10、科学技术发展的新阶段
    第二次世界大战以来，科学技术的发展经历了5次伟大的革命。1945—1955年，第一个10年，是以原子能的释放与利用为标志，人类开始了利用核能的新时代；1955～1965年，第二个10年，是以人造地球卫星的发射成功为标志，人类开始了摆脱地球引力向外层空间的进军；1965—1975年，第三个10年，是以1973年重组DNA实验的成功为标志，人类进入了可以控制遗传和生命过程的阶段；1975～1985年，第四个10年，是以微处理机大量生产和广泛使用为标志，揭开了扩大人脑能力的新篇章；1985～1995年，这是我们目前正在经历的第五个10年，是以软件开发和大规模产业化为标志，人类进入了信息革命的新纪元。21世纪的曙光已经出现在地平线。
    当代科学研究的发展，预示着21世纪的人传给后代的纪念碑将是聚变反应堆。有人预言它是“最终能源”，可以一劳永逸地解决社会发展出现的能源危机。纳米（超微）技术将成为下一个10年的核心技术，它将引起21世纪的一场新的产业革命，给人类带
    来无数的新产品和新工艺。
    今天，科学技术正在步步逼近自然界的各种“极限”，目前，超高温、超低温、超真空、超导、超强磁场、彻底失重等研究已经取得了进展。21世纪，人类将超脱“尘寰世界”，进人一个奇妙无比的“超级”境界。
    21世纪人类将进人宇宙工艺学和宇宙工厂时代，无限地开拓人类的生产和经济活动的新领域。
    科学技术的发展给人类的未来带来了光明，使人憧憬未来；但也使未来笼罩上阴影，科学技术的进步和人类命运息息相关。科学技术的飞快发展象一把双刃剑，一方面为创造人类的幸福提供了空前未有的无限的能力；另一方面也使人类掌握了可以毁灭地球上一切生命的能力。

11、宇 宙
    在自然科学中，研究地球以外宇宙环境中各种天体的运动、结构、起源和演化的基础学科叫做天文学。它的历史可以追溯到人类文明的萌芽时期。上古时代，游牧民族逐水草而迁徙需要辨别方向，农业民族按时令播种需要确定季节。在年复一年的长期实践中，他们逐渐发现了这些影响自己生活的大事与日月星辰等天文现象之间的密切联系。巴比伦的泥碑、埃及的金字塔、中国殷墟的甲骨文里，都留下了天文学诞生时期的丰富例证。天文学对人类文明的进步一直作出重大贡献。16世纪哥白尼的日心说使自然科学第一次从中世纪神学的桎梏下解放出来；17世纪伽利略、牛顿为研究太阳系天体运动规律而建立的经典力学体系，至今仍是现代工程科学（包括宇航科学）的基础，本世纪30年代对太阳和恒星内部结构和能源的研究导致了热核聚变的概念，为人类利用核用能提供了启迪；特别是近半个世纪以来，人类探索宇宙的热情一方面有力地推动了遥测遥控、空间技术、计算技术等一系列高新技术的发展，直接服务于全球通讯、资源调查、气象预报等国民经济部门，而这些技术在天文上的应用则使人们对宇宙的认识突飞猛进，第一次有可能从统一的原理来说明从基本粒子到化学元素、从星系到恒星、从太阳到地球、从原生物到人的长达上百亿年的演化史。
    我们所居住的地球是太阳系的一个普通成员。太阳系的中心天体是太阳，它是一个半径约70万公里、表面温度达6000K的气体球，其核心温度高达1500万K，发生着氢聚变为氦的核反应。我们赖以生存的光和热，就是由这种核反应产生的。太阳系有九个行星，依次为水星、金星、地球、火星、木星、天王星、海王星、冥王星。最外面的冥王星离太阳约60亿公里。在火星和木星之间运行着几十万颗小行星。太阳系中质量较小的天体还有彗星和流星。
    晴朗夜空中有一条横亘天际的光带，被人称为银河。实际上它是由群星和弥漫物质集成的一个庞大天体系统，叫做银河系。银河系的发光部分直径约7万光年，最大厚度约二万光年，象一个中央突起四周扁平的旋转铁饼，太阳是银河系中的一颗普通恒星，银河系中有大约2000亿颗恒星，彼此之间相距很远。离太阳最近的比邻星也有4．3光年远，为太阳半径的6000万倍。除恒星外，银河系中还有不少由气体和尘埃组成的团块，称为星云。有的星云含有大量分子，称为分子云，常常是形成恒星的场所。
    银河系之外还有数以10亿计的庞大天体系统，与银河系属同一结构层次，统称星系。人类肉眼可见的最远天体一仙女座星系——就是其中之一，它距银河系225万光年，但在与银河系大小相当的星系中还算最近的一个。星系在宇宙中的分布是不均匀的，有的成双，有的成群，大的星系团甚至包含成百上千个星系。有些星系团又聚集成尺度更大的超星系团，在5亿光年以上至目前观测所及的150亿光年之间尚未发现不均匀的迹象。

