什么是暗物質范文

導語：如何才能寫好一篇什么是暗物質，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1、“暗物質”是一種因存在現有理論無法解釋的現象而假想出的物質，比電子和光子還要小的物質，不帶電荷，不與電子發生干擾，能夠穿越電磁波和引力場，是宇宙的重要組成部分。

2、暗物質存在的最早證據來源于對矮橢球星系旋轉速度的觀測。

3、暗物質-暗能量是影響當今量子粒子物理+天體物理的“兩片烏云”，暗物質的密度非常小，但是數量龐大，因此它的總質量很大，它們代表了宇宙中96%的物質含量，其中人類可見的只占宇宙總物質量的5%不到（約4.9%）。

（來源：文章屋網 ）

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什么是暗物質

暗物質是宇宙中看不見的物質。

現在我們看到的天體，要么發光，如太陽，要么反光，如月亮，但有跡象表明，宇宙中還存在大量人們看不見的物質。它們不發出可見光或其他電磁波，用天文望遠鏡觀測不到。但它們能夠產生萬有引力，對可見的物質產生作用。研究和分析表明，暗物質在宇宙中所占份額遠超目前人類可以看到的物質。宇宙中最重要的成分是暗物質和暗能量，暗物質占宇宙25%，暗能量占70%，我們通常所觀測到的普通物質只占宇宙質量的5%。

探測暗物質有何意義

暗物質被認為是宇宙研究中最具挑戰性的課題。

目前，暗物質的存在已經被人們普遍接受。人們認為暗物質促成了宇宙結構的形成，如果沒有暗物質就不會形成星系、恒星和行星，更談不上今天的人類了。暗物質的存在是通過天文觀測推測出來的，然而目前被廣泛認可的粒子物理學標準模型預言的62種基本粒子中不包含能解釋暗物質的基本粒子，因此，探測和研究暗物質很可能導致物理學界新的革命。

如何探測暗物質

暗物質的探測方法主要分為直接探測法和間接探測法。

所謂直接探測法是指直接探測暗物質粒子和原子核碰撞所產生的光學、聲學、電子學信號。由于發生碰撞的概率很小，產生的信號也很微弱，通常要把探測裝置安裝在地下深處。暗物質的間接探測法主要是觀測暗物質粒子衰變或互相作用后產生的正電子、反質子、中微子等穩定粒子。由于地球大氣的影響，在地面上無法精確測定粒子的能譜，這類實驗必須要在空間進行。

阿爾法磁譜儀項目實際上是一個大型粒子物理實驗。暗物質碰撞會產生額外的正電子，這些正電子的特征會被阿爾法磁譜儀精確地測量到。

阿爾法磁譜儀是如何制造的

阿爾法磁譜儀主結構的主體是一個外徑1.3米、內徑1.15米、高0.8米的空心高強度鋁制圓柱體。永磁體呈條狀插入主結構，其磁場強度高達1400高斯。主結構由中國航天科技一院設計，磁體則由中科院電工所制造，采用的是新型高磁能積釹鐵硼材料?！鞍柗ù抛V儀1”于1998年6月隨美國“發現”號航天飛機升空開始科學探索，但最終沒能發現反物質和暗物質。此后，科學家開始研制“阿爾法磁譜儀2”。他們曾嘗試用超導磁體代替永磁體。這種方法可以產生更強的磁場，但超導磁體需要液氦冷卻，太空中無法補充液氦，這樣磁譜儀壽命只有3年。而使用永磁體的磁譜儀的使用壽命長達18年至20年，所以專家們決定沿用永磁體。

此外，“阿爾法磁譜儀2”在“阿爾法磁譜儀1”的基礎上增加了若干新的子探測器。

阿爾法磁譜儀是如何工作的

阿爾法磁譜儀的主要本領是能夠捕捉探測到太空中“流竄”的粒子。這一本領基于其強大而特殊的磁場。帶電粒子進入磁場后軌跡會發生變化，不同帶電粒子的軌跡變化也不同，而不帶電的粒子的軌跡則不會發生變化，因而觀測粒子進入這一磁場后軌跡是否變化，變化程度有何不同，就可以推知這是何種粒子。

與天文望遠鏡觀測物質發出的可見光和電磁波不同，磁譜儀直接觀測粒子本身。因而，磁譜儀能夠發現天文望遠鏡無法發現的暗物質等。

中國科學家在尋找暗物質競賽中發揮什么作用

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21世紀物理學的兩朵新的烏云

暗物質問題是粒子物理和宇宙學的核心問題之一。美國國家研究委員會列出了新世紀要解答的11個科學問題，其中“什么是暗物質”被列在首位;在中國科學院制定的創新2050規劃路線圖中，暗物質和暗能量探索被列為可能出現革命性突破的基本科學問題的第一位。暗物質和暗能量被認為是籠罩著21世紀物理學的兩朵新的烏云，對它們的研究很可能會帶來科學上的新突破。

