王渝生

歷史的回顧
——世界科技一百年（一）序言：從古代、近代到現(xiàn)代

王渝生

王渝生，北京市科協(xié)副主席、科學(xué)普及工作委員會主任，國家教育咨詢委員會委員，國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃（2010－2020）戰(zhàn)略研究專家，全民科學(xué)素質(zhì)行動計劃綱要（2006－2010－2020）起草組組長。十屆全國政協(xié)委員、教科文衛(wèi)體委員會委員，中國科技館原館長、黨委書記。曾榮獲國家圖書獎、中國圖書獎、全國優(yōu)秀科技著作暨科技進步獎、20世紀(jì)科普佳作獎、中國青少年社會教育銀杏獎特別貢獻(xiàn)獎、國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2006—2020）戰(zhàn)略研究突出貢獻(xiàn)獎，被評選為全國科普先進工作者。享受國務(wù)院政府特殊津貼。

繼本刊去年以“中華科技六十年”為題對新中國成立以來科技發(fā)展的成就進行了回顧之后，今年讓我們再來回首近一百年來世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進程，展現(xiàn)在我們面前的將是又一幅充滿艱辛與奮斗、勝利與輝煌的科技發(fā)展的宏偉歷史畫卷。請看——

西方不亮東方亮的時代

提起近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)幾百年來的發(fā)展，歐美處于世界領(lǐng)先地位似乎已成為不爭的事實。但是在此之前，美洲還是未經(jīng)開發(fā)的地區(qū)，歐洲則處于黑暗的中世紀(jì)時期。而此時東方的中國、印度和阿拉伯地區(qū)，經(jīng)歷了科學(xué)文化大發(fā)展的全盛階段。

中國是世界四大文明古國之一。

古埃及金字塔和獅身人面像

古巴比倫空中花園遺址

古代印度的地母神像

古老的中華農(nóng)業(yè)科技文明可以追溯到至少六七千年以前。四五千年以前的科學(xué)知識和農(nóng)、牧、手工業(yè)以及青銅冶鑄等技術(shù)都有了長足的進步。

鐵農(nóng)具（中國戰(zhàn)國）

彩格毛布（中國西周）

兩三千年以前逐漸形成了農(nóng)學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、天文學(xué)和數(shù)學(xué)等獨特的科學(xué)體系，在地學(xué)、生物學(xué)以及制陶、礦冶、紡織、建筑等技術(shù)領(lǐng)域也取得了輝煌的成就。

一二千年以前則先后完成了指南針、造紙術(shù)、印刷術(shù)和火藥這聞名于世的四大發(fā)明，“并在3到13世紀(jì)之間保持一個西方所望塵莫及的科學(xué)知識水平。”（李約瑟：《中國科學(xué)技術(shù)史》）事實上，直到14—16世紀(jì)，數(shù)學(xué)家朱世杰的“四元術(shù)”及“招差術(shù)”、天文學(xué)家郭守敬的簡儀和《授時歷》、航海家鄭和“七下西洋”、樂律學(xué)家朱載的“十二平均律”理論、醫(yī)藥學(xué)家李時珍的《本草綱目》以及17世紀(jì)初地理學(xué)家徐霞客的《游記》、科學(xué)家徐光啟的《農(nóng)政全書》和技術(shù)專家宋應(yīng)星的《天工開物》，都在世界科技史上占有一席之地。

古代印度在二三千年以前的歷史和宗教文獻(xiàn)《吠陀》（即知識和學(xué)問）中就有大量關(guān)于天文學(xué)、數(shù)學(xué)和醫(yī)學(xué)等科學(xué)知識，一千多年以前先后同中國和阿拉伯國家之間有了科學(xué)文化交流。阿拉伯人在中世紀(jì)充當(dāng)了溝通東西方學(xué)術(shù)文化的橋梁作用，他們從公元830年開始在巴格達(dá)建立了智慧館，這是一個編譯圖書的機構(gòu)，大批專家在這里從事搜集、整理、翻譯、研究外國學(xué)術(shù)文獻(xiàn)的工作，包括古希臘和東方的科學(xué)著作，中國的四大發(fā)明等技術(shù)也通過阿拉伯人傳向西方。到中世紀(jì)晚期，歐洲的學(xué)術(shù)開始復(fù)興。

