认识美国(七、科技)--仁文先生

风清扬斈 14年前 (2006-09-20) 网络资料 2484 0

认识美国(七、科技)


一个科学的共和国

美国诞生于启蒙运动时代(约1680-1800年),这一时期的作家和思想家拒绝接受过去的迷信思想。相反他们强调理性的力量和无偏见的探索,特别是对自然界活动的探索。启蒙运动的哲学家们憧憬"一个科学的共和国",在那里,思想可以自由地交流,实用的知识将改善全体居民的命运。

美国自独立以来,一直鼓励科学和发明。它做到这一点的方法是促进思想的自由流通,鼓励"实用知识的发展和欢迎来自世界各地的行创造力的人才。

《美国宪法》本身即反映了这种鼓励科学创造的愿望。它授权国会,"为促进科学和实用技艺的进步,对作家和发明家的著作和发明在一定期限内给予专利权的保障"这一条款构成了美国专利及版权制度的基础,它可确保在创造者未得到某种补偿的情况下,他们的发明及其它作品不会被抄袭或应用。


适于科学发展的良好氛围

在美国历史的最初几十年中,美国与欧洲处于相对隔绝的状态,而且也很贫困。尽管如此,它仍是发展科学的好地方。美国的科学与人民的需要紧密相连,而且没有欧洲人的偏见。

美国的开国元勋中有两位是享有盛名的科学家。班杰明.富兰克林进行了一系列试验,加深了人类对电的认识。在其它试验中他证明了一条过去一直为人们所怀疑,但始终未揭示的道理:闪电是电的一种形式。富兰克林还发明了一些方便的用品,如双光眼镜和一种以他的名字命名的炉子(富兰克林炉子可装入壁炉内,并将热量传入邻近的房间内)。

托玛斯.杰婓逊是位农学家,他为新世界引进了各种各样的稻米油橄榄树和牧草。他强调了刘易斯和克拉克探险(1804-1806年)的科学成就,他们对太平洋西北岸地区进行了考察,而有关这一地区动植物的详细而系统的资料,更是这次探险的遗产之一。

与富兰克林和杰斐逊一样,大多数18世纪晚期的美国科学家都参加了争取美国独立和建立新国家的斗争。这些科学家包括天文学家戴维.里腾豪斯、医学家班杰明.拉什和自然史学家查尔斯.威尔逊.皮尔。

在美国革命期间,里腾豪斯帮助设计了费城的防御工事,并为美国的军事部门建造了望远镜和导航仪器。独立战争后,里腾豪斯为宾夕法尼亚州设计了道路和运河系统。他后来重操旧业,研究恒星和行星,并在这一领域卓誉世界。

在美国革命战争期间,班杰明.拉什作为军医局局长,通过倡导卫生与公共健康行为挽救了无数战士的生命。他采用新的疗法,使费城的宾夕法尼亚医院成为医学启蒙运动的典范,退役后,拉什建立了美国第一家免费诊所。提起查尔斯.威尔逊.皮尔,人们首先会想到他是一位画家,其实,他也是自然史学家、发明家、教育家和政治家。他创建了美国第一座大型博物馆,即费城的皮尔博物馆,馆内收藏有这个年轻的国家唯一的北美自然史样品。皮尔在纽约州西点附近挖掘出一具古代乳齿象的骨头。他用了三个月的时间将这副骨架组装在一起,然后在他的博物馆内展出。皮尔博物馆开创了使大众对科学知识感兴趣,并可以接触这种知识的美国传统。

美国的政治领袖热衷于求知,这也有助于确保来自其它国家的科学家受到热烈欢迎。英国化学家约瑟夫.普里斯特利是一位著名的早期移民,他因持不同政见而被自己的祖国驱逐出境。普斯特利于1794年来到美国,在数千名移居新大陆以寻求自由和可发挥创造力的环境的才华横溢的科学家中他是个拓荒者。后来来美国的其它科学家包括德国理论物理学家阿尔伯特.爱因斯坦,1933年来到美国;恩里科.费密,1938年从意大利来到美国。实现了世界上首次自持链式核反应;弗拉基米尔.K.兹沃尔金,1919年离开俄国,后来发明了电视摄像机。