暗物質存在于人類已知的物質之外，人們知道它的存在，但不知道它是什么，它的構成也和人類已知的物質不同。在宇宙中，暗物質的能量是人類已知物質的能量的5倍以上。暗物質的總質量是普通物質的6.3倍，在宇宙能量密度中占了1/4。同時更重要的是，暗物質主導了宇宙結構的形成。暗物質的本質還是個謎。天文學家推測，宇宙中最重要的成分是暗物質和暗能量，它們占了宇宙質量的95%，通常所觀測到的普通物質只占宇宙質量的5%。

之前，人們無法想象這種看不見摸不著的物質在宇宙中竟占有95%的比重，假如這種新的理論被科學證實，就意味著我們所熟悉的這個世界，只是零星散布在宇宙中的小小點綴，如同大海中的一滴水，而在宇宙中占比如此大的東西，人類卻一無所知。因此，暗物質被科學界普遍證實存在，已經給人們的觀念帶來了巨大的沖擊，如果在暗物質性質的研究方面有任何突破性進展，那將會帶來不可估量的科學影響。科學家相信，通過探索“不可見宇宙”如何影響銀河系和宇宙的過去、現在和未來，人類最終一定能夠了解宇宙的起源。

我們如何尋找“暗物質”？

對于這些擅長隱身的暗物質粒子，科學家用什么辦法來探測它們呢？

第一種方法是在加速器上通過兩束高能粒子對撞將暗物質粒子“創造”出來，如歐洲核子中心的大型強子對撞機。如果能量足夠高，理論上，這樣的碰撞有可能產生出暗物質粒子――而暗物質粒子是隱身的，無法被周邊的探測器記錄到。于是，在科學家看來，這場粒子碰撞中就會有很大一部分能量不翼而飛。如果發生這樣的能量失蹤案，便可以為暗物質粒子的存在提供直接證據。

第二種方法是在地下進行的直接探測，各國有不少這樣的實驗項目，其中我國四川錦屏地下實驗室是目前世界上最深的研究暗物質實驗室。暗物質粒子可以說是無處不在，每秒鐘可能有上億個暗物質粒子穿過你的眼睛。當然，由于它們隱身能力超強，我們對此毫無知覺。不過，根據理論，這些粒子仍會參與弱相互作用。這種力與電磁力不同，只能在原子核內部發揮作用。因此，盡管暗物質粒子是隱身的，并不意味著它們就可以橫沖直撞而不受任何阻擋。就像是荒不擇路的兔子一樣，它們也有可能一頭撞上原子核這個“樹樁”。被暗物質粒子撞上的原子核會發光發熱，或者被撞得偏離了原來的位置，這些光和熱還有位置移動是科學家有可能探測到的。只可惜，原子核太小太小，暗物質粒子撞上去的概率低到幾乎可以忽略?？茖W家只能采用一個笨辦法，準備好一大片森林等兔子來撞。他們在巨大的探測器里裝上大量反應物質，等待過路的暗物質粒子碰巧撞上其中某個原子核。當然，為了盡可能排除其他粒子撞上原子核而產生的干擾，科學家往往把這樣的暗物質探測器深埋在地下，讓厚厚的巖層把不會隱身的其他粒子盡可能屏蔽在外面。

第三種辦法，那就是等這些隱身的粒子自行現身。用暗物質探測衛星探測暗物質是基于暗物質粒子湮滅或衰變的假設，即暗物質粒子的湮滅或衰變會形成各種正粒子、反粒子對，這些粒子對在太空中傳播就成了宇宙射線和伽馬射線的一部分。暗物質探測衛星就是收集高能宇宙射線粒子和伽馬射線光子，通過分析其能譜、空間分布來尋找暗物質粒子存在的證據?！拔蚩铡卑滴镔|探測衛星采用的便是第三種辦法，到太空中探測高能粒子和伽馬射線，期望從中能夠找到暗物質存在的證據，并推斷出它們的某些性質。

暗物質粒子探測衛星如何施展“神通”？

暗物質粒子探測衛星是我國第一顆由中科院自主研究、生產的衛星。同以前的衛星和國際同類衛星相比，它具有創新性。

首先，這顆衛星的結構不同于以往我國發射的衛星，它是以載荷（探測器）為中心的一體化結構設計。中國科技大學教授、暗物質探測衛星副總設計師安琦說，以往衛星都是設計一個平臺，相當于一個容器，然后把有效載荷置于其中，這時的有效載荷只能委屈地適應容器。而暗物質探測衛星的設計是以載荷為中心，先把有效載荷集中安置好，再把衛星的其他部分見縫插針地“鑲嵌”在有效載荷的邊上。這種設計使得有效載荷達到1410千克，平臺僅為440千克，二者達到了3.2∶1。這種載荷比在世界上都是極高的。

