1、20 世纪的十大科技发明20 世纪，人类社会在战火中迎来了翻天覆地的变化，各个领域都得到了前所未有的突破。人类在这一个 100 年中，每 10 年就有一项重大的发明问世，每一项发明都凝聚了人类超乎寻常的想象力。正是这种敢于想象的思想，把人类社会生产力推向了另一个更高的层次，大大的丰富了人类物质和精神需求，提高了人类的生活水平。下面我们就十大科技向大家一一介绍。10 飞机的发明二十世纪最重大的发明之一，是飞机的诞生。人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。而 2000 多年前中国人发明的风筝，虽然不能把人带上太空，但它确实可以称为飞机的鼻祖。本世纪初在美国有一对兄弟他们在世界的飞机发展史上做
2、出了重大的贡献，他们就是莱特兄弟。在当时大多数人认为飞机依靠自身动力的飞行完全不可能，而莱特兄弟确不相信这种结论，从 1900 年至 1902 年他们兄弟进行 1000 多次滑翔试飞，终于在 1903 年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者“1 号，并且获得试飞成功。他们因此于 1909 年获得美国国会荣誉奖。同年，他们创办了“莱特飞机公司“。这是人类在飞机发展的历史上取得的巨大成功。9 坦克的发明乘车战斗的历史，可以追溯到古代，中国早在夏代就有了从狩猎用的田车演变而来的马拉战车。但坦克的诞生，则是近代战争的要求和科学技术发展的结果。第一次世界大战期间，交战双方为突破由堑壕、铁
3、丝网、机枪火力点组成的防御阵地，打破阵地战的僵局，迫切需要研制一种火力、机动、防护三者有机结合的新式武器。1915 年，英国政府采纳了 E.D.斯文顿的建议，利用汽车、拖拉机、枪炮制造和冶金技术，试制了坦克的样车。1916 年生产了“马克”型坦克，外廓呈菱形，刚性悬挂，车体两侧履带架上有突出的炮座，两条履带从顶上绕过车体，车后伸出一对转向轮。该坦克乘员 8 人，有“雄性”和“雌性”两种。“雄性”装有 2 门 57 毫米火炮和 4 挺机枪，“雌性”仅装 5 挺机枪。1916 年 9 月 15 日，有 60 辆“马克”型坦克首次投入索姆河战役。当时为了保密，英国将这种新式武器说成是为前线送水的“水
4、箱”（英文“tank”）。结果这一名称被沿用至今，“坦克”就是这个单词的音译。这种称为“马克”型的坦克靠履带行走，能驰骋疆场、越障跨壕、不怕枪弹、无所阻挡，很快就突破德军防线，从此开辟了陆军机械化的新时代；从那时起到现在，世界上已经建造了数十万辆坦克，成为各国陆军、海军陆战队和空降兵的主要作战武器。坦克是具有强大直射火力、高度越野机动性和坚固防护力的履带式装甲战斗车辆。它是地面作战的主要突击兵器和装甲兵的基本装备，主要用于与敌方坦克和其它装甲车辆作战，也可以压制、消灭反坦克武器，摧毁野战工事，歼灭有生力量。8 火箭的发明人类在对自己飞行梦想的不断尝试中，一次次进行着飞行的尝试，随着科学技术的发
5、展，人们逐渐认识到航空与航天的不同，航空飞行器不论飞机、气球、还是飞艇都需要依靠空气的存在，没有了空气所谓的飞行也就不可能实现。而航天之梦实现的最原始依据就是火箭，火箭的飞行利用了动力学中的动量守恒原理，它不但能在空气中飞行，还可以在大气层 外的真空中飞行，而且由于没有了空气阻力，在真空中的飞行性能更好。通过不断的尝试，人们逐渐认识到要想进入太空，只有借助于喷气推进的火箭。火药火箭是第一种实用的反作用推进装置，虽然有许多局限证明它不是理想的太空运载工具，但它的基本原理却完全适用于航天运载工具的需要，这样运用火箭作为宇宙航行基本运载工具的想法在先驱者脑中逐步酝酿。后来液体燃料火箭出现，进一步为航
6、天推进器的实现提供了可靠的技术保证，也让航天先驱者看到了使用火箭来完成航天运载的曙光。经过不断的研究和早期试验，火箭作为太空飞行的推进装置逐渐得到证实，最终为人类通向太空架起了桥梁。7 机器人的发明看到现在世界上有这么多形形色色的机器人，你也许会问世界上第一台真正意义上机器人是谁发明的呢？发明第一台机器人的正是享有“机器人之父”美誉的恩格尔伯格先生。 恩格尔伯格是世界上最著名的机器人专家之一，1958 年他建立了 Unimation 公司，并于 1959年研制出了世界上第一台工业机器人，他对创建机器人工业作出了杰出的贡献。1983 年，就在工业机器人销售日渐火爆的时候，恩格尔伯格和他的同事们毅
