自然科学的性质.doc

标题： * 自然科学的性质、结构、功能及其发展趋势本文共6页，当前是第5页 上一页 下一页 第四节 自然科学发展的趋势和特点 4.1 科学研究纵深化 现代科学的研究工作，由于有了既精密又强大的观察和实验装备,正在从宏观向微观深入，向宇观扩展。从深度看，人们的洞察力已经进入到了小于10-15m的基本粒子内部，研究夸克的相互作用和内在结构，以揭示微观世界之谜。从广度看，人们的眼光已经扩展到了距地球140亿光年的宇宙空间，以探讨可观测宇宙形成、演化的过程和规律。人类掌握的能量尺度范围，从1eV直到几十亿eV，包括了重力作用、电磁作用、弱相互作用以及强相互作用等形式，进一步在研究它们的统一性问题。现在，对于弱相互作用与电磁相互作用统一性的研究，已经取得了重大突破，正在深入探讨四种相互作用统一性的机理，以建立超对称大统一模型。由于现代科学基础广延，宏微并举，所以具有全层次性特征。对于自然界的各个层次，从夸克、基本粒子、核子、原子、分子、生物大分子、细胞、生物个体、生物圈、地球、太阳系、星系、星系团到总星系等等，都展开了研究。对于自然界不同层次之间的联系、过渡、演化及转化的规律，也有了科学的认识。现代科学的最前沿问题。例如，物质微观结构、生命起源与本质、人类思维和意识产生的机制、宇宙起源与演化的研究，在近年可能面临重大的突破，人类对自然界的认识将会有新的飞跃，崭新的宇宙图景将展现在人类面前。就对生命现象的研究来看；现代生物学已经从量子、生物大分子、细胞器；细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统一直到生物圈等层次全面展开。在生物大分子层次，科学家们正在进行巨大的努力，在本世纪初弄清人类DNA中全部30亿个碱基对的排序，以确定全部的基因，从中了解控制生命过程的全部信息。在生态系统层次，不但要研究生物群落内部不同种群之间，而且要研究生物群落与其生存环境之间不断进行物质交换和能量流动所构成的相互作用、相互制约的关系。科学研究的纵深化还表现在对极限状态的研究方面。由于极限技术的发展，提供了各种各样的极限条件，如超高电压、超高气压、超强磁场、超高温、超低温、高真空等等，促进了极限科学的发展，发现了自然界的事物在非常态的极限条件下的新结构、新性质、新功能，揭示了物质世界的奇妙的超级境界及其广阔的应用前景。 4.2 科学发展加速化 由于社会生产和经济发展为科研工作提供了比以往任何时代更丰富的物质基础和经费支持，技术的发展特别是高技术的崛起为科学研究提供了先进的仪器和装备，科学教育的大发展培养了大量优秀人才，又由于科学知识的不断积累、分化、创新，使得科学发展的速度大大加快了。科学的各项指标，都在按指数(或阶梯指数)增长。人类科学知识在19世纪每50年增长一倍，20世纪中叶则每10年增长一倍，70年代以来每5年增长一倍，80年代每3年增长一倍。本世纪60年代以来的科学新成果，比过去二千年的总和还要多。20世纪末，人类社会获得的知识比80年代初又翻一番。现在，每天发表科学论文16000篇，出版图书180O种，批准专利3000多项。同时，科学知识的更新速度也在加快。今天工程师掌握的知识，5年之后将有一半过时。近10年内，一个工程师所掌握的知识的90与计算机的最新发展有关。美国国立卫生研究院的计算机储存的资料每5年就增加85。人类真是进入了信息的汪洋大海之中了。在这个汪洋大海中要想不被淹没，就要学会掌握信息、利用信息、筛选信息和更新信息。还有一些科学指标，也表明了科学的加速发展。例如，科学研究的队伍在不断壮大。据对法国、联邦德国、日本、英国、美国和前苏联等六国的统计，1965年从事研究与发展的科学家和工程师共计132.6万人，到1983年就增加到了273.7万人，差不多15年翻一番。再从研究与发展经费的投入增长情况看，据对美国、日本、前联邦德国、法国和英国等五国的统计，1970年的总投入为1003.18亿美元，到1986年就增加到了1839.97亿美元，几乎翻一番。