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| 編輯推薦： |
“科学与中国”院士专家巡讲活动由中国科学院、中共中央宣传部、教育部、科学技术部、中国工程院和中国科学技术协会六部委共同举办，旨在弘扬科学精神、普及科学知识、倡导科学方法、传播科学思想。自2002年启动以来，配合国家重大发展战略，围绕地方实际需求，先后在全国各地组织巡讲报告会800余场。
《科学与中国院士专家巡讲团报告集第7辑》由中国科学院院长白春礼主编，精选了“科学与中国”院士专家巡讲团的部分精彩报告。
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| 內容簡介： |
“科学与中国”院士专家巡讲活动旨在普及科学知识、倡导科学方法、传播科学思想、弘扬科学精神。10年来，巡讲团的院士专家先后在全国举办科普报告800多场，引发社会各界的广泛关注和强烈反响，对提升全民科学素质起到了重要的推动作用。
《科学与中国：院士专家巡讲团报告集 第七辑》由中国科学院院长白春礼主编，精选了“科学与中国”院士专家巡讲团的部分精彩报告。这些报告深入浅出，兼顾科技与人文，可以帮助社会公众学习科学技术知识，了解科学技术前沿，把握未来科技发展趋势，理解科学研究的方法、思想与准则，认识科学与经济、社会发展的关系，培养质疑、批判的科学精神。
《科学与中国：院士专家巡讲团报告集 第七辑》适合大众读者阅读，也是科技工作者、教育工作者以及各级党政部门领导干部的重要参考资料，还可以作为大中小学课程和社会公众再教育的补充阅读材料。
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| 目錄：
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序言白春礼
路甬祥院士 从仰望星空到走向太空
郑时龄院士 为创新型城市创造空间——关于创新性人才与创新型国家
涂元季少将 钱学森的科学精神
顾逸东院士 载人航天与空间科学
周兴铭院士 信息技术与国家发展
杨福家院士 自主创新的关键
李曙光院士 科学人生体验
徐建中院士 科学用能与绿色能源
杨叔子院士 民族文化教育与自主创新道路
朱作言院士 建设基于中国科技发展的国际学术交流平台
后记
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| 內容試閱：
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从仰望星空到走向太空
路甬祥
流体传动与控制专家。中国科学院原院长， 浙江大学
教授。籍贯浙江慈溪， 1942 年4 月28 日生于浙江宁波。
1964 年毕业于浙江大学。1981 年获德国亚琛大学工程博士
学位。1990 年当选为第三世界科学院院士。1991 年当选为
中国科学院学部委员（院士） 。
在前人的基础上创造性地提出“系统流量检测力反
馈” 、“系统压力直接检测和反馈” 等新原理， 并应用于先
导流量和压力控制器件， 将此技术推进到一个新阶段， 使
大流量和高压领域内的稳态和动态控制精度获得量级性提
高。运用这些原理和机电液一体插装技术相结合， 推广
应用于阀控、泵控和液压马达等控制， 研究开发了一系列
新型电液控制器件及工程系统。该技术被认为是20 世纪80
年代以来电液控制技术重大进展之一。主持开发研究的相
应的CAD 、CAT 支撑系统， 被广泛应用于中国工业部门。
LuY ongxiang
路甬祥
2009 年是伽利略（Galileo Galilei ， 1564～1642 年） 首次用望远镜观
测天体400 周年， 因此被联合国确定为国际天文年， 以纪念这位人类历
史上第一个把望远镜对准茫茫太空的人。伽利略是近代科学的开创者之
