西方科技发展历程

科学技术发展的历史源远流长。二三百万年以前地球上开始有了人类，人从动物界分化出来的标志是工具的制造。人类在制造工具进行生产劳动的过程中，做出了系列有重大意义的技术创造，掌握了改造自然的技能，同样取得了一些经验知识。就是在这样的过程中，科学技术的幼芽萌发了。

科学技木发展史是人类认识自然、改造自然的历史，也是人类文明史的重要组成部分。学习了解科技发展史，可以帮助我们熟悉科学家研究科学的心路历程，学习科学家的思维方式，培养对科学现象的洞察力，以及增强分析问题和解决问题的能力。

东、西方的科技发展基本都经历了古代、近代和现代三大阶段，本专题主要介绍西方科技发展历程。

一、公元前的科技发展

公元前的科学研究，对后世影响深远的应属亚里士多德（Aristotle）、欧几里得（Euclid）及阿基米德（Archimedes）。亚里士多德发表《动物自然史》、《动物结构学》、《动物发生学）及《论灵魂》等书，记载了500多种动物。现代科学可以说是建立于阿基米德的研究之上的。 阿基米德是历史上的一位工程师与伟大的数学家，也是对力学有着明显、直接贡献的古代希腊人。今日科学是建立在阿基米德对科学的钟爱以及对基础理论的认知之上，这些基础理论可以直接用数学或是一种物理现象描述。历史上的一些知名科学家，如牛顿、伽利略等人都强烈受到阿基米德及欧几里得等人的影响。

1.欧几里得和数学基础

欧几里得（公元前330—公元前275）的几何是教导学童进入物理世界的第一个且是最基本的数学工具，但其中几个公理的简单特性可能被误导。早期牛顿曾略读欧几里得的陈述，根据他的—个学生提到的“怀疑为何有人为自娱而写出其演证”，牛顿很快发现自己的错误、再回去仔细阅读《几何学原理》，终于得出他的流数理论（或称为微积分）。

欧几里得的《几何学原理》由13本书组成，前六本以精美的方式介绍平面几何定理；第一本包括重要的毕达哥拉斯定理，它可以说是以几何解释自然的基本原理。接下来的三本是关于数字理论及欧几里得有关全数及质数的讨论，第十本是有关欧都斯讨论过的无理数，最后三本则讨论固体几何。

在西方文化的发展中，欧几里得的几何在物理世界的重要性，可说是非常特别难以估计的。欧几里得几何只有在非常大的量及距离下，才会有明显误差，它是一种普通感觉世界的数学，而其限制也是近两个世纪以来才变得明显。爱因斯坦就是把欧几里得的概念作为开始，探讨众所周知的相对论的。

2.阿基米德与科学的兴起

阿基米德（公元前287—公元前212）生长于西西里岛的西那库斯城市，父亲非狄亚斯是一位天文学家，阿基米德是当时国王亥厄洛二世的朋友。阿基米德曾经游历埃及，并求学于当时希腊的文化及学术中心——亚历山大城。

阿基米德的成就包含他的数学研究论文及特殊发明。《平面的平衡》一书中详细记载了阿基米德对于杠杆原理的证明以及对物体重心的研究。在《球体与圆柱》一书中，记载了阿基米德的球体表面积及球体体积的计算方式。同时，阿基米德对于数学的研究也已接近微积分理论。这些研究工作后来成为17世纪时牛顿及莱布尼兹等人研究工作的基础。在《数砂器》—书中，阿基米德几乎完成对数理论的研究，同时他也用科学记数法记录天文数字，在此书中阿基米德估算约用1063个沙子可以填满宇宙!

阿基米德《浮体》一书记载了他最著名的有关浮力的阿基米德定律，此定律叙述“当一物体浸入水中时，此物体所受浮力等于物体排开水的重量。”阿基米德叙述了浮力的原理，这也是后来流体静力学的基础。

阿基米德有一些实用的发明，最有名的就是阿基来德螺旋。一种长而长得像螺旋的管子，可以将地下或河流中的水汲取到岸上。另外，他发明了一种球体、构造像太阳系的星球，是一种天体运转的模型，运用水力来驱动，构造十分精密。还有一项发明是利用折亮度量测太阳直径的装置。

