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第三部分当代自然科学——20世纪自然科学发展

1/38当代自然科学发展一、当代数学发展二、当代物理学发展三、当代化学发展四、当代天文学发展五、当代地学发展六、当代生物学发展2/38四、当代天文学发展观察伎俩进步20世纪60年代四大发觉类星体脉冲星微波背景辐射星际有机分子两大基本理论恒星演化宇宙大爆炸模型3/38观察伎俩进步1.因为天文学研究对象特殊性，它当代发展离不开观察伎俩改进，这里主要指射电望远镜发展和应用。2.1937年，美国雷伯制造了第一台射电望远镜，抛物面直径达9米。3.1942年，英国海伊用军用超高频雷达首先发觉了太阳射电。4.六十年代天文学上4大发觉——类星体、脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子，都是靠射电探测工具取得。4/385/38类星体类星体是20世纪60年代天文学“四大发觉”之一。这种天体在普通光学观察中只是一个光点，类似恒星。然而在分光观察中，它谱线含有很大红移，又不像恒星，所以称它为类星体。1993年底，已确认7383个类星体。星表列出23760颗类星体。

6/38脉冲星脉冲星是在1967年首次被发觉。当初，还是一名女硕士贝尔，检测射电望远镜收到信号时无意中发觉了一些有规律脉冲信号，它们周期十分稳定，经过仔细分析，科学家认为这是一个未知天体。因为这种星体不停地发出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星。脉冲星发射射电脉冲周期性非常有规律。一开始，人们对此很迷惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联络。听说第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。以后证实，脉冲星就是正在快速自转中子星（恒星演化晚期形成）。脉冲星含有超高压、超高温、超密度、超强磁场和超强辐射等极端物理条件。7/38微波背景辐射

来自宇宙空间背景上各向同性微波辐射。20世纪60年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发觉总有消除不掉背景噪声。他们认为，这些来自宇宙波长为7.35厘米微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K0，并将这一发觉公诸于世，为此取得1978年诺贝尔物理学奖金。8/38

微波背景辐射发觉被认为是20世纪天文学一项重大成就。它对当代宇宙学所产生深远影响，能够与河外星系红移发觉相比拟。当前，流行看法认为背景辐射起源于热宇宙早期。这是对大爆炸宇宙学强有力支持。早在40年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼依据当初已知氦丰度和哈勃常数等资料，发展了热大爆炸学说，并预言宇宙间充满含有黑体谱残余辐射，其温度约为几K或几十K。3K微波背景辐射实测结果与理论预期大致相符。微波背景辐射9/38星际有机分子星际分子：1963年，美国科学家发觉星际羟基分子（OH），今后，陆续发觉大量星际有机分子。到90年代末，已发觉了120各种，而且许多都是很复杂有机分子，少数分子是地球上极难找到或者根本找不到。星际分子发觉有利于人类对星云特征深入了解，能够帮助揭开生命起源奥秘。10/38当代恒星演化理论恒星是由星云产生，星云经过自吸引形成星胚，星胚不停收缩，温度不停升高，当温度升高到氢核聚变反应能够进行时，就意味着恒星诞生。恒星诞生后，它内部氢核聚变成了它主要能源，恒星在这个阶段停留时间最长，这就是中年主序星阶段。核能耗尽后，恒星进入老年红巨星阶段。最终不一样大小恒星以不一样方式死亡，

或变成白矮星，或变成中子星，或成黑

洞等。11/38宇宙大爆炸模型宇宙演化过程起始于大约150亿年前宇宙开始是一个高温、高密度“原始火球”，球内充满辐射和基本粒子；以后火球内基本粒子发生核衰变反应，引发大爆炸而向外急剧膨胀，辐射温度核物质密度急剧下降，核反应便停顿；其间所产生各种元素就形成了今天宇宙中各种物质，膨胀过程中辐射物质逐步凝聚成星云，进而演化为今天各种天体。此理论得到天文观察事实支持：比如星系红移是宇宙膨胀反应，微波背景辐射是宇宙大爆炸高温直接遗址等等。12/38五、当代地学发展大地结构理论学新进展大陆漂移说海地扩张说板块结构理论13/38大陆漂移说——魏格纳(1880-1930年)魏格纳是德国气象学家、地球物理学家、天文学家，大陆漂移说创始人。1880年11月1日生于柏林，1930年11月在格陵兰考查冰原时遇难。19魏格纳在偶然翻阅世界地图时，发觉一个奇特现象：大西洋两岸——欧洲和非洲西海岸遥对北南美洲东海岸，轮廓非常相同，这边大陆凸出部分恰好能和另一边大陆凹进部分凑合起来；假如从地图上把这两块大陆剪下来，再拼在一起，就能拼凑成一个大致上吻合整体。这就是著名大陆漂移假说最初思想。

