现代科学技术的发展概况及其对人类社会的影响
【教学目的要求】
通过本专题的教学，使学员对现代科学技术的发展概况及其对人类社会的影响有一个粗略的了解。
【中心内容】
现代科学技术的发展概况及其对人类社会的影响
【教学重点与难点】
教学重点：现代科学技术的发展概况及其对人类社会的影响
光速汽车教学难点：现代科学技术的发展概况
【导语】
当今世界，科学技术日新月异、迅猛发展。以信息技术、生物技术为代表的高新技术及其产业的崛起与壮大，对各国的政治、经济、军事、文化等方面产生了深刻的影响。在以经济实力、国防实力和民族凝聚力为主要内容的综合国力的激烈竞争中，能否在高新技术及其产业领域占据一席之地已经成为竞争的焦点，
成为维护国家主权和经济安全的命脉所在。在21世纪，我们既面临着许多严峻的挑战，又拥有难得的机遇。在挑战和机遇面前，我们各级领导干部必须重视学习，不仅要学习马列主义、思想、理论，还要学习现代科技知识。总书记在为中央党校出版社出版的《现代科学技术基础知识》一书作的序中指出：“抓紧学习和掌握现代科技知识，是摆在我们面前的一项重要任务，各级干部要从国家富强、民族振兴的高度来认识学习的重要性，增强学习的自觉性。”认真学习和领会总书记的重要指示，对于我们牢固树立“科学技术是第一生产力”的观点，深刻理解“三个代表”的重要思想，从世界眼光和战略思维的高度认清学习现代科技知识的重要性、必要性和紧迫性，进一步增
强科技意识，从思想到行动真正转移到依靠科技进步和提高劳动者素质的轨道上来，推动国民经济持续、快速、健康地发展，具有十分重要的现实意义。
一、20世纪基础科学理论的重大发现
在21世纪初的今天，我们可以盖棺论定地说，相对论、量子力学和分子生物学等基础理论是20世纪确立的当代科学最伟大的理论体系。它们不仅是20世纪科学技术发展的基础，而且对人类的思维方式和认识方法产生了深刻的影响，这些重大理论发现无疑是21世纪科学技术发展的起点。
(一)相对论
相对论是爱因斯坦创立的时空物理理论，它以崭新的时空观建立起全新的物理学知识体系，不仅把人类对自然的认识提升到—个新的水准，而且也深刻地影响了人们的思维方式和世界观。
从牛顿力学的观点来看，时间和物质是彼此独立的存在，时间的度量不依赖于观测者所在参考系的运动。一个物体运动的速度只在相对于某个参考系测量时才有意义，本身并无绝对意义。在相互作等速运动的参考系上，观察物体的运动速度会得出不同的数值，例如在地面上有两辆汽车以同样速度朝相反的方向开去，我们在一辆运动的火车上看，一定发现和我们同方向运动的汽车等速运动，而与我们反方向运动的汽车速度快。牛顿力学的运动规律只涉及力和加速度，物体在没有外力的作用下按照惯性作等速运动，因此运动规律在相互作等速运动的惯性参考系上是相同的，这称为牛顿力学的相对性原理。
爱因斯坦的狭义相对论是20世纪最伟大科学的发现之一，它包含牛顿力学，在物体运动速度远低于光速时趋于牛顿力学，而在高速，即接近光速的情况下，又修正牛顿力学，使之既能正确解释光速不变的实验事实，又和日常经验不矛盾。它还改变了人们对绝对时空，对物质运动的观念。
和牛顿力学的看法不同，爱因斯坦将狭义相对论建立在两个基本原理(在未证明前称为假说)上：一为相对性原理，即在两个相互作等速直线运动的惯性参考系中，一切自然定律都是相同的；二为光速恒定原理，光在真空中的传播速度是一个不变的常数而与光源的运动和观察者的运动皆无关。这两条假说都有各自的实验事实为根据，但在牛顿绝对时空的观念下彼此产生矛盾。爱因斯坦认为问题出在绝对时空的观念上。他从这两个假说出发，以逻辑的推理得出以下的结论：
(1)时空与运动不是彼此独立的绝对的概念，在作相对运动的两个参考坐标系中，时间的度量不同。在—个参考系中同时发生的两个事件在另—相对作等速运动的参考系中不是同时发生。由此可以导出不同惯性参考系的时空尺度空间的变换关系，即洛伦兹变换，并得出‚尺缩‛和‚钟慢‛的推论。
