水平上的发展 152 一　早期的工作 152 二　遗传的染色体学说 153 第三节 向分子水平过渡时的生化和微生物遗传学 156 一　生化遗传学 157 二　细菌和噬菌体遗传学 158 三　遗传物质的化学本质 159 第四节　半个世纪中遗传学对进化论的影响 160 一　孟德尔的发现对进化论的意义 160 二　遗传学与达尔文主义的对立 160 三　遗传学与达尔文主义的结合 161 四　现代进化论——综合进化论 162 第九章　生物学的划时代突破——分子生物学和细胞生物学的诞生和发展 165 第一节　分子生物学的诞生和发展 165 一　分子生物学的孕育阶段 166 二　DNA双螺旋结构的建立 169 三　从遗传密码的解答到基因工程的建立 171 第二节　细胞生物学的产生和发展 176 一　关于细胞概念的发展 177 二　细胞膜的结构和功能研究 180 三　染色体结构的研究 182 四　线粒体的结构和功能的研究 184 第十章　神经生物学的进展 186 第一节　神经系统结构的研究 186 一　神经元理论的建立 186 二　对突触的认识 188 第二节　神经兴奋传导的研究 189 一　神经电传导的早期研究 189 二　膜电位和动作电位离子机理的揭示 190 三　神经化学递质的研究历史 192 一　反射学说的发展 195 第三节　脑功能的研究 195 二　功能区的定位 196 三　脑电活动的发现和进展 198 四　感觉的研究 199 第十一章　地球科学的发展 203 第一节　从大陆漂移说到板块构造说 203 一　大陆漂移理论的历史渊源 203 二　魏格纳大陆漂移说的兴衰 205 三　板块构造说 207 第二节 自然地理综合体研究的兴起 210 一 长期存在的自然地理综合体思想及近代地理学危机 211 二 自然地理综合体研究的兴起 212 三　对自然地理综合体的精确研究 214 第三节 天气预报的进展 216 第十二章　二十世纪天文学的发展 222 第一节　太阳 222 第二节　太阳系 223 第三节　恒星世界 225 第四节　星系世界 230 第五节　宇宙学 232 第十三章　二十世纪的数学 235 第一节 关于数学基础的争论 235 第二节 抽象代数学的兴起 237 第三节 解析数论的发展 238 第四节　拓扑学的发展 240 第五节 微分几何学 241 第六节 古典分析的进步 243 第七节 泛函分析的诞生 244 第八节　动力系统 246 第九节　概率论 247 第十节　回顾与前瞻 249 第二部分 第十四章　新兴技术的关键——电子技术的发展 251 第一节　电子器件和线路 252 一 电子管的发明和早期电子技术 252 二　晶体管的发明和现代电子技术 255 一　电报、电话和广播 257 第二节 电子应用技术的发展 257 二　电视 263 三　雷达 266 第十五章　第三次技术革命的标志——计算机的发明和发展 269 第一节 计算机的产生和早期的发展 269 一　先驱者的道路 269 二　从机电计算机到电子计算机 271 三 ENIAC.EDVAC和计算机革命 272 第二节　现代计算机的演变 275 一　第一代计算机 275 二　第二代计算机 275 三　第三代计算机 276 四　第四代计算机 277 五　未来的展望 279 第三节 “软件”的发展 280 一　早期的探索 281 二　软件危机 283 三　软件工程概念的形成 286 四　软件开发技术的完善和正在进行的其他探索 290 第四节　计算机与社会 290 一　对经济的影响 290 二　数据库应用及其对社会的影响 291 三　对教育的影响 292 四　社会对计算机发展的影响 293 第十六章　自动化技术科学的形成和发展 298 第一节 自动化技术的形成 299 一　自动装置的雏形 299 二　自动化技术科学的形成 300 第二节 自动调节系统的发展 301 一　单一过程的局部自动化（单机自动化）和经典控制理论 301 二　初步形成自动化技术工具的体系 303 第三节　实现最佳控制 304 一　现代控制理论的形成 304 二　多机和机组自动化向综合自动化过渡 306 第四节 向广度发展，实现复杂系统和大系统的控制 308 第五节　向深度发展，实现智能控制 309 第十七章　激光技术的产生和发展 313 第一节　激光器的诞生 314 一　受激辐射概念的提出 314 二　微波波谱学的创立 316 三　微波激射器的问世 317 四　激光器的诞生 319 第二节　激光器件与技术的发展 321 一　激光谱线越来越丰富 321 二　大能量激光器 322 三　超短脉冲和巨脉冲激光技术 323 第三节　激光应用的发展 324 四　自由电子激光器 324 一　工业材料加工 325 二　医学治疗 326 三　光通信 326 四　全息照相 327 五　激光分离同位素 327 六　激光核聚变 328 七　激光高能武器 328 八　准直、测距和制导 329 九　计量基准 329 十　在基础科学——物理学、化学、生物学中的应用 330 第一节　气球 332 第十八章　人类探索和利用空间的历史 332 第二节　火箭 334 第三节 人造地球卫星和宇宙飞船 341 一　人造地球卫星和宇宙飞船技术的发展 341 二　人造地球卫星和宇宙飞船应用的发展 346 第四节　航天飞机 