自然科学概论教案

湖北民族学院2014年春季 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 课程名称：现代自然科学技术概论专业、年级：汉语言文学本科&科技学院、法学2012级本科任课教师：湖北民族学院第一章绪论第一节：自然科学的基本概念一科学的概念著名的科学学创始人贝尔纳（J.D.Bernal）认为：科学在不同的时期、不同场合有不同的意义。科学是一个具有多种品格和多种形象的多意词。归纳起来，有以下几个方面的理解：1科学是生产知识的活动C.R.Darwin于1888年给科学的定义：科学就是整理事实，以便从中得到普遍的规律或结论。（《物种起源》1831-1836年）亦即：把实践活动的经验材料或感性认识进行收集、整理、总结、归纳，经过“去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里”的加工，上升到理性认识的过程。2科学是反应客观事实和规律的知识人类在生产实践、生活实践和科学实验中得到的知识，如果能够正确地反应客观事实和规律，就称为“真知”，真知就是科学。如：I.Newton的牛顿运动定律和万有引力定律就是科学。3科学是反应客观事实和规律的知识体系科学是关于自然、社会和思维的知识体系。如：数学、物理、化学、天文、地理、生物学、电力工程学、机械工程学、医学工程学等学科体系（或知识单元）只有按照内在的逻辑关系条理化、系统化，建立起一个完整的知识体系时，才能称之为科学（科学知识体系是一个动态系统）。4科学提供科学的世界观、态度和方法科学的世界观：科学揭示客观世界的本质和运动规律、是唯心主义世界观的对立物，使人们破除迷信、解放思想、追求真理、勇于创新。科学态度：尊重事实、实事求是，按客观规律办事。科学方法：科学还向人们提供了一系列分析、研究、解决问题的方法。（是人类认识世界、改造世界的工具和武器）5科学是一项事业（1）20世纪40年代之前：“小科学时期”16世纪是以伽利略（G.Gralileo）为代表的个体活动时代。17世纪是以牛顿（I.Newton）为代表的松散群众组织皇家学会时代。18世纪到第二次世界大战前，是以爱迪生（T.A.Edison）的“实验工厂”的集体研究时代。（2）20世纪40年代以后：“大科学时代”从美国的“曼哈顿计划”（制造原子弹），科学进入了国家建制时代；近年来，科学已进入了国际建制时代（国际合作），科学成为一项国际事业，被称之为第四产业。二技术的概念法国科学家迪德罗（D.Diderot）在《百科全 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 》中给技术下的定义是：“技术是为某一目的而共同协作组成的各种工具和规则体系”。它有5个基本要点：1技术与科学不同，技术有目的性；2技术的实现要通过广泛的“社会协作”来写成；3技术的首要表现是生产“工具”，是设备、是硬件；4技术的另一重要表现形式是“规则”，是生产使用的工艺、方法、 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 等，是软件；5技术也是成套的体系（与科学一样）。三科学与技术的关系1科学与技术的区别（1）科学的根本职能是认识世界，揭示客观事物的本质和运动规律，着重回答“是什么”、“为什么”的问题；技术的根本职能是改造世界，实现对客观事物的控制、利用和保护，着重回答“做什么？”“怎么做”的问题；（2）科学属于由实践向理论转化的领域，它本身是意识形态的东西，属于社会的精神财富；技术属于由理论向实践转化的领域，它本身是物化了的科学知识，属于社会的物质财富；（3）科学的成果表现为新现象、新规律、新规则的发现；技术的成果表现为新工具、新设备、新方法、新工艺的发明。2科学与技术的联系（1）科学中有技术，如物理学、化学、生物学中有实验技术。技术中有科学，如杠杆、滑轮中有力学；（2）科学产生技术，如相对论与核裂变的发现，产生了原子弹和核电站；技术也产生科学，如射电望远镜的发明和使用，产生了射电天文学。（3）科学的成熟推动技术的进步，技术的需要促进科学的发展。四科学研究的概念科学研究是指创造知识和整理、修改知识，以及开拓知识新用途的探索工作。创造知识：指对未知事物进行探索，以求发现新知识、新规律、新原理、发明新方法、新手段等等。整理和修改知识是对已经产生的知识进行分析、整理、综合归纳、鉴别应用、使知识规范化、系统化。在整理、修改知识过程中，也能创造知识，如化学家门捷列夫的“元素周期率理论”。五科学研究的类型大致可以分为三类，基础研究、应用研究和开发研究。1基础研究是以探索知识为目标的研究，基础研究工作基本上是学科前沿，并在实验室中进行。它不着眼于当前的应用、没有特定的商业目的。（基础研究的成功率一般不到10%，成果转化率大约只占2-3%）如：牛顿（I.Newton）的万有引力定律；法拉第（M.Faraday）发现的电磁感应原理；居里夫人（M.S.Curie）发现放射性等；麦克斯韦（J.C.Maxwell）建立的电磁波理论。我国把基础研究分为纯基础研究和应用基础研究两种。2应用研究运用研究是指运用基础研究的成果和有关知识，为创造新产品、新方法和新技术、新材料等技术基础进行的定向研究。（应用研究的成功率一般为50-60%，实现商业化、企业化的可能性较大）应用研究有目的、有计划、有时间限制、其成果有实用价值，有一定保密性。如：西门子公司―利用法拉第（M.Faraday）发现的电磁感应原理―磁电机3开发研究开发研究是指利用基础研究、开发研究的成果和有关知识，为创造新产品、新方法、新材料、新技术，以及为生产产品或完成工程任务而进行的技术研究活动。开发研究具有明确的目标、计划性强而且有严格的时间限制，完成后立即评价，其费用一般投入较大，有很强的保密性。开发研究是科技转化的主要环节。第二节自然科学的体系结构一现代科学体系现代科学日益形成一个庞大的、多层次的、纵横交错的科学结构体系。