科学理论奠基 军事技术崛起——世界科技100年（三）20世纪10年代

王渝生

科学理论奠基 军事技术崛起
——世界科技100年（三）20世纪10年代

王渝生

20世纪最初10年最为璀灿的科学明星是爱因斯坦，他在1905年创立了狭义相对论和光量子论。20世纪第2个10年最为璀灿的科学明星还是爱因斯坦，他在1915年把相对性理论从等速运动推广到加速运动，创立了广义相对论。除了广义相对论，爱因斯坦还提出了受激辐射理论和有限无边的宇宙模型。此外，魏格纳提出了大陆漂移说，摩尔根开创了现代遗传学，英国数学家B·罗素和怀特海奠定了数学基础逻辑主义学派，美国天文学家H·罗素提出了恒星演化学说，路易斯则建立了化学共键假说等新科学理论。

20世纪10年代，爆发了第一次世界大战（1914-1918年），枪炮、坦克、潜艇、歼击机等陆海空武器装备和军事技术在战争中得到了发展。事实证明，人类对科学技术的应用是柄双刃剑，用于和平可造福人类，用于战争则使生灵涂炭。

这10年间，中国爆发了辛亥革命、五四运动，为近代科学发展奠定了思想基础;中国科学社、中华医学会、中华农学会相继成立，标志着中国民间科技社团的兴起。

伍尔夫发现宇宙射线

1910年3月10日，巴黎春寒料峭，来自荷兰发肯堡的耶稣会神甫兼物理学教师伍尔夫（F．T．Wulf）爬上高约300米的埃菲尔铁塔（当时为世界最高建筑）顶端的气象站，观测平台，利用自己新近发明的一种高灵敏度的静电计测定此高度空气的导电性，结果发现了宇宙射线。

索迪提出同位素假说

19世纪、20世纪之交发生的物理学革命，生长出一批富有活力的新学科，促成了一系列新技术和新的实验手段的出现，揭开了现代自然科学的序幕，在这场伟大的科技革命中，一些化学家也建立了永载史册的业绩，卢瑟福、居里夫人、索迪就是其中的代表。索迪（Frederick Soddy，1877.9.2-1956.9.22）于1910年提出了同位素假说，1913年发现了放射性元素的位移规律，为放射化学、核物理学这两门新学科的建立奠定了重要基础。因此荣获了1921年的诺贝尔化学奖。

罗素和怀特海奠定了数学基础逻辑主义学派

1910年至1913年，英国数学家B·罗素（Bertrand Arthur William Russell，1872.5.18—1970.2.2） 与怀特海（Alfred North Whitehead，1861.2.15—1947.12.30）合著《数学原理》三卷本陆续出版，提出了数学基础逻辑主义学派的基本理论。

卢瑟福建立原子模型

根据实验结果，卢瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937）提出了关于原子的微型太阳系结构设想。他认为，如果既有带正电的粒子不是如他的老师汤姆逊（Thomson，Joseph John，1856-1940）所设想的，像流体一样分布于整个原子，而是集中在中心一个小区域内，或者称之为“核”，情况会怎样呢？原子的大多数质量也许集中在核内，相等数量的带负电子的电子，就在核外某些地方处于运动之中。于是，卢瑟福建立了原子的微型太阳系模型，它对应于我们人类所在的宇宙中的太阳系。

居里夫人再度获得诺贝尔奖

继1903年法国物理学家居里夫妇因发现放射性物质和发现并提炼出镭和钋，获诺贝尔物理学奖之后，1911年玛丽·居里又获诺贝尔化学奖。

居里夫妇

从维他命到维生素

维生素的命名经历了1911—1920年间的整整10年。

1911年，波兰生物化学家芬克（Casimir Funk，1884.2.23—1967.11.19）根据荷兰医院学家爱叶克曼对脚气病病因的研究制出了能克制脚气的物质的纯品—— 一种属于胺类（Amine）的化学药品，而且证明它是维持人类生命（Vite）的绝对必需品。这两个英文联起来便衍生出一个新字Vitqmine(维他命)。

1912年，英国生物化学家霍普金斯（Hopkins，Frederic Gowland，1861.6.20—1947.5.16）发现许多天然食物中也含有这种动物生长和代谢所必须的微量有机物，与脂肪、蛋白质、碳水化合物、无机盐及水同等重要，是维持生命不可缺少的微量物质。

其后发现了多种这样的未知营养素，但并不都属胺类，于是又有各种不同的命名法。

直到1920年统一命名时才将Vitamice一词中的词尾e去掉，表示没有化学上的关系，称为Vitamin，中文译名“维他命”，后来改为“维生素”。

迄今为止，人们已经发现和合戌了几十种维生素，林林总总，五花八门。不过，维生素类的药作为健康补药的说法现已受到许多医药专家的质疑。

芬克

霍普金斯

美国飞行员驾驶双翼飞机在装甲巡洋舰上成功降落

1910年11月14日，美国海军雇佣的民间飞行员尤金伊利驾机从“伯明翰”号轻巡洋舰起飞。1911年1月18日，他又驾机在“宾夕法尼亚”号重巡洋舰上降落。从此，人类开创了飞机上舰的先河。

