什么是暗物质范文

导语：如何才能写好一篇什么是暗物质，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。

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1、“暗物质”是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质，比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。

2、暗物质存在的最早证据来源于对矮椭球星系旋转速度的观测。

3、暗物质-暗能量是影响当今量子粒子物理+天体物理的“两片乌云”，暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的总质量很大，它们代表了宇宙中96%的物质含量，其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到（约4.9%）。

（来源：文章屋网 ）

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什么是暗物质

暗物质是宇宙中看不见的物质。

现在我们看到的天体，要么发光，如太阳，要么反光，如月亮，但有迹象表明，宇宙中还存在大量人们看不见的物质。它们不发出可见光或其他电磁波，用天文望远镜观测不到。但它们能够产生万有引力，对可见的物质产生作用。研究和分析表明，暗物质在宇宙中所占份额远超目前人类可以看到的物质。宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，暗物质占宇宙25%，暗能量占70%，我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。

探测暗物质有何意义

暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题。

目前，暗物质的存在已经被人们普遍接受。人们认为暗物质促成了宇宙结构的形成，如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，更谈不上今天的人类了。暗物质的存在是通过天文观测推测出来的，然而目前被广泛认可的粒子物理学标准模型预言的62种基本粒子中不包含能解释暗物质的基本粒子，因此，探测和研究暗物质很可能导致物理学界新的革命。

如何探测暗物质

暗物质的探测方法主要分为直接探测法和间接探测法。

所谓直接探测法是指直接探测暗物质粒子和原子核碰撞所产生的光学、声学、电子学信号。由于发生碰撞的概率很小，产生的信号也很微弱，通常要把探测装置安装在地下深处。暗物质的间接探测法主要是观测暗物质粒子衰变或互相作用后产生的正电子、反质子、中微子等稳定粒子。由于地球大气的影响，在地面上无法精确测定粒子的能谱，这类实验必须要在空间进行。

阿尔法磁谱仪项目实际上是一个大型粒子物理实验。暗物质碰撞会产生额外的正电子，这些正电子的特征会被阿尔法磁谱仪精确地测量到。

阿尔法磁谱仪是如何制造的

阿尔法磁谱仪主结构的主体是一个外径1.3米、内径1.15米、高0.8米的空心高强度铝制圆柱体。永磁体呈条状插入主结构，其磁场强度高达1400高斯。主结构由中国航天科技一院设计，磁体则由中科院电工所制造，采用的是新型高磁能积钕铁硼材料。“阿尔法磁谱仪1”于1998年6月随美国“发现”号航天飞机升空开始科学探索，但最终没能发现反物质和暗物质。此后，科学家开始研制“阿尔法磁谱仪2”。他们曾尝试用超导磁体代替永磁体。这种方法可以产生更强的磁场，但超导磁体需要液氦冷却，太空中无法补充液氦，这样磁谱仪寿命只有3年。而使用永磁体的磁谱仪的使用寿命长达18年至20年，所以专家们决定沿用永磁体。

此外，“阿尔法磁谱仪2”在“阿尔法磁谱仪1”的基础上增加了若干新的子探测器。

阿尔法磁谱仪是如何工作的

阿尔法磁谱仪的主要本领是能够捕捉探测到太空中“流窜”的粒子。这一本领基于其强大而特殊的磁场。带电粒子进入磁场后轨迹会发生变化，不同带电粒子的轨迹变化也不同，而不带电的粒子的轨迹则不会发生变化，因而观测粒子进入这一磁场后轨迹是否变化，变化程度有何不同，就可以推知这是何种粒子。

与天文望远镜观测物质发出的可见光和电磁波不同，磁谱仪直接观测粒子本身。因而，磁谱仪能够发现天文望远镜无法发现的暗物质等。

中国科学家在寻找暗物质竞赛中发挥什么作用

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21世纪物理学的两朵新的乌云

暗物质问题是粒子物理和宇宙学的核心问题之一。美国国家研究委员会列出了新世纪要解答的11个科学问题，其中“什么是暗物质”被列在首位;在中国科学院制定的创新2050规划路线图中，暗物质和暗能量探索被列为可能出现革命性突破的基本科学问题的第一位。暗物质和暗能量被认为是笼罩着21世纪物理学的两朵新的乌云，对它们的研究很可能会带来科学上的新突破。

暗物质存在于人类已知的物质之外，人们知道它的存在，但不知道它是什么，它的构成也和人类已知的物质不同。在宇宙中，暗物质的能量是人类已知物质的能量的5倍以上。暗物质的总质量是普通物质的6.3倍，在宇宙能量密度中占了1/4。同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质还是个谜。天文学家推测，宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，它们占了宇宙质量的95%，通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。

之前，人们无法想象这种看不见摸不着的物质在宇宙中竟占有95%的比重，假如这种新的理论被科学证实，就意味着我们所熟悉的这个世界，只是零星散布在宇宙中的小小点缀，如同大海中的一滴水，而在宇宙中占比如此大的东西，人类却一无所知。因此，暗物质被科学界普遍证实存在，已经给人们的观念带来了巨大的冲击，如果在暗物质性质的研究方面有任何突破性进展，那将会带来不可估量的科学影响。科学家相信，通过探索“不可见宇宙”如何影响银河系和宇宙的过去、现在和未来，人类最终一定能够了解宇宙的起源。

我们如何寻找“暗物质”？

对于这些擅长隐身的暗物质粒子，科学家用什么办法来探测它们呢？

第一种方法是在加速器上通过两束高能粒子对撞将暗物质粒子“创造”出来，如欧洲核子中心的大型强子对撞机。如果能量足够高，理论上，这样的碰撞有可能产生出暗物质粒子――而暗物质粒子是隐身的，无法被周边的探测器记录到。于是，在科学家看来，这场粒子碰撞中就会有很大一部分能量不翼而飞。如果发生这样的能量失踪案，便可以为暗物质粒子的存在提供直接证据。

