中國中學(xué)生百科全書

前言

　　在2006年《中國中學(xué)生百科全書》精裝四卷本的基礎(chǔ)上，我們又推出了《中國中學(xué)生百科全書》12分冊。這套叢書按照學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行分類，共分《數(shù)學(xué)化學(xué)》《物理》《生物醫(yī)學(xué)》《天文地理》、《中國歷史》、《世界歷史》、《語文》、《藝術(shù)》、《體育》、《成長驛站》、《社會(huì)法律》、《科學(xué)前沿軍事》12冊。與《中國中學(xué)生百科全書》精裝四卷本相比，12分冊是增補(bǔ)更新版，既繼承了其優(yōu)點(diǎn)長處，又增加了新的知識(shí)點(diǎn)，更新了許多數(shù)據(jù)、圖片?！　　吨袊袑W(xué)生百科全書》12分冊貫穿著這樣的編纂理念，即不僅要把中學(xué)生培養(yǎng)成為知識(shí)豐富、全面發(fā)展的人，還要成為了解社會(huì)、善于處世的人，更要成為思維活躍、領(lǐng)先潮流的人。通過使用本書，讀者可以具備一個(gè)合格的中學(xué)生應(yīng)該有的能力：　　1.口頭和書面語言表達(dá)能力。這一能力對將來從事任何一項(xiàng)工作都很重要。　　2.對社會(huì)科學(xué)、文學(xué)、歷史、地理的綜合理解力。這是基本能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)?！　?.數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用和理解能力。理解數(shù)學(xué)法則是基礎(chǔ)，更要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力?！　?.對物理、化學(xué)和生物科學(xué)與環(huán)境關(guān)系的理解力。了解物質(zhì)世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對做出正確的決策是有益的?！　?.掌握外語背景知識(shí)和了解外國文化的能力。外語學(xué)習(xí)能鍛煉記憶力、啟迪思維，外國文化的學(xué)習(xí)也有助于新觀念的接受?！　?.熟練使用計(jì)算機(jī)和其他技術(shù)的本領(lǐng)。不能滿足于簡單操作，應(yīng)注重于了解較為復(fù)雜的問題?！　?.藝術(shù)鑒賞能力。藝術(shù)素養(yǎng)的提高會(huì)使中學(xué)生的素質(zhì)更加完善?！　?.對社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)體制的理解力。中學(xué)生很快就要步入社會(huì)，必須對現(xiàn)實(shí)社會(huì)深入了解?！　?.培養(yǎng)良好生活習(xí)慣與毅力。注重身體、心理健康，加強(qiáng)身體鍛煉、心理磨練，克服不良習(xí)慣，抵制不良行為誘惑，對中學(xué)生健康成長尤為重要?！　?0.分析、解決問題的能力和創(chuàng)造精神。這些決定著中學(xué)生的發(fā)展，影響今后的事業(yè)和生活?！　”咎讌矔w了中學(xué)期間應(yīng)當(dāng)掌握的所有知識(shí)內(nèi)容，對中學(xué)知識(shí)進(jìn)行了全面的概括和梳理，還增加了大量最新的實(shí)用信息，如熱門專業(yè)、熱門科學(xué)話題、新興職業(yè)、新發(fā)明等，增強(qiáng)了本書的實(shí)用性。同時(shí)，還增加了對中學(xué)生成長問題的解決、中學(xué)生能力的培養(yǎng)、青春期心理問題的解惑等，這是國內(nèi)其他同類百科全書沒有的，對中學(xué)生健康成長意義重大?！　　吨袊袑W(xué)生百科全書》是一部上中學(xué)就要看的百科全書?！　　吨袊袑W(xué)生百科全書》是一部離中學(xué)生最近的百科全書。　　《中國中學(xué)生百科全書》是一部面向素質(zhì)教育的百科全書。　　《中國中學(xué)生百科全書》是一部面向“全人教育”的百科全書。

內(nèi)容概要

　　《中國中學(xué)生百科全書》是一部上中學(xué)就要看的百科全書?！吨袊袑W(xué)生百科全書》是一部離中學(xué)生最近的百科全書。     《中國中學(xué)生百科全書》是一部面向素質(zhì)教育的百科全書?！吨袊袑W(xué)生百科全書》是一部面向“全人教育”的百科全書。     本套叢書涵蓋了中學(xué)期間應(yīng)當(dāng)掌握的所有知識(shí)內(nèi)容，對中學(xué)知識(shí)進(jìn)行了全面的概括和梳理，還增加了大量最新的實(shí)用信息，如熱門專業(yè)、熱門科學(xué)話題、新興職業(yè)、新發(fā)明等，增強(qiáng)了本書的實(shí)用性。同時(shí)，還增加了對中學(xué)生成長問題的解決、中學(xué)生能力的培養(yǎng)、青春期心理問題的解惑等，這是國內(nèi)其他同類百科全書沒有的，對中學(xué)生健康成長意義重大。

