• 人类科学史上的发展脚步

《沧海桑田》

　　沧海桑田，是我们的一个古老的神话？还是一个经过了实证的科学？ 
　　东晋葛洪《神仙传》记载：“汉孝桓帝时，神仙王远字方平，降于蔡经家……麻姑至，蔡经亦举家见之。麻姑自说云：‘接侍以来，已见东海三为桑田。向到蓬莱，水又浅于往者，会时略半也，岂将复为陵陆乎？’方平笑曰：‘圣人皆言，东海行复扬尘也。’”
　　“沧海桑田”原来的意思是海洋会变为陆地，陆地会变为海洋。现代科学证明沧海桑田是地球发展史上的真实现象。这种“沧桑之变”是发生在地球上的一种自然现象。因为地球内部的物质总在不停运动着，因此会促使地壳发生变动，有时上升，有时下降。挨近大陆边缘的海水比较浅，如果地壳上升，海底便会露出，而成为陆地，相反，海边的陆地下沉，便会变为海洋。有时海底发生火山喷发或地震，形成海底高原，山脉、火山，它们如果露出海面，也会成为陆地。

 

《地球依然在旋转》

　　伽利略（公元1564-1642），意大利物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者。 
　　他首先表述了惯性原理。他认为如果没有了引力，物体将仍旧以它在那一点上所获得的速度继续运动下去。这就是惯性原理。这个原理阐明物体只要不受到外力的作用，就会保持其原来的静止状态或匀速运动状态不变。 
　　1609年，伽利略创制了天文望远镜（后被称为伽利略望远镜），并用来观测天体，他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜，伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动，以及银河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代。 
　　因为宣传哥白尼学说，伽利略受到教会的迫害。教会让他在放弃哥白尼学说的文件上签字。签完以后他说道：“地球依然在转动。”

 

《门捷列夫与元素周期律》

　　门捷列夫(公元1834-1907)，俄罗斯化学家。 
　　1860年门捷列夫在为著作《化学原理》一书考虑写作计划时，深为无机化学的缺乏系统性所困扰。于是，他开始搜索已知元素的性质资料把前人在实践中所得到的成果都收集在一起。研究前人所得成果的基础上，发现一些元素除有特性之外还有共性。 
　　于是，门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片。在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物。然后把它们钉在实验室的墙上排了又排。经过了一系列的排队以后，他发现了元素化学性质呈周期性变化的规律性。从他立志从事这项探索工作起，一直花了大约20年的功夫，才终于在1869年发表了元素周期律。他把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪。为了纪念他的成就，人们将美国化学家希伯格在1955年发现的第101号新元素命名为Mendelevium，即“钔”。 
　　元素周期律揭示了一个非常重要而有趣的规律：元素的性质，随着原子量的增加呈周期性的变化，但又不是简单的重复。门捷列夫根据这个道理，不但纠正了一些有错误的原子量，还先后预言了15种以上的未知元素的存在。结果，有三个元素在门捷列夫还在世的时候就被发现了。 
　　人们根据周期律理论，把已经发现的100多种元素排列、分类，列出了今天的化学元素周期表，它是我们每一位学生在学化学的时候，都必须学习和掌握的一课。 
　　元素的原子肯定会有自己的内在规律。这里已经蕴育着物质结构理论的变革。终于，到了19世纪末，实践有了新的发展，放射性元素和电子被发现了。它们的发现揭示了原子内部的结构，是元素的化学性质呈周期变化的原因。 
　　化学周期律是化学的基础理论之一。

 

《拉瓦锡和他的氧化学说》

　　拉瓦锡（公元1743-1794），法国化学家。拉瓦锡与他人合作制定出化学物种命名原则，创立了化学物种分类新体系。拉瓦锡根据化学实验的经验，用清晰的语言阐明了质量守恒定律和它在化学中的运用。这些工作，特别是他所提出的新观念、新理论、新思想,为近代化学的发展奠定了重要的基础，因而后人称拉瓦锡为近代化学之父。 
　　拉瓦锡的对化学的第一个贡献便是从试验的角度验证并总结了质量守恒定律。 
　　拉瓦锡用硫酸和石灰合成了石膏，当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细称量了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。从此就多了一个化学名词??结晶水。这次意外的成功使拉瓦锡养成了经常使用天平的习惯。由此，他总结出质量守恒定律，并成为他进行实验、思维和计算的基础。为了表明守恒的思想，用等号而不用箭头表示变化过程。 
拉瓦锡最重要的贡献是发现了燃烧原理，即燃烧的“氧化学说”。 
　　在拉瓦锡时代，“燃素学说”还占主导地位。1775年，拉瓦锡对氧气进行研究。他发现燃烧时增加的质量恰好是氧气减少的质量。以前认为可燃物燃烧时吸收了一部分空气，实际上是吸收了氧气，与氧气化合。1777年9月5日，拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》，系统地阐述了燃烧的氧化学说，将燃素说倒立的化学正立过来。 
　　1783年，拉瓦锡提交的一篇化学论文，指出燃素学说的诸多困难，而氧化学说能够十分恰当地解释燃烧现象。彻底推翻了燃素说的燃烧学说。这一年，拉瓦锡举办了一个家庭晚会，进行了一个简单的仪式：拉瓦锡夫人身着长袍，装扮成古希腊阿波罗神庙的祭司。她举着火把，焚烧了燃素学说。象征着科学与理性的胜利。 
　　1887年，拉瓦锡出版《化学命名法》，1789年出版《化学纲要》。《化学纲要》是化学史上的重大事件，相当于《自然哲学的数学原理》对于物理学的地位。