在阿基米德著名的数学几何证明中，其中一项是关于圆锥、球体及圆柱之间关系的，他证明了如果上述三项均具有相同的半径，且其高度等于直径的情况下，圆锥、球体及圆柱的体积比为1∶2∶3;另外，球体的表面积等于圆柱表面积的2/3。这个结果使阿基米德非常着迷，所以在阿基米德的墓碑上就刻画着这个结果。

阿基米德并非第一个发现杠杆原理的人，但他是第一个将杠杆及滑轮组合在一起的人。阿基米德说过一句著名的话：“给我一个支点，我可以撬起地球。”

二、公元后至黑暗时代的科技发展

中世纪（公元476—公元1453），随着罗马帝国的衰落，西欧进入黑暗时代。这个名称算是颇为贴切，因为大部分的罗马文明在这段时期受到破坏，并且被所谓蛮族文化所取代，造成随后的10个世纪变成昏昏沉沉的时期。这个时期的欧洲没有一个强有力的统治政权，封建割据带来频繁的战争。这造成科技和生产力发展停滞，人民生活在毫无希望的痛苦中。这个名称的使用，也是因为从这个时代开始，只有少数的历史文献流传下来，让人们仅能借由微光一窥当时发生的种种事件。西罗马帝国崩溃后，北方蛮族入主欧洲大陆，文化发展中断，少数的学术思想仅在教会中流传，一般人民生活在庄园制度下，形同农奴，终日但求温饱。整个社会呈现封闭保守的状态，科学和艺术停滞不前。有人统计，黑暗时代欧洲只出版了1000本书。在这么长时间内，西方文明的进展非常慢，只有在医学方面有比较突出的研究成果，这是因为医学是属于实用的科学，统治者一般不会去干预。这时候最为著名的医学发展，有2世纪的罗马医学家盖仑（Galen）在解剖、生理、胚胎、病理、医疗、药物等领域的新发现，著述也很多；10世纪的阿拉伯的阿维森纳（Avicenna）发表《医典》一书，对以后6个世纪影响很深。 

三、文艺复兴时代的科技发展

文艺复兴是14至16世纪在欧洲兴起的思想文化运动，同时带来科学与艺术的革命，揭开了现代欧洲历史的序幕。被认为是中古时代和近代的分界。当时，以地球为宇宙中心的观念，是源自于2世纪杰出的希腊天文学家托勒密（Ptolemy）的数学系统。托勒密的系统深具说服力，且持续了数百年之久，他的系统被用来解释自由落体以及星和云的移动。在神学上，托勒密系统则是用来阐述人类在宇宙中地位的中心理论

到了16世纪，人类探索世界的发现之旅为多元的世界带来更多的证据，同时罗马教会的权威日渐微弱，使得托勒密系统出现裂隙，1543年哥白尼的身后之作《天体的革命》终于使托勒密系统崩溃。再加上伽利略及开普勒等人的努力，现代天文学得到发展；牛顿的运动理论亦是植根于他们的基础之上

该时期的伟大科学家及主要成就：

1.哥白尼与以太阳为中心的宇宙

哥白尼1473年出生在波兰王国托兰的一个富有家庭，10岁时父亲过世，交由舅舅抚养。哥白尼接受了严谨的教育，1491年就读于克雷坷大学，1496年转学到波隆纳大学继续学习希腊文、数学、哲学和天文学。在那个时期，哥白尼曾经受到天文学教授多门尼可·罗维拉的影响，罗维拉教授是早期托勒密系统的批评者，1497年哥白尼曾和他一起目击月食。

哥白尼早在1514年就开始传布他宇宙观的摘要手稿，他伟大的研究则在1530年完成。哥白尼强烈且持续地反驳托勒密有关地球不动的理论，他以自然为本以偏见的谐调为由，批判托勒密认为地球是宇宙中心的学说。哥白尼的著作《天体的革命》流入欧洲有识之士的手中，早期读者对此书的数学部分不甚满意，但更加深了他们对托勒密天文学说的不完整的不满。教会当时并未反对此书，直到1616年，因为伽利略的成功，哥白尼的《天体的革命》遭禁。

哥白尼的生平鲜为人知。他的朋友雷堤可斯虽保留有哥白尼大部分的信件，但其中的传记部分早已遗失。据说哥白尼在死前的病床上才收到《天体的革命》一书。由于罹患中风，他无法亲自订正。不过可以欣慰的是至少在死前他能握着自己的著作。