書籍目錄

21世紀(jì)初葉的熱門科學(xué)難題  物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新層次  引力波探測  質(zhì)子的自旋“危機(jī)”  量子尺寸效應(yīng)  高溫超導(dǎo)電性  固體的破壞  太陽中微子之謎  活動(dòng)星系核  恒星的形成  太陽活動(dòng)的起源  磁元的爭辯  黑洞的證認(rèn)  宇宙論中的暗物質(zhì)問題  星系演化的途徑  最終解決人類能源問題的課題  未來的空間太陽能發(fā)電  太陽風(fēng)的起源及其加速機(jī)制  日冕加熱和太陽風(fēng)加速  表面張力梯度驅(qū)動(dòng)對流  磁層亞暴  富勒烯化學(xué)  單原子識(shí)別與分子設(shè)計(jì)和合成  原子團(tuán)簇物質(zhì)  分子工程學(xué)  分子元件的單原子加工和自組裝  可持續(xù)發(fā)展對化學(xué)的挑戰(zhàn)  地球科學(xué)中的非線性和復(fù)雜性  地球構(gòu)造運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)制的反演  人類對全球環(huán)境變化影響的預(yù)測  氣候系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)  自然控制論  地震成因與地球內(nèi)部流體  地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及其與地球各圈層的相互作用  生物多樣性保護(hù)  細(xì)胞凋亡  隨傳、發(fā)育和進(jìn)化的統(tǒng)一  分子識(shí)別、化學(xué)信息學(xué)和化學(xué)反應(yīng)智能化問題  人能否在地球以外長期生存  腦神經(jīng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)  探索生命的遺傳語言  如何控制化學(xué)反應(yīng)方向  未來的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)能否給意識(shí)以新的解釋  地球演化的統(tǒng)一理論  思維與智能的本質(zhì)　人腦如何組織信息存貯　腦與免疫功能　生命起源問題　生命的起源與蛋白質(zhì)　注意的腦機(jī)制　智力的起源　細(xì)胞如何調(diào)控基因組的有序活動(dòng)　人腦對外界視覺世界的認(rèn)知　重力的植物細(xì)胞生理學(xué)問題　中心法則的空白——從新生肽到蛋白質(zhì)　“JUNK”DNA的功能　統(tǒng)一醫(yī)學(xué)　意識(shí)和思維動(dòng)力學(xué)　人類疾病與基因　生命起源中的對稱性破壞　精神與免疫　改善老年性認(rèn)知功能障礙的心理藥物學(xué)策略　解析全套腦細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能　心思的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)理　組織工程——細(xì)胞三位生長和組織培養(yǎng)　客觀世界的自組織　全息理論與高等智能　用自然科學(xué)的方法研究“意識(shí)”　植物光合作用的分子機(jī)理及其調(diào)控　系統(tǒng)科學(xué)的困惑　球堆積問題之開普勒猜想　相變的數(shù)學(xué)理論　超級計(jì)算機(jī)理論　現(xiàn)代人的起源　量子理論和廣義相對論的統(tǒng)一　電容層析成像　能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的科技問題　控制溫室氣體的國際動(dòng)態(tài)　控制溫室二氧化碳的科技難點(diǎn)　激光限幅　固體潤滑研究　高放廢物的安全處置　自旋電子學(xué)　復(fù)雜性科學(xué)研究　陶瓷材料的脆性　核素分類　分子機(jī)器　Si基材料中實(shí)現(xiàn)受激光發(fā)射　材料中原子相互作用勢的研究　納米顆粒的毒性　分子馬達(dá)　地磁場高斯分析中的唯一性問題　建立“地球系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)室”　C02利用與太陽能轉(zhuǎn)存　大氣湍流　大氣湍流與污染擴(kuò)散　晴空湍流　穩(wěn)定層結(jié)條件下的大氣湍流　喀斯特石漠化　地球內(nèi)部物質(zhì)與能量交換和動(dòng)力學(xué)過程中國少年兒童海爾科技獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目軍事

