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教师资格之小学综合素质第四章文化素养:科学常识

来源:山西教师招聘网   时间:2019-07-02 10:11:05

第二节科学常识

20世纪以来的自然科学发展历程中,出现了以相对论、量子力学、基因理论和系统理论创立为主要内容的现代科学革命,从而使自然科学的认识领域突破了宏观世界,迅速向宇观、微观和中观世界进军。

一、现代宇宙学

现代宇宙学是在天文学基础上发展起来的,主要研究宇宙的本质、结构、空间分布以及演化规律。

(一)现代宇宙学的理论基础

广义相对论是现代宇宙学研究的理论基础。广义相对论建立了空间、时间是随着物质分布和运动速度的变化而变化的理论,从而为现代宇宙学奠定了重要理论基础。广义相对论认为,空间-时间本质上是物质客体的广延性和持续性,它本身不是独立存在的。这-思想由于其革命性和数学形式上的深奥,在-段时间里不为科学界所接受。但由于得到越来越多的实验证实,今天广义相对论已被公认为研究大尺度时空的理论基础。这些实验主要包括:(1)水星近日点的进动;(2)光谱引力红移;(3)光线在引力场中偏转。自此,广义相对论被科学家称为“人类思想史上最伟大的成就之一”。

(二)宇宙研究的观察手段

1.多普勒效应与谱线红移

多普勒效应是物理学测定物体运动速度的有力手段。它描述了这样-种现象,即面向观察者运动的光源谱线(与静止光源相比)将向高频(即光谱蓝端)移动,而背向观察者运动的光源谱线将向低频(即红端)移动,波长的相对移动量与相对运动速度成正比。

1929年,美国科学家哈勃在仔细研究了-批星系的光谱之后发现,除个别例外,绝大多数星系的光谱都表现出红移,而且红移量大致同星系的距离成正比。如果将红移解释为多普勒效应,那就意味着所有星系都在离地球而去,其退行速度和与地球的距离成正比。这-重要发现证实了宇宙是不断膨胀的,它不仅说明宇宙的无限性,也说明物质运动的绝对性,还说明宇宙在不断地演化和发展。爱因斯坦本人根据这-发现。自动放弃了“静态宇宙结构模型”。

2.电磁波的应用

电磁波可以传递宇宙的各种信息。通过电磁波传递宇宙的各种信息,天文学家们可以对宇宙的结构、起源和演化进行研究。比如,利用光学望远镜可以接收到可见光传来的天体信息;利用射电望远镜可以接收天体传来的射电波;利用装置着探测天体的红外线、紫外线、X射线和Y射线等各种仪器的卫星、高能天文台,接收全部电磁波传来的信息,研究不同类型的天体状况,

分析宇宙的结构和它们的演化过程。

(三)宇宙演化的大爆炸模型

在20世纪40年代末,美国物理学家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。这-模型认为,宇宙起源于160亿年前温度和密度极高的“原始火球”的-次大爆炸,大爆炸的时刻就是今天所观察到的宇宙的开端:当时的温度高达100亿度以上,物质密度极大,整个宇宙体系达到平衡,宇宙间只有由中子、质子、电子、光子和中微子等-些基本粒子形态物质混合而成的“宇宙汤”;大爆炸后,四种基本力,即引力、强力、弱力和电磁力逐-地分化出来;后来,物质形态依次演化为原子、气态物质、各种恒星体系,最后发展成今天的宇宙。

1965年,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射,又称3K背景辐射,是-种充满整个宇宙的电磁辐射,其对应到的温度为3K。该发现为大爆炸理论提供了-个有力的证据。

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