（如我国的学科分类标准中，仅一、二、三级学科总数就有3000多种）。典型的分类有：1三大领域分类体系：自然科学、社会科学、思维科学2五大部类分类体系：自然科学、社会科学、思维科学、数学科学、哲学科学3“五种理域”分类（西方一些学者）体系：物理――一切非生命世界之理生理――一切有生命世界之理心理――人脑活动之理伦理――人际关系之理哲理――统帅诸理之理4钱学森提出的“九大科学部门”分类体系自然科学、社会科学、数学科学、思维科学、人体科学、系统科学、军事科学、文艺科学、行为科学。二现代自然科学的分类与结构科学技术一词中的科学是指自然科学。与科学研究的三个阶段相对应，现代自然科学可以分为基础科学、技术科学、和工程科学三大类。（一）基础科学1基础科学是研究自然界物质的结构、各种基本运动形态和运动规律的科学。2基础科学可分为五大学科：物理学、化学、生物学、天文学、地学。它们是现代自然科学的基石。其表现形式主要是由概念、定理、定律、规则等组成的理论体系。（1）物理学是研究自然界物质的结构、相互作用和运动规律的学科。物理学一般可以分为：力学、热学、分子物理学、波动学、声学、光学、电磁学、原子物理学、原子核物理学、粒子物理学、天体物理学等，每个分支学科还包括若干子学科。（2）化学是在原子和分子层次上研究物质的组成、结构、性质及变化规律的学科。化学一般有五个分支学科：无机化学、有机化学、分析化学、高分子化学、物理化学。每个分支学科还包括若干子学科。（3）生物学是研究生命运动形式的本质特征和规律的学科。生物学的分支学科主要有：植物学、动物学、微生物学、生物分类学、形态学、解剖学、生理学、组织学、胚胎学、细胞学、分子生物学、遗传学、生态学、古生物学、进化论等等。（4）天文学主要研究天体的运动、结构、起源、演化。天文学的主要分支学科有：天体测量学、天体力学、天体物理学、射电天文学、恒星天文学、天体演化等分支学科。（5）地学是研究地球的组成、结构、演化和运动规律的学科。地学的分支学科主要有：地球物理学、气象学、海洋学、地理学、地质学等分支学科。说明：数学和系统科学不是自然科学的分支。按知识的性质和相互关系，可以把它们划分为横断科学。横断科学的共同特点是：撇开各种事物、现象、运动形式、发展过程的具体特性，用抽象概括的方法对它们的某一共同侧面、共同属性以及共同规律加以研究。其研究所及不是客观世界的某一领域，而是多个领域或一切领域。它所揭示的是多种科学领域间的共同属性和相互联系，使科学更趋于整体化。（二）技术科学技术科学是研究生产技术和工艺过程中的共同性规律的科学。其任务是把认识自然的理论转化为改造自然的能力。技术科学的分类一般没有一个统一的看法。大体包括：应用数学、计算机科学、材料科学、能源科学、信息科学、空间科学、应用光学、环境科学等等。技术科学的研究对象比基础科学要具体（针对某地领域），但又比工程科学抽象。其理论可以应用到工程科学中去。（三）工程科学工程科学研究内容是把基础科学和技术科学转化为生产技术、工程技术和工艺 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的原则和方法。其领域广泛、内容丰富、门类繁多，有时与技术科学没有明显的界限。工程科学主要有：农业工程学、矿山工程学、水利工程学、土木建筑工程学、机械工程学、冶金学、工程力学、化学工程学、电力工程学、半导体科学、自动化科学、仪器仪表工程学、宇航工程学、海洋工程学、生物工程学、等等。三现代技术的分类对应于基础科学、技术科学、工程科学可以把现代技术分为三大类：实验技术、基本技术和产业技术。（一）实验技术实验技术是为了科学认识而探索自然客体所采用的技术。按照作用于自然过程的四种基本运动形式（机械运动、物理运动、化学运动、生命运动），实验技术可以相应地分为四种类型：1力学实验技术，用来改变自然界的机械运动状态；2物理实验技术：用来探测自然界物质的物理性质；3化学实验技术：确定自然界物质的组成、结构、化学变化及用自然物质合成人工物质；4生物实验技术：用来作用于生命运动的状态和性质。实验技术通常是用科学仪器来体现的。（二）基本技术按照人工自然过程的4种基本形式，基本技术也可以分为四类：1广义的机械技术（人工的机械自然过程）2物理技术（人工的物理自然过程）3化工技术（人工的化学自然过程）4生物技术（人工的生命运动过程）（三）产业技术1产业技术是由不同劳动过程中的技术组成的更为复杂的系统，通常是以某类技术为主，便形成了对应的产业。如下表：产业主导技术对应的产业植物栽培育种技术农业、林业饲养育种技术畜牧业、水产业采掘技术采油、采煤、矿业材料技术冶金、石油、化工、水泥工业等机械技术制造业、加工组装业交通运输技术汽车、火车、轮船、飞机、运输业建筑技术土木建筑业动力技术火力、水力发电、核电、煤气通讯技术电信、电话、电视、广播控制技术计测控制产业系统技术信息机械制造与服务业医疗保健技术医疗器械、药品制造、医院、环境保护产业2产业和产业技术的分类方法还有：把产业划分为第一产业：农、林、牧、渔、采掘业第二产业：制造、加工业第三产业：高技术产业、研究与设计业、金融保险业、文化教育业、商业与服务业等。3从技术和产业的关系，还可以将产业技术划分为：（1）劳动密集型技术：即生产劳动耗费较多，物化劳动（劳动资源消耗）较少的劳动密集型产品所应用的技术；（2）资本密集型技术：即生产耗费物化劳动或需要资金投入较多的资本密集型产业所应用的技术；（3）知识密集型技术：即生产知识密集型产品所应用的技术。第三节自然科学的历史演进人类在地球上已生活了200多万年，在长期的生产实践中，人们不断地积累着生产经验和劳动技能，又不断地利用这些经验和技能改进劳动工具和其它劳动资料，这个过程就是技术发展的过程。人类在实践中的认识，在理论上的不断总结和概括，就是自然科学的发展过程。一科学的起源1技术的起源人是由动物演变而来的，从猿到人，劳动起到了关键作用。劳动必须具备一定的工具，在制造工具的过程中产生了技术。