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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”——CT 412

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

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