世界当代科技史-第6章
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的一个高峰。天然有机化学的研究近40年来也取得重大进展。1955年，英
国的桑格（1918— ）测定了最简单的蛋白质牛胰岛素的结构。中国科技工作
者经过几年奋斗，于1965年首先合成结晶牛胰岛素，实现了世界上第一次工
人合成蛋白质。1970年，美国合成了酵母丙氨酸转运核糖核酸基因——77
个核苷酸片断。
高分子化学是有机化学的一个分支。40年代以来，各种高分子产品相继
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问世，逐渐进入高分子生产的全盛时代。到70年代，全世界生产的塑料为
5000万吨，已接近木材等结构材料的产量；合成纤维1500万吨，等于天然
纤维的产量；合成橡胶600万吨，为天然橡胶的2倍。目前世界高分子材料
产量已超过1。4亿吨，其体积超过钢铁产量的总和。
（4）理论化学
理论化学包括物理化学、量子化学，主要研究物质结构与性能的关系、
化学反应等，有许多分支学科。
本世纪20年代中期建立的量子理论很快被用于化学键的研究上，到30
年代初已建立起两种化学键理论：价键理论和分子轨道理论。50年代以后，
分子轨道理论在有机化学结构分析和合成方面得到广泛应用，理论本身也有
重大突破。1952年，日本的福田谦一提出了“前线轨道”理论，指出在分子
的化学反应中填有电子的能量最高轨道和不填充电子的能量最低的空轨道最
重要。1962年，加拿大化学家贝尔德用量子力学的微扰理论处理分子变形对
分子轨道的影响，得到了分子轨道对称性决定分子反应方式的结论。伍德活
德 （1917—1979）和霍夫曼（1937—）在长期有机分子结构分析和有机合成
研究中发现，化学反应中的分子变化总是倾向于保持其轨道对称性不变的方
式发生，并得到对称性不变的产物。1965年，他们共同提出了分子轨道对称
守恒原理。这一原理对于解释和预示一系列化学反应的难易程度，了解反应
物的立体构型等都有指导作用。它的诞生，是结构理论从静态结构到动态结
构，反应理论从宏观到微观发展的重要里程碑。霍夫曼和福井谦一共同获得
1981年诺贝尔化学奖。1952年，欧格尔把晶体场理论与分子轨道理论结合起
来，把轨道能级分裂看成是静电作用和生成共价键分子轨道的综合结果，建
立了配位场理论。这个理论比较合理地说明了络合物结构与性能的关系，是
比较好的络合物化学键理论。
化学动力学在当代也进入一个崭新的阶段，已能在原子和分子水平上研
究其态—态之间的变化，使化学动力学的研究成为化学动态学的研究。1970
年，美籍华人李远哲等人在微观反应动力学的研究中，发展了交叉分子束技
术。他设计建成世界上第一台大型分子束碰撞和离子束交叉仪器。该实验装
置能分析各种化学反应每一阶段过程。1986年，李远哲荣获诺贝尔化学奖。
催化剂和催化作用的研究一直是化学中最活跃的一个分支学科。70年
代，人们已经利用量子力学研究催化。多相催化、匀相催化及酶催化方面的
理论研究也迅速展开，大大推动了催化科学的发展。1978年，奥尔特曼（1939
— ）发现大肠杆菌核糖核酸酶中的RNA是这种酶的活性本质之所在。1982
年，切赫（1947— ）证明了RNA具有酶的催化活性。RNA催化作用的发现在
科学界产生了极大影响。奥尔特曼和切赫分享了1989年诺贝尔化学奖。
化学热力学、电化学和溶液理论在当代都取得了重大进展。随着激光的
出现，光化学又开辟了激光化学的新领域。真空紫外激光对于化学反应具有
催化、诱发及定向控制作用。这样，人们就能以自己的意愿来设计化学反应，
以分解或合成所需要的化学物质。这引起了化学合成和化学工业的全面革
命，被称为“化学的激光革命”。
量子化学虽然只有近50年代的历史，但已建立了比较完善的理论体系。
量子化学基础研究与电子计算机结合，在研究分子结构、化学反应、表面化
学、催化机理、计算生物大分子和药物分子的结构和功能等方面起到了重要
作用。
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（5）分子工程学
近年来，结构化学与合成化学、理论化学、固体物理等学科相互交融，
形成了一门新兴的化学分支——分子工程学。它的目标是达到“分子设计”。
它利用结构化学、量子化学的新成果，应用计算化学和电子计算机，揭示微
观结构与宏观性能的内在联系，从而使人们能通过理论计算，象设计房屋那
样，根据“用户”的要求“设计”新材料、新产品。这样就可以摆脱寻找新
