天文学的起源范文

导语：如何才能写好一篇天文学的起源，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

全书共十二章，讲述了关于宇宙本性的最前沿知识，包括：我们的宇宙图像、空间和时间、膨胀的宇宙、不确定性原理、黑洞、宇宙的起源和命运等内容，深入浅出地介绍了遥远星系、黑洞、粒子、反物质等知识，并对宇宙的起源、空间和时间以及相对论等古老命题进行了阐述。

2、《果壳中的宇宙》

《果壳中的宇宙》（《the Universe in a Nutshell》）原作者史蒂芬·霍金。该图书曾获得安万特科学图书奖。该书围绕主题是宇宙学，涉及广义相对论、量子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论、超引力等诸多前沿概念。

3、《大众天文学》

世界名著译丛。 本书是由法国天文学家、世界著名科普作家C.弗拉马里翁所著，初版于1880年，遂成为传遍全球的科普经典，被誉为“法国图书馆镇馆之宝”。全书共分七篇，分别介绍了地球，月亮，太阳，行星世界，彗星、流星及陨星，恒星宇宙以及天文仪器等。 值得一提的是，译者李珩教授又根据天文学的新近发展进行了补充修订，使本书内容翔实而新颖。

4、《天好者手册》

篇2

威廉姆斯：大多数科学成就都是在意料之外偶然发现的。或许，我们最终能够收到他们回复的信号，但我表示强烈的怀疑！对信号进行巡天搜索似乎更重要，那也许会于偶然间找到外星信号。当然，人类可能永远不会发现任何来自地外的信号，但重要的是我们拥有那份探索的好奇心。即使我们最终没有接收到任何回音，勇于探索宇宙却是人类开放态度的重要体现。所以，我坚决支持“地外文明搜寻”（Search for extraterrestrial intelligence，SETI）项目为寻找地外生命所进行的尝试。同时，我也要承认，发现地外生命的可能性微乎其微。这两者并不相互矛盾。延展我们在宇宙中的探索范围是人类的使命，因此，我们必须不断地搜寻、搜寻、再搜寻，永不停息。

《中国国家天文》：现代天文学首先在欧洲而非其它地区发展起来，您如何看待这样的事实？您认为这是历史的必然还是偶然？与其它文明相比，现在西方在发展天文学方面拥有怎样的优势？

威廉姆斯：现代天文学可能最早是在欧洲发展起来的，但毫无疑问，古天文学起源于亚洲，特别是中国，因为那时亚洲拥有更好的社会和政治组织结构。科学的发展需要有良好的教育基础体系和技术。就教育和技术而言，在文艺复兴时期，欧洲恰好比亚洲先进，因此，现代天文学在那时取得了飞速发展。是历史的偶然吗？答案是否定的，那要归功于彼时欧洲兴起的向之外扩展知识的倾向。但是，这场启蒙运动并没有发生在同时期的明代中国。

目前，西方世界有这样一种趋势，倾向于支持那些不同于现有社会思想和宗教信条的想法。这种开放的环境对于创造力和新认识的产生十分关键。现行的西方教育体系比较容易接受新观念和新技术。东方社会，例如中国，对教育和技术的资源投人令我印象深刻，所以中国的科技发展正在快速追赶西方的脚步。

《中国国家天文》：在我们的杂志上，有作者将IAU称为“天文学家的国际组织”。人们通常认为天文学很专业，很难参与。您是否曾经与业余科学家，特别是那些科学家圈子外的思考理论问题的人讨论过？作为前任IAU主席，您是否支持民间科学家进行理论思考？

威廉姆斯：我认为每个人都可以平等地思考。如果民间科学家的想法有证据支持，我相信那可能是有价值的。像IAU这样的专业组织并不是产生好主意的必要条件。生命的智慧存在于任何有着开放意识和思想，并乐于探索宇宙和地球的那些人之中。

《中国国家天文》：天文现象有时被一些人用来鼓吹“末日来临”，例如“2012预言”。您对那些末日论者要说些什么？您是否相信一些宗教所说的“最后的审判”？

威廉姆斯：科学所能解决的是我们拥有事实和证据的那部分现象。如果某个事件没有确凿的证据，那么它就不能纳入到科学研究的范畴。没有证据的任何推论都是基于哲学或者是宗教，那是个人信仰。就个人而言，我对许多世界上有组织的宗教并无信仰，但我很赞赏他们所传递的良好的道德准则。至于“最后的审判”，我认为那很难成为令人接受的事实。它与我所认知的地球生命及其进化史格格不入。立足脚下，好好生活，与人互敬互爱，这才是人类最好的选择。

《中国国家天文》：作为一本天文科普杂志的编辑，经常有人问我们天文对日常生活有什么影响。有些读者认为，虽然天文学在古代的日常生活中非常重要，但现在已经逐渐淡出了人们的生活。您是否同意这样的说法？如何使天文学与人类日常生活的关系更紧密？

威廉姆斯：相对于那些“应用”科学来说，天文学更“纯粹”一些，在日常生活中的实际应用并不太多。一个人即使没有任何天文学知识，仍会生活得很好。但事实是，天文学没有实际应用并不意味着它“淡出人们的生活”。天文学直接影响着人类对宇宙和自身的认识。人与宇宙关系的基本认知对于我们的自我了解是十分关键的。

《中国国家天文》：在一些科幻小说和电影中，有许多天文学方面的错误。您认为专业天文学家有必要去澄清它们吗？您之前是否这样做过？

威廉姆斯：的确，电影中确实有很多天文学的错误。而且，电影中还有更多关于人类行为的错误！但我认为纠正这些错误并不重要。重要的是，更要通过关注其它更积极的活动去表现我们的创造力。随其他人去犯你认为的错误吧，而你自己则要努力去做那些更具有创新性的和异于其他人想法的事情。

篇3

1 大爆炸宇宙学的理论基础

宇宙是处于不断运动和发展中的物质世界.《淮南子・原道训》注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙.”在天文学上，我们把广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质总称为宇宙.宇宙学的任务就是寻找我们所能观测到的宇宙部分的大尺度特性和总体规律.千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是如何起源的？

1915年，爱因斯坦建立了广义相对论.广义相对论从一建立就与天文现象有着密切的关系，有关广义相对论的一系列关键性检验，都是由天文观测完成的.1916年爱因斯坦预言了引力波的存在.1917年爱因斯坦将广义相对论理论应用到整个宇宙，发表了论文《根据广义相对论对宇宙学所做的考察》，开创了现代宇宙学.广义相对论对理论天体物理学研究产生了巨大影响，成为现代天体物理学的重要理论基础.科学家们纷纷借助广义相对论把所观测到宇宙作为一个整体来研究，预言宇宙正在膨胀.

1927年比利时天文学家乔治・勒梅特从广义相对论出发，在理论上提出了大尺度空间随时间而膨胀的的观点.1929年，美国天文学家埃德温・哈勃通过观测发现，所有遥远的星系都在远离我们，并且距离越远的星系退行的速度越大，哈勃提出从地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的谱线红移，建立了著名的哈勃定律.由哈勃定律可以推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说.从这一观点倒推回去，物理学家进一步推测：在过去宇宙曾经处于一个密度极高且温度极高的状态.哈勃的发现暗示着存在一个大爆炸的时刻，当时的宇宙无限紧密，哈勃定律也成为宇宙膨胀理论的基础.

2 大爆炸宇宙学的主要观点

1932年勒梅特进一步提出“原始原子”爆炸起源的理论，认为最初宇宙的物质集中在一个超原子里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成今天的宇宙.1940年代，美籍俄裔物理学家乔治・伽莫夫与他的两个学生拉尔夫・阿尔菲和罗伯特・海尔曼一道，将这一理论进一步发展.1948年伽莫夫和他的学生把相对论引入宇宙学，正式提出热大爆炸宇宙学说.热大爆炸宇宙学模型认为，宇宙最初开始于高温高密的原始物质，温度超过几十亿度.大约200亿年前发生了一次大爆炸，之后随着宇宙膨胀，温度逐渐下降，形成了现在的星系等天体.他们还预言了宇宙微波背景辐射的存在，为大爆炸宇宙学打下了基础.

在现代宇宙学研究中，对于宇宙的起源有多种学说，大爆炸宇宙学是关于宇宙形成的最有影响的一种学说.大爆炸宇宙学认为，我们的宇宙曾经有一段从热到冷的演化史.在这个时期里，宇宙体系并非静止的，而是在不断地膨胀，致使物质的密度从密到疏发生演化.这个从热到冷、从密到疏的过程就如同一次规模很大的爆发（目前观测计算大爆炸的时间大约在距今138亿年前）.大爆炸宇宙学为我们描述了宇宙在初始状态之后的演化图景.爆炸之初，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在.大爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降.随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成通常的气体.气体逐渐凝聚成星云，星云进[JP3]一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们所看到的宇宙.[JP]

3 大爆炸宇宙学的验证

大爆炸宇宙学是通过实验观测和理论推导发展的.根据大爆炸理论，宇宙在初始状态后在不断膨胀.1929年哈勃所提出的星系谱线红移量与星系间距离成正比的哈勃定律，论证了我们的宇宙正处于膨胀之中的观点，成为支持大爆炸理论的一个有力证据.

1948年伽莫夫、阿尔菲和海尔曼在提出热大爆炸宇宙论时就曾预言，宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，从大爆炸以后冷却到现在，其温度约为几K或几十K.六十年代初，美国贝尔电话实验室的工程师阿诺・彭齐亚斯和罗伯特・威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统.1964年，当他们测量围绕银河系的银晕气体射电强度时，意外地接收到一个连续不断的无线电干扰噪声，信号强度在各个方向上都一样，而且在以后的长时期测量中，也没有季节性变化.这种噪声的波长在7.35 cm微波波段，对应于有效温度为3.5K的黑体辐射.后来，在与普林斯顿大学的罗伯特・迪克探讨后，意识到这种无法消除的背景辐射正是伽莫夫等预言的宇宙大爆炸的残余辐射.经过进一步测量和计算，他们把辐射温度修正为2.7K，于1965年7月将这一发现公诸于世.彭齐亚斯和威尔逊的这一发现被称为3K宇宙微波背景辐射.3K微波背景辐射的实测结果与大爆炸理论的预言相符，成为大爆炸宇宙学的又一重要观测证据.由于这一发现，彭齐亚斯和威尔逊于1978年获得了诺贝尔物理学奖.

