王渝生

原子彈計算機 劃時代高科技
——世界科技一百年（六）20世紀40年代

王渝生

20世紀40年代是科學技術突飛猛進的時代。歷時6年(1939－1945)的第二次世界大戰(zhàn)，使現代軍事科學技術及其相關的核物理學、粒子物理學、半導體物理學和電子技術、計算機技術、自動化技術以及信息論、控制論、系統論等得到飛速的發(fā)展，出現了許多劃時代的科學發(fā)現和技術發(fā)明，如1945年原子彈的爆炸、1946年電子計算機的誕生和1948年宇宙熱大爆炸模型的提出都是劃時代的科技事件。

20世紀40年代，中國科學技術也有長足的發(fā)展。1941年潘鐘祥提出陸相生油理論；1943年侯德榜改進聯合制堿法；1945年陳省身提出示性類概念；1946年錢三強發(fā)現鈾核三分裂、華羅庚《堆壘素數論》出版；1948年張文裕發(fā)現μ子原子。1949年中國科學院在北京正式成立。

1940年

哥德爾證明公理集合論的相容性

1940年，美籍奧地利人，著名數學家、邏輯學家和哲學家哥德爾（Kurt Godel，1906.4.28-1978.1.14）證明公理集合論的相容性。

麥克米倫和艾貝爾森發(fā)現第一個超鈾元素——镎

1940年，由物理學家麥克米倫（Edwin Mattison McMillan，1907.9.10－1991）和艾貝爾森（Philip Hauge Abelson，1913.4.27-2004.1.8）用中子轟擊鈾獲得半衰期為2.3天的超鈾元素镎239Np。

溫費爾特和迪克遜首先合成滌綸纖維

1940年，英國人溫費爾特（T.R.Whinfield）與狄克遜（J.T.Dickson）首先合成滌綸纖維。1941年進行紡絲，發(fā)現具有很好的成纖性能。

1941年

比德爾

塔特姆

比德爾和塔特姆創(chuàng)立“一種基因一種酶”學說

20世紀30年代，生物學家已經確定基因需要酶的幫助才能完成功能，但是，基因和酶到底是什么關系，仍是需要搞清楚的問題。1941年，美國生物學家比德爾（George Wells Beadle，1903.10.22-1989.6.9）和塔特姆（Edward Lawrie Tatum，1909.12.14-1975.11.5）揭開了這個謎。他們認為每個基因控制且僅控制一種酶的形成。這就是著名的“一個基因一種酶”的學說，該學說為遺傳學家普遍接受。由于他們的開創(chuàng)性工作，比德爾和塔特姆與萊德伯格分享了1958年的諾貝爾生理學及醫(yī)學獎。

霍奇金首先測量盤尼西林的結構

英國化學家霍奇金（女）（Dorothy Mary Crowfoot Hodgkin，1910.5.12-1994.7.29）因確定盤尼西林及維他命B12的晶體結構而獲得諾貝爾化學獎。

1942年

費米領導建成世界上第一座原子核裂變反應堆

1939年1月，美國物理學家費米（Enrico Fermi，1901.9.29-1954.11.28）聽到中子引起鈾裂變的消息，馬上就直觀地設想了原子反應堆的可能性，并開始為它的實現而努力。費米組織了一支研究隊伍，對建立原子反應堆問題進行徹底的研究。1942年12月2日，費米的研究組人員全體集合在美國芝加哥大學足球場的一個巨大石墨型反應堆前面。這時由費米發(fā)出信號，緊接著從那座埋沒在石墨之間的7噸鈾燃料構成的巨大反應堆里，控制棒緩慢地被拔了出來，隨著計數器發(fā)出了咔嚓咔嚓的響聲，到控制棒上升到一定程度，計數器的聲音響成了一片，這說明連鎖反應開始了。這是人類第一次釋放并控制了原子能的時刻。

林德布拉德提出密度波概念

1942年，瑞典天文學家林德布拉德（Bertil Lindblad，1895.11.26-1965.6.26）提出了形成旋臂的“密度波”概念，以期克服旋渦星系的形成和維持旋臂的理論困難。后來，林家翹等人于1964年發(fā)展了密度波理論，并且探討星系激波形成恒星的理論。

