三、二十世纪的科学发现与技术发明

20世纪科学技术的发展是在19世纪的科技成就，如热力学、电磁场理论、化学原子论、细胞学说和生物进化论等这些基础上发展起来的。19世纪末，有所谓实验物理学上的三大发现：1895年发现了X射线，1896年发现了放射性元素，1897年发现了电子。

电子的发现不得了！从2000多年前古希腊的德谟克利特到近代的道尔顿的原子论，都认为组成物质的最小微粒是原子，而1897年发现原子内部还有构造，发现了电子，电子带有负电荷。到1911年发现了质子，1932年发现了中子。所以，19世纪末的三大发现引发了20世纪头30年的第二次科学革命。第一次科学革命是天文学革命，第二次科学革命是物理学革命。

第二次科学革命诞生了两个科学理论：相对论和量子力学。

相对论的创立者是德国物理学家爱因斯坦，他是20世纪也可以说是人类有史以来最伟大的科学家，他在1905年创立了狭义相对论。狭义相对论有个推论：质能相当关系式，就是说质量与能量可以相当，写出来是一个相当漂亮的数学表达式：E=mc²,E是能量，m是质量，c是光的速度（300000千米／秒）。用这个公式来计算物质内部的能量大到惊人的程度，如把1克物质代入m，算出的E可以相当于36000吨优质煤在常规状态下完全燃烧所释放的热能。爱因斯坦在100年前就指出，1克物质内部蕴藏着36000吨煤炭所具备的热能！谁说科学不是生产力？谁说科学不是第一生产力？爱因斯坦写出这个公式的时候是26岁！既不是博士，也不是教授，是瑞士伯尔利专利局的一名小小的职员，但是，他掌握了科学真理，得到了诺贝尔物理学奖。1945年他66岁，第一颗原子弹爆炸，实现了他的公式。从科学理论到技术实现用了40年。到了1915年爱因斯坦又提出了广义相对论，揭示了物质、运动和时间、空间之间的内在联系，改变了人类的时空观。

20世纪前30年的物理学革命还有一个成就叫做量子力学。量子力学是几代科学家经历了二三十年的努力搞出来的，1900年德国物理学家普朗克提出量子论，他认为能量的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的。后来爱因斯坦说，我在研究光，光是一种光波，也是粒子。1923年，法国物理学家德布罗意提出物质波的概念，所有的物质都具有波粒。到了1928年，26岁的英国物理学家狄拉克写了《量子力学原理》。相对于量子力学而言，牛顿力学是量子力学在宏观低速运动状态下的特殊情况，而量子力学要考虑宇观世界、微观世界、介观世界高速运动的情况。现在一切物理学、一切自然科学都离不开爱因斯坦的一个假设：光速不变原理。人类所有活动的速度不能超过光速,超过光速时间就倒流了。声音在空气中传播速度是340米／秒，如果没有扩音器，距离我340米的人听到我的声音是1秒钟之前发出的。同样，现在坐在前排、后排的人可以同时看到我，是因为灯光照到我脸上反射给你们，在你们的眼睛视网膜上成像，光的速度是300000千米／秒，我们这里几十米的距离就忽略不计，从理论上说，如果你们站在300000千米以远，你们看到的我就是1秒钟之前的我，如果现在的宇宙飞船能够达到光的速度，你们看着我，你们同时坐着300000千米／秒速度的宇宙飞船离我而去，飞船走了1年，你看到的我，还是此时此刻的我！飞船飞了1年、10年、100年，你看到的我还是现在的我，永远长生不老的我，因为光的传播速度跟飞船的速度一致。如果飞船的速度超过了光速，你们看到的我就越来越年轻！马上会看到我的青年、少年、童年。纯科学理论与实际的东西有时候是不太一致的。