篇4

人类知识体系的形成根植于三种最古老的科学，即天文学、数学和力学。这三种科学之所以古老，原因就在于其直接服务于先民的生产和生活。如果说力学的产生是人类为从事农业生产而适应定居生活的需要的话，那么天文学则是作为农业生产的基础而存在的。当先民摆脱了原始的采集狩猎经济，而以人工栽培农业的生产方式为氏族提供有保障的食物来源的时候，天文学就应运而生了。众所周知，气候条件对于农业的起源具有直接的影响，这意味着原始农业一定首先发生在寒暑季节变化分明的纬度地区，而在这样的地区从事农耕生产，一年中真正适合播种和收获的时间非常有限，有时甚至只有短短几天②，显然，了解并掌握时间――农时――对农作的丰歉至为关键。因此就农业的起源而言，古人对于时间的认识已成为其不可或缺的首要前提。事实上，没有古人对时间的掌握便不会有人工栽培农业的出现，我们不能想象，一个对时间茫然无知的民族可以创造出发达的农业文明，这种情况是根本不可能发生的。而对早期先民而言，解决时间问题的唯一方法只能到天上去寻找，这个工作就是观象授时。显然，原始农业时间服务的需要促使天文学最早发展了起来。

为解决农业生产所遇到的时间问题，粗略地仰观天象显然毫无意义，人们需要将对星象的观测尽量精确，通过了解星象的运行周期以建立时间的周期。在这个使星象观测逐渐精确化的过程中，数学知识及相应的计算工作必须被引入，从而使数学作为早期天文学不可分割的部分同时得到了发展。中国古人素以天数不分，正是基于这样的传统。

在人类创造的三大古典科学之中，天文学不仅出现最早，而且具有特殊的价值。如果说这三大古典科学构筑了人类知识体系的基础的话，那么天文学则不仅是这一知识体系的核心，而且更成为古代制度与思想之渊薮。尽管探索天象的初衷只是为农业生产提供准确的时间服务，但随着人类文明的进步，天文学则对中国古代文明与传统文化的形成产生了深刻影响。具体地说，天文学不仅是古人赖以建立时空体系的重要手段，而且直接促进了传统政治观、宗教观、祭祀观、礼仪制度、哲学观与科学观的形成，这些观念在构建中国传统文化核心内涵的同时，也形成了独具特色的传统字宙观，体现了古人对于天、地、人相互关系的深刻思考。这意味着如果我们探求中国文化，就不能不首先研究作为这一文化背景的天文学及字宙观。事实上，如果我们不了解古代的天文学以及相应的宇宙观，我们就无法从根本上把握文明诞生和发展的脉络。显然，天文学作为中国传统文明之源的事实相当清楚。

一、“文明”考原

何谓文明，澄清这一问题对正确认识中国文化及字宙观非常重要。文明的诞生源自先民对于天人关系的独特理解，体现了天文作为文明之源的固有思考。《易・乾・文言》云：

见龙在田，天下文明。

“见龙在田”为《乾》卦之九二爻辞。孔颖达《正义》：“阳气在田，始生万物，故天下有文章而光明也。”龙本为上古时代观象授时的重要星象，其由二十八宿东宫七宿中的六宿所组成。每当黄昏日没后苍龙之角宿初现于东方的时候，这一天象便被称为“见龙在田”。古人又以东方属阳，故龙星自东方地平线上升起的天象也就是所谓“阳气在田”，而传统则以阳气主生，所以初民根据龙星东升天象的观测以行农事，便会“始生万物”而享有丰年，终致天下有文章而光明。很明显，天文作为文明之源的思想于此表述得清楚而明确。

“天下有文章而光明”的思想，其本质所强调的实为人文之彰著，这里的“文”也就是“文明”之“文”。先民对于“文”的推崇反映了一种根深蒂固的文化思考与文明传统。商周古文字的“文”本作，象人形而特彰明其心，所以“文”的原始内涵实相对于“质”，如果说“质”的思想乃在表现人天生所具有的动物的本能，那么“文”显然已是经德养之后所表现的文雅，这种通过内心修养所获得的文雅自然是对初民本能之质的修饰，这种修养的文雅由内而外，以德容的形式彰显出来，这便是古人所称的“文明”的本义。

传统的文明观念其实体现的是初民经过内心的德行修养而表现出的文德，从而将人从以质为本能的动物世界中分离出来的精神追求，所以“文明”之“文”的义涵就是文德。这种文质思想后来被儒家哲学所继承，而在传统的礼仪制度中则更多地以文武的思想加以阐释。当然，不论文、质相对还是文、武相对，“文”所具有的文德的本义都是明确的。

文德修养不足，自然不可能彰明显著，于是文德之修养又关系到另一个重要观念――郁。“文明”之“文”于《说文》别作两字，一作“文”，训为错画；一作“踅”，训为碱。许慎的这种做法实不可取，“文”训错画实际乃是其本引申。显然，“文”、“踅”本为一字，唯作“文”。春秋以前的古文字有“文”而无“ā保知“ā弊治后起，是为明证。《说文・有部》：“磁，有文章也。从有，或声。”段注本改“文章”作“踅彰”，并云：哺戒古多隈或字为之。或者戒之隶变。今本《论语》‘郁郁乎文哉’，古多作或或。是以苟或字文若，《宋书》王或字景文。《大戴・公冠篇》‘遵并大道邻或’，郐或即彬或，谓彬彬或或也。《小雅》‘黍稷或或’，《传》云：‘或或，茂盛兑。’即有踅彰之义之引申也”。“碱”今通作“郁”，其本义即为文德彰明。《论语・八佾》引孔子曰：“周监于二代，郁郁乎文哉！吾从周。”既见文盛德厚则可彰明的思想。《礼记・表记》引孔子曰：“虞、夏之质，殷、周之文，至矣。虞、夏之文不胜其质，殷、周之质不胜其文。”朱彬《训纂》引方性夫曰：“加乎虞、夏之质，则为上古之洪荒；加乎殷、周之文，则为后世之虚华。”虞、夏近古，其民始修文德而未郁，故文不掩其质。

人何以需要修养文德？因为人必须要与动物相区别，这一点在后世的儒家思想中反复被强调。然而最早的文德是什么？先民根据怎样的标准建立并规范人类的文德？他们又从观象授时的活动中体会出怎样的朴素德行的认知呢？这些思考充分体现了古人对于天人关系的理解。

观象授时的活动使先民首先完成了对时间与空间的规划，而人们对时间的认识则是通过对主授农时的标准星象的运行变化实现的，这个标准星象就是东宫苍龙星象以及位于其中心部位的大火。初民视龙星及大火之昏见以建时，久之而不爽，从而形成时间为信的思想，并由此产生了以信为德的观念。《礼记・乐记》：“天则不言而信。”即此之谓。显然，诚信思想是先民从对时间的观测与规划中感悟并懂得的，人们与时间虽无约守，但其每每如期而至，从无差误，初民据此指导农业生产，致屡获丰稔，故时间便具有了诚信不欺的鲜明特点。郭店楚竹书《忠信之道》云：“至信如时，必至而不结。”讲的就是这个道理。先民以测影计时之圭为瑞信之物，也体现了同样的思考。而古代盟誓将约守诚信之盟辞书写于玉圭，或又以圭臬赠与妇人以显妇德之忠信，也都是这一思想的反映。事实上，西周金文所见时人之道德观正体现为信与孝，而信更是构建孝信之德的基础。事实上，在原始思维的背景下，“至信如时”的思想必然蕴育出时间乃由神灵所司掌的朴素认识，而由此产生的信的本质内涵也一定体现为人神之间的诚信约守。显然，信的思想不仅源于远古的观象授时活动，而且集中体现了中国传统道德观的核心价值。这便是“见龙在田”与“天下文明”所呈现的因果脉络。

以信实为德而构成文明的本质内涵，这种思想在早期文献中反映得非常清楚。《尚书・舜典》云：

日若稽古帝舜，日重华，协于帝。溶哲文明，温恭允塞。玄德升闻，乃命以位。

伪孔《传》：“溶，深；哲，智。舜有深智，文明温恭之德，信允塞上下。”孔颖达《正义》：“舜有深智，言其智之深，所知不浅近也。经纬天地日文，照临四方日明。既有深远之智，又有文明温恭之德，信能充实上下也。”所论未逮本义。实“温恭允塞”四字同在阐释文明之德的基本内涵。“温”，德容也。《诗・秦风・小戎》：“言念君子，温其如玉。”《论语・季氏》：“君子有九思，……色思温。”是以“温”即德容，其犹《诗》以修德之善之作称“颂”，“颂”也德容之谓。“恭”，敬肃也。《礼记・曲礼上》：“是以君子恭敬撙节退让以明礼。”孔颖达《正义》引何胤日：“在貌为恭，在心为敬。”“允”，诚信也。《尚书・尧典》：“允恭克让。”伪孔《传》：“允，信也。”伪《古文尚书・太甲上》：“克终允德。”蔡沈《集传》：“允，信也。”《左传・文公十八年》：“明允笃诚。”杜预《集解》：“允，信也。”“塞”，诚实也。《诗・邶风・燕燕》：“仲氏任只，其心塞渊。”孔颖达《正义》：“其心诚实而深远。”《孟子・公孙丑上》：“以直养而无害，则塞于天地之间。”《诗・大雅・常武》：“王猫允塞。”郑玄《笺》：“允，信也。尚守信自实满。”王先谦《诗三家义集疏》：“言王道诚信充实。”知经文实言舜有温恭允塞之德。《尚书・皋陶谟》论九德而有“愿而恭，直而温，刚而塞”，伪孔《传》解云“憨愿而恭恪，行正直而气温和，刚断而实塞”，实“塞”即“允塞”，乃言诚实。此与《舜典》所论正合。

德的观念的产生源自于观象，这一思想根深蒂固。《易・大有・彖》云

其德刚健而文明，应乎天而时行，是以元亨。

又《象》云：

火在天上，大有，君子以遏恶扬善，顺天休命。

王弼《注》：“德应于天则行，不失时矣。”尚不失本义。文明来源于古人对天象的掌握，观象以知时，则文德渐成。天行健而不止，故德刚健而不息，其文彰著，遂有享大祀――元亨――之位。“火在天上”之“火”即为大火星，乃位于苍龙星象中心的授时主星心宿二。古人观火星以授时而“大有”，“其德刚健而文明”亦“大有”而享祀，皆所谓“顺天休命”，故上九爻辞言“白天祜之”。文明源白天文，于此表述得同样明晰。

人类以修养文德而彰明，而社会则得有制度的建设而彰明，事实上，文德与制度的形成皆有赖于一个根本工作，这就是观象授时。“见龙在田”所呈现的是苍龙星象的起始宿角宿昏见于东方地平之上的天象，这既是新的农作周期开始的标志，当然也体现着先民对于空间与时间的规划。事实上，人类知识体系的形成是从他们对空间与时间有意识地规划开始的，而在时空体系完善的基础之上，一切人文制度及形上思想才可能最终建立。《礼记・大传》云：

