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深潜器，下潜到 1 万多米深的马里亚那海沟底部，使人类探测到了海洋的最
深处。另外，美国普林斯顿大学的赫斯（19O6～1969）在这一年提出了海底
扩张说。赫斯认为，洋中脊是洋壳生成的地方，地幔对流环将地幔物质从这
里挤出，形成新的洋底；对流环分离时携带新洋底背离洋脊运动，在海沟处
重新返回地幔深部；陆块边界若与下降的对流环为邻，便会发生强烈的变形；
另外，海底平顶山原是洋脊处的火山岛，后来被侵蚀作用削平，由于随洋底
运动，逐渐离开洋脊，淹没在海洋中。1962 年，赫斯以《海洋盆地的历史》
为题正式发表了他的上述观点。
在大陆漂移、地幔对流、海底扩张等学说及古地磁学、地震学研究资料
的基础上，英国剑桥大学的麦肯齐、R．L．帕克尔，美国普林斯顿大学的摩根、
哈得逊河畔拉蒙特地质研究所的法国人勒比雄等人在 1967～1968 年间提出
了板块构造理论。勒比雄在他的文章中将地球的岩石圈划分为欧亚、非洲、
澳洲、南极洲、美洲、太平洋六大板块，详细讨论了它们的运动。摩根的论
文还讨论了地幔物质在洋脊热点处涌出的情况。板块构造理论认为地壳板块
是地幔软流圈上的刚性块体，板块的边界处是构造运动最活跃的地方，在这
里存在着 3 种边界应力：由于两个板块相对运动而产生的挤压力（如造山带
的隆起、海沟处一个板块俯冲到另一个下面时）；两个板块背离运动时的引
张力（如东非裂谷和海底全球大裂谷的形成）；两个板块相互滑过时的剪切
力（如转换断层的形成）。总之，板块之间的相对运动被视为全球地壳构造
运动的基本原因。这样一个全新的地壳运动理论的诞生，表明了人类对脚下
的大地和海底的构造运动规律有了超越日常经验的理论认识。在某种意义
上，这是人类地球观的一次革命，它可以同哥白尼革命相媲美。
20 世纪的生命科学
基因的发现
近代生物学是从维萨留斯研究人体结构开始的。其后，哈维发现了动物
的血液循环。胡克发现了细胞之后，随着对生物生殖细胞的研究，在生物个
体发生方面产生了预成论和渐成论，最后施莱登和施旺用细胞学说对个体生
物学作了总结。从人体结构到动物的血液循环、再到细胞学说，显示了近代
个体生物学进步的道路。从 20 世纪的观点看，这些成果都仅仅是最基本的生
物学和生理学常识，生命的奥秘还隐藏在细胞之中。与达尔文同时代的奥地
利人孟德尔（1822～1884）已开始了遗传学研究，并于 1866 年在奥地利的一
个地方杂志上发表了《植物杂交的试验》一文。
孟德尔的发现并没有被他的同时代人接受，而是在 1900 年被生物学界重
新发现的。1909 年，丹麦人约翰逊将孟德尔文章中的遗传因子称为基因，于
是，基因的概念便成了遗传学中的一个基本概念。
1908 年，美国人摩尔根（1866～1945）开始做果蝇实验。果蝇有 4 对染
色体，雌体和雄体有 3 对完全相同，1 对则不同，雌的由两条 X 染色体组成，
雄的由一条 X 染色体和一条 Y 染色体组成。摩尔根在实验中特别注意了这对
不同的染色体（其中包含了性染色体），并在 1910 年发表了关于果蝇性连锁
遗传的论文，将一个基因和一个具体的染色体的行为联系起来了。
摩尔根的工作使孟德尔的遗传学进入了细胞学，染色体从此被认为是遗
传基因的载体。
分子生物学和生命起源
生物大分子的基础是蛋白质和核酸。蛋白的名称是瑞典人柏采里乌斯于
1836 年提出的。1902 年，德国人费舍尔（1852～1919）提出了蛋白质的多肽
结构学说。其后，生物化学家们又发现生物催化剂——酶、内分泌激素等都
是蛋白质。
核酸是瑞士人米歇尔（1844～1927）于 1868 年在德国做研究时从脓细胞
中最先提取出来的。l929 年还确定地认识到核酸有两种：DNA（脱氧核糖核
