五百年来科学技术发展的回顾与展望
　　　　

【原文出处】 《哲学动态》 【原刊地名】 京

【原刊期号】 199702 【原刊页号】 109-118

【分 类 号】 b2 【复印期号】 199706

【题 名】 五百年来科学技术发展的回顾与展望 【作 者】 董光璧

　 【编 者 按】
　　【作者简介】董光璧　中国科学院自然科学史研究所，北京，100010
　　【中文摘要】该文主旨是回顾５００年来的科学技术发展并展望它的未来。１６至１７世纪是科学革命的时代。在文艺复兴和宗教改革的思想环境下，通过复活古希腊科学传统，理论思维与工匠实践相结合，新的宇宙观和方法论被创立。这不仅为自然理论和技术原理的形成提供了基础，同时也为社会变革准备了思想武器。１８世纪是技术机械化和人类理性化的世纪。由于牛顿科学思想和洛克哲学思想的传播，英国的工业革命、法国的政治革命和德国的哲学革命相继发生。这些革命思想的传播和相互影响，为１９世纪科学的迅速发展提供了思想的和社会的条件。１９世纪是科学理论化和技术科学化的世纪。热力学、电动力学、化学原子论和生物进化论，使物理科学和生物科学的发展都进入理论科学的时期，从而使技术成为“科学的”技术。因而也使关系模式发生从“生产→技术→科学”向“科学→技术→生产”的历史性转变。２０世纪是大科学和高技术的世纪。世纪之初诞生的量子论和相对论的发展和相互影响，使物理学成为整个科学的基础。科学原理的技术运用几乎使全部社会生活科学化，并且这种运用似乎还远无止境，以信息技术为主导的高技术革命在形成之中。２０世纪从“小科学”到“大科学”的转变，意味着科学总体范式的变革，并且在这种变革中科学新类型在悄悄滋长。
　　【英文摘要】dong guangbi institute for the history of science,cas,beijing 100010 the gist of this paper is to review the history of science and technol ogy over the past 500 years,and to forecast its future.it is noticedpartic ularly that science has close relation with technology and society.and on the basis of this angle of view,the basic features of thedevelopment of sc ience and technology in every century are descri the 16th and 17th centuries may be regarded as the epoch of scientific revolution.new world view and methodology were created by combiningtheore tical thinking with artisan's practice through reviving thescientific trad itions in ancient greece under the ideological conditionof the renaissance and the reformation.so not only the bases for naturaltheory and technical principle were provided,but also the thinkingweapons for reforming societ y were prepa the 18th century marks the mechanization of technology and the rationi zation of mankind.owing to the propagation of newton's ideas onscience and locke's thought of philosophy,the english industrialrevolution,the french revolution,and the german philosophical revolutionoccurred one after anot her.the spread and interrelation