其次，它是目前世界上觀測能段范圍最寬、空間和能量分辨率世界領先的高能粒子探測器。暗物質粒子探測器屬于大型空間高能觀測設備，它可以精確測量宇宙高能粒子的物理特征和空間分布。它的能段是國際“阿爾法磁譜儀”實驗的10倍，探測器能量分辨比國際同類探測器高3倍以上。

“悟空”通過提高能量分辨和空間分辨的本領，降低宇宙射線背景噪聲，并且采取將探測器做得足夠大等方法提高靈敏度。以《西游記》中的美猴王名字命名的衛星“悟空”，沒有攜帶金箍棒，卻帶了300多根“水晶棒”。位于衛星核心部位的BGO能量器包含了300多根縱橫交錯排列的晶體，每一根都有2厘米見方、60厘米長，是世界上最長的BGO晶體，研制難度非常高。整個衛星中，BGO能量器的重量就占了多半。這些漂亮的“水晶棒”能夠測量入射粒子的能量，并且由于電子和質子與晶體發生相互作用，產生類似淋浴噴水形狀的簇射，而電子和質子產生的簇射形狀不同，因而科學家可以區分出質子和電子。

進入太空后，“悟空”將在500千米太陽同步軌道上運行。它將采取兩種觀測模式：在頭兩年采用巡天觀測模式，由于暗物質可能存在于全天區的任何區域，所以第一階段對全天掃描;兩年后衛星轉入定向觀測模式，根據全天區探測的結果分析出暗物質最可能出現的區域，并針對這些區域開展定向觀測。

在3年的設計壽命中，“悟空”將通過高空間分辨、寬能譜段觀測高能電子和伽馬射線尋找和研究暗物質粒子，同時將在宇宙射線起源和伽馬射線天文學方面取得重大進展。首批科學成果有望在衛星發射6個月至1年后。

相關鏈接

近10年暗物質研究新進展

2006年1月6日，劍橋大學天文研究所的科學家們在歷史上第一次成功確定了廣泛分布在宇宙間的暗物質的部分物理性質。

2006年，美國天文學家利用錢德拉X射線望遠鏡對星系團1E 0657-56進行觀測，無意間觀測到星系碰撞的過程，星系團碰撞威力之猛，使得黑暗物質與正常物質分開，因此發現了暗物質存在的直接證據。天文學家推測，宇宙中最重要的成分是暗物質和暗能量，暗物質占宇宙25%，暗能量占70%，通常所觀測到的普通物質只占宇宙質量的5%。因此，探測和研究暗物質很可能導致物理學界新的革命。

2007年1月，暗物質分布圖終于誕生了！經過4年的努力，70位研究人員繪制出這幅三維的“藍圖”，勾勒出相當于從地球上看，8個月亮并排所覆蓋的天空范圍中暗物質的輪廓。這張圖是通過引力透鏡原理獲得的。馬賽天文物理實驗室的讓-保羅?克乃伯參加了這張分布圖的繪制工作，他認為這種“面包丁”的形狀自25億年以來就沒有很大改變，所以我們看到的也就是暗物質的形狀。

2007年5月16日出版的《天體物理學雜志》稱，約翰斯?霍普金斯大學天文學家利用哈勃太空望遠鏡，探測到了位于遙遠星系團中呈環狀分布的暗物質。天文學家們稱，這是迄今為止能證明暗物質存在的最強有力的證據。

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近幾個世紀以來，科學家們已經發現恒星和行星是由普通物質構成的，甚至于人類本身也是，同時宇宙中有5％的事物也是由普通物質構成的，其余的都屬于暗物質與暗能。什么是暗物質?什么是暗能?它們在哪里?科學家希望找到答案。

二、生物的意識是怎么產生的?

17世紀的時候，法國哲學家、數學家迪卡兒(1596―1690)宣布人類的精神和肉體是完全分離的。他也把意識本性爭論留給了后代的哲學家。當今的科學家們開始挑戰他的這種觀念，一種觀點認為意識來自肉體，來自大腦中的神經元組織。而人類對這些神經元組織的試驗工作剛剛開始，要想結束這樣的爭辨還有待時日。

三、人的壽命究竟有多長?

近來，一些科學家通過對酵母、蠕蟲、老鼠等動物延長壽命的試驗已經確信，人類不久就可以輕松地活過百歲。但也有一些科學家認為人類壽命可能因為受到更多的限制而縮短。不論是否有這種可能，延長人類壽命的研究前景已經深深地影響了整個社會。到底人類能活多久呢?

四、地球靠什么運轉？

自具有革命性意義的板塊構造理論問世以來，其理論已經深入人心。探測地球內部構造的科學家，通過使用復雜的工具，對礦物進行研究，通過計算機模擬等手段試圖尋找地球運轉的驅動力，但是迄今還沒有一個令人滿意的解釋。一個原因是說由地幔對流造成的，但是至今人們無法進行地幔對流運動的直接觀測。也有可能是對地震波速記錄和地震層析成像所間接反應。那么究竟地球是受到什么驅動的呢?