第二种方法是在地下进行的直接探测，各国有不少这样的实验项目，其中我国四川锦屏地下实验室是目前世界上最深的研究暗物质实验室。暗物质粒子可以说是无处不在，每秒钟可能有上亿个暗物质粒子穿过你的眼睛。当然，由于它们隐身能力超强，我们对此毫无知觉。不过，根据理论，这些粒子仍会参与弱相互作用。这种力与电磁力不同，只能在原子核内部发挥作用。因此，尽管暗物质粒子是隐身的，并不意味着它们就可以横冲直撞而不受任何阻挡。就像是荒不择路的兔子一样，它们也有可能一头撞上原子核这个“树桩”。被暗物质粒子撞上的原子核会发光发热，或者被撞得偏离了原来的位置，这些光和热还有位置移动是科学家有可能探测到的。只可惜，原子核太小太小，暗物质粒子撞上去的概率低到几乎可以忽略。科学家只能采用一个笨办法，准备好一大片森林等兔子来撞。他们在巨大的探测器里装上大量反应物质，等待过路的暗物质粒子碰巧撞上其中某个原子核。当然，为了尽可能排除其他粒子撞上原子核而产生的干扰，科学家往往把这样的暗物质探测器深埋在地下，让厚厚的岩层把不会隐身的其他粒子尽可能屏蔽在外面。

第三种办法，那就是等这些隐身的粒子自行现身。用暗物质探测卫星探测暗物质是基于暗物质粒子湮灭或衰变的假设，即暗物质粒子的湮灭或衰变会形成各种正粒子、反粒子对，这些粒子对在太空中传播就成了宇宙射线和伽马射线的一部分。暗物质探测卫星就是收集高能宇宙射线粒子和伽马射线光子，通过分析其能谱、空间分布来寻找暗物质粒子存在的证据。“悟空”暗物质探测卫星采用的便是第三种办法，到太空中探测高能粒子和伽马射线，期望从中能够找到暗物质存在的证据，并推断出它们的某些性质。

暗物质粒子探测卫星如何施展“神通”？

暗物质粒子探测卫星是我国第一颗由中科院自主研究、生产的卫星。同以前的卫星和国际同类卫星相比，它具有创新性。

首先，这颗卫星的结构不同于以往我国发射的卫星，它是以载荷（探测器）为中心的一体化结构设计。中国科技大学教授、暗物质探测卫星副总设计师安琦说，以往卫星都是设计一个平台，相当于一个容器，然后把有效载荷置于其中，这时的有效载荷只能委屈地适应容器。而暗物质探测卫星的设计是以载荷为中心，先把有效载荷集中安置好，再把卫星的其他部分见缝插针地“镶嵌”在有效载荷的边上。这种设计使得有效载荷达到1410千克，平台仅为440千克，二者达到了3.2∶1。这种载荷比在世界上都是极高的。

其次，它是目前世界上观测能段范围最宽、空间和能量分辨率世界领先的高能粒子探测器。暗物质粒子探测器属于大型空间高能观测设备，它可以精确测量宇宙高能粒子的物理特征和空间分布。它的能段是国际“阿尔法磁谱仪”实验的10倍，探测器能量分辨比国际同类探测器高3倍以上。

“悟空”通过提高能量分辨和空间分辨的本领，降低宇宙射线背景噪声，并且采取将探测器做得足够大等方法提高灵敏度。以《西游记》中的美猴王名字命名的卫星“悟空”，没有携带金箍棒，却带了300多根“水晶棒”。位于卫星核心部位的BGO能量器包含了300多根纵横交错排列的晶体，每一根都有2厘米见方、60厘米长，是世界上最长的BGO晶体，研制难度非常高。整个卫星中，BGO能量器的重量就占了多半。这些漂亮的“水晶棒”能够测量入射粒子的能量，并且由于电子和质子与晶体发生相互作用，产生类似淋浴喷水形状的簇射，而电子和质子产生的簇射形状不同，因而科学家可以区分出质子和电子。

进入太空后，“悟空”将在500千米太阳同步轨道上运行。它将采取两种观测模式：在头两年采用巡天观测模式，由于暗物质可能存在于全天区的任何区域，所以第一阶段对全天扫描;两年后卫星转入定向观测模式，根据全天区探测的结果分析出暗物质最可能出现的区域，并针对这些区域开展定向观测。

在3年的设计寿命中，“悟空”将通过高空间分辨、宽能谱段观测高能电子和伽马射线寻找和研究暗物质粒子，同时将在宇宙射线起源和伽马射线天文学方面取得重大进展。首批科学成果有望在卫星发射6个月至1年后。

相关链接

近10年暗物质研究新进展

2006年1月6日，剑桥大学天文研究所的科学家们在历史上第一次成功确定了广泛分布在宇宙间的暗物质的部分物理性质。

2006年，美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-56进行观测，无意间观测到星系碰撞的过程，星系团碰撞威力之猛，使得黑暗物质与正常物质分开，因此发现了暗物质存在的直接证据。天文学家推测，宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，暗物质占宇宙25%，暗能量占70%，通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。因此，探测和研究暗物质很可能导致物理学界新的革命。

2007年1月，暗物质分布图终于诞生了！经过4年的努力，70位研究人员绘制出这幅三维的“蓝图”，勾勒出相当于从地球上看，8个月亮并排所覆盖的天空范围中暗物质的轮廓。这张图是通过引力透镜原理获得的。马赛天文物理实验室的让-保罗・克乃伯参加了这张分布图的绘制工作，他认为这种“面包丁”的形状自25亿年以来就没有很大改变，所以我们看到的也就是暗物质的形状。

2007年5月16日出版的《天体物理学杂志》称，约翰斯・霍普金斯大学天文学家利用哈勃太空望远镜，探测到了位于遥远星系团中呈环状分布的暗物质。天文学家们称，这是迄今为止能证明暗物质存在的最强有力的证据。

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近几个世纪以来，科学家们已经发现恒星和行星是由普通物质构成的，甚至于人类本身也是，同时宇宙中有5％的事物也是由普通物质构成的，其余的都属于暗物质与暗能。什么是暗物质?什么是暗能?它们在哪里?科学家希望找到答案。

二、生物的意识是怎么产生的?

