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科学是造福人类的(上) ----试与科学巨匠对话的提纲

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    发表于 2019-8-27 08:09:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
    科学是造福人类的(上)
                     ----试与科学巨匠对话的提纲
    湖北郧阳        简永刚
    一.蒙醒问天
    我自幼受家母的影响,对天文星象学有非常浓烈的兴趣从中学肄业回家,到成人后又读大学,一直追随探索自然科学中的各种奥秘,认识到科学,特别是自然科学。最重要的目的之一就是追寻科学本身的原动力,或曰追寻其第一推动力。同时科学的这种追求精神的本身,又成为社会发展和人类进步的一种最基本的推动,那就是解放生产力。
    科学总是在寻求发展和了解客观世界的新现象,研究和掌握新规律,总是在不懈地追求真理。科学是认真的,严谨的,实事求是的,同时科学又是创造的,科学最根本的态度之一就疑问,科学最根本的精神之一就是批判。科学最基本的目的之一就是造福人类。然而,科学的发展又是双刃剑。
    今天,我们对于周围一切存在似乎都变得理所当然,无论眼中看到的,手中触摸到的,还是耳朵听到的,我们大概都习以为常。
    在浩瀚的宇宙中,地球能诞生,这本身就是个奇迹。要知道整个宇宙空间的环境并不太平,也并不安稳。任何一个条件不到位都可能毁灭地球,任何一点小的偏差,都会让地球遭到重创。从整个宇宙环境来说,地球是极其脆弱的。即使在太阳系内,地球能拥有现在的状况也是十分不易的。
    当地球上出现生命之后,这种脆弱性就进一步加大,尤其是当这些生命历经劫难后顽强地生存下来。这就是已令对生命感到敬畏。就如同人类的诞生,试想如果不是因为大脑足够发达,人类在进化的时候,无论是体型、力量、还是步跑的速度几乎都不占优势,但人类最终还是存活下来了,这本身就是很大的运气。
    我们要满怀感恩之心,感恩这进化的鬼斧神工,无论是宇宙的诞生,还是地球生命的诞生于进化,都是一个非常神奇的历程,更是一项极其伟大的工程。我在少年懵然无知时都有过这样的疑问:人长大了,为什么要结婚?庄稼、蔬菜长在同样的一块土壤上为什么有苦有甜?这个地球放在什么地方?一旦旋转出轨了将会掉在哪里?太阳的光亮一旦燃烧完了那又用什么来照明?万物之源来自水还是太阳?宇宙为什么会存在?为什么会变得浩瀚无垠?太阳有生命,地球有生命,一旦没有了,我们乃至我们后代往何处去呢?.......。夜间多次想着想着枕头就被泪水寖湿了。后来接触了遗传学,工程地质学,古代天文历法学,《易经》、老庄的道学,以及唯物主义的哲学,现代天文学,自然科学发展史等等,再后来也有无法理解的为什么小细胞可以不断地进化出越来越高级,越来越复杂的生命!从宏观的宇宙,到微观的粒子,从复杂的生物个体到渺小的基因都有了些认知,正是有了些皮毛的认知也形成了我思想漂泊,意兴的逸飞,生命的躁动,不论生态环境多么不利,却慨当以慷,甘之如饴,实现我绵薄的抱负,以完成历史赋予的使命。
    但是无论如何,在今天的新时代我们科学领域的进步,中国由跟跑到并跑,进而发展到弯道超车的领跑,这种成功足以让我们对未来充满更加美好的憧憬。但我们也应饾饤索隐,考镜源流,回往过去发生的最有刺激的科技事件。
    二.能量转换
    有关社会进步,我们常常会提到一个重要的元素----能源。能源的应用往往会体现一个社会的进步的程度。人类在进入农业文明之后,就已经意识到了能源的重要性。人类祖先已经懂得了如何使用能源。比如焚烧木材产生热量,这样就可以用来取暖和烹饪。利用水的能量制作水力车,用于浇水灌溉,以及碾米磨面。利用热气来放飞“孔明灯”。西方人的蒸气球就是仿中国孔明灯的原理。这些尽管典范,但仍然比较局限。因为一旦缺少火源和水源,所有的能源利用就会陷困境。
    然而,这些能源无法实现能量的转换。在初级的农业文明时代人类需要播种、收割,需要转动石磨,需要打造器具,无不需要人们亲自动手,更需要花费力气。而力气的自身能量来源于食物,事物的能量来源于植物,而植物的能源又来源于太阳的光合作用。深入挖掘这些能源究竟来自何处?似乎没有太多的意义和价值。但人类在初级农业文明时代的很多活动实际都是依赖大自然的能量供给。这也是古代为什么播种时期很少发生战争。因为它要借助自然的能量长出食物,军队没有粮吃,自然无力发生战争。
