第二章自然科学的若干重大基本问题PPT.ppt

第二章;第一节 物质结构研究的当代进展;从分子到夸克、轻子的结构层次;二、物质结构研究的进展 半个世纪以来，在对相继发现的数百种粒子的 性质的研究中，科学家们总结出微观粒子相互作用 的规律： ①所有基本粒子的运动遵循四种基本力的相互作用规律； ②夸克、轻子和传播子（即传递力的粒子）是更为基本的粒子。 四种基本力、基本粒子的性质和夸克、轻子模 型构成当代对基本粒子研究的主要成果。 ;（一）四种基本力 1、万有引力：牛顿三大定律、爱因斯坦相对论表述其运动规律，属于宏观物体作用的长程力。 2、电磁力：电磁体之间的相互作用和相互转换，属于电磁体之间的作用力，也是属长程力。 3、弱力：是微观粒子间的相互作用短力，主要表现在支配一些粒子的衰变和俘获现象，如β衰变、μ介子衰变和K介子衰变等。 4、强力：是强子及夸克间的相互作用力，这种力使质子和中子组合成原子核，使夸克组合成强子。;（三）夸克模型及夸克和轻子的对称性 将已发现的强子按电荷、自旋等特征排列，则 构成一幅类似于元素周期表的规律性的对称图，称 为夸克模型。 夸克和轻子都是更基本的粒子。实验和理论研 究发现它们之间存在某种惊人的相似性和对应性， 具有某些关联。 ;三代夸克和三代轻子间对称性关系;三、物质结构研究与其它学科及高新技术发展的关系 第一，粒子物理学的贡献首先是将人们对物质构成 的认识大大向前推进了一大步，了解到构成物质的最小 组元小到夸克和轻子（10-17cm数量级）。而认识的尺度 相对于原子（10-8cm数量级）来说已缩小到原来的十亿 分之一，或缩小到原子核的万分之一。 第二，粒子物理学对基础科学的发展也带来新 的机遇。 ; 第三，粒子物理学推动发展的高能加速器为相应 的工业技术带来了发展的机会和条件，促进了广泛的 经济领域中的应用，从而导致了许多高新技术的发展。 而高能物理的发展又对这些技术提出更高更新的 要求和发展的机会，促进了相应工业的发展。同时， 粒子物理的实验技术开辟了在医疗卫生、工农业生产 及其它领域的广泛应用。 ;???二节 宇宙的起源和演化;二、宇宙的起源和演化 （一）观测事实 1、河外星系的谱线红移 所谓谱线红移，就是光谱线向长波方向（即光 谱红端）移动的物理现象。 例如，当一列离观测者远去的火车，其声音渐 远，而另一列离观察者渐近的火车，其声音则渐 近，这种远去的火车与相应定点火车声音的差距称 为“红移”现象。 2、物质在大尺度空间（约5亿～150亿光年）的分布是均匀的和各向同性的;3、宇宙微波背景辐射 4、氦的丰富度很高 5、所有天体的年龄都小于200亿年 （二）宇宙是膨胀的 （三）大爆炸宇宙模型 （四）宇宙的物理演化史 三、恒星的一生 （一）恒星的形成 （二）恒星的演化 （三）恒星的三种归缩（白矮星、中子星和黑洞）。 ;四、太阳系的起源 （一）太阳系基本特征 太阳系是由太阳、九大行星及其卫星、小行星、 慧星、流行及行星际物质构成的天体系统。 类地行星:水星、金星、地球、火星 类木行星:木星、土星、天王星、海王星、冥王星 （二）太阳系的起源 ;第三节 地球起源、演化与地球系统科学;;;;大气的垂直分层;;海洋水97.47%;;;;;;二、地球的起源及演化 据近代关于太阳系起源的理论，太阳系是在约 50亿年前由气体尘埃云形成的。在太阳系形成的过 程中，由原始太阳星云分裂出的大量星子通过碰撞 合并长大成星胚，并继续吸积周围的物质而形成原 始星体，其中之一就是原始地球。形成的原始地球 由于下述效应开始演化发育。 1、冲击效应：每个落到原始地球上的星子都有很高的运动能量，这种能量因冲击而转化为热能。 2、压缩效应：由于星子的堆积使原始地球重量增加，内部受压缩，消耗在压缩内部的能量转化为热被保存下来。 3、放射性衰变：由于放射性元素的衰变产生热积累。;三、地球系统科学 （一）地球是一个系统 1、地球系统科学 就是要从整体论的观点出发，研究地球这个大 系统内各个子系统，即各圈层内部以及圈层之间运 动变化的全过程、形成机制以及可能发生的变化趋 势。 2、新地球观 （二）地球的运动学和动力学系统 地球是一个动力系统，所有物质都在运动，并 有一定的规律。初看起来，坚实无比、十分稳定的 地球处在不断的变化着。 ;（三）开放的地球系统 地球自从诞生以来，整个系统与周围环境之间一 直发生着质量、能量与动量的交换。 地球不断接受宇宙能量： ①地球逐渐增大其质量； ②陨石撞击地球既增加了质量，还增加了动能； ③地球不断接受太阳能及宇宙射线的辐射。 地球不断耗散能量： ①由于火山爆发、温泉出露等，地球的热量在散失； ②地球在转动过