最初的技术：100-200万年前产生的“以石击石”的方法制造石器的技术；第二种技术：用火和人工取火技术；第三种技术：植物栽培和动物饲养技术；第四种技术：制陶技术、纺织技术、建筑技术和运输技术。2自然科学的萌芽随着技术的产生和发展，人类积累了越来越多的“经验形态”的自然知识，这些经验形态的自然知识就构成了自然科学萌芽的最初形式。例如：制造石器—要求人们摸索岩石的性质及加工的方法；农耕和畜牧—了解并遵循动植物生长、发育、繁殖的基本规律；3准科学的产生（有突出的经验性特征）进入奴隶社会以后，产生了体力劳动和脑力劳动的分工，出现了一批专门从事科学活动知识分子，他们专门从事对自然现象的研究、总结经验、创造文字、建立理论。距今6000年到4000年左右，在底格里斯河、幼发拉底河、尼罗河、黄河流域的文明逐渐形成，这些地区人类关于自然的知识逐渐深化、产生了准科学，此时的准科学仅限于与生产生活直接相关的天文学、数学、医学和化学。天文学：在埃及和巴比伦，已知道了恒星与行星的区别；并能测定太阳的视直径及地球、月球的体积；采用一年为365天的太阳历。数学：由于尼罗河的泛滥，土地测量非常盛行，产生了几何学，能求出长方形、三角形、梯形和圆的面积；知道勾股定律的实践应用、提出园周率为3.16，并能解一元一次方程。医学：被视为古埃及医学大全的“埃伯斯纸草书”内容十分广泛，记载了700多种药剂。化学：由于金属、玻璃和涂料的使用和医用品的调制等，使化学知识丰富起来。二古代自然科学的形成（一）古代自然科学的发展经过准科学数千年的发展，古代自然科学逐渐形成，其标志是“希腊科学”的诞生，以后又经历了“阿拉伯科学”时代和“中国科学”时代。1希腊科学的诞生（1）古希腊科学的时代划分古希腊被认为是人类科学的发详地，在其文化鼎盛时期（公元前6世纪至公元前4世纪）产生了科学，泰勒斯被尊为“科学之父”。古希腊科学分为两个时期。希腊的古典时期（公元前600年至公元前300年）：这个时期形成了学派，如伊奥历亚学派、毕达哥拉斯学派、原子论学派、柏拉图学派、亚里斯多德学派等。希腊化时期（或亚历山大里亚时期）：是指世界学术中心从雅典转移到亚历山大城，出现了阿基米德(Archimede)、欧基里得(Euclid)等著名科学家。（2）古希腊科学的主要成就：主要在数学、天文学、力学、生物学、医学、气体动力学、声学、气象学、电学和磁学等。数学：对数学的突出贡献是在定义和公理的基础上建立起抽象的逻辑体系，突出代表是毕达哥拉斯学派。如毕达哥拉斯学派将抽象的理性方法用来研究几何学（历史学家称欧基里得《几何原本》是古代科学的最高峰），并开始了数论研究，将自然数区分为奇数、偶数、素数和完全数、三角数和平方数，同时还发现了无理数。天文学：毕达哥拉斯(Pythagaras)是第一个主张大地是球形的人；欧多克斯用几何角度解释天文学，开辟了数学天文学的发展道路；阿波罗尼乌斯(Apollonius)提出了圆锥曲线理论，产生了《球面学》。托勒密（ClaudiusPtolemy）编写了第一部古代天文学百科全书--《大综合论》，建立了亚里斯多德—托勒密地心说。力学：阿其米德发现了杠杆原理和浮力定律，开创了静力学和液体力学。生物学：亚里斯多德通过解剖和观察，记述了约500多种动物（其中50种绘有解剖图），并对生物进行了初步分类。医学：建立了初步的解剖学和生理学方面的知识，并对许多疾病进行描述并提出了适当的治疗方法。2阿位伯科学时代在欧州进入中世纪最黑暗的500年时，崛起了一个对人类文明进程影响很大的帝国—阿拉伯帝国。到8世纪，阿拉伯帝国成为当时世界科学技术的中心之一。主要成就：在数学、天文学、化学和医学等领域有很大发展。数学：采用了阿拉伯数码、发展了三角学知识和代数知识；《花拉子密算术》和《阿尔热巴拉和阿尔木卡巴拉》两部巨著对后世影响巨大。天文学：阿尔阿塔尼编制了天文年表，测定了黄道倾角值，并发现了太阳偏心率的变化。化学：炼金术向实用化学方向发展，近代化学脱胎于炼金术。医学：被称为阿拉伯“医学之王”的阿维森纳著有百科全书《医典》。3中国科学时代在整个古代，中国的科学技术经过起源、发展和完善，达到了非常高的水平，形成了以实用经验知识为主的独立体系，主要成就在天文学、数学、农学和医学等方面。从战国到秦汉、许多门类形成了具有自己特色的体系，经过汉唐千余年的发展，到宋元达到了高峰。（1）数学方面：是筹算、珠算以及相应计算工具的创造者。最早期的数学著作《周髀算经》、《九章算术》（汉代）是我国数学体系形成的标志。有以下几个特点：一是采用按类分章的数学问题集的形式；二是算术都是从筹算计数法发展起来的；三是以算术、代数为主，几何偏重于量的计算；四是重视应用，缺乏理论阐述。祖冲之推算的圆周率（3.1415926）被称为“祖率”，在世界上保持领先水平达千年之久。（2）天文学方面：是世界历史上天文观测记录最系统、最完整的国家；对太阳黑子、哈雷慧星的记载是世界上最早的；公元前1世纪出现了关于宇宙结构理论和盖天说，公元2世纪则有浑天说和宣夜说；汉代形成了古代历法体系，创造了许多先进的天文仪器。（3）医学方面：创造了独特的中医理论和切脉诊断病情的方法。传说神龙氏是中国医学的始祖，现在医学文献近8000种，最重要的有《黄帝内经》（战国）、《伤寒杂病论》（汉代张仲景）和《神龙本草经》、唐代“药王”孙思膜的《千金方》、明代李时珍《本草纲目》。（4）农学方面：贾思勰《齐民要术》、明代宋应星的《天工开物》等。中国古代的科学技术：“四大发明”（二）古代自然科学的特点1内容上形成了描述宏观低速运动规律的理论。古代自然科学在内容上形成了以地球为中心宇宙观理论体系。2形成了自然科学的基本形态。古代自然科学的形态，主要包括三部分，即自然哲学、理论知识和实用科学。3形成了研究自然界的方法。古代研究自然科学的方法主要有原始的观察法、实践法和演绎法。三近代自然科学的产生及其特点近代自然科学于16世纪产生于欧洲。其标志是哥白尼的《天体运行论》。前后持续了350年左右，到19世纪结束。（一）近代自然科学的发展1近代自然科学的发展阶段近代自然科学经历了两个主要的历史阶段。形成了比较完善的基础科学体系。