14/38我们生活七大洲四大洋15/38大陆漂移说——魏格纳(1880-1930)19秋，在一个偶然机会里，魏格纳又从一个论文集中看到了“依据古生物证据，巴西与非洲间曾经有过陆地相连接”叙述。于是他便在大地测量学与古生物学范围内研究。19，在法兰克福召开地质学会上，魏格纳作了题为《大陆与海洋起源》演讲，提出了关于“大陆漂移”假说，引发了地质界震动。他于19出版了《海陆起源》一书，系统地阐述了大陆漂移说。因为这一假想如此偶然，如此富于幻想离奇色彩，使得当初许多地质学家都目瞪口呆，直至今日仍有些人称这一遐想为“一个大诗人梦”。为此，魏络纳也取得了“地质浪漫诗人”称号。16/38大陆漂移说——魏格纳(1880-1930年)大陆漂移说认为﹐地球上全部大陆在中生代以前曾经是统一巨大陆块﹐称之为泛大陆或联合古陆﹐中生代开始﹐泛大陆开始分裂并漂移﹐逐步到达现在位置，形成当前海陆布局。因为不能更加好地解释漂移机制问题﹐当初曾受到地球物理学家反对。20世纪50年代中期至60年代﹐伴随古地磁与地震学﹑宇航观察发展﹐使一度寂静大陆漂移说取得了新生﹐并为板块结构学发展奠定了基础。

17/3819世纪海洋探险调查：1871年“猎犬号”五年环球探险，快速扩大和加深了人类对海洋认识。1872年“挑战者号”四年探险，围绕海洋学、海洋生物学、海洋地质学等对三大洋进行了全方面考查。二战后，海洋地质学成了热门，深海探测技术快速发展。当代深潜器配置了摄象设备，各种传感器，采样器和灵活机械手等。

历史背景

海地扩张说——赫斯(1906-1969)18/38海地扩张说——赫斯(1906-1969)1962年，美国地质学家赫斯教授发表了他著名论文《海洋盆地历史》。这篇论文被人们称为“地球诗篇”。其中，赫斯教授以先人之见，首先提出了“海底扩张学说”。海底扩张说认为，海底是冷却了地幔，地幔中有对流存在。高热流地幔物质沿大洋中脊裂谷上升，不停形成新洋壳；同时，以大洋脊为界，背道而驰地幔流带动洋壳逐步向两侧扩张；运动洋壳碰到大陆地壳就下沉钻入地幔深部，并形成海沟，大陆地壳前缘被挤压抬升形成山脉或岛弧。“海底扩张”说，恰好能够解释当年魏格纳无法解释大陆漂移理论。19/38板块结构理论1967－1968年，美国勒皮雄、摩根和英国麦肯齐等人先后独立提出了板块结构理论。这个理论认为，整个地球岩石圈不是一个完整壳体，而是由若干巨大板块组成。因为岩石圈下面地幔中软流圈循环运动，造成板块发生相对运动。板块相互撞挤而形成山脉，相互错动而形成水平断层，相互交汇俯冲而形成海沟和岛弧，相互分离而形成洋脊或海岭和裂谷。20/38全球板块结构图21/38六、当代生物学发展当代遗传学发展孟德尔遗传定律及重新发觉摩尔根基因理论分子生物学诞生和发展DNA双螺旋结构模型建立遗传密码破译22/38当代遗传之父—孟德尔孟德尔（1822－1884）出生于奥地利，1840年毕业于特罗保预科学校后进入奥尔米茨哲学院学习。1843年因家贫而辍学，同年10月到布尔诺奥古斯丁修道院做修道士。1847年成为神父。1851年到1853年间孟德尔在维也纳大学学习。23/381853年孟德尔从维也纳大学毕业回修道院。1854年夏天孟德尔开始用豌豆进行他杂交试验。1865年在2月孟德尔在“布隆布尔诺学会自然科学研究会”上宣读了作为他试验结果《植物杂交试验》论文，这篇论文以后于1866年发表于该学会会议录上。他揭示出遗传学两个基本定律——分离定律和独立分配定律。这两个重当代遗传之父—孟德尔要规律发觉和提出，为遗传学诞生和发展奠定了坚实基础，这也正是孟德尔名垂后世重大科研结果。与会者当然很有兴致地听取了他汇报，但大多不了解其中内容。因为既没有些人提问题，也没有些人进行讨论。24/38黄色豌豆F1代F2代黄色种子绿色种子纯种亲本25/38AAAaaAaaAa性状分离定律AAaaAaA

