現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論

前言

曾同一位學(xué)者探討，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，可是為什么我們卻總面臨著越來(lái)越多的解決不完的問(wèn)題?學(xué)者給出了耐人尋味的回答：人類(lèi)的探索好比畫(huà)圓，圓里對(duì)應(yīng)已知，圓外一片茫然。于是我頓悟，一無(wú)所知猶若一個(gè)點(diǎn)，獲得認(rèn)識(shí)就像將該點(diǎn)擴(kuò)張為圓。我們知道得越多，圓面就越大，同時(shí)也就面臨更多的界外疑難。宇宙的起源與演化、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與組成、生命的起源和進(jìn)化是自然科學(xué)的基本命題。幾千年來(lái)，人類(lèi)對(duì)它們的探索已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，層出不窮的研究成果也已經(jīng)或正在轉(zhuǎn)化為人類(lèi)生存和發(fā)展的巨大力量。20世紀(jì)末，有人將信息科學(xué)與技術(shù)歸為第四命題，這無(wú)疑是受到了當(dāng)代信息科學(xué)與技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的影響。自從20世紀(jì)“有史以來(lái)的最偉大發(fā)明之一——計(jì)算機(jī)”問(wèn)世之后，人類(lèi)的感官和認(rèn)知能力得以空前的延伸。這不僅促進(jìn)了信息科學(xué)與技術(shù)自身的發(fā)展，也大大促進(jìn)了宇宙科學(xué)、生命科學(xué)和物質(zhì)科學(xué)的飛躍?？v觀大自然，不管是宇宙、星系、地球、月球，還是山岳、江河、巖石、土壤，無(wú)論動(dòng)物、植物還是微生物、人類(lèi)，窮其本源，都是由多種多樣的單個(gè)原子按照一定的序列和規(guī)律構(gòu)成的，這個(gè)序列和規(guī)律其實(shí)就是一種信息或密碼。由此看來(lái)，不管自然科學(xué)有多少基本命題，人類(lèi)所認(rèn)識(shí)的自然界都可以看作是物質(zhì)和信息的組合。然而問(wèn)題并沒(méi)有這么簡(jiǎn)單，上面談及的只不過(guò)是普通重子物質(zhì)組成的世界。隨著信息科學(xué)和觀測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，在可觀測(cè)的宇觀和微觀兩個(gè)世界里，人們不斷有新的發(fā)現(xiàn)，小到納米世界的奇異特性、基本粒子的結(jié)構(gòu)組成，大到宇宙的微波背景、超級(jí)黑洞、神秘類(lèi)星體、彎曲的時(shí)空等。2003年美國(guó)NASA(國(guó)家航空航天局)在華盛頓公布的wMAP(wilkinson microwave ani-sotropy probe，威爾金森微波背景輻射各向異性探測(cè)器，2001年發(fā)射)的第一批觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，“宇宙包含了(4.4±0.4)％的普通重子物質(zhì)，(23±4)％的非重子形態(tài)的暗物質(zhì)，以及(73±4)％的至今我們?nèi)詫?duì)此一無(wú)所知的“暗能量”。在茫茫宇宙中，人們不但沒(méi)有找到那些過(guò)去曾經(jīng)被認(rèn)為“占宇宙總質(zhì)量十分之九的”丟失了的暗物質(zhì)，而且還發(fā)現(xiàn)了促使目前宇宙正在加速膨脹的巨大“暗能量”?？梢?jiàn)人類(lèi)過(guò)去對(duì)于大自然的認(rèn)識(shí)不僅沒(méi)有完善，而且差得很遠(yuǎn)。

內(nèi)容概要

　　《現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論》選擇了宇宙、地球、物質(zhì)、生命、技術(shù)等5個(gè)方面，概覽了當(dāng)代科技領(lǐng)域的前沿進(jìn)展；以講述科技專(zhuān)題知識(shí)為主線(xiàn)，穿插入文歷史背景，宣傳科學(xué)思想和科學(xué)發(fā)展觀。書(shū)中介紹的一些內(nèi)容，如黑洞、宇宙大爆炸、恒星世界、太陽(yáng)系、板塊學(xué)說(shuō)、生物大滅絕、資源與環(huán)境、可控核聚變、大統(tǒng)一理論、生命起源、遺傳與基因、克隆技術(shù)、激光、超導(dǎo)、新材料、空間技術(shù)等引人人勝，富于啟發(fā)性。為了能更好地展現(xiàn)豐富多彩的科技世界，《現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論》還配套了多媒體課件、電子教案和題庫(kù)，供授課教師使用?！冬F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論》可作為高等院校各專(zhuān)業(yè)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)教育通識(shí)課教材，也可供有興趣的讀者參考使用。

