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序言1

第一篇 概论3

第一章 科学技术概论3

第一节 科学和技术的概念3

一、什么是科学3

二、什么是技术4

三、科学和技术的区别4

第二节 现代科学技术发展的特点5

一、现代科学技术发展的高速性5

二、现代科学技术应用的综合性6

三、当代科学技术对社会各个层面的渗透性6

四、当代科学技术对社会影响的深刻性7

第三节 现代科学的五大前沿7

一、宇宙科学7

二、基本物质10

三、地球科学11

四、生命科学11

五、非线性科学12

第四节 世界高技术的六大领域13

一、新材料及其加工技术13

二、现代制造及工程技术18

三、电子和信息技术18

四、现代生物技术——当代高技术的最前沿23

五、现代交通运输及航天技术24

六、能源和环境技术27

第二章 科学技术发展简史31

第一节 古代的科学技术31

一、古代中国的科学技术31

二、古希腊的科学技术34

第二节 近代科学的兴起和发展39

一、从哥白尼到开普勒的天文学革命40

二、从伽利略到牛顿的力学革命42

三、近代数学和自然科学的发展45

第三节 近代技术革命61

一、蒸气机的发明和应用61

二、电气技术的发展62

三、内燃机的出现63

四、电信技术的兴起64

第四节 现代自然科学的成就65

一、现代科学革命的先驱——物理学革命66

二、现代数学的新进展73

三、现代物理学的新领域75

四、现代化学的建立78

五、现代生物学的兴起80

六、现代天文学的发展83

第五节 现代技术革命的兴起85

第六节 科学技术的发展趋势88

一、科学技术发展的加速化88

二、科学技术发展的综合化89

三、科学、技术、生产一体化92

四、交叉科学大量涌现95

第二篇 现代科学技术及应用101

第三章 宇宙与天文学101

第一节 从太阳与恒星说起101

一、太阳101

二、恒星103

三、恒星的一生103

四、恒星为什么发光105

五、恒星的寿命106

六、恒星的“死而复生”107

七、什么是“黑洞”108

第二节 太阳家族——太阳系110

一、太阳系的结构110

二、行星112

三、类地行星（金星、水星、火星、冥王星、地球）113

四、类木行星（木星、土星、天王星、海王星）114

五、地球和月球115

六、日食与月食118

七、太阳系的运动119

八、太阳系的起源和演化121

第三节 浩渺的银河系122

一、星系122

二、银河系概貌123

三、巨星和矮星125

四、变星126

五、双星和聚星127

六、星团和星协128

七、星云和星际物质129

八、银河系的运动131

九、遥望河外星系131

第四节 无边的宇宙133

一、宇宙的起源和演化133

二、稳恒态宇宙学135

三、等级式宇宙模型135

四、正、反物质宇宙模型136

五、暴胀宇宙学136

六、宇宙无限137

七、寻求“大统一”139

八、谱线红移与多普勒效应140

第五节 天体物理学141

一、天体物理学概况141

二、太阳物理141

三、行星物理142

四、恒星和星际介质物理144

五、星系物理144

第六节 空间天文学146

一、空间天文学概况146

二、γ射线天文学146

三、X射线天文学147

四、紫外天文学148

五、红外天文学149

六、哈勃太空望远镜150

第七节 射电天文学152

一、射电天文学的兴起152

二、射电天文学的重大发现152

三、射电天文学主要研究领域153

四、射电望远镜154

第四章 地球科学157

第一节 地球的形成与主要特征157

一、地球的形成157

二、地球的形状159

三、地球的结构159

四、地球的主要物理性质161

五、地球是人类的家园163

第二节 关于地球的科学认识164

一、古代人们眼中的地球164

二、近代人们视野中的地球和地球科学166

三、今天的地球167

第三节 矿产与资源170

一、矿产资源170

二、能源资源172

三、水资源175

四、土地资源176

五、海洋和海涂资源177

六、草地资源179

第四节 地球环境与土地利用180

一、地球环境的构成及其相互关系180

二、土地利用问题182

三、人类活动对地球环境的影响183

第五节 人与地球185

一、地球环境与健康185

二、地球资源的利用和保护188

三、地球资源利用197

第五章 海洋科学199

第一节 海洋与海洋科学199

一、从地球的称谓谈起199

二、年轻的海洋科学201

第二节 现代物理海洋学203

一、什么是物理海洋学203

二、意外发现赤道潜流204

三、大洋“中尺度涡”流205

四、西太平洋上的“巨河”——黑潮205

五、地震海啸207

