¿Cuáles son los logros científicos y tecnológicos del siglo XX?
Dos grandes logros de la revolución científica de principios del siglo XX.
La ciencia del siglo XX se desarrolló sobre la base de importantes logros teóricos del siglo XIX, como la termodinámica y el electromagnetismo, el atomismo químico, la evolución biológica, la teoría celular, etc. Los tres grandes descubrimientos del siglo XIX (rayos X, radiactividad y electrones) desencadenaron una revolución en la física en los primeros 30 años del siglo XX, dando origen a la teoría de la relatividad y a la mecánica cuántica, que se convirtió en precursora y fundamento de la Desarrollo científico en el siglo XX.
1. Teoría de la Relatividad
En 1905, a la edad de 26 años, Einstein, el mayor genio científico del siglo XX, creó la teoría especial de la relatividad y propuso un nuevo concepto. del espacio y del tiempo y de la masa (m) La relación de equivalencia de la energía (e) e = mc2 (aquí la velocidad de la luz c = 3×108m/s) abre el camino para la aplicación teórica de la energía atómica.
Sobre e = mc2, es decir, la energía almacenada en un objeto es igual a la masa del objeto multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz, lo cual es inimaginable. Por ejemplo, también podríamos decir que toda la energía convertida por 1 gramo de materia equivale a toda la energía térmica liberada al quemar 36.000 toneladas de carbón en condiciones normales, es decir, la masa de 1 gramo equivale a 25 millones; kilovatios-hora de electricidad.
En 1915, Einstein fundó la teoría general de la relatividad, que reveló profundamente la conexión interna entre el tiempo, el espacio, la materia y el movimiento: el espacio y el tiempo cambian con la distribución de la materia y la velocidad del movimiento. Se ha convertido en una de las teorías básicas de la física moderna.
A partir de 1923, Einstein dedicó el resto de su vida a la exploración de una teoría de campo unificado, intentando establecer una teoría de campo unificado que incluyera tanto el campo gravitacional como el campo electromagnético. Aunque fracasó, él y Mills crearon la "ecuación de campo de Yang-Mills" en la década de 1950 y desarrollaron la llamada teoría del "campo de calibre", haciendo realidad la teoría del campo unificado soñada por Einstein basada en el campo de calibre.
2. Mecánica Cuántica
Planck fundó la teoría cuántica en 1900 y propuso el nuevo concepto de que la energía no es infinitamente divisible y que los cambios de energía son discontinuos. En 1905, Einstein propuso la teoría cuántica de la luz, revelando la "dualidad onda-partícula" de la luz. En 2003, Bohr introdujo el concepto de cuantificación en la teoría de la estructura atómica. De Broglie propuso la teoría de las ondas de la materia. En 1925, Heisenberg y Schrödinger establecieron la mecánica matricial y la mecánica ondulatoria, respectivamente. En 1928, Dirac, de 26 años, propuso las ecuaciones relativistas del movimiento de los electrones en el campo electromagnético y la forma original de la teoría cuántica de campos, que logró avances significativos en la mecánica cuántica, incluidas las fuerzas matriciales y la mecánica ondulatoria.
El establecimiento de la mecánica cuántica a finales del siglo XX fue otro avance revolucionario en la física clásica tras el establecimiento de la teoría de la relatividad entre 1905 y 1915. Reveló con éxito las leyes básicas del mundo material microscópico, aceleró el desarrollo de la física atómica y la física del estado sólido, preparó la base teórica para la física nuclear y la física de partículas y promovió el surgimiento de la teoría de los enlaces químicos y la biología molecular. Por lo tanto, la mecánica cuántica puede
Cinco grandes logros científicos de mediados a finales del siglo XX
Desde la década de 1930, el establecimiento de estructuras materiales básicas, campos de calibre, el Big Bang, y la estructura dual de las moléculas del material genético Estructura espiral, teoría de placas tectónicas, teoría de la información, cibernética, teoría de sistemas, etc. , ampliando aún más la visión humana a campos más completos, macroscópicos y microscópicos, y convirtiéndose en una enorme fuerza impulsora para el progreso de la civilización humana.
