奇妙的小宇宙-少年科學(xué)院書庫

前言

宇宙萬物是由什么構(gòu)成的？人們常見的物體是由分子構(gòu)成的。元素分子物體與大量化合物體組織構(gòu)成各種星球天體——恒星、行星、衛(wèi)星、彗星。大量星球天體組織構(gòu)成各種恒星系——太陽系、星座恒星系、雙星系、中子星系。大量恒星系組織構(gòu)成各種集團恒星系——銀河系、河外星系。銀河系中的1200億個恒星系組織構(gòu)成超集團恒星系，以及更大的天體運行系統(tǒng)，直至以140億光年計的整個宇宙。    分子是由什么構(gòu)成的？原子。原子是由什么構(gòu)成的？電子和原子核。電子是由什么構(gòu)成的？原子核是由什么構(gòu)成的？按照物質(zhì)可以無限再分的理論，可以問10萬個為什么。    人類探索構(gòu)造物質(zhì)的基本單元，經(jīng)歷了一個逐步深化的過程。1808年道爾頓闡釋原子論，指出物質(zhì)結(jié)構(gòu)的共同基本單元是原子；1898年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子；1911年盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部有一個核；1913年玻爾指出放射性變化發(fā)生在原子核內(nèi)部；1914年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。    科學(xué)家們經(jīng)過艱苦的研究，在20世紀(jì)30年代，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單元是什么似乎已找到答案：分子是由原子核和電子組成的，原子核又是由質(zhì)子、中子及光子組成的，電子、質(zhì)子、中子和光子，就是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子。    科學(xué)的發(fā)展是永無止境的。1964年蓋爾曼最初發(fā)現(xiàn)的3種更基本的粒子該稱為什么呢？他讀到喬伊斯的小說，其中有“檢查官馬可三呼夸克”一語，于是將其命名為夸克，即上夸克、下夸克、奇異夸克。1974年美籍華人丁肇中和里克特發(fā)現(xiàn)了第四種夸克——粲夸克；1977年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了第五種夸克——底夸克；1 995年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了第六種夸克——頂夸克。    科學(xué)家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了5種輕子：電子、電子型中微子、繆子、M型中微子、陶子。2000年科學(xué)家們終于找到了第六種輕子（也是最后一種輕子）——T型中微子存在的直接證據(jù)。至此，人類完成了對物質(zhì)微觀世界的第三次探索，即物質(zhì)的最基本結(jié)構(gòu)不是由100多種原子組成的，而是由比原子小十億分之一的12種基本粒子（即6種輕子和6種夸克）組成的。    目前，困擾著科學(xué)家的有兩個問題：一是無法找到構(gòu)成輕子更基本的粒子，二是無法找到自由夸克?？茖W(xué)家們將夸克模型引入輕子的一切嘗試都失敗了，至今未發(fā)現(xiàn)輕子具有可辨識的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因為強子是由6種夸克組成的，而輕子又無法找出更基本的結(jié)構(gòu)。于是，人們將基本粒子歸結(jié)為6種夸克和6種輕子。    但誰能斷言，夸克和輕子沒有更基本的結(jié)構(gòu)呢？    科學(xué)家們在不斷地尋找、探索著……讓我們追尋他們的足跡，看看他們揭開物質(zhì)微觀世界的艱難歷程，以及由此給人類帶來些什么吧！

內(nèi)容概要

人類和任何物質(zhì)都是由各種基本粒子構(gòu)成的，但是很少有人真正了解它們。《少年科學(xué)院書庫?基礎(chǔ)科學(xué)系列:奇妙的小宇宙》講述了科學(xué)家在探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)過程中的故事，展現(xiàn)了他們通過不懈努力，逐步揭開物質(zhì)深層結(jié)構(gòu)之謎的歷程?！渡倌昕茖W(xué)院書庫?基礎(chǔ)科學(xué)系列:奇妙的小宇宙》圖文并茂，語言生動有趣，使讀者在享受閱讀樂趣的同時，也可了解人類在探索“小宇宙”過程中的神奇經(jīng)歷。

