“在过去100年里,我们生活的几乎所有方面都因为杰出工程师的工作而经历了深刻的变化……
——尼尔阿姆斯特朗
20世纪最伟大的技术成就的遴选是由美国国家工程学会领导下的美国技术团体联合会、《国家工程师周刊》和29个工程团体合作的一项事业。选择最伟大成就的过程开始于1999年秋天,美国国家工程学会邀请各学科科学家提名10项成就。一份包括105 个项目的清单交给了代表不同学科的学会成员委员会。委员会于1999年12月9日及10日开会,选择前20项成就并评定次序。选择的标准是那些在过去100年中最大地改善生活质量的成就,尽管有一些成就,如电话和汽车是在19世纪发明的,但它们对社会的影响在20世纪才显现出来,所以也包括在内。
电气化
20世纪电力的广泛应用给世界带来光明,并向现代社会的几乎每一项工作和事业提供能源:照明、加热、空调、冰箱、计算机、交通、通讯、医疗机械、食物生产,这张表没有尽头。数项关键的工程创新,包括涡轮发电机、交流电的使用、从各种来源(化石燃料、水力、太阳能、核能)获得电力的技术,以及大规模输电系统的建成和改进使这成为可能。电气化导致无数令生活更安全、更健康、更便利的发明;以至于很难想象没有电的生活。电使家中和办公室里的小电器、控制能源网和通讯系统的巨大电脑、生产消费品的机器运转。它的影响巨大,触及这颗行星上绝大多数人。
汽 车
1900年平均每个人一生旅行1200英里,通常用脚,通常在他或她自己的村子或城镇中。如今,平均每个美国成人光用汽车一年就旅行10,000英里,全世界有5亿辆汽车。汽车工业从几千辆T型福特汽车发展到现代的符合空气动力学的、多功能汽车的过程是一部把材料和能源创新用于新技术的设计和大量生产的工程的编年史。整个世纪中不断引入创新,包括电子启动器、同步传动、空调、挡风玻璃刷、可互换部件、独立前刹车、能量操纵和著名的已成为型号和华贵的汽车的外形设计。以这种或那种方式,汽车已变成世界上的主要的人、货运输工具,汽车工业已变成经济增长的稳定来源。
飞 机
今天一个人搭协和式飞机在4小时内能从欧洲到美国,同样的旅程在1900年需乘船7到10天。空中旅行已大大改变了我们的世界,形成飞机发展史的非凡的工程进步是20世纪最具戏剧性的故事。1903 年怀特兄弟进行首次成功的飞行后,飞机因第一次世界大战的需要迅速而显著地发展,材料、机翼设计、引擎都有发展。1939 年引进气涡轮,标志着喷气式旅行的开始,在第二次世界大战中,飞机改变了国土保卫的特征和战争发动的方式。1957 年,飞机超过火车,成为美国人最喜欢的旅行方式。今天,飞行使世界易于接近,运送全球的货物和人,极大地推动了人、文化和贸易间的相互作用。
供 水
在20世纪开始时,如伤寒、霍乱这样的水传播疾病折磨着全世界。在美国,单单伤寒每年就使每100,000人中有150人死亡,痢疾这种最普通的水传播疾病是第三大死亡原因。自那以来,有效的水处理系统已在减少这些疾病方面有了非常大的效果,到1940年在发达国家中实际已消灭了它们。这个世纪发展出来的水处理技术包括氯化、化学凝结、沉淀、过滤、炭吸附、微组织系统等等。但与水处理设备同样重要的是把干净的水送往社区和农场的完善的供水系统。供饮用、灌溉、消防及其他用途的水从遥远的地方运输到需要的地方。水系统的成功导致更长的期望寿命,婴儿死亡率的降低,农业生产率的大大增加,以及世界生活质量的提高。
电 子