1. La estructura básica de la materia
Desde la antigüedad, la gente ha estado discutiendo de qué está hecha la materia y si existe una unidad básica común. Hasta finales del siglo XIX se pensaba que esta unidad básica común era el átomo. En 1911, Rutherford descubrió que dentro del átomo hay un núcleo. En 1913, Bohr señaló que dentro del núcleo atómico se producían cambios radiactivos, lo que condujo al surgimiento de la física nuclear, que estudia la composición, los patrones de cambio y las fuerzas internas de unión del núcleo atómico.
El neutrón fue descubierto por Chadwick en 1932. Desde entonces, la gente se ha dado cuenta de que varios átomos están compuestos de electrones, protones y neutrones, por lo que estas tres partículas y fotones se denominan partículas elementales.
Sin embargo, las partículas elementales no son "elementales".
Por un lado, se han ido descubriendo sucesivamente nuevas partículas elementales como positrones, neutrinos y mesones. Por otra parte, las partículas elementales tienen su estructura interna. Desde la década de 1960, los modelos de quarks y estratones de estructuras de partículas elementales han ido apareciendo uno tras otro, lo que ha hecho que la física de partículas elementales (también conocida como física de altas energías), una disciplina independiente emergente nacida a finales de la década de 1940, siga en ascenso y sea fructífera.
2. La teoría del Big Bang
El estudio de la cosmología moderna tuvo su origen en Einstein. Después de crear la teoría general de la relatividad en 1915, la utilizó para estudiar la estructura del universo y en 1917 propuso modelos de universo finito e infinito. En 2002, Friedman propuso un modelo no estático del universo, argumentando que el universo podría expandirse. 36860. 68686888661
En 1948, Gamov combinó el conocimiento de la física nuclear con la teoría de la expansión del universo y desarrolló la teoría del Big Bang para explicar el origen de los elementos químicos. Esta teoría del Big Bang está firmemente respaldada por el fenómeno de radiación cósmica de fondo descubierto en 1965 y las galaxias detectadas por el Telescopio Hubble en 1998, que se encuentran a 12 mil millones de años luz de la Tierra.
3. Modelo de doble hélice de la molécula de ADN
El 25 de abril de 1953, la revista británica "Nature" publicó un modelo molecular de la estructura de doble hélice del ADN. -años El resultado de una investigación colaborativa entre Watson y Crick, de 37 años. Este logro fue posteriormente aclamado como el mayor descubrimiento de la biología en el siglo XX y también fue considerado un símbolo del nacimiento de la biología molecular.
ADN es la abreviatura de ácido desoxirribonucleico y es el material portador de los genes genéticos. Entre 1915 y 1928, Morgan estableció la teoría genética al demostrar que los genes ubicados en los cromosomas del núcleo determinan las características biológicas. Los cromosomas están compuestos de proteínas y ADN. En el pasado, los biólogos pensaban que las proteínas eran portadoras de información genética. No fue hasta 1944 que Avery y otros demostraron que el portador genético no era una proteína, sino el ADN. El establecimiento de la estructura molecular del ADN, el modelo de doble hélice DNA.1953, es la clave para resolver el misterio de la herencia. En la década de 1960, Nilen Berger y otros descifraron el código genético y demostraron que el código genético de todos los organismos de la Tierra es el mismo. La secuencia de las cuatro bases de nucleótidos del ADN representa la información genética del gen. Determina la composición y el orden de 20 aminoácidos en las proteínas. Como portador de genes, el ADN es el comandante detrás de escena de la vida. Todos los rasgos de la vida se expresan mediante proteínas determinadas por el ADN.
4. Teoría de las placas tectónicas.
En 1912, Wegener propuso la teoría de la deriva continental, creyendo que durante la era Paleozoica en la historia geológica, solo existía una enorme masa de tierra en el mundo, rodeada por un océano a partir de la era Mesozoica; La tierra antigua comenzó a dividirse y a la deriva, y gradualmente se convirtió en varios continentes e innumerables islas, y el océano original se dividió en varios océanos grandes y varios mares pequeños.