17世纪的时候，法国哲学家、数学家迪卡儿(1596―1690)宣布人类的精神和肉体是完全分离的。他也把意识本性争论留给了后代的哲学家。当今的科学家们开始挑战他的这种观念，一种观点认为意识来自肉体，来自大脑中的神经元组织。而人类对这些神经元组织的试验工作刚刚开始，要想结束这样的争辨还有待时日。

三、人的寿命究竟有多长?

近来，一些科学家通过对酵母、蠕虫、老鼠等动物延长寿命的试验已经确信，人类不久就可以轻松地活过百岁。但也有一些科学家认为人类寿命可能因为受到更多的限制而缩短。不论是否有这种可能，延长人类寿命的研究前景已经深深地影响了整个社会。到底人类能活多久呢?

四、地球靠什么运转？

自具有革命性意义的板块构造理论问世以来，其理论已经深入人心。探测地球内部构造的科学家，通过使用复杂的工具，对矿物进行研究，通过计算机模拟等手段试图寻找地球运转的驱动力，但是迄今还没有一个令人满意的解释。一个原因是说由地幔对流造成的，但是至今人们无法进行地幔对流运动的直接观测。也有可能是对地震波速记录和地震层析成像所间接反应。那么究竟地球是受到什么驱动的呢?

五、我们是宇宙中惟一的生命吗?

从数学概率的角度来说，应该不是。在我们的银河系就有数亿颗恒星、星云，而在整个宇宙又有数十亿个银河系。就在我们的附近，科学家们已经发现了150颗恒星。总之，科学家们说宇宙很可能有许多适合智能生命进化的地方。现在最大的问题是，我们什么时候才能与这些生命接触。

六、地球生命是怎样出现的?

近来的一些试验表明地球上最早的生命形式可能是核糖核酸(RNA)，不是今天所有生命都是必需的脱氧核糖核酸(DNA)和蛋白质；当一些科学家聚集在实验室模拟生命起源的时候，其他的科学家们则致力于研究毫无生命气息的化学物质是怎样转化成地球上的原始生命DNA的。另外还有一些研究员想知道这些原始生命是从哪里来的，深海热熔岩液体中、潮汐池，还是隐藏在冰河中?或许火星微生物被在40亿年前带到了地球上吧!

七、艾滋病疫苗有效吗?

两个世纪以前，研究员们把人类免疫缺陷性病毒(HIV)看作引起免疫缺陷综合病症(AID5)的原因。艾滋病刚一发现，它100％的死亡率震惊了世界，各国政府及其医学研究者紧急动员起来，投入到寻找治疗艾滋病的药物的研究工作。自从那时开始，对于抑制艾滋病的传染的疫苗研究就从没有间断过。但是至今为止，人类还是没有找到一种对艾滋病完全有效的疫苗。现在的艾滋病疫苗有效吗?

八、世界将会变得有多热?

科学家们当然了解世界正在变暖，也知道人类是引起全球气候变化的主要因素。在过去的一个世纪内，地球温度上升了0．6摄氏度，这直接导致了地球上由风暴、洪水、干旱等引起的各种天灾成倍增加。据统计，2000年发生的地球天灾数是1996年的两倍。科学家预测，在21世纪，这些灾难数将以6倍的比率增加。最新科学研究结果表明，今年夏季，北冰洋冰块正在大量融化，这些都将加速地球气候变暖，使未来的人类在温室效应的热浪中 “渐渐死亡”。地球究竟会变得多热?

九、代替石油的能源何时出现?

目前，石油价格和人类对石油能源的需求都在不断上涨，但是石油的探明储量是有限的，并且石油这一能源给地球环境带来的污染和影响也是日益突出。因此对于人类来说，用一种新的能源来代替石油已是迫在眉睫了。新的能源应是可持续的永久性能源，它不给地球环境增加负荷，能更加有效地利用成本。纳米科技的进步或许就是解决能源危机的一个答案。但是它能够及时出现以挽救枯竭的能源吗?

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冰心曾经说过：“我读书奉行九个字，就是‘读书好，好读书，读好书’”。

揣摩了罗贯中的‘三国’、学会了怎么细致刻画人；端倪了蒲松龄的‘聊斋’、明白了什么是入骨三分；浏览了施耐庵的‘水浒’、知晓了什么是细致入微；阅读了吴承恩的‘西游’、懂得了什么是连环曲折。品了朱自清的散文，理解了一位饿死不吃美国面粉的民主战士；赏了徐志摩的诗集，仿佛看见了一位为情而生，为情而死的痴情男儿；看了鲁迅的文章，羡慕那张骂人不带脏字的“嘴”。

从识字到现在，我读过的书，已无从计算。只是，我读书如同我吃饭。饭，不可一顿不吃；书，不可一天不读。读书已成为我生活的一部分；我人生的一部分；我生命的一部分。如我每天必须喝水、睡觉、学习......书如一盘盘“菜”、散发一阵阵诱人的香。读书不是为了满足舌头，而是去充实我的脑、我的心、我的血液、我的思维和我的灵魂。那是永垂不朽的“美味”，在我心中留香，在你心中留香，在岁月中流香。