立权度量，考文章，改正朔，易服色，殊徽号，异器械，别衣服。此其所得与民变革者也。

郑玄《注》：“文章，礼法也。”即以“文章”所言为礼仪制度。《左传・隐公五年》云：

昭文章，明贵贱，辨等列，顺少长，习威仪也。

杜预《集解》谓“文章”日：“车服旌旗。”皆以文章为礼仪典章，其属人文制度自明。人文制度包括一系列的礼乐制度与典章制度，这不仅是人类社会区别于动物世界的重要标志，而且也同德行观念的推行一样，是维系社会正常秩序的根本保证，故光大昭明，可见其与野蛮的不同。

毋庸置疑，中国古人对文明的阐释充分体现了中国文化的独有特点，其所强调的其实是“文”字所具有的形上思想与制度义涵，而相关思想与制度的形成则直接导源于观象授时以及先民对于天人关系的思考。物质的创造尽管可以满足先民生活的需要，但以器载道，借器物以完成思想的表达及制度的昭明才是他们追求的根本目的。很明显，基于天文作为文明之源的事实，对于早期文明与文明史的研究而言，仅仅关注物质文明而忽略上古形上思想与礼仪制度的探索是极不全面的，忽略对上古天文学与字宇宙观的探索同样也难中肯綮。

二、“文化”考原

中国古代天文与人文的关系问题始终是中国文化的根本问题，先民对这一问题的思考和论述精审而深刻。《易・责・彖》云：

刚柔交错，天文也。文明以止，人文也。关乎天文，以察时变。关乎人文，以化成天下。

王弼《注》：“观天之文则时变可知也，观人之文则化成可为也。”“文明”之“文”所体现的由人之心斋而致文雅，到社会制度的完善而有秩序，都呈现出郁郁乎文的彰著。这使“文”具有了碱文的本训。人有文德则德容昭显，其犹以文绘饰之而掩其质：社会有制度礼仪则秩序井然，其犹以文绘饰而掩其野。故“文”又引申有错画之训，此即《彖传》所谓“天文”、“人文”之义。对天之绘饰错画即为天文，其本指天上由不同星辰所组成的图像：而对人类社会之绘饰错画则为人文，所指乃人之形上思想与社会制度。孔颖达《正义》：“言圣人观察人文，则《诗》、《书》、《礼》、《乐》之谓，当法此教而化成天下也。”所论虽不全面，然尚得人文之旨。

“刚柔交错”意即阴阳迭运，其所描述的是天文星象的回天变化。星象之运行时刻在变，或东升西落，或天渊两别，这种星象运行的位置变化不仅可以象征阴阳的变化，同时更预示着时间的变化。古人以“刚柔”表述阴阳，既有时间的意义，也有空间的意义，而天象的特征乃在于变，这一点恰好可以借助阴阳思想而加以表现。故先民观测天象，其目的即重在掌握其变化规律，唯知其变，时间系统才可能建立。而与随时变化的天象不同，“文明以止”之“止”则在强调思想与制度的相对不变。如果说变是天象的基本特征，那么因人文制度与思想观念重在传承，其所表现的必然是恒守不移的不变传统。因此对于制度与思想而言，古人更怕其变，而希望其不变，如此才能完成对人类创造的一切知识、思想与制度的有序继承。天文不变则无以知时，人文若变则无以成传统。《易传》以变与不变的对比，准确地阐释了天文与人文的本质特征，这对客观理解上古文明是极为重要的。显然，先民求天文之变以建立时间，求人文之不变以形成传统，这些思想既体现了天文作为文明之源的思考，也揭示了天文与人文的本质内涵。

源于天文的人文制度与思想的形成，由于其内涵不同于天文所具有的时间意义，而重在强调人及社会之郁文，因此其作用则在于“化成天下”。这里的“化”意即以文明或人文教化，实际也就是以文治化，这当然涉及了古人对“文化”的理解。

是故先王之制礼乐也，非以极口腹耳目之欲也，将以教民平好恶而反人道之正也。……是故君子反情以和其志，比类以成其行。轰声乱色不留聪明，乐慝礼不接心术，惰慢邪辟之气不设于身体，使耳目鼻口心知百体皆由顺正以行其义。

即在强调人之身体与思想都须以顺正之方向行乎道德，这便是“化”字以正人之象以喻德化的本旨。《荀子・正论》：“尧、舜，至天下之善教化者也，南面而听天下，生民之属莫不振动从服以化顺之。”同样表达了教化以顺正的思想。德化实在于端正人心，端正之心即为化成以正人。故“化”字所体现的文治教化的本义极为鲜明。而《易传》以人文化成天下，表述的正是这一思想。

准此可知，古人所谓之文化同文明一样，也不是指人类技术的进步与物质的丰足，而在强调文德教化之尚德追求。《说苑・指武》：“圣人之治天下也，先文德而后武力。凡武之兴，为不服也，文化不改，然后加诛。夫下愚不移，纯德之所不能化，而后武力加焉。”所言“文化”本即以文德教化为义甚明。《文选・束广微补亡诗由仪》：“文化内辑，武功外悠。”李善《注》：“言以文化辑和于内，用武德加于外远也。”其以文化与武功相对，以文德与武德并举，以内和以外远互称，皆明文化本即以文德治化于心，此文明、文治之谓也。

三、中国原始文明的基本内涵

中国的传统文明体现着一种独具特色的字宙观。我们所说的广义的宇宙观是指中国古代先民对于天、地、人之间相互关系的独特思考，这种思考虽然源出于一种最朴素的观象活动，但却是以古人对于时空的规划、政治制度与宗教观念的形成、祭祀及典章制度的完善，以及哲学思辨与科学证认的形式呈现的，显示出天文对于人文的深刻影响。

东西方文明的本质差异即在于两种字宙观的不同。中国传统的字宙观博大而包容，和而不同，这个特点不仅来自于古人对于天人关系的认识，而且也造就了独具特色的传统文明。很明显，对中国上古文明的研究不可以抛弃其赖以建立的宇宙观背景。

中国原始文明的诞生是从初民有意识地对空间与时间的规划开始的，事实上在他们创造出独具特色的时空知识体系的同时，也完成了对时空关系的思考，而时空体系的建立以及时空关系的思考都必须基于相应的天文观测才可能完成。中国传统的时空关系表现为空间决定时间，这不仅意味着辨方正位成为一切用事的基础，从而决定了古人对于子午线的重视以及诸如都邑、茔域等的方正布局，而且对于传统文化中有关时空问题的理解，也都需要首先建立这种时空关系的背景。先民通过对时空的规划建立起一整套有关空间、时间的基本概念及表现形式，而且将时空体系与阴阳哲学彼此结合，建构了独具特色的文化传统。

阴阳的思辨虽然是对万物生养原因的哲学解释，但其本质却同观象授时的工作一样重在祈生，这使以观象为基础的时间体系成为表述阴阳的最理想的形式，从而形成传统的阴阳合历以及以阴阳为核心的时空传统与原始宗教传统。

空间方位的精确辨正显然得益于染表的发明，这种天文仪器的出现成为天文观测精确化的必然结果。在中国传统的五方观念中，中的位置不仅是立表的位置，而且在早期文明社会，立表的活动由于被统治者所垄断，从而导致时空体系、政治制度与宗教思想的结合，使居中而治的传统政治观逐渐形成。

上古王权的基础当然在于对观象授时的掌握，由此则逐渐发展出君权天授的政治思想。因此根据传统的政治观，人君治民实受天命而为，故其配帝在下，所居之位也必依近于天。《逸周书・度邑》言武王治民作邑“其惟依天”，何尊谓武王定天保而直告于天，且宅中域以义民，都体现了这一根本思想⑨。古人以为，授命之帝居于天之中央――北极，则人王若要依天而立政，就必须居于地之中央。故王庭的选建首先就要解决以圭表求测地中的问题⑩，从而形成以地中为中心的中域、中土、中国、中原的政治地理概念，以及相应的居中而治的传统政治观。《论语・尧日》：“天之历数在尔躬，允执其中。”即是这种观念的反映。

王庭选建于天地之中意味着建筑于观象授时基础上的政教合一的王权具有了政治和宗教上的合法性，所以，居于中央的王庭对四方的统治必须通过于王庭所在的内服周围分封诸侯而实现。外服诸侯所建立的实体为“国”，而由王庭及其所统御的侯国所形成的内外服政治实体则称为“邦”，国对于中央王庭首先具有的就是拱卫的义务，同时通过贡纳的形式以表现其对王庭的臣服。西周大盂鼎称武王嗣文王之业而“作邦”，即此之谓。而外服侯国以外的“方”则对王庭时叛时服，所以王所巡守之邦本及四国――四方之诸侯国，形成早期家天下王朝的基本政治格局。而王更以耀德使四方荒服之“方”归附宾服，形成更广大的内外服政治实体。西周昭王世之作册令方彝铭云周舍命于“三事四方”，即是这种政治格局的真实反映。

由立表测影而产生的“中”的观念事实上包括三方面的内涵。其一，因立表测定空间方位所获得的“中”具有“中央”的内涵，这是居中而治的传统政治观的基础，对中国传统政治制度及都邑制度的形成具有深刻的影响。其二，立表测影的工作必须以校正表的垂直为前提，由此获得的“中”则具有“中正”的内涵，从而直接影响着“中庸”哲学观的形成。其三，表所居的位置在中央，其又以中正的状态呈现，这个位置显然是最为和谐且不偏不倚的，由此又引申出“中和”的内涵，从而使“中”最终具有了阴阳哲学的义涵。

由于观象授时的工作始终为统治者所垄断，这使天文学从其诞生的那天起即具有了强烈的政治倾向。很明显，在生产力水平相当低下的远古社会，如果有人通过自己的智慧与实践掌握了在多数人看来神秘莫测的天象规律，并通过敬授人时维系着氏族的生存，那么这种知识本身也就具有了权力的意义。事实上，当观象授时作为王权政治的基础存在的时候，人王的权力源于天授的认知便自然产生了。基于这样的认知，至上神上帝开始被创造，帝廷组织得以建构，帝与人王的直接血缘关系得到确认，以祖配天的观念由此形成，进而对天地、天象、祖先、社稷的祭祀及相应的典章制度与礼器制度，以及有关阴阳、刑德的哲学思考相伴而出现。不仅如此，政治观的形成必须创造出王权的象征形象，而龙星以其授时主星的地位具有了这种资格。畿服的规划与王庭的建制必须体现出尊卑的差异，古人对于时空的认识最终解决了这个问题。人居于天地之间如何才能合于天地之道而永续恒久，这种思考使先民选择了顺时施政的用事法则。而宗教观的建立则又需要首先确定上帝的居所以及帝与人王的关系，于是有关天极、极星、璇玑的认识相继完成，而在确立帝作为天子嫡系祖先的同时，也创造出了帝的世俗形象。显然，天文学不仅导致了君权神授、天命观念的形成，而且直接关系到原始宗教观、古代祭祀制度及礼仪制度的建立。而就古典哲学而言，如果说儒家哲学的天命、中庸、道德等核心思想乃是对传统宇宙观的继承的话，那么道家的思辨哲学简直就是借助天文学的研究完成的⑩。

篇5

宇宙大爆炸

现在科学界所公认的宇宙起源理论，当然是“大爆炸理论”。这个理论本身就是科学推理的一个结果。由于这个理论得到了许多天文学观测结果的支持，因而现在成为宇宙起源的主流思想。那么，这个理论到底说的是什么呢?