of such revolutionary thinking provided i deological and social conditions for the rapiddevelopment of science in th e 19th cent the 19th century is one of the theorization of science and the scienti fic transformation of technology.thermodynamics,electrodynamics,chemical a tomic theory,and biological theory of evolution formed in themiddle of the century,carried physical and biological sciences to theperiod of theoreti cal science,thus turning technology into a"scientific"one.as a result,a hi storic change,from the model"production→technology→science"to that of "s cience→technology→production",took placenatura the 20th century is one of big science and high-tech.the development a nd interrelation between quantum theory and theory of relativityappearing in the early period of this century make physics the basis ofall sciences.the application of scientific principle,which gives greatimpetus to the sc ientific transformation of almost the entire sociallife,seems to know no b ounds thus far,while high-tech revolution withinformation playing a leadin g role is in full sw the transformation from "small science"to "big science" means changing general paradigm of science,and in the change new-type science isgrowly q uie
　　【关 键 词】科学，技术，历史science,technology
　　【正 文】
　　（中图法分类号　Ｎ０９）
　　今日之科学和技术已成为左右人类命运的重要力量，然而由实验和数学相结合的自然科学在１７世纪被少数学者创立之时，它的价值只为社会上层统治者中间的少数人所认识。到１８世纪，这种新的理智方法已为中产阶级的自由主义知识阶层了解和把握。一般市民阶层对科学的关心，是从１９世纪开始的。进入２０世纪以来更多的人都认识到，科学具有改变人类物质生活和精神生活的巨大能力。当今各国政府都把科学技术作为增强综合国力和提高国际竞争力的战略因素加以考虑。对科学认识的这种变化是科学与社会相互作用发展的结果，这是一个历史过程。今日之公众把科学和技术的紧密联系看作是不言而喻的，然而在历史上它们却是沿着独立的路径发展的，在１７世纪初有少数人认识到科学和技术两者可能并应该合作，到１８世纪才付诸实践。此前相当长的历史时期中，科学对其成果的实际应用漠不关心，技术在没有科学帮助的情况下发展，而且当技术能够从科学得到助力时却不只一次地嘲笑了科学[１]。今天我们必须把科学理解为目的明确的历史过程。就科学与生产、技术的相互关系来说，１９世纪中叶是一个转折时期，大体上可以说此前是生产→技术→科学的发展模式，而此后则是科学→技术→生产的模式。科学自身的逻辑发展与社会需求发展的交汇处往往是新科学的生长点。科学为求得其生存条件不得不以适应社会的主流价值观为代价，而任何社会要想发挥科学的社会功能也不得不修改某些规范，以提供科学发展的社会条件。
　　　　１　科学革命的时代及其广泛的影响
