现代科学技术的发展概况及其对人.ppt

1,现代科学技术的发展概况及其对人类社会的影响,张文华 泰安市委党校科研处,2,仙女座大星云,猎犬座中的漩涡星系,3,太阳系（solar system）组成,4,2007年4月24日发现类似地球的太阳系外行星,5,土星的光环,6,极光,7,极光,8,医学和生活类：第1名“癌细胞运动”（“Cancer Cell Movement”）；作者：安妮伟斯顿（Anne Weston）。 安妮是一名医学研究人员，她是利用一台电子显微镜拍摄到上面这张照片的。当癌细胞慢慢“爬进”一个试验室过滤器上的小孔时，安妮拍下了照片，以阐明癌细胞是如何运动的。,9,2007.7.4中科院癌症治疗研究获重大进展,10,2007.11.20美日科学家.利用人体皮肤细胞“仿制”出胚胎干细胞,11,医学和生活类：高度推荐奖“新血管的生长”（New blood vessel growth）；作者：大卫吉普森（David S Gibson） 血管并非是被动的，它们会积极主动地搜寻体内低氧的区域，并在其中成长。在这个视网膜网络中，其中低氧区域（绿色部分）已经被视网膜网络发现。视网膜网络已向其伸出了手指一样的突出部分。这种突出物将指导新血管的生长，以向这一区域提供氧化血。,12,D N A 双 螺 旋,13,2007年首次对活有机体实施“基因组移植” 发明DNA制动器,14,金刚石的晶体结构 石墨的晶体结构,15,一、20世纪基础科学理论的重大发现,(一)相对论 1、狭义相对论 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 。 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。,16,(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。 (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。,E=mc,2,17,2、广义相对论,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； 等效原理，即匀加速参照系同均匀引力场在物理上等价。,18,2、广义相对论,由上述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175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。,19,(二)量子力学,1、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。,20,(二)量子力学,2、 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。,21,(二)量子力学,3、 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。,22,(三)分子生物学,1、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以克隆动物，进而可以复制人类自身的程度，正在深刻地改变自然进化的进程，严重地冲击着人类的伦理观念。,23,(三)分子生物学,2、 基因是DNA上排列各异并且长短不一的碱基序列，它不是物质的实体单位，而是DNA上表达遗传信息的功能单位。DNA分子主要存在于生物细胞的细胞核中，少量存在于细胞的细胞质内叶绿体和线粒体中。叶绿体是植物进行光合作用的器官，线粒体则是生物消化食物产生能源的器官。,24,(三)分子生物学,3、DNA有三项功能：(1)DNA通过自我复制，在一般细胞分裂时染色体一分为二，形成两个基因完全相同的细胞实现发育和生长。在生殖细胞分裂时，通过基因重组和减数分裂形成带有一半染色体的精子或卵子，再通过受精实现遗传信息从父母到子女的转 移；(2)通过蛋白质基因转录和翻译蛋白质中的氨基酸编码参与蛋 白质的制造；(3)通过调控基因实现对生命活动的全面控制。,25,(四)现代数学,1、以数和形为对象，研究量和质的最普遍规律和结构，是数学的主要任务,庞加莱是在1904年发表的一组论文中提出这一猜想的：“单连通的三维闭流形同胚于三维球面。”它后来被推广为：“任何与n维球面同伦的n维闭流形必定同胚于n维球面。”