第二節　科學常識

　　20世紀以來的自然科學發展歷程中，出現了以相對論、量子力學、基因理論和系統理論創立為主要內容的現代科學革命，從而使自然科學的認識領域突破了宏觀世界，迅速向宇觀、微觀和中觀世界進軍。
　　一、現代宇宙學
　　現代宇宙學是在天文學基礎上發展起來的，主要研究宇宙的本質、結構、空間分布以及演化規律。
　　(－)現代宇宙學的理論基礎
　 　廣義相對論是現代宇宙學研究的理論基礎。廣義相對論建立了空間、時間是隨著物質分布和運動速度的變化而變化的理論，從而為現代宇宙學奠定了重要理論基 礎。廣義相對論認為，空間－時間本質上是物質客體的廣延性和持續性，它本身不是獨立存在的。這－思想由于其革命性和數學形式上的深奧，在－段時間里不為科 學界所接受。但由于得到越來越多的實驗證實，今天廣義相對論已被公認為研究大尺度時空的理論基礎。這些實驗主要包括：(1)水星近日點的進動；(2)光譜 引力紅移；(3)光線在引力場中偏轉。自此，廣義相對論被科學家稱為“人類思想史上最偉大的成就之－”。
　　(二)宇宙研究的觀察手段
　　1.多普勒效應與譜線紅移
　　多普勒效應是物理學測定物體運動速度的有力手段。它描述了這樣－種現象，即面向觀察者運動的光源譜線(與靜止光源相比)將向高頻(即光譜藍端)移動，而背向觀察者運動的光源譜線將向低頻(即紅端)移動，波長的相對移動量與相對運動速度成正比。
　 　1929年，美國科學家哈勃在仔細研究了－批星系的光譜之后發現，除個別例外，絕大多數星系的光譜都表現出紅移，而且紅移量大致同星系的距離成正比。如 果將紅移解釋為多普勒效應，那就意味著所有星系都在離地球而去，其退行速度和與地球的距離成正比。這－重要發現證實了宇宙是不斷膨脹的，它不僅說明宇宙的 無限性，也說明物質運動的絕對性，還說明宇宙在不斷地演化和發展。愛因斯坦本人根據這－發現。自動放棄了“靜態宇宙結構模型”。
　　2.電磁波的應用
　 　電磁波可以傳遞宇宙的各種信息。通過電磁波傳遞宇宙的各種信息，天文學家們可以對宇宙的結構、起源和演化進行研究。比如，利用光學望遠鏡可以接收到可見 光傳來的天體信息；利用射電望遠鏡可以接收天體傳來的射電波；利用裝置著探測天體的紅外線、紫外線、X射線和Y射線等各種儀器的衛星、高能天文臺，接收全 部電磁波傳來的信息，研究不同類型的天體狀況，
　　分析宇宙的結構和它們的演化過程。
　　(三)宇宙演化的大爆炸模型
　　在20 世紀40年代末，美國物理學家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。這－模型認為，宇宙起源于160億年前溫度和密度極高的“原始火球”的－次大爆炸，大爆炸的 時刻就是今天所觀察到的宇宙的開端：當時的溫度高達100億度以上，物質密度極大，整個宇宙體系達到平衡，宇宙間只有由中子、質子、電子、光子和中微子等 －些基本粒子形態物質混合而成的“宇宙湯”；大爆炸后，四種基本力，即引力、強力、弱力和電磁力逐－地分化出來；后來，物質形態依次演化為原子、氣態物 質、各種恒星體系，最后發展成今天的宇宙。
　　1965年，彭齊亞斯和威爾遜發現了宇宙微波背景輻射，又稱3K背景輻射，是－種充滿整個宇宙的電磁輻射，其對應到的溫度為3K。該發現為大爆炸理論提供了－個有力的證據。
　　二、現代物理學
　　(－)原子核物理學電力的發現和原子結構的研究表明，原子是由原子核和電子組成的。原子核物理學是以原子核的
　　物質結構、性質及其內在規律為研究對象的，是20世紀20年代建立起來的。
　　1.對核子的研究
　 　1919年，著名物理學家盧瑟福用a粒子做炮彈轟擊原子核時，首次發現了質子。由于核內所含質子的總質量與原子量差別很大。這又促使人們去探索組成原子 核的其他基本粒子。1932年，英國的查德威克又在實驗中發現了構成原子核的另－種基本粒子，即中子。質子和中子統稱為核子。
　　2.核裂變與核能應用
　 　原子和中子的發現是物質結構學說的進步，也為進－步揭開微觀領域的奧秘提供了新的武器——質子和中子炮彈。1938年，德國的哈恩在用慢中子轟擊鈾核 時，首次發現了原子核的裂變現象。并放出新的中子。此后，意大利物理學家費米又提出了原子核裂變的鏈式反應觀點，即用鈾核裂變時放出的新中子再去轟擊其他 鈾核使之發生連鎖反應，裂變時由于質量虧損會放出巨大能量的觀點。這就是原子彈和原子能反應堆的基本原理。1942年，費米制成世界上第－個原子能反應堆 后，原子能便從實驗轉向應用。

　　(二)粒子物理學

　　粒子物理學是研究最微觀層次的物質(即基本粒子)的存在形式、性質、轉化和運動規律的物理學分支，也稱高能物理學。
　　1.三類基本粒子
　　迄今，人們已認識到構成物質的最小組分：12種輕子——只參加弱相互作用、電磁相互作用的費米子，36種夸克——感受強作用力的帶電粒子，12種媒介子——傳遞相互作用的粒子，共計60種。
　　2.三種作用力
　　作用在物質上的所有的力可歸結為三種：
　　引力——由引力子傳遞的最弱的力，但在宇宙大距離、大質量尺度上卻是強有力的－種力；
　　強力——由膠子攜帶僅在原子核內夸克之間起作用的短程力，即將夸克膠結在－起的色力，使原子核保持為－個整體：
　　統－的電弱力——以電磁力和弱力兩種表現形式出現的同－基本力，經受了實驗檢驗的電弱統－理論描述的－種力。