　　严格意义上的科学产生在１７世纪的欧洲，在溯源的意义上有古代科学说。在近代科学产生之前，在世界范围内有三次科学发展的高峰期：古希腊科学、阿拉伯科学和中国科学。而产生在１７世纪的近代科学的直接源头是古希腊科学。
　　文艺复兴、宗教改革和科学革命是开启近代社会的三大潮流。文艺复兴复活了古希腊科学，希腊语学家把他们不懂的科学著作译成当时的流行语言，而与自然相接触的工匠又注入使之脱胎换骨的新灵魂。希腊科学的三个传统——数学传统、逻辑传统和实验传统，在理论思维和工匠实践的相互作用中形成了新的科学范式[２]。同时这种新范式也是在生机论、神秘主义和机械论三个古希腊思想变型支配的环境中，以机械论思想战胜前两者而形成的[３]。
　　在文艺复兴和自然主义影响下，一些出类拔粹的学者在经院之外建立学会，漠视天启权威而诉诸理性探讨真理，制造科学仪器，发展科学方法。经哥白尼（nicolaus copernicus，１４７３—１５４３）提出以太阳为中心的宇宙体系，布鲁诺（giordano bruno，１５４８—１６００）揭示其革命性的意义，开普勒（johann kepler，１５７１—１６３０）在观测资料的基础上完成太阳行星运动的设想，形成了与教义大相竞庭的近代宇宙观。而从伽利略（galileo galilei，１５６４—１６４５）的理想实验方法到笛卡尔（rené descartes，１５９６—１６５０）的推理方法所开辟的“假说－演绎”传统和从培根（francis bacon，１５６１—１６２６）的经验主义方法到惠更斯（christaan huygens，１６２９—１６９５）的实证方法所开辟的“实验－归纳”传统，在牛顿（isaacnewton，１６４３—１７２７）手里实现了综合，从而又奠定了实验科学方法论的基础。这是所谓的“１７世纪科学革命”的实质所在。作为科学革命的标志性的科学成果是剑桥出身的牛顿的著作《自然哲学的数学原理》（１６８７年）和《光学》（１７０４年），哲学成果则是牛津出身的洛克（john locke，１６３２—１７０４）的著作《人类理智论》（１６９０年），它们为确立科学与生产技术相结合的原理和方法，为科学技术的进一步发展奠定了基础。作为一门全面研究运动的力学，不仅在整个自然科学里居中心和基础的地位，还导致哲学家也寻求用力学的术语表述自然界的运动，并以力学理论为基础解释世界。　　
　　科学革命不仅推进了自然理论的形成，也带动了技术的发展。毕林格丘(vannoccio biringuccio，１４８０—１５３８)的《火工术》（１５４０年）、阿哥里格拉（georgius agricola，１４９４—１５５５）的《论金属》（１５５６年）、贝逊（jacques besson，１５４０—１５７６）的《机械器具的剧场》（１５７８年）、拉美利（agostino ramelli，１５３０—１５９０）的《种种巧妙的机械》（１５８８年）、维兰蒂欧（faustus veratius，１５０４—１５７３）的《新机械》（１６１７年）、斯特拉达（giacomo strada rosberg，生卒年不详）的《风车、泵等发明的精巧设计》（１６１８年）、佐恩卡（vittorio zonca，１５６８—１６０２）的《机械和机构的新剧场》（１６２１年）等技术书的出版，对于推动技术发展无疑是有重要意义的。但为技术提供直接的科学原理更重要，而这方面的主要贡献者是本迪梯（giovanni battista benedetti，１５３０—１５９０）、斯台文（simon steven，１５４８—１６２０）和伽利略。
　　科学革命也是一场深刻的思想革命。首先受到冲击的是基督教神学。莱布尼茨（gottfried wilhelm leibniz，１６４６—１７１６）和克拉克（samuel clarke，１６７５—１７２９）之间关于科学与神学的论战意味深长，斯宾诺莎（benedictus spinoza，１６３２—１６７７）著《神学政治论》（１６７０年）批判旧约圣经的革命性行动造成对神学的威胁。牛顿的机械论自然观的影响也反映在斯密斯（adam smith，１７２３—１７９０）的经济学著作《富国论》（１７７６年）和配第（william petty，１６２３—１６８７）的人口统计理论《政治算术》（１６９０年）中。文学和诗也不例外，笛卡尔和巴斯卡尔（blaisepascal，１６２３—１６６２）明快简洁的文笔导致新散文体在法、英、荷等国诞生，而诗人的想象力也被吸引到星界的大宇宙和人体小宇宙的比喻之中。
　　　　２　技术机械化和人类理性化的世纪
