人們在研科學(xué)史的時(shí)候,把十七世紀(jì)看作近代自然科學(xué)誕生的分水嶺。因?yàn)樵诖艘郧?,自然科學(xué)沒有建立自己的傳統(tǒng),它依附在哲學(xué)的傳統(tǒng)和工匠的傳統(tǒng)之上。弗蘭西斯·培根提出了一個(gè)重要的哲學(xué)概念--實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。伽利略把這一哲學(xué)概念變成了可以實(shí)踐的科學(xué)方法,并且提出了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)基本要素:用科學(xué)儀器進(jìn)行測量和用數(shù)字記錄(表達(dá))測量的結(jié)果,使實(shí)驗(yàn)的結(jié)果成為可以定量比較和精確計(jì)算的數(shù)據(jù)。從此,自然科學(xué)結(jié)束了長達(dá)數(shù)千年的徘徊,由粗陋的觀察、模糊的推斷走向嚴(yán)肅的實(shí)驗(yàn)和嚴(yán)密的邏輯,與數(shù)學(xué)結(jié)成堅(jiān)固的聯(lián)盟,建立了自然科學(xué)自己的傳統(tǒng)。
當(dāng)人類活動(dòng)的領(lǐng)域越過感覺器官極限的時(shí)候,儀器儀表就成了一切事業(yè)取得成功的前提。許多學(xué)科的進(jìn)展首先取決于儀器儀表的進(jìn)展。在十七、十八世紀(jì),由于發(fā)明了科學(xué)的溫度計(jì)和實(shí)用的溫標(biāo),才使溫度的概念具有更加準(zhǔn)確的科學(xué)涵義,成為可以測量和定量計(jì)算的基本物理量。它直接導(dǎo)致熱力學(xué)的誕生,使人們發(fā)現(xiàn)了能量守恒定律和熱機(jī)的一系列基本規(guī)律,為歐洲的產(chǎn)業(yè)革命奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。在十九世紀(jì),由于發(fā)明了測量電流的儀表,才使電學(xué)與磁學(xué)的研究迅速走上正軌,獲得了一個(gè)又一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn),促進(jìn)了電氣時(shí)代的來臨。在廿世紀(jì),由于威爾遜云室和眾多核物理探測儀器的發(fā)明,人們才揭開了原子核反應(yīng)神秘的面紗,逐漸展現(xiàn)出微觀世界的真實(shí)圖景,奠定了原子核物理學(xué)與日后原子能利用的基礎(chǔ)。
近代自然科學(xué)是從真正意義上的測量開始的。在那個(gè)時(shí)代,杰出的科學(xué)家們許多都是科學(xué)儀器的發(fā)明家,新的測量方法的創(chuàng)立者。他們留給后世的科學(xué)遺產(chǎn)常常包括兩個(gè)部分,一部分是科學(xué)探索的新發(fā)現(xiàn),另一部分是在這種探索過程中創(chuàng)造的新的測量技術(shù)和儀器儀表。
建立在近代科學(xué)基礎(chǔ)上的近代工業(yè),本質(zhì)上是一種擴(kuò)大的科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng),它具有近代科學(xué)的一切要素和基本特征。儀器儀表和測量技術(shù)在這種活動(dòng)中具有決定性的意義,它們是進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的依據(jù)。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室的探索活動(dòng),需要關(guān)注的各種運(yùn)動(dòng)變化比實(shí)驗(yàn)室要復(fù)雜得多,它是一種多參數(shù)的巨系統(tǒng),人們只能夠通過儀器儀表來了解和控制它們。
歲月流逝,斗轉(zhuǎn)星移。在人類的科學(xué)探索與生產(chǎn)活動(dòng)中,儀器儀表逐漸形成了一種專門的學(xué)科,一種專門的產(chǎn)業(yè)。它支撐著社會(huì)的技術(shù)進(jìn)步,為眾多領(lǐng)域的科學(xué)探索活動(dòng)提供實(shí)驗(yàn)和觀測手段,為人類有序的生產(chǎn)活動(dòng)與正常的社會(huì)生活提供必需的技術(shù)保障。這種變化是文明前進(jìn)的重要標(biāo)志,是人類勞動(dòng)科學(xué)化的重要特征。
儀器儀表科學(xué)技術(shù)繼承了人類文明豐厚的遺產(chǎn)。自然科學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn),工程技術(shù)的新發(fā)明,不斷充實(shí)它的內(nèi)容,使它成為知識高度密集、高度綜合的學(xué)科。儀器儀表是人類擴(kuò)大視野開拓新域的前導(dǎo)工具,時(shí)刻面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),它本身總是處于永不止息的創(chuàng)造發(fā)展之中。在當(dāng)代,這一特點(diǎn)表現(xiàn)得尤為明顯。隨著人類活動(dòng)領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大,傳統(tǒng)儀器儀表無法應(yīng)付的測量對象急劇增加。隨著自然科學(xué)領(lǐng)域探索活動(dòng)的深入,要求儀器儀表具有更高的靈敏度和分辨率。隨著工業(yè)生產(chǎn)過程向更高的精確度、|更快的節(jié)奏和更復(fù)雜的流程發(fā)展,原有的傳感技術(shù)已經(jīng)越來越不能適應(yīng)要求。迫切需要探索新的測量原理和方法,需要突破傳統(tǒng)傳感技術(shù)的閾值界限,在數(shù)量級的意義上具有更高的響應(yīng)速度和信噪比,需要超越經(jīng)典的方法,以新的途徑獲取信號。在很多領(lǐng)域,儀器儀表的工作方式已經(jīng)發(fā)生了很大變化,儀器儀表已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、安全裝置、社會(huì)技術(shù)保障體系、大型高速交通運(yùn)載工具、醫(yī)療系統(tǒng)和國防工程的核心部件,已經(jīng)同各種各樣的工作對象融為一體,儀器儀表和它們的測量對象在空間上已經(jīng)不能分離,必需服從苛刻的現(xiàn)場應(yīng)用條件,經(jīng)強(qiáng)烈的震動(dòng)沖擊,電磁干擾和大幅度的冷熱劇變。