其它科学家来美国是为了参与这个国家突飞猛进的发展。亚历山大.格雷姆.贝尔于1872年离开苏格兰经加拿大来到美国,研制出电话和与之相关的发明,并获得了这些发明的专利。查尔斯.P.施泰因梅茨1889年从德国来美,在通用电气公司研制了新型交流电系统。后来,其它科学家被美国现代化的研究设施所吸引而趋之若鹜。在20世纪初的几十年中,在美国工作的科学家们可以指望得到丰厚的物质报酬,在知识方面也会大大受益。

美国的技术

19世纪,英国、法国和德国处在科学和数学新思想的前沿。如果说美国在理论构想上落在后面的话,那它在利用理论解决实际问题的应用科学方面却是出类拔萃的。这一传统的产生源于需要。由于美国人生活在远离西方科学和制造业源泉的地方,他们往往必须勾勒自己的行为方式。于是,美国人将理论知识与"杨基式的智能"相结合,结果是重要的发明接踵而来。伟大的美国发明家包括罗伯特.富尔顿(汽船);塞缪尔.F.B.莫尔斯(电报);伊莱.惠特尼(轧棉机);赛勒斯.麦考密克(收割机);和他们中最多产的一位,托玛斯.阿尔瓦.爱迪生,有一千多项发明应归功于他。

爱迪生并非总是某一科学装置的始作俑者,但是,他经常把某种设想变为实用的制成品。例如,英国工程师约瑟夫.斯旺于1860年制作了一个白炽灯泡,比爱迪生几乎早了20年。但是,爱迪生的灯泡性能更好。爱迪生的灯泡的使用寿命要比斯旺的灯泡长得多,而且可以分别开和关,而斯旺的灯泡只能在一个系统内使用,几只灯泡要同时开或关。爱迪生在改进了灯泡后,又研制出一些发电装置。在30年内,他的发明使电灯走进了千家万户。

科学设想实际应用的另一个里程碑式的实例是威尔伯和奥维尔.莱特兄弟的发明。1890年代,他们对德国人的滑翔机试验着了迷并开始了他们自己对飞行原理的研究。莱特兄弟将科学知识与机械技术相结合,建造了几架滑翔机并驾机滑翔。后来,在1903年12月17日,他们成功地试飞了第一架重于空气并由机械推动的飞机。

1947年,美国出了一项发明,当时还鲜为人知,但它却进而开创了一个信息共享的新时代。那年,贝尔实验室的约翰.巴丁、威廉.肖克利和沃尔特.布拉顿利用非常复杂的理论物理学原理发明了晶体管,这种晶体管体积很小,可以取代体积很大的真空管。由于晶体管和10年后发明的另一种装置,集成电路的问世,从此可以在微小的容器内装入大量的电子线路。结果使今日书本大小的计算机在功能上可越过1960年代房间大小的计算机,人们的生活方式 他们的工作、学习、经营和从事研究的方式 ― 发生了一场革命。

20世纪后半叶,美国的科学家开始在他们的实用发明和应用以外的领域中闻名于世。突然之间,他们因其对"纯"科学、概念和理论的构想而得到了承认。这种模式的变化可在诺贝尔物理和化学奖得主中略见一斑。20世纪上半叶(从1901至1950年),美国在科学类诺贝尔奖中的获奖者可谓凤毛麟角。而自1950年以来,诺贝尔奖科学类奖的近一半得主均是美国人。

原子时代

美国技术界一项最辉煌,也是最有争议的成就是对核能的利用。导致原子裂变的思想是许多国家的科学家共同提出的,但将这些设想转变为核裂变现实的则是1940年代初美国科学家的成就。

在1938年德国物理学家分裂了一个铀核后,阿尔伯特.爱因斯坦、恩里科.费密和列奥.齐拉特得出结论认为链式核反应是可以实现的。爱因斯坦在致富兰克林.罗斯福总统的信函中发出警告。说这一突破可导致制造"威力极其强大的炸弹"。他的警告促成了"曼哈顿计划"。即美国准备首先制造原子弹的工作。这一计划取得了成果。1945年7月16日,第一颗原子弹在新墨西哥州爆炸。