此外，研究与发展经费占国民生产总值的比值，在一些发达国家已占有相当高的比例。仅从民用部分来看，据1985年的统计，美国为1.86，英国为1.71，法国为1.85，联邦德国为2.53，日本为2.75。现在,全世界用于科研的经费每年已达4000亿美元。这样大规模的人力、财力、物力的投入，使得科技事业发展成了一项庞大的、举足轻重的社会事业。 4.3 科学知识整体化 现代科学的发展，一方面不断分化和更加专门化，分支学科层出不穷,据我国学科分类与代码的统计，自然科学、农业科学、医药科学和工程与技术科学的分支学科有1913种,这就使人们有可能从特定的角度和侧面去认识客观世界的各种事物的属性和运动规律；另一方面，各个分支学科之间又相互联系、相互渗透，形成了有机联系的知识整体。从发展的总趋势看，科学的综合化、整体化越来越显著了。这一趋势主要表现在以下几个方面： 4.3.1 科学之间的交叉与渗透强化 各门自然科学之间和每门科学内部各分支学科之间，借助于概念、原理和方法的转移，相互交叉和渗透，形成了许多边缘科学(如物理化学、环境化学、生物化学、电化学、电声学、生理光学)及交叉科学(如环境地球化学、生物地球化学、环境物理学、环境医学、极谱分析学、无线电气象学、雷达天文学、遥感地质学等)。不仅在两门学科之间而且在几门学科之间也会出现多元交叉与渗透。边缘科学和交叉科学的大量涌现，消除了传统学科之间的分离和界限，使整个科学联为一体。 4.3.2 综合科学迅速发展 以特定的自然界的客体为研究对象，采用多学科的理论知识和方法进行研究，把多种不同学科综合为一个体系的综合科学的创立和发展，代表了当代科学整体化的又一方向。例如，环境科学技术、安全科学技术及管理科学等。它与边缘科学的不同之处在于，综合科学是对某一客体采用所有可能的科学知识进行研究的产物，而边缘科学则是以某种新原理或新方法研究某类物质对象。综合科学往往是一个科学群。 4.3.3 系统科学的创立 以客观世界的许多物质结构及其运动形式中的某一个特定的共同方面作为研究对象的系统科学(横断科学)，如信息论、控制论、耗散结构理论、协同学、超循环理论等的创立和发展，进一步揭示了各种物质运动形式之间的统一性，表明了客观世界的各个领域之间的普遍联系。系统科学还为自然科学和社会科学的结合架起了一座桥梁，并使不同领域的研究成果得以互相借鉴和利用。 4.3.4 数学向各门科学广泛渗透 数学向自然科学和社会科学的各个领域广泛渗透是当代科学发展的一大特征，并由此派生了大量的新兴学科，使得现代科学出现了数学化趋势。所谓“数学化”,是指把数学方法运用于实验研究的数据处理和探求新的规律，建立新的理论以及创造这门科学的专门的公式化语言。数学作为自然科学的工具，形成了计算物理学、计算化学、生物统计学、数量遗传学、数理地质学、数理生态学等新学科。数学向社会科学领域渗透，产生了计量经济学、数理社会学、数理语言学、社会统计学、人口控制论等新学科。总之，数学的营养滋润着现代科学的各个领域。 4.3.5 科学与技术紧密结合 现代科学与技术相互渗透、相互依存、紧密结合，出现了科学技术化和技术科学化的趋势。科学发展为技术提供新的原理和概念，技术发展向科学提出任务和研究手段。科学与技术之间的关系越来越密切，二者之间的界限变得模糊了。在高技术领域，科学与技术已经融为一体，所以可以叫做高科技。 4.3.6 自然科学与社会科学正在走向统一 自然科学与社会科学之间相互交叉和渗透，正在走向统一，出现了自然科学社会化，社会科学自然化的发展趋势。由此产生的交叉学科、边缘学科层出不穷。例如，物理社会学学科群，社会物理学学科群。马克思曾预言：“自然科学往后将包括关于人的科学，正像关于人的科学包括自然科学一样：这将是一门科学。”在20世纪，这个潮流愈来愈明显，愈来愈强大，现代科学发展的总趋势充分证实了这一点。自然科学的概念、方法和手段被广泛运用于经济学、社会学、人文科学、考古学等各个领域，大大丰富了社会科学的理论，促进了社会科学的发展。