書籍目錄

基本粒子的探索 物質(zhì)構(gòu)成的猜想 原子學(xué)說和科學(xué)實驗 道爾頓的原子論 盧瑟福打開原子神秘之宮 質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn) 玻爾對原子模型的修正 了不起的介子 6種夸克被證實 “獨來獨往”的中微子 光和激光 光的波動學(xué)說 光的波動說和粒子說的統(tǒng)一 激光的特征 激光的應(yīng)用 放射性是什么 倫琴發(fā)現(xiàn)X射線 貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性 居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性元素 放射線 永不停息的探索 熱輻射 量子力學(xué) 相對論 統(tǒng)一場論 霍金的想象力 微觀世界的眼睛 反物質(zhì)世界 量子宇宙 探索給人類帶來的財富 人們對電的初步認(rèn)識 人們對電的理論認(rèn)知 電學(xué)上的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明 神奇的納米 超導(dǎo)的秘密 世上最精確的鐘 打開潘多拉的“魔匣” α粒子“點石成金” 核裂變驚世風(fēng)云 重水價值千金 核聚變更高一籌 馴服核能服務(wù)人類 先進武器威猛無比

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：    物質(zhì)構(gòu)成的猜想 很多人相信，宇宙萬物是由神創(chuàng)造的。我國就流傳著盤古開天辟地、女媧摶土為人的故事，西方流傳著上帝創(chuàng)造萬物和人的傳說。還有些人相信，有些物質(zhì)是自生出來的，螢火蟲是從腐爛的草中生出來的，把臟衣服扔進面桶，就會生出耗子來，蛆是自己從肉里長出來的。種種說法反映，人們認(rèn)為萬物都是可以從虛無中變來，也就是說，所有的物質(zhì)推斷下去都是空的，什么結(jié)構(gòu)也沒有。但是一些自然哲學(xué)家不相信這些臆想，他們憑著自己對自然界的觀察，得出了對物質(zhì)構(gòu)造的看法。 早在公元前1000多年的殷商時期，我們中國人就提出了五行說，用金、木、水、火、土這5種最常見的物質(zhì)來說明世間萬物的起源和變化。到了春秋戰(zhàn)國時期，老子又說：“道生一，一生二，二生三，三生萬物?！彼J(rèn)為世間萬物都是由“道”組成的?！暗馈笔鞘裁茨兀康朗且环N看不見，摸不著，用語言無法表達，但又無處不在的東西。老子“道”的說法讓人恍惚，沒法理解。倒是墨家領(lǐng)袖墨子的提法實際一些，也比較接近現(xiàn)代原子論。墨子說：“端，體之無厚，而最前者也?！倍司褪侵肝镔|(zhì)的起始，把物體分割到“無厚”，便達到最前的終點。也就是說，物體可以不斷地分割下去，一直分到?jīng)]有厚度就不能再分割了。到了東漢，王充提出“氣”是構(gòu)成宇宙萬物的最基礎(chǔ)的東西。天地實體和自然界萬物都由元氣構(gòu)成，天是由“天氣”凝聚而成的，地是由“地氣”凝聚而成的，物是由“物氣”凝聚而成的，人是由“人氣，，凝聚而成的?，F(xiàn)在還有這種說法，如說某人“人氣很旺”。人有智慧，是由于人稟受了元氣當(dāng)中最精微細(xì)致的部分，即“精氣”。這種對物質(zhì)結(jié)構(gòu)起源的說法在我國古代社會幾乎成了定論。 在古希臘，流行過一陣一元說。大約是公元前600年，有個叫泰勒斯的哲學(xué)家，認(rèn)為水是萬物的本原。他認(rèn)為，天地萬物，都是從水中產(chǎn)生的，就像尼羅河三角洲是從水中淤泥沉積起來一樣。后來，泰勒斯的學(xué)生阿那克西曼德認(rèn)為，萬物的本原不是具有特定性質(zhì)的水，而是一種沒有固定樣子和特定性質(zhì)的原始物質(zhì)。