——酸，梅是酸的，醋是酸的，书也有酸的。不是倒牙的酸，而是在心中掉泪的酸，那一笔笔沉重的字，打动着读者的心。如巴尔扎克笔下的老葛朗台。那是一位一夜暴富的老箍桶匠，他贪婪、狡诈、吝啬，金钱就是他的上帝。他对自己也是如此。他虽然很有钱，但一生活得没有意义。

——甜，是一种人心、入骨的甜。在读老舍的《茶馆》时，我体会到了这种甜。它如同一个人静静地坐在星空下，远离城市的喧嚣，独品一壶美酒，再细细回味，则是一种从心底里传出来的甜，只可意会，不可言传。

——苦，是从舌尖到心底的苦，苦后一生难忘。我认为最“苦”的一本书就是姜戎的《狼图腾》。阅读这本书，将是我们这个时代享用不尽的关于狼图腾的精神盛宴。因为它的厚重，因为它的不可再现。因为任由蒙古铁骑和蒙古狼纵横驰骋的游牧草原正在或者已经消失，所有那些有关狼的传说和故事正在从我们的记忆中退化。如果不是因为此书，狼——特别是蒙古的草原狼——这个中国古代文明的图腾崇拜和自然进化的发动机，就会像某些宇宙的暗物质一样，远离我们的地球和人类，漂浮在不可知的永远里，漠视着我们的无知和愚昧。因为人们大肆捕杀狼，使生态失去平衡，草原鼠疯狂繁殖，草原沙漠化，一系列的恶性循环使人类赖以生存的地球慢慢枯竭。作者进行了30余年的研究与思索，与出J了这部人与自然、人性与狼性、狼道与天道的长篇小说。它让我读出了深沉、豪放、忧郁而绵长的蒙古长调与草原苍狼的幽怨、孤独，固执于亲情呼唤的仰天哭喝，都是悲壮的勇士，面对长生天如歌的表达：是献给天堂里伟大母亲最美闻情墩、柔弱的衷肠、最动人的恋曲。这本书不仅仅是呼吁人们保护狼，而是保护所有在地球上有生命的物种。人类，你们醒醒吧！去保护环境，保护物种把。否则，几千年或几百年后，从地球上消失的物种将是人类。并且，2008年北京还要举办奥运会，环境更是北京人不可忽视的问题。弯一下腰是一个多么简单的动作，中国拥有十三亿人口，如果每人都捡起一个垃圾，都少丢一个垃圾，那么中国的环境将比现在好得多。

——辣，鲁迅先生从笔尖流出来的一串串小字中就带着辛辣。一笔一划，怎么读，怎么呛得你流泪。他的文章反映了一个时代。他的文章是从心底涌出，从笔尖流出的。他的文章可以说字字都是刀枪，笔笔都是血。

书是一缕阳光,它能融化心间的冰凉，书是一缕春风，它能消除你内心的浮燥，书是一支蜡烛，它能使黑暗的心变的明朗，书是一种营养，它能让你精神强壮，书是一壶绿茶，让我回味无穷……没去过庐山，却从李白“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”中感受到庐山瀑布倾泻而下的壮阔，没有到过泰山，却从杜甫“会当凌绝顶，一览众山小”中感受到泰山的雄浑高大，没去过云南，却从沈从文中的《边城》中感悟到汇溪小城的妩媚动人。

一本本优秀的书籍，演绎了一段段丰富多彩的百味人生，酸甜苦辣，品各中其味；一本本优秀的书籍，创造了一个个波澜壮阔的大千世界，悲欢离合，感各中其景。

我爱看书，爱看好书，爱看不会被人遗忘的好书，爱看永垂不朽的在历史长河中翻滚的在岁月中流香的好书。要热爱书，它会使你的生活轻松；它会友善地来帮助你了解纷繁复杂的思想、情感和事件；它教导你尊重别人和你自己；它以热爱世界、热爱人类的情感来鼓舞智慧和心灵。书会告诉你：什么是真善美；什么是假恶丑；什么是天使与鲜花；什么是魔鬼与毒草。书还会告诉你：读书就是阅读人生，阅读生活，阅读快乐；读书就是关照生命，聆听自然，收藏阳光。

同学们，热爱读书吧，这是知识的源泉。

读书，要读出酸甜苦辣；做人，要品百味人生……

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提名一位空间科学开拓者!他是所有时代中一位最伟大的空间科学开拓者!虽然他的大部分发现甲，于第一颗人造卫星进入太空50余年，早于人类在月球漫步60余年，早于第一架航天飞机升空70余年。我们来想象一下，一个世纪前，阿尔们特・爱因斯坦开始创造他的相对论，我们从而能够使用这一概念去理解空间、时间和重力。1905年将永远被视为爱因斯坦的“奇迹年”，这位当时只有26岁的年轻人改变了我们看待空间、时间、物质、能量和宇宙的方式。爱因斯坦关于光速、物体相对运动、蘑力的影响以及能量同质最之间关系的理论，最终引出有关宇宙如何起源的大爆炸理论和一些新概念(例如黑洞和暗能量)。

尽管爱因斯坦的一些最重要的成果直到1915年才出现，但美国航空航天局和其他组织为了纪念爱因斯坦创新性研究的100周年，于2005年举办了整整一年时间的庆祝活动，被称为“爱因斯坦百年纪念”。他的研究成果对科学和社会的影响无疑将持续未来多个世纪

大多今天正处于进行中的尖端夺间科学是爱因斯坦成果的延伸物，例如，在美国航空航天局进行的名为“超越爱因斯坦”的研究项目中，科学家运用他们的才智和美国航空航入局提供的器具来搜索三个重要问题的答案：是什么动力引发了宇宙大爆炸?什么是暗能量?在黑洞的边缘会发生什么事?

关于宇宙如何起源有不同的理论，爱因斯坦自己没有设想出大爆炸理论(这一理论认为宇宙由一个具有密集能量的微点爆炸而成，并从那时起一直处于扩张状态)。但正是爱因斯坦的数学方程描绘了质量、能量、重力和宇宙的其他方而如何相瓦影响，科学家稍后才支持这样的解释?

