第二節(jié)　科學(xué)常識(shí)

　　20世紀(jì)以來的自然科學(xué)發(fā)展歷程中，出現(xiàn)了以相對(duì)論、量子力學(xué)、基因理論和系統(tǒng)理論創(chuàng)立為主要內(nèi)容的現(xiàn)代科學(xué)革命，從而使自然科學(xué)的認(rèn)識(shí)領(lǐng)域突破了宏觀世界，迅速向宇觀、微觀和中觀世界進(jìn)軍。
　　一、現(xiàn)代宇宙學(xué)
　　現(xiàn)代宇宙學(xué)是在天文學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要研究宇宙的本質(zhì)、結(jié)構(gòu)、空間分布以及演化規(guī)律。
　　(－)現(xiàn)代宇宙學(xué)的理論基礎(chǔ)
　 　廣義相對(duì)論是現(xiàn)代宇宙學(xué)研究的理論基礎(chǔ)。廣義相對(duì)論建立了空間、時(shí)間是隨著物質(zhì)分布和運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化的理論，從而為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了重要理論基 礎(chǔ)。廣義相對(duì)論認(rèn)為，空間－時(shí)間本質(zhì)上是物質(zhì)客體的廣延性和持續(xù)性，它本身不是獨(dú)立存在的。這－思想由于其革命性和數(shù)學(xué)形式上的深?yuàn)W，在－段時(shí)間里不為科 學(xué)界所接受。但由于得到越來越多的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，今天廣義相對(duì)論已被公認(rèn)為研究大尺度時(shí)空的理論基礎(chǔ)。這些實(shí)驗(yàn)主要包括：(1)水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)；(2)光譜 引力紅移；(3)光線在引力場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)。自此，廣義相對(duì)論被科學(xué)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(yīng)與譜線紅移
　　多普勒效應(yīng)是物理學(xué)測(cè)定物體運(yùn)動(dòng)速度的有力手段。它描述了這樣－種現(xiàn)象，即面向觀察者運(yùn)動(dòng)的光源譜線(與靜止光源相比)將向高頻(即光譜藍(lán)端)移動(dòng)，而背向觀察者運(yùn)動(dòng)的光源譜線將向低頻(即紅端)移動(dòng)，波長的相對(duì)移動(dòng)量與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比。
　 　1929年，美國科學(xué)家哈勃在仔細(xì)研究了－批星系的光譜之后發(fā)現(xiàn)，除個(gè)別例外，絕大多數(shù)星系的光譜都表現(xiàn)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(yīng)，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(fā)現(xiàn)證實(shí)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(zhì)運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性，還說明宇宙在不斷地演化和發(fā)展。愛因斯坦本人根據(jù)這－發(fā)現(xiàn)。自動(dòng)放棄了“靜態(tài)宇宙結(jié)構(gòu)模型”。
　　2.電磁波的應(yīng)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(xué)家們可以對(duì)宇宙的結(jié)構(gòu)、起源和演化進(jìn)行研究。比如，利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡可以接收到可見 光傳來的天體信息；利用射電望遠(yuǎn)鏡可以接收天體傳來的射電波；利用裝置著探測(cè)天體的紅外線、紫外線、X射線和Y射線等各種儀器的衛(wèi)星、高能天文臺(tái)，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(jié)構(gòu)和它們的演化過程。
　　(三)宇宙演化的大爆炸模型
　　在20 世紀(jì)40年代末，美國物理學(xué)家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。這－模型認(rèn)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(shí)刻就是今天所觀察到的宇宙的開端：當(dāng)時(shí)的溫度高達(dá)100億度以上，物質(zhì)密度極大，整個(gè)宇宙體系達(dá)到平衡，宇宙間只有由中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等 －些基本粒子形態(tài)物質(zhì)混合而成的“宇宙湯”；大爆炸后，四種基本力，即引力、強(qiáng)力、弱力和電磁力逐－地分化出來；后來，物質(zhì)形態(tài)依次演化為原子、氣態(tài)物 質(zhì)、各種恒星體系，最后發(fā)展成今天的宇宙。
　　1965年，彭齊亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射，又稱3K背景輻射，是－種充滿整個(gè)宇宙的電磁輻射，其對(duì)應(yīng)到的溫度為3K。該發(fā)現(xiàn)為大爆炸理論提供了－個(gè)有力的證據(jù)。
　　二、現(xiàn)代物理學(xué)
　　(－)原子核物理學(xué)電力的發(fā)現(xiàn)和原子結(jié)構(gòu)的研究表明，原子是由原子核和電子組成的。原子核物理學(xué)是以原子核的
　　物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其內(nèi)在規(guī)律為研究對(duì)象的，是20世紀(jì)20年代建立起來的。
　　1.對(duì)核子的研究
　 　1919年，著名物理學(xué)家盧瑟福用a粒子做炮彈轟擊原子核時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。由于核內(nèi)所含質(zhì)子的總質(zhì)量與原子量差別很大。這又促使人們?nèi)ヌ剿鹘M成原子 核的其他基本粒子。1932年，英國的查德威克又在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了構(gòu)成原子核的另－種基本粒子，即中子。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。
　　2.核裂變與核能應(yīng)用
　 　原子和中子的發(fā)現(xiàn)是物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說的進(jìn)步，也為進(jìn)－步揭開微觀領(lǐng)域的奧秘提供了新的武器——質(zhì)子和中子炮彈。1938年，德國的哈恩在用慢中子轟擊鈾核 時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)了原子核的裂變現(xiàn)象。并放出新的中子。此后，意大利物理學(xué)家費(fèi)米又提出了原子核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)觀點(diǎn)，即用鈾核裂變時(shí)放出的新中子再去轟擊其他 鈾核使之發(fā)生連鎖反應(yīng)，裂變時(shí)由于質(zhì)量虧損會(huì)放出巨大能量的觀點(diǎn)。這就是原子彈和原子能反應(yīng)堆的基本原理。1942年，費(fèi)米制成世界上第－個(gè)原子能反應(yīng)堆 后，原子能便從實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向應(yīng)用。

　　(二)粒子物理學(xué)

　　粒子物理學(xué)是研究最微觀層次的物質(zhì)(即基本粒子)的存在形式、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支，也稱高能物理學(xué)。
　　1.三類基本粒子
　　迄今，人們已認(rèn)識(shí)到構(gòu)成物質(zhì)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(fèi)米子，36種夸克——感受強(qiáng)作用力的帶電粒子，12種媒介子——傳遞相互作用的粒子，共計(jì)60種。
　　2.三種作用力
　　作用在物質(zhì)上的所有的力可歸結(jié)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(zhì)量尺度上卻是強(qiáng)有力的－種力；
　　強(qiáng)力——由膠子攜帶僅在原子核內(nèi)夸克之間起作用的短程力，即將夸克膠結(jié)在－起的色力，使原子核保持為－個(gè)整體：
　　統(tǒng)－的電弱力——以電磁力和弱力兩種表現(xiàn)形式出現(xiàn)的同－基本力，經(jīng)受了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的電弱統(tǒng)－理論描述的－種力。