7、然将 Unimation 公司买给了西屋公司，并创建了 TRC 公司，开始研制服务机器人。6 原子弹的发明核武器的出现，是 20 世纪 40 年代前后科学技术重大发展的结果。1939 年初，德国化学家 O.哈恩和物理化学家 F.斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文。几个星期内,许多国家的科学家验证了这一发现,并进一步提出有可能创造这种裂变反应自持进行的条件，从而开辟了利用这一新能源为人类创造财富的广阔前景。但是，同历史上许多科学技术新发现一样，核能的开发也被首先用于军事目的，即制造威力巨大的原子弹，其进程受到当时社会与政治条件的影响和制约。从 1939 年起，由于法西斯德国扩大侵略战争，欧洲
8、许多国家开展科研工作日益困难。 同年 9 月初，丹麦物理学家 N.H.D.玻尔和他的合作者 J.A.惠勒从理论上阐述了核裂变反应过程，并指出能引起这一反应的最好元素是同位素铀 235。 正当这一有指导意义的研究成果发表时，英、法两国向德国宣战。1940 年夏,德军占领法国。法国物理学家 J.-F.约里奥-居里领导的一部分科学家被迫移居国外。英国曾制订计划进行这一领域的研究，但由于战争影响，人力物力短缺，后来也只能采取与美国合作的办法，派出以物理学家 J.查德威克为首的科学家小组，赴美国参加由理论物理学家 J.R.奥本海默领导的原子弹研制工作。在美国，从欧洲迁来的匈牙利物理学家齐拉德莱奥首先考虑
9、到，一旦法西斯德国掌握原子弹技术可能带来严重后果。经他和另几位从欧洲移居美国的科学家奔走推动,于 1939 年8 月由物理学家 A.爱因斯坦写信给美国第 32 届总统 F.D.罗斯福，建议研制原子弹，才引起美国政府的注意。但开始只拨给经费 6000 美元，直到 1941 年 12 月日本袭击珍珠港后,才扩大规模，到 1942 年 8 月发展成代号为“曼哈顿工程区”的庞大计划，直接动用的人力约 60 万人，投资 20 多亿美元。到第二次世界大战即将结束时制成 3 颗原子弹，使美国成为第一个拥有原子弹的国家。5 太阳能电池的发明在第二次世界大战结束后的 20 年中，一些有远见的人士已经注意到石油和
10、天然气资源正在迅速减少， 呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展，并且成立太阳能学术组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。 在这一阶段，太阳能研究工作取得一些重大进展。1945 年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；太阳电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P 型晶体硅经过掺杂磷可得 N 型硅，形成 PN 结。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使
11、电子发生了越迁，成为自由电子在 P-N 结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。4 激光的发明激光器的发明是 20 世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程，从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线（以至 X 射线和 射线）的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。激光器的诞生史大致可以分为几个阶段，其中 1916 年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出，处于高能态的物
12、质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大，而且是相干光，即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同。此后，量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明，这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论，为激光器的产生进一步奠定了理论基础。20 世纪 40 年代末，量子电子学诞生后，被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光