　　１８世纪由于牛顿科学思想和洛克哲学思想的传播，英国发生了产业革命，法国爆发了政治革命，德国出现了哲学革命，从而形成“技术机械化和人类理性化”的伟大世纪。
英国的产业革命开始于１７６０年代，到１８３０年代开始向欧洲大陆和北美扩散。蒸汽机、焦炭、铁和钢是促成产业革命加速发展的四项主要因素。产业革命的显著特征是技术的机械化，决定性作用是动力的自动化，与此相关联的是生产形态由家庭作坊到工厂体制的转变。一般说来，这次产业革命不是科学的直接产物，许多技术发明是在经验基础上作出的，但并非同１７世纪的科学毫无关系。特别是在蒸汽机的改进问题上，科学显然是产业革命的一个组成部分。瓦特（james watt，１７３６—１８１９）的旋转蒸汽机专利（１７８１年）使蒸汽机成为通用原动机，而这一成就的取得是与他在格拉斯哥大学作机械师时学习了潜热理论密切相关。１７世纪科学革命的突破主要在“理解”的层面，而１８世纪产业革命的突破主要在“实践”层面。１７世纪那些为探索自然规律和建立力学世界图象做出巨大贡献的科学家们很少直接有助于工程师，而１８世纪的科学家们在一般力学原理公式化以后转向细节问题的诸多研究成果，则直接有助于工程师。一些老牌大学，如剑桥大学和牛津大学，在推进技术创新方面的贡献较少。走在产业革命潮流前头的是爱丁堡大学和格拉斯哥大学。这里培养了发明纺纱飞梭的凯伊（john kay，１７０４—１７６４）、发明炼铁高炉的罗伯克（johnroebuck，１７１８—１７９４）和创立潜热理论的化学家布拉克（joseph black，１７２８—１７９９），以及哲学家休谟（david hume，１７１１—１７７６）等推动产业革命前进的重要人物。产业革命是新技术向纵向和横向扩散的过程。技术机械化的过程首先在纺织行业，由织布机到纺纱机，由毛纺到棉纺，由工具机到动力机。纺织机械化过程中，制造机器的材料和印染的需求促进了钢铁工业和化学工业的发展，而这些工业又要求增加作为动力燃料的煤炭的供应，对煤炭的需求又引起采掘和运输业的技术改进。这一切促进了工业的集中，形成诸多新兴工业城市。在技术扩散的进程中，不仅新兴的学会作出了不可磨灭的贡献，贵族、银行家和商人们注意倾听科学家、发明家和工程师的意见，并帮助他们实现其理想以及对实际解决紧迫问题所给予的奖励，也都是对产业革命的贡献。马尔萨斯（thomas robert malthus，１７６６—１８３４）在其《人口论》（１７９８年）中所担心的人口增长饥馑由于产业革命而幸免。　
　　法国市民阶层的成熟要比英国约晚一个世纪。由于伏尔泰（fracois-mariede voltaire，１６９４—１７７８）等人把牛顿科学和洛克哲学等英国人的进步思想引进法国，才在路易十四时代开始思想启蒙运动。在这启蒙运动中，把解放自然力的产业革命精神推广到从民族解放到自我解放。这一方面产生尊重个人的文学和艺术，另一方面通过对自然的尊重和赞美达到了对自然多样性的新认识。在自然科学领域，既形成了一批牛顿科学思想的信徒，又产生了一些超越力学自然观的思想家。前者的工作完善了力学的一般原理，达朗伯（jean le rond led'alembert，１７１７—１７８３）的《动力学论》（１７４３年）和拉格朗日（joseph-louis comte do lagrange，１７３１—１８１３）《分析力学》（１７８８年）为其代表。后者的代表人物是受伏尔泰影响的布丰（george louis leclero comte de buffon，１７０７—１７８８）和狄德罗（denis diderot，１７１３—１７８４）。布丰通过自然史的研究，发现了自然的多样性，并提出自然进化的思想。狄德罗在其《关于自然解释的思想》（１７５３年）中就提出超越数学物理的实验物理学思想。由他主编并且几乎所有启蒙思想家都参与执笔的《百科全书》（１７５１—１７７２年），把科学技术作为改善人类生活的基础，阐明各门知识的相互关联，探究其原理和起源，论说其社会功能。这套百科全书不仅成了革命的思想武器，其复兴培根精神和重视实验哲学的思想也成为１８世纪下半叶科学思想的主要特征，声、光、电、热的实验研究逐渐展开。自然之火和理性之光，终于点燃了１７８９年的大革命。革命政府的科学政策根源于启蒙思想家的思想。经过短期的小资产阶级雅格宾党专政时期（１７９２—１７９４年）的破坏以后，自由资产阶级掌权的共和时期，进行了教育革命，建立高等师范学校和高等技术学校，科学院作为国立学士院也重新活动。这次教育改革的意义在于第一线科学家成为教授并使教学与实验紧密结合，为近代工科教育树立了典范。　
