第12講科學、技術與工業(yè)吳國盛/wugshpku北大科學史與科學哲學第1頁第3次作業(yè)題目：論培根科學要求1000-1500字，少寫多寫均不好，要學會思想明確、表述簡練建立在文件閱讀基礎之上，要有規(guī)范文件征引（允許引用網(wǎng)上文件），不得有任何剽竊剽竊(一旦查出即記為零分)下周（12月7日）下午6點之前經(jīng)過電郵交給各自助教，當晚課上將公布未交作業(yè)名單，有疑問者課間處理，過時不再受理。請相互轉(zhuǎn)告，勿謂言之不預。第2頁上講目錄啟蒙運動與數(shù)理精神傳輸物理科學中兩大傳統(tǒng)融合生命科學試驗化與分析化第3頁本講目錄與科學無關第一次工業(yè)革命科學應用于工業(yè)第二次工業(yè)革命20世紀大科學第4頁工業(yè)革命概覽恩格斯說：“工業(yè)革命對于英國意義，就好象哲學革命對于德國，政治革命對法國一樣。”產(chǎn)業(yè)革命即工業(yè)革命（industrialrevolution）表現(xiàn)在：以機器取代人力以大規(guī)模工廠生產(chǎn)取代個體工場手工生產(chǎn)以技術革新帶來經(jīng)濟無限制增加。第5頁產(chǎn)業(yè)革命首先發(fā)生在英國，幾大產(chǎn)業(yè)相互促進煉鐵業(yè)－要求煤炭煤炭業(yè)－要求蒸汽機抽水，要求運輸蒸汽動力開發(fā)紡織業(yè)—蒸汽動力推進紡織業(yè)汽船－運河火車－鐵路第6頁煉鐵業(yè)英國煉鐵業(yè)歷史悠久，但燃料短缺限制了鐵產(chǎn)量17，工程師達比（AbrahamDarby）用焦炭代替木炭煉鐵取得成功，1735年新工藝開始廣泛利用1760年，斯密頓創(chuàng)造水力驅(qū)動鼓風機，提升了焦炭溫度，提升了煉鐵效率1784年，亨利·科特創(chuàng)造攪拌法18世紀英國鐵產(chǎn)量增加了10倍第7頁紡織技術進步（1）英國人喜愛從印度進口棉布，沖擊了傳統(tǒng)毛紡織業(yè)。國會于17頒布禁止進口棉布法令，給本國棉紡織業(yè)以發(fā)展機會。紡紗技術與織布技術交替革新，造成相互促進和相互加速，你追我趕局面1733年，約翰·凱創(chuàng)造飛梭，改進了織布技術。1765年，詹姆斯·哈格里夫斯創(chuàng)造錠子垂直放置“珍妮機”，這是一個立式多滾輪紡紗機。1769年，阿克萊特創(chuàng)造動力紡紗機，所紡棉紗十分堅固，改變了從前棉紗只能做緯線不能做經(jīng)線局面。第8頁紡織技術進步（2）1779年，塞繆爾·康普頓將阿克萊特紡紗機與哈格里夫斯珍妮機相結合，創(chuàng)造了新走錠紡紗機，稱為“騾機”，可同時紡400枚紗錠。1785年，卡特萊特造出了動力織機英國紡織業(yè)就是在你追我趕創(chuàng)造中成為工業(yè)革命龍頭產(chǎn)業(yè)。紡織業(yè)新創(chuàng)造要求了工廠制度發(fā)展方向：大機器價格昂貴（只能為少數(shù)大資本家全部）、體積龐大（只能安裝在固定大建筑即車間里）、需要許多人維護（這些人就是工人）1764年－18，紡織工人勞動生產(chǎn)率提升了200倍第9頁蒸汽機創(chuàng)造與改進（1）蒸汽動力機創(chuàng)造將工業(yè)革命推向縱深原始蒸汽機模型：讓蒸汽壓力將水提升，蒸汽冷卻后形成真空，又能夠?qū)⑺畯牡吞幬搿?679年，法國工程師巴本創(chuàng)造蒸煮器（高壓鍋），并在此基礎上創(chuàng)造蒸汽機。1698年，英國工程師薩弗里創(chuàng)造專門用來抽水蒸汽泵，主要靠真空吸水，蒸汽壓力壓水。17，紐可門創(chuàng)造大氣機，主要靠大氣壓力做功。由一個帶活塞氣缸做功，蒸汽鍋爐與之分離，氣缸中加冷水噴射器。第10頁蒸汽機創(chuàng)造與改進（2）紐可門機缺點：熱量浪費太大，效率不高；只有簡單往復式線性運動。格拉斯哥大學機修工瓦特（1736－1819）改革1，為了使汽缸保持溫度，單獨增加一個冷凝器（事先抽成真空以引入高溫蒸汽）2，將活塞直線往復運動轉(zhuǎn)化成輪軸旋轉(zhuǎn)運動瓦特蒸汽機出現(xiàn)掀起了一場動力革命紡織業(yè)、采礦業(yè)、冶金業(yè)在瓦特機帶動下迅猛發(fā)展。