一， 是科学史上的伟人。他把理论与实验相结合， 形成了一套基于实验
观察、数学分析、严谨实证的科学研究方法， 从此人类有了现代意义上
的科学。伽利略等所开创的近现代科学， 在今天更加充满生机， 有力地
推动着人类文明的进步与发展。
一、伽利略的发现及其意义
1609 年7 月， 伽利略在荷兰人发明望远镜的基础上， 用风琴管作镜
筒， 两端分别嵌入一片凸透镜和一片凹透镜， 制成了一架放大率为3 倍
的望远镜。同年年底， 他又把望远镜的放大倍数提高到了32 倍， 用来观
察太空， 从而扩展了人类的视力， 发现了一系列以前从未发现过的天体
现象。
他利用望远镜发现， 月球表面高低不平， 有高山、深谷， 也在自
转。他把月球上两条主要山脉分别以“阿尔卑斯” 和“亚平宁” 来命
名， 绘制出世界上第一幅月面图。他断定月球自身并不发光， 只能反
射太阳光。伽利略用简陋的望远镜发现有4 颗卫星在围绕木星旋转，
他还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈
亏现象、月球的周日和周月天平动， 以及银河是由无数恒星组成的，
等等， 从而开辟了依靠观测和实验了解天象、解释天体运动的新时代。
如同哥伦布（ Cristoforo Colombo ， 1451～1506 年） 发现了“新大陆”
一样， 伽利略发现了“新宇宙” 。这些真实的、可重复的观测结果， 形
成了对哥白尼日心说极其有力的支持。1610 年3 月， 伽利略把观察结
果和对哥白尼（ Nicolaus Copernicus ， 1473～1543 年） 学说的阐述写成
?星际信使?一书， 在威尼斯公开出版， 在当时的欧洲社会产生了很大
影响。
由于伽利略所主张的学说和提供的依据， 从根本上对当时的宗教
教义提出了挑战， 遭到了教会的不公正审判， 被判处终身监禁。但是，
真理的光辉终归要照亮大地。由于伽利略的历史贡献， 以及更多的科
学依据和阐释， 日心说终于取代了延续千年的地心说。更重要的是，
伽利略向人们展示了具有说服力的认识自然的科学方法， 即依靠观察
和实验来了解自然的真实景象， 依靠理论和数学分析来解释所观察到
的现象。
伽利略是近代物理学的创始人。他首次把实验引进力学， 并利用实
验和数学相结合的方法， 先后确定了自由落体运动规律、惯性定律、摆
的等时性定律、合力定律和抛射体运动规律等重要的力学定律。他详细
研究了重心、速度、加速度等物理现象， 并给出了严格的数学表达式。
其中， 加速度概念的提出， 是力学史上具有里程碑意义的事件， 因为从
此力学中的动力学部分能够定量描述。荷兰科学家惠更斯（ Christiaan
Huygens ， 1629～1695 年） 在伽利略工作的基础上， 推导出了单摆的周
期公式和向心加速度的数学表达式； 英国科学家牛顿（Isaac Newton ，
1643～1727 年） 在系统地总结了伽利略、开普勒（ Johannes Kepler ，
1571～1630 年） 、惠更斯等的工作后， 最终得出了万有引力定律和运动
三定律。
伽利略留给后人的精神财富是极其宝贵的。伽利略所作的最重要的
贡献在于他把逻辑方法和科学实验紧密结合在一起， 奠定了近代科学的
方法论基础， 这种新方法， 使物理学告别了主观猜测、形而上学和粗略
定性， 成为论据扎实、推理严谨、可实证、可检验和可重复的科学， 有
力地推动了近现代科学的诞生与发展。正是在这个意义上， 伽利略被称
为科学实验方法的创始人和近代科学的奠基人。爱因斯坦（ Albert Ein-
stein ， 1879～1955 年） 曾这样评价： “伽利略的发现， 以及他所用的科
学推理方法， 是人类思想史上最伟大的成就之一， 而且标志着近代物理
学的真正开端！” ①
二、人类对宇宙的探索需要各国不同领域科学家的紧密合作
认知宇宙一直是人类的梦想， 人类一直试图对浩渺的宇宙做出合理