阿爾文提出太陽系起源的電磁說

1942年，瑞典物理學家阿爾文(Hannes Olf Gosta Alfvén，1908.5.30-1995.4.2)提出,太陽在空間運行過程中穿過一個氣體星云,受電磁作用氣體已離子化,帶電荷原子向內做螺旋運動,形成氣體環(huán),隨后凝聚成小顆粒,再聚集成行星。

布勞恩制造并試飛成功遠程液體火箭V-2

1942年1月，德國火箭專家布勞恩（Wernher von Braun，1912.3.23-1977.6.16）研制的裝填有新式火箭推進劑的A-2火箭進行試飛試驗。它的速度接近每秒2公里，最大飛行高度可達96公里。為了保證命中精確度，布勞恩給它安上了“眼睛”，將彈體自動引導到預定目標上的自動控制設備。這種新式武器被稱為“V-2”。

1942年10月3日，V-2導彈進行第一次試飛。導彈發(fā)射后，一瞬間就升到了96公里的高空，然后轉彎，在與地面平行方向飛了190公里，在離預定目標4公里處爆炸。試驗獲得成功。

1943年

馮·諾依曼和圖林創(chuàng)立計算機理論

在計算機理論和研制上貢獻卓著者是匈牙利出生的美國數學家馮·諾依曼（John Von Neumann，1903.12.28-1957.2.8）和英國數學家圖林（Alan Mathison Turing，1912.6.23-1954.6.7）。前者提出的存儲程序——邏輯推演模型使計算機的全部運算成為真正的自動過程，后者于1943年設計制造的一臺有600個電子管的破譯密碼專用計算機很可能是世界上真正的第一臺電子計算機。圖林在1945年提出的仿真系統思想和1947年提出的自動程序設計思想，開創(chuàng)了思維的機器模擬，即現代人工智能研究的新領域。

圖林

馮·諾依曼

海森堡提出粒子相互作用的散射矩陣理論

德國物理學家、矩陣力學的創(chuàng)始者沃納·海森堡（Werner Heisenberg，1901.12.5－1976.2.1）于1943年提出粒子相互作用的散射矩陣理論。

瓦克斯曼分離出鏈霉素

1943年，俄國-美國微生物學家瓦克斯曼（W a k s m a n Selman Abraham，1888.7.22-1973.8.16）分離出一種能有效地抵抗革蘭氏陰性細菌的抗菌素，并稱之為鏈霉素。

1944年

馮·諾伊曼創(chuàng)立對策論

1944年，馮·諾伊曼（John von Neumann，1903.12.28-1957.2.8）和摩根斯特思（O. nstern）合著的《對策論和經濟行為》是對策論的奠基性著作。論文包含了對策論的純粹數學形式的闡述以及對于實際應用的詳細說明。這篇論文以及所作的與某些經濟理論的基本問題的討論，引起了對經濟行為和某些社會學問題的各種不同研究，時至今日，這已是應用廣泛、羽毛日益豐盛的一門數學學科。有些科學家熱情頌揚它可能是“20世紀前半期最偉大的科學貢獻之一”。

對策論中文版

扎沃伊斯基發(fā)現電子的順磁共振現象

電子順磁共振首先是由前蘇聯物理學家扎沃伊斯基（Zavoisky）于1944年從MnCl2、CuCl2等順磁性鹽類發(fā)現的。物理學家最初用這種技術研究某些復雜原子的電子結構、晶體結構、偶極矩及分子結構等問題。在此之后化學家根據電子順磁共振測量結果，闡明了復雜的有機化合物中的化學鍵和電子密度分布以及與反應機理有關的許多問題。