20世纪前30年，两个理论成就，一个是相对论，一个是量子力学，这就是20世纪前30年的物理学革命。20世纪后70年，所有科学技术的发展都与相对论和量子力学有关。即所谓四大科学模型和八大高新技术。四大科学模型是宇宙的大爆炸模型、物质结构的夸克模型、全球大地结构的板块模型、遗传基因DNA分子结构的双螺旋模型，简单地说，就是大爆炸、夸克、板块、双螺旋。宇观世界有个大爆炸模型，微观世界有个夸克模型，地球宏观有个板块模型，对人和生物世界的认识有个双螺旋模型。我在这里开个玩笑，这四大科学模型本来可能是我王渝生的发明创造，因为这四大发现都是我小时候最关心的问题。我的名字叫王渝生，生在重庆，长在重庆，我的家就在嘉陵江畔，我从小在嘉陵江边玩耍，在嘉陵江里游泳。白天我仰望天上的太阳云彩，晚上我凝视天上的星星月亮，我心里就想，天有多高？有多远？有多深？有多大？茫茫宇宙是怎么形成的？这是我关心的第一个问题。我坐在嘉陵江边的沙滩上，把沙拿在手上，捻了又捻，很细的沙，里面还有没有更小的东西？这不是在思考物质结构吗？我在嘉陵江里面游泳，我知道,嘉陵江注入长江，长江流入东海，“海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚”，多好的话。地球表面71％是海面，29％是陆地，海陆是怎么形成的？这不是关心第三个问题吗？我关心天、关心地、关心沙，为什么不关心自己呢？我最关心的就是：自己和同学们为什么都长得与父母亲那么相像？种瓜得瓜，种豆得豆，这是遗传规律。到底是怎么回事？1953年美国25岁的生物学博士沃森与英国38岁的物理学博士生克里克两个人在剑桥大学卡文迪许实验室搭起了一个双螺旋模型，这就是DNA分子结构。我小时候就关心这四个问题，但为什么我没有作出这四个科学发现呢？我想这与我们传统的家庭教育、学校教育、社会教育都有关。我举个例子，我小时候很聪明，家里的闹钟拆掉居然能够还原。但是，我读了一本科普书，书上说1947年发明了晶体管，晶体管可以代替电子管，可以把收音机做得像一个肥皂盒那么大小。我大吃一惊，我用家里的收音机听孙敬修爷爷讲故事，我就想，要是能够把收音机带在身上，带到学校多好！我赶紧回家把电子管收音机后盖撬开，看到里面有几个电子管，就拔了一个电子管下来看怎么回事。这时候，我爸爸回来了，问我：干什么？我一紧张，电子管掉在地上摔碎了。老爸给我一巴掌，这一下打得我现在还痛，这一来我就再也不敢动手了。我从小爱问，爱动手，但是，父母亲就不准，学校老师不准我乱说乱动。我们大家就希望每个人成为社会上有序的分子，但没有想到分子是在每时每刻地做着无规则运动的，中学物理有布朗运动嘛。人是活的，要他规规矩矩什么都不动怎么行？所以我就想，一个人，首先要做社会上一个有为的分子，他在有为的过程中运动着，最后总会找到自己的位置，在有为的基础上达到有序。我们当家长、老师、领导的，一定要改变过去那种对孩子对人的要求。生物是多样性的，人也是多种多样的，千人不同面，千文不同体，与其控制不住不如放开一点，从有为自然就到有序，开始要求有序就难有作为。我在中国科技馆当馆长的时候，有位诺贝尔奖获得者、美国科学家来访问，我带他到展厅，正好碰见一队幼儿园小朋友，他就顺便问，你们多大了？小朋友们全部伸出一个巴掌，奶声奶气地回答5岁。美国科学家就说，5岁的孩子是天生的科学家。我琢磨这个问题，回想自己5岁的时候，有一种天性，好问好动，对未知世界充满好奇。好问就是科学家的素质，好动就是发明家的天性。我们只准规规矩矩，不准乱说乱动，就把他们科学家的素质和发明家的天性磨灭掉了。科学研究的动力有三心：好奇心，责任心，功利心。我原来以为责任心是第一位的，像我们的两弹一星功臣，他们为了国家可以埋名隐姓到祖国的大戈壁从事科学研究。功利心我过去是很鄙视的。好奇心好像又低级了一点，为了好奇去搞科学研究，好像不对头。后来我在科技馆经常请一些科学家来作报告，我希望他们正确引导青少年，讲责任心，但他们讲的全是兴趣爱好。开始我对他们不以为然，后来我好好想了一想，恐怕他们是实事求是的。给孩子们讲责任心，恐怕早了一点，主要是培养兴趣爱好，“兴趣是最好的老师”。所以我觉得，好奇心应当是科学研究最原始的动力，也是最持久的动力。好奇心是与生俱来的，是个人的内在动力，是生活的第一需要。前些年我到天津拜访著名数学家陈省身，90多岁高龄的陈省身为在北京举行的国际数学家大会的一个青少年数学夏令营题词，就四个大字：“数学好玩”！他就认为数学好玩有趣，他就像玩一样研究数学，所以能够成为第一流的数学家。我把陈省身的题词发扬光大，认为不仅数学好玩，而且科学好玩，学习好玩，工作好玩，生活好玩。今天我来给大家讲3个小时，不是负担，而是很好玩，很有趣，多好的事儿！（笑声）当然要达到这样的境界也不是那么容易的。我以上这番话是为了把问题讲透，可能要矫枉过正，可能要绝对化一点，可能要极端一点，但对于我们转变观念是有好处的。

