現(xiàn)代科學技術(shù)概論

前言

曾同一位學者探討，現(xiàn)代科學技術(shù)已經(jīng)非常發(fā)達，可是為什么我們卻總面臨著越來越多的解決不完的問題?學者給出了耐人尋味的回答：人類的探索好比畫圓，圓里對應(yīng)已知，圓外一片茫然。于是我頓悟，一無所知猶若一個點，獲得認識就像將該點擴張為圓。我們知道得越多，圓面就越大，同時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、生命的起源和進化是自然科學的基本命題。幾千年來，人類對它們的探索已經(jīng)有了長足的進展，層出不窮的研究成果也已經(jīng)或正在轉(zhuǎn)化為人類生存和發(fā)展的巨大力量。20世紀末，有人將信息科學與技術(shù)歸為第四命題，這無疑是受到了當代信息科學與技術(shù)突飛猛進發(fā)展的影響。自從20世紀“有史以來的最偉大發(fā)明之一——計算機”問世之后，人類的感官和認知能力得以空前的延伸。這不僅促進了信息科學與技術(shù)自身的發(fā)展，也大大促進了宇宙科學、生命科學和物質(zhì)科學的飛躍?？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，無論動物、植物還是微生物、人類，窮其本源，都是由多種多樣的單個原子按照一定的序列和規(guī)律構(gòu)成的，這個序列和規(guī)律其實就是一種信息或密碼。由此看來，不管自然科學有多少基本命題，人類所認識的自然界都可以看作是物質(zhì)和信息的組合。然而問題并沒有這么簡單，上面談及的只不過是普通重子物質(zhì)組成的世界。隨著信息科學和觀測技術(shù)的迅速發(fā)展，在可觀測的宇觀和微觀兩個世界里，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、超級黑洞、神秘類星體、彎曲的時空等。2003年美國NASA(國家航空航天局)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器，2001年發(fā)射)的第一批觀測數(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Υ艘粺o所知的“暗能量”。在茫茫宇宙中，人們不但沒有找到那些過去曾經(jīng)被認為“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”?？梢娙祟愡^去對于大自然的認識不僅沒有完善，而且差得很遠。

內(nèi)容概要

　　《現(xiàn)代科學技術(shù)概論》選擇了宇宙、地球、物質(zhì)、生命、技術(shù)等5個方面，概覽了當代科技領(lǐng)域的前沿進展；以講述科技專題知識為主線，穿插入文歷史背景，宣傳科學思想和科學發(fā)展觀。書中介紹的一些內(nèi)容，如黑洞、宇宙大爆炸、恒星世界、太陽系、板塊學說、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、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)代科學技術(shù)概論》還配套了多媒體課件、電子教案和題庫，供授課教師使用?！冬F(xiàn)代科學技術(shù)概論》可作為高等院校各專業(yè)學生的科學素質(zhì)教育通識課教材，也可供有興趣的讀者參考使用。