五、我們是宇宙中惟一的生命嗎?

從數學概率的角度來說，應該不是。在我們的銀河系就有數億顆恒星、星云，而在整個宇宙又有數十億個銀河系。就在我們的附近，科學家們已經發現了150顆恒星。總之，科學家們說宇宙很可能有許多適合智能生命進化的地方?，F在最大的問題是，我們什么時候才能與這些生命接觸。

六、地球生命是怎樣出現的?

近來的一些試驗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脫氧核糖核酸(DNA)和蛋白質；當一些科學家聚集在實驗室模擬生命起源的時候，其他的科學家們則致力于研究毫無生命氣息的化學物質是怎樣轉化成地球上的原始生命DNA的。另外還有一些研究員想知道這些原始生命是從哪里來的，深海熱熔巖液體中、潮汐池，還是隱藏在冰河中?或許火星微生物被在40億年前帶到了地球上吧!

七、艾滋病疫苗有效嗎?

兩個世紀以前，研究員們把人類免疫缺陷性病毒(HIV)看作引起免疫缺陷綜合病癥(AID5)的原因。艾滋病剛一發現，它100％的死亡率震驚了世界，各國政府及其醫學研究者緊急動員起來，投入到尋找治療艾滋病的藥物的研究工作。自從那時開始，對于抑制艾滋病的傳染的疫苗研究就從沒有間斷過。但是至今為止，人類還是沒有找到一種對艾滋病完全有效的疫苗。現在的艾滋病疫苗有效嗎?

八、世界將會變得有多熱?

科學家們當然了解世界正在變暖，也知道人類是引起全球氣候變化的主要因素。在過去的一個世紀內，地球溫度上升了0．6攝氏度，這直接導致了地球上由風暴、洪水、干旱等引起的各種天災成倍增加。據統計，2000年發生的地球天災數是1996年的兩倍。科學家預測，在21世紀，這些災難數將以6倍的比率增加。最新科學研究結果表明，今年夏季，北冰洋冰塊正在大量融化，這些都將加速地球氣候變暖，使未來的人類在溫室效應的熱浪中 “漸漸死亡”。地球究竟會變得多熱?

九、代替石油的能源何時出現?

目前，石油價格和人類對石油能源的需求都在不斷上漲，但是石油的探明儲量是有限的，并且石油這一能源給地球環境帶來的污染和影響也是日益突出。因此對于人類來說，用一種新的能源來代替石油已是迫在眉睫了。新的能源應是可持續的永久性能源，它不給地球環境增加負荷，能更加有效地利用成本。納米科技的進步或許就是解決能源危機的一個答案。但是它能夠及時出現以挽救枯竭的能源嗎?

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冰心曾經說過：“我讀書奉行九個字，就是‘讀書好，好讀書，讀好書’”。

揣摩了羅貫中的‘三國’、學會了怎么細致刻畫人；端倪了蒲松齡的‘聊齋’、明白了什么是入骨三分；瀏覽了施耐庵的‘水滸’、知曉了什么是細致入微；閱讀了吳承恩的‘西游’、懂得了什么是連環曲折。品了朱自清的散文，理解了一位餓死不吃美國面粉的民主戰士；賞了徐志摩的詩集，仿佛看見了一位為情而生，為情而死的癡情男兒；看了魯迅的文章，羨慕那張罵人不帶臟字的“嘴”。

從識字到現在，我讀過的書，已無從計算。只是，我讀書如同我吃飯。飯，不可一頓不吃；書，不可一天不讀。讀書已成為我生活的一部分；我人生的一部分；我生命的一部分。如我每天必須喝水、睡覺、學習......書如一盤盤“菜”、散發一陣陣誘人的香。讀書不是為了滿足舌頭，而是去充實我的腦、我的心、我的血液、我的思維和我的靈魂。那是永垂不朽的“美味”，在我心中留香，在你心中留香，在歲月中流香。

——酸，梅是酸的，醋是酸的，書也有酸的。不是倒牙的酸，而是在心中掉淚的酸，那一筆筆沉重的字，打動著讀者的心。如巴爾扎克筆下的老葛朗臺。那是一位一夜暴富的老箍桶匠，他貪婪、狡詐、吝嗇，金錢就是他的上帝。他對自己也是如此。他雖然很有錢，但一生活得沒有意義。

——甜，是一種人心、入骨的甜。在讀老舍的《茶館》時，我體會到了這種甜。它如同一個人靜靜地坐在星空下，遠離城市的喧囂，獨品一壺美酒，再細細回味，則是一種從心底里傳出來的甜，只可意會，不可言傳。