13、器的发明创造了条件。如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数，就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发，就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子，这两个光子又会引发其他原子受激辐射，这样就实现了光的放大；如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡，从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。1951 年，美国物理学家珀塞尔和庞德在实验中成功地造成了粒子数反转，并获得了每秒 50 千赫的受激辐射。稍后，美国物理学家查尔斯汤斯以及苏联物理学家马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理来产生和放大微波的设计。然而上述的微波波谱学理论和实验研究大都属于“纯科
14、学”，对于激光器到底能否研制成功，在当时还是很渺茫的。但科学家的努力终究有了结果。1954 年，前面提到的美国物理学家汤斯终于制成了第一台氨分子束微波激射器，成功地开创了利用分子和原子体系作为微波辐射相干放大器或振荡器的先例。汤斯等人研制的微波激射器只产生了 1.25 厘米波长的微波，功率很小。生产和科技不断发展的需要推动科学家们去探索新的发光机理，以产生新的性能优异的光源。1958 年，汤斯与姐夫阿瑟肖洛将微波激射器与光学、光谱学的理论知识结合起来，提出了采用开式谐振腔的关键性建议，并预防了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同期，巴索夫和普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性
15、方案。此后，世界上许多实验室都被卷入了一场激烈的研制竞赛，看谁能成功制造并运转世界上第一台激光器。1960 年，美国物理学家西奥多梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里，勉强赢得了这场世界范围内的研制竞赛。他用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使这一点达到比太阳还高的温度。“梅曼设计”引起了科学界的震惊和怀疑，因为科学家们一直在注视和期待着的是氦氖激光器。尽管梅曼是第一个将激光引入实用领域的科学家，但在法庭上，关于到底是谁发明了这项技术的争论，曾一度引起很大争议。竞争者之一就是“激光”(“受激辐射式光频放大器”的缩略词)一词的发
16、明者戈登古尔德。他在 1957 年攻读哥伦比亚大学博士学位时提出了这个词。与此同时，微波激射器的发明者汤斯与肖洛也发展了有关激光的概念。经法庭最终判决，汤斯因研究的书面工作早于古尔德 9 个月而成为胜者。不过梅曼的激光器的发明权却未受到动摇。1960 年 12 月，出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器氦氖激光器。1962 年，有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966 年，科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外，还有输出能量大、功率高，而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于工业
17、、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。比如，人们利用激光集中而极高的能量，可以对各种材料进行加工，能够做到在一个针头上钻 200 个孔；激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段，已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果；在通信领域，一条用激光柱传送信号的光导电缆，可以携带相当于 2 万根电话铜线所携带的信息量；激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。今后，随着人类对激光技术的进一步研究和发展，激光器的性能将进一步提升，成本将进一步降低，但是它的应用范围却还将继续扩大，
18、并将发挥出越来越巨大的作用。3 个人电脑的发明尽管计算机技术自 20 世纪 40 年代第一台电子通用计算机诞生以来以来有了令人目眩的飞速发展，但是今天计算机仍然基本上采用的是存储程序结构，即冯诺伊曼结构。这个结构实现了实用化的通用计算机。宾夕法尼亚大学莫奇利和埃克特领导的研究小组，经过不断的努力和实践，第一台电子计算机终于在 1946 年 2 月 14 日问世了。它由 17468 个电子管、6 万个电阻器、1 万个电容器和6 千个开关组成，重达 30 吨，占地 160 平方米，耗电 174 千 瓦，耗资 45 万美元。这台计算机每秒只能运行 5 千次加法运算，仅相当于一个电子数字积分计算机（E