早期阶段（16世纪中期—18世纪中期）：起点是哥白尼天文学革命的兴起，终点是牛顿和林耐在自然观上相继向神创论的回归。其主要科学标志是机械自然观的建立。晚期阶段（18世纪中期—19世纪末期）：起点是康德（I.Kant）的天体演化学说的兴起，终点是19世纪末物理学危机的发生。主要标志是辩证自然观的兴起。2近代自然科学的主要成就（1）物理学方面以牛顿为代表的经典力学体系在早期近代科学发展时期已经形成，并向天文学和其它基础学科领域渗透，形成了天体力学，流体力学等分支学科。同时光学、热学、静电学、静磁学也初具规模。19世纪初，托马斯.杨（ThomasYoung）为代表的光波学的兴起拉开了物理学革命的序幕，其间热力学和电磁学了很大的发展，不仅直接推动了近代早期物理学的变革和近代晚期物理学体系的形成，而且为第二次工业革命的兴起奠定了科学基础。（2）化学方面波义耳（R.Boyle）的元素定义、贝歇尔和施塔尔的燃素假说代表了早期化学发展的两个主要阶段。拉瓦锡的氧化说是化学进入晚期近代化学发展时期的起点，特别是道尔顿（J.Dalton）化学原子论的建立，标志着近代化学进入了成熟发展时期。在这期间，原子分子论的建立和元素周期率的发现，标志着近代基础化学的理论规范基本上形成。（3）生物学方面林耐（C.Linnus）的生物分类学代表了早期生物学的主要成就，而生物进化论、细胞学说、微生物学和遗传学是19世纪生物学的四大杰出成就，标志着近代生物学科规范的形成。（4）天文学方面日心体系的确立和天体力学的奠基代表了早期近代天文学的主要成就，天体演化学、天体光谱学代表了晚期近代天文学发展的主要成就，特别是以太阳光谱和恒星光谱为基本分支的天体光谱学，成立20世纪兴起的天体物理学的主要先导。（5）地质学方面以提出地质学三定律为发端，以莫诺和伍德活德（J.Woodwarad）为代表的第一次“水火之争”为动力，以地质考察为实验基础，在18世纪初具规模。以及第二次的“水火之争”奠定了大地构造学说的基础。（6）数学方面1637年创立的解析几何是近代数学发展的起点，以后以微积分为主体的数学分析得到了新的发展，18世纪末和19世纪初，数学进入全面发展的新阶段。（二）近代自然科学的特点1形成了比较完善的自然科学体系。近代自然科学由理论自然科学、实用自然科学、和技术自然科学三部分组成。2建立了提示客观低速物质运动基本规律理论。3否定了直观信仰的认识原则。四现代自然科学的产生及特点从19世纪末20世纪初，自然科学的发展进入到现代自然科学时期，其主要标志是：人类对自然的认识，不仅在宏观低速领域更加全面深刻，而且深入到微观、高速和宇宙领域，在更深更广范围内提示自然界的本来面目和规律性。（一）现代自然科学的发展大体上以二战结束为相对分界线，现代自然科学可以分为前后两个联系的时期：战前的变革时期和战后的大发展时期。现代物理学：是现代自然科学的前导和主流，现代自然科学的革命发端于19世纪末20世纪初物理学的三大发现：X射线、放射性和电子。就基础理论而言，量子论、相对论和核物理的兴起，从根本上改变了经典物理学的基本面貌。现代生物学：是以19世纪末的近代生物科学危机为前导的，当时社会达尔文主义、新达尔文主义和生物学神秘主义三股思潮曾给近代生物学很大的冲击，导致了现代遗传学的兴起，以生物进化论变革和神经生物学为辅的现代生物学革命序曲的开始。战后，以分子生物学兴起为核心的生物学革命是现代生物学发展的主旋律。。。。。。（二）现代自然科学的特点现代自然科学是近代自然科学的继续和发展，但与近代自然科学相比，有自己突出的特点：1科学理论有新的革命性的突破（1）科学理论的思想性突破：爱因斯坦不仅开辟了物理学的新纪元，而且为现代宇宙学奠定了理论基础。（2）科学理论的层次性突破：人类对自然界的理论探讨，从基本粒子、原子、分子到细胞、生物个体、到地壳、天体、星系、所有的各个层次都得到了比较深入的了解。（3）科学理论的解释性突破：一是解释的范围向更高程度的普遍性和更大范围的全局性发展；二是解释统一性的突破。相对论力学从时间、空间、运动、质量、能量这些相互联系上提示了自然的统一性。三是解释原因的突破。以微观过程的机制解释宏观过程的因果。（4）科学理论的应用性突破：表现在微电子、生物工程和新材料“三大前沿学科”的出现。2科学形态上形成了大量综合科学现代自然科学一方面向微观和宏观层次发展；另一方面，又向横向发展。这一发展的革命性标志是综合科学的形成。采用多学科的理论和方法对某一自然物体或现象进行综合研究，形成了环境科学、能源科学、海洋科学、生态科学、空间科学、地球科学、天体物理学等学科；综合各种科学和技术的理论和方法，研究客观世界中一些普遍关系，形成了信息论、控制论、系统论、协同论、耗散结构理论和空谈论等。综合科学的形成，使20世纪的自然科学形成高度分化又高度综合的趋势，形成严密而宏大的体系，使整个科学工作者向整体化方向发展。3科学认识上建立了新的思维方式以无限可分性代替了绝对基本性；以概率统计代替了机械决定论；以潜在性代替了既成性；以数学的抽象性代替了机械直观性；以多元互补代替一元性。（三）现代自然科学的发展趋势1在宏观层次上，科学系统的发展主要表现为加速地朝着整体化、高度数学化和科学技术一体化方向发展。2在中观层次上，科学系统内部各门学科之间发生非线性相互作用，导致协同发展；同时在社会环境系统中，还要朝着偏向人类的目的性方向发展。3微观层次上，发现科学问题和解决科学问题是科学发展的动力。第二章现代自然科学的几个基本问题第一节物质的微观结构一、古人对物质本源问题的探索1.古代朴素唯物主义的先哲们对物质本源的认识在古代，科学和生产力的水平十分低下，人们既缺乏全面考察、认识自然界的能力，又缺乏探索具体的自然之物的物质手段试验技术和方法，因此不可能采用系统的定量试验方法对自然界物质的本源问题进行分析和研究，他们只能用直观思辨的形式，通过对自然物质世界的直观感知和思辨去猜度物质结构的形式。这便成为古代的朴素唯物主义者把物质归结为某一种或几种原初物质所构成的各种学说。