Después de más de medio siglo de desarrollo, la teoría de la deriva continental ha evolucionado desde la teoría de la convección del manto (1928) y la teoría de la expansión del fondo marino (1919) hasta la teoría de la tectónica de placas global propuesta por Rebichon. et al. en 1968, dividiendo el mundo en Europa, Asia, América, África, Pacífico, Australia y Antártida.
5. Teoría de la información, cibernética, teoría de sistemas
En 1948, la “Teoría matemática de la comunicación” de Shennong y la “Cibernética de Wiener: control y comunicación en animales y máquinas” publicaron " La ciencia de" y "Los problemas de la vida" de Bertalanffy marcaron el nacimiento de la teoría científica interdisciplinaria de la información, la cibernética y la teoría general de sistemas. De 1943 a 1957, la publicación del libro "Ingeniería de sistemas" de Goode et al. sentó las bases para la teoría de la ingeniería de sistemas. Desde la década de 1960 han surgido nuevas disciplinas interdisciplinarias: la teoría de la catástrofe, la teoría de la sinergia y la teoría de la estructura disipativa.
La ciencia interdisciplinaria no sólo conecta un gran número de disciplinas de las ciencias naturales, sino que también conecta metodológicamente las ciencias naturales y las ciencias sociales. Proporciona a las personas una forma cuantitativa, precisa y óptima de entender el mundo y ha tenido un profundo impacto en la sociedad humana.
Cinco logros científicos y tecnológicos de vanguardia del siglo XX.
Bajo la dirección de la ciencia e impulsado por la producción, el siglo XX ha sido testigo del desarrollo de cinco tecnologías de vanguardia: la tecnología nuclear, la tecnología aeroespacial, la tecnología de la información, la tecnología láser y la biotecnología, en energía, materiales y automatización. , océano y Se han logrado enormes avances en el medio ambiente.
1. Energía nuclear y tecnología nuclear
Las reacciones de fisión y fusión nuclear producirán y liberarán mucha más energía que la energía mecánica y la energía química. El uso pacífico de la energía nuclear proporciona a la humanidad un tesoro energético seguro, limpio e inagotable.
En 1942, Estados Unidos construyó el primer reactor atómico del mundo y realizó por primera vez la reacción de fisión nuclear en cadena. En 1945 se detonó con éxito la primera bomba atómica. En 1952, la primera bomba ligera de fusión nuclear de hidrógeno explotó con éxito. En 1954, la Unión Soviética construyó la primera central nuclear del mundo. Después de la década de 1960, las centrales nucleares.
La tecnología nuclear también se utiliza ampliamente en agricultura, atención médica, materiales, arqueología y protección ambiental. En la década de 1940, los isótopos radiactivos comenzaron a producirse en masa; en 1947, Billy inventó el método de datación del C14; en 1951, elementos radiactivos como el Co60 se utilizaron para tratar el cáncer; la tomografía computarizada (TC) se ha utilizado; ampliamente utilizado en la práctica clínica.
2. Aeroespacial y tecnología espacial
De 1903 a 1914, Tsiolkovsky propuso la teoría de la navegación propulsada por cohetes, sentando las bases de la ciencia aeroespacial. En 1919, Goddard propuso los principios matemáticos del vuelo de cohetes y lanzó con éxito el primer cohete de combustible líquido del mundo en 1926.
En 1957, la Unión Soviética lanzó el primer satélite terrestre artificial del mundo utilizando un dispositivo de cohete misil intercontinental y comenzó la "Era Espacial". En 1961, la Unión Soviética lanzó una nave espacial tripulada, lo que hizo que los humanos volaran al espacio por primera vez. En 1969, Estados Unidos "Apolo" 165.438+. La humanidad dejó sus primeras huellas en la luna. En 1971, la Unión Soviética construyó una estación espacial y por primera vez la humanidad tuvo una base activa en el espacio. En 1911, Estados Unidos lanzó con éxito el transbordador espacial. A partir de entonces, los humanos pudieron entrar y salir libremente del espacio.
Desde finales de la década de 1950, el ser humano ha comenzado a explorar la luna, los planetas del sistema solar y el espacio interplanetario distante. Hasta ahora, se han lanzado más de 65.438+000 sondas espaciales para revelar la formación y evolución del universo, explorar el origen de la vida y el impacto del entorno espacial en el entorno de vida humano.