20世纪,从真空管、晶体管到微处理器,电子设备变得越来越小,越来越强大,效率越来越高。由真空管产生了收音机、电视和计算机的早期结构。50年代早期,三极管——首 先用于所有时代中卖得最快的零售商品,晶体管收音机——吸引了 世界的想象力。在1955年,一台早期的高速商用电脑重达3吨,耗电50千瓦,价值20000美元,但它每秒可进行50次运算,是人类和那时的加法器无法达到的技艺。1977年,一台手持计算器重不到一磅,耗电不到0. 5瓦,每秒计算250次,价值300美元。今天,你可用250美元买一台手掌大小的连接器连接计算机,传递数据,储存几千份地址、约会、备忘录、表格、电子信件。这一令人目瞪口呆的革命的关键是集成电路——在20世纪下半叶横扫全世界的现代电子体系的心脏。
辉煌的工艺和发明隐藏在那些使无线通信、卫星广播、空中交通控制系统、微波炉、录像机、按键电话、计算机及其他许多提高现代生活质量、安全和方便的新技术运作的看不见的元件中。
收音机和电视
收音机和电视的使用是20世纪社会变迁的一大代替表,打开了通往其他生活的窗户,通往世界的遥远区域,以及正在形成的历史。从起居室的音箱或屏幕发出的新闻报道、体育竞赛和生活表演吸引着听众。在1901年马可尼发明了无线电和信号传递的实际应用后,技术飞速发展。
二极管使接收器检测到电流,真空管令信号变强,使声音广播成为可能。20年代出现更多技术创新:天线、调谐电路、电容器、振荡器、扩音器。到30年代中期,几乎每个美国家庭都拥有一台收音机,40年代电视机开始面市。每样东西都使千百万人参与构成世界的重大历史事件。
农业机械化
世纪初的美国,种植一种作物需大量人手花几个星期栽种或收获,每4个农夫养活10个人。今天,整个中西部的粮食作物可在10天内种完,20天内收割,一个农夫就可以提供足以养活97个美国人的粮食。20世纪的工程学导致这—巨变, 拖拉机、收割机、联合收割机以及其他成百种机器给予农夫长久以来所需的减轻负担和使土地有利可图的机械便利。机械大大提高了耕作效率和产量,而且,当同其他技术设备如制冷、加工装置、分类系统等联合时,以最低廉的价格为美国人提供了世界上最健康的饮食之一。先进农业技术在全球的推广为在新的千年中对抗饥荒提供了保证。
计算机
也许没有其他工程设备如计算机一样吸引了普通人的兴趣。在20年里,计算机从大而笨重的处理数据的机器变为轻便的工具,成为每一主要工业——通讯、 制作、研究、医药、教育、行政管理、娱乐、以及其他——的必备部分。计算机的快速发展的出现是因为数据储存方面的革新、令计算机更快更便宜的优良材料的竞争以及把计算机不止看作计算器的工程师。用图表表示的软件令计算机易于使用并通过互联网打开了新世界,普通的美国人可以使用空前大量的知识,可以在世界论坛上自由通话。在这一方面,真正的计算机革命并不是关于字节数的,而是所有的人,不论地理位置和政治观点,都可以分享信息,互相学习。
电 话
在20世纪电话从有限使用的东西变为形成现代生活方式的基础的先进技术的核心。朋友、家庭、工作和国家间几乎是即时的联系,使提高我们生活、工业和经济的通讯成为可能。通过惊人的一系列创新,工程师们把一个由铜、木柱和简单的传感器组成的系统发展为无线电和微波塔、光纤、数字技术的网络,把我们从交换台和用户线带到蜂窝式电话和可达到边远地区的卫星系统。几个关键的新设备使这成为可能:高质量电线和电缆、计算机和电子技术、激光、光纤、卫星等。从声音电话到互联网,电话把人类大家庭联系在一起。
空调和制冷
