（精簡(jiǎn)版）文科大學(xué)生自然科學(xué)技術(shù)知識(shí)讀本

1、1（精簡(jiǎn)版）文科大學(xué)生自然科學(xué)技術(shù)知識(shí)讀本一、宇 一、宇 宙(一)宇宙模型1．有限無(wú)邊的靜態(tài)宇宙模型1692 年，牛頓根據(jù)他的萬(wàn)有引力理論，提出了“無(wú)限均勻的宇宙模型” ，第一次在自然科學(xué)的基礎(chǔ)上描繪了宇宙圖景：空間平直無(wú)限，時(shí)間無(wú)始無(wú)終，天體無(wú)數(shù)且均勻分布。1917 年，愛(ài)因斯坦提出了一個(gè)“有限無(wú)邊靜態(tài)宇宙模型” 。愛(ài)因斯坦通過(guò)計(jì)算，得出宇宙空間應(yīng)彎曲成一個(gè)封閉的區(qū)域，它有一定的直徑，也有一定的體積，但是沒(méi)有邊界，因?yàn)榍蛎嬗泄潭?/p>

2、的面積，而它的面積是沒(méi)有邊緣的。這就是有限無(wú)邊的來(lái)源。所謂靜態(tài)，是說(shuō)宇宙在小范圍內(nèi)有運(yùn)動(dòng)，但從大范圍來(lái)看則是靜止的。根據(jù)這個(gè)圖景，在宇宙任何一點(diǎn)上發(fā)出一道光線，將約在 100 億年后返回它的出發(fā)點(diǎn)。換句話說(shuō)，如果我們有一架可以看到任意遠(yuǎn)處的望遠(yuǎn)鏡，我們最終看到的是自己的后腦勺。2．動(dòng)態(tài)的膨脹宇宙模型按照愛(ài)因斯坦原先建立的關(guān)于宇宙時(shí)空的場(chǎng)方程，是不可能得到一個(gè)靜態(tài)的解的。也就是說(shuō)，我們宇宙的大小是變化的。1917 年，荷蘭天文學(xué)家德西特在

3、他的論文《愛(ài)因斯坦的引力理淪及其天文學(xué)影響》中也提出了一個(gè)靜態(tài)的宇宙模型，認(rèn)為宇宙的空間并不隨時(shí)間變化而變化，這與愛(ài)因斯坦的觀點(diǎn)是一致的，不同的是，他又認(rèn)為宇宙的物質(zhì)有運(yùn)動(dòng)，不過(guò)物質(zhì)的平均密度趨近于零。德西特認(rèn)為，在這種宇宙內(nèi)存在著某種斥力，河外星系在此斥力作用下普遍退行，產(chǎn)生星系光譜的紅移現(xiàn)象。哈勃認(rèn)為，德西特模型促使天文學(xué)家注意到紅移與距離的關(guān)系。1922 年，俄國(guó)科學(xué)家弗里德曼放棄了愛(ài)因斯坦人為插入的宇宙項(xiàng)，重新采用原來(lái)的廣義相對(duì)

4、論的引力方程，求得了均勻的、各項(xiàng)同性的宇宙的動(dòng)態(tài)時(shí)空度規(guī)。這個(gè)解反映了宇宙的膨脹特性。同時(shí)，弗里德曼認(rèn)為，宇宙物質(zhì)平均密度不為零。如果宇宙物質(zhì)的平均密度小于某個(gè)臨界值，宇宙將在空間上永遠(yuǎn)而無(wú)限地膨脹下去；如果3二、地 二、地 球(一)行星地球1．地球的形狀地球是一個(gè)不規(guī)則的扁球體。進(jìn)一步的研究又發(fā)現(xiàn)，地球的南北兩半球不對(duì)稱，南極較北極離地心要近一些，在北極凸出 18．9 米，在南極凹進(jìn) 25．8 米；又在北緯 45 地區(qū)凹陷，在南緯

5、45°隆起。這一形狀和參考橢球體對(duì)比，地球又有點(diǎn)像梨子的樣子，于是測(cè)量學(xué)中又出現(xiàn)“梨形地球”這一名稱?？傊厍虻男螤詈懿灰?guī)則，不能用簡(jiǎn)單的幾何形狀來(lái)表示。更確切地說(shuō)，地球具有獨(dú)特的地球形體。2．地球的運(yùn)動(dòng)(1)地球的公轉(zhuǎn)。按離太陽(yáng)由近及遠(yuǎn)的順序，地球是第三顆行星，它與太陽(yáng)的平均距離是 1496 億千米，這個(gè)距離叫做一個(gè)天文單位(AU)。地球公轉(zhuǎn)一周需要 365．25 個(gè)平均太陽(yáng)日，平均公轉(zhuǎn)速度是 29．79 千米／秒。(2)

6、地球的自傳。地球不僅繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，而且還繞著自己的地軸轉(zhuǎn)動(dòng)——自轉(zhuǎn)。地軸是通過(guò)地心和地球的南極與北極的假想軸，它與地球的赤道面相垂直。地球自西向東自轉(zhuǎn)。因此，人們?cè)诘厍蛏峡吹教?yáng)東升西落。地球自轉(zhuǎn)一周需要 23 小時(shí) 56 分 4.09 秒平均太陽(yáng)時(shí)，自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軌道面之間的夾角為 2.45°。由于地球轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)穩(wěn)定性，人類生活歷來(lái)都利用它作為計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間叫做一年，地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間叫做一日。

7、(二)地球的物理特征1．地球的質(zhì)量和密度英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許通過(guò)萬(wàn)有引力定律，首先求出地球質(zhì)量的，這種方法一直沿用到今天。經(jīng)計(jì)算，地球的總質(zhì)量約為 60 萬(wàn)億億噸。依據(jù)地球的質(zhì)量和體積，又可計(jì)算出它的密度為人 52 克／厘米 3。地震學(xué)家布倫于 1970 年提出地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)模式和推算出各層密度，地球內(nèi)部的密度隨深度的增加而遞增。2．地球的重力和壓力地球重力是指作用于 1 克質(zhì)量的地球引力與地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的合力，用字母 g表示。重力