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美国科技是如何发展起来的?美国科技发展历程!

时间:2018-11-09 13:46:53编辑:浮泊凉

在20世纪里,美国的科学技术经历了新的重大飞跃,它终于成了世界上科学技术的领头羊。美国人取得这样的地位,与他们对科学的认识发生重要变化是分不开的。换言之,如果他们对科学的认识停留在爱迪生时代的水平上,那么美国在科学上只能做一个二流的国家,因为爱迪生的一系列发明创造,其理论基础主要是欧洲人奠定的。实际上,19世纪末,随着国力日益强盛,讲究实用主义的美国人的思想发生了某种质的飞跃,他们讲实用,但开始重新认识理论的意义。

早在19世纪后期,欧洲的一些重大科学成就传入美国后,在美国引起了极大的震动。19世纪末,英国物理学家廷德尔和生物学家赫胥黎数次到美国宣讲热力学、能量守恒、进化论和一度十分流行的社会达尔文主义。“一时报刊上大量刊登介绍这些成就的文章,使美国有文化教养的一代人极为震动。过去长期被英国诗歌和小说占领的美国人的头脑渐渐为英国的科学所取代。”

一些大学开始重新审视自己对科学的态度,加强科学教育,其中影响最大的是刚刚成立的约翰·霍普金斯大学的经验。1876年就任校长的吉尔曼(Gilman)明确提出:“最好的教员是自由的,有竞争能力,并且愿意进行开创性的研究”;“鼓励研究的目的,不是为了实际的结果,而是为了科学本身发展的缘故”。在这样的气氛中,新一代的科学研究人才出现了,如获1907年诺贝尔物理学奖的米切尔森。

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然而,要改变一个国家长期来形成的习惯,并非易事。1873~1890年间在美国大学中获得博士学位的只有22个人,绝大多数人的博士学位都是在欧洲获得的。“对于因学术研究而获得的荣誉,美国人认为什么也不值,欧洲人却认为比金钱更重要。”地质学家和人类学家鲍威尔领导下的地质调查局做出了显著的成绩,获得了法兰西科学院的居维叶奖章。

但当他们在19世纪80年代中公开展览自己的研究成果时,却遭受了国会议员的批评,说他们不该把地质调查扩大到古生物研究上去,干了一些没有用的工作。海军方面也对海岸调查提出批评,认为他们没有必要长期精心测量地球表面的曲度,还说海员并不需要了解海岸上每一个突出点和每一个明显的标志。此类批评说明了美国人根深蒂固的“实用”的习惯,他们不喜欢理论的思维和研究工作。

正是鉴于这种现象,1883年,任美国科学促进会(AAAS)副主席和美国科学院(NAS)院士的罗兰发表了一次言词激烈的演说:“这个国家必须创造物理科学,而不是把电报、电灯等方便生活的东西称之为科学……发明一般新的、好吃的食物的厨师在一定程度上有益于世界,但我们不能把他夸大为化学家。”他还说当时美国约400所高等院校中,几乎没有一所称得上是大学,它们只是“一群蚊子,而不是鹰”。以鲍威尔为代表的科学家们则坚决抵制上述种种批评,并说明他们的工作都是有实际目的的。

通过这些斗争,基础科学的地位在美国慢慢得到了确立。19世纪末和20世纪初,在美国本土毕业的博士人数增加很快,到欧洲攻读博士学位的人逐渐减少。这时,新兴的大财团对教育和科学研究的兴趣日益增加。如1891~1910年间,石油大王洛克菲勒向芝加哥大学共捐赠了3500万美元,他除了要求该校坚持思想自由和教师的教学自由外,从不过问自己捐款的去向。

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钢铁大王卡内基向华盛顿卡内基学院捐款1000万美元,目的是“鼓励探索、研究和发现”,“改变科学在国家中的地位”。从这些大富翁的思想动向中,可以看到美国人的心理在这时期发生了重要变化。他们的目标已不再是追随和依赖欧洲,而是志在引领一代潮流。可以说,他们已经比较好地理解了基础科学和应用科学的关系。

第二次世界大战,是美国科学技术又一次突飞猛进的时期,政府对这方面的领导明显加强。1940年,美国国防委员会设立国防研究委员会,1941年联邦政府设立科学研究与发展局,目的是加强对全国科研力量的统一领导与资助。政府拨款占全国科研经费的比例,战前只有19%,战争期间上升到83%。许多重大成就都是战争期间取得的:第一颗原子弹爆炸,研制出世界上第一台电子计算机,19位科学家获诺贝尔自然科学奖,获奖人数居世界第一。

这时期,一批世界级顶尖人才来到美国,他们中有爱因斯坦、高尔、凡尔密、法兰克、海斯、列宾等著名科学家。到二战结束的那一年,全国分散存在的各类政府的实验室、企业的研究所及大学和私人基金会的研究力量已逐渐汇聚起来,构成了既独立又相互联系的国家科研体系。1946年,美国成立了国内最大的科学实体——原子能委员会;1950年,国会通过立法成立了国家科学基金会,这是一个专门资助基础研究的联邦机构。

1951年,美国设立总统科学顾问委员会,1957年开始任命总统科学技术特别助理,1958年成立了国家航空和宇宙航行局(NASA)。1959年,美国又成立了联邦科学技术委员会,它是国家科技的最高决策机关,由总统科学技术特别助理兼任主席,委员由各内阁部长和美国科学基金会的高级官员组成,目的是全面加强科研工作的领导与协调。

1976年,白宫设立科技政策办公室;1993年,设立国家科学委员会,总统亲自任主席,政府各主要部门的首脑均为委员,以便强化联邦政府对科技的领导。与此同时,国家对科学的投入也不断地大幅度增加。