所谓大爆炸理论，就是认为宇宙起源于一次“大爆炸”。这只是一个形象的说法，并不同于我们通常意义上理解的爆炸。宇宙大爆炸理论有一个基本的出发点，那就是相信宇宙在不断地演化，而且具有一个起点。那么，这个起点是什么样子的呢?

在宇宙的起点，也可以说是宇宙的零点，此时的宇宙没有时间，没有空间，没有任何现在能看到的天体，只是一种温度和密度都无限高的真空状态。这就是宇宙的起点。那么有人会问，在这之前，宇宙是什么状态呢?我们现在只能说，因为没有时间，所以不存在“之前”的概念，因而不存在这个问题。那么，时间是怎么产生的呢?时间是随着宇宙爆炸而产生的。宇宙从这个起点开始，一瞬间就发生了急剧的暴涨。就是这个暴涨产生了时间、空间和物质。从这个暴涨开始，宇宙才逐渐演化，成其为今天人们看到的宇宙的样子。

对于初次接触大爆炸理论的人来说，有人也许会觉得荒诞不经。人类千万年以来，都生活在生机盎然的地球上，白天有辉煌的太阳，夜晚有璀璨的星辰，怎么能想到，这个看似妙趣横生的世界，其诞生之初竟然是这么机械，这么了无趣味。科学所提供的这个宇宙诞生的图像就是这样。相对于“开天辟地”和“上帝创世”的神话传说，宇宙大爆炸的过程显得非常单调和乏味。那么，为什么这一理论成为科学界所公认的理论呢。正如前文所说，因为它得到了科学观测的支持。

科学证据何在?

1929年，美国天文学家哈勃提出了哈勃定律。根据长期的天文观测，他发现，星系的红移量与星系间的距离成正比。这就是哈勃定律。根据这一定律，人们可以推导出，所有的星系都在互相远离；而且，距离地球越远的星系运动速度越快。这一发现在当时就引起了轰动。也就是说，如果逆着时间把星系现在的运动向前追溯，那么，在一百亿和二百亿年前之间的某一时刻，所有的星系似乎都应该聚合在一起，而形成一个点，这就是宇宙的起点。

1962年，通过大量的观测，科学家们发现在天空的各个方向上，都能够均匀地探测到X射线。随后，在1965年，人们又发现了来自太空的微波辐射，同样是在天空各个方向上均匀分布的，而且不论在哪个方向上，其均匀程度都令人称奇。这就是所谓的宇宙微波背景辐射。微波背景辐射无处不在。在生活中，我们都有这样的经验：如果没有电视信号，就会在电视屏幕上看到雪花般闪烁的图像。造成这种图像的部分原因就是无处不在的微波背景辐射。

微波背景辐射是20世纪天文学最重大的发现之一。而更令人称奇的是，早在之前的20世纪40年代，宇宙微波背景辐射居然已经被俄裔美籍物理学家伽莫夫所预言，因为宇宙微波背景的存在是宇宙大爆炸理论的一个直接推论。这样一来，由物理学家伽莫夫等人提出的宇宙大爆炸学说，就立刻成为科学界最关注的宇宙起源理论。

疑点重重

其实，早在1927年，比利时数学家勒梅特就提出类似的观点。他认为，最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，经过一次开天辟地般的大爆炸，宇宙中的物质分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。这一原始的想法经过不断修正，形成了今天的大爆炸理论。而伽莫夫的贡献在于，他描画了宇宙爆炸之后的整个演化过程，即宇宙后来形成各种星球和星系的整个过程。

篇6

一、太阳系的起源

自从1755年康德提出第一个太阳系起源的星云说以来，已有40多种学说问世，但没有一种学说是比较完整的和被普遍接受，太阳系起源至今仍是争论不休的宇宙之谜。

太阳系起源包含两个基本问题：太阳系中行星的物质从何而来和行星是怎样形成的，按行星物质的来源，可把各种学说分成三类：①灾变说或分出说，认为行星的物质是因某一偶然事件从太阳分出的；②俘获说，认为太阳是从恒星际空间俘获物质，形成星云，后来演变成行星；③共同形成说，认为太阳系中所有天体是由同一原始星云形成的，星云中心部分的物质形成太阳，的物质形成行星等天体。

对行星的形成方式，大致有5种看法：①先形成环体，然后由环体形成行星；②先形成很大的原行星，再演化成行星；③先形成中介天体，由中介天体结合成行星；④先形成湍涡流的规则排列，在次级涡流中形成行星；⑤先凝成固体星子，再由星子集聚形成行星。

二、太阳系的主要成员

国际天文学联合会大会于2006年8月24日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”，许多人感到不解，为什么从儿，时起就一直熟知的太阳系“九大行星”概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级”?

“行星”这个说法起源于希腊语。原意指太阳系中的“漫游者”，近千年来。人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星19世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星”变成了9颗，此后，“九大行星”的说法已家喻户晓。

不过，新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑，天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处，冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方，20世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体，比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。

布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战，国际天文学联合会大会通过的新行星定义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。

大会通过的决议规定，“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体，在太阳系传统的“九大行星”中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求，冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被降级为“矮行星”。

1　水星(the Planet Mercury)

水星是九大行星中最靠近太阳的行星，它也是太阳系中运动最快的行星，水星公转平均速度为每秒48千米，公转周期约为88天，而水星的一昼夜则为我们的176天，白天和黑夜各88天。

水星内部推测为铁核，表面为固态岩石，被陨石砸得满是坑洞，地貌酷似月球，它的直径也和月球相当，质量是地球的0.05倍。

水星大气非常稀薄，昼夜温差很大，阳光直射处温度高达427℃，夜晚降低到-173℃。

水星没有卫星，那里没有“月亮”，因此水星的夜晚是寂寞的。

2　金星(the Planet Venus)

天亮前后，东方地平线上有时会看到一颗特别明亮的“晨星”，人们叫它“启明星”；而在黄昏时分，西方余辉中有时会出现一颗非常明亮的“昏星”，人们叫它“长庚星”，这两颗星其实是一颗。即金星，它是离地球最近的行星。

从结构上看，金星和地球有不少相似之处，金星的半径比地球半径小300千米，体积是地球的0.88倍，质量为地球的4／5；平均密度略小于地球，但两者的环境却有天壤之别：金星的表面温度很高，不存在液态水，加上极高的大气压力和严重缺氧等残酷的自然条件，金星不可能有任何生命存在，因此，金星和地球只是一对“貌合神离”的姐妹。

金星大气中，二氧化碳最多，占97％以上，同时还有一层厚达20到30千米的由浓硫酸组成的浓云，金星表面温度高达465℃～485℃，大气压约为地球的90倍。

金星自转一周要243天，所以金星上的一昼夜特别长，它绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆形，其公转周期约为224.70天。

3　地球(the Earth)

在地球上看来，这颗有着广阔天空和海洋的行星总给人以坚实、巨大的感觉，然而在太空中，地球给宇航员们的印象却并非如此，在一层薄而脆弱的气体笼罩下的地球并不见得有多大。

地球是距太阳最近的第三颗行星。离太阳的距离大约是115亿千米，地球用365.256天绕行太阳一周，并用23，9345小时自转一圈。

地球的大气里78％是氮气，21％是氧气，余下的1％是其他成分，地球表面的平均温度是15℃，平均气压1.013×105帕。

由于地球自转轴与公转轨道平面斜交成66°34′的倾角，在地球公转过程中这个角度始终不变，因此在一年中，太阳的直射点总是在南北回归线之间移动，于是产生了昼夜长短和四季的交替。

4　火星(the Planet Mars)

肉眼看去，火星是一颗引人注目的火红色星，它缓慢地穿行于众星之间。

由于火星距离太阳比较远，所接收到的太阳辐射能只有地球的43％，因而地面平均温度大约比地球低30多摄氏度，昼夜温差可达上百摄氏度。

火星属于类地行星，有固态的外壳和铁核，密度比较大。

地表也存在大气，其主要成分是二氧化碳，约占95％，还有极少量的一氧化碳和水汽，火星表面的土壤中含有大量氧化铁，由于长期受紫外线的照射，铁就生成了一层红色和黄色的氧化物，夸张一点说，火星就像一个生满了锈的世界。

火星的自转和地球十分相似，自转一周的时间为24小时37分22.6秒，火星上的一昼夜比地球上的一昼夜稍长一点，火星公转一周约为687天，火星的一年约等于地球的两年。

火星有两个卫星，靠近火星的一个叫火卫一，较远的一个叫火卫二，由于火星在希腊神话中被看作是战神阿瑞斯。所以天文学家以阿瑞斯的两个儿子――福波斯和德瑞斯命名它的两颗卫星。

5，木星(the Planet Jupiter)

木星是距太阳最近的第五颗行星，是太阳系中最大的行星，如果木星的内部是空的，它能装下一千多个地球。

木星的大气非常厚，可能它本身就像太阳那样是个气体球，其大气的主要成分是氢和氦，平均温度为－121℃。

纬线上色彩分明的条纹、翻腾的云层和风暴象征木星多变的天气系统。

木星是太阳系中卫星数目较多的一颗行星，迄今为止人们已经发现木星有16颗卫星，其中的4个(木卫四、木卫二、木卫三和木卫一)早在1610年就被伽利略发现了，它们与木星组成了一个家族：木星系。

6，土星(the Planet Satum)