六、海平面的变化208

第三节 现代生物海洋学210

一、什么是生物海洋学210

二、海洋生态平衡211

三、海洋中的生命“金字塔”——海洋食物链213

四、大洋海底的“绿州”215

五、奇特的深海生命现象217

六、何谓海洋生物技术219

七、探索生命起源221

第四节 现代化学海洋学222

一、什么是化学海洋学222

二、海水——多种溶质的溶液223

三、碳循环——化学海洋学的新课题224

四、海洋界面226

五、诱人的海洋化学资源226

六、海洋不能死亡230

第五节 海洋资源232

一、来自深海底的矿藏——大洋锰结核232

二、洋底裂隙中的财富——多金属软泥235

三、油气田向海底延伸236

四、中国海洋油气资源237

五、海洋再生资源238

六、滨海砂矿241

七、海底隧道与跨海大桥242

八、科学进行海洋倾废246

第六节 海洋资源的开发利用走向法律化250

一、《联合国海洋法》诞生251

二、中国批准《联合国海洋法公约》251

三、新的地理概念：海洋国土251

第六章 气象科学253

第一节 现代气象科学——大气科学253

一、现代气象科学的研究内容253

二、大气科学的研究特点256

三、大气科学的学科分支257

四、大气科学发展概略259

第二节 天气预报261

一、天气与天气系统261

二、大气环流262

三、天气预报262

四、气象综合探测264

五、气象信息网络265

六、数值天气预报268

第三节 气候预测269

一、气候概念的发展269

二、气候系统的成员270

三、气候变化的原因271

四、气候模拟272

五、气候预测273

六、中国的汛期降水预报274

第四节 气象灾害276

一、我国气象灾害的基本特征276

二、我国气象灾害的分布特点278

三、我国的洪水灾害279

四、我国的旱灾280

五、我国的台风灾害282

六、气象减灾与可持续发展283

第五节 气候资源284

一、气候资源的基本特征284

二、对气候资源的认识285

三、我国的太阳能资源285

四、我国的热量资源286

五、我国的降水资源287

六、我国的风资源288

七、气候资源的开发利用289

第六节 气候变暖291

一、气候变暖的基本特征291

二、未来全球气候变化展望292

三、全球变暖对经济和社会的影响293

第七节 厄尔尼诺与气候异常295

一、厄尔尼诺／拉尼娜现象与恩索295

二、近百年的恩索事件297

三、恩索对气候的影响299

四、恩索对经济和社会的影响300

第七章 环境科学与环境保护302

第一节 环境科学的概念302

一、环境302

二、环境问题304

三、环境科学308

四、环境保护310

第二节 人与环境312

一、人口与环境312

二、环境污染与人体健康316

第三节 全球性环境问题319

一、温室效应——地球变暖320

二、酸雨322

三、臭氧层破坏326

四、有毒化学品和危险废物污染327

五、水资源短缺328

第四节 中国的生态环境问题329

一、生态环境问题严峻330

二、自然灾害频繁333

第五节 可持续发展战略与环保产业338

一、可持续发展战略338

二、开发与推广绿色技术342

第六节 中国21世纪议程350

一、《中国21世纪议程》的产生背景和制定过程350

二、《中国21世纪议程》的主要内容351

三、《中国21世纪议程》的特点352

四、《中国21世纪议程》的实施354

第七节 全国生态环境建设规划356

一、我国生态环境建设概况356

二、生态环境建设的指导思想和奋斗目标357

三、全国生态环境建设总体布局359

四、规化优先实施的重点地区和重点工程362

五、生态环境建设的政策错施364

第八章 生命与人体367

第一节 生命的本质和起源367

一、生命的本质特征367

二、生命的起源368

三、人的起源与进化370

第二节 遗传与变异373

一、人类的染色体373

二、基因的结构与功能373

三、基因的突变374

四、遗传疾病与染色体异常374

第三节 人的意识与心理375

一、意识的概念375

二、意识的类型376

三、心理与心智376

第四节 人体的组成与结构378

一、人体的组成378

二、人体的结构379

第五节 人体的生化和生理390

一、人体生化390

二、人体的生理392

第六节 人体的病理396

一、病理学的概念396

二、组织的再生与修复396

三、人体的病理现象397

第九章 医药科学402

第一节 概述402

一、医学模式的转变402

二、2000年人人享有卫生保健403

三、医学技术发展的新特点403

四、善于寻求医疗保护404

第二节 医学诊断新技术405

一、独具慧眼的超声波检查405