2.伽利略与新的科学观

伽利略（Galileo）1564年2月15日出生于意大利的比萨。1581年他进入比萨大学。在1585年获得学位前离开了大学，回到佛罗伦萨教书。1592年，父亲死后，他搬往博德继续教书以及研发军用罗盘等其他事物。

1609年．伽利略发明望远镜，借助望远镜可看见比肉眼所见还要近1000倍的物体。他用自己制作的望远镜来观察月球，发现这颗地球的卫星有许多麻点。看见了月球上的山峰及河谷、还看见了他所谓的海。他也发现银河似乎是由许多星星所组成的。这与原来托勒密天文学的夜空迥然不同。

这些发现于1610年的《星夜先知》发表后造成了轰动。历史学家罗芬兹将这本小册子喻为“大概是至今通俗科学中最经典的，也是宣扬哥白尼系统中最精湛的杰作”。各地的学者纷纷购买与阅读，五年后甚至有传教士将其翻译成中文版。伽利略的发现中最有趣也最引人注目的就是四个似乎在绕着木星旋转的物体，并一夜又一夜地变换它们的位置。对他而言，这些就是卫星以及一个类似哥白尼结构的缩影。

《星夜先知》的成功将伽利略向更进一步的发现推近，同样地也将他卷入与天主教教廷的冲突中。他成为名人后，受到教宗的接见，并获得鼓励与支持。之后他又获得曾经受教于他数学与哲学的学生塔斯卡尼公爵寇莫斯二世的资助。1612年，伽利略的漂浮物体论创立了流体静力学。1613年，他发表一系列讨论他观察太阳黑子的文章，公开地承认哥白尼的学说，并且为惯性原理做初步的公式化处理。此时的伽利略已激怒了教廷人士。

1616年，当他访问罗马时，教廷发布反对他的正式教令，警告伽利略不可以教授哥白尼的太阳中心说。伽利略的研究并没有被判定为异端邪说，并为这个处境做出特有的乐观评价。评论家将此事记载为众多纷争的源头。

1623年，伽利略发表了一篇讨论彗星性质的《分析者》，并将其献给早期曾经支持他的新教宗厄班八世。伽利略希望教宗能解除1616年的禁令，但他的资助者寇莫斯二世此时过世了，这使得伽利略处境更加的困难了。1632年，伽利略发表《两大世界观的对话》。由这项科学杰作不难看出，伽利略强烈地想要与其父亲的著作《古典与新潮音乐的对话》看齐，这种心理因素也让他忽略思考他真正的工作重心。《两大世界观的对话》发表后获得了相当大的成功，但由于教廷裁判长介入干预，1633年6月22日《两大世界观的对话》被取缔，稍后伽利略再被传唤到罗马并被监禁。他曾对教宗以及审问他的裁判长提出许多讨论的理由作为申辩，但教廷最后还是宣判他不服从1616年的教令。1637年，伽利略完成了他最后的科学发现“月球的摇晃”。《两大世界观的对话》虽然被查禁、但很快就在整个欧洲的新教徒中传开了。

伽利略死后三个半世纪，1989年10月，以伽利略命名的太空探测器由美国亚特兰大号航天飞机运载送入385年前伽利略发现有四颗卫星的木星。1992年，教宗约翰·保罗二世愿意承认教廷在“哥白尼法规”的错误，这代表伽利略曾遭受过天主教教廷不合理的对待，但这似乎只是为了公共关系。为此《纽约时报》给予了一个讽刺的标题——350年后梵蒂冈才表明伽利略是正确的：他们终于行动了。

3.开普勒与行星运动规律

乔汉尼斯●开普勒（Johannes Kepler）1571年2为27日生于德国威尔，他于土宾恩上大学，成力梅斯特林的学生，是可白尼的崇拜者。

开普勒于1597年公开出版了他的理论 《神秘的宇宙结构），支特哥白尼的大阳中心论。开普勒和传统天文学思想的差异，是以力字的观念提出可以解释行星运动的法则。这是天文学史中自哥白尼以来所没有的概念，而且相当精准地预测行星的运行。