書(shū)籍目錄

宇宙篇 第1章恒星世界 1.1恒星的性質(zhì) 1.1.1恒星距離的度量 1.1.2恒星的尺度和質(zhì)量 1.1.3恒星的能源 1.1.4恒星的星等和光度 1.1.5恒星的運(yùn)動(dòng) 1.2恒星的誕生與演化 1.2.1赫羅圖 1.2.2恒星的演化與分類(lèi) 1.3星系和星系團(tuán) 1.3.1銀河系 1.3.2星系及分類(lèi) 1.3.3星系的特征 1.3.4星系群、星系團(tuán)、超星系團(tuán) 1.4宇宙奇觀 1.4.1宇宙空洞及宇宙長(zhǎng)城 1.4.2類(lèi)星體和γ射線(xiàn)暴 第2章黑洞 2.1科學(xué)家的預(yù)言 2.1.1拉普拉斯等人預(yù)言的黑洞 2.1.2史瓦西預(yù)言的黑洞 2.1.3兩種力量的較量 2.1.4奧本海默極限 2.2黑洞的觀測(cè)與發(fā)現(xiàn) 2.2.1觀測(cè)黑洞的方法 2.2.2黑洞候選者 2.2.3致密恒星（黑洞）的噴流 2.3黑洞的類(lèi)型 2.3.1史瓦西黑洞（基態(tài)的黑洞） 2.3.2克爾黑洞（旋轉(zhuǎn)的黑洞） 2.3.3雷斯勒—諾斯特朗姆黑洞（帶電的黑洞） 2.3.4克爾—紐曼黑洞（旋轉(zhuǎn)而帶電的黑洞） 2.3.5超級(jí)大黑洞（星系級(jí)巨型黑洞） 2.3.6原始黑洞 2.3.7微質(zhì)量黑洞 2.4白洞、蟲(chóng)洞 第3章宇宙的起源與演化 3.1人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí) 3.1.1古代的宇宙說(shuō) 3.1.2日心說(shuō)思辨 3.1.3從太陽(yáng)系到廣闊的恒星世界 3.1.4有限還是無(wú)限 3.1.5無(wú)限和靜態(tài)宇宙引發(fā)的佯謬 3.2膨脹的宇宙 3.2.1現(xiàn)代宇宙學(xué)的誕生 3.2.2多普勒效應(yīng) 紅移和紫移 3.2.3發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹、哈勃定律 3.3宇宙大爆炸 3.3.1宇宙之始——α、β、γ 3.3.2宇宙學(xué)原理 3.3.3熱大爆炸模型（標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型） 3.3.4支持大爆炸理論的事實(shí) 3.3.5標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型的疑難 3.3.6非標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型 3.4宇宙的未來(lái) 3.5至大和至小的匯合 第4章20世紀(jì)60年代的四大發(fā)現(xiàn) 4.1射電天文學(xué)的興起 4.1.1電信工程師央斯基的發(fā)現(xiàn) 4.1.2射電天文學(xué)的誕生 4.2神秘的類(lèi)星體 4.2.1觀測(cè)特征 4.2.2謎團(tuán)重重 4.2.3對(duì)類(lèi)星體的一些探討 4.3星際空間的有機(jī)分子 4.4微波背景輻射 4.4.1預(yù)言與發(fā)現(xiàn) 4.4.2結(jié)論的驗(yàn)證 4.5脈沖星 4.5.1“小綠人”的射電脈沖 4.5.2高速自轉(zhuǎn)與強(qiáng)磁場(chǎng) 第5章太陽(yáng)系 5.1太陽(yáng) 5.1.1熊熊烈焰百億年 5.1.2太陽(yáng)能量的來(lái)源 5.1.3太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)與成分 5.2類(lèi)地行星 5.2.1水星 5.2.2金星 5.2.3火星 5.3類(lèi)木行星 5.3.1木星 5.3.2土星 5.3.3天王星 5.3.4海王星 5.4矮行星 5.4.1冥王星 5.4.2冥衛(wèi)“卡戎” 5.4.3新發(fā)現(xiàn)的冥外行星——“厄里斯”和“塞德娜” 5.4.4國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)對(duì)大行星、矮行星和太陽(yáng)系小天體的定義 