二、拍张“彩照”能断病——彩色多普勒诊断406

三、巧诊心脏病的心电图408

四、探索脑中秘密的脑电图409

五、举手投足间的肌电图410

六、功不可没的X线检查411

七、X线与电子计算机的“混血儿”——CT412

八、数字减影血管造影术413

九、核磁共振成像术415

十、核医学中奇特的“母牛”416

十一、巧用核素测脏器功能417

十二、灵敏快捷的放射免疫分析技术418

十三、让脏器在体外显像419

十四、查治结合的光导纤维内窥镜421

十五、人体磁生物检测423

十六、电子听诊器与核听诊器425

第三节 医学治疗新方法426

一、超声波治病426

二、激光诊治疾病427

三、爆破人体中的“石头”429

四、起死回生的心脏起搏器430

五、显微外科手术431

六、心脏架桥工程432

七、生命的修修补补433

八、放射性核素治疗疾病434

九、中子和负π介子治癌435

十、“张冠李戴”新疗法436

第四节 计算机在医学中的应用437

一、计算机辅助看病437

二、计算机的“特技”表演——医学图像处理438

三、用计算机鉴定中药440

四、计算机药物辅助设计440

五、设计下巴和牙齿442

六、中医四诊客观化443

七、临床监护技术443

八、悄然兴起的心电BP机445

九、远程会诊和治病445

十、计算机行走系统和人工脊髓447

十一、机器人做手术448

十二、未来智能住宅中的医疗448

第五节 人工器官医学工程449

一、条件苛刻的医用材料450

二、医用塑料和天然高分子材料452

三、高分子化合物的药用453

四、人工血液453

五、人工心脏瓣膜455

六、人工肾455

七、人工关节457

八、仿生手臂和电子触觉457

九、人造皮肤458

十、人工视觉和电子眼459

十一、人工耳蜗460

十二、遥控药物输出泵461

十三、人工子宫将成为现实462

第六节 药物研制新进展463

一、药物和药物化学463

二、新药的研制过程464

三、化学药物≠合成药物465

四、设计新药的合成路线465

五、前体药物及其目的466

六、活化酶与药物合成467

七、母体药物和先导化合物468

八、药物的化学结构改造468

九、抗生素的发现469

十、抗生素的主要来源470

十一、寻找新的抗生素471

十二、半合成抗生素472

十三、中药“试管苗”473

第七节 医药生物技术474

一、异军突起的医药生物技术474

二、基因工程疫苗474

三、单抗诊断试剂475

四、单克隆抗体与治疗新药476

五、单克隆抗体导向疗法476

六、反义药物477

七、基因工程新药478

八、人类基因组计划479

九、人体自身的抗癌药480

十、防癌疫苗481

十一、用基因工程生产生长激素释放抑制素482

十二、利用细菌生产胰岛素和生长激素483

十三、基因诊断484

十四、基因疗法486

十五、DNA探针488

第十章 数学与非线性科学491

第一节 纯数学491

一、数学——科学的皇后491

二、集合论与数学基础492

三、形形色色的悖论493

四、公理化494

五、数理逻辑495

六、数学哲学的三大流派497

七、实变函数498

八、泛函分析499

九、抽象代数499

十、非欧几何500

十一、拓扑学501

十二、四色问题502

十三、数论503

十四、非标准分析503

第二节 应用数学504

一、高技术本质上是数学技术504

二、运筹学506

三、规划论507

四、库存论507

五、排队论508

六、计算数学508

七、模糊数学509

八、最优化方法511

第三节 概率论与数理统计512

一、概率论——偶然现象背后的规律性512

二、大数定律和中心极限定理513

三、马尔可夫过程514

四、数理统计学514

五、随机抽样方法516

六、统计决策517

第四节 非线性科学518

一、线性与非线性518

二、怎样认识我们周围出现的复杂现象519

三、耗散结构520

四、协同学的基本原理521

五、突变论523

六、超循环论524

七、复杂性的定义525

八、混沌526

九、湍流与奇怪吸引子527

十、自相似性527

十一、分数维528

十二、分形几何学528

第十一章 现代物理学530

第一节 经典物理学的基本原理530

一、相对性原理（运动是相对的）530

二、牛顿的三大运动定律531

三、万有引力定律532

四、动量及动量守恒定律533

五、功和功率534

六、能与能量守恒定律536

七、温度及绝对温度537

八、分子运量论537

九、热现象及热的传播538

十、热力学三大定律539

十一、电荷间的力（库仑定律）540

十二、场541

十三、麦克斯韦方程组542