　　德国的市民阶层又比法国落后了近一个世纪。在法国资产阶级想要打倒专制王朝时，德国统治者产生了紧迫感。柏林科学院成了腓特列大帝（frederick，１７４４—１７９７）启蒙文化政策的据点。作为开明专制政策的一环，招来莫泊丢（pierre-louis moreau de maupertuis，１６９８—１７５９）、欧拉（leonhard euler，１７０７—１７８３）、伏尔泰和拉格朗日等牛顿主义者，从而使德国活跃起来。但是，与政治上完成市民革命的法国相反，德国生机论的哲学传统与浪漫主义奇妙的结合，产生了超越力学自然观的辩证法自然观。最早想要超越力学自然观的是康德（immanuel kant，１７２４—１８０４）和哥德（johann wolfgang von goethe，１７４９—１８３０）。康德在《判断力的批判》（１７９０年）中充满企图调和力学自然观和目的论的搏斗。哥德在其《植物的变态》（１７９０年）中从现实着手作超越力学自然观的“理性的冒险”。承袭这一思想而建立自然哲学的是谢林（fridrich wilhelm joseph von schelling，１７７５—１８５４）。他从费希特（johann gottieb fichte，１７６２—１８１４）那里继承了“自我和非我”的哲学辩证法思想，完成了自然的辩证法著作《自然哲学观念》（１７９７年）和《论世界灵魂》（１７９８年）。他主张最初的东西不是物质本身，而是吸引和排斥这两种力的统一所产生的东西。精神也是一样，必须统一于更高级的同一性中，“自然是看得见的精神，精神是看不见的自然”。追求对抗的两种力的统一的这种自然观以两极性和二元性为第一原理，把认识绝对统一作为究终目标。
　　　　３　科学理论化和技术科学化的世纪
　　英国的产业革命、法国的政治革命和德国的哲学革命为１９世纪科学技术的惊人发展创造了社会条件。１９世纪最主要的科学成就是热力学、电磁场理论、化学原子论和生物进化论。物理科学和生命科学都进入了理论科学的时期，技术成为“科学的”技术。从１９世纪下半叶起，一些生产技术直接源于实验室，另一些技术则源于科学原理。　
热力学的诞生是产业技术基础原理的探求推动的，最好地体现出生产→技术→科学的关系模式。进入１９世纪，蒸汽机成为主要原动机，到１８００年，已约有５００台蒸汽机投入使用，它们的平均功率为１５—１６马力。但由于缺乏充分的理论指导而不能合理地设计。法国科学家卡诺（lazare-nicolas-marguerite carnot，１７９６—１８３２）致力于提高蒸汽机的热效率，发表了《关于火的动力及适于产生这种动力的发动机之考察》（１８２４年）。其后由迈耳（johann jobias mayer，１８１４—１８７８）、焦耳（james prescott joule，１８１８—１８８９）、汤姆孙（william thomson，１８２４—１９０９）、克劳胥斯（rudollf clausius，１８２２—１８８８）等循着“统一力”的思想，建立了热的能量理论——能量守恒和耗能定律，即热力学第一定律和第二定律。亥姆霍茨（hermann von helmholtz，１８２１—１８９４）的工作把能量守恒定律纳入力学的数学体系中。麦克斯韦（james clerk maxwell，１８３１—１８７９）和玻耳兹曼（ludwig boltzmann，１８４４—１９０６）又利用统计方法和几率的概念，在力学的基础上解释热力学第二定律，导致吉布斯（josiah willard gibbs，１８３９—１９０３）完成了统计力学体系。另一方面，热力学作为蒸汽机的理论基础，不仅为蒸汽机的改进提供了指导，而且促进了汽轮机（１８８４年）和内燃机（１８８２年）的实用化。热机作为原动机适用范围不断扩展，如蒸汽机车（１８２９年）、蒸汽卷扬机（１８３０年）、蒸汽锤（１８３９年）、蒸汽轮船（１８３９年）、汽车（１８８６年）等。到１８８０年４００马力的机组已司空见惯，１８９９年纽约地铁已使用１００００马力的蒸汽机车。这些又表明了科学→技术→生产的关系模式。　