5.5小行星帶 5.5.1提丟斯—波德定則與發(fā)現(xiàn)小行星 5.5.2近地小行星 5.5.3幾個(gè)小行星實(shí)例 5.6彗星及奧爾特云 5.6.1彗星概述 5.6.2彗星的結(jié)構(gòu) 5.6.3彗星倉(cāng)庫(kù)——奧爾特云 5.6.4彗星與生物滅絕 宇宙篇思考題 地球篇 第1章地質(zhì)學(xué)概述 1.1產(chǎn)生與發(fā)展 1.1.1地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生 1.1.2地層學(xué) 1.1.3地槽學(xué) 1.1.4地球物理學(xué)和地球化學(xué) 1.2地球的構(gòu)造 1.3大陸漂移與板塊學(xué)說(shuō) 1.3.1大陸漂移 1.3.2海底擴(kuò)張 1.3.3大陸漂移與海底擴(kuò)張的證據(jù) 1.3.4板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō) 1.3.5大陸的演變 第2章地震 2.1最早的地震記錄 2.2地震學(xué)概要 2.2.1地震學(xué)及其用途 2.2.2地震災(zāi)害研究 2.2.3地震的基本名詞和術(shù)語(yǔ) 2.3大地震 2.4地震分布 2.4.1環(huán)太平洋地震活動(dòng)帶 2.4.2地中?！柴R拉雅地震活動(dòng)帶 2.4.3大洋中脊地震活動(dòng)帶 2.4.4大陸裂谷系地震活動(dòng)帶 2.5地震的成因 2.6預(yù)報(bào)與防范 2.6.1預(yù)報(bào)的種類(lèi) 2.6.2預(yù)報(bào)的方法 2.6.3地震災(zāi)害的防范 第3章海嘯 3.1海嘯 3.1.1什么是海嘯 3.1.2海嘯的傳播 3.2海嘯的起因 3.2.1地震海嘯 3.2.2海下山崩引起的海嘯 3.2.3火山爆發(fā)引起的海嘯 3.2.4風(fēng)暴海嘯 3.2.5水下核爆炸引發(fā)海嘯 3.2.6天體撞擊產(chǎn)生海嘯 3.3海嘯的破壞力 3.4重大海嘯回顧 3.4.1中國(guó) 3.4.2國(guó)外 3.5預(yù)報(bào)與防范 3.5.1海嘯的預(yù)報(bào) 3.5.2海嘯的防御 第4章天體撞擊地球的災(zāi)變 4.1災(zāi)變的地質(zhì)學(xué)證據(jù) 4.1.1恐龍的消失 4.1.2K—T界層的銥異常與巨大的隕石坑 4.2 K—T大滅絕 4.3來(lái)自太空的威脅 第5章資源與環(huán)境 5.1地球資源 5.1.1能源 5.1.2礦藏 5.1.3土地 5.1.4水資源 5.1.5綠色與物種的消退 5.2環(huán)境問(wèn)題 5.2.1來(lái)自人類(lèi)的污染 5.2.2沙塵與荒漠化 5.2.3臭氧層空洞 5.2.4溫室效應(yīng) 5.2.5“厄爾尼諾”與“拉尼娜” 地球篇思考題 物質(zhì)篇 第1章物態(tài)的多樣性 1.1固態(tài) 1.2液態(tài) 1.3氣態(tài) 1.4非晶態(tài) 1.5液晶態(tài) 1.6等離子態(tài) 1.7超固態(tài) 1.8中子態(tài) 1.9超導(dǎo)態(tài) 1. 10超流態(tài) 第2章原子與核子 2.1發(fā)現(xiàn)原子世界 2.1.1打開(kāi)原子世界的大門(mén) 2.1.2幾種原子結(jié)構(gòu)模型 2.1.3原子結(jié)構(gòu)的深入探索 2.2探秘原子核 2.2.1放射性的發(fā)現(xiàn) 2.2.2人工核反應(yīng)與質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 2.2.3中子的發(fā)現(xiàn) 2.2.4原子核的結(jié)構(gòu) 2.2.5超重元素 第3章核反應(yīng)與放射性 3.1人工放射性 3.1.1人工放射性的發(fā)現(xiàn) 3.1.2費(fèi)米的慢中子 3.2核裂變的發(fā)現(xiàn) 3.2.1“鈾x”是什么？ 