近代科學(xué)在斗爭中誕生

歐洲中世紀(jì)的后期，14—16世紀(jì)興起了文藝復(fù)興運動和宗教改革運動。它們有力地沖擊了歐洲封建教會的統(tǒng)治，為資本主義生產(chǎn)方式的發(fā)展和近代科學(xué)技術(shù)的誕生開辟了道路。文藝復(fù)興運動的偉大旗手是意大利的科學(xué)家、技術(shù)發(fā)明家和藝術(shù)大師達(dá)·芬奇。他指責(zé)教會是“販賣欺騙的店鋪”，認(rèn)為“理智是實驗的女兒”。他把藝術(shù)與科學(xué)融為一體。宗教改革運動的偉大旗手是德國的馬丁·路德和托馬斯·閔采爾。宗教改革運動也為自然科學(xué)從神學(xué)解放出來創(chuàng)造了必要的社會條件。

意大利文藝復(fù)興時期的畫作“雅典學(xué)院”

在偉大的文藝復(fù)興運動和宗教改革運動的啟示下，波蘭天文學(xué)家哥白尼通過大量的天文觀測和數(shù)學(xué)計算，于1543年發(fā)表了《天體運行論》，提出了日心地動說，動搖了維護教會權(quán)威的理論支柱——地心說，從而宣告了神學(xué)宇宙觀的破產(chǎn)，開創(chuàng)了自然科學(xué)從宗教神學(xué)奴役下解放出來的第一次科學(xué)革命，標(biāo)志著近代科學(xué)的誕生。

哥白尼“日心說”示意圖

哥白尼

維薩里

《人體的構(gòu)造》

無獨有偶。在天文學(xué)“大宇宙”革命的同時，醫(yī)學(xué)生理學(xué)“小宇宙”也發(fā)生了革命：比利時醫(yī)學(xué)家維薩里于1543年發(fā)表《人體的構(gòu)造》。他以無可辯駁的解剖學(xué)事實，證明了男人身上的肋骨同女人身上的肋骨一樣多，都是12對，共24根；人體中沒有永不毀壞的“復(fù)活骨”。這就徹底否認(rèn)了上帝用男人的肋骨創(chuàng)造出女人的謬論，也駁斥了可以通過復(fù)活骨使死人復(fù)活的無稽之談。

《天體運動論》和《人體的構(gòu)造》兩部偉大科學(xué)著作的同時出版，使1543年成為中世紀(jì)科學(xué)與近代科學(xué)的分界線，它標(biāo)志著科學(xué)的發(fā)展進入了一個新的歷史階段。

但是，近代科學(xué)從它誕生之日起就受到了教會的殘酷迫害。1553年，塞爾維特因提出心肺之間的血液小循環(huán)學(xué)說而在日內(nèi)瓦被教會活活燒死；1600年，布魯諾因宣傳哥白尼學(xué)說也被教會燒死在羅馬鮮花廣場上。

哈維的手稿

哈維和他的血液循環(huán)理論

為科學(xué)真理而獻(xiàn)身的賽爾維特（左）和布魯諾（右）

野火燒不盡，春風(fēng)吹又生。1638年，哈維在維薩里和塞爾維特之后發(fā)表《心血運動論》，宣稱：“心臟是微型宇宙的太陽，正如太陽是世界的心臟一樣”；1687年，牛頓在哥白尼學(xué)說的繼承者開普勒關(guān)于行星運動三定律的《新天文學(xué)》（1609年）、《宇宙的和諧》（1619年）和伽利略《關(guān)于兩種世界體系的對話》（1632年）的基礎(chǔ)上出版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，公開發(fā)表了他所發(fā)現(xiàn)的物體運動三定律和萬有引力定律，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)，這是人類對自然界認(rèn)識的第一次理論的大綜合，標(biāo)志著一個半世紀(jì)前由哥白尼開創(chuàng)的科學(xué)革命的完成和嚴(yán)格意義上真正的“科學(xué)”的誕生,牛頓也因此成為近代科學(xué)巨人。