的解释。中国古人提出过盖天说和浑天说， 中国汉代学者张衡（78～139
年） 曾经提出“宇之表无极， 宙之端无穷” （?灵宪?） 的无限宇宙概念。
古希腊哲学家柏拉图（ Plato ， 约前427～前347 年） 认为宇宙中的物体
呈现出最完美的圆形运动， 宇宙由各个星层组成， 存在着一个宇宙的中
心。古希腊的天文学家托勒密（ Claudius Ptolemaeus ， 约90～168 年）
提出了地心说， 认为地球是宇宙的中心。哥白尼提出了日心说。牛顿提
出了机械的宇宙观， 认为在第一推动力的作用下， 宇宙按照机械运动的
规律运行着。法国人拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace ， 1749～1827 年）
和德国人康德（Immanuel Kant ， 1724～1804 年） 提出了星云学说， 认
为宇宙物质是由星云逐渐变化而形成的。近代科学认为， 任何一种宇宙
学说或者模型， 都必须经过观测或实验的检验， 才能成为被普遍接受的
科学理论。
随着天文望远镜等观测和分析仪器的问世与改进， 人类对宇宙的
认识愈加清晰丰富。1781 年前后， 英国天文学家赫歇耳（ Friedrich
Willhelm Herschel ， 1738～1822 年） 使用望远镜发现了天王星， 这是
人类第一次用望远镜发现行星。天王星被发现后， 人们发现它总是有
些偏离计算的轨道， 于是有天文学家猜测， 在天王星之外还存在一颗
行星， 它的引力干扰了天王星的运行。1846 年， 英国的亚当斯（John
Couch Adams ， 1819～1892 年） 和法国的勒维列（ Urbain Le Verrier ，
1811～1877 年） 独立对此进行了研究， 计算出这颗新行星即将出现的
时间和地点， 德国天文学家戈勒（ Johann Gottfried Galle ， 1812～1910
年） 在天文观测中辨认出这颗新行星， 与预计的轨道只差1° 。海王星
的发现说明了天文观测中理论指导的重要意义， 在理论的指导下， 不
仅能够确定新天体发现的区域和时机， 更重要的是， 能够揭示出所观
测现象的科学意义。科学的最终意义不仅在于发现自然， 更在于合理
地解释自然。
有了越来越先进的观测、分析等技术手段， 有了越来越严谨的理论
和数学工具， 人类对宇宙的研究不断深化和拓展。17 世纪陆续发现了一
些朦胧的拓展天体， 人们称它们为“星云” 。仙女座星云是其中最亮的一
个。但它是银河系内， 还是银河系外的天体， 学界一直有争论。1924
年， 美国天文学家哈勃（Edwin Powell Hubble ， 1889～1953 年） 使用
当时世界上最大的2.4 米口径望远镜， 在仙女座星云里找到了造父变星，
利用造父变星的光变周期和光度的对应关系， 确定了该星云的距离， 证
明它确实是在银河系之外， 而且也像银河系一样， 是由几千亿颗恒星以
及星云和星际物质组成的河外星系。迄今， 已经发现了大约10 亿个河外
星系， 天文学家估计河外星系的总数在千亿个以上。
1967 年， 英国天文学家休伊什（ Antony Hewish ， 1924～） 和博贝
尔（Jocelyn Bell Burnell ， 1943～） 偶然发现了脉冲星。脉冲星发射的射
电脉冲周期非常稳定。人们对此曾感到很困惑， 甚至一度猜测这可能是
宇宙中智慧生命发出的信号。而在此之前， 物理学家发现中子后不久，
1932 年朗道（Lev Davidovich Lendau ， 1908～1968 年） 就提出可能有由
中子组成的致密星。1934 年巴德（ Wilhelm Heinrich Walter Baade ，
1893～1960 年） 和兹威基（ Fritz Zwicky ， 1898～1974 年） 提出了中子