章節(jié)摘錄

　　21世紀(jì)初葉的熱門科學(xué)難題　　物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新層次　隨著核物理科學(xué)的誕生，人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入基本粒子這一層次，即認(rèn)識(shí)到自然界萬物是由質(zhì)子、中子、電子這些基本粒子構(gòu)成的?！　‰S著科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，研究者發(fā)現(xiàn)，這些基本粒子可以分為兩類：一類是參與強(qiáng)相互作用的粒子，如質(zhì)子、中子、π介子、奇異粒子和一系列的共振態(tài)粒子等，統(tǒng)稱為強(qiáng)子；另一類是不參與強(qiáng)相互作用，只參與電磁、弱相互作用的粒子，如電子、μ子和中微子等，統(tǒng)稱為輕子。高能物理實(shí)驗(yàn)又進(jìn)一步揭示了上百種強(qiáng)子并非“基本”，而是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的：組成強(qiáng)子的是夸克。這就是說，質(zhì)子、中子、π介子等強(qiáng)子是由更小的夸克組成的。目前發(fā)現(xiàn)的夸克共有6種，同時(shí)輕子的發(fā)現(xiàn)也達(dá)到了6種。　　夸克和輕子就是目前階段人們所認(rèn)識(shí)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新層次?！　∫Σㄌ綔y　引力波又稱引力輻射。是廣義相對論的理論預(yù)言，指變化著的四維時(shí)空曲率的傳播?！　?0世紀(jì)初期，愛因斯坦創(chuàng)立廣義相對論，揭示了一個(gè)全新的時(shí)空觀念：時(shí)間和空間并非絕對和獨(dú)立地存在著的，它們是相互聯(lián)系著的、由物質(zhì)分布和運(yùn)動(dòng)所決定的屬性。物質(zhì)的存在產(chǎn)生廣延的時(shí)空結(jié)構(gòu)，物質(zhì)分布決定時(shí)空結(jié)構(gòu)的彎曲性質(zhì)（即曲率）?！　∥镔|(zhì)決定時(shí)空曲率，引力輻射則是變化著的時(shí)空曲率的傳播，它疊加于“靜態(tài)”時(shí)空之上，從而動(dòng)態(tài)地影響局域的時(shí)空曲率。相對論認(rèn)為任意兩點(diǎn)的距離都由“時(shí)空間隔”來表示，在慢變情況下，時(shí)空間隔近似為空間間隔。引力波引起的時(shí)空曲率的改變可由測量空間間隔的改變而得到反映，這是當(dāng)前引力波探測的依據(jù)。　　質(zhì)子的自旋“危機(jī)”　按照核子的夸克模型，質(zhì)子是由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克所組成的，因此質(zhì)子自旋也應(yīng)由這3個(gè)夸克所提供。這一夸克模型曾為科學(xué)界所公認(rèn)?！　?0世紀(jì)70年代中期以來，人們利用極化輕子與核子的深度非彈性散射對質(zhì)子的自旋起源進(jìn)行了探索。但在80年代的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家對更小的夸克動(dòng)量范圍進(jìn)行測量后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果與這一簡單夸克模型圖像有明顯差異。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示，只有不大于15％的自旋是由這3個(gè)夸克提供的。此后，人們又進(jìn)行了大量的理論及實(shí)驗(yàn)探索，都證明了相同的結(jié)論，即質(zhì)子自旋只有一小部分來自質(zhì)子中的兩個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克。顯然，以往核子由3個(gè)夸克所組成的簡單夸克模型已不能正確描述質(zhì)子結(jié)構(gòu)。對此，人們質(zhì)疑：質(zhì)子自旋到底是從哪來的?這就是所謂質(zhì)子自旋“危機(jī)”。