原子弹的研制及其1945年8月针对日本的爆炸,开创了原子时代。在这个时代,对大规模毁灭性武器的担忧从整个冷战时期一直延续到今天反对核扩散的努力。但是,原子时代的特点还在于和平利用原子能,如核电与核医学。

1956年,第一座美国商用核电厂在伊利诺州开始运转。当时,美国的核能前景显得一片光明。但是,反对者对核电厂的安全问题提出了批评,并对是否能确保核废料得到安全处理表示质疑。1979年,宾夕法尼亚州三里岛发生的事故使许多美国人转而反对核电的利用。建造核电厂的费用上涨,其它更经济的电力来源开始显得更有吸引力。1970和1980年代,几家核电厂的计划被取消了,在美国,核电仍是前途未卜。

与此同时,美国的科学家一直在试验其它可再生能源,其中包括太阳能。尽管太阳能发电在美国许多地方仍显得不太合算,但近来的两项发展可能使它的价格变得容易接受些。

萨布汗都.果哈是密歇根州特洛伊的美国太阳能系统公司执行副总裁,1994年他曾宣讲过一次太阳能的好处,并展示了一张在屋顶排列的太阳能电池的图片。听众中有一位建筑师说道:"但是,它是那么的难看。有谁想把它安装在屋顶上呢?"这番话使果哈想到了怎样使光电池看上去更像屋顶的问题,而不能光想到将太阳能电池装在伸向空中的框架上。

两年后,果哈的创新产品组装成功 ― 可以直接钉在屋顶上的太阳能盖板。这些盖板是用不诱钢板制成的,上层涂了九层硅(一种半导体薄膜)和保护性塑料。盖屋顶的人在安装这种盖板时就像他们装普通屋顶那样,只不过要为每块盖板上的导线在屋顶上钻个孔。一般说来,一间房屋的屋顶上只要有三分之一装上这种太阳能盖板,便可以在阳光灿烂的日子里得到足够的能源,满足全部电力需求。果哈认为,他的盖板在美国某些地区将是合算的,而它们在日本的前景甚至更为看好,因为日本的能源价格昂贵,而且政府为太阳能提供补贴。

1996年,另一项名为"太阳2号电厂"的太阳能发明完成,并开始在加州的莫哈韦沙漠运转,产生的电力足够10,000个家庭使用。在一个38公顷的场地上,近2,000个巨大的反光镜指向一个90米高的"发电塔",它是将熔盐加热,然后流向一个转动汽轮机的蒸汽发电机。与水相比,熔盐储存热能的效率更高,"太阳2号"的支持者认为,这项创新技术可使大型商用发电厂在阳光充沛和能源价格昂贵的地区具有经济可行性。

太空时代

与原子时代几乎同时来到的是太空时代。美国人罗伯特.H.戈达德是最先试验火箭推进系统的科学家之一。戈达德在其马萨诸塞州伍斯特的一个小实验室内,研究用液氧和汽油推动火箭进入大气层。1926年,他成功地发射了世界上第一个液体燃料火箭,火箭的飞行高度达125米。在随后的10年中,戈达德的火箭达到了近两公里这一适中的高度,美国、英国、德国和苏联对火箭技术的兴趣越来越浓。

可消耗的火箭可作为发射人造卫星和载人航天器的工具。1957年,苏联发射了第一颗卫星,"人造地球卫星1号",而美国随后于1958年发射了"探索者1号"人造卫星。最初的太空飞行是1961年春天由苏联宇航员尤里.加加林首先完成的,随后则由美国宇航员小艾伦.B.谢泼德完成。

从这些最初的试验性步骤到1969年的登月,直至今日可重复使用的航天飞机,美国的太空计划在应用科学方面取得的成果令人兴奋。通讯卫星传输计算机资料、电话和电台以及电视台播放的节目。气象卫星提供必要的资料,对特大暴雨发出早期警报。太空技术已产生出成千上万种日用产品 ― 从跑鞋中用的轻型材料到医院中用的呼吸监视器一应俱全。

医学与卫生保健

做物理学和化学一样,自第二次世界大战以来,美国人一直称雄于诺贝尔心理学和医学奖。在这一成就中发挥了重要作用的是国家卫生研究院,它是美国生物医学研究的中心。该研究院包括24个独立的研究所,在马里兰州贝塞斯达120多公顷的土地上有75座建筑,它的预算在1997年已达130亿美元。