约翰・霍普金斯大学教授查尔斯・贝内特领导着科学家进行美国航空航天局的威尔金森微波各向异性探测器项目。在这个以太空为基地的强大单远镜的帮助下，该项目展现出了宇宙在130余亿年前的“婴儿期画面”，那时离宇宙大爆炸发生不超过10亿年，贝内特表示，今天的研究人员必须继续问问题和思考条条框框(就如同爱因斯州所做的那样)，来计算出什么会引发大爆炸。贝内特现在聚焦于确定宇宙如何有可能从大爆炸开始阶段演变成现在我们看到的状态，他说：“爱因斯坦极度信奉实验和观测，这二者既能引导，又能检验理论。他始终保持着对事物的敏锐眼光，尽管很多完全不合乎情理。他问自己如何能用有创意的新思路解决这些问题。”

新思路是芝加哥大学教授肖恩・卡罗尔现在所关注的，他的工作任务是设想出某些方式，即神秘的、尚未被看到的、被称为暗物质的力量如何可以造成宇宙扩大的速度越来越快。这听起来很具有挑战性，而在知道宇宙正在扩张之前，想象一下预期这股力量的难度吧!那就是爱因斯坦曾经做过的。

爱因斯坦方程中的宇宙需要扩张或收缩，但是，在那个时代，他和其他人都认为上述点宇宙都没有在做，所以，爱因斯坦将他所称的“宇宙学常数”添加到他的方程式中。然而，当后来证实宇宙确实在膨胀后，他迅速抛弃了这一术语。爱因斯坦称这整个概念是他“最大的失误”。但从现在看来，爱因斯坦毕竟意识到了某些东西。

科学家近来发现，宇宙不仅仅是在膨胀，它还在加速扩张。有一种方式能解释这种加速，那就是存在类似爱因斯坦起先的“宇宙学常数”中所提出的一种力量。

当卡罗尔冥思苦想什么是暗能量及它来自哪里时，他效仿着他所认同的爱因斯坦最优秀的品质。卡罗尔发展了新的理论，并提议如何测试它们。他说：“爱因斯坦学习了差不多所有已知事物，在那个时代，他对新的做事方式保持着虚心。”爱因斯坦本人并不相信黑洞，但他的其他理论竟能预测到黑洞，可以肯定的是，那无疑是用开放的心态在设想黑洞的存在。

科罗拉多大学教授米奇伯・格尔曼研究了黑洞的构成以及它们如何影响星系。在太空中，这一区域的引力是如此之强，以致光都无法逃脱。他说，他期望从现在开始的大约10年内美国航空航天局能发起二个任务：激光十涉空间天线将利用激光技术来帮助科学家更好地理解中等大小的黑洞如何合并形成大的黑洞；与此同时，携带四部X射线望远镜的“X星座”空间天文台将在物质被吸入黑洞之前测龄它们释放出米的辐射。无论是研究黑洞还是研究其他怪异现象，格尔曼都通过借鉴爱因斯坦的工作态度来进行他的研究。格尔曼认真地说：“他能够采取一种假说，并采用其符合逻辑的结论，不管这一假说如何违反直觉。当我思考一个奇怪的天体物理对象时，我试图记起这个，而司空见惯的想法只能使你局限起来。”

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关键词：高中物理；科学素养；教学策略

一、物理教学要面向生活、联系实际，增强应用意识

我们知道，物理知识来源于生活实践经验的总结，又会回归于生活实践，指导人们用于改善生活，改造自然。所以，要加强学生的科学素养，笔者以为我们当从生活实践入手，让高中阶段的物理教学联系生活实际，让高中物理教学课堂走向生活的广场，这样我们才能够增强学生的应用意识，才能切实培养学生的科学素养。这方面，我们可以通过关心国家时事入手，如当前的神九升天、事件、国防力量的逐步加强等。这些学生关注的热点话题一定含有很多方面的物理知识，我们如果能从这些事件中结合课堂知识开展教学活动，学生一定会兴味盎然，且效果良好。另外，作为生活中活生生的人，我们的衣食住行可以说几乎事事与物理知识相关联。拿当前事故频发的交通安全问题来说，如果我们人人能够懂得两辆车会车时，两车中间的压强要远远小于外面的压强，并且，相对速度越大，压强越小。这些知识我们在高中物理课堂上深深懂得，也许在解答问题、回答试卷的过程中深深懂得，但如果我们能将其联系到实际生活，或许车轮下的冤魂会减少许多。还有就是冲量与能量的关系，在公路上行使时如果我们能够注意到这一物理知识的存在，也许会挽回许多蓬勃的生命。

二、加强实验操作教学

众所周知，物理学科是以实验为基础的一门学科，要通过物理教学来提升学生的科学素养也就必须得加强实验操作教学。在如何优化实验操作教学方面，笔者以为首先要加强学生的实验基本功能力训练。教师在做演示实验的时候，要加强每一个细节的操作把握，包括对一些仪器仪表的数字认读，包括对一些螺旋测微器、游标卡尺等基本测量工具的使用方法等。另外，要多多地提倡使用学生自制实验用具，条件允许的情况下，我们还可以在课外开放实验室，给学生更多的时间、空间来展示他们的实验能力、创新水平。当然，在课外进行实验的时候一定要严格实验程序，保证学生的身心安全。其次，我们在通过实验来提升学生的科学素养时，一定要有所侧重，包括物理内容的侧重，这一点从近些年来高考的热门题目中就可以看出。电学是非常重要的一个环节，也是与我们当前的生活息息相关的一部分内容。在复习这个系统的知识的时候，要注意书本教材中的典型实验。在这些典型实验的基础上，我们一定要设置种种生活情境，让学生的实验素养与具体生产生活实践联系起来，通过这些典型实验的精雕细刻，我相信学生的科学素养一定会在教师精心的实验教学的基础上有所升华。