《孟德尔和他的豌豆试验》

　　孟德尔 (公元1822-1884)是“现代遗传学之父”，是遗传学的奠基人。1865年发现遗传学基本定律。 
　　1856年，孟德尔就开始了长达8年的豌豆实验。孟德尔挑选出22个品种用于实验。它们都具有某种可以相互区分的稳定性状，例如高茎或矮茎、圆料或皱科、灰色种皮或白色种皮等。 
　　孟德尔通过人工培植这些豌豆，对不同代的豌豆的性状和数目进行细致观察、计数和分析。经过8个寒暑的辛勤劳作，孟德尔发现了生物遗传的基本规律，并得到了相应的数学关系式。人们分别称他的发现为“分离规律”和“自由组合规律”，它们揭示了生物遗传奥秘的基本规律。 
　　孟德尔晚年曾经充满信心地对他的好友，布鲁恩高等技术学院大地测量学教授尼耶塞尔说：“看吧，我的时代来到了。”这句话成为伟大的预言。直到孟德尔逝世16年后，豌豆实验论文正式出版35年后，他从事豌豆试验43年后，孟德尔所发现的遗传规律和遗传学方法，获得了广泛的认同

《缤纷的生命世界》

    我们目前已经知道大约有200万种生物。这些形形色色的生物物种就构成了生物物种的多样性。 生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，由遗传（基因 ）多样性，物种多样性和生态系统多样性等部分组成。物种的多样性是生物多样性的关键，它既体现了生物之间及环境之间的复杂关系，又体现了生物资源的丰富性。遗传（基因）多样性是指生物体内决定性状的遗传因子及其组合的多样性。物种多样性是生物多样性在物种上的表现形式，可分为区域物种多样性和群落物种（生态）多样性。生态系统多样性是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性。遗传（基因）多样性和物种多样性是生物多样性研究的基础，生态系统多样性是生物多样性研究的重点。 
　　在生物进化的过程中，物种和物种之间、物种和无机环境之间共同进化，导致物种多样性。　

 

《网络改变生活》

　　互联网开始于1969年。他的设计目的是为了能提供一个通讯网络，即使一些地点被核武器摧毁也能正常工作。如果大部分的直接通道不通，路由器就会指引通信信息经由中间路由器在网络中传播。 
　　互联网在七十年代迅速发展起来，1981年开始邮件服务， 1989年第一个检索互联网发明出来。现在互联网日趋成熟。我们可以把互联网看作是由计算机为支点的、包含有巨大信息的通讯网络。 
　　计算机互联网络是全球性的，这种“全球性”并不是一个空洞的政治口号，而是有其技术保证的。在技术的层面上，互联网绝对不存在中央控制的问题。也就是说，不可能存在某一个国家或者某一个利益集团通过某种技术手段来控制互联网的问题。也无法把互联网封闭在一个国家之内­??除非建立的不是互联网。这个全球性的网络也需要有一个机构来制定所有主机都必须遵守的交往规则（协议），否则就不可能建立起全球所有不同的电脑、不同的操作系统都能够通用的互联网。 
　　另外互联网阵地改变了传媒的概念，互联网就是能够相互交流，相互沟通，相互参与的互动的传媒。 
　　互联网改变着我们信息获取的方式，改变着我们的联络沟通方式，改变着我们的学习方式，工作方式，甚至，改变着我们的娱乐方式。 
　　总之，互联网改变着我们的生活。

 

《膨胀的宇宙》

 