353 第五节　遥感技术的发展 355 第十九章　信息论、控制论和系统论的产生和发展 360 第一节　信息论 360 第二节　控制论 363 第三节　系统论 367 第四节 信息论、控制论和系统论的关系和展望 370 第二十章　材料生产技术和材料科学 372 第一节　金属材料生产和研制的新进展 373 一　钢的生产和技术 373 二　合金钢及镍铬合金 375 三　铝、镁、钛及其合金 376 四　稀有金属和稀土元素 378 第二节　新型的材料——高分子合成材料 379 一　合成橡胶 379 二　塑料 380 三　化学纤维 382 第三节　重放异彩的无机非金属材料 383 一　陶瓷制品 384 二　玻璃 386 三　水泥 388 第四节 复合材料 389 第五节　关于材料基础研究的进展 391 第二十一章　能源的开发和利用的历史 395 第一节　煤炭能源的发展 395 第二节　石油、天然气能源的发展 396 第三节　原子能的发展 398 第四节　其他能源 399 一　太阳能 399 三　生物能 400 二　地热能 400 四　水能 401 五　风能 402 第五节　电能——二次能源 402 第六节　能源的供需问题 403 第二十二章　发动机和机械制造技术的发展 405 第一节　发动机技术的发展 405 一　蒸汽发动机 405 二　内燃机 407 三　燃气轮机和喷气发动机 410 第二节　机械制造技术的发展 413 一　毛坯 413 二　机床 414 三　刀具材料 417 五　机械手和机器人 418 四　量具 418 第三节　标准化、系列化和通用化的产生和发展 420 一　标准化 420 二　系列化 421 三　通用化 422 第二十三章　建筑技术的发展 423 第一节　建筑材料的发展 423 一　水泥和混凝土 423 二　钢材 424 四　塑料建筑材料 425 三　钢筋混凝土 425 五　其他 426 第二节　建筑结构的发展 426 一　大跨度结构 427 二　高层结构 429 第三节　建筑工艺的发展 431 第二十四章　交通运输技术的飞跃发展 434 第一节　水上运输 434 一　动力装置 435 二　船的结构、性能和制造技术 436 三　专用船 437 五　导航、航海仪表和安全技术 438 四　新型船 438 第二节　铁路运输 439 一 机车和动力置装 440 二　列车的结构和安全技术 441 三　路基和轨道 442 四　桥梁和隧道 442 五　新型高速列车 443 第三节　公路运输 444 一　客车 445 二　货车 446 第四节　航空运输 447 一　运输机的发展 448 二 导航和安全技术 450 第五节　管道运输 450 第二十五章　现代军事技术的发展 453 第一节　第一次世界大战 454 一　一般武器的发展 454 二　海战武器的发展 455 三　空战武器的出现 455 第二节 第一次世界大战后至第二次世界大战 456 一　传统武器的改进 456 二　新武器的出现 458 第三节　第二次世界大战以后 459 一　常规武器的发展 459 二　导弹和反导弹技术的发展 461 三　侦察卫星和其他军用航天器的出现 464 四　核武器的新发展 464 第二十六章　医学科学的迅速发展革新了卫生事业的面貌 467 第一节 化学治疗和抗生素治疗 469 第二节　免疫疗法 470 第三节 内分泌紊乱和激素调节 472 第四节 营养缺乏病与氨基酸和维生素 475 第五节 物理学的成就和诊断、治疗技术 477 第六节　临床和应用医学的几项重大进展 478 一　输血和麻醉 478 二　器官移植和人造器官 479 三　心血管系统疾病 480 四　癌症 481 五　遗传性疾病 482 六　中医中药 483 七　精神病和身心医学 484 八　人口问题和避孕 484 第二十七章　现代农业科学技术的巨大进展 487 第一节　农业 487 一　农业机械化 488 二　选育良种 489 三　改善作物营养 491 四　病虫害和杂草防除…………………………………………………………（493 ）第二节　林业 495 二　森林工业的机械化与现代化 497 一　营林科学技术的迅速发展 497 三　林业与森林工业的综合经营 498 第三节　畜牧业 498 一　良种的选育 499 二　人工授精技术的应用 500 三　动物营养研究和配合饲料的发展 501 四　畜禽疾病防治 502 第四节　渔业 503 一　海洋渔业迅速发展 503 二　增、养殖业日益受到重视 505 第二十八章　环境问题的威胁和环境科学的兴起 508 第一节　环境问题的威胁——历史概况 508 第二节　环境治理的实施——基本途径 511 第三节　环境科学的兴起——学术背景 515 结束语——历史的经验和教训 519 一　自然科学的源泉及其发展的社会条件 519 二　科学发展的继承、积累和革命、突破 521 三　科学是“最高意义上的革命力量” 523 四 自然科学没有阶级性．也没有国界．它是全人类共同创造的精神财富 525 五　政治民主和学术自由是科学繁荣的必要保证 528 六　科学工作的准则和科学精神 531 人名索引 534 一　原名索引 534 二　中译名索引 559

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