显性特征

a

隐性特征

显性定律

分离定律

3:126/38独立分配（自由组合）定律显性特征

圆、黄隐性特征皱、绿

圆黄:9圆绿:3皱黄:3皱绿:127/38孟德尔定律重新发觉193-5月，三位生物学家几乎同时独立发觉孟德尔遗传定律。切马克（奥地利）柯林斯（德国）德弗里斯（荷兰）28/38孟德尔定律重新发觉1.19孟德尔关于遗传定律重新被荷兰德弗里斯(H.DeVries)、德国科伦斯(C.Correns)和奥地利丘歇马克(E.Seysenegg-Tschermak)三位遗传学家分别发觉，从而吸引了整个生物学界注意。2.德弗里斯于193月26日发表了同孟德尔发觉相同论文；科仑斯论文被杂志收到时间是194月24日；丘歇马克论文收时间是196月20日。在这年他们也都各自发觉了孟德尔论文，才明白自己工作，早在35年前就由孟德尔做过了。29/38学术情报交流不畅？1.人们曾经认为孟德尔工作被埋没，是因为当初学术情报交流不畅，人们不知道他工作造成。后经调查，才知情况并非如此。2.布尔诺学会最少同120个协会或学会研究会有交流资料关系。刊载孟德尔论文杂志，共寄出115本。其中当地相关单位12本、柏林8本、维也纳6本、美国4本、英国2本（英国皇家学会和林耐学会）。3.孟德尔本人还往外寄送过该论文抽印本。有据可查最少有5个人了解他工作。30/38工作被埋没35年1.不过，不论是刊物，还是论文，都如石沉大海，没有得到显著反馈。2.当初生物学界优异头脑都在高谈阔论进化论，对土里土气杂交没有些人感兴趣。3.这么，孟德尔为遗传学奠定了基础、含有划时代意义发觉，竟被当代人们所忽略和遗忘，被埋没达35年之久。31/38“遗传学”、“基因”定名1.20世纪头里，科学家们除验证孟德尔遗传规律普遍意义外，还确立了一些遗传学基本概念，19英国生物学家贝特森首次提出了“遗传学”一词，以称呼这门硕士物遗传问题新学科。2.19约翰逊称孟德尔假定“遗传因子”为“基因”。19孟德尔遗传规律被改称为孟德尔定律。32/38摩尔根基因理论19摩尔根(美国，1866-1945)利用果蝇进行试验遗传学研究。用孟德尔理论，能够解释果蝇眼睛颜色遗传现象。从孟德尔理论怀疑者，转变成为热情拥护者。发觉了伴性遗传规律，证实了遗传变异与细胞中染色体改变亲密相关。他和他学生还在连锁、交换和不分离规律等基础上，深入证实基因在染色体上呈直线排列，从而发展了染色体遗传学说。摩尔根还给出了第一个果蝇染色体连锁图，从而确立了基因作为遗传基本单位概念。19和1926年摩尔根又相继出版了《遗传学物质基础》和《基因论》，建立了完整基因遗传理论体系。摩尔根所以而取得了1933年诺贝尔生理学和医学奖。33/38白眼雄性YXXXYXXXYXXXYXXX红眼

雌性34/38分子生物学诞生当代物理学与当代生物学结合20世纪40年代细胞遗传学、微生物学和生化遗传学领域取得成就，吸引了一些物理学家投身到遗传分子基础和基因自我复制这两个领域研究中来，从而注入了物理学新理论、新概念和新方法。1951年用生物物理学家威尔金斯给出了DNA纤维X射线衍射图，为DNA双螺旋结构发觉打下