伽利略及其用望遠(yuǎn)鏡觀察到的月球表面圖

開普勒及其書房

牛頓及其著作

兩次近代技術(shù)革命的興起

文藝復(fù)興、宗教改革和科學(xué)革命是開啟近代社會的三大潮流?？茖W(xué)革命不僅推進了自然理論的形成，也帶動了技術(shù)的發(fā)展，引發(fā)了蒸汽機革命和電力革命。

始于18世紀(jì)60年代的產(chǎn)業(yè)革命是從最早完成資產(chǎn)階級革命的英國發(fā)端的。產(chǎn)業(yè)革命是以機器大生產(chǎn)為主體的工廠制度代替以手工技術(shù)為基礎(chǔ)的手工工場的革命，這是資本主義經(jīng)濟發(fā)展的客觀要求所決定的。到19世紀(jì)30年代，英國的基本工業(yè)部門中的機器生產(chǎn)和工廠制度已占據(jù)優(yōu)勢。其他各主要資本主義國家，如法國、德國、美國和日本，利用英國產(chǎn)業(yè)革命的技術(shù)和經(jīng)驗，從19世紀(jì)30年代至19世紀(jì)末，也相繼完成了產(chǎn)業(yè)革命，先后實現(xiàn)了工業(yè)化和機械化，使工業(yè)資本在國家經(jīng)濟中占據(jù)了優(yōu)勢。

英國工程師紐科門和他制造的早期蒸汽機

英國工程師瓦特和他改進的旋轉(zhuǎn)式蒸汽機

伴隨18世紀(jì)60年代在英國開始的產(chǎn)業(yè)革命，出現(xiàn)了近代第一次技術(shù)革命。它開始于紡織工業(yè)的機械化——英國織布工人哈格里沃斯在1764年發(fā)明的“珍妮紡車”，以蒸汽機的廣泛使用為主要標(biāo)志——英國格拉斯哥大學(xué)機械師瓦特在1769年發(fā)明分離冷凝器，1781年取得旋轉(zhuǎn)蒸汽機專利，從而使蒸汽機成為通用原動機，繼而推廣到采礦、冶金、機械、化工、海陸交通運輸?shù)雀鞴I(yè)行業(yè)?！罢羝笸酢蓖咛厥墙谝淮渭夹g(shù)革命的偉大旗手，他開啟了蒸汽時代。

17世紀(jì)的科學(xué)革命和18世紀(jì)的技術(shù)革命為19世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展奠定了理性和物質(zhì)的基礎(chǔ)。19世紀(jì)最主要的科學(xué)成就是熱力學(xué)、電磁場理論、化學(xué)原子論和生物進化論，它們的創(chuàng)立者分別是邁爾—焦耳、法拉弟—麥克斯韋、阿佛加德羅和達(dá)爾文。

熱力學(xué)是關(guān)于熱的能量守恒和耗散理論，其推廣形式即能量守恒與轉(zhuǎn)化定律是繼牛頓力學(xué)之后物理科學(xué)的第二次理論大綜合。

英國物理學(xué)家焦?fàn)?/p>

史蒂芬森設(shè)計的蒸汽機車

法拉弟的電磁感應(yīng)裝置

電磁場理論則是在電磁學(xué)實驗基礎(chǔ)上數(shù)學(xué)化而發(fā)展起來的，它把光、電、磁這三種不同的物理現(xiàn)象聯(lián)系了起來，實現(xiàn)了物理科學(xué)的第三次理論大綜合，導(dǎo)致了繼蒸汽機之后以電力應(yīng)用為標(biāo)志的近代第二次技術(shù)革命。

第二次技術(shù)革命即電力革命開始于19世紀(jì)70年代。當(dāng)時，有實用價值的發(fā)電機和電動機已經(jīng)制成，直流電機供電已經(jīng)取代了蒸汽動力而占有統(tǒng)治地位。電力不僅可以代替蒸汽作為工業(yè)動力，而且可以用于通訊和照明。人類歷史上開始了電氣化的現(xiàn)代文明生活，人類社會由蒸汽時代進入了電氣時代。

愛迪生和他發(fā)明的電燈

伏打和他發(fā)明的電池

倫琴發(fā)現(xiàn)X射線

湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子

貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射性

居里夫人發(fā)現(xiàn)放射性元素釙和鐳

20世紀(jì)新的科學(xué)技術(shù)革命

19世紀(jì)末物理學(xué)中的三大發(fā)現(xiàn)（X射線、放射性、電子）和物理學(xué)睛空上的兩大“烏云”（以太漂移和黑體輻射問題所存在的困難）是新的科學(xué)革命到來的先兆。