——苦，是從舌尖到心底的苦，苦后一生難忘。我認為最“苦”的一本書就是姜戎的《狼圖騰》。閱讀這本書，將是我們這個時代享用不盡的關于狼圖騰的精神盛宴。因為它的厚重，因為它的不可再現。因為任由蒙古鐵騎和蒙古狼縱橫馳騁的游牧草原正在或者已經消失，所有那些有關狼的傳說和故事正在從我們的記憶中退化。如果不是因為此書，狼——特別是蒙古的草原狼——這個中國古代文明的圖騰崇拜和自然進化的發動機，就會像某些宇宙的暗物質一樣，遠離我們的地球和人類，漂浮在不可知的永遠里，漠視著我們的無知和愚昧。因為人們大肆捕殺狼，使生態失去平衡，草原鼠瘋狂繁殖，草原沙漠化，一系列的惡性循環使人類賴以生存的地球慢慢枯竭。作者進行了30余年的研究與思索，與出J了這部人與自然、人性與狼性、狼道與天道的長篇小說。它讓我讀出了深沉、豪放、憂郁而綿長的蒙古長調與草原蒼狼的幽怨、孤獨，固執于親情呼喚的仰天哭喝，都是悲壯的勇士，面對長生天如歌的表達：是獻給天堂里偉大母親最美聞情墩、柔弱的衷腸、最動人的戀曲。這本書不僅僅是呼吁人們保護狼，而是保護所有在地球上有生命的物種。人類，你們醒醒吧！去保護環境，保護物種把。否則，幾千年或幾百年后，從地球上消失的物種將是人類。并且，2008年北京還要舉辦奧運會，環境更是北京人不可忽視的問題。彎一下腰是一個多么簡單的動作，中國擁有十三億人口，如果每人都撿起一個垃圾，都少丟一個垃圾，那么中國的環境將比現在好得多。

——辣，魯迅先生從筆尖流出來的一串串小字中就帶著辛辣。一筆一劃，怎么讀，怎么嗆得你流淚。他的文章反映了一個時代。他的文章是從心底涌出，從筆尖流出的。他的文章可以說字字都是刀槍，筆筆都是血。

書是一縷陽光,它能融化心間的冰涼，書是一縷春風，它能消除你內心的浮燥，書是一支蠟燭，它能使黑暗的心變的明朗，書是一種營養，它能讓你精神強壯，書是一壺綠茶，讓我回味無窮……沒去過廬山，卻從李白“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”中感受到廬山瀑布傾瀉而下的壯闊，沒有到過泰山，卻從杜甫“會當凌絕頂，一覽眾山小”中感受到泰山的雄渾高大，沒去過云南，卻從沈從文中的《邊城》中感悟到匯溪小城的嫵媚動人。

一本本優秀的書籍，演繹了一段段豐富多彩的百味人生，酸甜苦辣，品各中其味；一本本優秀的書籍，創造了一個個波瀾壯闊的大千世界，悲歡離合，感各中其景。

我愛看書，愛看好書，愛看不會被人遺忘的好書，愛看永垂不朽的在歷史長河中翻滾的在歲月中流香的好書。要熱愛書，它會使你的生活輕松；它會友善地來幫助你了解紛繁復雜的思想、情感和事件；它教導你尊重別人和你自己；它以熱愛世界、熱愛人類的情感來鼓舞智慧和心靈。書會告訴你：什么是真善美；什么是假惡丑；什么是天使與鮮花；什么是魔鬼與毒草。書還會告訴你：讀書就是閱讀人生，閱讀生活，閱讀快樂；讀書就是關照生命，聆聽自然，收藏陽光。

同學們，熱愛讀書吧，這是知識的源泉。

讀書，要讀出酸甜苦辣；做人，要品百味人生……

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提名一位空間科學開拓者!他是所有時代中一位最偉大的空間科學開拓者!雖然他的大部分發現甲，于第一顆人造衛星進入太空50余年，早于人類在月球漫步60余年，早于第一架航天飛機升空70余年。我們來想象一下，一個世紀前，阿爾們特?愛因斯坦開始創造他的相對論，我們從而能夠使用這一概念去理解空間、時間和重力。1905年將永遠被視為愛因斯坦的“奇跡年”，這位當時只有26歲的年輕人改變了我們看待空間、時間、物質、能量和宇宙的方式。愛因斯坦關于光速、物體相對運動、蘑力的影響以及能量同質最之間關系的理論，最終引出有關宇宙如何起源的大爆炸理論和一些新概念(例如黑洞和暗能量)。

盡管愛因斯坦的一些最重要的成果直到1915年才出現，但美國航空航天局和其他組織為了紀念愛因斯坦創新性研究的100周年，于2005年舉辦了整整一年時間的慶祝活動，被稱為“愛因斯坦百年紀念”。他的研究成果對科學和社會的影響無疑將持續未來多個世紀

大多今天正處于進行中的尖端奪間科學是愛因斯坦成果的延伸物，例如，在美國航空航天局進行的名為“超越愛因斯坦”的研究項目中，科學家運用他們的才智和美國航空航入局提供的器具來搜索三個重要問題的答案：是什么動力引發了宇宙大爆炸?什么是暗能量?在黑洞的邊緣會發生什么事?