書籍目錄

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恒星的運動 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 1.3星系和星系團 1.3.1銀河系 1.3.2星系及分類 1.3.3星系的特征 1.3.4星系群、星系團、超星系團 1.4宇宙奇觀 1.4.1宇宙空洞及宇宙長城 1.4.2類星體和γ射線暴 第2章黑洞 2.1科學家的預言 2.1.1拉普拉斯等人預言的黑洞 2.1.2史瓦西預言的黑洞 2.1.3兩種力量的較量 2.1.4奧本海默極限 2.2黑洞的觀測與發(fā)現(xiàn) 2.2.1觀測黑洞的方法 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超級大黑洞（星系級巨型黑洞） 2.3.6原始黑洞 2.3.7微質(zhì)量黑洞 2.4白洞、蟲洞 第3章宇宙的起源與演化 3.1人類對宇宙的認識 3.1.1古代的宇宙說 3.1.2日心說思辨 3.1.3從太陽系到廣闊的恒星世界 3.1.4有限還是無限 3.1.5無限和靜態(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宇宙學原理 3.3.3熱大爆炸模型（標準宇宙模型） 3.3.4支持大爆炸理論的事實 3.3.5標準宇宙模型的疑難 3.3.6非標準宇宙模型 3.4宇宙的未來 3.5至大和至小的匯合 第4章20世紀60年代的四大發(fā)現(xiàn) 4.1射電天文學的興起 4.1.1電信工程師央斯基的發(fā)現(xiàn) 4.1.2射電天文學的誕生 4.2神秘的類星體 4.2.1觀測特征 4.2.2謎團重重 4.2.3對類星體的一些探討 4.3星際空間的有機分子 4.4微波背景輻射 4.4.1預言與發(fā)現(xiàn) 4.4.2結(jié)論的驗證 4.5脈沖星 4.5.1“小綠人”的射電脈沖 4.5.2高速自轉(zhuǎn)與強磁場 第5章太陽系 5.1太陽 5.1.1熊熊烈焰百億年 5.1.2太陽能量的來源 5.1.3太陽的結(jié)構(gòu)與成分 5.2類地行星 5.2.1水星 5.2.2金星 5.2.3火星 5.3類木行星 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國際天文學聯(lián)合會大會對大行星、矮行星和太陽系小天體的定義 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幾個小行星實例 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彗星倉庫——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)學概述 1.1產(chǎn)生與發(fā)展 1.1.1地質(zhì)學的產(chǎn)生 1.1.2地層學 1.1.3地槽學 1.1.4地球物理學和地球化學 1.2地球的構(gòu)造 1.3大陸漂移與板塊學說 1.3.1大陸漂移 1.3.2海底擴張 1.3.3大陸漂移與海底擴張的證據(jù) 1.3.4板塊構(gòu)造學說 1.3.5大陸的演變 第2章地震 2.1最早的地震記錄 2.2地震學概要 2.2.1地震學及其用途 2.2.2地震災(zāi)害研究 2.2.3地震的基本名詞和術(shù)語 2.3大地震 2.4地震分布 2.4.1環(huán)太平洋地震活動帶 2.4.2地中海—喜馬拉雅地震活動帶 2.4.3大洋中脊地震活動帶 2.4.4大陸裂谷系地震活動帶 2.5地震的成因 2.6預報與防范 2.6.1預報的種類 2.6.2預報的方法 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 3.4.2國外 3.5預報與防范 3.5.1海嘯的預報 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)境問題 5.2.1來自人類的污染 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打開原子世界的大門 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鏈式反應(yīng)的實現(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

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   愛因斯坦的宇宙模型 愛因斯坦1915年發(fā)表了廣義相對論，1917年就將之應(yīng)用于宇宙學的研究，提出了“有限、無邊、靜態(tài)”的宇宙模型來。 以往都認為，有限即有邊，無限即無邊，愛因斯坦卻將它們分開。例如一個確定了尺寸的方形桌面就有邊，小蟲在其上無論朝哪個方向爬，都會到達邊緣?？墒菍τ诨@球則不然，小蟲在其表面上爬，無論怎樣都到不了盡頭或邊緣，這個球面就是無邊的二維球面，整個籃球就是有限無邊的體系。當然，作為四維空間體系的宇宙要比籃球復雜。 在愛因斯坦模型中，“有限”是說整個宇宙是一個彎曲封閉的體系，其體積有限而物質(zhì)分布均勻；“無邊”即指無論向哪個方向運動都永遠找不到盡頭；“靜態(tài)”是指宇宙既不膨脹，也不收縮，永遠處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)。靜態(tài)是就宇宙整體而言的，并非說宇宙的各個部分都全然靜止不動。愛因斯坦宇宙模型中的“有限、無邊”是正確的，而“靜態(tài)”則被后來的理論推演與觀測事實所否定。盡管如此，愛因斯坦的宇宙模型畢竟是一次開創(chuàng)性的嘗試，它拉開了現(xiàn)代宇宙學的序幕。 愛因斯坦的宇宙常數(shù)愛因斯坦在提出“有限、無邊、靜態(tài)”宇宙模型時，已經(jīng)感覺到了宇宙不穩(wěn)定，有引力收縮的趨勢。為了不讓這個不情愿的趨勢破壞了美好的靜態(tài)，他特別在引力場方程中增加了一個反引力的排斥項即“宇宙常數(shù)項”，以抵消這種收縮的趨勢。當后來得知哈勃等人發(fā)現(xiàn)了“宇宙在膨脹”的事實后，愛因斯坦承認自己引入的宇宙常數(shù)項是“一生中的最大錯誤”。但是，宇宙常數(shù)項就像神話中瓶子里的魔鬼，放出去就再也難以收回，后人繼續(xù)在討論它的意義。今天，專家將愛因斯坦場方程分為含宇宙常數(shù)項和不含宇宙常數(shù)項的兩種，都在被研究和應(yīng)用著。

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