经过不断的实验和纠正错误，开普勒发现行星运动的法则：连接太阳到行星的向量半径，在相等时间内扫过相等的而积。这就是人们所熟知的开普勒第二定律。在哥白尼架构下的第二定律被发现后，行星运行轨道的真实形状尚待确立。在相当多的研究后，开普勒领悟到椭圆形的用处，一个古代时就已知道的形状，它符合精密弧形的预测，遂形成了开普勒第一定律：行星轨道为椭圆形，而太阳正位于其中之一的焦点上。开普勒将第—定律、第二定律写在他1609年出版的《天文学新星》内，开启了对天文学的目标和方法基础性的再教育。

1619年，开普勒出版《世界的和音）。这本书包括了一项基本的科学发现：开普勒第三定律。该定律说明行星运动、行星绕行太阳的周期的平方和行星与太阳的平均距离的立方成正比，以后便能根据行星周期计算行星与太阳的距离。

除了天文学方面的理论，他还发表了两项有关光学的重要论文。《天文缩影》是 1619到1621年间出版的，但很快被教会列入禁书的黑名单。1627年，他出版以布拉赫的数据为基础的已知星球的表格，名为《罗多菲表》，该表之后被使用了一个世纪。

4.牛顿与运动定律

艾萨克·牛顿（Isaac Newton）是西方科学历史中最有影响力的人物。他一直被认为是位具有高智慧的英雄，300多年来在科学界一直美誉永垂，未曾逊色。牛顿并不是科学革命的开创者，然而他的贡献是提供具体可行的模式，并注人其本的知识，使现代人了解物理科学。

1642年12月25日，牛顿出生于英国林肯乡，1661年进入剑桥的三一学院，1664年他被选为三—学院的学者，该大学于1665年关闭。后来他回忆说;“那是我发挥我的发明潜力，启蒙我的数学与哲学造诣最重要的时期。” 他就在当年根据笛卡尔的几何学发明了一套基础微积分，这是数学中用以计算运动变化率的工具。1667年，牛顿回到三一学院，被选为到剑桥大学的院士。1669年，牛顿任数学教授。他制造首座反射望远镜，在当时的社会引起了轰动。1672年，他被推选入皇家社团。1684年，牛顿出版了《De motus Corporum》，数年后完成了更复杂的著作《自然哲学的数学原理》。牛顿最得意的著作《原理》（Prncipia）于1687年出版，代表牛顿科学成就的最高峰，也是他科学改革的最终点。

如达尔文所述：“生顿揭发了自然现象的发生与结果，而且完全解开了自然界的潜在的定律。”牛顿死后，亚历山大在教宗曼诺（Woolsthorpe Manor）房间上题字：“自然与自然法规全归于他的光，上帝说，让牛顿一身是光。”

牛顿的主要科学成就可归纳为：

（1）微积分奠定了近代数学的基础。1666年，《论流数》一文手稿被发现，这是最早的关于微积分的论述。

（2）光谱分析奠定了近代光学的基础。1666年，牛顿用三棱镜做分光实验；1704年，牛顿出版《光学》一书。

（3）力学三定律奠定了经典力学的基础。1682年，牛顿发表《自然哲学的数学原理》，阐明了运动三定律和万有引力定律。

（4）万有引力定律奠定了近代天文学的基础。

四、工业革命时期的科技发展

瓦特（Watt）发明蒸汽机后，引发了工业革命。一般认为，蒸汽机、焦炭、铁和钢是促成工业革命技术加速发展的四项主要因素。此时期西方科技快速进步。也使得欧洲国家侵略及殖民其他国家。1628年，英国的哈维（Harvery）发表“心血运动论”，发现血液循环。1665年，英国的虎克（Hooke）制成显微镜、观察到植物细胞，首次提出细胞的概念。1771年，英国的普利斯特利（Priestley）首次观察到老鼠在有绿色植物的密闭钟罩内可延长生命，发现植物呼出氧气的现象。1863年，英国的赫胥黎（Huxley）发表《人类在自然界的位置》一书，明确论证了人是猿猴进化而来的观点。1864年，法国的巴斯德（Pasteur）确立消毒灭菌方法，1881年，他采用病原菌毒素的接种法，防治一些疾病，开创了医学上的免疫学。此时期具有代表性的重要科学家及主要成就：