土星是距太阳最近的第六颗行星，并且是太阳系中的第二大行星。

由于土星的快速自转，它的两极明显扁平，它自转一圈仅用10小时39分钟，公转周期为29.5个地球年。

土星云层的平均温度为－125℃，它的大气主要由氢和少量的氦、甲烷组成，土星是太阳系中唯一密度比水小的行星，假如有一个足够大的海洋，它会浮在水中。

像木星、天王星、海王星一样，土星上没有陆地。

土星环系统使它成为太阳系中最漂亮的星球，环分为几个不同的部分，包括较明亮的A和B环，以及较暗的C环。

土星环形成的原因还不十分清楚，有一种说法认为这些环是由一些小型彗星和流星撞击土星较大的卫星产生的碎片形成的，土星环的构成还不能确认，但这些环明显含有水，它们也许是由非常微小的冰块和(或)雪团构成的。

土星有18个已经确认的卫星，是太阳系中卫星最多的行星，1995年，科学家使用哈勃太空望远镜又发现了4个可能存在的土星新卫星。

7　天王星(the Planet Uranus)

天王星是一颗远日行星，它是一个蓝绿色的圆球。表面具有发白的蓝绿色光彩和与赤道不平行的条纹，这大概是由于自转速度很快而导致的大气流动，天王星公转一周要84年，自转周期则短得多，仅为15.5小时，

天王星的密度很小，其大气的主要成分是氢、氦和甲烷。

天王星的自转轴几乎与公转轨道面平行，赤道面与公转轨道面的交角达97°551，也就是说它差不多是“躺”着绕太阳运动的，于是有些人把天王星称作“一个颠倒的行星世界”。

天王星上的昼夜交替和四季变化也十分奇特和复杂，太阳轮流照射着北极、赤道、南极、赤道，因此，天王星上大部分地区的每一昼和每一夜，都要持续42年才能变换一次，太阳照到哪一极，哪一极就是夏季，太阳总不下落，没有黑夜；而背对着太阳的那一极，正处在漫长黑夜所笼罩的寒冷冬季之中，只有在天王星赤道附近的南北纬8度之间，才有因为自转周期而引起的昼夜变化。

天王星和土星一样。也有美丽的光环，色彩斑斓，美丽异常，天王星有15颗卫星，几乎都在接近天王星的赤道面上，绕天王星转动。

8　海王星(the Planet Neptune)

海王星是太阳系中最外缘的一颗大行星，每165年绕太阳一周，而它的自转速度非常快，一天仅为16小时7分钟。

海王星的外面一层是氢、氦、水和甲烷-组成的气体的混合物，而甲烷赋予了海王星云层蓝色的外观，目前科学家只探测到海王星云层的平均温度为－193℃至-153℃。

海王星是个多变的行星，它有几个巨大的黑斑，让人想起木星风暴“大黑斑”，最大的一个“大黑斑”有地球那么大，海王星上也有像其他行星一样的强风，相对于行星的自转方向，大多数风向都是向西吹的，大黑斑附近风速可以达到每小时2000千米。

海王星有8个卫星，其中的6个是由旅行者号发现的，海王星有四个狭窄而模糊的环，这些环可能是由小型陨石撞击海王星卫星而形成的尘埃组成的。

三、太阳系的命运

据国外媒体报道，天文学家们在日前一个古老的星系的探测中发现其中一颗恒星周围的小行星碎片随着恒星的死亡而慢慢消失了，就好像原地蒸发了一样，这一发现成果被发表在了最新一期的《自然》杂志上，文章称，这一发现暗示着太阳系的命运，因为这个小行星碎片有可能是由于重力才会漂浮在恒星的周围，而这一点与我们所在的太阳系非常相似，太阳的引力支持着行星围绕在其周围，也许再过几十亿年。太阳系也会重演这一历史，走向灭亡。

沃里克大学的天文学家鲍里斯・格里克在对数百颗白矮星的光谱进行研究后，发现了白矮星周围存在冰冷的灰尘星云的证据，白矮星是一种已经死亡的恒星，其外层物质不断脱落，飘向宇宙，但其周围还存在着一些行星，这一点与太阳也非常相似。

格里克和他的同事们研究发现，白矮星周围的灰尘云团是由于小行星的作用而形成的，而且这种云团具有类似潮汐的性质，时强时弱，他们认为，造成这种情况的原因是恒星周围的行星运转影响了小行星的运行轨道，从而使得灰尘云团出现周期性的变化，恒星的引力及释放出的热量对于灰尘云团也会产生一定的影响，综合这些因素灰尘格里克云团存在的时间变得很短，最终变成体积不一的新小行星围绕着恒星运转。

篇7

它被称为“天眼”，用来倾听宇宙深处的声音、观测宇宙奥秘。

尽管还有一段时间FAST才能正式竣工，但这个位于贵州黔南州平塘县大窝凼的世界第一大单口径射电望远镜早已按捺不住，在工程的最后冲刺阶段便摩拳擦掌，开始接收来自宇宙的信号。

7月3日，随着FAST的最后一块“镜片”吊装完毕，其主体工程反射面单元系统――那口“大锅”宣告完工。

作为射电望远镜，FAST的基本原理和人们常见的锅式卫星天线相差无几，主要由反射信号的抛物面和接收信号的馈源两大部分组成，通过“锅”的反射聚焦，把几平方米到几千平方米的信号聚拢到一点上。只不过，FAST这口“锅”更大，接收面积相当于30个足球场。

如今“大锅告成”，科学家未来将在这口“锅”里做出什么“菜”？那些人类用肉眼难以感受到的宇宙信号又将给这个世界开启一扇怎样的窗户？备受关注的地外文明能否通过这口“大锅”得以证实或证伪？

从老式电视上的雪花点说起

当老式电视收不到信号时，屏幕上不是一片空白，而是闪烁着密密麻麻的雪花点。其实，这些雪花点就是电磁波信号，其中也包括来自太空的射电辐射。

1933年，美国贝尔实验室的科学家用一台灵敏度很高的接收机意外发现了来自银河中心稳定的射电辐射，从此开启射电天文学的大门。

用过“锅盖天线”的人都知道，锅盖口径越大，电视画面也越清晰。对于射电望远镜来说，口径越大看得越远。全世界的射电天文学家都追求建造更大口径的“锅盖”，以提高射电望远镜的灵敏度。

中国科学院国家天文台研究员、FAST工程副经理彭勃说，射电望远镜在设计建造之初就曾遇到经费紧张的问题，但不管减什么科学家们都不愿缩小望远镜的口径。

“宇宙空间混杂各种辐射，遥远的信号像雷声中的蝉鸣，没有超级灵敏的耳朵根本分辨不出来。”FAST工程首席科学家、总工程师南仁东说。

此前，世界上最灵敏的射电望远镜分别是德国波恩100米望远镜和美国阿雷西博300米望远镜。前者可以移动“摇头”，后者则借助波多黎各岛上的喀斯特洼坑建造。

1993年国际无线电科学联盟大会上，包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”的倡议，渴望在电波环境彻底毁坏前，回溯原初宇宙，解答天文学中的众多难题。

“造世界第一大口径射电望远镜，是南仁东老师和几位前辈的梦，体现了中国天文学家的鸿鹄之志。”彭勃说。

1995年底，北京天文合国内20余所大学和研究所成立了射电“大望远镜”中国推进委员会，提出利用贵州喀斯特洼地建造球反射面，即“阿雷西博型天线阵”的喀斯特工程概念。

此后，中国科学家们进一步推进喀斯特概念，提出独立研制一台新型的喀斯特单元，即500米口径球面射电望远镜。

为了给新一代射电“大望远镜”安家，科学家们通过卫星遥感把贵州喀斯特山区翻了个遍。彭勃回忆，当时天文台委托两家院所进行独立搜寻，从300多个候选洼坑中遴选。结果，位于黔南州平塘县的大窝凼两次都获最高分。

贵州天然喀斯特洼坑提供的条件始终都是中国大射电望远镜最独到、成为世界最大最强的基础。

对准银河系外脉冲星

按照FAST工程设计，洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面，反射面通过索网带动，可以在射电电源方向上形成300米口径的瞬时抛物面，使望远镜接收机可以同传统抛物面天线一样处在焦点上。

如今，反射面单元完工，用FAST工程总工艺师、中国科学院国家天文台研究员王启明的话说，就好比500米口径的“大锅”建成了，300米的“碗”可以在“大锅”里滚来滚去，以便接收宇宙信号。

事实上，FAST在此之前的调试过程中就已经接收到一些信号――这口“大锅”的每一次调试，从某种意义上来说，都是一次信号“接收”的过程。FAST工程常务副经理、中国科学院国家天文台副台长郑晓年说，这也是大科学工程的特点，即边研究边制造，边调试边使用。

目前，科学家正在对这些一手的宇宙信号进行分析处理。郑晓年说：“现在还不能确认。要过滤掉背景的杂音，看看它究竟‘听’到了什么。”

毕竟，处于调试阶段的“倾听”环境不够理想，因为FAST无法忍受一个充斥着电波的环境。南仁东曾有一个形象的说法：“不要说用手机，就算是附近使用电器，或者几十公里外有飞机向地面发送信息，在FAST那里都会造成一场电磁风暴。”

因此，平塘县大窝凼的“天坑”里不通电线，没有大型工业，最近一个乡镇在5公里外。

郑晓年说，一旦FAST正式运行，其方圆5公里将被划为无线电宁静区。这意味着可以发射无线电信号的电子设备都将被禁止使用。对这口“大锅”来说，这将是一个极佳的观测环境。

“如果有人在月球上打手机，我们也可以听到。”郑晓年以此来形容FAST的灵敏度。

根据科研团队的设想，一旦FAST正式运行，首要科学目标即是“观测脉冲星”。脉冲星是大质量恒星演化的最终产物，人类未来有望把脉冲星改造成星际导航，为宇宙飞船指明方向。

不过，目前已观测到的约2000颗脉冲星均在银河系内，郑晓年说，FAST将对准的是银河系外的脉冲星，这对天文界来说也将是一个突破。

或能用于寻找外星人

号称“看得最远”“听力最灵敏”的FAST能收到遥远太空外星文明的信号吗？对这个很容易吊起大众胃口的话题，天文界并非没有议论。一种说法是，今后一二十年里，如果地球接收到外星人释放的信号，那一定有FAST的功劳。

对此，郑晓年坦言：“地外文明在天文学界还存有争论。毕竟，科学讲究试验可验证的，但一些关于地外生命的可疑信号却均因没能重复而无法确认。”

不过，不管是科学界的切实研究，还是科幻界的异想天开，人类在探索未知宇宙的道路上从未停下前行的脚步。

FAST就是一只备受期待的“灵敏大耳朵”。FAST工程总经理、中国科学院国家天文台台长严俊说， 与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比，FAST灵敏度提高约10倍，与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博 300米望远镜相比，其综合性能提高约2.25倍。