巴德發(fā)現星族

德國天文學家巴德(Wilhelm Heinrich Walter Baade，1893.3.24-1960.6.25)在威爾遜山天文臺工作期間，與美國天文學家弗里茨·茲威基和埃德溫·哈勃一道合作研究超新星和星系。威爾遜山天文臺擁有當時世界上口徑最大的100英寸(2.5米)望遠鏡。巴德利用2.5米望遠鏡首次在仙女座星系的內部分解出單個恒星。他還提出了星族的概念：一類是年輕的恒星，主要分布在星系的旋臂中，稱為星族Ⅰ。另一類是年老的恒星，分布在星系的中央區(qū)和暈的球狀星團中，稱為星族Ⅱ。

施米特提出關于太陽系起源的俘獲說——隕星說

1944年,蘇聯地球物理學家施米特（Smit OU，1891-1956）提出了關于太陽系起源的一種俘獲說——隕星說。后來，愛爾蘭的埃奇沃思、英國的彭德雷和威廉斯、印度的米特拉各自提出了不同的俘獲說。這些學說的共同點都是認為太陽從鄰近空間或銀河中俘獲物質，最終形成了行星系。

魏茨澤克提出太陽系起源的旋渦說

1944年，德國的魏茨澤克（C a r l v o n Weizsacker，1912.6.28-2007.4.28）提出太陽系起源的旋渦說。

艾弗里等實驗證明活細胞的遺傳物質由DNA組成

1944年,加拿大生物學家艾弗里（Oswald Theodore Avery，1877.10.21-1955.2.20）及其同事研究了S菌株浸出物，證實這種因子是純粹的脫氧核糖核酸（DNA），并不存在蛋白質。這是一個關鍵性發(fā)展，在此以前，一直認為蛋白質是遺傳學的基礎，而DNA只是蛋白質的一種不怎么重要的附屬品?，F在看來DNA才是真正的遺傳學基礎。但是，由于提純的DNA之中還有0.02%的蛋白質，還有一些人對DNA是遺傳物質提出質疑。這一發(fā)現直接導致了對DNA的新的鉆研，使克里克和沃森發(fā)現了它的結構及其復制方式。

薛定鍔發(fā)表《生命是什么》提出“遺傳密碼”概念

物理學家薛定鍔（Erwin Schr dinger，1887.8.12-1961.1.4）的《生命是什么》所蘊藏的科學觀念對于科學發(fā)展的推動遠遠超過了相應的科學知識本身。在《生命是什么》一書中，薛定鍔最先提出遺傳密碼傳遞的概念，并且認為這種密碼貯存在“非周期性晶體”——具有亞顯微結構的染色體纖絲中。薛定鍔說，這種貯存著密碼的非周期性晶體，正是生命的物質載體。

艾肯等研制成第一臺使用繼電器的機電式計算機

1944年，美國數學家艾肯（Howard Hathaway Aiken，1900.3.8－1973.3.14）研制成功了一臺機電式計算機，它被命名為自動順序控制計算器MARK-Ⅰ。1947年，艾肯又研制出運算速度更快的機電式計算機MARK-Ⅱ。到1949年，由于當時電子管技術已取得重大進步，于是艾肯研制出采用電子管的計算機MARK。從此，在計算機技術上存在著兩條發(fā)展道路。一條是各種臺式機械和較大機械式計算機的發(fā)展道路；另一條是采用繼電器作為計算機電路元件的發(fā)展道路。后來建立在電子管和晶體管之類電子元件基礎上的計算機正是受益于這兩條發(fā)展道路。

1945年

第一顆原子彈爆炸

原子能的釋放，是20世紀最為激動人心的科學成就。如同原始人學會用火，古代人使用金屬工具，近代人發(fā)明蒸汽機那樣，它使整個人類的生活發(fā)生質的飛躍，大大加速社會的進步。不幸的是，原子能的最初實際應用，竟然以毀滅性的殺人武器的形式出現。美國自1942年9月開始執(zhí)行研制原子武器的龐大計劃“曼哈頓工程”，歷時3年，動員了15萬人，耗資20億美元，由物理學家費米領導，于1942年10月開始在芝加哥大學建造高6米的核反應堆，12月2日開始運行，使人類第一次實現，自持鏈式核反應，開創(chuàng)了可控核能釋放的歷史；在物理學家奧本海默的領導下，1943年3月在新墨西哥州建立了原子彈設計和試制工作的實驗室，1945年7月16日爆炸成功了第一顆原子彈，其爆炸力相當于2萬噸TNT炸藥；8月6日美國在日本廣島上空爆炸了一顆鈾彈，炸毀了這個有30萬人口的城市60%的建筑物，使7萬多人當場死亡，近7萬人受傷；三天后，8月9日又在長崎投下一顆钚彈，使這個山谷城市有近一半的建筑物被摧毀，3萬多人死亡，6萬多人受傷。