酸）和 RNA（核糖核酸）。
由于染色体是由蛋白质和核酸构成的，究竟是蛋白质还是核酸在遗传过
程中起着主导作用呢？最初，由于人们认为蛋白质比核酸活跃，结构和种类
比较多，核酸比较稳定，结构简单，故多把注意力放在蛋白质方面。然而，
核酸中的 DNA 才是遗传的真正物质基础。
生命的物质基础是蛋白质和核酸，人工合成它们是生物化学家们多年的
梦想。1955 年，英国人桑格在费舍尔工作的基础上，弄清了分子量小、结构
简单的蛋白质—胰岛素的 51 个氨基酸序列。1958 年，由王应睐领导的一个
中国生物化学家小组开始试探合成结晶牛胰岛素，并在 1965 年 9 月首次取得
成功。目前合成含有大量氨基酸的蛋白质仍然是困难的。
1924 年，前苏联科学家奥巴林（1894～1980）在《生命起源》一书中认
为地球上在有生命前存在着有机小分子物质，它们能在原始地球条件下形成
复杂的有机化合物。生物化学家在这方面还做过一些新的模拟实验，提出过
一些新的猜想，其中主要有生命起源于水溶液介质的海相起源派和与之相对
的陆相起源派。
神经和脑科学
神经元理论。1838 年捷克人普金叶观察到了神经胞体，并认为细胞相当
于能量发生器，神经纤维相当于能量传输器。德国人盖拉赫（1820～1896）
于 1871 年提出神经系统像一个复杂的网状结构。瑞士人希斯认为神经系统是
由许多独立的细胞组成的。1891 年，德国人哈茨（1836～1921）赞成神经细
胞的假设，并建议称神经细胞为神经元。然而，这两种理论的争论一直持续
着。直到 1934 年，西班牙组织解剖学家卡哈尔（1852～1934）在他的一本专
著中提出了令人信服的论据，使神经元理论被人们普遍接受了。
反射学说。19 世纪 30 年代，英国人霍尔（1790～1857）研究了一类如
手碰到火立即缩回的不随意活动，将这类活动称为反射。1893 年，英国人谢
灵顿（1857～1952）在研究膝跳反射后得出结论：神经干不仅有传出运动的
纤维，也有传入感觉的纤维。第一次世界大战以后，谢灵顿开始研究中枢神
经抑制的本质，他的成果使生理学家认识到，兴奋和抑制之间的平衡是引起
反射活动的决定性因素。
1902 年前，巴甫洛夫是一个消化生理学专家，1902 年后开始研究神经系
统，建立了条件反射概念。
大脑功能区的定位。法国人弗卢伦斯（1794～1867）最先在他的著作中
提出，高等动物的大脑主司感觉和思考，小脑协调运动，延髓为生命中枢。
美国人斯佩雷和加扎尼加（M．S．Gazzaniga）在 60 年代对癫痫病人作脑两半
球割裂治疗时观察到：两半球有不同的分工，但各自又为一个独立的脑；每
一个脑都有高级智慧机能；但语言机能主要在左侧，动作机能主要在右侧。
这个研究成果改变了以往认为脑两半球对称的概念。左脑长于数学、逻辑和
语言功能等抽象思维；右脑长于综合、直觉、想象等形象思维。斯佩雷的研
究成果不但使其获得了 1981 年的诺贝尔生理学及医学奖金，而且正在引起人
类对脑科学和文明发展关系的重视。当前，重新认识和发挥右脑的功能和作
用，正在引起人类教育方式的变化和思维方式的再一次革命——右脑革命。
现代数学的发展
第二次世界大战以来，由于技术和工业的迅速发展，带动了数学向应用
方向的发展。运筹学的诞生是这方面最突出的例子，它包括以下 4 个主要分
支。
对策论。1944 年冯·诺依曼和摩根斯特恩（Oskar．Mor…genstern）合
著的《对策论与经济行为》奠定了现代对策论的基础，把对策研究从古代的
军事政治领域扩大到了社会经济生活领域。
规划论。它主要研究计划和管理工作中的安排与估值问题，用数学语言
描述便是：研究某一目标函数在一定约束条件下的最大值和最小值问题。通
俗的例子是：要去某地时，考虑有几条路可走，走哪一条最快最省力。它的