瓦特蒸汽機是否得益于科學？否。瓦特成功得益于正確營銷手法第11頁瓦特是一個科學家嗎？是。他是皇家學會會員，但提交論文并不是他對于蒸汽機改進，而是“人造氣體藥用價值”瓦特更多代表，是一個新興商人階層精神氣質(zhì)，而不是希臘科學精神氣質(zhì)。他散布謠言說，高壓蒸汽機安全有問題，使得他競爭對手特里威西克沒能成功他埋怨貝托萊把他發(fā)覺氯化漂白過程公開了，無法申請專利以贏利第12頁運輸機械革命（汽船）1785年，美國菲奇將瓦特蒸汽機用于帆船上18左右，美國富爾頓繼續(xù)制造汽船，18造出克萊蒙特號，采取明輪推進。1838年，英國商船天狼星號利用蒸汽動力橫渡大西洋成功第13頁運輸機械革命（火車）由木路到鐵路（采礦業(yè)）1796年，英國特里維西抑制造了第一輛火車18，英國斯蒂芬遜造出第一輛實用火車。用于拉煤。1823年，斯蒂芬遜火車投入商用1830年，利物浦與曼徹斯特鐵路線連通美國（1828）、法國（1830）、德國（1835）鐵路業(yè)與鋼鐵業(yè)相互促進第14頁從蒸汽機到內(nèi)燃機蒸汽壓加大，瓦特又創(chuàng)造了無冷凝器雙向式蒸汽機特里維西克18創(chuàng)造高壓蒸汽機汽缸材料、加工、燃料，由外燃到內(nèi)燃燃料：煤氣（1792）、煤油（1850）1860年，法國勒努瓦（1822－1900）造出第一臺煤氣內(nèi)燃機1862年，法國德羅夏提出四沖程理論1876年，德國奧托造出四沖程煤氣內(nèi)燃機1883年，德國戴姆萊造出第一臺汽油內(nèi)燃機第15頁運輸機械革命（汽車）1885年，戴姆萊研制出第一臺汽油發(fā)動機兩輪“摩托車”同年，德國本茨創(chuàng)造了汽油內(nèi)燃機為引擎三輪汽車1886年，本茨（飛馳）創(chuàng)造四輪汽車1888年，英國鄧洛普創(chuàng)造充氣輪胎1892年，美國福特研制了美國第一部汽車19，美國汽車銷量4千輛；19，60萬；19，89萬；1927年，370萬19，福特企業(yè)生產(chǎn)1萬輛；19，生產(chǎn)線上馬生產(chǎn)30萬。1924年200萬輛。售價由850降至290美元。組裝時間由12小時（1908），到93分鐘（1913），到24秒（1927）第16頁福特意義使汽車由奢侈品變成為必需品創(chuàng)造是需要之母創(chuàng)造了技術型企業(yè)典范：當代汽車工業(yè)嚴密組織機構，充分表示了技術系統(tǒng)特征汽車工業(yè)對其它產(chǎn)業(yè)拉動作用汽車工業(yè)對石油工業(yè)依賴汽車經(jīng)濟汽車文化第17頁工業(yè)革命意義蒸汽動力機大量使用，使人從繁重體力勞動中解放出來，人開始以其聰明頭腦而非四肢肌肉為自己造福。工業(yè)革命解除了對技術革新和經(jīng)濟增加約束工業(yè)革命使全體人民受到教育，客觀上推進了“平等”觀念。第18頁工業(yè)文明誕生新型動力能源：自然力－機械力可再生能源－不可再生能源新型勞動組織形式手工作坊－大生產(chǎn)。1770－80年代，阿克賴特創(chuàng)辦機械化紡織廠，雇傭了上千名工人，成了近代第一批當代工廠。標準化、流水線。19代，美國福特在汽車工業(yè)正式完善了流水線生產(chǎn)制度。新型融資伎倆：貨幣經(jīng)濟出現(xiàn)新型思想觀念：由國家重商主義到自由經(jīng)濟第19頁工業(yè)文明擴散城市人口首次到達50％時間：英格蘭1850年德國19法國、美國，19中國當前43％關鍵產(chǎn)業(yè)：鋼鐵、紡織、鐵路運輸、電氣化新產(chǎn)業(yè)：建筑、食品加工、當代農(nóng)業(yè)、服務業(yè)殖民主義－帝國主義擴張。19，西方列強征服了全世界84％土地。帝國主義殖民擴張有利條件：戰(zhàn)爭工業(yè)化鐵甲－蒸汽動力－炮艦鐵路運兵一戰(zhàn)作為化學家戰(zhàn)爭，毒氣使用第20頁與科學無關工業(yè)革命直到19世紀，技術進步和工業(yè)革命都與哲學家傳統(tǒng)無關皇家學會早期為政府服務。