泡利因提出不相容原理獲諾貝爾物理學獎

美籍奧地利科學家泡利（Wolfgang Ernst Pauli，1900.4.25-1958.12.15）因提出不相容原理獲得1945年諾貝爾物理學獎。不相容原理指在原子中不能容納運動狀態(tài)完全相同的電子。又稱泡利原理。一個原子中不可能有電子層、電子亞層、電子云伸展方向和自旋方向完全相同的兩個電子。

施瓦茨發(fā)展廣義函數理論

法國數學家施瓦茨（Hermann Amandus Schwarz，1843.1.25-1921.11.30）的主要貢獻是創(chuàng)立了廣義函數（分布）論。這一理論現已成為泛函分析的重要分支，也是研究現代數學特別是分析數學的有力工具。1945年，施瓦茨在前人的大量研究工作的基礎上，建立了廣義函數的完整理論。這一理論不僅提供了用于數學物理的形式方法的數學基礎，而且給出了微分方程和傅立葉變換的新的有力工具。施瓦茨在偏微分方程和概率論等方面也做出了許多貢獻。專著有《分布論》（即《廣義函數論》，Ⅰ，1950；Ⅱ，1951；修訂本，1966）和《物理科學中的數學》（修訂版，1966）等。

英國帝國化學工業(yè)曼徹斯特實驗室發(fā)現抗瘧疾的特效藥——“白樂君”

1945年，在帝國化學工業(yè)的曼徹斯特實驗室里發(fā)現一種抗瘧疾的特效藥，名為“白樂君”（Paludrine）。經研究，一種能殺昆蟲而人畜無害，名叫六氯化苯（即六六六）的殺蟲藥制備成功了。

馮·諾依曼首次提出程序存儲計算機的設計方案——EDVAC方案

1945年，馮·諾依曼（John Von Neumann，1903.12.28-1957.2.8）以“關于EDVAC的報告草案”為題，起草了長達101頁的總結報告。報告廣泛而具體地介紹了制造電子計算機和程序設計的新思想。這份報告是計算機發(fā)展史上一個劃時代的文獻，它向世界宣告：電子計算機的時代開始了。

EDVAC方案明確奠定了新機器由五個部分組成，包括：運算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出設備，并描述了這五部分的職能和相互關系。報告中，諾伊曼對EDVAC中的兩大設計思想作了進一步的論證，為計算機的設計樹立了一座里程碑。

設計思想之一是二進制，他根據電子元件雙穩(wěn)工作的特點，建議在電子計算機中采用二進制。報告提到了二進制的優(yōu)點，并預言，二進制的采用將大大簡化機器的邏輯線路。

1946年

電子計算機誕生

電子技術的發(fā)展是新興技術的基礎和關鍵，而電子計算機的發(fā)明則是人類社會繼蒸汽機革命、電力革命之后的第三次技術革命——信息革命的標志。

由美國36歲的工程師真希利和24歲的碩士研究生?？死?943年6月開始試制的世界上第一臺電子計算機，于1945年底宣告竣工，1946年2月15日舉行正式的揭幕典禮。這臺計算機是一個龐然大物，重30噸，占地面積167平方米，耗電高達150千瓦。它與當時已有的機電(電動——機械式)計算機相比，因其采用了電子線路來執(zhí)行算術運算、邏輯運算和儲存信息，計算速度提高了1000倍，在計算機歷史上開創(chuàng)了一個新的紀元。