為了適應(yīng)這種變化,傳統(tǒng)儀器儀表的設(shè)計(jì)和工藝正在經(jīng)歷重大的改革。此外,儀器儀表在關(guān)注生產(chǎn)活動(dòng)、軍事技術(shù)、社會(huì)服務(wù)與科學(xué)研究的同時(shí),已經(jīng)開始悄悄走進(jìn)家庭,成為提高人們生活質(zhì)量的重要手段。它給人們帶來的影響將不亞于個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),這必將帶來儀器儀表觀念和技術(shù)的重大變化。在儀器儀表科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程中,從來沒有面臨這樣緊迫的形勢,也從來沒有出現(xiàn)過如上激動(dòng)人心的機(jī)遇。
高度發(fā)展的儀器儀表科學(xué)技術(shù),是信息時(shí)代的重要特征。儀器儀表是信息的源頭,在學(xué)科分類上屬于"信息獲得"技術(shù)的范疇,它與信息傳輸技術(shù)和信息處理技術(shù)共同構(gòu)成當(dāng)代信息科學(xué)技術(shù)的三大組成部分。然而,目前信息科學(xué)三大組成部分的發(fā)展是十分不均衡的。人們對通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的關(guān)注遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了對儀器儀表的關(guān)注。在信息時(shí)代的早期,信息科學(xué)涉及的內(nèi)容主要是人類自身社會(huì)活動(dòng)的信息,大多是文字、語言、聲音和圖像信息,只要能夠把它們變成相應(yīng)的光信號或電信號,就可以進(jìn)行傳輸和處理。人們關(guān)心的主要問題是通信和計(jì)算機(jī),因?yàn)榘讶祟惢顒?dòng)的聲音圖像信息變成電信號或光信號的技術(shù)早就已經(jīng)十分成熟了。當(dāng)信息科學(xué)涉及到更深的層次,更多地關(guān)注自然及其與人的相互關(guān)系,更多地關(guān)注自然科學(xué)研究、生產(chǎn)活動(dòng)、戰(zhàn)爭技術(shù)手段、人類健康、安全和環(huán)境的時(shí)候,如何獲得自然界本身的信息,就是解決問題的首要前提,"信息獲得"就成了后續(xù)工作的重要基礎(chǔ)。面對自然界,儀器儀表是人類獲得信息的主要科學(xué)手段,它在很大程度上推進(jìn)或制約人類在眾多領(lǐng)域的活動(dòng)。這種不均衡的狀況,是信息社會(huì)早期發(fā)展階段的普遍特征。它所產(chǎn)生的影響,正在許多領(lǐng)域日漸明顯地表現(xiàn)出來,目前許多國家已經(jīng)開始重新審視儀器儀表在信息時(shí)代的價(jià)值和地位。
在思考我國儀器儀表科學(xué)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時(shí)候,我想應(yīng)該關(guān)注這樣幾個(gè)問題。首先在戰(zhàn)略的高度上規(guī)劃儀器儀表產(chǎn)業(yè),把它看作信息社會(huì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),建立完備先進(jìn)的儀器儀表科學(xué)技術(shù)體系,支持社會(huì)的技術(shù)進(jìn)步。強(qiáng)經(jīng)儀器儀表科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)研究,特別是傳感技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)工藝研究。同時(shí)加速傳感器研究成果的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,確立我國在國際競爭中的技術(shù)優(yōu)勢。提高自然科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員儀器儀表科學(xué)素養(yǎng),在理工科大學(xué)開設(shè)信息獲得技術(shù)公共課程。鼓勵(lì)在儀器儀表科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)明與創(chuàng)新,鼓勵(lì)提出新的觀念,鼓勵(lì)多學(xué)科的交叉與融合,特別要鼓勵(lì)支持象CT和GPS(計(jì)算機(jī)斷層掃描和全球定位系統(tǒng))這類突破傳統(tǒng)、閃爍著現(xiàn)代科學(xué)光輝的新技術(shù),使儀器儀表永遠(yuǎn)走在時(shí)代的前列。建立專門的儀器儀表科學(xué)技術(shù)信息研究機(jī)構(gòu),跟蹤國外學(xué)科前沿的活動(dòng),了解全球范圍儀器儀表產(chǎn)業(yè)的變化和動(dòng)向?yàn)橹袊鴥x器儀表走向世界提供清晰的背景資料,使我國在儀器儀表科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的探索活動(dòng)收到事半功倍的效果。
儀器儀表科學(xué)技術(shù)對社會(huì)的影響,一方面取決于它自身的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平,另一方面取決于公眾對儀器儀表科學(xué)技術(shù)理解的深度。儀器儀表有這樣一個(gè)特點(diǎn)。它常常悄無聲息地影響甚至決定著人類在許多領(lǐng)域的活動(dòng)結(jié)果,而在這種活動(dòng)的過程中,很難看到它的身影。它不象騰空而起的火箭,不象風(fēng)馳電掣的列車,也不象鐵水奔流的高爐,那樣輝宏壯麗,令人驚心動(dòng)魄,一瞬間就能感覺到它們巨大的力量。儀器儀表是藏在人類活動(dòng)大舞臺幕后深處的無名英雄,容易被人忽視,被人遺忘。