中国古代的“五行说”认为万物都是由金、木、水、火、土五种原初物质变化、发展而来。古印度人则认为这些原初物质是地、水、火、风，又叫“四大”。赫拉特利特认为这种原初物质是火，火的熄灭是火变成万物，火的燃烧是万物回归到火。这些古人的论点尽管是十分肤浅的，但其中确实也包含着丰富的内容和深刻的内涵。几种学说中都已认识到了物质的两类基本存在形式，即以实物的存在形式和以“能量”存在的形式。其中包含着的火实际上代表着光和热，把火中的能量看作是物质的一种存在形式，而赫拉特利特的论点可以说是与爱因斯坦的相对论中质能互换有某些相似之处，也许爱因斯坦在提出质能互换定律时也在某种程度上受到了这位先哲思想的启示。2.原子论古希腊唯物主义发展的最早形式是德莫克利特的“原子论”。他认为，万物都是由微小的不可分割的原子构成：不同形式、不同质量的原子构成不同的物质，这是最早的“原子论”。17、18世纪形而上学唯物主义进一步发展了这种“原子论”，他们认为：一切物质都是由原子构成，原子是物质最简单，不可再分的基本单位，原子的某些属性，如广延性、不可人性、具有一定质量等，都是一切物质不可改变的属性。哲学上这种物质观实际上就是自然科学关于物质构造的学说，它继承了古希腊德莫克利特的“原子论”，并给原子赋予了物理属性。这是“原子论”的一大发展，但它带有明显的形而上学唯物主义色彩，即“原子”不可分割的观点是把自然科学对物质结构某一层次的认识绝对化的表现。二、基本粒子的重要性质和相互作用（一）四种重要性质大家知道，要想区别一大群不同的人，可以从其身高、体重、性别、年龄等方面与此类似，基本粒子可以从质量、寿命、电荷、自旋、磁矩、宇称、同位旋、奇异性等性质参数的不同来相互区别。这里我们介绍四种最主要的性质。1.质量。质量即物体中所含物质的多少，通常以公斤、克作质量单位。粒子物理中，人们习惯用MeV(百万电子伏特)或GeV（十亿电子伏特）来作为质量的单位。2.寿命。指基本粒子从产生到转化为其他基本粒子所经历的平均时间，又称平均寿命。质子、电子、光子都是稳定的基本粒子，它们具有无限长的寿命。但大多数粒子都是不稳定的。3.自旋。从某种意义上讲，基本粒子“仿佛”是一个陀螺，它们“好象”在绕轴自转，叫做“自旋”。现已查明，任何微观粒子都有它固定不变的自旋。这里说的自旋，是“在某种意义上”“好象”是在绕轴自转，实际并没有我们宏观上常见的那种自自旋不具有经典的对应量。4.电荷。即基本粒子所带的正电或负电。电荷的基本单位是e库仑.所有已发现的基本粒子，电荷都取e的整数倍，例如电子具电荷-e，质子具有电荷+e，中子不带电，电荷为零。以上四项是基本粒子的最重要特性。许多粒子都有反粒子。比如：正电子就是电子的反粒子，反质子是质子的反粒子，反中子是中子的反粒子⋯⋯。只有极个别的中性粒子，比如光子，它们的反粒子才是它们自己。（二）四种相互作用力有两种力是大家熟悉的，一个是物体间的万有引力，例如地球的引力，月球的引力，太阳的引力等。一切物体都有引力。另一个是电磁力，例如电磁铁的吸引，指南针的偏转，电波的传播，都是电磁力的表现。另外，在微观世界中还有两种力存在，即强相互作用力和弱相互作用力。强相互作用是在研究原子核结构过程中发现的。质子、中子之间的核力就是强相互作用力。它们通过强相互作用结合成一个紧密的原子核。弱相互作用是在原子核的β（贝塔）射线放射性现象中首先发现的，它的相对强度要比强相互作用小得多。四种“基本相互作用力”的相对强度列表如下。宇宙的起源与演化一、大爆炸宇宙论（一）大爆炸宇宙论的形成过程对宇宙起源的最初描述来自于神话作者，他们编造过许多关于创造宇宙的荒诞故事。不过当时的宇宙通常只涉及地球本身，并把其余的一切统统视作“天”。中国古代的“盘古开天地”的神话传说就是一例。在西方世界流传最为广泛的创世神话，要算基督教《圣经》的第一篇《创世纪》了。有人认为这个故事出自巴比伦神话，只是后来赋予它优美的诗意，加上了道德说教而已。1842年，奥地利物理学家多普勒发现了一种新的现象，即光波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发生的频率不同：两者相互接近时接收到的频率升高，相互离开时则降低，这种现象被称为“多普勒效应”。例如，当火车朝向我们开来时，我们听到的笛声越来越尖；当火车离我们而去时，笛声越来越低。笛声音调的这种变化，是由于声源的运动我们接收到的声波的频率发生变化而形成的。多普勒效应不仅适用于声波，也适用于光波。光源朝向我们运动时，我们所看到的光就会向可见光谱的高频端（蓝端）偏移，称之为蓝移，当光源离我们而去时，光谱就会向光谱的低频端（红端）偏移，称之为红移。天文学家通过测定正常光谱线向光谱蓝端或红端偏移的大小，可以计算出各个恒星相对于我们运动的方向和速度，即所谓的视向速度。因此，它的最突出的用途就表现为对恒星的研究上。1868年，英国天文学家哈金斯测量了天狼星的视向速度，宣布它正46.5千米／秒的速度离我们而去。1914年，美国天文学家斯里弗）的测量结果表明，除了少数几个最近的星系以外，所有的星系都在背离我们飞驰而去，而且距我们越远的星系其红移量也越大。1951年，德国物理学家爱因斯坦创立了广义相对论，使得红移现象得到了科学的解释，并为星系的退行研究提供了科学的理论方法，从而为现代宇宙学奠定了基础。1927年，比利时天文学家勒梅特提出了大尺度空间随时间膨胀的概念，建立了勒梅特宇宙膨胀模型。20世纪初，美国人斯里弗发现了恒星谱线的红移现象。1929年，美国天文学家哈勃通过分析恒星的红移现象，提出了著名的哈勃定律：一个星系的通行速度与这个星系离我们的距离成正比。也就是说，离我们越远的星系远离我们而去的速度越快。哈勃定律包含了这样一个涵义，宇宙处在不断地膨胀之中。这一推论使人们产生了一个疑问，为什么宇宙会膨胀？这一问题导致了爆炸宇宙理论的诞生。1932年，勒梅特从宇宙膨胀理论出发，提出了一个宇宙演化学说，认为整个宇宙的物质最初聚集在一个“原始原子”里，他称其为“宇宙蛋”。后来，这个“原始原子”发生了猛烈的爆炸，碎片向四面八方散开，于是形成了我们所称谓的宇宙。