學術界公認,電子計算機的理論和模型是由英國數學家圖靈在此前10年即1936年發(fā)表的一篇論文“論可計算數及其在判定問題中的應用”中奠定了基礎的。

計算機延長了人腦的功能，并在一定程度上物化、放大了人類的智力。

阿爾瓦雷茨

阿爾瓦雷茨制成第一臺質子直線加速器

二戰(zhàn)期間，美國物理學家阿爾瓦雷茨（Luis Walter Alvarez，1911.6.13-1988.9.1）和漢森分別研制成功第一臺質子駐波直線加速器和電子行波直線加速器，為直線加速器的發(fā)展奠定了基礎。

布洛赫和珀塞爾發(fā)現核磁共振

分子束磁共振方法在1945－1946年間又取得了突破性的進展，這就是通過磁共振的精密測量，發(fā)現了核磁共振，為此，美國加利福尼亞州斯坦福大學的布洛赫（Felix Bloch，1905.10.23－1983.9.10）和馬薩諸塞州坎伯利基哈佛大學的珀塞爾（Edward putcell，1912－1997）共獲1952年諾貝爾物理學獎。

布洛赫

匈牙利和美國首次觀測到月球的雷達回波

雷達天文學創(chuàng)始于20世紀30年代，當時研究的是高層大氣、流星軌跡和極光。1946年在匈牙利和美國首次接收到月球的雷達回波。這是大氣層外天體的第一個回波信號。1961年，在金星離地球最近時，接收到它的雷達回波。自1965年以后，即使金星和水星離地球最遠時，也能做到有成效的雷達天文觀測。

1947年

晶體管誕生

1947年，美國物理學家肖克萊（Shockley William Bradford，1910.2.13-1989.8.12.）、巴丁(John Bardeen，1908.5.2－1991.1.30)和布萊頓（Walter Brattain，1902.2.10－1987）在貝爾實驗室研制成功了世界上第一只晶體管，在整個半導體器件的發(fā)展史上，是一個劃時代的突破。半導體，是本世紀最重大的發(fā)明之一，也是有史以來改變人類生活的重大事件之一。它所引起的電子技術的革命對人類文明，包括社會的經濟、政治、文化和軍事等的推動作用之大，在歷史上是屈指可數的。

利比提出碳14測定年代法

碳14測年法之父是美國人利比(Willard Frank Libby，1908.12.17-1980），他是個著名的物理化學家、放射化學專家、熱原子化學、示蹤技術和同位素示蹤技術專家。利比在1947年創(chuàng)立了用放射性碳14測定年代的方法，于1960年獲諾貝爾化學獎。碳14測年法在考古學中得到了廣泛的應用。

耶格爾駕駛第一架突破音障的火箭飛機飛行成功

1947年10月14日，由著名試飛員耶格爾駕駛，X-1首次成功地進行了超音速飛行。它的水平飛行速度超過音速，達到每小時1078千米，約為音速的1.015倍。人類終于首次在水平飛行中超過了音速，長期困擾科學家和工程師的音障難關得以突破。這是一項具有歷史意義的偉大成就，標志著航空超音速新時代的開始。

加柏首先提出“全息照相”方法

加柏（Denis Gabor)在光干涉的現象中，找到了解決普通照相缺陷的途徑，提出了全息照相的理論。激光解決難題，加柏的方法看來似乎極為簡單，但要完全解決拍攝全息照相的難題并非輕而易舉，因為當時缺乏理想的單色相干光源。60年代激光的問世，才為全息術提供了理想的相干光源。1963年，在美國密執(zhí)安大學從事雷達工作的利思和烏巴特尼克斯兩個人首先做出了第一張成功的全息照相。

1948年

伽莫夫創(chuàng)立現代宇宙學中的熱大爆炸理論

1932年勒梅特首次提出了現代宇宙大爆炸理論：整個宇宙最初聚集在一個“原始原子”中，后來發(fā)生了大爆炸，碎片向四面八方散開，形成了宇宙。

1948年，美籍俄國天體物理學家伽莫夫（G.Gamov,1904.3.4－1968.8.20）第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中，提出了熱大爆炸宇宙學模型：宇宙開始于高溫、高密度的原始物質，最初的溫度超過幾十億度，隨著溫度的繼續(xù)下降，宇宙開始膨脹。