量子尺寸效應(yīng)　量子尺寸效應(yīng)是在金屬顆粒小到一定程度，特別是其中的電子數(shù)少到一定程度時(shí)出現(xiàn)的。其基本思想在于，隨著電子數(shù)的減少，相鄰電子能級之間的間距增大，間距與顆粒體積成反比?！　〗饘傥⒘５臒崃W(xué)特性，例如比熱和磁化率，都因允許的能態(tài)的分立而顯著區(qū)別于大塊材料的性質(zhì)。這種量子尺寸效應(yīng)使金屬微粒的輸運(yùn)特性也與大塊材料不同。這些屬于金屬微粒的量子特性只在很低的溫度下才出現(xiàn)，因此對這些現(xiàn)象的研究已成為低溫物理領(lǐng)域令人感興趣的新方面。　　高溫超導(dǎo)電性　高溫超導(dǎo)發(fā)展得十分迅速，許多方面已經(jīng)達(dá)到了應(yīng)用階段?？茖W(xué)家們已把高溫超導(dǎo)體的臨界溫度提高到了134K，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了100多種高溫超導(dǎo)化合物。很多針對高溫超導(dǎo)的開發(fā)也已成為現(xiàn)實(shí)，如用于蜂窩電話基站電臺(tái)的濾波器、制作高溫超導(dǎo)長線材等?！　母邷爻瑢?dǎo)最新成果的推出，到其實(shí)際應(yīng)用這一過程非常迅速，以致新成果雖已得到應(yīng)用，但其本身的機(jī)制卻尚未掌握清楚。高溫超導(dǎo)機(jī)制是長時(shí)間來人們一直在研究的問題，理論模型非常多，但到目前為止還沒有一個(gè)理論得到人們的普遍認(rèn)同。迄今為止，基礎(chǔ)研究尚未解決的問題基本上是關(guān)于高溫超導(dǎo)電機(jī)制和為解決強(qiáng)電中應(yīng)用的磁通動(dòng)力學(xué)問題。一旦這些問題得以解決，將會(huì)大大促進(jìn)超導(dǎo)工業(yè)的開拓和發(fā)展?！　」腆w的破壞在日常生活中，玻璃被打碎，螺絲釘被扭斷，都被叫做固體的破壞?！　∫话愣?，固體材料在外力作用下有兩種破壞形式：一種是材料在明顯的塑性變形后不能繼續(xù)承載而斷裂，叫做韌性斷裂；另一種是材料在不發(fā)生明顯塑性變形的情況下突然斷裂，叫做脆性斷裂。從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)看，這些破壞原則上都應(yīng)該歸因于原子鍵的斷開?！　∵@個(gè)問題看似簡單，卻難以解決，因?yàn)榄h(huán)境與載荷不同，材料不同，會(huì)使破壞的形式和機(jī)制都不同。固體的破壞是一個(gè)涉及力學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)以及復(fù)雜性和非線性科學(xué)的跨學(xué)科的科學(xué)難題?！　√栔形⒆又i1968年，科學(xué)家R．戴維斯等人公布了對太陽中微子流量的首次測定結(jié)果：實(shí)測流量僅有理論預(yù)言值的1／3。這就是舉世矚目的“太陽中微子問題”，曾激起人們研究天文學(xué)和物理學(xué)的熱潮。40多年后，雖然探測技術(shù)與方法有了很大的改進(jìn)（如威力更大的中微子探測器陸續(xù)建成運(yùn)行），但新的探測結(jié)果卻與理論預(yù)言相去甚遠(yuǎn)，甚至兩者之間還出現(xiàn)了種種令人難以理解的新矛盾。這一理論與視覺的巨大反差再次使太陽中微子問題成為科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。　　活動(dòng)星系核　星系核是星系中原初產(chǎn)能區(qū)之一，但是活動(dòng)星系核比正常星系的核更具活力，也即是其產(chǎn)能的比例更大、更重要?！　』顒?dòng)星系核包括一個(gè)龐大的家族，最典型與最活動(dòng)的是只見其裸核的類星體。這些活動(dòng)星系核的共同特性為：①具有極亮的核；②連續(xù)譜在整體上或某些波段上具有非熱致輻射的特征或成分；⑧多具有較寬甚至非常寬的發(fā)射線；④相當(dāng)部分源的流量和偏振在大多數(shù)波段有明顯的隨時(shí)間的變化；⑤多具有較強(qiáng)的高能光子的發(fā)射能力，是明顯的功能天體；⑥有明顯的宇宙學(xué)時(shí)標(biāo)上的演化；⑦有較強(qiáng)的紅外輻射?！　