　　与热力学相反，电磁场理论是在电磁学实验基础上数学化发展起来的。在静电测量的基础上发现了电流（１７９１年）和发明了可实用的伏打电堆（１８１０年）以后，一系列的电磁定律被发现并提出了各种数学理论。由于法拉弟（michael faraday，１７９１—１８６７）和麦克斯韦完成了电磁场理论，洛伦兹（antoon hendrik lorentz，１８５３—１９２８）把电磁场和电粒子的概念综合起来建立起电子论。电力和电讯方面的技术运用也应运而生。可实用的蓄电池（１８５９年）、可实用的发电机（１８６７年）、可实用的电动机（１８７３年）、电弧灯（１８７６年）、白炽灯（１８７９年）、第一个电力公司（１８８０年）、第一个电灯厂（１８８２年）、第一座水力发电厂（１８８２年）、第一座火力发电厂（１８８６年）由科学激励的工程师们制造和建立起来。１８８０年代良好的发电机和电动机可供使用，电弧灯已为白炽灯取代。在电讯方面也是一样，可实用的电报（１８８４年）、可实用的电话（１８７６年）、第一个电话交换台（１８７９年）被制造出来。自动交换台（１８９２年）和地下电缆（１９０３年）促进了电话的应用。这一切都表现了科学转化为生产力的能力。　　
　　虽然拉瓦锡（antoine-laurent lavoisier，１７４３—１７９４）的燃烧学说（１７７７年）开启了化学革命，但化学的大踏步的发展还是依靠道尔顿（john dalton，１７６６—１８４４）创立化学原子论而取得的。道尔顿在《组成大气的几种气体或弹性流体的比例的实验探究》（１８０２年）论文中提出化学原子学说并在《论水对气体的吸收》（１８０３年）论文中发表了原子量表，阿佛加德罗（amadeo avogadro，１７７６—１８５６）提出分子假说（１８１１年），从而奠定了化学的原子－分子理论基础。但这一思想直到坎尼札罗（stanislao cannizzaro，１８２６—１９１０）重提（１８６０年）以后，原子－分子学说才开始得到普遍承认。此后，化学开始广泛探讨分子的组成、结构和变化规律，而物理学则着重研究作为整体的分子的运动规律。化学合成技术和物理化学技术在原子理论的指导下兴起。随着煤焦油中苯的发现（１８４３年），以苯胺为基础合成苯胺紫、品红、苯胺青、霍夫曼紫等染料的工作基本上是偶然的。自凯库勒（friedrich august kékulé ，１８２９—１８６９）弄清苯的六角结构（１８６５年）之后，开始采用科学方法合成染料，威特（o.n.witt，１８５３—１９１５）的发色团理论（１８７６年）使整个染料化学合成技术迅速发展起来。于是茜素（１８６８年）、靛红（１８７０年）、靛兰（１８７８年）先后被合成。在天然高分子物质利用方面，赛璐珞（１８７２年）、合成橡胶（１８７５年）、胶卷（１８８２年）、人造纤维（１８８４年）、人造丝（１８９２年）先后被发明。在物理化学技术方面，氨碱法的工业化（１８６５年）、人造石墨的工业化（１８９１年）、炭化钙的工业化（１８９５年）先后被实现。　
　　就科学的社会影响来说，１９世纪最有影响的科学理论是进化论。自１８５８年７月１日达尔文（charles robert darwin，１８０９—１８８２）和华莱士（alfred russel wallace，１８２３—１９１３）一起阐述了生物进化的理论，至今近１５０年来，没有哪个科学理论比得上它对社会各个领域所产生的广泛而深刻的影响。虽然进化的思想并不始自达尔文，康德的星云说、布丰的《博物志》（１７４９—１７８６年）、拉马克（jean baptiste de lamarck，１７４４—１８２９）的《动物哲学》（１８０９年）、赖尔（gilbert ryle，１７９７—１８７５）的《地质学原理》（１８３０—１８３３年）都不同程度地表达了生物进化的思想。但《物种起源》（１８５９年）以自然淘汰的理论说明生物进化，第一次使生物学成为科学。这个理论在世界观方面的重大意义的第一个反映是与教会的冲突。尽管这本书有意不涉及人类的起源，还是在清教徒的发源地引起骚动。学术振兴会主办人威尔伯弗斯（william wilber-force，１７５９—１８３３）大主教和赫胥黎（thomas henry huxley，１８２５—１８９５）之间举行了公开的辩论，还发生了反进化论者把动物园里的猴子拉出来示威的行径。但是这种抵抗是无力的。不但科学家接受它，不少哲学家也接受它，哲学家斯宾塞（herbert spencer，１８２０—１９０３）把生物进化推广为整个自然进化的观点，发表了他的系列进化哲学著作。达尔文关于“自然淘汰就是依靠生存竞争、适者生存”的说法常常被人曲解，用以为弱肉强食的侵略战争辩护。社会达尔文主义在中国却有另一种理解，严复（１８５４—１９２１年）翻译的赫胥黎的《天演论》（原著１８９４年，译著１８９８年）成了资产阶级革命家的思想武器。与进化论相关的是孟德尔（gregor johann mendel，１８２２—１８８４）的遗传学。他经过历时８年的实验写成《关于植物的杂种实验》（１８６５年），在达尔文学说的大潮中被淹没而遭冷遇。２０世纪初重新发现孟德尔关于遗传的非连续性观点，它的重要意义才被确认，并导致遗传学的突飞猛进的发展。　