1948年，美国天文学家伽莫夫把上述概念加以具体化，形成了大爆炸宇宙理论，因而被公认为是该理论的创始人。为了解释宇宙的物质来源，一些天文学家，如英国的邦诺，提出了宇宙收缩的观点，从而与宇宙膨胀观点一起，建立起“宇宙振荡”的理论。1965年，桑德奇计算得出宇宙的振荡循环周期为亿年。无论宇宙只有膨胀，还是收缩与膨胀循环发生，这些理论所描绘的都是一个演化的宇宙。所以，大爆炸宇宙模型又称为“演化宇宙模型”。1948年，英国天文学家邦迪和戈尔德提出了一种“稳恒态宇宙”模型，后由英国天文学家霍依尔加以发展和推广。他们同意星系的退离而去，宇宙在膨胀，但膨胀并不具有一个开始的时刻。当最远的星系达到光速时，那些星系的光便无法来到我们这里，于是就永远地离开了我们的宇宙。在我们宇宙里的星系四散离去的同时，我们的宇宙里又有新的星系不断地在老的星系中间形成。因此，宇宙维持着稳恒状态，空间中星系的密度总是保持不变。稳恒态理论是目前惟一可以与大爆炸理论相抗衡的宇宙起源理论。但是观察证据不支持这一理论。（二）大爆炸宇宙论的宇宙诞生与演化大爆炸宇宙理论认为，宇宙处在周而复始的膨胀和收缩的循环之中。在一个循环周期的初始，宇宙物质在万有引力的作用下相互吸引，高度聚集在一起，形成一个高密度的球体。由于放射性物质所释放的热量在球体内的积累，球体的初始温度高达数十亿度。因此，宇宙的开端是一个致密酷热的原始火球。原始火球形成后，内部温度进一步提高，当热量蓄集到一定程度，便发生了爆炸，宇宙从而进入膨胀期。在大爆炸发生后数分钟的极短时间内，膨胀使宇宙的温度迅速下降至数亿度，导致大量氦和氢的形成。宇宙膨胀的前2.5亿年内，宇宙物质以辐射为主，保持稀薄气体的分散形式，宇宙空间内充满了炽热的电离气体。电离气体对于辐射是不透明的，辐射只能不断地遭到吸收和再发射，从一个原子传到另一个原子上。后来，宇宙电离气体的温度继续下降，达到数千度，原子核开始俘获自由电子而形成稳定的中性原子，宇宙开始变得透明，使辐射几乎可以自由地穿行其中。2.5亿年之后，辐射物质逐渐凝聚而形成星云，进而演化为今天的各种天体。从而使宇宙膨胀转为以实物为主。引起宇宙膨胀的宇宙大爆炸的能量毕竟是有限度的，宇宙膨胀不会永远持续下去。引力在不断地减慢膨胀的速度，并最终将使膨胀停止，导致宇宙的坍缩，转而进入收缩期。随着收缩的进行，星系和恒星将要相撞，最后它们重新聚集到一起，天空将再次以数千度黑体辐射的温度燃烧。在此高温下，所有的复合原子都将分裂成为氢原子。十万年以后，所有物质的密度和温度将被挤压到无限大，一个新的致密酷热的“宇宙蛋”将形成，同时一场新的宇宙大爆炸已经酝酿成熟，宇宙的一个新的振荡周期又将开始。（三）宇宙的未来宇宙大爆炸是否还会再次发生？这个问题的答案有多种，结果主要取决于宇宙中是否存在有足够的物质形成足够大的引力，来把退行的星系拉回来。如果宇宙中不存在足够多的物质，它们的引力不足以把退行的星系吸引回来，则宇宙就会永久地膨胀开去，这样的宇宙被称为开宇宙。如果宇宙中物质的密度超过了某一个临界值，退行的星系就可以被吸引回来，这时的宇宙就有一个边界，被称为闭宇宙。宇宙究竟是开的还是闭的，要确定这一点，需要测定非常遥远的星系的退行速度（即红移量）和距离，而目前我们的观测技术要做到这一点是不可能的。所以，我们目前还没有能力来验证宇宙是开的还是闭的。如果宇宙是开的，星系将单纯地连续无限地向外膨胀运动，各个星系将一起听其自然地独自停留在空间。在这种情况发生前，恒星早就会耗尽它的燃料，并且中断它在这些星系中的闪烁，恒星的形成也将停止。这样的话，宇宙的膨胀过程将一直继续到它的不可避免的结局：宇宙的热寂。辐射将由于红移而继续丧失能量，最终整个宇宙的热状态将由于热量由高温区向低温区的传递而各处相同，从而使热传递将不再能够发生。宇宙中的全部物质都将被囚禁在死亡的恒星即“黑洞”之中。总之，宇宙将永远地保持在这个死寂的平衡状态中。如果宇宙是闭的，几十亿年以后，引力将减缓宇宙的膨胀，而且在一个短时期内全部停止下来，然后在引力的作用下星系系统将开始坍缩，星系由退行转为加速的收缩运动。在这种条件下，可能会发生星系的碰撞。二、天体系统及其演化（一）天体系统体系宇宙中的天体数目众多，但它们并非均匀地分布于宇宙空间，而是具有结群现象。一定数量的天体结合在一起，构成了天体体系，各种等级的天体体系，构成了一个多等级的天体系统体系。最高级别的天体体系称为星系团，一个星系团包括几百个甚至几千个星系。在星系团所在的空间区域，星系特别密集。目前已经发现的星系团约有2700个，其中最著名的是室女座星系团，距离我们约6000万光年，是距我们最近的星系团，具有850万光年的直径，包含有2500个星系。次一级的天体体系称为星系群，它是由一些相互邻近的星系结合而成的天体体系。我们所处的星系群称为本星系群，由20多个星系所组成。再次一级的天体体系称为星系，是由大量恒星系统组成的天体系统。在目前的观测技术所能观察的宇宙范围内，有星系约10亿个，其中我们所在的星系是银河系，其余的统称为河外星系。在外表上看，河外星系都表现为天空中的模糊光点，因而有时也称为河外星云。河外星系重要的有大麦哲伦云和小麦哲伦云，它们是除了太阳、月球和银河外天空中最显著的观察目标，与我们的距离分别是17万光年和20万光年，是银河系最近的近邻。但是，由于它们位于南极附近的上空，北纬度以北地区的人们是无法看到的。1519-1522年，葡萄牙航海家麦哲伦受西班牙国王之命，率船队进行历史上第一次环球航行时，发现了这两个星系，因而以他的名字命名。本星系中距离我们最近的星系是仙女座大星云，它是一个肉眼就可看见的星系，距离我们220万光年。恒星是由致密的物质聚集而成的天体。因为它们距地球都极其遥远，我们看起来它们的相对位置似乎保持不变，故而称其为“恒星”。宇宙中恒星的数量繁多，肉眼能见的就约有6000颗，占黑夜所见天体的绝大多数。银河系内有恒星1000亿余颗，太阳就是其中之一。在天空中，恒星看起来都是光点，仅在亮度和星光颜色方面有所差别，凭此人们很难辨别它们。