第二节 相对论与量子力学542

一、以太之谜和迈克耳逊—莫雷实验542

二、狭义相对论的基本原理和科学结论544

三、新的时空观545

四、广义相对论及实验验证547

五、黑体辐射与“紫外灾难”549

六、量子的概念549

七、波粒二象性550

八、光量子假说与光电效应551

九、量子力学的基本概念和理论552

十、测不准原理553

第三节 核物理学及其成就554

一、X射线554

二、电子555

三、放射性556

四、半衰期与用碳-14测定年代557

五、中子的发现558

六、原子核的结构560

七、核裂变与原子弹561

八、链式反应563

九、核动力反应堆564

十、放射性废物的处理565

十一、辐射的生物效应565

十二、核聚变以及聚变能利用的探索566

第四节 粒子物理学（高能物理学）569

一、基本粒子及其种类569

二、基本粒子的性质570

三、宇宙线571

四、四种基本的相互作用力572

五、对称性和对称性原理573

六、对称性和守恒定律的关系574

七、强子的内部结构576

八、夸克模型及层子模型577

九、高能加速器578

十、对撞机581

十一、反物质582

第五节 凝聚态物理583

一、固体物理583

二、半导体物理584

三、磁学物理584

四、超导体物理585

第十二章 化学587

第一节 科学化学的确立587

一、波义耳把化学确立为科学587

二、氧化燃烧理论588

三、道尔顿的原子论589

四、阿佛加德罗的分子学说591

五、原子、分子学说592

第二节 原子结构和元素周期律593

一、“葡萄干蛋糕”模型与行星式原子结构593

二、玻尔的原子结构理论594

三、门捷列夫的元素周期律595

四、周期律的本质和周期表的发展596

五、超重元素与“稳定岛”597

六、同位素598

第三节 现代化学键理论与量子化学600

一、化学键600

二、量子化学600

三、离子键601

四、共价键602

五、现代价键理论603

六、分子轨道理论604

七、金属键理论606

八、分子极性和变形性607

九、分子间作用力608

第四节 现代结构化学与X射线衍射法609

一、结构化学609

二、X射线衍射610

三、晶体结构611

四、X射线晶体结构分析613

第五节 化学动力学614

一、碰撞理论614

二、过渡态理论614

三、催化理论615

四、表面化学616

五、化学振荡616

第六节 分析化学617

一、分析化学及新进展617

二、光学分析法619

三、电化学分析法620

四、色层分析法620

第七节 现代化学及其应用621

一、配位化学621

二、非金属无机化学622

三、生物无机化学622

四、固体无机化学624

五、药物化学625

六、高分子化学626

七、化学改性627

八、合成橡胶628

九、合成纤维629

十、合成塑料630

第十三章 计算机与人工智能632

第一节 电子计算机技术632

一、计算机的诞生与发展632

二、计算机五大硬件634

三、计算机的各种软件635

四、计算机的工作原理636

五、计算机的输入设备637

六、计算机的输出设备639

七、计算机的分类640

八、计算机的性能与应用642

第二节 多媒体与虚拟现实技术643

一、多媒体技术643

二、多媒体计算机的应用645

三、虚拟现实技术647

四、虚拟设计649

五、虚拟现实造生物650

六、虚拟现实与娱乐休闲651

七、虚拟实验与教学652

八、虚拟现实与训练演习653

九、虚拟现实与“遥感技术”655

第三节 计算机与生产现代化656

一、计算机辅助设计与制造656

二、机电一体化657

三、过程控制659

四、无人小车和自动化仓库660

五、柔性制造系统661

六、计算机集成制造系统663

七、管理信息系统664

八、电脑与农业现代化665

第四节 信息社会离不开电脑668

一、科学计算与分析推理668

二、电脑主宰办公自动化669

三、电脑当翻译670

四、电脑警卫671

五、家庭电脑的妙用673

第五节 计算机的安全与发展674

一、计算机病毒与防治674

二、计算机的安全675

三、智能计算机676

四、个性化电脑与网络计算机677

五、残疾人用电脑678

六、未来的几种计算机679

七、脑电波控制计算机680

第六节 人工智能与神经网络681

一、人工智能681

二、人工智能的应用研究682

三、神经计算机683

四、专家系统685

第七节 智能机器人686

一、仿人的自动化机器686

二、自主型智能机器人687

三、仿生机器人689

四、极限作业机器人690

五、军用机器人692

六、机器人的进化693

第十四章 通信与网络技术695