内容包括线性规划、非线性规划、动态规划等。前苏联科学家康特洛维奇 1939
年出版的《生产组织与计划中的数学方法》是这方面的早期著作。50 年代以
来西方出版了许多规划论著作。
排队论。它的目的是解决“怎样才能使服务系统的效率最高”的问题。
1908 年出版的丹麦人爱尔朗（A．K．Erlang）的《排队论在丹麦电话系统中的
使用》是这方面最早的著作。随着本世纪服务性行业的发展，排队论的研究
和应用都有了新的进步。
最优化方法。F．约翰于 1948 年发表的《以不等式作附加条件的极值问
题》一文是这方面最早的文献。最优化方法也就是寻找最好的方式，以达到
最优的选择或目标。1953 年，美国人 J．基弗提出了优选法中的 0．618 法。中
国数学家华罗庚（1911～1985）推动了优选法在工生产方面的应用。
突变论是法国人托姆于 1968～1972 年间创立的一种新的数学学科。英国
人齐曼、前苏联科学家阿诺尔德等人都先后发表了一些突变论内容的文章。
这些最早从事突变论研究的人原先都从事拓扑学研究（拓扑学是 19 世纪以来
发展起来的一门数学学科。最初的拓扑学研究图形弯曲、变形、拉大、缩小
后仍然保留的性质，现代拓扑学是研究微分流形的拓扑学）。传统的数学分
析主要着眼于连续函数，对发散和间断的函数曲线无能为力，突变论试图对
系统的不连续过程和状态跳迁进行数学分析。
模糊数学方面最早的文献是美国加州大学札德（L．A．Zadeh）于 1965 年
发表的《模糊集合》一文。这是一个崭新的概念。传统的数学是精确的科学，
所处理的是概率等于 1 的值或事件。模糊数学处理的值是一个连续的量，概
率在 1 和 0 之间（最浅显的例子是仅仅根据人的声音来判断这个人是谁）。
从某种意义上，模糊数学衬托出了传统数学的局限性，界定了传统数学的范
围，提出了全新的数学概念，突破了原有的数学领域。目前模糊数学在模式
识别中已有了成功的应用。
概率论是研究大量偶然现象的数学学科。卡当、塔塔利亚、帕斯卡、费
尔玛、惠更斯等人最早研究了赌博中的概率。雅各·伯努利的《猜度术》、
英国人德莫瓦佛的《机会的学说》和辛普生的《论机会的性质与规律》法国
人布丰的《或然算术试验》和拉普拉斯的《分析概率论》等，都是概率论的
早期著作。20 世纪 30 年代，前苏联科学家柯尔莫果洛夫给出了影响很大的
概率公理体系。
数理统计是概率在具体领域中的推广。它的中心任务是研究怎样合理地
搜集资料，并利用这些资料对随机变量的数学特征、分布函数进行估计、分
析和推断。英国人费歇尔（1890～1962）是数理统计学科的奠基人。
20 世纪出现的综合科学
信息论
1948 年，美国的应用数学家申农与韦弗合作所写的《通信的数学理论》
一书出版，标志着信息论的产生。在书中，申农给出了测量每个消息平均信
息量的数学公式（概率和对数形式）。申农避开了具体的通讯系统，认为一
般的通讯系统包括信息源、发送机、信道（传输信号的渠道）、接收机、消
息接受者等 5 个部分，从而避开了复杂的语义问题，而仅仅从技术和数学关
系的方面来研究消息的传递，使问题显得简单化了。
申农指出，可以通过改变信源编码来降低多余度，使信源与信道匹配，
使信源上的平均信息量等于信道容量。这便是申农的所谓信源编码原理。这
个结论具有重要的理论意义。在这个原理的指导下，50 年代出现了信息率较
高的编码和纠错码。信源编码原理对提高信息的传递效率有理论指导意义。
60 年代以来，为适应图像识别和视觉研究的需要，在模糊数学的基础上
产生了与申农的概率信息论完全不同的模糊信息论。70 年代以来，又有人提
出了有效信息、语义信息、无慨率信息（主观信息）、广义信息等新的信息
概念。显然，信息已不再仅仅是通信领域中的概念，而和人类社会生活的各