這種原始物質(zhì)在運動中無限分裂出干和濕、熱和冷，它們相互結(jié)合生成土、水、風(fēng)、火，從而產(chǎn)生萬物。萬物從無限中產(chǎn)生，又復(fù)歸于無限。之后，又有個叫阿那克西米尼的認(rèn)為，氣是萬物構(gòu)成的本原。氣受熱擴散，就變成火，遇冷凝聚，就變成水和土。氣的這種擴散和凝聚形成萬物，萬物也可以轉(zhuǎn)化為氣。到了公元前500年，出身于古希臘王室的哲學(xué)家赫拉克利特又認(rèn)為火是萬物的本原。幾十年后，又有個叫阿那克薩哥拉的哲學(xué)家，認(rèn)為萬物的本原是“種子”。他認(rèn)為每一種事物都是由無限小的不同類種子構(gòu)成的，種子不同。事物的樣子就不一樣。 原子學(xué)說和科學(xué)實驗 在公元前400多年，古希臘的哲學(xué)家留基伯提出了關(guān)于原子的學(xué)說，指出宇宙是無限的，其中一部分充滿，另一部分虛空。充滿和虛空共同構(gòu)成原子。萬物由這些原子構(gòu)成，又分解成原子。他的學(xué)生德謨克利特進一步發(fā)展了他的原子學(xué)說，認(rèn)為致密、充滿的是原子，虛空的不是原子，而是原子存在運動的場所。萬物都是由原子組成，原子是看不見的不可再分割的物質(zhì)粒子，因為原子一詞的希臘文是“不可分割”的意思。原子在虛空中急劇而無規(guī)則地運動著，互相碰撞，形成旋渦，產(chǎn)生世界萬物。此后的伊鳩壁魯和盧萊克修發(fā)展和完善了留基伯和德謨克利特的原子學(xué)說，使我們今天得以窺見古希臘原子論的內(nèi)容。 對物質(zhì)的基本構(gòu)造的設(shè)想有很多很多，這里只舉了一些比較突出的例子。這許許多多的設(shè)想并不是科學(xué)的看法，而只是一種哲學(xué)上的爭論。 用科學(xué)的方法去驗證學(xué)說的正確與否，是直到17世紀(jì)從一個叫海爾蒙特的醫(yī)生那里開始的。 17世紀(jì)以前，人們還不知道空氣中含有氫氣、氧氣、二氧化碳等多種成分，以為空氣就是空氣，甚至不知道空氣和水蒸氣的區(qū)別。海爾蒙特則認(rèn)為空氣種類有許多種，和水蒸氣不一樣，他天才地將這些不同種類的空氣稱作氣體，并且將氣體分為野氣、風(fēng)氣、肥氣、干氣、煙氣等。海爾蒙特認(rèn)為泰勒斯“水是萬物本原”的看法是對的。為了驗證這一看法，他做了一個非常有趣的柳樹實驗。 海爾蒙特用一個陶盆裝上在爐中烘干的200磅土，然后用水將土澆濕，栽上一枝重5磅的柳樹枝。他每天只給柳樹澆水，什么也不加。為了避免灰塵飛進陶盆，他還用一塊鍍錫的鐵板把盆口蓋起來。5年以后，這柳樹居然長成了一棵重169磅3盎司的柳樹。最后，他把盆里的土烘干，結(jié)果發(fā)現(xiàn)仍有200磅重，只少了約3盎司。因此，海爾蒙特認(rèn)為，164磅樹木、樹皮和樹根，都是由水單獨產(chǎn)生的。 我們今天都知道，海爾蒙特的結(jié)論并不正確，柳樹能長大，除了水之外，還有空氣中的二氧化碳、陽光，他沒有把空氣和陽光考慮在內(nèi)，但他為科學(xué)實驗開創(chuàng)了先河。 1661年英國化學(xué)家波義耳提出了化學(xué)元素的概念，為科學(xué)研究化學(xué)奠定了基礎(chǔ)。百余年后，人們相繼用實驗的手段發(fā)現(xiàn)了氫、氮和氧等元素，才知道空氣是由多種成分組成的，這些成分在生物的發(fā)展中起著極為重要的作用。

編輯推薦

科學(xué)家們在不斷地尋找、探索著……讓我們追尋董仁威編著的《少年科學(xué)院書庫?基礎(chǔ)科學(xué)系列:奇妙的小宇宙》中他們的足跡，看看他們揭開物質(zhì)微觀世界的艱難歷程，以及由此給人類帶來些什么吧！

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