19、NIAC 即“埃尼阿克“）。2 人工心脏人工心脏是在解剖学、生理学上代替人体因重症丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。另一种更常见的关于心脏的仪器是人工心脏起搏器。人工心脏起搏器实际上是人工制成的一种精密仪器。它能按一定形式的人工脉冲电流刺激心脏，使心脏产生有节律地收缩，不断泵出血液以供应人体的需要。人工心脏起搏器可以随时监测患者心脏工作的情况，一旦出现异常情况，它可以“领导”心脏进行有规律地跳动，从而帮助患者免除各种心脏疾病（心动过缓、停搏等）导致的心悸、胸闷、头晕甚至猝死等病症。人工心脏起搏器如一个火柴盒般大小，重量约为 25-50 克，外壳由金属钛铸造而成的精密仪器。它是由一个慢脉
20、冲发生器和与之相连的金属导线组成。 从广义及泵功能这一角度考虑、人工心脏研究可以回溯到体外循环的动脉泵开始，即1953 年 Gibbons 将体外循环应用于临床。心肺机利用滚筒泵挤压泵管将血泵出，犹如自然的搏血功能进行体外循环。而人工心脏这个血液泵恰是受此启发而开始研究的。1957 年美国 KOlff和 Akutsn 将聚乙烯基盐制成的人工心脏植于人体内生存一个半小时，以此为开端展开了世界性人工心脏研究。1958 年日本及前联邦德国均设立了专门研究中心。1964 年 KOlff 利用人工心脏使小牛生存 24 小时。1966 年 DcBakey 将人工心脏用于瓣膜置换病例，辅助数小时。1968
21、年开始临床研究，1969 年动物实验生存记录为 40 天。同年 Cooley 进行了第一个临床病例植入一时性完全人工心脏后因合并症死亡。1970 年 Nose 等的动物实验生存 100 天。1973 年以后，动物实验成活率迅速上升：1976 年 Kolff 试验牛成活 89 天、122 天；1980 年度美和彦试验山羊生存 232 天、242 天、288 天；1982 年 12 月 1 日美国盐湖城犹他大学医学中心人工心脏研究小组为一患者植入完全人工心脏使其存活为 112 天。1 克隆技术克隆是英文“clone“或“cloning“的音译，而英文“clone“则起源于希腊文“Klone“，原意
22、是指幼苗或嫩枝，以无性繁殖或营养繁殖的方式培育植物，如杆插和嫁接。 如今，克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。克隆也可以理解为复制、拷贝，就是从原型中产生出同样的复制品，它的外表及遗传基因与原型完全相同。先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中，利用微电流刺激等使两者融合为一体，然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎，当胚胎发育到一定程度后，再被植入动物子宫中使动物怀孕，便可产下与提供细胞者基因相同的动物。这一过程中如果对供体细胞进行基因改造，那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。克隆技术不需要雌雄交配，不需要
23、精子和卵子的结合，只需从动物身上提取一个单细胞，用人工的方法将其培养成胚胎，再将胚胎植入雌性动物体内，就可孕育出新的个体。这种以单细胞培养出来的克隆动物，具有与单细胞供体完全相同的特征，是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”和“克隆猴”。克隆技术的成功，被人们称为“历史性的事件，科学的创举”。有人甚至认为，克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。克隆技术可以用来生产“克隆人”，可以用来“复制”人，因而引起了全世界的广泛关注。对人类来说，克隆技术是悲是喜，是祸是福？唯物辩证法认为，世界上的任何事物都是矛盾的统一体，都是一分为二的。克隆技术也是这样。如果克隆技术被用于“复制”像希特勒之类的战争狂人，那会给人类社会带来什么呢？即使是用于“复制”普通的人，也会带来一系列的伦理道德问题。如果把克隆技术应用于畜牧业生产，将会使优良牲畜品种的培育与繁殖发生根本性的变革。若将克隆技术用于基因治疗的研究，就极有可能攻克那些危及人类生命健康的癌症、艾滋病等顽疾。克隆技术犹如原子能技术，是一把双刃剑，剑柄掌握在人类手中。人类应该采取联合行动，避免“克隆人”的出现，使克隆技术造福于人类。