国家卫生研究院的研究目标是帮助预防、查找、诊断和治疗疾病和残疾(从遗传疾病到一般感冒的所有疾病)的知识。在一段既定的时间内,该研究院拨款支助在美国各州和其它几个国家工作的约35,O00名主要的研究人员。接受支助者中有91人是诺贝尔奖获得者。五位诺贝尔奖得主在国家卫生研究院的实验室中完成了他们获奖的发明。

国家卫生研究院的研究使大量医学成就得以产生。例如,美国头号杀手心脏病的死亡率,在197l至1991年间下降了41%。同一时期,中风的死亡率下降了59%,癌症的死亡率在199l和1995年间下降了近3%,这是自1930年代有全国性记录以来的首次持续下降。今天,儿童癌症患者有70%以上已经治愈。

在国家卫生研究院的帮助下,分子遗传学和基因组研究使生物医学发生了重大的变化。1980和1990年代,研究人员在人身上首次试验基因疗法,他们现在已能对人类基因组中许多基因的功能进行定位、识别和阐述。科学家预计,这一新知识将导致对怀疑患有结肠癌、乳腺癌及其它癌症的人进行基因测试,而最终可导致研制出对已知高危家庭中的成员进行治疗的预防药物。

美国正在进行的科学研究中,国家卫生研究院的人类基因组计划可能最令人激动。它试图通过对构成人体的所有5万至10万个基因的化学结构进行分析,绘制一幅人类基因图。该计划预期15年完成,费用至少为30亿美元。

各大学、医院和公司进行的研究也为改善疾病的诊断和治疗作出了贡献。例如,国家卫生研究院为获得性免疫缺陷综合症(艾滋病)的基础研究提供了资金,但许多用于治疗艾滋病的药物却出于美国制药业的各个实验室。美因各地的研究小心正在对这些药物进行测试。

蛋白酶抑制剂是一种有希望抗艾滋病病毒的药物。经过几年的实验室测试。蛋白酶抑制剂于1994年首次在美国应用于患者。首批检验(对20人一组的志愿人员)中的一次显示,这种药不仅使患者血液中的病毒数量几乎减至为零,而且使患者的免疫系统迅速恢复,速度之快出乎所有人的意料。

医生们在"结合疗法"中将蛋白酶抑制剂与其它药物结合使用。尽管结果令人鼓舞,但结合疗法并不能治愈艾滋病,迄今为止。它只在血液中有效;它无法到达潜藏病毒的人体其它部位 ― 大脑、淋巴结、脊髓液和男性睪丸。科学家们继续试验结合疗法及其它治疗艾滋病的方法,同时也在寻找最终解决方法 ― 一种针对艾滋病的疫苗。

重在预防


美国医学界在疾病的诊断和治疗上已取得了长足的进展,而美国公众也更多地认识到了疾病与个人行为之间的关系。自1964年美国卫生局长首次就吸烟的危险向美国人发出警告以来,美国吸烟人数已从近50%下降到大约25%。在美国大多数公共建筑或旅行乘坐的火车、公共汽车和飞机,已不再允许吸烟,而大多数美国饭店也划分出吸烟区和非吸烟区。研究结果表明、肺癌发病率大幅度下降与全国吸烟人数减少有关。

美国联邦政府还鼓励美国人经常锻练身体,吃有益于健康的食品,包括大量的水果蔬菜。今天,40%以上的美国人将锻练身体或参加一项体育运动作为日常生活的一部分。自1970年以来,水果和蔬菜的平均消费量已增加了约20%。

唐娜.E.色拉拉是克林顿政府的卫生与公众服务部长,她经常大声疾呼支持科学研究和预防医学。1996年她在一次医学和公共卫生专业人员的会议上说: "我们必须继续破译基础科学中不断增加的神秘现象,它们随着时间的推移在那些重大发现中凸现出来。但是,我们的网必须撒得比这更大。它必须包括行为研究、职业研究、卫生服务和结果研究,以及环境研究 ― 所有这些研究都有可能预防疾病,并且有助于美国人享受更有益于健康的生活。"

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