但是它们在天空中的相对位置几乎不变，相邻恒星构成的图形几乎固定，所以，人们就把相邻几个恒星所构成的图形称为星座，并据此来辨别它们。在人们可以观测得到的范围内整个空间共有38个座星，每一个星座都有自己独特的形状。（二）星系的形成20世纪初，哈勃根据星系的形状提出了一个星系分类系统。他把星系分为3类：一类为椭圆星系（E），这是构成星系的一个主要类型，占所观测到的星系的25%。其恒星分布的空间范围呈椭圆形，轮廓边沿光滑，没有旋臂。按它平虚的程度，用来标0-7来标记。图哈勃星系分类系统二类为旋涡星系(S)，旋涡星系都有一个轮廓明确的核心和巨大的球状晕圈，核心呈圆盘状，并分出数条旋臂，由许多明亮而年轻的恒星组成。（3）透镜状星系。这是上述两类星系之间的一种中间类型。此类星系与旋涡星系类似，只是没有星际尘埃和旋臂。此外，还有一类不规则星系。总之，几乎所有的星系在形状上基本上都是球体。椭圆星系与旋涡星系之间的根本差别，在于后者有一个由气体、尘埃和年轻恒星组成的扁平的圆盘。这一区别形成的原因，在于这两类星系凝聚和恒星形成的相对速度不同。（三）星系的坍缩旋转的气体云在它坍缩的时候将趋向扁平，这是角动量守恒所引起的一个后果。假如有一团巨大弥漫的气体云，正围绕着它的竖轴缓慢地旋转。在这团星系云的赤道平面上靠近周边的某一区域的气体将受到它本身和整个云团之间引力吸引的作用，这个作用力的方向指向星系云的中心。在这个作用力的作用下，这个区域的气体将向内运动，离中心越来越近。由于没有外力作用，所以在整个坍缩过程中，该云团的角动量保持不变，这意味着随着云团体积变得越来越小，旋转必定越来越快。云团旋转速度的逐渐变快，使得云团物质飞离到宇宙空间的趋势越来越大。要保持云团的完整，就需要越来越大的向心力。这个力是靠引力提供的。由于万有引力与距离的平方成反比，当云团收缩时，引力就迅速地增加。然而，为了保持在圆周轨道上的云团的物质，所需要的向心力甚至增加得更迅速，它与该物质到云团中心的距离的立方成反比。所以，该区域的物质向内降落时，它最终将达到这样一个位置：在这点上它所受到的引力正好能把它保持在正圆形的转道上。但它不可能离中心更近，因为这要需要比引力所能提供的更大的向心力，而这是不可能的。这就表明，原星系云的自转将限制它在赤道平面方向坍缩。在云团中高于和低于赤道平面的那些部分的物质，根据同样的理由，绕转中心的距离也有一个限度。然而，它在平行于自转轴的方向上的向上或向下的运动（即朝向赤道平面的运动）是没有限度的。万有引力的作用，将使越来越多的原星系云中的物质越来越多地降落到赤道平面，结果，本来大致呈球形的云团将随着时间的推移而逐渐地变成了一个圆盘的形状。三、银河系（一）银河系的形状在晴天的夜晚，特别是在没有月光的夜晚，可以在天空中看到一条白茫茫的光带，人们称之为“银河”。银河实际上是由千亿颗恒星系统所组成的星系，太阳系就是这些恒星系统中的普通成员之一。银河系与其他河外星系有着类似的结构，由银核、银盘和银晕三部分组成1.银核和银盘银河系的核心部分称为银核，它是银河系中恒星最为密集的部分，形状近似于球形。银核的中心称为银心。银核的四周在银道面的方向上也聚集着大量的恒星，它们构成了银盘。银盘的形状象个铁饼，厚度随着与银心的距离的增大而逐渐减小。一般情况下，人们也把银盘和银心一齐统称为银盘。银河系的结构（a为正视图，b为侧视图）2.银晕银河系中银盘和银核之外的空间里，也存在着一些恒星。它们也环绕银核运转，当然属于银河系。这些区域恒星较为稀疏，称为银晕。银晕在体积上占据了银河系的最大部分，并且还占有银河系80%的质量。（二）银河系的自转20世纪20年代，天文学家不仅知道了银河系的形状，而且还了解到一些有关银河系的动力学情况。大量恒星的视向速度研究证明，银盘上的恒星沿着五个近于圆形的轨道围绕银河系中心旋转。太阳附近区域的恒星运动速度有这样的规律：距银心较太阳近的恒星运动得较太阳快，逐渐超过太阳，而距银心较太阳远的恒星运动得较太阳慢，逐渐落在太阳的后面。如果画出整个银河系的自转曲线，就会发现恒星运动速度的分布规律，是银河系大部分恒星的自转方式符合开普勒第二定律，即恒星运动速度随其与银心的距离的增加而减小；但是在银心附近，银河系自转的特征发生了强烈变化。银河系象固体那样自转，其自转曲线几乎近于直线，这表明恒星的运动速度是与它到银心的距离成正比的。总之，银河系自转的规律是：在银盘外区，恒星运动速度随着其到银心距离的增大而减少；在银心附近，恒星运动速度随着其到银心距离的增大而增大。银河系的自转曲线沿轨道运转的物体的运动周期长短取决于两个因素，即它的轨道半径长短和它所围绕的物体的质量大小。银河系的大部分质量集中在它的中心部分。因此，对于靠近银盘外缘的恒星来说，它绕银心公转的那部分质量基本上构成了整个银河系的质量，轨道半径不会产生显著影响，不管轨道的大小如何，银河系的绝大部分质量仍然集中在它的轨道的内侧。所以，恒星的公转周期几乎取决于它的轨道半径。可是，对于一颗离银心非常近的恒星，有相当大的一部分银河系的质量位于这颗恒星轨道的外侧。在这种情形下，就不能象按银河系的全部质量都集中在银心那样，计算作用在这颗恒星上的引力了。现在，有一部分质量从背离银心的方向作用在这颗恒星上。恒星绕银心运行的轨道半径越小，对这颗恒星的轨道速度有贡献的那部分银河系质量越小。较小的轨道半径和质量几乎正好相互抵消，致使这一区域内的所有恒星具有大致相同的周期，而与它们到银河系中心的距离无关。所以，银河系中心部分宛如一个固体那样旋转。太阳围绕银心旋转的速度是不容易精确确定的，最佳的结算结果大约是250千米／秒。由于太阳是约在46亿年前形成的，所以太阳以这么大的速度绕银心旋转大概已有20周了。四　太阳和太阳系（一）太阳系的结构与起源1.人类对太阳系的认识过程在古代，由于人类对天体的了解很少，因而他们便用神话来弥补这些空白。当时人类对“天”和“地”的认识的核心思想，就是“地心说”和“地球静止说”。古埃及人认为，天空是女神纳特的化身，她弯着她那缀满群星的身子，俯临于地球之上。