英国汤姆逊第一次发现稳定同位素

稳定同位素是指某元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同位素。

1913年，J.J.汤姆逊（Thomson，Joseph John，1856-1940）和F.W.阿斯顿（Francis William Aston ，1877.9.1－1945.11.20）用磁分析器发现天然氖是由质量数为20和22的两种同位素所组成，第一次发现了稳定同位素。1919年阿斯顿制成质谱仪（见质谱法），并在71种元素中发现了202种核素，绝大多数是稳定的；后来又利用光谱等方法发现了氧、氮等元素的稳定同位素。已知有81种元素有稳定同位素，稳定核素的总数为274种（包括半衰期＞1015年的放射性核素）。

德国合成甲基橡胶

在第一次世界大战期间，迫于橡胶匾乏，德国人采用了二甲基丁二烯聚合而成甲基橡胶，这种橡胶可以大量生产，而且价格低廉。在第一次世界大战期间，德国大约生产了2500吨甲基橡胶。尽管这种橡胶的耐压性能不理想，战后便被淘汰了，但它毕竟是第一种具有实用价值的合成橡胶。

德国建成世界上第一座潮汐发电站

世界各国已选定了相当数量的适宜开发潮汐能的站址。据最新的估算，有开发潜力的潮汐能量每年约200TW·h。1912年，世界上最早的潮汐发电站在德国的布斯姆建成。1966年，世界上最大容量的潮汐发电站在法国的朗斯建成。我国在1958年以来陆续在广东省的顺德和东湾、山东省的乳山、上海市的崇明等地，建立了潮汐能发电站。

玻尔建立量子原子理论

1913年，丹麦物理学家玻尔（Niels Bohr,1885—1962）借助原子模型和量子理论解释氢的光谱，极大的加深了对原子理论和结构的认识。

美国天文学家罗素提出恒星演化学说

丹麦天文学家赫茨伯龙（Hertzsprung，Ejnar，1873.10.8-1967.10.21.）和美国天文学家H·罗素（Henry Norris Russell，1877.10.25－1957.2.18）研究了大量恒星光谱型与光度的关系。将每颗恒星的光谱与光度的数值标在图上，得到光谱一光度图，这个图就称赫罗图。赫罗图对恒星起源演化的研究起着重要作用，同样也是研究恒星起源和演化的工具，赫罗图的出现宣告了初级阶段的结束。

当时担任美国普林斯顿大学天文台台长的H·罗素提出了一种恒星起源演化的假说。罗素认为恒星最初是体积较大、密度较小的红巨星，依靠自身引力收缩，使其表面温度升高、光谱型越来越早。当收缩所产生的热量不能弥补辐射引起的能量损失时，表面温度下降，恒星就沿赫罗图主星序的右下方演化。

H·罗素的假说与现代恒星起源演化学说不相符。但是赫罗图的绘制，为恒星起源演化的研究提供了方便。

赫茨伯龙

意大利建世界上第一座地热发电站

地热发电站是利用地下热水、高温岩体或蒸汽作一次能源的发电站。据估计，离地表5000米深度内所有异常热资源储量约为1.45×10焦，相当于5×10亿吨标准煤的热值。

继1913年意大利在拉德瑞罗地热田首次试验成功552瓦地热发电装置、1924年日本也开始试验地热蒸汽发电，功率为1千瓦。1966年日本在松川建成第一座商用地热电站，功率2万千瓦。1960年美国在加利福尼亚州盖瑟尔斯地热田,建成1.1万千瓦地热发电机组，1985年发展到179.2万千瓦的电站，其最大机组为13.3万千瓦,分别是世界上最大的地热电站和机组。在世界能源短缺日益突出的情况下，地热作为一种新能源越来越受到各国的重视。1985年,全世界地热发电的总装机容量达476.4万千瓦。地热发电装机较多的国家有美国（202.2万千瓦）、菲律宾（89.4万千瓦）、日本（21.5万千瓦）。中国自1970年在广东丰顺县用91℃的地下热水发电开始，已建成各级温度不同的循环系统的电站多座，其中以西藏羊八井地热电站最大。1981年台湾省宜兰县清水地热田建成一座地热电站，安装3000千瓦机组一台。