我们不妨借助二维的例子做一个粗浅的比喻：一个无孔的橡胶膜相当于拓扑学中的二维闭曲面，而一个吹涨的气球则可以视为二维球面，二者之间的点存在着一一对应的关系，同时橡胶膜上相邻的点仍是吹涨气球上相邻的点，反之亦然。有趣的是，这一猜想的高维推论已于上个世纪60年代和80年代分别得到解决，唯独三维的情况仍然像只拦路虎一样趴在那里，向世界上最优秀的拓扑学家发出挑战,26,(四)现代数学,以结构的观点研究和统一数学的结构论亦称结构数学或抽象数学，它作为贯穿20世纪数学发展的一条红线，不同程度地推动了经典数学各分支的研究，成为当代数学的标志性特征。 结构论把数学结构区分为代数结构、拓扑结构和序结构三种基本类型。代数结构具有代数运算的对象所组成的集合的结构，包括群、环、域等。,27,黎曼假设 在1858年黎曼在他写的唯一一篇关于数论的文章里把齐打函数的定义域扩大到复数域上，他要研究什么样的复数s，能使（s）=0，他在文章里给出了下面著名的猜想：“所有的非实数的复数s使得（s）=0 必定在直线re（s）=1/2上,28,二、20世纪发展形成的七大高技术领域,(一)信息技术 信息技术主要指信息的获取、传递、处理等技术。它是高技术的前导，是关键技术，是一个国家经济社会发达程度的标志。 信息技术包括通信技术、自动化技术、微电子技术、光电子技术、光导技术、计算机技术和人工智能技术。,29,二、20世纪发展形成的七大高技术领域,(二)生物技术 应用生物科学和工程学原理来加工生物材料，以提供所需物质的综合性科学技术。生物技术主要有：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、生物芯片技术等。,30,二、20世纪发展形成的七大高技术领域,(三)新材料技术 材料技术是人类文明进步的重要阶梯和标志，它与能源技术、信息技术起被公认为是现代文明的三大基石。所谓新材料是指近二三十年内研制成功和正在研制的具有优异特性和功能、能满足高技术及其产业化需求的新型材料。目前，被誉为“发明之母”的新材料技术已经成为世界各国发展高技术不可缺少的组成部分，受到了世界各国的高度重视,31,二、20世纪发展形成的七大高技术领域,(四)新能源技术 新能源是在指除常规能源外正在开发的能源，如太阳能、生物能和海洋能等；新能源技术是指涉及新能源从开发到应用各个环节所采用的先进技术以及重点节能新技术。现在，具有特色的新能源与能源新技术有：核能及其新技术；太阳能热利用技术；太阳能光电转换技术；海洋能发电技术；氢能利用技术；洁净煤技术、电储能技术；燃料电池技术；燃煤磁流体技术等。,32,二、20世纪发展形成的七大高技术领域,(五)空间技术 空间技术是指探索、开发和利用宇宙空间的技术，又称太空技术或航天技术。航空大气，航天太阳系，航宇飞出太阳系。 第一宇宙速度：79公里秒地球卫星(克服地球引力) 第二宇宙速度：112公里秒太阳系行星(脱离地球引力) 第三宇宙速度：167公里秒飞出太阳系 航天器以第一宇宙速度飞行需2万3万年才能离开太阳系，目前飞出太阳系技术达不到。,33,二、20世纪发展形成的七大高技术领域,(六)海洋技术 海洋技术是人类观测、研究、开发海洋以体现海洋实际价值而采取的技术手段的总称。它既具有一般高技术所具有的战略性、增值性、高投入性和能尽快实现产业化的属性，也具有耐高压、耐腐、耐严酷的海洋自然环境等特性。 海洋开发的主要技术有：海洋环境探测技术，海洋资源开发技术，海洋工程技术。,34,世界海陆面积比较,35,二、20世纪发展形成的七大高技术领域,(七)环境科学技术 环境科学技术是研究人类社会发展活动与环境协同演化规律之间相互作用的关系，寻求人类社会与环境协同演化持续发展途经与方法的科学技术。 全球环境问题：地球变暖、臭氧层破坏、资源枯竭、酸雨、生物多样性破坏等。环境科学要求我们的干部提高环境意识，树立新的价值观念和消费观念，保持人和自然的协调发展，实施可持续发展战略。,36,三、现代科学技术的发展 对人类社会发展的影响,(一)推动经济发展 1、科学技术成为推动经济发展的原动力 2、科学技术成为商品竞争力的命脉 3、科学技术推动知识经济的到来,37,(二)增强政治影响 1、科学技术的发展促进着政治关系 和政治制度的变革 2、科学技术的发展影响世界政治格局 3、科学技术的发展扩大政治影响,三、现代科学技术的发展 对人类社会发展的影响,38,(三)壮大军事实力 (四)