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在上述一系列制度和资金的保障下,美国人的发明创造精神得到了进一步的发挥,一个新的发明创造时代到来了。二战结束不久,美国就发明了晶体管(1948年),制造了半导体收音机和计算机。1956年,集成电路研制成功。1958~1969年间成功地实施了阿波罗登月计划。二战后,在西方世界的重大发明项目中,美国占65%。

美国的科学家获得的诺贝尔奖也是最多的。以微电子技术为核心的信息技术、生物技术、新能源技术、新材料技术、激光技术、医药技术等众多高新科技都是首先在美国兴起的。美国拥有迄今最为庞大的科研群体,投入了令世人望尘莫及的科研经费。按2000年的统计数字,美国共有641万非军人的科学家、工程和技术人员,其中科学家有92.28万,计算机专家290.34万。

大学科学技术学系共有43.56万名注册博士研究生。从1901年设立诺贝尔奖以来,到1999年,物理、化学和医学方面共有459人获奖,其中美国科学家有199名,占43%。2000年,美国科学家在主要科技期刊上共发表14.2万篇论文,占世界科技论文总数的35.1%。

美国也是世界上登记发明专利最多的国家,仅1991年就有54882项专利。美国的专利中,有不少是重大的发明,如粒子加速器、哈勃天文望远镜、凯克光学天文望远镜、空间气象观测平台、新型多普勒雷达和超级计算机等,都极大地推动了科学的进步。

20世纪美国人的科学研究工作表现出一些非常重要的特点:国家高度重视科学技术的发展,并进行强有力的组织和协调;个人把学术成就当成自己毕生的最高追求;从事研究的个人与个人之间及研究机构与研究机构之间进行广泛合作的团队精神。20世纪美国人一些重大的科学技术成就就是这样取得的,如阿波罗登月。我们这里专门介绍一下“曼哈顿计划”。

“曼哈顿计划”是第二次世界大战期间美国为了抢在德国人之前造出原子弹而制订的。该计划集中了当时欧洲和北美最优秀的核物理学家,动员了10万人员和庞大的工业和经济资源。所有参加该计划的人员,特别是处于该计划核心位置的那些科学家们,在反法西斯的共同目标下同心协力,历经5年的奋斗,耗资20亿美元,终于造出了世界上第一颗原子弹。

在大战开始时,美国科学家在核裂变的研制方面远远落后于德国人。1938年德国物理学家奥托·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼在实验室里成功地进行了用中子轰击铀原子的实验,出现了物理学界期待已久的裂变效应。铀裂变的成功实验使美国的科学家们十分震惊,因为谁首先把它转为实用,谁就有可能制造出一种威力无比的新型武器。那些从德国法西斯的铁蹄下逃难来到美国的原子科学家们,对德国可能正在制造原子弹的担心特别强烈。

1939年,移居美国的匈牙利物理学家利奥·西拉德为此事拜访了住在长岛的爱因斯坦。爱因斯坦觉得有责任把科学家们的担心告诉美国政府的决策者,于是向罗斯福总统写了一封信。罗斯福采纳了爱因斯坦的建议,支持研究原子弹的工作,并下令成立一个铀顾问委员会。1941年12月,太平洋战争爆发后,美国政府认识到,为了尽快造出原子弹,使之在战争中发挥作用,就必须把有关的研究力量集中起来。次年8月1日,“曼哈顿计划”因此出笼。

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负责该计划的美国陆军工程兵团建筑部副主任莱斯利·格罗夫斯将军采取了一系列强有力的措施,主要有:迅速建立高度集中的领导核心,成立包括他在内的3人委员会,由总统科学顾问布什任主席;优先解决铀矿石的供应问题,美国迅速通过交涉控制了当时最重要的铀矿石产地比属刚果;集中欧美最优秀的科学家,促使他们联合起来与德国竞争。

这些人中包括意大利著名的核物理学家恩里科·费米,1942年12月他指导建成了世界上第一个实验型原子反应堆,成功地进行了第一次可控的链式反应。在研制原子弹的工作中,贡献最大的当属罗伯特·奥本海默(1904~1967)。奥本海默负责设计和制造实战用的原子弹,他的实验室设在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯。他以自己的智慧、高超的组织协调能力和忘我的工作精神赢得了同事的敬重。1945年7月16日,在新墨西哥州的一片沙漠地带,他们研制的第一颗原子弹爆炸成功。

原子弹的研制是一项危险的工作,为检验原子弹的实战性能,要做大量艰巨而又充满危险的实验。这不仅需要忘我的工作,还需要牺牲精神。加拿大著名科学家斯罗廷负责主持原子弹引爆试验工作。一天,他正在实验室里借助螺丝刀在轨道上用两块亚临界铀做临界质量实验。实验中,螺丝刀突然掉了,两块铀滑到一起,发出可怕的炫光。

根据物理原理,两块铀合成一块大于临界质量的铀时,就会发生核爆炸。斯罗廷毫不犹豫地用双手掰开刚刚滑到一起的铀块,从而避免了一场灾难。可是,他却因此受到了致命的核辐射。几天后,他就离开了人间。人们为了表彰这位科学家的献身精神,称他为“用双手掰开原子弹的人”。

“曼哈顿计划”在某种程度上,是20世纪美国科学技术发展的一个缩影。美国总是不断地从世界各地吸引最优秀的人才。当然,要使用国内和国外的优秀人才,还需要有相应的使用人才的体制,否则人才不会集中到这儿来,来了也发挥不了作用。20世纪里美国形成了这样一种体制,包括对人才的选拔、评估、资助等等的体制,这种体制能真正发挥那些把学术成就视为生命一部分的学者的特长,从而确保美国科学技术在世界上的领先地位。在一个缺乏发明创造和探索精神氛围的国家里,是不可能形成这样一种体制的。