20世纪随着空调和制冷系统变得更高效、更易控制,甚至更易移动,生活极大地改变了。工作和娱乐不再受制于天气,人类真的使环境适应自己的需要。许多:工程革新使这成为可能,从威廉 · 开利(William Carrier) 对冷却和湿度调节的早期工作,到后来的冷却剂、材料、系统设计和能效的进步。气候控制变得如此可靠和便宜,因而使空调机从无法想象的奢侈变成普通的必需品。运输和保存新鲜食品及其他易腐品的能力简化了购物并扩大了我们的选择。到世纪末,美国近70%的家庭拥有空调,99. 5%拥有至少一台冰箱。除了家里,严格控制空气的温度和质量也提供手术、计算机芯片生产和进行许多种研究所需的净化的环境。
高速公路
20世纪早期,大多数美国的街道和道路是用泥土、砖块和杉木铺成。它们是为马、马车、步行而建,通常缺少保养,太狭窄而不适应汽车。今天我们享受着联系市镇、城市和乡下地区的高速公路、桥、和隧道系统。这一体系被二次大战和汽车运输不断增加的可利用性刺激,因数千种工程成就而变得可能。州际高速公路横穿山脉、陡坡、湿地、河流、沙漠及平原,通过有创新的支路、道路立体枢纽、高架道路的城市。高速公路打通了我们的国家,使货物和服务到达偏远的地方,促使郊区的发展。为每一地方的人提供更多工作机会、保健、服务、教育和文化资源的选择。最重要的是,高速公路为美国人提供了最宝贵的财富,即迁移的自由。
宇宙飞船
1957年,苏联人造卫星1号刺穿大气层,震动了世界,并开始了激起美国历史中最重大的工程计划的太空竞赛。由此产生的空间计划对全世界的人有巨大的影响。首先,它再次点燃了曾经驱使人们探索地球每个角落的开拓精神,推动发现长久以来梦想的外太空领域探索的过程。第二,它扩展了世界的知识基础,在使太空旅行成为现实的过程中,为空间计划而工作的工程师们生产了难以置信的60,000种影响普通大众的产品。今天,我们依靠卫星进行影像、声音和数据的输送、天气预报、环境监测、导航及其他。
互联网
互联网是20世纪60年代作为通过全国网络允许各种计算机交换信息和共享资源而连接大学和政府研究中心的工具而设想出来的。这一技术中的问题多样而复杂,从设计可使计算机互通而不需传统的中枢系统的信息包转换系统开始。其他问题包括设计机器、数据交换协议、运行软件,努力的最后成果是形成了急速而显著地改变着世界且价格低得不可思议的技术。它适用于普通人在家中、学校、公共图书馆和咖啡室使用,也不为任何团体或国家拥有和控制。今天,互联网有1. 5亿用户,8亿个网页(且日增夜长),通过计算机、光纤、卫星、电话线即时联系65个国家的人,它正改变着文化模式、商业惯例、消费品工业和研究教育工作。它可能的未来用途还刚开始反映出来。
成像技术
从原子到遥远空间的巨大星系,20世纪制造的新成像技术使人类真正能在前所未有的水平上观测到各种景物。用X射线、CT扫描和MRI检查人体,监测生命力,识别并治疗疾病,只是因为巨大的技术进步而成为可能的许多成像工作中的一项。用电子显微镜观察单个原子,用地震测量仪勘探深藏在地壳中的石油和天然气,用声纳绘制洋底地图,根据地面和轨道光学和雷达探测器追踪天气模式,以具有越来越强大功率和分辨率的太空或地面望远镜研究天空,是技术进步应用于广大的科技领域中的结果。同计算机的能力联在一起,不仅能获得图像,还可以快速分析大量数据用于识别和预测,这个能力为我们提供了人体内和外界的不可思议的新景象。
家用电器
家用电器作为技术产品常被忽视,它给20世纪的生活方式,尤其对妇女来说,带来了巨大的变化。它除去了许多耗时费力的日常工作。前半个世纪电的应用和两个基本的技术创新:电阻加热和小而有效的马达。这些技术被用在包括从电炉、加热器、风扇到真空吸尘器、洗碗机、烘干机等设备中。在后半个世纪,如磁控管、微信息处理器这样的技术再次改变了家庭的环境,产生了如微波炉和其他带有传感器、定时器和程控设备的装置。家用电器的影响力非常大,它们解放了我们的时间和精力,从而提高了个人和家庭的生活,让更多人拥有户外生活,大大促进了经济。