在FAST最后一块“镜片”的吊装现场，作为受邀来现场观摩的嘉宾，科幻作家刘慈欣为眼前的这个大家伙感到震撼。这让他想到了自己的作品《三体》里中国探寻外星文明的绝秘计划“红岸工程”。

不少年轻的科学爱好者会把FAST与“红岸工程”相提并论，对此，刘慈欣表示，两者并不相同――FAST只用来接收信号而不能向外界主动发射信号，这说明现实中的人类在设计上相对谨慎。他十分期待有一天人类可以通过FAST接收到外星信号。

郑晓年表示，寻找地外生命的确是FAST的一个目标所在，不过，它更像是排在菜单末尾的甜点。在天文学家眼中，FAST试图回答的是更久远的问题，比如宇宙演化、脉冲星探测和星际分子。它将帮助解开宇宙初始混沌、暗物质分布与大尺度结构以及星系演化等领域的谜团。

“许多人类探索宇宙的未解之谜都有望从它身上找到答案。但究竟能看到什么，在科学研究出来之前，一切都不好说。”郑晓年说。

射电天文学已是诺奖摇篮

与光学望远镜相比，射电望远镜有不少优势，比如，无线电波可穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃，因而射电望远镜可以观测更遥远的未知宇宙。

这也让FAST所在的射电天文学领域处于天文研究的前沿地带，并成为诺贝尔奖的摇篮。在诺贝尔奖历史上，明确基于天文观测的10项获奖成果中，有6项出自射电望远镜。

按照严俊的说法，全新的设计思路加上得天独厚的地址优势，使FAST突破了射电望远镜的百米极限，开创了建造巨型射电望远镜的新模式，并将在未来20年～30年保持世界一流设备的地位。

FAST未来如何运行，是否会向国际同行开放共享的问题也备受关注。FAST工程办公室主任张蜀新表示，FAST将向全球开放，但也会遵循国际惯例，优先选择本国科学家的项目。郑晓年也表示，通过观测更深远、更清晰的宇宙，无论是在最热的脉冲星领域还是在引力波探测方面，FAST都将为中国科学家带来前所未有的机遇。

按照计划，FAST将在今年9月正式竣工，随后进入全系统调试阶段。

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揭秘FAST四大独门绝技

独门绝技一：大口径 看得远

射电望远镜最重要的指标参数就是灵敏度。灵敏度越高，望远镜探测微弱无线电的能力越强。而要想提高灵敏度，就需要扩大射电望远镜的口径。FAST的口径达到了世界之最――500米。理论上，FAST能接收到137亿光年以外的电磁信号，这个距离接近于宇宙的边缘。

400年前人类第一架天文望远镜的口径仅有4.2厘米，FAST的口径是它的12000倍。

独门绝技二：灵活自如的巨眼

根据FAST的工作原理，当它观测天体时，会随着天体的方位变化，在其500米的球冠状主动反射面上实时形成一个300米直径的瞬时抛物面，并通过这个抛物面来汇聚电磁波。

如果把FAST比作一只巨大的眼睛，那么这只巨眼的眼球直径有500米，而负责接收光线的眼珠直径有300米。FAST就是靠这个巨大灵活的眼珠来汇聚电磁波、观测深空。

独门绝技三：毫米精度

FAST的设计目标是把覆盖30个足球场的信号聚集在药片大小的空间里，否则就无法监听到宇宙中微弱的射电信号。500米的结构处处都是头发丝般毫米级的精度要求。用来编织索网的7000多根手臂般粗细的钢缆，每一根的加工精度都被控制在一毫米以内。最终的500米口径的天线精度是3毫米，每一块小面板的制造精度是1.5毫米。

篇8

刘洁民：首先必须承认，中小学科学课程的综合化是一个国际趋势。十多年来，我一直从事初中科学课程标准研制和课程实验，正是因为我坚信这门课程有利于提高学生的科学素养，符合我国初中科学教育的需求。但是，全面实施综合化的科学课程，需要在师资、课程资源、评价等方面有坚实的基础，还需要全社会对新的科学教育理念有足够的认同。2000年开始研制初中科学课程标准实验稿时，我们希望从少量实验区开始实验综合科学课程，用大约十年时间在全国大范围推广。现在看来，我们当时是太乐观了。经过这十多年的努力，目前科学课程资源已经有了明显的改善，但师资与评价等等诸多问题仍然存在，制约着综合科学课程的发展，社会认同程度也有待提高。另一个不容忽视的因素是，中国很大，不同地区的经济、文化和教育发展水平有较大差异，不可一概而论。因此，从我国初中科学教育现状来看，初中科学课程究竟应该采取综合的形式还是分科的形式，既不是单纯由课程本身的价值与合理性所决定的，也没有一个简单的答案。随着新课标的颁布，我们希望新的科学教育理念获得更广泛的理解和支持，也希望有更多的科学教育工作者在初中科学课程的师资培养、课程资源开发、评价体系的建立与完善等方面做更多的努力，为综合性的初中科学课程在我国的健康发展创设必要的条件和机会，从而进一步提升我国中小学生科学素养。

《中国教师》：初中科学课程被确定为“以提高学生科学素养为宗旨的课程”，实验稿并没有明确界定什么是科学素养，但2011年版课程标准中作了明确界定，您能否对此做一点说明？

刘洁民：“科学素养”概念是西方学者于20世纪50年代提出的，是一个不断发展的概念。2000年研制实验稿时，国内尚没有一个得到公认的科学素养概念，国际学术界的说法之间也有较为明显的差异，为避免争议，实验稿没有正面给出界定，但其中对课程总目标的表述实际上代表了研制组对科学素养的理解。2006年，国务院颁布了《全民科学素质行动计划纲要(2006—2010—2020年)》，其中明确写道：“科学素质是公民素质的重要组成部分。公民具备基本科学素质一般指了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。”此后国内大多数学者较为普遍地接受了这个界定。在修订课程标准过程中，修订组专家一致认可这个界定并将其写入前言，作为“课程性质”第一条的主要内容，只是根据学术界较通用的说法将其中使用的“科学素质”改为“科学素养”。我认为，明确对科学素养的理解，对于读者更深刻准确地理解课程标准显然有直接的帮助。

《中国教师》：与实验稿相比，2011年版课程标准关于科学本质的部分篇幅增加了一倍，请问其中的主要变化是什么，为什么会有这样的变化？

刘洁民：科学本质是当代科学教育中的重要内容，增进学生对科学本质的理解是科学教育的重要目标之一，也是近年来各国科学教育高度关注的问题。20世纪80年代以来，西方一些科学教育家以建构主义为指导思想，倡导一种将科学史、科学哲学和科学社会学（History，Philosophy and Sociology of Science，简称HPS）融入中小学科学课程和教学的科学教育模式，以促进学生对科学本质的理解。《美国国家科学教育标准》、美国科学促进协会“2061计划”丛书都有较多篇幅谈科学本质，将其放在重要位置；英国国家科学课程标准中也对各个学段的科学本质教育提出了相应的教学要求。在中国，长期以来，科学本质主要是科学哲学、科学史、科学社会学等学术领域关注的话题，直到20世纪90年代才明确进入科学教育领域。2001年的实验稿明确将对科学本质的认识作为课程基础，并将“体现科学本质”作为课程基本理念之一。

与实验稿相比，2011年版对科学本质的表述更为明确和详细，增加了对科学知识基本形式和建构过程、科学探究过程以及科学伦理的描写。全部内容分为四段：

第一段从科学知识建构的角度概述科学的性质，也是大家普遍所了解的，即科学是一个有价值的知识体系。

第二段着重谈科学探究。在教育的范畴中谈探究，探究往往被作为教学的手段，但在科学的范畴中，探究是本质，是人类发现知识的方法和途径。鉴于教学实践中大家对科学探究的片面理解甚至误解，课程标准中给予了非常清晰的表达：科学探究是创造性思维活动、实验活动和逻辑推理交互作用的过程，往往需要经过多次循环，不断有新的发现和问题，在解决这些问题的过程中推动科学的发展。

第三段说明科学是开放的系统，是一个不断发展的过程。教师可以借用一些科学史上的著名案例，引导学生理解科学的开放性和发展性。例如，根据直接的观察和朴素的推理，世界各古代文明都曾产生过原始的地平说，并认为日月星辰都围绕大地运转。公元2世纪，希腊天文学家托勒密运用数学方法处理前人的观测结果，构建了一个相当精致的地心说理论体系，代表了当时的科学认识水平。但是，随着观测仪器精准度的提高和新的观测结果的积累，科学家们发现了越来越多无法用地心说解释的现象，1543年哥白尼发表了日心说理论，其正确性直到17世纪以后才随着其他科学理论的发展而逐渐确立。19世纪以后，人们进一步认识到太阳并不是宇宙的中心。再比如，对地球形状和大小的认识，对物质结构的认识，对生命本质的认识，都是随着人类科学探究能力的提高而不断改进的。所以，科学不是僵化的、封闭的，而是在不断发展进步中。认识到这些，对促使学生形成正确的科学观、世界观非常重要。

最后一段说的是科学伦理。科学家是人，科学是人类活动，科学家在从事研究和相互交往的过程中既要受到人类社会基本法律和伦理的制约，还要受到科学规范、科学伦理的制约。20世纪以来，科学技术对人类的生活方式和自身安全的影响越来越深远，例如核能、人类基因组、转基因等研究既可以造福于人类，也为研制大规模杀伤性武器提供了基础，而克隆人研究则带来一系列伦理和法律问题。正因为科学技术对人类社会的影响太大了，因此其发展必须受到全社会的关注，虽然历史上多次发生世俗伦理和法律阻碍科学发展的事件，但必要的法律、伦理制约仍然是不可缺少的。

以上对2011年版中关于科学本质的部分作了十分简略的解说，课程标准解读对此有更详细的说明。由于初中科学课程是体现科学本质的课程，因此，正确认识科学本质，对科学教科书的编写和科学课程的教学都有至关重要的意义。

《中国教师》：实验稿基本理念中有一条是“突出科学探究”，2011年版中改成了“体现科学探究的精神”，课程目标和课程内容中对科学探究的表述也有明显的改变，请问主要变化是什么？对科学课程的实施将会产生什么样的影响？

