科学的自然图景

20世纪,科学的进步导致人类对于自然图景有了新的认识。19世纪留给我们的自然图景,除了达尔文赋予了生物以变动的图景之外,整个自然图景基本上还是静止和规则的,地表是静止的,太阳系、银河系、甚至整个宇宙的运行都是规则的,宇宙形成的问题,尚不属于科学的问题。然而,20世纪伟大而富有想象力的科学家们留给21世纪的却是另外一幅自然的图景,在这个图景中,一切都变动起来,有些甚至是完全不规则的运动

宇宙的结构
太阳系在宇宙中的大小
 恒星的演变历史
  爱因斯坦的静态宇宙模型
  动态宇宙模型
  宇宙大爆炸理论
  太阳系

把大陆掰开
  大陆漂移学说
  板块构造学说
沧海桑田
地球大气循环
河流的发育史

宇宙的结构

  直到20世纪初,人们研究天体所依赖的资料主要是恒星发出的美国天文学家E. P. Hubble光,然而,宇宙中发光的主要就是恒星。30-40年代发现了来自宇宙的无线电波--射电,从而诞生了一种新的观测工具,射电天文望远镜,通过射电望远镜,人类发现了不是用光所显现出的宇宙的另一面。
  1924年,美国天文学家哈勃通过观测第一次证实,在银河系之外,也存在着像银河系一样的星系。1934年,哈勃及其同事提出,根据观测到的星系红外线移动资料,可以测量遥远星系的距离。从此,人类的视野从恒星世界推向更为广阔的星系世界——河外星系。

 

 

 

 

 

太阳系在宇宙中的大小

 

  与宇宙相比,我们太阳系只是宇宙中非常渺小的一部分。


  超星系团


  星原图


 本星系群


  银河系


  太阳系

恒星的演变历史


  任何恒星都有其寿命。20世纪初开始,经过了大约半个世纪的研究,科学家们大致搞清楚了恒星的演化历史:最初弥漫稀薄的星际物质,叫做星胚,这一阶段的主要能源是引力收缩,在引力的作用下星际物质凝聚成密度较大的尘埃云,然后进入了恒星的主要阶段,又叫主星序阶段,这时候星体蹋缩密度更大的像太阳一样的星体,氢核聚变成为主要能源,当氢即将耗尽时,恒星也走向末日。

  在恒星的末期,要发生像超新星那样的大爆发,并形成三类可能的天体:白矮星、中子星和黑洞。白矮星,中子星,黑洞。

 

爱因斯坦的静态宇宙模型


  爱因斯坦是现代宇宙学的奠基人,他1915年提出的广义相对论成了现代宇宙学的理论工具。1917年他提出了全新的宇宙模型:宇宙没有中心,宇宙有限无边。然而爱因斯坦的宇宙模型基本上还是静态的。

 

 

 

 

 

动态宇宙模型


  1922年,苏联数学家弗里德曼提出了现代宇宙学上的第一个动态宇宙模型,他认为,宇宙可能是膨胀的,也可能是收缩的,或者是脉动的。30年代,英国天文学家爱丁顿将哈勃发现的星系红移与宇宙膨胀理论结合了起来,认为哈勃的发现证实了宇宙膨胀理论。

宇宙大爆炸理论


  1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中,提出了热大爆炸宇宙学模型:宇宙开始于高温、高密度的原始物质,最初的温度超过几十亿度,随着温度的继续下降,宇宙开始膨胀。
  1965年,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射,后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹,从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。霍金近照
  20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释.
  宇宙的起源:最初是比原子还要小的奇点,然后是大爆炸,通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子,这些粒子在能量的作用下,逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此,大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而,至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持,而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。

 

 

 

 

太阳系

 


  对太阳的新认识。30年代,科学家根据能量产生与衰减的现代理论,提出了太阳的寿命为100亿年,目前,太阳已经度过了50亿年。

 

 

 

 

 

把大陆掰开


  自有人类文明以来,地球景观固定不变的思想就深入人心,山川陆地给人以伟岸坚固的形象,谁又会想到它们会变动呢,更不用说像欧亚、美洲、非洲这样的大陆呢。到了19世纪的时候,生物分布和动物行为的一些证据进一步表明了不同的大陆之间可能具有某种关系,但是直到20世纪初也没有人会提出现在分离的一些大陆可能曾经是连在一起的设想。因为认为大陆可以漂移简直是连提出者都会觉得是荒唐的观点。但是,这一切都在这一百年发生了根本的转变。一个伟大的荒唐,变成了伟大的科学假说。

 

大陆漂移学说


  1910年,生病卧床休息的德国气象学家魏格纳聚精会神地望着墙上的一张世界地图。他突然发现,大西洋两岸的地形之间具有交错的关系,特别是南美的东海岸和非洲的西海岸之间,相互对应,简直就可以拼合在一起,此后他通过查阅各种资料,于1912年提出大陆漂移理论。 大陆漂移理论认为,在2亿5千万年前,目前分成各个洲的大陆是连在一起的,那时还没有大洋,以后,完整的泛大陆开始四分五裂,逐渐形成了现在的7大洲。

  魏格纳的大陆漂移学说一经提出,便引起了很大的震动。许多人感到不解,这样坚实的大陆怎么会像水上的木筏一样漂来漂去呢。漂移的动力是什么,为什么漂移发生在2亿5千万年前。这些问题在当时都没有得到很好的解决,大陆漂移理论提出后不久,便被视为是一种荒唐的臆想。到了30年代,人们基本认识了地球的内部结构。最外一层为固体的地壳,往下是液态的地幔,中央是炎热的地核。于是科学家提出,是地幔的对流造成了地壳的运动。

板块构造学说


  60年代末,一些科学家提出了比大陆漂移理论更加完善的板块构造学说。板块学说认为,地壳上的岩石圈并不是一个完整的、没有缝隙的整体,而是有几处明显的裂缝,整个岩石圈形成了六大板块,它们是欧亚板块,太平洋板块,美洲板块,非洲板块,印度-澳大利亚板块,南极洲板块。这些板块漂浮在不断流动的地幔上,如同漂浮在水中的木筏一样。板块随着地幔的变化,而呈现出有规律的变动。在地质史的长河中,这些板块处于不断的分开与合并之中,3亿年前,这六大板块合在了一起,之后,又开始分开,于是形成了今天五大洲的地貌。

沧海桑田


  沧海桑田,地壳运动造成了山脉、峡谷、高原、盆地等形态各异的地形地貌。


 

地球大气循环


  海陆的变化,地面形状和植被情况都将影响到地球的大气循环和水分循环。地球表面的化学物质运动也构成了独特的化学循环圈。


 

 

河流的发育史


  河流也有成长发育史,从青年到老年。黄河已进入老年。河道开始在平原上摇摆,不断泛滥。人工提高堤坝阻止了河流的改道。但使河床高于两岸。一到雨水丰沛的时期会带来洪水的威胁。