關于宇宙如何起源有不同的理論，愛因斯坦自己沒有設想出大爆炸理論(這一理論認為宇宙由一個具有密集能量的微點爆炸而成，并從那時起一直處于擴張狀態)。但正是愛因斯坦的數學方程描繪了質量、能量、重力和宇宙的其他方而如何相瓦影響，科學家稍后才支持這樣的解釋?

約翰?霍普金斯大學教授查爾斯?貝內特領導著科學家進行美國航空航天局的威爾金森微波各向異性探測器項目。在這個以太空為基地的強大單遠鏡的幫助下，該項目展現出了宇宙在130余億年前的“嬰兒期畫面”，那時離宇宙大爆炸發生不超過10億年，貝內特表示，今天的研究人員必須繼續問問題和思考條條框框(就如同愛因斯州所做的那樣)，來計算出什么會引發大爆炸。貝內特現在聚焦于確定宇宙如何有可能從大爆炸開始階段演變成現在我們看到的狀態，他說：“愛因斯坦極度信奉實驗和觀測，這二者既能引導，又能檢驗理論。他始終保持著對事物的敏銳眼光，盡管很多完全不合乎情理。他問自己如何能用有創意的新思路解決這些問題?！?/p>

新思路是芝加哥大學教授肖恩?卡羅爾現在所關注的，他的工作任務是設想出某些方式，即神秘的、尚未被看到的、被稱為暗物質的力量如何可以造成宇宙擴大的速度越來越快。這聽起來很具有挑戰性，而在知道宇宙正在擴張之前，想象一下預期這股力量的難度吧!那就是愛因斯坦曾經做過的。

愛因斯坦方程中的宇宙需要擴張或收縮，但是，在那個時代，他和其他人都認為上述點宇宙都沒有在做，所以，愛因斯坦將他所稱的“宇宙學常數”添加到他的方程式中。然而，當后來證實宇宙確實在膨脹后，他迅速拋棄了這一術語。愛因斯坦稱這整個概念是他“最大的失誤”。但從現在看來，愛因斯坦畢竟意識到了某些東西。

科學家近來發現，宇宙不僅僅是在膨脹，它還在加速擴張。有一種方式能解釋這種加速，那就是存在類似愛因斯坦起先的“宇宙學常數”中所提出的一種力量。

當卡羅爾冥思苦想什么是暗能量及它來自哪里時，他效仿著他所認同的愛因斯坦最優秀的品質?？_爾發展了新的理論，并提議如何測試它們。他說：“愛因斯坦學習了差不多所有已知事物，在那個時代，他對新的做事方式保持著虛心?！睈垡蛩固贡救瞬⒉幌嘈藕诙?，但他的其他理論竟能預測到黑洞，可以肯定的是，那無疑是用開放的心態在設想黑洞的存在。

科羅拉多大學教授米奇伯?格爾曼研究了黑洞的構成以及它們如何影響星系。在太空中，這一區域的引力是如此之強，以致光都無法逃脫。他說，他期望從現在開始的大約10年內美國航空航天局能發起二個任務：激光十涉空間天線將利用激光技術來幫助科學家更好地理解中等大小的黑洞如何合并形成大的黑洞；與此同時，攜帶四部X射線望遠鏡的“X星座”空間天文臺將在物質被吸入黑洞之前測齡它們釋放出米的輻射。無論是研究黑洞還是研究其他怪異現象，格爾曼都通過借鑒愛因斯坦的工作態度來進行他的研究。格爾曼認真地說：“他能夠采取一種假說，并采用其符合邏輯的結論，不管這一假說如何違反直覺。當我思考一個奇怪的天體物理對象時，我試圖記起這個，而司空見慣的想法只能使你局限起來。”

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關鍵詞：高中物理；科學素養；教學策略

一、物理教學要面向生活、聯系實際，增強應用意識

我們知道，物理知識來源于生活實踐經驗的總結，又會回歸于生活實踐，指導人們用于改善生活，改造自然。所以，要加強學生的科學素養，筆者以為我們當從生活實踐入手，讓高中階段的物理教學聯系生活實際，讓高中物理教學課堂走向生活的廣場，這樣我們才能夠增強學生的應用意識，才能切實培養學生的科學素養。這方面，我們可以通過關心國家時事入手，如當前的神九升天、事件、國防力量的逐步加強等。這些學生關注的熱點話題一定含有很多方面的物理知識，我們如果能從這些事件中結合課堂知識開展教學活動，學生一定會興味盎然，且效果良好。另外，作為生活中活生生的人，我們的衣食住行可以說幾乎事事與物理知識相關聯。拿當前事故頻發的交通安全問題來說，如果我們人人能夠懂得兩輛車會車時，兩車中間的壓強要遠遠小于外面的壓強，并且，相對速度越大，壓強越小。這些知識我們在高中物理課堂上深深懂得，也許在解答問題、回答試卷的過程中深深懂得，但如果我們能將其聯系到實際生活，或許車輪下的冤魂會減少許多。還有就是沖量與能量的關系，在公路上行使時如果我們能夠注意到這一物理知識的存在，也許會挽回許多蓬勃的生命。

