三、从现代物理学的建立到
电子信息时代的兴起
19世纪末20世纪初是科学发展史上的一个重要转折时期，这一时期爆发了一场物理学革命，将自然科学推进到一个新的历史阶段——现代科学阶段。
近代科学的发展表明，由伽利略和牛顿奠定基础的理论体系经过几代人的奋斗，到了19世纪后期，已建立起完整的理论体系，并在技术和生产的应用中取得了巨大的成功，显示出强大的威力。当时物理学家普遍认为，物理学大厦已经基本建成，物理学理论已接近最后完成，留给后人的只是在细节上作些扩充和发展。可是，历史是无情的，正当人们陶醉于经典物理学的“尽善尽美”的境界时，经典物理学却出乎意料地发生了危机。这场危机是从“以太漂移”和“黑体辐射”的实验研究开始的。
1887年，美国实验物理学家迈克尔逊和美国科学家莫雷合作，为寻找地球相对于绝对静止的以太运动，进行著名的以太漂移实验。但是实验结果却同经典理论的预测相反，使许多物理学家震惊不已。同时在对比热辐射现象的研究中，又遇到了经典物理学不能解释的黑体辐射现象。这两个问题，被开尔文称为物理学上空的“两朵乌云”。它向经典物理学提出了挑战。与此同时，19世纪末物理学领域还有其他一系列新发现，如1895年德国物理学家伦琴发现x射线；1896年法国物理学家贝克勒耳发现放射线；1897年英国物理学家汤姆逊发现电子；1898年法国物理学家居里夫妇测定了放射性元素铀的放射性强度；等等。所有这些物理实验所获得的一系列新事实，猛烈地冲击着物理学经典理论的传统观念。以太漂移实验动摇了经典力学的绝对时空观，黑体辐射实验冲击着能量是连续的旧观点，x射线、放射性和电子的发现使曾被确认的原子“不可分”、“不可人”、“不可变”的形而上学的观念面临着破产。经典物理学的这场危机表明物理学正在酝酿着一次伟大的变革，在这场革命中产生了现代物理学的两大基础理论——相对论和量子力学。从此，人类的认识由低速宏观领域进入到高速微观领域，开辟了20世纪科学技术发展的新纪元。
著名物理学家爱因斯坦于1905年和1915年先后创立了狭义相对论和广义相对论。相对论否定了牛顿的绝对时间观念，揭示了空间、时间、物质、运动的本质上的统一性。相对论对量子力学、量子场论、宇宙结构学说和基本粒子理论等新兴科学的发展，对核反应堆、回旋加速器等尖端技术的形成，都有十分重大的意义。
量子理论也是20世纪初物理学革命的产物。普朗克在研究黑体辐射问题时提出了量子论，爱因斯坦发展了普朗克的量子概念，完满地解释了光电现象。以后又经过玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔等一大批科学家的共同努力，终于建立了较完整的量子力学体系，成功地揭示了微观物质世界的基本规律。量子力学的建立推动了许多学科的发展。原子物理学、核物理学、半导体物理学、量子化学、量子生物学等，都是应用量子力学的成果之后建立的现代科学学科。以这些现代科学为基础，一大批新兴技术相继出现。人们通过对核物理学的研究，1942年建立了世界上第一座核反应堆，使核能的开发利用成为可能。1945年7月6日试验成功了第一颗原子弹，从而迎来了人类利用原子能的新时代。通过对分子、原子和固体中的电子运动规律的探索，又吸取数理逻辑和概率统计等学科的成果，1946年研制成功第一台电子计算机。在短短的十几年时间里，它已渗入到工业、农业、军事、商业、家庭以及其他许多部门。1957年成功地发射了第一颗人造地球卫星，标志着人类开始越出地球的范围，进入宇宙空间。以原子能，电子计算机、空间技术为主要标志的现代技术，迅速成长，一系列新兴工业诞生了，带来了近代以来的第三次技术革命。
第三次技术革命经历二三十年的发展，到了20世纪70年代进入了一个新阶段，即新技术革命阶段。其主要表现是，由于微电子技术的发展，使得大规模集成电路得以研制成功，带来了电子计算机的巨型化、微型化、智能化等多种特点。以分子生物学为基础的生物工程也取得了突破性的进展，特别是基因工程的发展为人类根据自己的需要，定向培育生物新品种，开辟了无比广阔的前景。与此同时，新材料、新能源等新兴技术也都取得了重要进展。以信息科学、生物科学、材料科学三大学科为前沿，以电子计算机、生物工程、新材料、新能源、激光、空间技术、海洋工程等新兴技术的广泛应用为特征的新技术革命是第三次技术革命的继续深化。