星的概念。1939 年奥本海默（ Oppenheimer ， 1904～1967 年） 等通过计
算建立了中子星模型。由于事先已经有了关于中子星的理论， 科学界很
快就确认脉冲星是有极强磁场的快速自转的中子星。这又是一个理论指
导科学发现的典型案例。
宇宙大爆炸模型更是理论指导发现的经典案例。1915 年， 爱因斯坦
提出了广义相对论， 奠定了现代宇宙学的理论基础。根据广义相对论的
推测， 宇宙不是稳定态的， 不是膨胀就是收缩。1922 年， 苏联宇宙学家
弗里德曼（Aleksandr Friedmann ， 1888～1925 年） 根据爱因斯坦的相对
论， 提出了宇宙大爆炸学说， 经过后来许多科学家的深化和丰富， 成为
宇宙大爆炸模型， 这种思想逐渐成为宇宙起源与演化的主流思想。根据
宇宙大爆炸模型， 在宇宙的最早期， 即距今大约137 亿年前或更早， 今
天所观测到的全部物质世界完全集中在一个很小的范围内， 温度极高，
密度极大。从大爆炸开始， 宇宙历经了普朗克时期、强子时期、轻子时
期（5 秒） ， 在100 秒左右发生了核合成， 产生氚和氦， 宇宙以辐射为
主。大爆炸发生后约38 万年， 温度下降到4000K ， 中性氢开始形成， 宇
宙进入退耦时期， 光子和物质分离， 光子成为宇宙背景辐射， 宇宙进入
以物质为主的黑暗时期。一直到大约2 亿年， 第一批恒星和星系开始形
成， 宇宙逐渐被照亮， 随后的几亿年间， 第一批超新星和黑洞形成。大
约10 亿年时， 比星系尺度更大的星系团形成， 星系之间发生合并等剧烈
的演化活动， 恒星系统形成。经过了漫长的演化， 形成了今天人们所看
到的形形色色的宇宙。①
宇宙大爆炸理论陆续得到一些观测的证实。1929 年， 哈勃发现星系
距离人们越远， 远离人们的速度越快， 被称为哈勃定律， 从而证实了当
前的宇宙处于膨胀状态。
20 世纪60 年代， 美国贝尔实验室的彭齐亚斯（Arno Allan Penzias ，
1933～） 和威尔逊（Robert Woodrow Wilson ， 1936～） 探测到了3K 左
右的宇宙微波背景辐射， 这与1948 年俄裔美国科学家伽莫夫（ George
Gamow ， 1904～1968 年） 和比利时人勒梅特（ Georges Lemaitre ，
1894～1966 年） 等改进的宇宙大爆炸模型非常符合， 即人们今天观测到
的近乎各向同性的宇宙微波背景辐射， 是宇宙膨胀冷却到光子不再和宇
宙物质发生相互作用时留下的退耦“遗迹” ， 当时的宇宙温度约为
4000K ， 按照宇宙的膨胀速率， 到今天恰好为3K 左右。
1989 年美国发射的COBE 卫星对微波背景辐射的精密测量进一步表
明， 在10 4 精度内， 宇宙是均匀、各向同性的， 这就进一步证实了宇宙
大爆炸模型。哈勃定律与宇宙大爆炸模型的预言一致， 已被28 000 个星
系的红移（或退行速度） 与距离的关系的观测数据所证实； 宇宙大爆炸
模型预言宇宙现在的年龄约为137 亿年， 宇宙中的天体， 如恒星、星系
等， 都是在宇宙形成以后逐渐形成的， 所以它们的年龄必须小于宇宙年
龄， 这也符合目前的观测； 宇宙大爆炸模型预言了宇宙中轻元素氦的丰
度约为25 % ， 氢的丰度约为75 % 。多年来人们对天体轻元素丰度的观测
结果， 正好与宇宙大爆炸模型的预言相一致， 从而成为宇宙大爆炸模型
的证据。② 宇宙大爆炸模型的提出和证实再一次表明， 宇宙学的研究需
要各国不同领域科学家的紧密合作； 宇宙学的研究， 不仅需要理论上的
创新， 而且需要观测和分析手段的创新。
三、人类探索太空的动力源自认知和驾驭客观世界的科学精神
探索太空是人类自古以来的梦想， 中国在春秋战国时期就有嫦娥奔
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