1.瓦特与蒸汽机

瓦特1736年1月19日生于苏格兰西部格里诺克，十几岁到伦敦当学徒，学习机械制造。1756年，瓦特回到苏格兰的格拉斯哥，在格拉斯哥大学谋得了一个机修工的职位。在大学里，他认识了著名的物理学家布莱克，从他那里学到了许多热学知识。 1763年，他受命修理格拉斯哥大学的一台纽可门蒸汽机，得以仔细研究纽可门机的结构。1769年，他造出了第一台原型机，并获得发明冷凝器的专利。1781年，他改变了蒸汽机只能直线做功的状态，用一个齿轮装置将活塞的的直线往复式运动转化为轮轴的旋转运动。I782年，他进一步设计出了双向汽缸，使蒸汽轮流从活塞的两端进人，使热效率又提高了一倍。经过进一步改进后的瓦特蒸汽机，成了效率显著、可用于一切动力机械的万能“原动机”。蒸汽机改变整个世界的时代正式到来了。

到1790年，瓦特机几乎全部取代了老式的纽可门机，瓦特因而受到尊崇。瓦特后来又发明了离心调节器，它使输入的蒸汽不致太多或太少。1800年，瓦特被选入皇家学会，格拉斯哥大学授予他名誉博士学位。

瓦特的发明引发了第一次工业革命。瓦特的主要成就有：

（1）世界上第一台完整的蒸汽机于1776年由瓦特发明；

（2）1781年，瓦特发明“太阳—行星机构”，使往复运动转换成旋转运动；

（3）1788年，瓦特发明离心式调速器，以保证转速的稳定；

（4）1794年，瓦特发明蒸汽压力指示器，以防锅炉爆炸。

2.达尔文与进化论

查尔斯·罗伯特·达尔文（Charles Robert Darwin）出生于1809年2月12日，8岁时母亲去世，1825年进入爱丁堡大学学医，1827年进入剑桥大学的基督学院就读，跟着植物学家约翰·斯蒂芬·韩斯洛求学，收集甲虫类昆虫，1831年毕业。没多久，他得到了一份到世界各地旅行的工作，在1831年的12月27日登上猎犬号出发，并在5年后返回。达尔文这次与猎犬号的旅行在科学文献上占有一个特殊的地位。

最初他的兴趣在地质学上，而影响他最深的是旅途中所读的书——查尔斯·莱尔的《地质学原则》。达尔文也收集动物与植物，并保持做记录的习惯，他注意到加拉巴哥群岛上的鸟类及龟和邻近岛屿的有微小的差异。他之后写道：“我觉得我该感谢这趟远行，它是我的心灵第一次得到真正的训练。它让我注意到植物学的一些分支，并增进我的观察力，即使我已有不错的能力。”

猎犬号在1836年10月2日返回英格兰。I837年，在对旅程仍记忆犹新之时，达尔文开始从大量的记录中归纳出理论性的部分。1838当他读到马尔萨斯的学说时，开始有了他的天择说，也就是生物为了活命而留下有益生存的特色的想法。然而在当时他并没有发表他的理论，而是继续地累积更多资料。之后，他出版了三部有关他观察珊瑚礁、火山岛及其他地质现象的作品，这些作品更加确立了达尔文的专业声望。后来，他又陆续出版了《物种原始》《适者生存》及数本和天择论有关的书，其中有1871年出版的《进化论》、1872年出版的《人类、动物的情感表法》以及1880年出版的《植物变动力量》。

3.孟德尔与遗传定律

葛内格·孟德尔（Gregor Mendel）生于1822年7月22目，后来就读于欧慕兹大学。21岁时他进入布诺的奥各斯汀尼修道院，1844年至1848年学习完神学、农业及植物学后，他被安排神职。1851至1853年，孟德尔在维也纳大学学数学和自然科学。自1854年开始，他在布尔诺技术学校任教，讲授物理学和博物学，在这所学校任教达14年。

1856年，孟德尔开始用菜豆做一连串的实验。在两年的时间内，他培植豆子以产生有七种特性的纯种，这些特性是选取看得见的性质，如大小、颜色、形状及结构等，然后他交叉培植有不同特性的豆子，如高的和矮的、光滑的和皱的等，期望一个混合的结果。但是，结果显示出不同的特性能各自遗传，有些高高的、有的矮矮的，有些豆子光滑，有的是皱的。由此产生的独立分离定律成为三个孟德尔遗传定律中第一个。孟德尔也发现个别的特性而非全部的性质在复制过程中传下去，七种特性中何一对各自独立影响。这理论的许多方面在基因的结构建立后有些误差，但孟德尔幸运地使用了豆子，它的外在特性属于不同的分类，这成为孟德尔的第二定律——独立支配定律。孟德尔的第三定律——显性定律，述说在一对遗传特性中，一个多是显性，而另一个是隐性，这个定律是有一定比例的作用，但今日已知其可利用性范围很小。 

