chap.9 科学探索.ppt

9 1二十世纪伟大的科技成就 9 2二十一世纪的科学技术 9 3二十一世纪的科学 自然科学概论 Chap 9科学探索 9 1二十世纪伟大的科技成就 一 四大基础理论1 量子力学 2 相对论 3 基因理论 4 系统理论 二 五大基本模型1 宇宙演化的大爆炸模型 2 物质结构的标准模型 3 DNA双螺旋结构模型 4 图灵计算机模型 5 地壳结构的板块模型 三 三大基本技术1 物质变化技术 2 能量转化技术 3 信息控制技术 四 二十世纪的五大基本模型 1 宇宙演化的大爆炸模型1 20世纪20年代 弗里德曼在广义相对论的框架下 论证了宇宙胀缩 哈勃发现了星系红移 2 宇宙大爆炸模型 200亿年前的宇宙是基本粒子组成的 宇宙汤 大爆炸时的温度达100亿度以上 四种基本力 引力 强力 弱力 电磁力逐一分化出来 物质形态依此演化为原子 气态 恒星体系 现在的宇宙 3 四项观测事实证明了大爆炸理论 1 观测表明 任何天体的年龄都小于200亿年 2 河外天体有系统性的谱线红移 表明宇宙膨胀 3 所有天体的氦与氢的比例大致相同 1 4 4 1965年探测热辐射谱的微波背景辐射时 得到宇宙的温度约为3K 2 粒子物理的标准模型1 20世纪发现了数百种微粒子 它们由两类十二种基本粒子构成它们是夸克 上 下 奇异 粲 底 顶 和轻子 电子 子 子 电子中微子 子中微子 子中微子 2 所有粒子的运动遵循四种基本力 引力 电磁力 强力 弱力的相互作用 引力和电磁力在宏观世界可观察到 强力和弱力只有在微观世界的粒子作用中才显露 弱力在中子及其它粒子衰变过程中出现 强力是夸克相互间的作用力 其强度最大 这种力使夸克组合成强子 现今发现的数百种粒子大多是强子 轻子只参与引力 电磁力 和弱力作用 而不参与强力相互作用 若以强力的强度为1 则电磁力为10 2 弱力为10 13 引力为10 38 3 从四种力的作用来看 基本粒子为三种 夸克 轻子 传播子 传递力的粒子 传递强力的是胶子 共有8种 质量为0 传递弱力的是W W Z0中间玻色子 质量是质子的80 90倍 传递电磁力的是光子 质量为0 传递引力的传播子至今尚未发现 3 DNA双螺旋结构模型A 腺嘌呤 T 胸嘧啶 G 鸟嘌呤 C 胞嘧啶 是含氮碱基对 它们分别以2 3个氢键相连 千万条碱基对组成遗传密码 4 图灵的计算机模型1936年 图灵在其著名的论文 论可计算数在判定问题中的应用 OnComputernumberswithanApplicationtotheEntscheidungsproblem 中 以布尔代数为基础 将逻辑中的任意命题用一种通用的机器来表示和成 并能推导出结论 这种机器 后人称之为 图灵机 图灵机由一个控制器和一个两端无限长的工作带组成 工作带由大小相同的方格组成 方格内记载着字母表上的符号 控制器带有读写头 它可读出或改写方格上的号 这种机器能进行多种运算并可用于证明一些著名的定理 图灵还从理论上证明了这种假想机的可能性 图灵机的思想奠定了整个现代计算机发展的理论基础 5 地壳结构的板块模型1 大陆漂移说 创始人是魏格纳 他在 海陆的起源 一书中论述了南美和非洲大陆可能拼合在一起的思想 大西洋两岸的许多生物有亲缘关系 在岩石 地层和皱褶构造等上也相当吻合 1950年代 古地磁学的研究结果进一步为大陆漂移说提供了有力证据 2 海底扩张说 地球上部是岩石圈和软流圈 其下为高温地幔的环形对流体 它驱使地幔的炽热物质从洋脊的裂谷中涌出 冷却后形成新的海底 并推原来的海底向两侧扩张 是海底同大陆一起在地幔对流体上漂移 3 板块构造说 在大陆漂移说和海底扩张说的基础上 岩石板块构造说成为新的全球构造理论 全球分为七大板块 太平洋 亚欧 印澳 非洲 北美 南美和南极板块 板块漂浮在软流圈上 在洋中脊处增生 在海沟处消减 其运动的动力源泉来自地幔的热对流 9 2二十一世纪的科学技术 一 中心科学技术的转移1 信息科学技术目前是发展高峰期 预计其中心科学技术的地位还可持续四十年 2 生命科学技术现在已开始注重其发展与应用 预计21世纪30年代开始将逐步转变为中心科学技术 3 认知科学技术智能化趋势现已显露 预计21世纪70年代开始将成为科学技术发展的中心 二 世界科技中心 地区或国家 的转移中国 公元3世纪 公元13世纪 意大利 1540年 1610年 英国 1660年 1730年 法国 1770年 1830年 德国 1810年 1920年 美国 1920年 可能转向东方 日本 中国 三 从科学发现到技术发明 四 高技术及其产业的领域 1 信息科学技术 包括微电子 光电子科学技术 2 生物科学技术 包括生命科学技术 3 新能源科学技术 包括核能科学技术 4 新材料科学技术 包括纳米科学技术 5 环境科学技术 包括地球科学技术 6 航空航天科学技术 包括空间及军事科学技术 7 海洋科学技术 包括地球科学技术 8 先进制造科学技术 包括微机电系统科学技术 9 管理科学技术 包括软科学技术 10 认知科学技术 包括人脑和智能系统科学技术 五 21世纪改变人类的科学技术 科学技术物质科学信息技术生命科学生物技术宇宙科学纳米技术能源技术 六 12个重大关键技术攻关项目 1 超大规模集成电路和软件2 信息安全与电子政务及电子金融3 功能基因组与生物芯片4 电动汽车5 高速磁悬浮列车6 创新药物与中药现代化7 主要农产品深加工8 奶业发展9 食品安全10 节水农业11 水污染治理12 重要技术标准 9 321世纪的科学 一 近年来的重大基础科学进展 1 关于宇宙起源和未来的理论 2 接近揭开 宇宙黑洞 之迷 3 把引力 弱作用力 电磁力 和强作用力统一起来的 超弦理论 4 物理常数 电子电荷e 光速c 普朗克常数h 在改变 由e c h组成的精细结构常数 近似为1 137 也在改变 5 破解人类染色体基因密码 6 生命的起源问题的研究有新进展 RNA的机理 7 在数学领域 几百年来科学界曾重奖悬赏的若干问题 如四色问题 费马定理等 已被证实 8 智能数学方法有许多突破 二 21世纪重大科学难题 1 微观世