二、加強實驗操作教學

眾所周知，物理學科是以實驗為基礎的一門學科，要通過物理教學來提升學生的科學素養也就必須得加強實驗操作教學。在如何優化實驗操作教學方面，筆者以為首先要加強學生的實驗基本功能力訓練。教師在做演示實驗的時候，要加強每一個細節的操作把握，包括對一些儀器儀表的數字認讀，包括對一些螺旋測微器、游標卡尺等基本測量工具的使用方法等。另外，要多多地提倡使用學生自制實驗用具，條件允許的情況下，我們還可以在課外開放實驗室，給學生更多的時間、空間來展示他們的實驗能力、創新水平。當然，在課外進行實驗的時候一定要嚴格實驗程序，保證學生的身心安全。其次，我們在通過實驗來提升學生的科學素養時，一定要有所側重，包括物理內容的側重，這一點從近些年來高考的熱門題目中就可以看出。電學是非常重要的一個環節，也是與我們當前的生活息息相關的一部分內容。在復習這個系統的知識的時候，要注意書本教材中的典型實驗。在這些典型實驗的基礎上，我們一定要設置種種生活情境，讓學生的實驗素養與具體生產生活實踐聯系起來，通過這些典型實驗的精雕細刻，我相信學生的科學素養一定會在教師精心的實驗教學的基礎上有所升華。

三、利用研究性實驗，讓學生找問題進一步完善和提高科學素養

目前研究性學習和觀念逐漸被廣大物理教師所接受。研究性實驗內容主要可分為四個方面的內容：1.探索性物理實驗，如“研究材料的保溫性能”“研究影響滑動摩擦力的因素”“研究彈簧振子的周期與小球質量的關系”等，這些實驗所用的方法都是科學研究中非常典型的方法，學會這些方法將使學生在今后的工作中受益無窮。2.跨學科的綜合性問題，如“從電冰箱到臭氧層”“灶具的演變”“用電解法測定元電荷”等這些跨學科的課題，有助于學生加強綜合運用所學知識的能力，提高學生綜合分析解決問題的能力。3.物理學與現代聯系的問題，如“阿爾法磁譜儀與暗物質”“溫室效應”“能源的合量開發與利用”“航天技術”等物理課題也來自于現代科技中的熱點問題。4.聯系實際的現實問題，如“菜刀上的力學知識”“自業水的電率的測定”以及跟我們實際生活、醫學衛生、家用電器的原理與使用等相聯系的課題，都可以讓學生體會到理論和實際的聯系。所有這些活動培養了學生的學習能力、創造能力、社交能力，是各學科教師教學效果的真實體現。

四、改變學生對物理的看法，提高他們學習物理的興趣

1.教師要抓住一切可以聯系實際的機會向學生展示物理學的魅力，使學生認識到，物理是活生生的、可見、可聞、可做的。比如，在講授電功率時，我找來許多家用電器的說明書，帶領學生計算各種電器每小時的耗電情況，如洗衣機、電冰箱、空調、電腦、電飯煲，我發現大多數學生對此都很有興趣，并且主動參與了進來。

篇8

將這個問題放到地球生命的歷史上，長久以來，吸引了各個領域的人對其進行思考。智慧生命的出現是偶然進化還是必然結果？這是史蒂芬?杰伊?古爾德的著作《奇妙的生命：波基斯頁巖與歷史的本質》（1989）中的一個主題。如果可以的話，我們讓生命重新進化，那么智人――或其他的古人類――會再次出現嗎？或者，人類的出現靠的是一種非常不可思議的環境嗎？ 甕安生物群中拉長的胚胎化石標本。甕安生物群是發現于中國貴州甕安

縣甕福磷礦埃迪卡拉紀陡山沱組上磷礦段的一個磷酸鹽化特異埋藏化石庫。

其中以三維立體形態保存的動物胚胎化石，作為迄今全球最古老的后生動物

化石記錄之一，為人們了解后生動物的起源和早期演化歷程提供了精美絕倫

的研究材料。

乍看之下，在38億年的地球生命歷史中，所有已發生之事似乎都較大程度上依賴于之前發生的一切。智人的出現也僅僅是20萬年前的事。人類出現之前，地球已存在了數十億年。古爾德并未在他的書中直接提及混沌理論，卻完美地將它描述了出來：“最初毫無緣由發生的怪事產生了大量的后果，這些后果使某種未來在現在看來似乎不可避免。但是， 早期極其輕微地改變，歷史就會進入一個完全不同的軌道，轉向另一個合理的通道，并不斷地偏離最初的軌跡?！?/p>