鐘表制造靠是鐘表匠紐可門并未得到胡克指點瓦特也未受到布萊克潛熱理論啟發(fā)19世紀之前技術并未應用科學，哲學家傳統(tǒng)與工匠傳統(tǒng)不相往來在工業(yè)革命中發(fā)揮作用工程師，主要是那些未受過任何科學教育民間工程師（civilengineer）第21頁第二次工業(yè)革命第22頁第二次工業(yè)革命電磁學發(fā)展使電氣時代成為可能，并直接推進了第二次工業(yè)革命電力工業(yè)電訊技術。電報，電話，無線通訊。電照明工業(yè)巴斯德滅菌法、免疫法化學合成染料第23頁電力革命18，法拉第成功地使一根小磁針繞通電導線不停旋轉(zhuǎn)，創(chuàng)造歷史上第一臺“嬰兒”電動機1822年，法國物理學家阿拉果發(fā)覺電磁鐵1829年，亨利發(fā)覺絕緣導線做線圈能夠產(chǎn)生更強大磁場。1831年用一塊電磁鐵吸引1噸重鐵1834年，德國雅可比用電磁鐵做轉(zhuǎn)子，制成第一臺實用電動機。1838年以此制成電動汽船1850年，美國佩奇制造一臺10馬力電動機早期電動機都是直流電，但費用極其昂貴，看不到商業(yè)價值。1831年，法拉第發(fā)覺動磁能夠生電，并制作出第一臺模型發(fā)電機第24頁1831年，法國創(chuàng)造家皮克希制造出手搖發(fā)電機，輸出直流電，但電流微弱1857年，英國惠斯通用電磁鐵代替永磁鐵，創(chuàng)造自激式發(fā)電機1867年，德國西門子創(chuàng)造自饋式發(fā)電機電動機械和電動器具機動性好、噪音小、無污染1880年左右開始進入工廠車間進入千家萬戶從電燈開始。1879年，愛迪生電燈照亮了新澤西州洛帕克主要街道。1882年，愛迪生直流發(fā)電機為幾千戶提供照明用電。電力供給成為問題第25頁直流電在遠距離供電時損耗嚴重，而交流電能夠處理有效傳輸問題，輕易變壓1885年，交流感應電動機創(chuàng)造1891年，三相交流發(fā)電機、三相異步電動機以及變壓器均創(chuàng)造出來并投入使用。奧地利勞芬水電站交流電經(jīng)過170公里傳到德國法蘭克福，輸電效率到達80％技術自閉：早期直流電商家抑制交流電。愛迪生攻擊交流電。第26頁愛迪生愛迪生（1847－1931），美國大創(chuàng)造家，美利堅民族英雄。1860年代，電氣開發(fā)燒席卷美國。1869年，創(chuàng)造自動收報機1876年，創(chuàng)造留聲機1879年，創(chuàng)造碳化竹子做燈絲電燈1882年，在紐約建成世界上最大規(guī)模電力系統(tǒng)，直流發(fā)電機到達六百多千瓦，為幾千戶提供照明，為電力事業(yè)發(fā)展提供示范1894年，制成第一臺電影放映機。第一部電影《列車搶劫》第27頁電訊與大眾傳媒電氣化兩個戰(zhàn)線，一是電力，一是電訊。電報：莫爾斯電碼電話：貝爾無線電：馬可尼、波波夫電訊技術與大眾傳媒發(fā)展，充分顯示了技術創(chuàng)造文化力量廣播與電視：由廣告向音樂、戲劇、新聞、時事評論擴展，與傳統(tǒng)報刊雜志等媒體相競爭第28頁電報（1）電報：當代科技結晶。電流一旦能被檢測出來，它就成了信號傳輸工具。電流一旦成為傳輸工具，瞬間傳輸就成了現(xiàn)實18，奧斯特發(fā)覺電流磁效應，通電導線周圍磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。1822年，安培設計出了磁針通信機。26個導線。1836年，英國威廉庫抑制作了五磁針電報機1838年，莫爾斯創(chuàng)造電報機和莫爾斯電碼1844年，在莫爾斯鼓動下，由美國國會架設第一條電報線路在美國鋪通（巴爾摩－華盛頓）1846年，英國成立第一家電報企業(yè)1847年，英法在英吉利海峽鋪設第一條海底電纜1858年，大西洋海底電纜鋪成第29頁電報（2）當初詩曰：“富蘭克林手，抓住了飛馳駿馬，駕馭這匹駿馬，是莫爾斯教授?！彪妶蠹て鹈癖娋薮鬅崆樗罅_反對。