3.2.2發(fā)現(xiàn)核裂變 3.2.3鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的實(shí)現(xiàn) 3.3核裂變的應(yīng)用 3.3.1原子彈 3.3.2核反應(yīng)堆及核電站 3.3.3核動(dòng)力的廣泛應(yīng)用 3.4核聚變反應(yīng) 3.4.1氫核聚變 3.4.2人為核聚變的實(shí)現(xiàn) 3.4.3可控核聚變的條件 3.5放射性同位素 3.5.1放射性同位素14C 3.5.2輻射技術(shù)的應(yīng)用 第4章粒子世界 4.1探索基本粒子的歷程 4.1.1正電子與反粒子的發(fā)現(xiàn) 4.1.2 β衰變與中微子 4.1.3π介子的發(fā)現(xiàn) 4.1.4強(qiáng)子的結(jié)構(gòu)模型 4.1.5夸克 4.2基本粒子家族 4.2.1第一代基本粒子 4.2.2第二代基本粒子 4.2.3第三代基本粒子 4.3四大相互作用及其大統(tǒng)一 物質(zhì)篇思考題 …… 生命篇 技術(shù)篇 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   愛(ài)因斯坦的宇宙模型 愛(ài)因斯坦1915年發(fā)表了廣義相對(duì)論，1917年就將之應(yīng)用于宇宙學(xué)的研究，提出了“有限、無(wú)邊、靜態(tài)”的宇宙模型來(lái)。 以往都認(rèn)為，有限即有邊，無(wú)限即無(wú)邊，愛(ài)因斯坦卻將它們分開(kāi)。例如一個(gè)確定了尺寸的方形桌面就有邊，小蟲(chóng)在其上無(wú)論朝哪個(gè)方向爬，都會(huì)到達(dá)邊緣?？墒菍?duì)于籃球則不然，小蟲(chóng)在其表面上爬，無(wú)論怎樣都到不了盡頭或邊緣，這個(gè)球面就是無(wú)邊的二維球面，整個(gè)籃球就是有限無(wú)邊的體系。當(dāng)然，作為四維空間體系的宇宙要比籃球復(fù)雜。 在愛(ài)因斯坦模型中，“有限”是說(shuō)整個(gè)宇宙是一個(gè)彎曲封閉的體系，其體積有限而物質(zhì)分布均勻；“無(wú)邊”即指無(wú)論向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)都永遠(yuǎn)找不到盡頭；“靜態(tài)”是指宇宙既不膨脹，也不收縮，永遠(yuǎn)處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)。靜態(tài)是就宇宙整體而言的，并非說(shuō)宇宙的各個(gè)部分都全然靜止不動(dòng)。愛(ài)因斯坦宇宙模型中的“有限、無(wú)邊”是正確的，而“靜態(tài)”則被后來(lái)的理論推演與觀測(cè)事實(shí)所否定。盡管如此，愛(ài)因斯坦的宇宙模型畢竟是一次開(kāi)創(chuàng)性的嘗試，它拉開(kāi)了現(xiàn)代宇宙學(xué)的序幕。 愛(ài)因斯坦的宇宙常數(shù)愛(ài)因斯坦在提出“有限、無(wú)邊、靜態(tài)”宇宙模型時(shí)，已經(jīng)感覺(jué)到了宇宙不穩(wěn)定，有引力收縮的趨勢(shì)。為了不讓這個(gè)不情愿的趨勢(shì)破壞了美好的靜態(tài)，他特別在引力場(chǎng)方程中增加了一個(gè)反引力的排斥項(xiàng)即“宇宙常數(shù)項(xiàng)”，以抵消這種收縮的趨勢(shì)。當(dāng)后來(lái)得知哈勃等人發(fā)現(xiàn)了“宇宙在膨脹”的事實(shí)后，愛(ài)因斯坦承認(rèn)自己引入的宇宙常數(shù)項(xiàng)是“一生中的最大錯(cuò)誤”。但是，宇宙常數(shù)項(xiàng)就像神話(huà)中瓶子里的魔鬼，放出去就再也難以收回，后人繼續(xù)在討論它的意義。今天，專(zhuān)家將愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程分為含宇宙常數(shù)項(xiàng)和不含宇宙常數(shù)項(xiàng)的兩種，都在被研究和應(yīng)用著。

編輯推薦

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