“三論”構筑廣闊的科學前景

二戰(zhàn)以后，通信技術飛速發(fā)展，人類面對的消息和情報以指數函數形式增長，自動化程度越來越高，也越來越普及。同通信和自動控制密切相關的信息論、控制論和系統論(統稱“三論”)在1948年同時誕生，并迅速發(fā)展成為獨立的學科，被廣泛地應用于自然科學、社會科學的各個領域和人類生產、生活的各個方面，影響極為深刻。

申農創(chuàng)立信息論

所謂信息論，就是利用數學方法，研究信息的計量、傳送、變換和儲存的一門學科。它的任務在于解決通信上的兩個基本問題，既提高傳送消息的效能和保證傳送消息的完整。在美國貝爾實驗室工作的32歲的博士申農(Claude Shannon，1916.4.30－2001.2.24)于1948年發(fā)表《通信的數學理論》，奠定了現代信息論的基礎，宣告了信息論的誕生。

維納創(chuàng)立控制論

控制論是把自動調節(jié)、通信工程、計算機和計算技術以及神經生理學的病理學等等學科以數學為紐帶聯系在一起，在這些學科互相滲透的基礎上形成的新學科?？刂普摰牡旎嗣绹茖W家維納(Norbert Wiener，1894.11.26-1964.3.18)于1948年出版《控制論》。

貝塔朗菲創(chuàng)立系統論

1948年，奧地利出生的美國生物學家貝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy，1901.9.19-1972.6.12)出版了《生命問題》一書，概括論述了一般系統論，描述了系統思想在哲學史上的發(fā)展，確立了適用于系統的一般原則，標志這門新興的邏輯和數學領域的科學的誕生。

信息論、控制論和系統論這三門學科同時誕生，相互交叉，相互影響，它們在發(fā)展的過程中則相互問結合得更加緊密。一般認為控制論和系統論正在成為同一門科學，而展望更加完備的“信息——控制——系統”三位一體的科學理論的前景，將會使人類對自然和對自身的認識都出現一個新的飛躍。

邦迪、霍伊爾、哥爾德提出穩(wěn)恒態(tài)學說

費曼提出量子場論圖解法

美國著名物理學家費曼（Richard Feynman，1918.5.11-1988.2.15）于40年代發(fā)展了用路徑積分表達量子振幅的方法，并于1948年提出量子電動力學新的理論形式、計算方法和重正化方法，從而避免了量子電動力學中的發(fā)散困難。目前量子場論中的“費曼振幅”、“費曼傳播子”、“費曼規(guī)則”等均以他的姓氏命名。

為了既保留宇宙膨脹的觀念，又回避年齡困難，英國天文學家邦迪、哥爾得和霍伊爾在1948年分別提出了穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型。他們認為，宇宙雖然在不斷膨脹，但其中的物質密度并不變小，因為有物質不斷地憑空產生出來。由于物質密度不變，所以不存在一個宇宙的密集時期，因而也不存在星體的年齡上限問題。

1949年

普里高津提出最小熵產生原理

1949年，普里高津（Ilya Prigogine，1917.1.25-2003.5.28）提出不可逆過程熱力學中的最小熵產生原理，以說明宇宙演化中違背熱力學第二定律的現象。普里高津后來將他的概念發(fā)展為耗散結構理論。這一理論與哈肯的協同學，艾根的超循環(huán)理論和突變論共同被稱為自組織理論或新三論。新三論成為更為廣闊的復雜性科學的組成部分，推進并漸次融入更加開闊和變動不居的后現代科學。

基本粒子物理學誕生

人類對物質微觀世界的探索，由于40年代蘇、美兩國分別建造了可使質子能量高達200兆電子伏的同步回旋加速器，使基本粒子的數目很快增加到了二三十種，至40年代末，一門獨立的學科——基本粒子物理學(又稱高能物理學)發(fā)展了起來。

（統稿：本刊編輯夏炎）