1865年，孟德尔把实验的结果送至布诺自然历史学会，并于次年发表论文，这篇论文没引起注意。1900年，即孟德尔死后16年，他的论文被荷兰的德弗里斯（DeVries）、德国的柯伦斯（Correns）及奥地利的丘歇马克（Tscherm Enegg）三位植物学家重新发现。创造基因名称的剑桥科学家贝特森（Bateson）把孟德尔的定律引用到他的遗传研究中，贝特森舍弃达尔文的逐渐形成品种的学说，而孟德尔的实验可用来解择他的突变设计。在20世纪30年代，新一代的基因科学家的研究，使有关孟德尔贡献的困扰得以进一步厘清。孟德尔的理论被认为解释了特性遗传的基本过程，现成为自然选择的一部分，并因染色体的发现而更受到支持。

五、近现代的科技发展

因两次世界大战的军事科技需求，和近代计算机科技的辅助，现代科技的发展在 20世纪以后日新月异、突飞猛进。奥地利的兰斯坦纳（Landsteiner）发现人类的A型、 B型、O型血型，建立了血液分类学的基础；英国的萨顿（Sutton）确立了孟德尔法则的细胞学基础；波兰的居里夫人（Curie）发现放射性物质；爱因斯坦（Einstein）提出相对论，促成后来核能科技的发展；威格纳（Wegener）提出地壳板块移动的理论，说明地质及生物的分布关联。在现代，科技的研究已经是群体的工作，大规模的人力及物力投入及分工精细，使得科技更加快速地发展。

（一）该时期伟大的科技成就

1.提出了四大基础理论：量子力学、相对论、基因理论、系统理论。

2.形成了五大基本模型：宇宙演化的大爆炸模型、粒子物理的标准模型、DNA双螺旋结构模型、图灵的计算机模型、地壳结构的板块模型。

3.打造了三大基本技术：物质变化技术、能量转化技术、信息控制技术。

（二）该时期的重要科学家及其主要贡献

1.玛丽·居里与放射性物质

玛丽·居里（Marie Curie）1867年11月7日生于华沙的玛亚，1883年高中毕业，1886年开始当家庭教师并在巴黎完成教育。1891年她在巴黎大学修学位，1893年以优异成绩毕业，是索邦大学第一位拿到物理学位的女性，一年后她又取得数学学位。1895年她与比她大8岁的皮埃尔·居里（Pierre Curie）结婚。

1896年，伦琴发现X射线及贝尔革勒对铀的奇特性质的探讨，戏剧性地影响了物理学发展的路径及玛丽·居里的一生。1897年，她决定以贝尔革勒的放射线研究作为博士论文的题目。1898年4月，居里首次提出她的研究报告，7月发表另一篇论文，居里夫妇报告发现新的元素，他们建议称之为钋，较贝尔革勒的放射线由某些物质产生，显然具有深一层的意义，是一种广泛自然界现象之一，居里夫妇称之为放射性。

由于他们的研究，居里夫妇和贝尔革勒共同分享了1903年的诺贝尔奖。1906年，皮埃尔意外死亡，玛丽接替皮埃尔在索邦大学的教职，成为该大学第一位女性教授。在居里夫妇进行研究时，尚不知放射线的危险性，因此他们并未小心处理他们发现的新元素，1934年7月4日，玛丽·居里死于和放射线中毒有关的白血球症。

2.爱因斯坦与相对论

阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）生于1879年3月14日德国的鸟姆，12岁时就自学几何学，他少年时不寻常的梦想就是揭开宇宙奥妙之谜，他17岁时进入瑞士科技学院，1900年毕业。1902年，爱因斯坦在瑞士专利公司当一名初级专利员。这段时间虽然与物理学界隔离，却也是他发觉物理学界现代思想发展的一段重要时期。