刘洁民：课程改革之前，我国的理科教学习惯于以教师讲授为主，很多学校的理化生课程连学生需要完成的最起码的理科实验都不能保证，更谈不到以科学探究的方式实施教学。针对这种情况，实验稿对与科学探究有关的内容在表述上作了强化处理，试图引起广大一线教师和科学教育界的重视。经过十年来的课程改革，科学探究的理念已经较为普遍地为人们所接受，但在课程实验中却出现了两方面问题：一是表面化，即看起来像是探究式的科学教学，其实不然，例如师生问答、学生活动及动手实验等，表面上在探究，实际上学生根据教师安排好的套路作出机械反应，缺少真正的思考和理解；二是模式化，即把科学探究过程固定为一个统一的模式。为纠正表面化的倾向，2011年版强调“体现科学探究的精神”，其含义不言而喻。为纠正模式化的倾向，2011年版在表述科学探究的课程内容时明确指出，“科学探究的方式和过程是多种多样的，没有一成不变的模式”，并将实验稿中明确概括的六要素改以举例的形式表述。在教学建议中又指出，“学生的探究活动可以采用多种形式，有些探究活动是完整的，有些只包含部分要素，但无论何种形式，均须体现科学探究的基本思想和特征”，“探究教学不是科学教学中的唯一方式，它应该与其他各种行之有效的教学方式有机地结合”。

实验稿中，关于科学探究的课程目标完全按照所谓“六要素”设定，2011年版则增加了理解科学探究过程、能开展科学探究活动的要求，并明确提出了科学探究所需要的基本技能要求，特别是对观察、实验获取信息能力的要求。

从总体上看，2011年版对科学探究的要求比实验稿更为深入、细致和全面，同时也更为务实，并且力图纠正表面化和形式化的倾向，科学教科书的编写和科学课程的教学应尽可能落实这些基本要求。

《中国教师》：科学课程的另一个基本特征是整合，在这方面2011年版有什么新的内容？

刘洁民：首先，“确定了科学课程应包括以下方面内容：统一的科学概念与原理；科学探究的基本过程和方法；自然科学中最基本的事实、概念、原理、观点和思想；发展学生思维能力、创新精神和实践能力的内容；培养学生科学精神、科学态度的内容；反映现代科学技术发展的新成果以及科学技术社会之间关系的内容”。强调“通过对内容的整合使学生从整体上认识自然和理解科学，并不刻意追求不同学科知识的综合程度”。

其次，突出统一的概念与原理的地位和作用，例如物质，运动及其相互作用，能量，信息，系统、结构与功能，演化平衡，守恒等。在具体知识内容方面，调整、合并了部分内容，删除了一些较难的内容，并明确提出了对学生相关技能的要求。

《中国教师》：我一直认为初中科学课程标准制定的科学态度、情感与价值观目标非常好，凸显了科学素养的基本要求。2011年版的课标将原来的4条科学态度、情感与价值观目标整合为3条：对自然和社会的态度，对科学的态度，学习科学、处理事务与人际关系的态度。在教学中如何落实这些目标，仍将是初中科学教育实践中的难点。在此，可否请您给教师们提出一些建议？

刘洁民：科学态度、情感与价值观的培养，一定要避免表面化、形式化的倾向，忌讳空洞地讲大道理。这应该是一种“鱼在水中，不知有水”的教育境界，教师要采用潜移默化的方式，“随风潜入夜，润物细无声”。教师首先要有科学态度、情感与价值观教育的明确意识，将其落实在具体的教学行为之中。可以说，所有科学知识都富有科学态度、情感与价值观的教育价值，就看教师心中是否有这类目标，眼中能否看到这些教育价值。例如，在天文部分的教学中，可以通过解释地球是唯一的一个拥有高级生命的星球，让学生感受珍惜和爱护地球的责任和义务；通过展示人类对地球形状的认识过程，使学生了解人类对自然界的认识是不断深化的；通过观测星空，引导学生感受大自然的壮美和奥秘，激发他们对大自然的热爱和探索热情；通过引导学生了解人类对宇宙起源和演化的认识过程，提高区分科学理论、神话传说、迷信及邪说的能力；通过介绍天文学家为探索宇宙奥秘不畏艰辛，甚至不惜献出生命的事迹，激发学生探索真理、热爱科学的情感。

《中国教师》：教师们曾经反映初中科学课程中天文学的内容过难，为什么本次课标修订仍然保持了对天文学内容的较高要求？广大初中科学教师应该怎样适应这种要求？

刘洁民：天文学是自然科学的基础领域之一。自20世纪80年代以来，欧美及亚洲的许多国家在初中科学课程中都对天文教育给予了足够的重视。单纯从实用角度考虑，对于现代人来说，天文学几乎完全是无用的，但从全面培养学生科学素养的角度看，天文教育无疑有着十分深刻的意义：

（1）基本的天文知识是现代公民科学素养的有机组成部分。我是谁？我来自哪里？我现在在哪里？这是自蒙昧时代以来人类一直在思考的问题，也是每个有自我意识的人或早或迟必然要遇到的问题。对这些问题给出与现代科学相协调的回答，而不是归之于臆想、神话和玄学，当然体现了一个人的科学素养。在做出这样的回答时，天文学起着不可或缺的作用。

（2）天文学有助于培养学生对自然和科学的兴趣。日月辉煌灿烂，星空神秘幽远，每一个注视它们的人，或为之震撼，或引发遐思。古今中外，无数哲人、艺术家和科学家为之倾倒。星空对中小学生来说，既是熟悉的，也是陌生而神秘的。天文学以神秘的宇宙作为研究对象，永远是激发人类好奇心和挑战人类想象力的重要源泉，是一门适合培养学生对自然和科学兴趣的学科。

（3）天文学有助于陶冶性情，启人心智。学习天文，观测星空，可以开阔人的眼界和胸襟，使人变得博大而深沉。康德曾说：“世界上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵，一件是我们心中崇高的道德准则，另一件是我们头顶上灿烂的星空。”还有天文学家说：“与浩瀚的宇宙相比，尘世间那些鸡毛蒜皮算得了什么？”天文学首先是一门观测的科学。天文学的观测，要求精细、持久、有系统，从而可以培养人们精细、耐心、有条理的心理品质。学习天文，观测星空，可以激发人的想象力，启人心智。

（4）天文学有助于学习科学方法。天文学首先是一门观测的科学，它的研究对象是可望而不可及的遥远的天体。观测（观察）是非常基本的科学方法。此外，天文学在其漫长的发展过程中，还产生或运用了其他一些重要的科学方法，学习天文也就同时学习了这些科学方法。

（5）天文学有助于培养科学世界观。所谓世界观或宇宙观，指的是我们对世界的总的看法。天文学的研究对象是天体，是宇宙，它为我们客观地、理性地认识世界、认识宇宙提供了科学的基础，所谓科学的世界观，追根寻源，来自我们对宇宙的认识。

（6）了解天文学家的探索历程，有助于培育科学思想和科学精神。伟大的天文学家都是执著地追求真理的人。哥白尼、伽利略、牛顿、哈雷、哈勃、霍金，这些伟大的名字，他们的辉煌业绩和崇高精神，永远激励着后人。

关于教师在天文学教学方面遇到的困难，我想，解决的办法，一是希望大学本科教育中加强天文学教育，例如地理系开设天文必修课，物理系开设天文选修课；二是可设计一个约30个课时的天文学培训课程，对在职科学教师提供直接的帮助；三是进一步密切科学教育专家与一线教师的联系，给一线教师提供更多帮助和引导。实际上，只要有较好的参考资料和好的建议，初中科学课程中的天文内容大部分都是容易自学的。

《中国教师》：2011年版课程标准将实验稿中的“科学、技术与社会的关系”改为“科学、技术、社会、环境”，其中的主要变化是什么？

刘洁民：主要有四方面变化。

（1）增加了主题“科学、技术、社会、环境的关系”，在其中增加了环境教育的内容，并对四者关系给出了较为具体的表述。

（2）将“科学史”调整为“科学技术史”，参照“科学的本质”改写了“科学技术史在科学课程中的地位与作用”，使其更为具体并有所深化；将“科学史进入科学课程的基本方式”改写为“科学技术史融入科学课程的若干建议”，使之具有更明确、更具体的指导意义；删去“科学史料举例”，因其已包含在内容标准的有关部分。

（3）增加了对技术素养的界定，重新表述了技术设计部分的内容及要求，使之更为具体、确切和具有可操作性。

（4）重新设计了“当代重大课题”，对设置这部分内容的意图作了更明确的表述。由于具体课题的内容目标和活动建议实质上已出现在内容标准的前几部分，故删去细节，仅列举若干重大课题。

与实验稿相比，这部分内容变化很大，限于篇幅无法详细说明，有兴趣的读者可进一步阅读课程标准解读的相关内容。

《中国教师》：在过去的十年中，初中科学课程步履维艰。接下来的几年中，为使这一课程健康发展，需要做哪些努力？

刘洁民：任何改革都不是一蹴而就的。过去十年中，虽然科学课程实验确实遇到了一些问题，但一些地区的实验表明，这门课程有利于提高学生的科学素养，科学课程标准的理念、目标、内容和结构基本符合国际科学课程的发展趋势，符合我国初中科学教育的需求。对目前实施科学课程的实验区进行的问卷调查结果也表明，科学教师对科学课程标准的基本理念和设计思路是普遍认同的，初中科学课程改革的方向是正确的，初中科学课程标准实验稿的基本框架和内容是值得肯定的。现在修订过的课程标准已经由教育部正式颁布，初中科学课程未来的发展，需要教育界以及社会各方的共同努力，通力合作。

科学教育界内人士可集中力量做好三方面的工作：科学教科书的编写、科学课程学业评价改革以及科学师资队伍的建设。首先，初中科学教科书要充分体现课程标准的理念，充分体现科学教育的价值，为教师创造性地进行教学提供适宜的平台，促进学生科学素养的提升。现在曾在实验区使用过的几套初中科学教科书正在修订，有过去十年的工作基础和实验积累，我相信修订版教科书在整体构思和细节处理上都会有明显的提升。

评价改革一直是科学教育改革的难点。这次课标修订，我们下了很大工夫对评价建议作出较大修改，旨在更好地指导评价实施。例如，在评价原则方面首先提出导向性原则，“评价应以本标准为基本依据，评价目标要与课程目标一致，评价的内容和方式应有利于引导教师实施真正意义上的科学教育，体现本课程整合和探究的特点，增进学生对科学的理解，提高学生的科学素养”，还包括发展性原则、科学性原则、多元化原则和公平性原则，评价内容和方式也在实验稿的基础上作了更为细致和准确的说明。由于目前科学课程尚未确立具有足够针对性和权威性的评价体系，我们希望这些评价原则能为科学课程的学业评价提供一个基本的依据，使学业评价成为科学课程建设与发展的推动力量，而不是干扰与阻碍因素。