12、地球的起源
    太阳系是在约50亿年前由气体尘埃云形成的。地球在约47亿年前诞生，它是由原始的太阳星云分馏、坍缩、凝聚而形成的。
    首先是星子聚集成行星胎，然后再增生而形成原始地球。原始地球所获得的星子是比较冷的，由于下述效应开始变热，开始了全球性的发育过程。（1）冲击效应。每个落到原始地球上的星子都有很高的运动能量，这种能量因冲击转化为热能。（2）压缩效应。由于星子的堆积使地球行星外部重量增加，内部受压缩，消耗在压缩内部的能量转化为热被保存下来。（3）放射性衰变。由于放射性元素铀、针、钾等的衰变产生热积累。
    原始地球形成后的几亿年，由于上述三种效应，其内部逐渐变热使局部熔融并超过铁的熔点，原始地球中的金属铁、镍及硫化铁熔化，并因密度大而流向地球的中心部位，从而形成液态铁质地核。同时，地球的平均温度进一步上升（可达约2000℃），引起地球内部大部分物质熔融，比母质轻的熔融物质向上浮动，把热带到地表，经冷却后又向下沉没。这种对流作用控制下的物质移动，使原始地球产生全球性的分异，演化成分层的地球，即中心为铁质地核，表层为低熔点的较轻物质组成的最原始的陆核，陆核进一步增生、扩大形成地壳。地核与地壳之间为地慢。分异作用是地球内部最重要的作用，它导致了地壳及大陆的形成，并导致大气和海洋它形成。
    氢和氧结合成的水，原先潜藏于一些矿物中，当原始地球变热并部分熔融时，水释放出来并随熔岩运移到地表，大部分以蒸气状态逸散，其余部分在漫长的地质历史进程中逐渐充满大洋。
    在原始地球变热而产生分异作用的过程中，从地球内部释放出来的气体形成了大气圈。早期地球的大气圈成分与现代不同，正是由于紫外辐射的能量促使原始大气成分之间发生反应，从无机物质生成有机小分子，然后发展成有机高分子物质组成的多分子体系，再演变成细胞，生命得以开始和进行。经过早期分异阶段，地幔固结，原始地壳和大陆发育，并形成了大洋和大气圈。
    地球的固体地幔和岩石圈是与陆地上空的空气、洋盆中的水以及在核幔边界的流体相接触。地核和地幔的变化对地球磁场的变化起主导作用。地质构造演化，板块的形成与运动，以及地震、火山等自然现象说明，地球内部处于热学和力学不平衡的状态，存在巨大的力源，使运动持续不停。
    地核有两个可测的物理特性是磁场和热量。地核通过两个重要的直接途径对地幔产生影响：其一是向地馒底部提供热量，激励地幔深处的热对流，即热的输出是通过传导与对流；其二是对地幔施加一种机械的转矩，这种核幔的相互机械作用和包括大气运动等在内的其他地球过程，决定了一天的长短变化和地球转轴在空间的定向。
    地球表面是人类赖以生存的场所。上面叙述的是从地球再生后一直延续到今天的地球内动力过程。然而，地球在整个历史中同样受到太阳光和热的作用，它们与地球内部动力所引起的各种现象之间相互作用，驱动着地球表层的深化，包括地表上发生的各种作用，如：大气、海洋、海气、陆气以及气候的重大事件，侵蚀作用、搬运和形成新的沉积物，水的循环及其降水、地下水、地表河网、冰的流动以及风、尘土和沙漠。太阳的幅射能量通过行星际空间传送到地球，供给了地球的光和热。对地球表面和大气层加热，形成了大气层的温度垂直分布结构和大气环流。
 
13、生命的起源
    本世纪20年代，俄国生物化学家奥巴林和英国生物学家哈尔达内提出了在原始地球（有生命前的地球）的海洋中存在有机分子的“原始汤”的观点。人们想象原始汤是通过一些地球化学过程和各种能源对一种大气层的作用而形成的。这种大气层和木星上的有些相似，主要是一些未氧化的气体如甲烷、氨和氢。早在100年前，人们就知道甲醛分子能够结合并生成包括核糖（组成RNA的一种成分）在内的糖类。这些实验似乎提供了令人振奋的证据：生命可以在原始汤中通过简单的化学反应产生。以后的数十年间，类似于米勒的一些实验均证实了核酸的组分（核苷酸）和蛋白质的组分（氨基酸）在生命出现前的条件下可以合成。
    从有机分子物质形成有机高分子物质。有些学者认为，在原始海洋中，氨基酸、核苷酸等有机小分子物质，经过长期积累，相互作用，在适当条件下，通过缩合作用或聚合作用，就形成了原始蛋白质分子和核酸分子。现在，已经有人模拟原始地球的条件，制造出了类似蛋白质和核酸的物质。虽然这些物质和现代蛋白质和核酸相比，还有一定差别，并且原始地球上的蛋白质和核酸的形成过程是否如此，还不能肯定，但是，这已经为人们研究生命的起源提供了一些线索，在原始地球条件下，产生这些有机高分子物质是可能的。
    从有机高分子物质组成多分子体系。根据推测，蛋白质和核酸等有机高分子物质，在海洋里越积越多，浓度不断增加，由于种种原因（如水分的蒸发、粘土的吸附作用）。这些有机高分子物质经过浓缩而分离出来，它们相互作用，凝聚成小滴。这些小滴漂浮在原始海洋中，与周围的原始海洋环境分隔开，从而构成一个独立的体系，即多分子体系。这种多分子体系已经能够与外界环境进行原始的物质交换活动了。
    从多分子体系演变为原始生命。分子体系演变为原始生命，这是生命起源过程中最复杂和最有决定性意义的阶段，它直接涉及原始生命的发生。目前，人们还不能在实验室里验证这一过程。不过，我们可以推测，有些多分子体系经过长期不断的演变，特别是由于蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用，终于形成具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的原始生命。以后就由生命起源的化学进化阶段进人了生命出现以后的生物进化阶段。
   