社会科学理论，特别是马克思主义的世界观和方法论，对于阐明自然科学的发展目标、方向、社会条件、社会后果，指导自然科学的健康发展，起着重要作用。实现自然科学和社会科学的紧密结合，对于更有效更合理地利用科技资源，推动经济发展和社会进步有着十分重大的意义。 4.3.7 软科学的崛起是科学整体化的标志 软科学群的产生和发展是现代科学走向整体化的一个重要标志。软科学是一大类新兴学科的总称。它综合应用自然科学、社会科学、数学以及哲学的理论与方法，以计算机为手段，对现代科学、技术、生产发展带来的复杂社会问题进行跨学科、跨领域、定性和定量相结合的研究，为各级各类组织的领导、管理和决策的科学化、民主化服务，实现整体优化效应，以促进科技、经济和社会的协调发展。在软科学群体中，既有自然科学、社会科学和思维科学的交叉与渗透，也有科学与技术的交叉和渗透；既有科学门类之间的交叉与渗透，又有分支学科之间的交叉与渗透；既包括工程技术，又包括社会技术。因此，要绝对划分清楚软科学中各门学科的外延几乎是不可能的。这一点正是它的整体化特征，也是它发挥领导。管理、决策功能的根据。自然科学技术进步一等奖再次空缺给我们带来的思考在今年的国家科学技术奖励大会上，自然科学技术进步一等奖再次空缺了，再次空缺的原因尚不得而知，然而，连续12年这一奖项一直空缺着，这其中难免不引起社会上的一些联想，反思，思考。这几年，在我们国家的西北黄土高原上发生了一些显现的气候变化，不知道社会上有多少人注意到了这一关系到中国近三分之一的国土面积长期干漠化的地方的重要气候变化。这几年，以往长期受到干旱之苦的汉中地区逐渐降雨多了起来，而且每年的雨季还常会发生一些局部洪涝灾害，这是以往这个地区难得一遇的重大气候变化。使这个十年九旱的地方也要改变防旱抗旱的传统农耕观念了，除了防旱措施，这几年这里的人们也要考虑蓄洪防灾的问题了。有这样一个联想，不知道是否有几分道理。随着三峡大坝蓄水水位逐年增高，直到前年达到了最高峰值，这些年来，三峡以北的地区年降雨量也自南向北逐年增加了不少。由三峡大坝北岸开始，逐渐向北推移，是我国长期以来十年九旱的次干旱地区。随着三峡大坝的蓄水量增大，北上的西南暖湿气流自然就会在这一地区得到大量的水蒸气补充，形成自然补水带现象。三峡以北地区长期干旱的大面积地区地表含水量逐年增加，这与三峡地区生成了对西南暖湿气流的补水带之间存在着明显的因果关系。还有另外的原因，那就是气象专家解释的那样，这几年在我国上空的大气环流发生了明显的异常现象，但是，西南暖湿气流携带的水蒸汽量始终是我国中西部地区降水的主要水源这一事实还是应该重视的。借此联想，如果三峡大坝蓄水功能确有为西南暖湿气流补水的功效，这一补水过程确实有解决西北地区增加降水的作用，那么，我们就可以试想为大西北大面积沙漠地区环境改造找到一条路子了。我们今天的一些人知道，在历史上，我国的大西北地区也曾经有过水草丰美，林木茂盛的历史时期，包括今天的沙漠腹地的敦煌、等地区也曾经是适宜人类居住的繁华地区。虽然我们没有能力解决地球之外的更大天体变化给地球气候带来的环境影响，但是，通过从恢复三江源水汽补给量开始做起，沿江通过人工干扰，恢复历史水汽补给量，增加北上的大气水蒸气含量，恢复历史上大西北有可能的较多的降雨量，从而实现改造，或称之为恢复这个地区的自然风貌还是有可能的。显然，这个工程太大了，远不是一两位科学家凭着个人的能力和追求能够解决得了的问题。为此，我们不妨换个思路，在重大气候改造这类宏大科研领域，是否可以由国家相关部门出命题，采取招标，国家出经费，帮助中标人解决抽调人等问题，使这些命题能够在国家力量的支持下做起来，做的有始有终，有结果。这类由国家根据我国的实际情况，整理出需要科研团队解决的这类大的科研命题，通过整合科研力量，集中设置命题，有国家目标的解决问题，相信，许多自然科学的难题较个人，或一两个科研组织而言就会容易解决得多了。其实，新中国成立以来，我们围绕这类重大