　　　　４　大科学和高技术的世纪
　　２０世纪的科学技术是１９世纪科学技术发展的继续。这种发展的最初动力是科学内部实验和理论的矛盾以及理论内部的逻辑不协调，从而产生了观念的变革。这一变革的结果是量子论和相对论的诞生，它们作为２０世纪科学基础的地位已被公认。从科学与技术的关系来说，２０世纪科学成为技术的先导，从技术与生产的关系而言，形成了经济学意义上的“高技术”概念。
以经典物理为基础的热辐射理论和实验的不一致，使普朗克（max karl ernst ludwig planck，１８５８—１９４７）提出能量子的概念（１９００年），继而由爱因斯坦（albert einstein，１８７９—１９５５）把它推广到光而提出光量子理论（１９０５年），玻尔（niels bohr，１８８５—１９６２）又把它运用于原子内部而提出原子的量子理论（１９１３年），经过海森伯（wernerkarl heisenberg，１９０１—１９７６）和薛丁谔（１８８７—１９６１）等几位科学家的工作，在１９２０年代发展成量子力学。致于相对论的诞生，洛伦兹和彭加勒（jule henri poincaré，１８５４—１９１２）等人基于电磁场理论与以太漂移实验相矛盾的诸多修正理论都未触及问题的本质，爱因斯坦从牛顿力学和电磁场理论不协调而寻求统一的努力则获得了成功。他发表的论文《论动体的电动学》（１９０５年）创立了相对论，它的进一步推广是广义相对论（１９１５年）。代表２０世纪下半叶科学成就的五大模型：粒子物理的规范模型、宇宙学的热爆炸模型、ＤＮＡ双螺旋模型、计算机冯诺依曼模型、地质构造的板块模型，都直接或间接与量子论或相对论相关。１９３０年代以来，发展形成的粒子物理标准模型，是以量子力学和相对论结合而形成的量子场论为基础的，沿四种相互作用（电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用、引力相互作用）统一的研究纲领前进所获得的阶段成果。科学的现代宇宙学是爱因斯坦开创的，作为标准模型的热爆炸宇宙模型，是以广义相对论为基础的，结合粒子物理学的主要结论提出种种修正版。在分子水平上研究生命的分子生物学，由于作为遗传物质的ＤＮＡ分子的双螺旋结构模型发现（１９５３年）而取得重大突破。冯诺依曼（john von neumann，１９０３—１９５７）的存储程序——逻辑推演模型是四代数字电子计算机的基础。全球大地构造的板块结构模型是在魏格纳（１８８０—１９３６年）的大陆漂移说（１９１２年）的基础上，在１９６０年代经地幔对流说、海底扩张说等阶段创立的。它为探索固体地球的地球物理和全球地质学创造了一体化的研究纲领，引起了地质学的革命。　
　　在科学的先导下，２０世纪发展了五大尖端技术：核技术、航天技术、电子计算机技术、激光技术和基因重组技术。核物理学和相对论质能关系式为核能利用奠定了理论基础，原子弹（美国１９４５年）、氢弹（美国１９５２年）、核电站（苏联１９５４年）以及各种核辐照技术显示了核技术的前景，核聚变能是最有希望的新能源。自第一个人造地球卫星上天（苏联１９５７年）以后，航天技术就成了大国技术竞争的一个重要领域。载人宇宙飞船绕地球一周（苏联１９６１年）、阿波罗登月成功（美国１９６９年）、载人航天飞机试飞成功（美国１９７７年）等一系列重大进展，标示航天技术日趋成熟。自第一台电子计算机诞生（美国１９４６年）到第一台通用微型机出现（美国１９７１年）显示电子计算机技术的长足发展；其硬件系统从电子管到晶体管再到集成电路和大规模集成，都是以物理学的理论和实验成果为基础的；其软件系统的发展则是以数学和逻辑学为基础的。电子计算机的发展的巨大意义在于，它将使得人的脑力机械化成为可能。爱因斯坦的光发射和吸收理论与固体物理学结合，导致第一台激光器——红宝石激光器诞生（１９６０年），接着有半导体激光器（１９６３年）、气体激光器（１９６４年）、自由电子激光器（１９７７年）等问世。良好光学性能使它们在加工、医疗、通信等许多领域广泛应用。随着分子生物学的进步，基因重组（１９７３年）的实现开辟了基因工程这一新技术领域的广阔前景。它对于增进人类健康和食物不足可能提供最有力的手段。在药物方面已成功地使大肠杆菌成为制造人分泌的生长激素释放抑制因子的小工厂（１９７６年），实现了使大肠杆菌产生人的胰岛素（１９７８年），外源基因安全转移到患者体内（１９８９年），使人类基因治疗成为可能。在农业方面运用基因导入创造新物种的探索可望有重大收获。　