材料、新药物等方面的盲目性。目前已有能够设计新型塑料、新型化纤和新
型橡胶的“高分子设计”，寻找新药物的“药物设计”，制作新型催化剂的
“催化剂设计”，以及“农药设计”、“合金设计”等。高温超导的研究也
是“分子设计”的一个重要课题。近10年来，许多科学家试图借助于化学计
算预测高温超导体的可能性，或者为它的研制提供线索。
分子设计目前还处于萌芽时期。要进行有效的分子设计，需要化学的各
个学科与其他学科 （如凝聚态物理、仿生学）的相互配合和共同努力。分子
工程学已展现出美好的前景，它将使人们随心所欲地创造出前所未有的新物
质。
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三、当代天文学和地球科学的发展
中国古代富有想象力的爱国诗人屈原在“天问”篇中，曾对宇宙的奥秘
提出一连串的问号。今天，天文学和地球科学的发展，使这一个个宇宙之谜
不断被揭开，一个个新谜又不断出现。借助于光学望远镜、射电望远镜和空
间技术，人们的视野已扩展到150—200亿光年的时空范围。相对论、核物理
学和微波波谱学的渗透，促进了天体物理学的产生，使之成为当代天文学发
展的主流。大爆炸等宇宙模型的提出，标志着宇宙学发展到一个新阶段。
本世纪中期以来，由于资源、能源及生态环境等问题日益突出，地球科
学的地位比以往更加重要。勘察、测试手段的不断进步，地球物理、地球化
学、同位素地质学等分支学科的相继形成，以及国际间日益广泛的合作和大
规模综合考察的进行，都极大地推动了地球科学的发展，使其从现象描述走
上理论综合的道路。
1。宇宙探测的进展及重大发现
当代天文探测手段的进步，极大地拓展了天文学研究的范围，使人们发
现了更多的天文现象，并更深入地认识到宇宙的奥秘。当代天文探测手段的
主要进展有：光学望远镜的改进、射电望远镜的发展、空间技术的应用。当
代天文重大发现主要是：脉冲星、类星体、3K微波背景辐射、星际有机分子
谱线等。
（1）宇宙探测手段的进展
从17世纪伽利略首创天文望远镜到20世纪40年代以前，光学望远镜一
直是天文观测的主要手段。随着天文学的深入发展，天文学家十分需要口径
更大、分辨能力更强的望远镜。但大口径光学望远镜的制造，存在许多技术
上的困难。30—40年代以来，光学、电子学、自动化、镜面材料、精密机械
等方面技术能力的提高，为大口径光学望远镜的制造提供了可能。1948年，
美国在帕洛玛山上建立了5。1米口径的望远镜。其镜面重达5吨，面积为20
万平方厘米。仅磨制和抛光就用了近7年的时间。它的精确度非常高，误差
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不超过2。5×10厘米。此后大口径的光学望远镜不断出现，到1978年，世
界上共有23架口径为2。0—6。0米的望远镜。光学望远镜为天文探测做出了
重要的贡献。60年代初发现的类星体就是用光学望远镜首先观测到的。目
前，西欧8国正在智利建造一座超大规模的天文望远镜。它由4个直径7。8
米的反射器阵列构成，其聚光能力相当于直径15。6米的反射镜，预算投资达
2。35亿美元。它的建成将使号称目前世界最大、重达42吨的原苏联凯克望
远镜相形见绌。人们期待用它获得更多的新发现。
光学望远镜有很大局限性，因为它只能接收天体辐射的可见光，其他多
种波段的辐射都不能接收。射电望远镜的发明，使人们增添了新的宇宙探测
手段，从而开始认识到了银河系空间星际尘埃遮蔽的广阔世界。射电天文学
的开创者是美国的央斯基 （1905—1950）。他首先发现了来自银河系中心方
向的射电辐射。美国天文学家雷伯（1911— ）于1937年制成了世界上第一
台射电望远镜，证实了央斯基关于射电波来自人马座恒星云的发现，还发现
了另外一些射电源。第二次世界大战期间，英国的军用雷达接收到了太阳发
出的强烈的无线电辐射。从此雷达技术被用于宇宙观测，拉开了射电天文学
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发展的序幕。用射电望远镜探测天体，不受天气影响，也不受宇宙尘埃的遮
掩。70年代，原西德建成直径100米的射电望远镜，可以在各个波段探测到
极微弱的天体无线电波。由于在微波、红外、紫外、X射线和r射线等区域
中的电磁波会被大气各种成分严重吸收，所以地球上的仪器很难接收到。50
年代末以来，随着宇航技术、电子计算机等技术的进步，人类已能冲出大气
圈，发展了红外天文学、紫外天文学、X射线天文学和γ射线天文学。天文
学进入了全波天文学时期。射电望远镜发明以来，人们用它发现了3万多个