『阈堑男纬伞“ㄣy河系在內(nèi)的星系中第一代恒星的形成，是未來最富挑戰(zhàn)性的課題之一?！　『阈鞘菢?gòu)成包括銀河系在內(nèi)的星系乃至整個(gè)宇宙的基本單元，是將宇宙原始物質(zhì)合成各種重元素的熔爐。因此研究恒星的形成，就成為研究銀河系機(jī)構(gòu)和演化的基礎(chǔ)。恒星形成在星際彌漫物質(zhì)到恒星的演化鏈上是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。所以現(xiàn)代天文學(xué)的目標(biāo)之一即是研究恒星的形成，以揭示其中復(fù)雜多樣的科學(xué)內(nèi)容，提供關(guān)于恒星一生的完整的科學(xué)學(xué)說，從而填補(bǔ)現(xiàn)代天文學(xué)中演化學(xué)說的空白?！　√柣顒?dòng)的起源　太陽是一顆離地球最近的普通恒星。在太陽大氣中，無時(shí)不在發(fā)生尺度各異、能域不同的活動(dòng)現(xiàn)象。在物理上，這些現(xiàn)象表現(xiàn)為激烈增長的電磁輻射、電子和質(zhì)子被加速到相對論性能量以及成團(tuán)的等離子體噴射等?！　√柣顒?dòng)的起源已經(jīng)使天文學(xué)家困惑了近百年，而近代太陽磁場和太陽活動(dòng)研究則使這一自然科學(xué)難題有了更準(zhǔn)確的意義和內(nèi)涵。它既涉及太陽磁場的總體性質(zhì)、磁場的產(chǎn)生和演化，又涉及太陽磁場的結(jié)構(gòu)和內(nèi)稟特性，還涉及太陽磁場與等離子體的相互作用。概括起來，解決這一難題要回答的主要問題有：①太陽磁場是怎樣產(chǎn)生的；②為什么太陽黑子外的表面磁場都以量子化的、磁場大于千高斯、尺度小于150千米的強(qiáng)磁流管的形式存在；③對人類環(huán)境有重要影響的太陽活動(dòng)現(xiàn)象（如太陽耀斑）發(fā)生的物理機(jī)制是什么；④太陽磁場和太陽活動(dòng)如何影響太陽穩(wěn)定的能量輸出，如何影響日地空間環(huán)境?！　〈旁臓庌q　磁元的概念很寬泛，人們可能在不同的場合用它表示不同的概念。廣義上，人們將強(qiáng)磁場之外的磁場（網(wǎng)絡(luò)場、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)磁場、譜斑磁場等）的最基本結(jié)構(gòu)稱之為磁元。目前還無法直接觀測到磁元?！　≡诖朋w單元上存在磁偶極子。在磁場研究中，磁場是連續(xù)的。然而到了太陽上，具有對流的等離子體在過程和狀態(tài)上呈現(xiàn)出不同的情況：磁場分布在小尺度上仍為連續(xù)分布，但在大尺度上，它被分割成一束束的，彼此之間是不連續(xù)的。這個(gè)一束束分開的磁場就是所指的磁元。磁元爭辯的焦點(diǎn)就在于：小尺度磁場存在的主要形式是什么?是強(qiáng)場還是弱場?　　黑洞的證認(rèn)按照廣義相對論，物體一旦收縮到一個(gè)被稱為引力半徑的特征半徑之下，強(qiáng)大的引力就會(huì)使得包括光在內(nèi)的任何物質(zhì)都不能逃逸出來，物質(zhì)也就消失在黑暗之中，這就是黑洞，即恒星演化的一種終局。由引力半徑所規(guī)定的時(shí)空界面，就叫做黑洞的視界?！　『诙词?0世紀(jì)的兩大物理理論，即相對論和量子力學(xué)聯(lián)合應(yīng)用于恒星演化終局問題所作出的預(yù)言。而黑洞的觀測、證認(rèn)卻依然是當(dāng)今天體物理學(xué)的一大難題，目前黑洞的證認(rèn)工作正在恒星和星系兩個(gè)層次上展開。對雙星中x-射線源質(zhì)量的測定，可以說已經(jīng)證實(shí)了恒星級黑洞的存在。但在找到足以表明視界存在的證據(jù)之前，謹(jǐn)慎者仍然只使用“黑洞候選者”這樣的稱呼。巨型黑洞很可能普遍存在于星系的核心，但由于對星系核的觀測比對雙星更加困難，因此對這類黑洞的證認(rèn)基本上還處于間接論證的水平?！　∮钪嬲撝械陌滴镔|(zhì)問題　太陽系內(nèi)的天體有的可以發(fā)光（如太陽），有的僅能反射光（如月亮）。其實(shí)，所謂的發(fā)光物質(zhì)只不過是暫時(shí)不發(fā)光的物質(zhì)處在高溫、高壓環(huán)境的狀態(tài)而已。

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