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  20世紀20、30年代,量子力學理論體系建立,它同狹義相對論相結合,為核能(即原子能)的出現與發展奠定了基礎。1931年,電子顯微鏡發明成功,它可以在光學顯微鏡的基礎上再放大10倍,從而使人們更直觀的瞭解到原子世界。1929-1933年期間,英國和美國的科學家發明了可以獲得的高速質子的迴旋加速器,靜電加速器、高頻直線加速器、電子感應加速器也與此後相繼問世,為原子核物理學的研究提供了有效的手段。20世紀30年代,在奧托·哈恩等西方科學家的努力下,核裂變的研究取得了成功,人類對原子能的研究取得了初步發展。  電子學的研究也取得了很大的進展。1920年,無線電廣播在美國誕生,1935年它基本覆蓋了世界各地。1925年,蘇格蘭人約翰·洛吉·貝爾德(John Logie Baird)在倫敦的一次實驗中成功的“掃描”了影象,此為電視機誕生的標誌,1937年英國廣播公司(BBC)開始了電視廣播。同年,英國發明瞭探測飛機專用的軍用雷達。  此外,1939年爆發的第二次世界大戰在30年代時便已在醞釀當中,許多國家都面臨著軍事危機,對具有軍事優勢的先進軍備的需求也增加了,而這些戰爭的需要也或直接或間接的促進了科學技術的發展。  雖然此期間的進展較為可觀,但它們多半仍處於探討與實驗的階段,並未得到有效的實踐,研究者本身也缺乏足夠的信心、感到茫然,有的人還不敢相信自己得到的成果甚至想放棄相關論文的發表,因此革命仍未展開。

  

  1939年初,納粹德國開始研究核裂變,德國還禁止從捷克運出與原子能密切相關的鈾元素並封鎖了所有的相關資訊。美國科學家們對此產生了憂慮並上書羅斯福總統採取對策,羅斯福接受了他們的建議並開始組織核彈的研究工作。但是,由於繁忙的政務和複雜的研究內容,進展一直不理想。1941年夏天,政府開始加大研究的力度,設立了專門研究鈾元素的機構;珍珠港事件前夕,為原子彈製造而設立的曼哈頓計劃實行,費用和人員都大大增加。此後,西方世界的許多科學家都來到了這裡全力進行研究。1942年12月2日,芝加哥大學建立了世界上首座核反應堆,人工控制的核鏈式反應取得成功,這是歷史性的突破,也為原子彈的研製成功開闢了道路。1945年7月16日5時,原子彈試爆成功,被擊中的100英尺高塔完全被氣化,正如之前預測的那樣,它的威力相當於2萬噸三硝基甲苯(TNT炸藥)。  原子彈的研製共花費了6年時間、75萬名工作人員和20億美元,它的成功研製是第三次科技革命的開端。原子能比化學能大幾百萬倍,是首個人工能源。在二戰中,艾諾拉·蓋號於1945年8月6日早上8點15分將研製成功的原子彈在廣島投下,這是人類歷史上第一枚用於戰爭的槍式原子彈(小男孩原子彈),廣島的十萬多居民死亡;1945年8月9日,B-29轟炸機大貨櫃在長崎上空投下收聚式原子彈胖子原子彈,導致長崎市近四萬人直接死亡,總計十四萬人員死傷。在二戰後,原子能和平利用的前景十分廣闊,核電站、核醫學等應運而生。 但是,原子能的利用也造成了負面影響。期間發生了福島第一核電站事故、三哩島核洩漏事故、切爾諾貝利核事故等核洩漏事件。比如福島的核洩露中,碘、硫等元素飄散到了中國大陸、香港、臺灣、美國等地,人們在日本部分地區的食品檢測出了放射性物質銫,部分食物所受的輻射還超出了安全水平。在被用於醫學時,放射性物質會侵害到核醫學工作者等人的健康。美國在日本投放核彈這一行為也遭到了一些人的指責。此外,美國和蘇聯之間在核武器的競爭使人類長期處於核戰爭的恐慌之下,為了制約核擴散和核戰爭,人類創立了許多國際條約和組織,耗費了很多精力和財力。