3. Tecnología de la información
La tecnología de la información es el campo tecnológico de más rápido crecimiento en el siglo XX y ha tenido un impacto significativo y de gran alcance en la sociedad, la economía, la política y la cultura humanas.
En 1906, la invención del tubo de electrones triodo amplificó las señales eléctricas, haciendo posibles las comunicaciones inalámbricas de larga distancia. En 1947, el nacimiento del primer transistor proporcionó una base importante para la integración y digitalización de circuitos electrónicos. La computadora electrónica que apareció en 1945 ha pasado por la primera generación (tubos de electrones, desde mediados de los años 40 hasta finales de los 50) y la segunda generación (transistores). Desde finales de los años cincuenta hasta mediados de los sesenta), la tercera generación (circuitos integrados, desde mediados de los sesenta hasta principios de los setenta) y la cuarta generación (circuitos integrados de gran y muy gran escala, a partir de principios de los setenta), y la exploración de una nueva generación de inteligencia comenzó en la década de 1980 (computadoras ópticas y computadoras cuánticas), y logró resultados preliminares.
Con la aparición de los circuitos integrados a gran escala, los ordenadores se están desarrollando hacia los extremos del gigantismo y la miniaturización. A mediados de la década de 1970, las supercomputadoras eran capaces de realizar operaciones vectoriales que superaban los 100 millones de operaciones por segundo. Hoy en día, la velocidad informática de las supercomputadoras ha alcanzado los 3,9 billones de operaciones por segundo. La Internet informática ha creado una nueva forma de trabajar y vivir en el estudio, la investigación, la comunicación, el comercio e incluso el entretenimiento de más de 200 millones de usuarios de Internet.
4. Tecnología láser
En 1917, Einstein propuso el concepto de "radiación estimulada" mientras estudiaba la radiación de la luz, sentando las bases teóricas de los láseres. En 1958 se descubrió el láser. En 1960, Estados Unidos fabricó el primer láser del mundo, que utilizaba cristal de rubí como material luminiscente y una lámpara de xenón pulsada de alta intensidad luminosa.
Tras el láser de rubí, aparecieron uno tras otro los láseres semiconductores (1963), los láseres de gas (1964), los láseres de electrones libres (1977) e incluso los láseres atómicos (1977).
5. Biotecnología
La tecnología de recombinación de genes (también conocida como ingeniería genética) es la vanguardia de la biotecnología moderna y floreció en la segunda mitad del siglo XX. Desde finales de los años 1960 hasta principios de los años 1970, Albert y Smith descubrieron que hay dos "enzimas herramienta" en las células que pueden "cortar" y "unir" el ADN. Por primera vez, Nathan utilizó enzimas herramienta para cortar y unir el ADN.
La recombinación del ADN puede utilizar creativamente recursos biológicos para hacer realidad el deseo de los seres humanos de transformar las características genéticas biológicas y producir los tipos biológicos que los seres humanos necesitan. Desde la década de 1980 se han obtenido cientos de animales y plantas genéticamente modificados, lo que es de gran importancia para el desarrollo agrícola. La investigación y producción de medicamentos genéticamente modificados aportará nuevos beneficios a la salud humana.
Además de la ingeniería genética, la biotecnología (bioingeniería) también incluye la ingeniería celular, la ingeniería enzimática, la ingeniería de fermentación y la ingeniería de proteínas. El nacimiento del primer bebé probeta, Louis, en 1978 y la aparición de la oveja clonada Dolly en 1996 fueron obras maestras de la ingeniería celular. El detergente enzimático y el ablandador de carne son productos de la ingeniería enzimática; la industria moderna de la fermentación comenzó con la producción de penicilina y ahora ha utilizado la ingeniería de la fermentación para producir antibióticos a gran escala. En cuanto a la necesidad de modificar los genes de las proteínas naturales para producir nuevas proteínas de alta calidad que no se encuentran en la naturaleza, cada vez se le presta más atención y se le llama la segunda generación de ingeniería genética.