電報傳來只是阿德萊德公主得百日咳之類消息。電報并沒有處理人與人之間溝通問題。電報改變了傳統(tǒng)報紙時效性差局面，把新聞性突出出來?？茖W經(jīng)過傳媒對社會發(fā)生作用，充分顯示了技術不只是伎倆，而是一個世界結構方式第30頁電話1875年，貝爾創(chuàng)造第一部實用電話機1877年，愛迪生創(chuàng)造碳精話筒19，載波法利用于電話線路中，至70年代，一根電纜能夠同時傳遞數(shù)千話路代80年代以來，光纖通信成為主要通訊方式電話技術對于意識形態(tài)顛覆意義。慈禧?；ヂ?lián)網(wǎng)。第31頁無線電1865年，麥克斯韋從理論上預言電磁波存在1886年，赫茲在試驗室證實了電磁波存在1894年，馬可尼制成金屬粉屑檢波器，經(jīng)過安裝天線和地線，提升了無線電發(fā)射和接收效率1895年，馬可尼實現(xiàn)1英里無線電通訊。1896年，9英里。1897年12英里。1898年18英里。19實現(xiàn)了英國與加拿大之間無線通訊19，獲諾貝爾物理學獎19，俄國波波夫研制出無線電話接收機19，美國費森登創(chuàng)造無線電話第32頁無線電廣播19圣誕之夜，美國費森登實現(xiàn)了無線電廣播19，美國匹茨堡地域首次出現(xiàn)定時廣播電臺無線電迷推進了無線電廣播事業(yè)發(fā)展無線電廣播創(chuàng)造了新文化空間，1939年一項調(diào)查顯示，70％美國人把廣播作為取得新聞主要路徑。1884年，德國尼普科設計出圖像分解方案即尼普科掃描圓盤。1929年，英國貝爾德實現(xiàn)了電視傳輸，television一詞聽說就是他首先創(chuàng)造。1930年電視機進入市場。第33頁20世紀大科學典范原子能開發(fā)航空航天第34頁原子能開發(fā)（1）19，英國盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，使其嬗變成氧原子。1932年，查得威克發(fā)覺中子1934年，法國約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁，產(chǎn)生了一個磷同位素，但很快放出正電子蛻變?yōu)楣琛１R瑟福（1933）和愛因斯坦（1935）均沒有意識到原子能實際利用近在眼前。第35頁原子能開發(fā)（2）1934年，意大利物理學家費米用中子轟擊原子核，并發(fā)覺經(jīng)過石蠟減速之后慢中子，裂核能力更強。費米所以獲38年諾貝爾物理獎。1938年，德國哈恩發(fā)覺鈾嬗變后出現(xiàn)新元素與鈾相距甚遠。奧地利女物理學家邁特納提出核裂變猜測，以解釋鈾試驗。并稱裂變過程要放出大量能量。費米提出鏈式反應概念。1939年9月1日，第二次世界大戰(zhàn)正式打響第36頁原子能開發(fā)（3）1933年，愛因斯坦移居美國1938年，費米逃往美國德國還有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、勞厄、哈恩、蓋革1933年，匈牙利物理學家齊拉德（1898－1964）已經(jīng)意識到核能開發(fā)可能用于軍事1935年，提議物理學家暫緩發(fā)表研究結果1939年，玻爾認為核能利用為時尚早1939年，說服美國政府搶在德國之前抓緊研制原子彈。愛因斯坦、薩克斯、羅斯福第37頁原子能開發(fā)（4）1940年，美國政府正式大量撥款，開啟“曼哈頓工程”，格羅夫斯將軍為行政首腦1941年12月－1942年12月，費米在芝加哥研制原子反應堆鈾235、钚239提純1943年1月－1945年7月。奧本海默在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯主持原子彈研制。7月16日凌晨5時30分，第一顆鈾原子彈試爆成功。比一千個太陽都亮。曼哈頓工程：動員50萬人，花費22億美元，占用全國三分之一電力第38頁原子能開發(fā)（5）1944年底，盟軍特工小組已經(jīng)發(fā)覺德國造不出原子彈科學家猶豫：繼續(xù)干嗎？