  在二戰中,被使用的先進武器需要速度快、精確度高的數學計算,普通的常規計算工作再也無法滿足需求。核裂變和彈道的計算都需要效率高的計算工具,如果用當時的機械計算機計算一條彈道至少需要20小時,200名計算員計算一張火力表需要兩三天。  為解決此問題,美國工程師約翰·莫希萊於1942年提出了關於研究高速電子管計算裝置,即事實上第一臺電子計算機的初步方案。軍方對此高度重視,將它列入了陸軍軍械部的總體計劃。1943年6月5日,莫工電工學院與軍械部簽訂協定,將它命名為“莫希萊方案”。在軍方的大力支援下,研究者們利用無線電、雷達、微波和脈衝技術,於1945年在賓夕法尼亞大學制成了世界上第一臺電子計算機——電子數值積分計算機(英語:Electronic Numerical Integrator And Computer,簡寫:ENIAC,又名伊尼亞克和埃尼阿克)。它的運算速度為每秒5000次,比其他裝置要快上1000倍。這臺計算機使用了18800個電子管,1500個繼電器,耗電量約為150千瓦。1946年2月14日,這一成果被公之於眾,次日它開始在賓夕法尼亞大學正式投入使用。後來形成了第一代電子計算機——電子管計算機。雖然在當時它的效率很高,但如果以今天的視角來分析的話,這臺計算機是非常落後的,它的缺點是成本高、體積大、耗電多、維護難,程式語言也很不熟練,需要使用二進位制進行程式設計,極為繁瑣。  第二代電子計算機是電晶體計算機,誕生於20世紀50年代,其基礎為於40年代發明並在此後逐步取代電子管的電晶體。1956年,美國研製了軍用小型電晶體計算機,此後在美國的努力研究下,第一臺大型通用電晶體計算機於1959年問世。1960年,電晶體計算機開始被批量生產。新計算機的速度變為每秒幾十萬次,記憶體容量變為幾十萬字,主儲存器為磁芯,外存採用磁帶和磁碟。與電子管計算機相比,它的成本、體積、功耗和重量大大減少、可靠性大幅上升。此外,更高階的程式語言、管理程式、除錯及診斷程式也開始出現。  第三代電子計算機是積體電路電子計算機,誕生於20世紀60、70年代。1958年,美國德州儀器公司成功研製了半導體積體電路,但成本高昂;1964年,IBM完成了IBM360系統的研製,積體電路計算機的時代由此展開。此時,十幾個乃至數百個電子元件組成的邏輯電路已經可以建立在幾平方毫米大的單晶矽片上,它們組成的小規模積體電路(英語:Small-scale integration,簡寫:SSI)代替了分立元件。這代計算機的速度提升至每秒百萬次量級,體積變小、速度變快、能耗減少、價格降低、可靠性變強,軟體逐漸完善。多道系統和分時系統於此時出現,它們是作業系統誕生的標誌。微電腦的發展速度極為迅猛,開始走入日常的辦公與學習之中。IBM為此耗費了50億元,費用約為曼哈頓工程的2.5倍,此項研究工作因此成為了世界上最大的私人企業投資專案。  第四代電子計算機是大規模積體電路電子計算機和超大規模積體電路電子計算機,但也有文獻認為第四代計算機只包含了大規模積體電路計算機,超大規模積體電路計算機為第五代電子計算機,它們的界限都比較模糊、難以區分。  電子計算機的發明是人類智力發展道路上的的里程碑、第三次科技革命的標誌性成果之一,它可以代替人類進行一部分腦力活動。

  第三次科技革命以原子能技術、航天技術、電子計算機和可再生能源的應用為代表,包括人工合成材料、分子生物學、遺傳工程、太陽能、風能等高新技術。
第三次科技革命又名第三次工業革命、資訊科技革命、數字化革命、資訊革命、科技革命,指第二次世界大戰後,因計算機和電子資料的普及和推廣而在各行各業發生的從機械和類比電路到數位電路的變革。數字化革命使傳統工業更加機械化、自動化,減少了工作成本,徹底改變了整個社會的運作模式,也創造了電腦工業這一高科技產業,它是人類歷史上規模最大、影響最深遠的科技革命,至今仍未結束。