14、人类的起源
    如果将DNA所含的遗传信息量和大脑所含信息量相比，我们看到脑的进化经历了三个重大转折。几亿年前，脑的信息量只有几十亿比特。石炭纪时，地球上首次出现了一种脑内信息大于基因信息的生命体，这就是早期的爬行动物，在这生命史上，是一个象征性的转折点。而后，随着哺乳动物的出现以及包括人类在内的灵长目动物的诞生，在脑进化中两次相继完成的重大飞跃大大地促进了智力的进化。其特点是：①脑重从来没有这么大；②脑重与体重之比从来没有这么高；③从未有这样大的额叶和颞叶；④从来没有这么丰富的神经联结；⑤从来没有这么大的生存竞争压力。自石炭纪后，生命史上有许多事件可以说明脑对于基因已逐步地、当然不是完全地取得了优势。
    我们可以有把握地说，至少在 900万年前，地球上还没有出现人的智力。人的智力存在年限是地球年龄的千分之几。为什么人的智力出现这么晚？这是因为高级灵长目动物及鲸目动物的脑的独特性能在全新世以前毫无进展的缘故。智力的进化和人类的起源是相互联系的。古人类学家和分子遗传学家正在对何时、何地和怎样从猿的系统分化出来并如何进行成现代人的问题，卷人一
    场论战。古人类家学以化石遗骸和人工制造物为证据，坚持认为现代人类是由其居住在世界各地的古老祖先进化而来的，这一进化历程历时数百万年。相反，分子遗传学家根据人类线粒体DNA谱系推断，当今人类所有各个种族共同的女性祖先，也就是人类始祖夏娃，其生存年代大约距今15万一18万年之间。
 
15、微电子技术与集成电路
    微电子技术是微小型电子元器件和电路的研制、生产以及用它们实现电子系统功能的技术领域。在这个领域中最主要的就是集成电路技术。微电子技术是随着集成电路技术，特别是大规模集成电路技术的发展而发展起来的一门新兴技术。
    微电子技术和传统的电子技术的差别在于，微电子技术不仅使电子设备和系统的微型化成为可能，更重要的是它引起了电子设备和系统的设计、工艺、封装等的巨大变革。所有的传统元器件，如晶体管、电阻、连线等，都将在硅基片内以整体的形式互相连接，设计的出发点不再是单个元器件，而是整个系统或设备。
    微电子技术的发展可以追溯到晶体管的出现。1947年美国电话电报公司（AT＆T）的贝尔实验室的三位科学家巴丁、布赖顿和肖克莱制成第一支晶体管，开始了以晶体管代替电子管的时代。晶体管的出现可以说是集成电路出台的序幕。
    随着晶体管应用日益广泛，特别是制造工艺的发展，科学家想到，为什么不把组成电路的元器件和线路都象制造晶体管那样做在一块硅片上来实现电路的微电型化呢？于是，晶体管制造工艺经过10年的发展后，1958年出现了第一块集成电路。
    标志集成电路水平的指标之一是集成度。所谓集成度就是指在一定尺寸的芯片上（这个芯片的尺寸比小姆指的指甲还小）能做出多少个晶体管。也有的用在一定尺寸的芯片上能做出多少个门电路（一个标准的门电路是由一个或几个晶体管组成的）来衡量集成度。集成电路发展的初期仅能在这个小面积上制造十几年或几十个晶体管，因而其电路的功能也是有限的。一般将集成100个晶体管以下的集成电路称为小规模集成电路。到60年代中期，集成度水平已经提高到几百甚至上千个元器件（指晶体管）。我们把集成100—1000个晶体管的集成电路称为中规模集成电路。70年代是集成电路飞速发展的时期，集成电路已经进人1000个以上元器件的大规模集成时代，这期间已经出现了集成20多万个元器件的芯片。大规模集成电路不仅仅是元器件集成数量的增加，集成的对象也起了根本的变化，它可能是一个复杂的功能部件，也可能是一台整机o单片计算机人80年代可以看作是超大规模集成电路的时代，芯片上集成的元件数已达10万以上，而且已经突破了百万大关。