师资队伍是目前我国实施综合科学课程的另一个主要瓶颈。高水平师资队伍的建设，一方面要着眼于高校本科层面的教育改革，培养优秀的准教师；另一方面要着眼于在职教师的继续教育工作，尽快提升在职科学教师的专业素养。由于目前国内部分高师院校在本科教育中直接培养初中科学教师的模式存在争议，其实施也遇到一定困难，所以加强继续教育会是当前提升科学师资队伍专业素养的主要途径。过去十年的经验表明，“短平快”式的培训不能真正解决科学教师所面临的主要困难。建议统一规划科学教师培训项目与内容，例如经过专家论证和实验区调研，制定专门的科学教师专业发展规划，将其纳入常规的教师在职培训总体方案，从而使之既具有足够的针对性又具有足够的稳定性；又比如为每个科学教师提供三年一阶段的培训机会，使他们在完成初中三年的科学课程教学之后，有机会交流、总结、充实和提升。培训内容可由三大板块组成：一是教育教学基本理论方法，二是学科基本知识，三是科学实验与设计、科学史等专题课程，使得科学教师在学科知识、学科方法和技能、学科思想、学科文化等四个层面上全面获得提升。

还有一些工作，则不是科学教育界所能解决的，需要整个社会的支持。例如，国家和地方政府对初中科学课程实验区要给予足够的政策支持，在财政上要确保科学课程的实验经费（例如科学教师的培训经费、科学实验室的配备经费、购买科学图书的经费等等），并使其生存和发展获得一定程度的法律保障，不致因某些临时性的动议就导致实验区下马，使广大教师和科学教育工作者的多年努力毁于一旦。

篇9

1967年7月2日，美国用于监视别国秘密核试验的两颗国防卫星观测到了此次爆炸现象，科学家们说这是来自某个未知天体的伽马射线暴，他们把它比作令人迷惑的“太空火花”。

伽马射线是电磁波谱上最强的辐射形式。以前人们只知道从放射性原子核和太阳磁暴中会散发出大量伽马射线，但这次却看到了来自宇宙边缘的伽马光束。芝加哥大学的天体物理学家兰姆说：“这是我们所知道的最奇异的天文现象。”

从那时起，科学家们就开始设法解释伽马射线的爆发。他们对这种现象的起因提出了一百多种模式，其中一些说法十分牵强，例如“彗星-反彗星”的湮灭和星球大战等。

现在，大多数科学家认为伽马射线是在一颗高速旋转的巨大恒星向内坍缩形成坍缩星的过程中放射的。坍缩星是超新星的一种，其巨大的质量和极高的旋转速度使它更快、更彻底地走向毁灭。

电脑模拟的过程显示，这种恒星内爆时产生的巨大热量会形成两股物质和能量喷流，分别向坍缩旋转平面的上方和下方喷射。

这两股相对的物质能量喷流以接近光速的速度运动，其中的能量和碎片互相撞击，加剧了某种震动效果，由此导致的能量瞬间转换产生了伽马射线。尽管超新星爆发一般可持续几周或几个月，但由一颗坍缩星能量汇聚成的一次伽马射线暴通常只能持续20秒。

20世纪90年代初，NASA的康普顿伽马射线天文台一年记录了大约400次爆发，但仪器不能确定它们在太空中的爆发位置。

寻找伽马射线暴的源头就像在球场中寻找是谁把一粒花生掷到你头上一样困难——爆发前没有任何迹象，可能的来源太多，冲击力提供的目标轨迹也很模糊。自人们发现伽马射线暴以来，在观测到的数千次爆发中，查明来源的寥寥可数。

情况出现转机是在2007年，一颗名为Bep-poSAX的意大利-荷兰人造卫星观测到一次爆发的余晖——由残留的x射线、可见光和无线电波组成，伽马射线消失后它们一般可以持续几天甚至数月。这种余晖为解释天文学上伽马射线的生成提供了有力的线索。

与短暂的爆发相比，余晖的持续时间要长得多，天文学家因而来得及计算爆发源头的距离和方向。人们对余晖的研究已经证实，伽马射线暴不仅是一种最明亮、能量最高的爆发现象，也是可观测到的最遥远的爆发现象。目前已知的最远一次爆发发生在近120亿光年以外，其射线是在银河系诞生以前释放出来的。

伽马射线暴发生在遥远距离以外，这是可以说得通的，因为早期的宇宙可以放射伽马射线的高质量旋转恒星可能比现在多。2002年4月，一个由各国天文学家组成的科研小组提供了迄今最有力的证据，他们观测到一次具体的爆发确实伴随着一颗大恒星的消亡。但是，伽马射线暴和超新星的关系仍然不够明确。

在此之前，NASA在2000年发射的一颗人造卫星——高能瞬时探测器（HETE-2）的观测结果可能会给伽马射线暴的追随者们一些启示。

HETE-2是人类发射到太空的最灵敏的伽马射线探测仪器。它可以在爆发的几秒之内计算出爆发位置，并把坐标数据发送给像珍珠项链一样环赤道而设的地面接收站，接收站立即向麻省理工学院控制中心提供消息，后者再通知全球各地的伽马射线爱好者。几分钟后，地面和太空的望远镜就能把HETE-2的观测范围扩展到其他波长范围。

截至目前，HETE-2已经捕获了17次清晰的爆发，但有些爆发不符合预测形式。例如观测到的第5次爆发过于短暂，用坍缩星理论难以解释。这些转瞬即逝的爆发，持续时间不到1秒，却比持续时间长的爆发释放出更大的冲击力。

篇10

【关键词】物理化学 生物物理学 物理医学 天体物理 经济物理学 军事科学

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）03-0172-01

物理学是研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学，简称物理。它既是一门基础科学也是一门带头科学，它在现代尖端科学技术的研究中占有特殊的地位，对现代科学技术的发展起到强大的推动作用，涉及八个重要领域――农业、能源、材料、电子计算机、激光、空间、高能物理、遗传工程。

一、物理学与数学

物理与数学如同一对孪生兄弟，两者密不可分。如：物理中的许多问题需要用数学模型、数学方法去处理；同时，物理原理也为某些数学问题的研究提供了新的思想和方向，从而推动了数学的发展。

1.丰富多彩的物理世界为数学打开了新天地，促使数学不断向前发展。如：向量理论的建立，最先使用向量运算的是用来研究力，牛顿的研究加深了对向量的认识。量子力学和量子场论的产生，使数学物理添加了非常丰富的内容，也为物理提供了研究的对象，在对现象的研究探索中形成了理论。科学发展表明：物理给数学提供了丰富的内容，而数学物理的内容越丰富，解决物理问题的能力也越强。当今物理的数学研究对数学有很大的促进作用，它是产生数学的新思想、新对象、新问题以及新方法的一个源泉。

2.物理学家同时也是数学家。牛顿就是其中一个，也是最有成就的一个。且不说由他建立的经典力学至今仍是物理的入门学科，他在数学方面的贡献也堪称经典，他的二项式定理、无穷级数、微积分历经三百多年仍是现代数学必修的内容。物理学家高斯早先也是从事数学研究，甚至被誉为“数学王子”。

二、物理学与化学、生物、医学

1.从最本质出发，物体的分子结构（原子结构）决定了他们的化学性质。而物体的分子结构（原子结构）恰恰是物理的范畴。元素周期表的规律性（金属性，非金属性）就是用物理原理解释的，还有八电子稳定结构等，在本质上的联系必然导致深层次的关联，所以产生了物理化学这门专业。衍生出的应用学科有：材料科学技术、材料科学技术基础、材料科学基础、材料物理及化学基础。

2.物理学与生物学。 生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系，如：利用放射性核素对植物种子、幼苗、植株等进行辐照，使其基因变异以获得优良的品种。

3.物理学与医学。现代医学对物理学的依赖程度越来越高。狭义的物理医学就是理疗学，即把物理因子作用于患者，对疾病有辅助治疗或缓解的功效。常用的物理因子有声、光、电、磁、热等。还有用来进行活体观察的声学显微镜，就是利用声波来获得微观物质结构的可见图像技术，它是集声学、压电、光学、电子学和计算机等成果于一体的高科技仪器；物理医学最有代表的协会有中华医学会物理医学分会和中国康复医学会。

三、物理学与天文地理、能源乃至社会经济、军事科学

1.物理学与天文地理。天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科，是利用理论物理方法研究天体的物理性质和过程的一门学科。伟大的天体物理学家――霍金，研究黑洞和宇宙起源大爆炸原理，与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理，他还证明了黑洞的面积定理。物理学和天文学之间一直存在着根本性的联系，它促使两位当今世界顶尖的天体物理学家合作，从物理学观点出发，来阐述天文学的前沿问题。目前我国正在建设的压水堆核电站，就是核物理的应用。

2.物理学与社会经济。物理学的发展给人类带来了很多的生活必需品和工作必须品，在方便了人类生活和工作的同时，也为人类社会创造了巨大的经济效益和社会效益。物理学发展越快，科学技术程度越高，为社会创造的财富越多，产生的社会效益和经济效益就越大。有人把经济学比喻为“社会科学中的物理学”，把物理学比喻为“自然科学中的经济学”，经济学家也喜欢自比为物理学家。1995年，经济物理学这一交叉学科已正式命名成立了。

3.物理学与军事科学技术。回顾人类战争史，从部落时代的石斧青铜到封建皇朝的长矛弩弓，从热兵器时代的炮火纷飞到高技术战争中的光电声磁，无一不展现着物理学对军事的巨大魅力。战争中的开路先锋导弹、战机， 军事火炮、 战舰、 微波电子炸弹、 夜视装置、美国正研制的“合成视觉”等，哪项军事武器的发明不是物理学在其中占主导甚至起决定性作用？

四、物理学与文学

1.物理学作为一门自然科学，是探究声、光、电、热、力等自然现象最基本的内在规律，而文学大多又恰恰以描绘自然现象，尤其是古典诗词，它往往无意识的借助物理知识来描摹物态、阐明事理。如王安石的《梅花》：“墙角数枝梅，凌寒独自开。遥知不是雪，为有暗香来。”为什么会有“暗香来”，如果运用分子动理论来解释，可谓浅显易懂。张若虚的《春江花月夜》：“春江潮水连海平，海上明月共潮生。滟滟随波千万里，何处春江无月明。”如果运用光的反射、力的作用效果对诗句进行分析欣赏，则欣赏水平会得到更好的深化，如果没有这些物理知识，就不会对诗中意境有深刻的领悟。

2.古诗词与理论物理的思维方式是相通的，都隐含了人生哲理与语言艺术。原中科大博导范洪义说：“物理学家是描绘自然规律的画家，是注意聆听自然韵律的音乐家。”他常告诫自己的研究生，学习物理的同时勿忘学习博大精深、魅力无穷的中国文化，尤其是古典诗词，他说：“它们与理论物理有异曲同工之妙。”

大量事实表明，物理思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景。难怪国外有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族！

参考文献：