个方面联系起来了。70～80 年代的未来科学家认为人类正在走向信息社会，
信息和材料、能源一起被视为人类文明的三大支柱。信息论的方法正在被应
用到生物学（含神经生理学）、物理学、化学、心理学、经济管理、电子学、
人工智能、控制论、系统论等一系列学科。一个内容广泛的信息论正在成长。
控制论
控制论是用数学工具研究控制机构或控制系统运行一般规律的科学。汉
代的记里鼓车，北宋苏颂等人发明的水运仪像台和钟等，以及瓦特发明的蒸
汽机中，都有控制机构。
一般来说，控制论产生时所涉及的系统主要是单输入单输出的线性系
统。50 年代的控制论主要处理单输入单输出的自动调节系统，采用建立在传
递函数和频率特性基础上的动态分析和综合方法，称之为经典控制理论。
60 年代以来，大量的工程实践，特别是空间技术的发展，提出了全新的
控制问题。以火箭运载的卫星、飞船、导弹等的飞行为例：火箭的质量特性
要用变质量力学来描述；控制是在远距离上实现的；火箭的距离、速度、加
速度、飞行姿态、多级工作程序等参数都需要控制，因而是一种多输入多输
出的多路控制；控制要求高度精确；地面系统复杂而庞大，控制问题复杂。
在这种情况下，产生了现代控制理论。
一般认为，现代控制理论的奠基者是匈牙利出生的美国人卡尔曼。
70 年代以来，控制论的发展日益同电子计算机的发展联系在一起，同时
又包括战略防御系统、经济管理系统、生态系统、社会系统等大系统理论问
题联系在一起，受到了人们的日益重视。
系统论
现代系统论的发展有两个主要线索，一个是从研究生物有机体角度产生
的一般系统论，另一个是从研究技术工程及劳动管理角度产生的系统工程
学。
一般系统论的知识基础是近代生物学。1924～1947 年间，奥地利出生的
美国生物学家贝塔朗菲（1901～1971）在他先后发表的一系列论文和著作中
提出了有机体系统和一般系统论的思想。1948 年，贝塔朗菲又出版了《生命
问题》一书，书中描述了系统思想在哲学史上的发展，认为不论系统的种类、
组成部分的性质及其关系有何区别，存在着适用于一般化系统及其子系统的
模式，可以用逻辑和数学方法来确定适用于一般系统的原则。贝塔朗菲的工
作标志着一般系统论的诞生。
系统工程本质上是一种以运筹学为工具和方法的工程管理学。古代埃及
人修建金字塔、大禹治水、李冰对都江堰工程的设计和实施等，都体现了将
工程视为一个整体来统筹安排和实施的系统思想。
40 年代初，系统工程一词开始被使用。第二次世界大战期间，英美两国
先后组织了由各学科专家组成的运筹学小组，为某些作战和后勤问题的决策
提供依据。战后，美国于 1948 年成立了研究和发展公司——兰德公司，这个
公司的鲍里斯小组创造了大系统分析的数学方法。几十年来，公司的专家们
运用系统分析的方法，考察决策者面临的全部问题，提出可能的解决方案，
比较它们的结果，为美国政府和军事部门提供咨询和出谋划策，产生了很大
的影响。1957 年，美国密执安大学的古德（H．Goode）和麦考尔（R．E．Machol）
合著的《系统工程学》一书出版。为系统工程初步奠定了理论基础。
1961～1969 年间美国阿波罗登月计划的成功可以看成系统工程方法应
用的杰出范例。
耗散结构论
达尔文提出的生物进化论所揭示的生物进化过程以及细胞学说所阐明的
生物个体产生和发育的过程，已经揭示出了自然界同时存在着能量和物质由
低级到高级、由简单到复杂、由无序到有序的演化方向。显然，自然界演化
的过程也绝对不只是具有单一的方向。
正是科学发展过程中所表现出来的这种矛盾所显示的自然规律的互补
性，推动了20 世纪的科学家在物理学、化学和生物学的层次上寻找与热力学
第二定律相对应的新的自然规律。比利时人普利高津（Ilya Prigogine）及
其研究集体于 1969 年在“理论物理与生物学”国际