　　现已近２０世纪末，虽然人们一直在思考量子论和相对论之间的某些不协调，但并没有人感到在科学的深层基础会发生严重危机。现有成熟的科学理论的技术运用还远未看到止境，科学原理与技术应用可能性的探讨是科学的主流。近些年人们在议论着新技术革命的问题。如果把１７６０年代以蒸汽机的应用为标志的技术变革称作第一次技术革命，１８７０年代以来以电力应用为标志的技术变革为第二次技术革命，那么现在的新技术革命是第三次技术革命。人们几乎普遍认为，以电子计算机技术、通讯技术和信息资源处理技术组成的信息技术，是第三次技术革命的标志性技术。
　　　　５　科学地理中心转移和未来之路
　　综观近代科学５００年的历史，科学技术的发展在全球是不平衡的，科学文化的地理是变化的。该变化的显著特点是科学地理中心的转移现象[４]：意大利→英国→法国→德国→美国。虽然还不能说这种转移是“规律”，但无疑它是已存在的历史事实。科学的地理中心出现在哪个国家或地区，是机遇和条件的巧合。科学发展的条件是多因素的，条件和机遇组合也是多样的。意大利当时之所以会成为科学的中心，其与机遇相匹配的条件是文艺复兴，而英国则是宗教改革，法国是政治革命，德国是哲学观念的变革，美国体现在技术创新。如果科学的地理中心还将发生转移，看来会发生，那么分析这次转移的机遇（即时机）和条件的可能特征，将是任何国家科学战略思考的首要问题。　
　　科学发展地理中心转移是以科学发现的周期性为背景的。数学模型计算与地理中心转移周期的吻合[５]加强了我们对科学发展周期性的认识。如果这种周期性确是一种规律性，那末可以用以推测未来。数学模型告诉我们的周期性至少有三种周期是可以考虑的，即８０年左右的小周期、６００年左右的中周期和５０００年左右的长周期。我们所处的６００年周期高峰刚过，但还有两三个８０年周期的越来越弱的小高峰期。而这个６００年周期在５０００年的周期中则处在走向顶峰的上坡阶段，在２００—３００年内才达到它的高峰期。未来５００年是前所未有的科学大发现的时期。把科学发展的这种前景与科学的现状结合起来考虑，我们就会更深刻地理解科学发展的历史性。　
　　今日之科学已从所谓的“小科学”发展为大科学了，科学的社会形象发生了很大变化。科学作为国家的事业影响着社会生活的方方面面，人们从各个角度出发都想对科学加以控制。对科学的支助已不只是根据科学的内部和由科学内在逻辑导出的判别标准，而且还要依据科学之外的标准。支助某项研究的选择通常要由一个价值体系来全面评判，它包括科学价值、技术价值和社会价值。这种选择的判别标准是“价值论”的，它与只关心科学真理的“认识论”标准之不同在于，它还要求对两个都是同样真实的科学发现判断出哪个更有价值。在这种情况下，科学的社会效果甚至连同它的生命力都取决于科学对其资源利用的程度、科学的目标和准则与社会需要结合的程度、科学面对社会需求的自我调节和应变能力。　
　　认识逻辑的因素决定着一个学科或一个专业领域的内部结构或发展规律性，政策不能直接支配它们。但也并非外部目标仅影响科学社会对研究课题的选择，它也影响到理论建构的一般方法论标准，并产生一种新的科学类型。由于学科际乃至文化际的研究，一种违反大多数科学家和哲学家之科学图象的科学范式在悄悄滋长。与传统理解的科学相比，它增加了四个极重要的新观念。第一，传统理解的科学主张只揭示能由任何科学家重复的知识，而这科学新类型则把不可再现的现象和行为视为科学探索的重要对象；第二，传统理解的科学把科学的社会运用视为科学之外的社会问题，而这科学的新类型则是把它包括在科学探索的过程之中；第三，传统理解的科学忽视价值因素或把它看得十分平淡，而这科学的新类型则把价值看作科学理性的重要因素，因而使科学理性除了逻辑理性、数学理性和实验理性之外又增加了价值理性；第四，传统理解的科学知识系统是不关涉自身的，而这科学的新类型的知识系统则要求有评价其自身的能力和方法。如果把科学的这种新类型视为科学的最基本的形式，那末传统理解的科学则应被认为是受严格限制的、科学新类型的极限情况。
　　如果我们接受法国哲学家孔德（august comte，１７４３—１８５７）的“科学革命”的概念，即把科学的社会存在条件发生总体性变化称作科学革命，那末第二次世界大战以来科学所经历的从小科学到大科学的转变，也可以说是一次科学革命。这种悄悄的科学革命，对任何国家和地区都是同样的机遇。究竟哪个国家和地区能够成为下一个科学高峰的地理中心，取决于它为科学发展所提供的社会条件是否充分。＊
　　【责任编辑】关培红