健康技术
把今日的医疗技术同1900年比较是奇怪的。那时,医生使用仅有的几种设备,大多是凭他们的触觉和视觉来诊断疾病。今天人们比他们在20世纪初的先辈平均寿命长30年。虽然许多成就在世纪初就已发展,健康技术在后半世纪才繁荣起来。从那以来,工程师研制出造福千百万人的人造器官、替换关节、诊断和成像技术,以及生化材料。手术、医学移植物、生物造影、全面护理监测器、抗菌素及其他药物的大量生产的技术都是其中的重要组成部分。医学领域的技术和产生的好处对普通人的影响是不可估量的。
石油技术
石油燃料提高了农业产量,提供运送工农业产品的手段,供给标志20世纪技术的运动性,从而改变了世界的景象。石油化学同样也有巨大的影响,产生了从阿斯匹林到拉链,包括医药、医学用品、人造纤维、肥料、杀虫剂、建筑材料和化妆品等。对这一变化起关键作用的精炼技术开始于1913年对烃类的热裂解方法的使用,以及1936 年的催化裂解的使用,1947 年铂作为精炼过程的催化剂使用,1950 年开始的加氢反应。石油和天然气勘探、挖掘和转化技术的同时进步令世界的石油产量从1900年年产量1亿5000万桶增加到2000年年产量220亿桶,满足了对石油和石油产品的需要。石油对世界各国经济的影响及相应的对国际政治的重要意义,已大大影响了20 世纪的社会图景。
激光和光纤
取决于一个人所处的位置,20世纪早期的通讯依靠信件、电报、电话或三者的某种联合。电话作为最尖端的远程通讯方式,以今天的标准看来无法想象得慢而笨重。它用铜线传送信号,受限于容量和地理位置。在40~ 50年代,研究分子性质的物理学家偶然发现新的测试性质的处理方法,这个工作最终导致了激光的发现。很快工程师就想到把激光作为通讯渠道。在70年代中期,高纯度玻璃纤维的发展为用光脉冲携带信息提供了基本物理学基础。今天,一根加强的光缆可以传递几千万个电话和大量数据和电视图像。多用途的激光也用作切割精密部件、做诸如眼科手术的医学应用、记录器,以及播放音乐和压缩光盘的设备。
核技术
20世纪40年代用原子产生动力永远地改变了战争的形式,提供了新的发电来源,提高了医疗诊断技术。核武器的可怕而致密的能量已改变了世界的军械、战略以及国家精神。它还增加了潜艇的航程和舒适度,对和平时期的活动产生重大影响。今天核能满足了10亿人的电力需要,全世界有434座运转的反应堆,主要是在欧洲、瑞典、英国。美国大约20%的电力来自核能。核原料的医用也很重要。最初用于医学的放射性同位素于1946年制成,现在已广泛用于医学研究和患者的体内成像。核技术激起人们的抗议和论战,但与之相关的发展仍是20世纪最重要的技术成就之一。
高性能材料
1900年材料革命从大块建筑用钢铁块开始。当我们进入21世纪,新材料的领域只受限于想象。在20世纪中工程师学会了新的可以提高材料性能的分析、加工、精炼、模拟和制造方法。工程师用圆滑的钢和玻璃的建筑改造地平线,为飞机机翼和汽车车身铸造大金属板,把塑料制成心脏瓣膜和建筑材料,制出人造纤维取代天然的,发展了航天飞机用的新的合成物。就像较早的时代被称为石器时代、铁器时代、青铜器时代一样,20世纪可能最好被称为“设计材料时代”。
(本文摘译自www.Greatachievements.org网站材料,有兴趣的读者可从该网站获取更多的信息)