(2)相对论还证明，物质和运动是联系在一起的，质量和能量等价，它们可以互相转化，满足能量守恒定律。当物体运动速度增加时，它的惯性质量和能量也随之增加。在静止时有质量的粒子，其运动速度接近光速时，质量和能量两者都接近无穷大。因此光速是物体运动速度的极限。只有静止质量为零的粒子，如光子，在任何以等速作相对运动的惯性参考系中都将始终以光速运动。由于静止物体的质量也等价于能量，是能量的一种形式，参与能量的转化与守恒，减少静止质量可以获得其他形式的能量。根据这个推论和各种原子核静止质量的测量数据，科学家预言利用原子核的裂变和聚变反应可以产生巨大的原子能，并根据这个预言制造出、和原子能发电站。狭义相对论的各种推论和预言不久就为实验所全部证实。爱因斯坦所提出的理论假说经过实验的验证成为了科学的原理。
爱因斯坦经过10年的默默努力又到达一个新的科学高峰，1915年他发表了题为《引力的场方程》的论文，宣告‚广义相对论‛作为—种逻辑结构终于完成了。广义相对论是—个比狭义相对论更为
抽象而难于实验检验的物理学理论，以致被有些人称为‚理论物理家的天堂，实验家的地狱‛。而当光线经过太阳旁会生产弯曲这一广义相对论的预言于1919年为爱丁顿(Arthur S．Eddington，1882年——1944
年)率领的英国日食观测队证实后，英国皇家学会会长汤姆逊(Joseph J．Thomson，1856年"~1940年)宣称：‚广义相对论是人类思想史上最大的成就之一。‛
爱因斯坦提出两条原理作为前提假说，建立了广义相对论的逻辑系统：一条原理叫广义相对性原理，即广义协变原理，主张自然定律在一切坐标系中应具有不变的形式；另一条原理叫等效原理，即匀加速参照系同均匀引力场在物理上等价。由这两条原理结合通过逻辑推理，发现物体的存在和运动会改变所在时空的曲率，形成弯曲的时空。物体在弯曲的时空中运动会引起运动速度和方向的变化，相当于受到一种作用力的作用，这就是通常意义下的万有引力。提出广义相对论时，爱因斯坦作了三个全新的预言，即水星近日点每百年向前移动43角秒、光线掠过太阳边缘时会发生1．75角秒的偏折和光谱在引力场下会发生红移，这些预言不久都得到了实验的证实。1979年，天文学家发现了远处星体所发出的光可以通过引力透镜聚焦成像，又一次证明了广义相对论。1917年爱因斯坦根据他的引力场方程推论了引力波的存在。验证引力波存在的实验非常困难，至今还未得出明确的结论，已成为物理学实验研究的一大难题。
广义相对论将时空和万有引力、物质和运动统一在一起，具有重要的哲学意义。它说明，物质、时空、相互作用和运动相互依存、相互影响、相互确定，是不可分割的整体。任何事物都处于永不停止的相互作用和运动变化之中，事物在运动过程中形成自身的结构和赖以存在的时空，反过来，时空的结构又对物体产生引力作用，影响事物的运动和结构。广义相对论的根本意义在于它提供了一种新的物理时空观，
牛顿经典力学和狭义相对论的时空结构是一种无场的时空结
构。而广义相对论则描述包含引力场在内的时空结构。它的成功引导了将所有力场和时空结构统一起来的研究方向。相对论的革命性的作用还不只是提供了一种具体有效的描述许多物理现象的时空构架，更重要的是以其怀疑的和批判的精神为物理学的发展开辟道路，引发了一场深刻的物理学革命。
(二)量子力学
量子力学的建立揭开了肉眼看不见之微观世界的秘密，带来了一系列的重大技术变革，也深刻地改变了人们对整个物质世界的认识。
量子力学能成为科学真理则在于它强大的预见性，现在，从单个光子、电子、夸克的行为到原子核、原子、分子、固定的构造以至宇宙的起源、黑洞的结构都受量子力学的支配。磁性、半导体、激光、超导、放射性、各种电子显微镜等等现象的规律和所发展出的技术都和微观世界所表现出的‚波粒二象性’’相关，都能由量子力学加以精确的解释。量子力学的一切预言和推论都已为实验所完全证实。
根据量子力学，频率越高、波长越短的波包相对应于能量越高、体积越小的粒子。因此要深入物质的内部，进入到越小的空间，就需要越大的能量。这是为什么研究体积越来越小的基本粒子所需的加速器能量越来越大，耗资越来越多的原因，也是宇宙的产生、发展和物质微观结构通过量子力学而紧密相关表现了极大和极小相互转化的辩证论，正是现代科学理论展示的奇观。
量子力学也对哲学产生深刻的影响，在量子力学中，连续与分立、粒子与波动、决定性和随机性、短(长)时间脉冲和高(低)能量、小(大)空间范围与大(小)运动动量等等相互矛盾的方面统一于物质和运动的存在之中，显示了辩证思维的威力。
(三)分子生物学
分子生物学的提出和完善不仅从分子的角度阐明了遗传的本质，而且带来可以直接操作生命的一系列技术。分子生物学的发展已到可