第一节 通信与电话695

一、通信的发展695

二、无线电报的衰落698

三、红框理信机698

四、传真通信系统699

五、电话的发展700

六、无绳电话和无线电话702

七、电脑“大哥大”704

八、可视电话706

九、各式各样的新型电话707

第二节 现代通信技术708

一、微波通信708

二、蜂窝移动通信709

三、卫星通信710

四、数字通信713

五、数据通信715

六、激光与激光通信716

七、激光光纤通信717

八、海底电缆、光缆通信718

九、个人通信719

十、窃听器与保密通信720

十一、现代汽车移动电话722

十二、现代航船通信722

十三、卫星定位与导航系统723

第三节 网络与信息高速公路725

一、计算机网络蓬勃发展725

二、计算机网络化与通信技术727

三、万维网728

四、因特网729

五、防火墙730

六、安全健康地上网731

七、网络与信息社会732

八、网络走近个人和家庭733

九、电子函件735

十、电子报刊杂志735

十一、信息高速公路736

十二、信息高速公路有待发展737

第十五章 现代生物技术739

第一节 在分子水平上改造生命——造福人类的基因工程739

一、人类认识基因之路739

二、探索生命的密码741

三、基因及基因的分工、开关和诱导743

四、DNA文字的正确“阅读”745

五、基因工程施工工具747

六、基因的运载与库存748

七、“钓”基因的探针和科学体检工具基因芯片749

八、基因“复印机”——PCR仪751

九、让细菌成为基因药物工厂752

十、植物基因工程载体——神奇的基因枪754

十一、各取所需的植物分子育种755

十二、多彩多姿的转基因植物756

十三、植物与化学杂交759

十四、绿色疫苗工厂760

十五、转基因动物761

十六、动物药厂762

十七、破解人类基因之谜763

十八、攻克顽症——遗传病766

十九、人、鱼、老鼠本是一家767

二十、预测胎儿的未来768

二十一、第二代基因工程——蛋白质工程769

第二节 在细胞水平上改造生命——细胞工程770

一、细胞具有全能性770

二、利用植物组织培养繁殖植株771

三、植物“试管婴儿”——人工种子773

四、番茄和马铃薯也可“结亲”774

五、克病致胜的生物导弹——单克隆抗体776

六、植物细胞微型工厂778

七、动物细胞核移植技术779

八、借腹怀胎——动物胚胎移植技术781

九、从生殖方式谈克隆782

十、克隆家族783

十一、克隆羊——“多莉”784

十二、人能否克隆785

十三、克隆人体的“备件”786

十四、白鼠背上长出人耳和生物组织工程787

第三节 微生物工程结硕果788

一、小生物和大工程788

二、细菌冶金790

三、人类的微型药厂——微生物药厂792

四、能源开发与环境保护离不开微生物793

第四节 前景广阔的酶工程795

一、酶——生物体代谢活动的推动器795

二、把酶固定起来的技术796

三、酶工程对医药和医疗的贡献797

四、生物传感器799

第十六章 材料技术802

第一节 日益发展的金属材料802

一、比水还轻的金属：锂802

二、带翼的金属：铝及其合金804

三、力大无比的“泰坦”：钛和钛合金806

四、有记忆能力的合金807

五、金属玻璃（非晶态金属）810

六、超塑性金属811

第二节 古老而又年轻的无机非金属材料812

一、神奇的玻璃812

二、多彩的陶瓷材料814

三、能伸能曲的混凝土818

四、碳素材料819

第三节 柔韧而坚强的有机高分子材料825

一、战争的产物：合成橡胶826

二、20世纪大出风头的尼龙827

三、力大无比的“凯夫拉”828

四、向金属挑战的工程塑料829

五、可吃的塑料830

六、拯救沙漠的吸水树脂831

七、塑料树的妙用833

八、航天飞机发射架的保护神833

九、能导电的塑料834

十、能发电的塑料835

十一、聚合物医用传感器836

十二、能将紫外线变成可见光的聚合物836

第四节 取长补短的复合材料837

一、玻璃钢不是钢837

二、碳纤维的内功838

三、迅速繁衍的复合材料家族839

四、金属基复合材料839

第五节 改变世界的信息材料840

一、半导体材料840

二、光—电转换材料843

三、通信中的骄子：光纤材料845

四、光电分子开关847

五、聚合物光盘照亮了光计算的道路849

第六节 层出不穷的新功能材料851

一、超导材料851

二、烧蚀材料855

三、多孔材料856

四、电流变体材料859

五、倾斜功能材料860

六、延年益寿的医用生物材料861

七、智能和仿生材料864

八、现代纳米材料866

九、隐身材料870

十、发汗冷却材料872

十一、21世纪的衣料873