新技术革命与以往的技术革命相比，具有一些新的特征。首先，科学成了技术进步、生产发展、改进管理的主要因素。科学革命走在技术革命的前面，成为技术革命的前导。科学成果渗透到技术部门的各个领域，成为技术发展的关键。其次，科学技术既高度分化，又高度综合。自20世纪30年代以来，综合化的趋势日益增强，逐渐占据了主导地位。科学发展的整体化，在自然科学的各学科之间，在自然科学和社会科学之间，科学与技术之间某些相关的学科相互渗透，相互交叉，产生出诸如“交叉学科”、“边缘学科”、“横断学科”之类的综合性学科。再次，以电子计算机为主要工具的现代控制技术的发展，在这次技术革命中具有特别重要的作用，处于核心地位。无论在空间技术、原子能技术等新技术部门，还是传统技术部门或现代管理技术部门，其技术革命都以大量的信息传输和交换为纽带，而信息处理问题，实质上是靠电子计算机来进行控制的。正因为如此，这次技术革命的本质是人类智力的解放，是一场智力革命。前两次技术革命都以机器代替人的体力劳动为目的，结果带来了社会生产力的大发展。这次技术革命由于电子计算机即电脑的发展和广泛应用，开辟了机器代替人的部分脑力劳动的新时代，使生产、工作以至生活过程全面自动化逐步成为现实。所以，从第三次技术革命到新技术革命的兴起，把人类社会推进到了“电子信息时代”。
回顾人类历史的进程，特别是20世纪，是科学革命不断推动技术进步从而不断推动科技产业化和社会变革的世纪，也是经济和社会发展促进科学技术突飞猛进的世纪。
人类已进入21世纪，21世纪的世界，是逐步进入全球知识经济的时代，国际竞争日趋激烈，国家与民族的自主知识创新能力，高技术发展及产业化能力将成为国家竞争力的关键因素。因此，我国的科技发展战略必须与科教兴国战略的基本国策相一致，致力于促进国家经济、社会持续健康稳定发展，致力于提高国家竞争力。21世纪是一个充满机会和希望的世纪，也是一个充满风险和挑战的世纪。对此，我们每一个公民，特别是各级领导干部都要有一个清醒的认识。
第三节 当代的大科学与高技术
当代的科学革命和技术革命，使科学技术步人了大科学时代。只有建立与大科学时代相适应的大科学观，才能对现代科学技术发展中提出的一系列有关问题，作出科学的分析和判断。
一、20世纪的科学革命、技术革命与高技术当代科学革命发端于19世纪末20世纪初的物理学革命。X射线、放射性、电子等发现，以太漂移实验的否定结果和黑体辐射能量分布理论解释的困难，从根本上动摇了以牛顿力学为基石的经典物理理论。相对论和量子力学的建立，把物理学对物理世界的认识，从宏观物体、低速运动，推进到微观粒子、高速运动的领域，物理学关于物质、运动、时空、规律等观念都发生了根本性的变革。
这次物理学革命不仅改变了物理学的观念，而且在整个自然科学领域引起了科学思想的深刻变革。物理学的新观念、新理论和新方法，被广泛应用于自然科学的各个部门，使化学、天文学乃至地学、生物学都取得了革命性的进展。第二次世界大战以后，粒子物理学、现代宇宙学、量子化学、分子生物学以及系统科学等新学科的兴起，把科学对自然界认识推向新的深度和广度，从微观结构到宇观天体、从物理世界到生命世界都更加深入地揭示了自然界的本质和规律。
科学革命为技术革命作了理论上的准备。当代世界的新技术革命，就是以现代科学革命为先导，在现代科学理论的基础上发生的。这次技术革命开始于20世纪40—60年代原子能技术、电子计算机技术、半导体技术、空间技术、激光技术等突破。进入70年代以后，由于微电子技术的产生和迅速发展、电子计算机技术的不断更新换代及其在各个技术领域的广泛应用，使现代技术革命更加明显地展现出以信息革命为核心的特征。
材料、能源和信息，是构成人工自然的三大要素。以往的技术革命，主要发生在材料加工和能源动力领域，这次技术革命则是以信息技术为中心展开的。如果说以往的技术革命主要是延长了人的肢体、解放了人的体力劳动，当代技术革命则要延长人的大脑、扩大人的智能、放大和部分代替人类脑力劳动。
以当代科学革命为基础的当代技术革命产生了高技术。高技术集中地代表了当代技术发展的方向和特点。“高技术”的概念，本来是美国经济学界在20世纪70年代提出的一个表示企业或产品技术密集程度高的用语，后来才被世界各国用于对技术本身的评价和概括。“高技术”一词，至今还在上述两种意义上被使用。