    诚然,这是初级农业文明社会的一个缺陷。也是人类一直在想办法解决的问题。这个问题在十七世纪被一个叫詹姆
    ·瓦特的英国人解决了。瓦特出生于一个造船家庭,父亲是造船工人,并拥有自己的作坊,瓦特从小的使命是继承父亲的事业。十七岁时父亲的事业破产了,他进入了一家手表修理店当学徒,他立志要自己成为老板。当他的开店申请被格拉斯哥锤业者行会拒绝了。认为他没有满足“当满七年学徒”的硬性要求。后来在贵人的帮助下,瓦特在格拉斯哥大学如愿以偿,自己也办起了修理店,平时在店里捣鼓一些机械和一些小发明,最后弄出了一个了不起的大家伙----蒸汽机。其实,真正的发明是英国工程师纽科门和助手卡利。瓦特只是个改良者。但这个改良推动了世界的进步。
    大家知道,瓦特从小就在祖母的房间里看到水壶里的水蒸气不断地往外冲,壶盖总是跳的使人心烦。平常人们都忍着这种烦心的声音,却没有人想过,这到底是怎么回事。瓦特被这个现象吸引住了,并且在当时看起来最简单也最复杂的结论,壶盖的跳动是由水蒸气的热能推动的,也就是能量转化为动能,这种非凡的见识,让他在后来的实验中把握了有关能量转换的关键原理。后来经过漫长的努力,他改良了原有效率低下的蒸汽机,设计出了与汽缸壁分开的凝汽器蒸汽机。随着蒸汽机的使用,第一个对“热”本质进行研究并对热机效率进行了精密的物理、数学分析,是法国工程师卡诺(1796-1832)在研究中发现瓦特的蒸汽机比纽科门的蒸汽机的效率高4倍,并提出来卡诺循环理论。
    改良版的蒸汽机真正成了工业革命的助推器,当纺织机和轧棉机出现后,纺织品的生产变得更加高效而廉价。在这个时候人们才意识到蒸汽机的价值,并且象利用万能公式一样普遍进行套用。比如将它安装在列车上,结果出现了力大无比的且装载量惊人的大火车。人们将它安装在船上,结果可以横渡大洋的轮船.......。
    蒸汽机带来的是时间和距离的双赢,长途运输和旅途变得更加便利了。在其他领域,手工劳动逐渐被机器取代,那些依靠利用能源产生强大动力的机器在物质生产方面,有了坚实的保障。给英国人带来荣耀的财富,而率先成为世界最强大的国家。
    三、工业革命
    这场轰轰烈烈的工业革命,使人类正式卷入了工业文明阶段,这个阶段机器成为了最可靠的劳动力。大量的社会财富迅速地堆积起来。当第一次工业革命走近尾声的时候,第二次工业革命到来了。这一次美国人走到了最前列。他们发明了标准化的生产方式,大量可交换的零部件开始出现,这极大地提升了工作效率。19世纪初美国发明家伊莱.惠特尼就用这种方式为政府大量制造滑膛枪的。结果效率惊人。这种方式很快推广到其他工业领域,无论螺丝帽,还是轮子,机器零件开始以一种近乎快速复制的也就是“标准件”形式出现,而工业技术则赋予强大的复制力。接下来福特汽车公司的亨利.福特发明了能将汽车零部件运送到装配工人所需要地点的环形传送带上。这就相当于制造了一条“流水线”。这种作业方式让生产效率提升了N倍。亨利·福特借助这种工作体系和方法获得了很大的名声和惊人的财富。
    美国人靠着丰富的资源和劳动力,以及这些出色的工作方式,使得“批量生产”成为了那个时代的主流生产方式。在那时,大家都知道美国人的产品生产速度是快的,生产数量是最多的,投入产出率是最高的,也正因为如此,美国成为了当时最强大的工业化国家。
    第二次工业革命的最大特点是电气化的推广。从德国人西门子发明了发电机开始。全世界人民仿佛打定了主意要把所有的可能存在的电器生产研究个普遍,所以在短短的几十年内,电灯,电车,电影电话,无线电相继出现,汽车和飞机这种复杂的机器也开始登上历史舞台。这与第一次工业革命不同的是,这次英国人没有拔得头筹,美国人,德国人,日本人都比他做得好。
    当人们感叹整个世界正在被电器改变时,一场有关信息的革命正在酝酿。一些更加复杂,更加高端的领域成了人类的主攻方向。原子能,电子计算机,空间技术和生物工程以及海洋技术,新材料,新能源和信息技术等诸多领域的控制技术,空间技术成为了引领时代的发展潮流。原子弹,氢弹,计算机,卫星,宇宙飞船等令人惊叹的东西相继出现。分子生物学,遗传学也获得了巨大的进步,这一切都是前人无法想象的。人类的创造力达到前所未有的高度。
    工业文明的第三次技术革命有效地提升了人类文明的高度。可以说在工业文明阶段,人类创造的物质财富要远远大于过去几万年所获得的,更重要的随着工业革命的推进,人类的演化速度也越来越快,社会的发展速度也越来越惊人,这种变化与人类的发展提供了保障。这为第四次工业革命提供了前奏,那就是大数据,云计算时代的到来,可以说4G改变社会,5G改变生活。
    未完待续

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