射电源，观测到100亿光年远的星系；60年代后天文学的一些重大发现，大
多都是它的功绩。
空间技术的应用也是当代天文探测的重大进展。自 1959年以来，原苏
联、美国等国多次发射了月球探测器和宇宙飞船，对月球、行星进行探测。
美国的“阿波罗”飞船于1969年7月首次登上月球。在6次登月中，采集了
许多月球土壤、岩石的标本。1977年，美国发射了“旅行者1号”和“旅行
者2号”，开始了对太阳系外空间的探测和对“宇宙人”的寻找。这些探索
活动获得了大量宝贵资料。1976年，美国的两艘“海盗号”飞船在火星上软
着陆，对其大气层、土壤进行了分析，没有发现生命存在的迹象。1986年“旅
行者2号”飞掠过天王星，发现它有明亮的辉光并至少有15颗卫星。
将宇宙探测设备与人造卫星结合，可以摆脱地球大气的干扰。这是宇宙
探测技术的一个重大进步。1983年，美国、英国、荷兰合作研制发射了世界
上第一颗红外天文卫星。卫星进入高度为900公里的太阳同步极地轨道。它
在10个月的工作中，共发现245839个红外源。这些红外源属于银河系恒星
和河外星系，或与星系介质有关。1990年，美国“发现号”航天飞机将目前
世界上最复杂的哈勃空间望远镜送上太空轨道。它长13。1米，重11600公斤，
耗资15亿美元。它上面安装了直径2。4米的主体镜和直径0。3米的次级镜，
还有行星摄影机、暗淡天体摄像机、暗淡天体摄谱仪等先进仪器。哈勃望远
镜具有超敏感的探测力，其能力相当于从华盛顿观察到1。6万公里外的悉尼
的一只萤火虫。它能够探测出比地面望远镜可看到的天体暗淡25—50倍的天
体，就像是在地球上看清月球上2节手电筒的闪光。它的观测距离可达150
亿光年，清晰度比目前地面望远镜高10多倍。哈勃望远镜的发射运行，将有
助于人类揭开宇宙的许多奥秘。
（2）当代重大天文发现
本世纪60年代以来，由于宇宙探测技术的不断发展，天文学取得了辉煌
的成果，人们相继发现了脉冲星、类星体、3K微波背景辐射和星际有机分子
谱线、γ射线爆发、X射线爆发、超新星SN1987A爆发等。
早在30年代，科学家从理论上预言：存在一种致密的中子星。1967年，
英国天文学家休伊什 （1924—）和他的学生贝尔小姐用一架灵敏的射电望远
镜观测星际闪烁。经过1个月的观测记录，贝尔发现在3。7米波长上有一组
起伏极为强烈、似乎呈周期性出现的信号。开始休伊什以为是摩托车电火花
干扰所致。但其后3个月之中，这组信号反复重现。休伊什感到有必要深入
探测。他们用另一台性能更好的大型射电望远镜，又探测到了奇妙的规则脉
冲。他们判断信号来自太阳系之外。一年后，科学家们普遍认为，发现的规
则脉冲射电源 （脉冲星）就是自转的中子星。休伊什因这一发现荣获1974
年诺贝尔物理学奖。至今，人们已经发现了400多颗脉冲星。
1960年，美国天文学家桑德奇（1926— ）等人发现，射电源3C—48的
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位置上是一个亮度为16等的蓝星。它的光谱线很不寻常。不久在另一个射电
源3C—273的位置上，天文学家又发现了一颗13等的蓝星。它的光谱类似于
3C—48。天文学家把这种类似恒星的奇特天体命名为类星体。类星体的红移
很大。按照哈勃定律，它们应当是距我们百亿光年的遥远天体。它们是极强
的射电源，辐射能量相当于1000个银河系的能量。但奇怪的是其直径很小，
不超过几光年。如此小的体积发射出如此巨大的能量，这是现有的物理知识
无法解释的。到80年代初，人们记录到的类星体已超过2000个。天文学家
提出许多不同模型来说明类星体的物理机制，但尚未取得公认的结果。对类
星体的研究，可能引起天文学以及物理学的重大突破。
3K微波背景辐射是40年代末大爆炸宇宙说的一个预言。1964年，美国
贝尔实验室为了改进与通信卫星的联系，建立了一套新型天线接收系统。它
的定向灵敏度超过了当时所有的同类型射电望远镜。在将近一年的时间里，
彭齐亚斯 （1933—）和威尔逊 （1936—）在波长 7。35厘米上发现了各向同
性的、不随季节变化的背景辐射；它是相当于3。5K的黑体辐射。他们与普林
斯顿大学的迪克（1916— ）深入讨论后，认为所发现的背景辐射是早期宇宙
赤热火球的暗淡余光。后来，在0。5毫米到70厘米波段内许多波长上探到的
背景辐射的强度随波长的分布，完全符合理论推算出来的温度为2。7K时的黑
体谱曲线。一般称之为3K微波背景辐射。它的发现，是支持大爆炸宇宙说的
一个重要事实。由于这一发现，彭齐亚斯和威尔逊荣获1978年的诺贝尔物理
奖。
星际有机分子的发现也