20世纪的八大高新技术有不同版本。所谓“八大高新技术”是上个世纪80年代从国家科委即后来的科技部出来的，譬如核技术、航空航天技术、生物技术、环境保护技术、激光技术、信息技术、新材料技术、新能源技术，有时还有海洋技术等等，不管怎么说，一开始都要说核技术、航空航天技术，也就是我们的两弹一星，载人航天。我们讲的“两弹一星”到底是哪“两弹”？哪“一星”？“两弹”是……（听众回答：原子弹、氢弹），“一星”是……（听众回答：人造地球卫星）。如果满分100分，只能给67分！错了一个！正确的答案是：核弹、导弹，人造地球卫星。原子弹和氢弹作为一弹“核弹”，另一弹是导弹。1956年国家制定12年科技发展规划的时候，有一个重大专项就是“两弹”，原子弹和导弹。氢弹是超额完成任务。原子弹和氢弹统称核弹。原子弹是用重金属铀235、铀238,利用中子轰击，产生核裂变和链式反应；氢弹是利用氢的同位素氘和氚，产生核聚变，是热核反应，两者都是要把原子核内部的能量释放出来，所以原子弹、氢弹统称核弹。有了核弹没有运载工具是没有办法发挥威力的，还得要有依靠自身动力装置推进、由制导系统控制飞行并导向目标的导弹相配合。1956年提出的重大专项“搞两弹”就是指原子弹和导弹，后来又有了氢弹，就把导弹忽略了。“一星”当然就是1970年发射成功的人造地球卫星。所以，“两弹一星”充分反映了我国核技术和航天技术的发展，但我国的航空技术不行，我们现在坐飞机，不是空客就是波音，钱都让欧盟和美国赚了。我们两弹一星出来了，载人航天成功了，难道大飞机不能造？现在国家2006—2020年中长期科学技术发展规划有一个重大专项，就是大飞机，我们要搞400－500座的大飞机。只要重视，只要拿钱，我们人才济济，大飞机是能够搞出来的。新能源、新材料、海洋、环境保护等等，都是20世纪出现的高新技术。