20世紀(jì)前30年的物理學(xué)革命，是繼16世紀(jì)中葉哥白尼天文學(xué)革命以來的人類第二次科學(xué)革命。愛因斯坦創(chuàng)立的相對論，否定牛頓的絕對時空觀，揭示了空間、時間、物質(zhì)、運動之間在本質(zhì)上的統(tǒng)一性，把牛頓的力學(xué)理論作為一種特殊情況概括在內(nèi)；相對論既是原子內(nèi)部的微觀物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是天體物理學(xué)和宇宙學(xué)的理論基礎(chǔ)，是物理科學(xué)的第四次理論大綜合。普朗克量子論的提出和薛定諤、海森伯、狄拉克等人量子力學(xué)的建立，論證了連續(xù)性與間斷性的統(tǒng)一，成功地揭示了微觀物理世界的基本規(guī)律，從而完成了物理科學(xué)的第五次理論大綜合，并且架起了從物理學(xué)通向化學(xué)和生物學(xué)等的橋梁。50年代基因雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和60年代全球大地板塊學(xué)說的創(chuàng)立已經(jīng)引發(fā)新的生物學(xué)革命和地質(zhì)學(xué)革命。

愛因斯坦和他的相對論

普朗克提出量子論

海森伯

玻爾

薛定諤

20世紀(jì)的四大科學(xué)發(fā)現(xiàn)是：宇宙大爆炸模型、物質(zhì)結(jié)構(gòu)夸克模型、全球大地構(gòu)造板塊模型和遺傳基因DNA分子結(jié)構(gòu)雙螺旋模型。

伽莫夫和他的宇宙大爆炸模型

蓋爾曼提出夸克模型

勒比雄提出大地板塊構(gòu)造理論

魏格納提出大陸漂移學(xué)說

沃森和克里克建立DNA雙螺旋模型

費米發(fā)現(xiàn)用中子轟擊鈾原子核能產(chǎn)生強烈的核反應(yīng)

哈恩提出核裂變理論

核 技 術(shù)

當(dāng)代第三次技術(shù)革命出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代以后，是以原子能工業(yè)（1942年）、電子計算機（1945年）、空間技術(shù)（1957年）、激光（1960年）和基因工程（1973年）等新興技術(shù)群為標(biāo)志，而以電子計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和信息資源處理技術(shù)組成的信息技術(shù)為核心，所以又叫做“信息革命”。與信息革命相對應(yīng)的社會是信息社會。

火箭

航空航天技術(shù)

人造地球衛(wèi)星

航天員在月球上

航天飛機

信息技術(shù)

信息高速公路

激光技術(shù)

梅曼和他的紅寶石激光器

基因重組技術(shù)

體細(xì)胞克隆技術(shù)

生物技術(shù)

縱觀世界科技的發(fā)展，雖然自1543年日心說問世至1687年經(jīng)典力學(xué)體系建立，已經(jīng)完成了科學(xué)革命，誕生了近代科學(xué)，但人類歷史仍處于幾千年前延續(xù)下來的漫長的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟時代，農(nóng)業(yè)社會以第一產(chǎn)業(yè)（農(nóng)林漁牧業(yè)）為主。只是近兩百多年來，由于產(chǎn)業(yè)革命的興起，蒸汽機的廣泛應(yīng)用，人類歷史才開始逐漸跨入工業(yè)經(jīng)濟時代。工業(yè)社會以第二產(chǎn)業(yè)（工業(yè)）為主，實際上迄今不過一百多年。電子計算機的出現(xiàn)，只是半個多世紀(jì)以前的事，它使人們開始能夠利用信息技術(shù)充分及時地在全球范圍內(nèi)汲取新的知識，開展經(jīng)濟文化的交流、合作與競爭。以信息革命為中心的新的科學(xué)技術(shù)革命帶領(lǐng)我們邁向知識經(jīng)濟的新時代。

植物組織培養(yǎng)技術(shù)

動物胚胎移植技術(shù)

納米技術(shù)

微型馬達(dá)

統(tǒng)稿：本刊編輯夏炎