缺乏政治和道義上支持不干嗎？不符合當代科學技術精神好理由：應該讓全人類知道它威力齊拉德、愛因斯坦態(tài)度1945年8月6日，鈾彈小男孩投到廣島；8月9日，钚彈胖子投在長崎第39頁原子能開發(fā)（6）核軍備競賽：盟國之爭45年8月，斯大林下令抓緊研制原子彈1949年8月，蘇聯(lián)成功地進行了核試驗1952年11月1日，美國試爆第一顆氫彈1953年8月，蘇聯(lián)研制氫彈成功1952年10月3日，英國研制成功原子彈1960年2月13日，法國研制成功钚彈1964年10月16日，中國試爆成功原子彈第40頁原子能開發(fā)（7）1千克核燃料相當于2500噸煤1954年，蘇聯(lián)建成第一座小型原子能電站；1956（英國），1957（美國）核電站：成本低、污染小、效率高，但事故太可怕1986年4月26日切爾諾貝利核電站第4號機組發(fā)生爆炸。人為造成三道安全辦法無效1979年3月28日三里島核電站二號堆事故，因為多重安全系統(tǒng)發(fā)揮作用，后果不嚴重核聚變第41頁航空技術（1）氣球與飛艇：18世紀氣球熱滑翔機：升舉與推進難題。又輕又有強度機翼材料、動力機馬力重量比19世紀下半葉：航空技術與科學理論相脫節(jié)德國工程師李林塔爾（1848－1896）：18種滑翔機，2500次滑翔飛行試驗要想學會飛行，就要做出犧牲。從1896年開始，萊特弟兄開始鉆研飛機制造，升舉、推進與控制三要素中，著重處理“控制”問題，突破固定機翼模式第42頁航空技術（2）1912月17日，美國威爾伯.萊特和奧維爾.萊特制造第一架動力飛行器“飛行者1號”飛上了天空，連續(xù)59秒，260米。19，法國人布雷里奧飛越英吉利海峽，36分鐘飛行42公里1927年，美國人林白飛越大西洋19，美國開始生產(chǎn)軍用飛機19，第一次世界大戰(zhàn)時有千架飛機參戰(zhàn)。10月5日，法國飛機用機槍將德國偵察機擊落，開空前之先河。第43頁航空技術（3）194月1日，英國成立世界上第一支獨立空軍：皇家空軍一戰(zhàn)后飛機：全金屬單翼結構、可收放起落架、封閉式座艙、大功率發(fā)動機、無線電及儀表技術二戰(zhàn)時期，軍用飛機達70多萬架。制空權成為戰(zhàn)爭勝敗決定性原因由活塞式發(fā)動機到噴氣式發(fā)動機1952年，美國波音研制B－52重型轟炸機飛行就是自由，飛行就是力量第44頁航天技術（1）從天空（sky)到太空（space)火箭：古代火箭與當代火箭俄國齊奧爾科夫斯基（1857－1935）科幻小說《在地球之外》，系統(tǒng)完整地描述了宇宙航行全過程。液體火箭、多級火箭、宇航服、失重、登月車1926年，美國高達德（1882－1945）成功發(fā)射第一枚液體火箭，飛行高度12米，距離56米1930年，德國馮布勞恩（1912－1977）創(chuàng)造液氧與煤油混合燃料。1942年制成A－4火箭，速度每秒2公里，射程190公里。第45頁航天技術（2）1943年，布勞恩造出V－2導彈，重6噸，射程達300多公里，速度是音速6倍1954年赫魯曉夫上臺，重視洲際導彈計劃1957年8月21日，蘇聯(lián)在科羅列夫（1906－1966）領導下發(fā)射第一枚洲際彈道火箭，射程達8千公里，領先于美國1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星。重83.6千克，直徑58厘米，能發(fā)射電碼。1957年12月4日，蘇聯(lián)發(fā)射第二顆衛(wèi)星，重500千克，還裝了一只小狗。第46頁航天技術（3）1958年1月31日，由布勞恩設計火箭將美國第一顆衛(wèi)星送上軌道1959年1月2日發(fā)射了第一顆人造行星“夢想1號”1958年7月，美國成立國家航天局1959年9月12日，蘇聯(lián)“夢想2號”在月球硬著陸，使月球上第一次出現(xiàn)人造物1960年10月4日，夢想3號成為月球衛(wèi)星8月10日，美國成功回收衛(wèi)星8月15日，蘇聯(lián)也將載有兩條狗太空艙2號回