三、利用研究性实验，让学生找问题进一步完善和提高科学素养

目前研究性学习和观念逐渐被广大物理教师所接受。研究性实验内容主要可分为四个方面的内容：1.探索性物理实验，如“研究材料的保温性能”“研究影响滑动摩擦力的因素”“研究弹簧振子的周期与小球质量的关系”等，这些实验所用的方法都是科学研究中非常典型的方法，学会这些方法将使学生在今后的工作中受益无穷。2.跨学科的综合性问题，如“从电冰箱到臭氧层”“灶具的演变”“用电解法测定元电荷”等这些跨学科的课题，有助于学生加强综合运用所学知识的能力，提高学生综合分析解决问题的能力。3.物理学与现代联系的问题，如“阿尔法磁谱仪与暗物质”“温室效应”“能源的合量开发与利用”“航天技术”等物理课题也来自于现代科技中的热点问题。4.联系实际的现实问题，如“菜刀上的力学知识”“自业水的电率的测定”以及跟我们实际生活、医学卫生、家用电器的原理与使用等相联系的课题，都可以让学生体会到理论和实际的联系。所有这些活动培养了学生的学习能力、创造能力、社交能力，是各学科教师教学效果的真实体现。

四、改变学生对物理的看法，提高他们学习物理的兴趣

1.教师要抓住一切可以联系实际的机会向学生展示物理学的魅力，使学生认识到，物理是活生生的、可见、可闻、可做的。比如，在讲授电功率时，我找来许多家用电器的说明书，带领学生计算各种电器每小时的耗电情况，如洗衣机、电冰箱、空调、电脑、电饭煲，我发现大多数学生对此都很有兴趣，并且主动参与了进来。

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将这个问题放到地球生命的历史上，长久以来，吸引了各个领域的人对其进行思考。智慧生命的出现是偶然进化还是必然结果？这是史蒂芬・杰伊・古尔德的著作《奇妙的生命：波基斯页岩与历史的本质》（1989）中的一个主题。如果可以的话，我们让生命重新进化，那么智人――或其他的古人类――会再次出现吗？或者，人类的出现靠的是一种非常不可思议的环境吗？ 瓮安生物群中拉长的胚胎化石标本。瓮安生物群是发现于中国贵州瓮安

县瓮福磷矿埃迪卡拉纪陡山沱组上磷矿段的一个磷酸盐化特异埋藏化石库。

其中以三维立体形态保存的动物胚胎化石，作为迄今全球最古老的后生动物

化石记录之一，为人们了解后生动物的起源和早期演化历程提供了精美绝伦

的研究材料。

乍看之下，在38亿年的地球生命历史中，所有已发生之事似乎都较大程度上依赖于之前发生的一切。智人的出现也仅仅是20万年前的事。人类出现之前，地球已存在了数十亿年。古尔德并未在他的书中直接提及混沌理论，却完美地将它描述了出来：“最初毫无缘由发生的怪事产生了大量的后果，这些后果使某种未来在现在看来似乎不可避免。但是， 早期极其轻微地改变，历史就会进入一个完全不同的轨道，转向另一个合理的通道，并不断地偏离最初的轨迹。”

历史上第一次细胞分裂发生在生物复杂性的开始阶段，在这段时期，单细胞生命进化成多细胞生命。单细胞有机体在地球上出现得相当早，大约在地球形成10亿年左右。多细胞生命出现得相对较晚，在单细胞生命出现后的25亿年。这种进化或许是必然的，尤其在生命体随时间的推移日趋复杂的情况下。可是，生命体真的变得越来越复杂了吗？我们曾被告知，进化是没有“方向”的，生物学家也闭口不提“进步”二字。（饱受诟病的图片是那张旧教科书中无处不在的从猿到人的进化图。当然，新教材中也有，但是作者觉得有必要对其进行公开指责。）可是，当我们看化石记录时，确实看到生物复杂性在普遍渐增。

然而细究之后，这种进步的秘密就被发掘了出来。正如古尔德指出的那样，生命必须以简单的形式出现，这意味着“上升”是唯一的发展方向。事实上，最近的一项实验表明，生物从单细胞向多细胞转换的过程或许并非像以前想象的那样困难。在明尼苏达大学的一个实验室里，进化微生物学家威廉・拉特克利夫和同事观察了一个单细胞酵母菌在不到60天的时间里进化成为细胞集群的过程。这些细胞集群甚至表现出一些复杂行为，包括劳动分工（即一些细胞死亡，从而使其他细胞可以生长和繁殖）。

然而，进化即使有方向，有时也会被打乱。最具破坏性的是大灭绝，大灭绝的发生有着惊人的规律性，极大地破坏了地球的生态系统。其中最严重的一次灭绝发生在2.5亿年前（二叠纪至三叠纪），这场灾难摧毁了9 6%的海洋物种和70%的陆地物种。古尔德考察了一次更久远的大灭绝（4.88亿年前的寒武纪至奥陶纪大灭绝）中幸存和消亡的生物，发现了这次生物灭绝灾难中具有代表性的“幸运儿”――皮卡虫。这是一种形似鳗鱼的生物，可能是所有脊椎动物的祖先。若皮卡虫未能幸存，那么地球上很可能就没有脊椎动物了。

每个阶段都有幸存者和消亡者。二叠纪至三叠纪的大灭绝虽然极具毁灭性，但对不久之后出现的恐龙来说是个好消息，使它得以在地球上生存了约1.65亿年。但接下来，恐龙遭遇了自己的厄运，大约6600万年前，一个巨大的小行星猛烈撞击了墨西哥湾。撞击激起的残骸遮住了阳光，由此引发了灾难性的全球气候变冷。这种撞击理论虽然为大家认可， 皮卡虫