德国贝尔吉乌斯首先提出煤的液化方法

德国贝尔吉乌斯（Friedrich Bergius，1884.10.11—1949.3.30）首先提出用高压方法和催化剂来液化煤。

鲁斯卡发明电子显微机

德国物理学家鲁斯卡（Ernst August Friedrich Ruska，1906.12.25.－1988.5.27），于1913年发明电子显微镜，1986年，他80岁时获诺贝尔物理学奖。

1936年底至1937年初，他们在西门子公司的电子显微镜工业研发工作，在柏林设立了电子显微镜实验室，并于1939年研发出了第一台能够批量生产的“西门子-超显微镜”。

法国洛兰发明喷气推进剂

1913年，法国工程师雷恩·洛兰发明喷气推进剂，但这是一种冲压式喷气发动机，在当时的低速下根本无法工作，而且也缺乏所需的高温耐热材料。17年后，弗兰克·惠特尔取得了他使用燃气涡轮发动机的第一个专利，但直到11年后，他的发动机才完成其首次飞行，惠特尔的这种发动机形成了现代涡轮喷气发动机的基础。

福特公司建成最早的汽车装备流水线

1913年10月7日，福特公司创立汽车装配流水线。在海兰园设立了第一条总装线，几乎使装配速度提高了8倍。最终使每工作日每隔10秒钟就有一台T型车驶下生产线。

军事技术崛起

1914-1918年发生的第一次世界大战，是帝国主义国家之间为了重新瓜分殖民地而发动的人类历史上第一次世界规模的战争。在这次大战前和大战中，武器和军事发展技术极为迅速。

自动步枪成为步兵的主要武器，火炮也向自动化方向发展。攻守两用型的坦克在战争中起了举足轻重的作用，1916年英国坦克投入索姆河战役获得战果，英国人感到坦克是个宝贝，为了保密，用了“坦克”（tank，原意是大水桶）这个名称。潜水艇以鱼雷作为进攻武器进入实用阶段。

1910年德国制造的u-9型先进潜艇，在1914年的北海战役中使英国巡洋舰损失惨重。立体战争使庞大的军事航空工业出现并发展。

歼击机的首次空战发生于1914年，次年德国便研制出全金属飞机，在四年大战期间发展出18种主要军用飞机机型，交战国双方的作战飞机共达十几万架。

1914年，第一个全生物净化厂在曼彻斯特投入运行。

巴拿马运河正式通航

巴拿马运河位于美洲大陆中部，纵贯巴拿马地峡，是一条沟通太平洋和大西洋的船闸式运河。运河全长81．3公里，最窄处为152米，最宽处为304米。从运河中线分别向两侧延伸16．09公里所包括的地带，为巴拿马运河区，总面积为1432平方公里。巴拿马运河于1914年8月15日正式通航，是世界伟大的工程，1999年被评为20世纪世界十大建筑之一。

1915年在20世纪科学史上实在是一个重要的年份。这一年，爱因斯坦创立了广义相对论，魏格纳提出了大陆漂移说，摩尔根开创现代遗传学。

如果说爱因斯坦在1905年创立的狭义相对论揭示了空间、时间、质量和物质运动之间的联系，那么他在1915年创立的广义相对论则建立了空间、时间是随着物质分布和运动速度的变化而变化的理论。有了广义相对论，则狭义相对论便是广义相对论在引力场很弱时的特殊情况，而牛顿力学可认为是相对论力学在低速情况下的近似。当今，广义相对论同狭义相对论和量子力学一起构成现代物理学三大支柱。

魏格纳提出大陆漂移说

德国地质学家魏格纳发表《海陆的起源》一书，系统地论述了他在1912年从大西洋两岸的南美洲东海岸凸出部分，正好与非洲西海岩凹人部分相吻合的现象，而提出的大胆设想，即在地质历史上的古生代，全球只有一块巨大陆地，名为联合古陆，周围是一片连续的大洋；中生代以来，联合古陆开始分裂、漂移，逐渐成为现在东、西两半球的几个大陆和无数岛屿，原来连续的大洋则分割成几个大洋和若干小海。这就是大地构造学的新理论——大陆漂移说，它有力地冲击了传统的大陆固定观念，在地质学上具有划时代的意义。

摩尔根开创现代遗传学

美国生物学家摩尔根以发表《孟德尔遗传机制》为标志，在孟德尔定律的基础上发展了染色体遗传学说，提出了基因理论，开创了现代遗传学。摩尔根认为，基因是组成染色体的遗传单位，而染色体是遗传基因的载体；一定的基因在一定的条件下，控制着一定的代谢过程，从而表现出一定的遗传特性和特征，但基因又是可以通过突变导致性状的变异的。他在其后总结性的著作《基因论》中还预言了基因是一个有机化学的实体。摩尔根的基因学说是遗传学发展史上的一个里程碑。