　　我们所处在其中的宇宙，有一个时间和空间的起点。137亿年前，宇宙开始于一个“宇宙蛋”的一次大爆炸。从此开始了宇宙的生成生长和膨胀的过程。 
　　20世纪初，有一个天文学家叫斯里弗，他经过了近１０年的研究，成功地取得了46个星云的光谱。他分析后得出结论，这些不是星的天体和地球做相对运动，速度竟然达到了400公里/秒、500公里/秒和上千公里/秒，这种现象不可理解。当时科学家测出来的恒星相对运动速度是几十公里/秒，显然斯里弗的结论在当时看来是一个荒唐的事儿。随后他又发现一个现象，就是越暗的星云，它的运动速度越大，更出乎意料的是所有的这些星云的谱线的位移统统是往红端位移，只有两个例外的是往紫端位移。 
　　1929年美国天文学家哈勃，经过研究，得出一个离我们越远的星云运行的速度越大的结论，它们呈线性关系，这个就是著名的哈勃定律。证明我们的宇宙在膨胀，而且是速度均匀的膨胀。 
　　后来，伽莫夫的学生和助手阿尔法、赫尔曼经过研究做出一个重要预言。他们说宇宙是从一个极高的温度、极大的密度、非常大的压力点作为起点，这个高温、高压的火球，在大爆炸之后，直到今天余烬还有一定的热度。根据他们算出来的是5K。后来随着科学的发展，又精确到3K。这个3K的背景温度，得到科学的证实。 
　　2003年的科学成就告诉我们，由于有暗物质和暗能量的存在，膨胀在加速。而且我们现在知道是在均匀加速，至少在300亿年这样长的时间是均匀加速，宇宙是被暗能量所控制。举个例子，我们看不到风，但可以看到树叶在动。暗能量是看不到的，但却可以测出来。 
　　宇宙中很多星体正在加速离我们远去，并测量出在宇宙中还有看不见的，但是从引力上能表现出来的其它物质，然后就把这类看不见的物质叫做暗物质。英文dark matter 的直译，dark matter是包括了行星，包括了黑洞，凡是你看不见的，探测不出来的，但是它存在着的，还有那些遥远的小星系，因为你也看不见。所以暗物质是在上个世纪七八十年代之后一个热门的探测对象。 
　　直到现在，我们对宇宙的认识还在不断地发展着。宇宙在不断地膨胀。我们对宇宙的认识也在不断地深化。我们对宇宙的认识，从最早的目力所及的星空，到如今我们所能“看见”的150亿光年之外遥远的宇宙的深处。

 

《数字化与数据处理》

　　远古的人类，采用结绳记事的方式，以记录历史事件。一个结表示一个事件。节的大小表示事件的重要性。一组结表示一个数字，表示事件的多少。后来，人们把数字从事件的众多属性中抽象出来，用以表示　　事物（包括事件）的空间的大小、数量的多少，事物的品质，以及事物之间的关系。 
　　对于数字的处理就是计算。就现代概念而言，对任何数据的加工都被称作计算。为了提高计算的速度，人们发明了许多方法和工具。例如为了连加运算的简洁，发明了乘法运算；为了连乘运算的简洁，人们发明乘方运算；人们发明了对数，于是将乘方变为了乘除法，乘除法变成了加减法。人们还发明了算盘、手摇计算机、数字计算器等计算工具，以提高人们的计算速度。由于二进制的出现，一切数字计算或数据处理，都可以简单到加减法。而二进制的开关电路正是适应二进制的运算与存储而存在的。 
　　随着对计算效率的更高要求，人们发明了电子计算机。现代电子计算机的基本模型是图灵机模型。实用计算机是依照冯?诺依曼机模型研发的。冯?诺依曼机模型核心是二进制的数据和数据处理。 
　　人类计算能力的提高引发信息数字化和高速处理信息的要求。 
    数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。 
　　当今时代是信息化时代，而信息的数字化也越来越为研究人员所重视。早在40年代，香农证明了采样定理，即在一定条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续函数。就实质而言，采样定理为数字化技术奠定了重要理论基础。 
　　数字化是信息社会的技术基础。它使人类社会走进一个信息化的社会。

 

《物理学世界》

　　“物理”出自希腊文，原意是指自然。古时欧洲人称呼物理学作“自然哲学”。从最广泛的意义上来说即是研究大自然现象及规律的学问。 
　　物理是经历长时间的酝酿才从哲学中分离出来，成为一门实证科学。在物理学的领域中，研究的是宇宙的基本组成要素：物质、能量、空间、时间及它们的相互作用；借由基本定律与法则来完整了解这个系统。 
　　物理学是基础学科之一。它研究对象的尺度，从微观的基本粒子一直到150亿光年以外的宇宙空间，极其广泛。它的研究领域包括经典力学、电磁学、人力学和统计力学、相对论、量子力学的不同的分支。