但仍有人持怀疑态度，一些研究者认为火山喷发是罪魁祸首。就在2015年春天，又有研究者提出了一个倾向于宇宙论的新理论：太阳系在银河系中运动时，地球可能进入了暗物质极度密集的区域，于是引发了灾难。不管原因是什么，对恐龙来说是灭顶之灾，但对一种长毛小型生物来说是个好消息。而这种生物，最终进化成了现在的我们。

如果说古尔德是福尔摩斯，那么西蒙・康韦・莫里斯就是他的死敌莫里亚蒂。这是个夸张的说法，但这两位学者明显处于对立面。对古尔德这位已故哈佛大学古生物学家来说，进化是非常偶然的，是一系列永无休止的意外事件，就像恰好赶上地铁和刚刚错过地铁一样偶然。相反，剑桥大学的古生物学教授康韦・莫里斯则专注研究进化趋同理论。他认

为，进化不是随机事件，而是受到强大约束的;只要存在环境生态位，进化就设法去填补，而填补其中的，经常是相似的生物。

在康韦・莫里斯教授目之所及处，尽是趋同。比如，他以生活在北美洲和南美洲的类虎动物的外貌来说明这个问题，它们有着不同的进化途径（北美洲的是一种胎盘哺乳动物，是今天野猫的祖先;南美洲的则是有袋类动物）。还有马达加斯加猬，其外形与在欧洲发现的刺猬非常像，但二者是分开进化的。我们还可以看看天上飞的动物，在进化过程中，生物发展了至少四种不同的飞翔方式：首先是昆虫的飞翔方式，之后分别是翼龙、鸟和蝙蝠。

关于进化趋同研究最多的是眼睛的进化。英国进化生物学家理查德・道金斯指出，眼睛在历史上已经进化至少40次（或许多达60次）。事实上，眼睛的进化过程非常容易，一种名为拟渊灯鲑（又被称为标枪鬼鱼）的鱼甚至进化出了第二双眼睛。这种鱼的一只眼睛长在前方，就像在电视剧《辛普森一家》中缠着伯恩斯先生的那条鱼一样。

古人类谱系非常“浓密”，有着多重、平行的进化途径。

那么，偶然与趋同之争能否在实验室中平息？在将近30年的时间里，密歇根州立大学的微生物生态学家理查德・伦斯基一直在培育大肠杆菌12个分开的种群。迄今，该细菌已经进化了6万多代。大多数情况下，这12个种群的谱系差别极其细微，但也有一些显著的例外。在一个烧瓶中，细菌分裂成两组，这两组大小差别很大;这种分裂是实验启动几年后开始的。另一个种群在几年后学会了以烧瓶里的另一种化学物质――柠檬酸盐――为食（其他种群只消耗葡萄糖），在总数上迅速增长。伦斯基的数据令人振奋，但最终还是无法决定偶然与趋同之争的胜出者。这两个理论明显都与该实验相关，但都很难量化处理，甚至最巧妙的实验都无法充分证实这个问题。

可惜，以上这些似乎与人类没有多大关系。回到那张从猿到人的进化图盛行的年代，我们很容易想象出一架进化阶梯，在这个阶梯上，智人自然而然地占据了顶端的位置。然而，一些研究者认为，回到700万年前，在我们的祖先与黑猩猩的祖先背道而驰的年代，古人类谱系在现在看来非常“浓密”，有着多重、平行的进化途径。 拟渊灯鲑及其眼睛

在大部分古人类传说中，很少看到“进步”。工具的使用发生在约330万年前，而创新却只是零星地发生。美国自然历史博物馆荣誉馆长伊恩・塔特萨尔说：“新型工具一般是断断续续出现的，中间会相差成百上千年，甚至是几百万年。在这段漫长的间隔里，工具的改进也是极小的。”的确，美国康涅狄格大学的古人类学家丹尼尔・阿德勒认为，“正常”的情况是保持“技术稳定”，这种稳定可以轻松持续“几万甚至几十万年”。如今，技术的传播不过是眨眼之间的事，但是在史前，信息几乎无法扩散。

人口较少的时期，大灭绝就会出现。根据一项研究，约7万年前印度尼西亚的超级火山――多巴火山大爆发，引发了持续数十年，甚至几个世纪的全球变冷，人类种群的数量急剧减少到3000人至10000人。最终，我们成功度过这个种群遗传瓶颈，但值得牢记的是，其他所有的古人类种群都消失了。有一些种群，如直立猿人，在地球上生存了160万年;还有弗洛瑞斯人，在地球上生存了不足10万年。

纵观整个史前时代，生物演化与技术变革并行发展。大脑容量不断增加，然而这并不是我们的祖先独有的特征，很

多其他古人类也有此特征。塔特萨尔的研究表明，复杂的活动正在进行，如同一场军备竞赛，认知能力和技术相互促进。同时，人类进化树上的每个枝条都不得不适应变化莫测的气候。在恐龙时代，地球温度比今天高大约10 ℃。但是在3000万年前，全球开始变冷。更新世冰期将要到来，第一批灵长类动物栖息的森林已经逐渐消退，热带雨林逐渐为开阔草地取代。已适应树上生活的动物，面临着在草原上生活的巨大风险。但如果这些动物懂得协作，能够使用工具，那么就会有明显的优势。最终，只有古人类生存了下来。 尼安德特人复原像

塔特萨尔和很多研究者都发现，对智人来说，符号思维和复杂语言是一种优势，但在他们学会说话之前，必须满足一些生理条件。大多数灵长类动物的喉头位于喉部较为靠上的位置。喉头只有向下移动才能发出与人类语言有关的多种声音，并且需要声带、嘴唇、舌头和口腔的相互配合。这种配合很可能是由左大脑皮层的两个特定区域促成的，而这两个区域很可能是在最后的200万年内才形成现在的样子。