我个人认为，20世纪最重要的有三项高新技术：第一信息科学技术。人类社会从几千年前的农业时代到几百年前的工业时代到当今的知识经济时代，知识经济时代的核心技术就是信息技术，因此我们把21世纪称为信息时代。对于20世纪，我们过去曾经有过多种说法，40年代有了原子弹，就说人类进入了原子能时代，50年代又说人类进入了空间时代，因为有了人造地球卫星和后来的宇宙飞船。再早一些，也说过19世纪是电力时代，18世纪是蒸汽机时代。不要小看蒸汽机时代、电力时代这些提法，革命导师列宁在描述时代特征的时候就用了这些提法，他说，蒸汽机时代是代表资本主义的，电力时代是代表社会主义的，而共产主义就等于苏维埃政权加全国电气化。这是100年前列宁说的话。作为高新技术的信息时代是从什么时候开始的呢？1945年有了第一台电子计算机，以它为标志，以微电子技术为核心，人类有了这样一个高新技术，进入了信息时代。

第二个高新技术是生命科学和生物技术。生命科学作为前沿科学是从1953年发现DNA双螺旋结构开始的。生物技术作为高新技术是从1970年基因重组技术开始的。1968年和1970年两位美国科学家阿尔伯和内森斯发现细胞中有两种“工具酶”，一种酶可以像剪刀一样把基因剪切下来，另外一种酶可以把基因像浆糊一样粘贴连接上去，这样就可以重组基因。这就是作为高新的生物技术的开端。现在，生物技术发展成了生物工程。生物工程有基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、发酵工程，其中最重要的是基因工程。现在，基因与我们的关系太密切了！CCTV—10《百家讲坛》请我去讲基因，我一口气讲了基因与健康、基因与疾病、基因与寿命、基因与伦理、基因与道德、基因与专利、基因与法律、基因与战争、基因与世界、基因与未来，讲了很多基因与我们的关系。2000年6月26日宣布人类基因组测序完成，中国科学家参与人类基因组测序1％，跻身于美、英、德、法、日等发达国家基因组测序梯队之列。过去认为，人类的疾病只有极少数是与先天有关，绝大多数疾病是后天造成的，现在，基因技术揭示出来新的认识，人类几乎所有的疾病,或多或少，或直接或间接，都与基因有关，都可以通过基因技术治疗。寿命也与基因有关。高新技术的发展促使人类对自身和科学的认识带来深化和改变。

第三个重要的高新技术是纳米技术。20世纪80年代以来，随着电子隧道显微镜的出现，人们对物质的研究和应用延伸到分子和原子的微观领域，1纳米=10-9米，即十亿分之一米。物质在纳米尺度有许多特殊的物理、化学性质，所以纳米材料是一种新材料。我们在开展全民科学素质调查的时候，有一道题目就是“纳米”的三个选择。结果选择“长度单位”的只占18％，选择“新材料”的占22％，选择“水稻新品种”的占5％，剩下55％选择“不知道”。目前纳米材料还很昂贵，纳米产品尚未进入市场。因为一个产品称为纳米产品，必须主要材料是纳米材料，主要工艺采用纳米技术。现在所谓的纳米洗衣机、纳米冰箱，可能仅仅在其内胆、内壁上抹了一点纳米材料，有一点消毒、漂白、防臭等作用，但这种产品可能出现纳米粉末污染。纳米粉末进入人体后可能有副作用。因此，对高新技术在生活中的运用必须持谨慎态度。

21世纪的最重要的高新技术就是信息、生物技术、纳米技术三足鼎立，并驾齐驱。2006年1月9—11日中央召开了全国科学技术大会，主要内容是要加强自主创新能力，建设创新型国家。这次会议在科技发展历史上具有里程碑意义。

　　胡锦涛总书记在大会报告中列举了新中国成立以来在科学技术上取得的辉煌成就，有以下7个方面：第一是“两弹一星”，第二是载人航天，第三是杂交水稻，第四是陆相成油理论及实践，第五是高性能计算机，第六是人工合成牛胰岛素，第七是基因组研究。这些就是我们国家50多年来自主创新的标志性科技成就。其中有前沿科学研究，也有高新技术；有自主创新，有集成创新，也有引进、消化、吸收基础上的再创新。