在她的身上，有一条河在流动，太阳神拉（每天在河上从东向西走去，日落时降入冥府。古印度人认为，地球是由位于四只大象背上的四根柱子支撑着，而大象又是站在一个大龟的背上。围绕着这一切的是一条大蛇，太阳、月亮和星辰都附着在蛇皮上。在古代中国，有三种天地结构学说。一是盖天说，认为天像一个硕大的斗笠，扣在像一个盘子的地上，日月星辰附着在斗笠上旋转，转近了就看得见，转远了就在人的视野中消失了。二是浑天说，认为天像一个蛋壳，地像蛋中的蛋黄，浮在水上或被气托着，位于天球的中央，天体都随蛋壳式的天球运转，太阳转到地上就是白天，转到地下就是黑夜。三是宣夜说，认为天体都自然飘浮在虚空中。公元前600年以来，希腊科学开始繁荣起来，其中最重要的内容之一就是天文学。古希腊人试图借助于模型来表示他们的看法，最先企图建立一个内在一致的天体运动模型的希腊思想家是毕达哥拉斯。他正确地推论出地球、月亮和其他天体是球形的，并提出天体是缀在围绕静止不动的地球周围的一些更大的同心球上的，天体运动就是这些球体各自独立地旋转的结果。这些圆球的运动，形成了天空的和谐，称作“圆球的音乐”，这种音乐只能为那些有才能的人听到。后来的古希腊天文学家观察到，天空中有五颗最亮的星，像月亮和太阳一样改变着它们的位置。他们称之为行星（原意为“游荡者”），并给这五颗行星起名为水星、金星、火星、木星和土星。2.太阳系的起源第一个“科学的”太阳系起源的理论是由法国哲学家和数学家笛卡尔于1644年提出的，他使太阳系的形成由神学问题变为科学问题。他认为太阳系是由天空中某个质量很大的不断旋的气体在尘埃圆盘中形成的，物质聚集在这个巨大的旋涡的边缘，从而形成了太阳、行星、和较小的天体。在以后的300年里，由于当时观测数据非常稀少，而出现了大量的解释太阳系起源的理论。这些理论大致可分为偶遇假说、后继形成假说和星云假说三类。（1）偶遇假说偶遇假说认为，从太阳附近经过的一颗巨大天体从太阳拉出一条物质，随即形成了行星，从而形成了太阳系太阳起源的偶遇假说（2）后继形成假说后继形成假说认为，太阳首先形成，而后俘获一团恒星际空间中的星际物质，这团物质后来形成行星，从而形成了太阳系。虽然恒星确有可能俘获星际物质，但是这些物质不可能在后来凝聚并形成与太阳自转同向、在同一个平面内绕太阳运行的行星，难以相信行星和卫星一下子突然形成，并且这类理论无法解释为什么太阳的自转速度如此之小。因此，这类理论虽然过去曾有不少人拥护，但现在遭到摒弃。（3）星云假说星云假说认为太阳和行星是由星际物质同时形成的，故而又称为同时形成理论。该假说最早由康德于1755年提出。他认为，最初曾有一团巨大的由冷气体构成的圆盘状星云缓慢地绕中心轴自转，这团致密的尘埃和气体凝团在正在收缩的太阳星云中生成。这团气体云以不同的部分为核心，相互吸引和积累而长大，位于外部的形成行星和卫星，位于中部的则凝聚形成了太阳。康德的太阳系起源 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 1796年，拉普拉斯提出了一个改进的方案。他认为，围绕中心轴自转的星云在其各部分相互引力作用不断收缩的同时，其转速也越来越快，最后自转速度增长使该云团的外层提脱了引力的束缚，结果从主体抛出了一系列的环。随着收缩过程的进行，连续的环在距中心较近的距离上断开，终于形成了行星和卫星。拉普拉斯的太阳系起源方案（二）太阳的特征与演化1.太阳的特征太阳与地球的平均距离是1.496X108千米，天文学界通常以此距离作为衡量天体之间距离的长度单位，称为天文单位。太阳的结构太阳的内部从里向外可分为个层次，依次为产能核心区、辐射区和对流区。太阳能核心区不停地发生着热核反应，产生巨大的能量，这些能量通过辐射、对流等方式，经过辐射区和对流区传到太阳表层，最后以太阳辐射的形式，向太阳系空间发出巨大的光和热。太阳表层通常被称为太阳大气，也可以分为个层次，由里向外依次为光球、色球和日冕。太阳是整个太阳系的主要光源和热源，在日地距离为日地平均距离、太阳位于天顶、不考虑地球大气层对太阳光线的削减作用的条件下，地球表面单位面积上、单位时间内可以得到的太阳能为8.16焦耳／分，这个数字称为太阳常数.太阳上的情况在不断地变化着，这体现为光球上的黑子和光斑，色球上的日珥、耀斑和日冕形状的变化，这些方面的变化统称为太阳活动，其中以太阳黑子和耀斑为主要形式。太阳活动有强弱的变化，太阳活动处于低潮时的太阳称做宁静太阳，太阳活动处于高潮时的太阳称做扰动太阳，太阳活动主要是指扰动太阳的活动。2.太阳的形成与演化（1）恒星演化模式作为众多恒星中极普通的一颗，太阳与其他恒星有着相似的化模式。因此，了解恒星的演化模式，有利于探讨太阳的形成与演化过程和未来发展情况。目前人类对恒星的演化过程已经认识得比较清楚了，并把恒星演化过程划分为幼年期、壮年期、老年期和临终期几个阶段。恒星的幼年期主要是指由星际云形成原恒星的过程时期。恒星演化过程进入壮年期后，其光度与表面温度的关系表现为在赫罗图上位于主星序，以后各演化阶段也均符合赫罗图所表现出来的规律性。（2）太阳的形成与演化作为一颗普通的恒星，太阳的形成与演化情形与前述恒星的形成与演化规律是一致的，要经过从星云到原始太阳而后再到太阳的各个阶段。太阳形成与演化的幼年期是原始星云在自身引力的作用下不断坍缩而形成原始太阳的时期，历经约数千万年。太阳的形成过程首先是在银河星云中产生太阳星云，然后是太阳星云演化为星云盘，最后是在星云盘中产生太阳及其行星。银河星云在引力的作用下坍缩，并产生旋涡。旋涡使星云碎裂而成为大量的碎片。每一个碎片在具有恒星质量的条件下，以后都会形成一颗恒星。其中形成太阳系的碎片，就是太阳系的原始星云，称为太阳星云。在引力作用下，太阳星云进一步坍缩，使得旋转着的太阳星云不断加速。因而产生更大的惯性离心力。惯性离心力的分布是不均匀的，赤道上的数值最大，并由此向两极递减。这就形成了太阳星云的不等速坍缩，赤道上的坍缩速度最慢，并由此向两极递增，从而使太阳星云逐渐变为扁平形状而成为星云盘。进一步的坍缩，导致星云盘的中