大型猎物并非屈服于我们的肌肉力量（和动物相比我们的肌肉少得可怜），而是我们的智力。

语言不只是生理行为，它很可能是与愈加复杂的社会行为一起进化而来，逐渐增强的认知能力使语言进化成为可能。这种认知能力包括心理学家所说的心智理论的发展，即能够洞察他人拥有自己的思想和意图。此外，具有能够思考眼前并不存在的事物的能力也同样关键。我们能够回忆过去，想象未来，并做出计划。我们已经在头脑中创造了崭新的世

界，其结果是在现实的物质世界里，使大型猎物屈服于我们的智力，而非屈服于我们的肌肉（与它们相比我们的肌肉要少得可怜）。

几乎可以确定的是，语言是与不断改进的技术同步发展的。如果我们的祖先可以想象出追踪和猎杀猛犸象的情景，他们也能想到用什么样的石器会让捕杀更容易，包括宰杀和肢解。至关重要的是，一旦发明出一种工具，制作工具的知就会传递下去，这种传递不仅通过演示，还要通过语言。

当然，到目前为止，我们讨论的不仅仅是生物进化，还有文化进化。在文化问题上，“进步”这个词甚至比生物进化更受轻视，但更难以忽视。文化创新似乎显示出方向性。一旦发明了矛、箭或犁，就是不可逆、不能否认的事实了。

我与考古学家迈克尔・哈赞在他多伦多大学的实验室里讨论了文化与生物进化之间微妙的相互作用。哈赞是研究早期石器与火的使用方面的专家，曾在欧洲、中东和非洲等地长期开展野外工作。他花费多年时间研究南非奇迹洞中留下的史前古器物，该洞穴见证了持续200万年的人类活动，很可能是人类祖先第一次学会控制火的地方。哈赞实验室的桌

子上摆放着大小不一、形状各异的石斧和箭头，架子上高高地堆放着白色的纸箱，里面装着更多石器时代的器物。

哈赞说：“在技术上，你的确可以看到发展趋势。事物变化是有方向的，这是技术发挥作用的内部逻辑所致。”但是技术发展的社会环境也是一个关键因素。让我们想一想我们的祖先是如何学会控制火的。学会如何让火一直燃烧是一件了不起的事，但这需要一个半永久的大本营，以便将这项技术传下去，直到我们学会随时随地生火。对许多历史学家来说，在通往现代文明的道路上，农业脱颖而出成为最后的伟大革新，在某种程度上是因为农业为更大的人类群落提供了一个永久的大本营。播种、收获小麦和大麦，驯养家畜的农业活动促进了现代文明的发展，因此建造耶利哥城墙和吉萨金字塔似乎是很小但很可能不可避免的一步。然而，这并未排除偶然性的可能。“关于农业起源，没有什么是必然的，”哈赞指出，“这不是一定要发生的，但是一旦发生，就不可逆转。”

那么，所有其他文化（从音乐、数学到幽默、宗教）的发展如何呢？直到3.5万年前，地球上还有另一支与我们非常类似的古人类人种――尼安德特人，即穴居人。虽然我们曾经认为穴居人野蛮、愚笨，但他们似乎和我们非常接近：他们是否会讲话、讲到何种程度无从得知，但他们的脑容量比较大，会使用复杂的工具，将死去的同类埋葬（虽然墓穴没有早期智人的那样精致）。在地球上还没有人类时，穴居人是否充当了改造地球的两足动物的角色呢？

在我的脑海里突然闪现出尼安德特人（而非我们人类）坐在伦敦皮卡迪利线地铁上的画面。

“从解剖学的角度看，还无法证明穴居人不如现代人类聪明， ”哈赞说，“我们还没有找到尼安德特人与现代人类做同一件事的考古环境。因而，你无法说：‘哦，现代人类在这件事上比尼安德特人聪明多了。’”最近的发现表明， 尼安德特人已使用珠宝和羽毛装饰自己，还用黑色和红色颜料在身体上涂画。甚至有人认为直布罗陀海峡附近山洞里简单的线条画就是尼安德特人画的“地图”，或者至少有某种象征功能，但这种解释引来不少争议。实际上，所有这些说法都是有争议的。

于是我问哈赞，如果尼安德特人没有被迫和人类竞争，那么他们是否可能统治地球。“为什么不可能呢？ 我找不出不可能的原因，”他说，“最终会是尼安德特人存活下来建造城市吗？没人知道。但我想不出任何否定这个假设的理由。”这时，在我的脑海里突然闪现出尼安德特人（而非我们人类）坐在伦敦皮卡迪利线地铁上的画面。

但是，聪明的灵长类动物的进化本身或许就是一种侥幸。智力似乎并非反复进化而产生的，至少和眼睛进化的方式不同。已故进化生物学家恩斯特・迈尔曾指出，在大约30种已知动物类群中，智力只在脊索动物中进化了一次。在脊索动物上千个亚类中，高智力只存在于灵长类动物中，甚至只存在于一个很小的亚类中。除此之外，迈尔认为智力排第二的可能是头足类动物，今天一些研究者认为还应包括海豚和鸦科动物。但是迈尔将会说话、会使用符号的人类列为奇特的种群是非常正确的。

考虑到我们确实无法回到过去重新进化，这些问题似乎难以找到答案，但我们或许可以找到另一种方法，来研究这些可能会发生的历史。

自古以来，人类一直在探索其他宇宙空间是否存在智慧生命。但事实是，我们并未从外星人那里接收到多少信息，这表明智慧外星人并非普遍存在。银河系的其他地方可能并无生命，又或许仅存在某种原始生命，但是遇到了某种极难克服的进化障碍。这种障碍或许我们知晓，又或许与我们遇到的相当不同。还有另一种可能：我们是目前唯一的智能生