1901年至1904年间，爱因斯坦在德国权威杂志《物理学年鉴》上发表了5篇有关热力学和黑体辐射等方面的研究。

1905年，爱因斯坦奇迹般地发表了5篇文章：1905年3月，《关于光的产生和转变的一个启发性观点》发表，文中提出光量子学说和光电效应的基本定律，并在历史上第一次揭示了微观物体的波粒二象性，从而圆满地解释了光电效应（为此获得1921年诺贝尔物理学奖）；1905年4月，《分子尺度的新测定》发表（获苏黎世大学哲学博士学位）；1905年5月，《根据分子运动论研究静止液体中悬浮微粒的运动》发表（有力地提供了原子真实存在布朗运动的证明）；1905年6月，长篇文献《论动体的电动力学》发表（完整提出了著名的狭义相对论理论，开创了物理学的新纪元）；1905年9月，《物体惯性和能量的关系》发表（提出了质量和能量的关系 E=mc2，为原子核能的释放和利用奠定了理论基础）。

当他的文章被物理学界认知后，爱因斯坦1909年离开瑞土专利公司，转入祖力克大学任教。1911年他进入布拉格大学，1912年回到祖力克大学，1914年转入柏林大学，此后有更多时间致力于研究。1916年爱因斯坦发表《广义相对论基础》，提出了大质量物体的存在可引起时空连续场的弯曲，为黑洞、大爆炸等新的宇宙论提供了理论依据。1933年爱因斯坦在美国普林斯顿大学任客座教授，当他得知德国纳粹政府查抄他在柏林的寓所，焚毁其书籍，没收其财产，并悬赏十万马克索取他的人头时，他便加入了美国国籍，后接受普林斯顿高等研究院的终生职位。1955年4月11日，爱因斯坦签署一项和平主义者反原子能的宣言，由哲学家卢塞尔（Russell）送出传阅。 1955年4月18日，爱因斯坦在新泽西普林斯顿去世。

3.巴登与超导现象

约翰·巴登（John Bardeen）1908年5月23日出生于美国威斯康星州的麦迪逊。1923年进入威斯康星大学就读，对数学、物理学感兴趣。1928年他拿到工程学学位，1929年获得硕士学位，1936年获得数学物理学博士学位。1945年，他在贝尔实验室做固态物理研究。1948年，巴登和布莱登使用锗结晶发明了能扩大音频信号的“点接触”装置，1956年，巴登、夏克里和布莱登共同获得诺贝尔奖。

1950年开始，巴登研究以不同温度制造某些超导性元素的同位素，或者不同形式者。1957年，巴登与纽约的科学家库珀（Cooper）、研究生施里弗（Schrieffer）共同发表BCS理论，该理论是解释常规超导体的超导电性的微观理论，是以三位发现者的名字首字母命名的。因为BCS理论，1972年三人共同获得诺贝尔物理奖，巴登成为第一位在相同的领域得到两次诺贝尔奖的科学家。

4.沃森与脱氧核糖核酸的结构

詹姆土·沃森（James Watson）1928年4月6日出生于美国伊利诺伊州的芝加哥 1943年他进入芝加哥大学主修动物学，1947年获得学士学位，1950年在印第安纳州获得博士学位，后到哥本哈根做博士后研究。1951年，沃森遇见英国物理学家弗朗西斯·克里克，两人开始合作，于1951年底提出了第一个模型。这个模型是一个由三股链组成的螺旋结构，但后来发现由于少算了DNA的含水量而设想的三股链是不对的，第一个模型失败了。1952年7月，沃森提出了碱基配对的思想。1953年2月，淡森决定建立一个二链成对的DNA双螺旋模型。1953年4月，他将新的DNA结构模型在《自然》杂志上公之于世。这是一个成功的DNA分子结构模型，它由两条右螺旋但反向的链绕同—个轴盘旋而成，像一个螺旋形的梯子，生命的遗传密码就刻在梯子的横档上。

DNA双螺旋结构模型的提出是生物学史上划时代的事件，宣告了分子生物学的诞生。以此为开端，生物学各个领域均发生了巨大的变化。沃森、克里克和维尔金斯因此获得1962年的诺贝尔医学与生理学奖、

沃森1965年第—次发表基因的分子生物学、1983年发表微分子生物学，从1988年 10月开始致力于人类基因的研究、直到1992年4月辞职为止。