爱因斯坦提出受激辐射理论

爱因斯坦在1912年玻尔的原子结构理论的基础上，于1916年提出“受激辐射理论”，成为以后60年代蓬勃发展起来的激光技术的理论基础。

爱因斯坦创立广义相对论

英国金斯提出太阳系起源潮汐说

早期的星云说，科学界统称康德—拉普拉斯说，该学说在19世纪占据太阳系起源的统治地位。由于该学说不能解释行星排列的质量分布问题和太阳系角动量特殊分布问题，而遇到了困难。因此人们又转向灾变说。1900年张伯伦（T.C.Chamberlain）提出新的星子说，摩尔顿（F.R.Moulton）发展了这个学说。有一颗恒星曾经运动到距离太阳几百千米处，使太阳正、背面产生巨大潮汐，而抛射出大量物质，凝集成小团块质点，称为星子。星子是行星的胚胎，而后聚合成行星和卫星。后来还有金斯（Jeans,SirJamesHopwood ，1877.9.11—1946.9.16）提出的“潮汐假说”与以上学说略同。

美国路易斯建立化学共价键假说

1916年，美国路易斯（Gilbert Newton Lewis，1875.10.25—1946.3.23）和柯塞尔同时研究原子价的电子理论。柯塞尔主要研究电价键理论。路易斯主要研究共价键理论，该理论认为，两个(或多个)原子可以相互“共有”一对或多对电子，以便达成惰性气体原子的电子层结构，而形成共价键。路易斯在1916年《原子和分子》和1928年《价键及原子和分子的结构》中阐述了他的共价键电子理论的观点，并列出无机物和有机物的电子结构式。路易斯提出的共价键的电子理论，基本上解释了共价键的饱和性，明确了共价键的特点。共价键理论和电价键理论的建立，使得19世纪中叶开始应用的两元素间的短线(即表示原子间的相互作用力或称“化学亲和力”)开始有明确的物理意义。但还没解决共价键的本性问题。

日本多光太郎发明KS钢

随着社会发展步入高度电气化，对磁性材料的需求量也越来越大。1917年日本东北帝国大学的多光太郎博士发明的KS钢，在1940年初上市。这是一种以铁为基本材料含铝(Al)、镍(Ni)和钴(Co)等成份的合金，这是最初的铝镍钴磁钢原型，随后又于1933年发明了“新KS钢”。

爱因斯坦提出有限无边的宇宙模型

根据广义相对论原理，爱因斯坦提出了有限无边的宇宙模型，至40年代末发展成为著名的宇宙大爆炸理论。

美国首次使用飞机喷药杀灭棉铃虫

贝尔研究所设计载波电话

电话发明后的几十年里，围绕着电话的经营、技术等问题，大量的专利被申请，Strowger的“自动拨号系统”减少了人工接线带来的种种问题，干电池的应用缩小了电话的体积，装载线圈的应用减少了长距离传输的信号损失。1906年，Lee De发明了电子试管，它的扩音功能领导了电话服务的方向。后来贝尔电话实验室据此制成了电子三极管，这项研究具有重大意义。1915年1月25日，第一条跨区电话线在纽约和旧金山之间开通。它使用了2500吨铜丝，13万根电线杆和无数的装载线圈，沿途使用了3部真空管扩音机来加强信号。1948年7月1日，贝尔实验室的科学家发明了晶体管。这不仅仅对于电话发展有重大意义，对于人类生活的各个方面都有巨大的影响。其后几十年里，又有大量新技术出现，例如集成电路的生产和光纤的应用，这些都对通信系统的发展起了非常重要的作用。

卢瑟福分裂原子

1919年，卢瑟福经一系列试验后，发现了释放出氢原子核的方法，这实现了千百年来炼金术士欲变换元素的梦想。卢瑟福堪称原子之父。

德国肖特基发明真空四极管

四极管种类很多，常见的有：束射四极管，直热四极管和多子四极管等。四极管，有音色浑厚，具有速度感等特点，实际上纯粹意义的四极管只是在电子管的发展史上作为验证管出现过，而没有进入实用，这是另一话题不去说它，下面就说前面提及的目前在商品功放里超过半数以上的机种用的这东西——束射四极管。它是由德国肖特基（Walter Hermann Schottky，1886.7.23—1976.3.4）发明的。

美国亨利发明不锈钢

毕业于英国谢菲尔德大学的著名冶金科学家亨利·布雷尔利（Harry Brearley）于20世纪初期发明了不锈钢。

不锈钢的发明和使用，要追溯到第一次世界大战时期。英国科学家布享利·布雷尔利受英国政府军部兵工厂委托，研究武器的改进工作。那时，士兵用的步枪枪膛极易磨损，布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。布雷尔利发明的不锈钢于1916年取得英国专利权并开始大量生产，至此，从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球，亨利·布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。

英国研制成全钢焊接船

1919年，英国研制成功高质量的全钢焊接船。

统稿：本刊编辑夏炎