歷史上第一次細胞分裂發生在生物復雜性的開始階段，在這段時期，單細胞生命進化成多細胞生命。單細胞有機體在地球上出現得相當早，大約在地球形成10億年左右。多細胞生命出現得相對較晚，在單細胞生命出現后的25億年。這種進化或許是必然的，尤其在生命體隨時間的推移日趨復雜的情況下?？墒?，生命體真的變得越來越復雜了嗎？我們曾被告知，進化是沒有“方向”的，生物學家也閉口不提“進步”二字。（飽受詬病的圖片是那張舊教科書中無處不在的從猿到人的進化圖。當然，新教材中也有，但是作者覺得有必要對其進行公開指責。）可是，當我們看化石記錄時，確實看到生物復雜性在普遍漸增。

然而細究之后，這種進步的秘密就被發掘了出來。正如古爾德指出的那樣，生命必須以簡單的形式出現，這意味著“上升”是唯一的發展方向。事實上，最近的一項實驗表明，生物從單細胞向多細胞轉換的過程或許并非像以前想象的那樣困難。在明尼蘇達大學的一個實驗室里，進化微生物學家威廉?拉特克利夫和同事觀察了一個單細胞酵母菌在不到60天的時間里進化成為細胞集群的過程。這些細胞集群甚至表現出一些復雜行為，包括勞動分工（即一些細胞死亡，從而使其他細胞可以生長和繁殖）。

然而，進化即使有方向，有時也會被打亂。最具破壞性的是大滅絕，大滅絕的發生有著驚人的規律性，極大地破壞了地球的生態系統。其中最嚴重的一次滅絕發生在2.5億年前（二疊紀至三疊紀），這場災難摧毀了9 6%的海洋物種和70%的陸地物種。古爾德考察了一次更久遠的大滅絕（4.88億年前的寒武紀至奧陶紀大滅絕）中幸存和消亡的生物，發現了這次生物滅絕災難中具有代表性的“幸運兒”――皮卡蟲。這是一種形似鰻魚的生物，可能是所有脊椎動物的祖先。若皮卡蟲未能幸存，那么地球上很可能就沒有脊椎動物了。

每個階段都有幸存者和消亡者。二疊紀至三疊紀的大滅絕雖然極具毀滅性，但對不久之后出現的恐龍來說是個好消息，使它得以在地球上生存了約1.65億年。但接下來，恐龍遭遇了自己的厄運，大約6600萬年前，一個巨大的小行星猛烈撞擊了墨西哥灣。撞擊激起的殘骸遮住了陽光，由此引發了災難性的全球氣候變冷。這種撞擊理論雖然為大家認可， 皮卡蟲

但仍有人持懷疑態度，一些研究者認為火山噴發是罪魁禍首。就在2015年春天，又有研究者提出了一個傾向于宇宙論的新理論：太陽系在銀河系中運動時，地球可能進入了暗物質極度密集的區域，于是引發了災難。不管原因是什么，對恐龍來說是滅頂之災，但對一種長毛小型生物來說是個好消息。而這種生物，最終進化成了現在的我們。

如果說古爾德是福爾摩斯，那么西蒙?康韋?莫里斯就是他的死敵莫里亞蒂。這是個夸張的說法，但這兩位學者明顯處于對立面。對古爾德這位已故哈佛大學古生物學家來說，進化是非常偶然的，是一系列永無休止的意外事件，就像恰好趕上地鐵和剛剛錯過地鐵一樣偶然。相反，劍橋大學的古生物學教授康韋?莫里斯則專注研究進化趨同理論。他認

為，進化不是隨機事件，而是受到強大約束的;只要存在環境生態位，進化就設法去填補，而填補其中的，經常是相似的生物。

在康韋?莫里斯教授目之所及處，盡是趨同。比如，他以生活在北美洲和南美洲的類虎動物的外貌來說明這個問題，它們有著不同的進化途徑（北美洲的是一種胎盤哺乳動物，是今天野貓的祖先;南美洲的則是有袋類動物）。還有馬達加斯加猬，其外形與在歐洲發現的刺猬非常像，但二者是分開進化的。我們還可以看看天上飛的動物，在進化過程中，生物發展了至少四種不同的飛翔方式：首先是昆蟲的飛翔方式，之后分別是翼龍、鳥和蝙蝠。

關于進化趨同研究最多的是眼睛的進化。英國進化生物學家理查德?道金斯指出，眼睛在歷史上已經進化至少40次（或許多達60次）。事實上，眼睛的進化過程非常容易，一種名為擬淵燈鮭（又被稱為標槍鬼魚）的魚甚至進化出了第二雙眼睛。這種魚的一只眼睛長在前方，就像在電視劇《辛普森一家》中纏著伯恩斯先生的那條魚一樣。

古人類譜系非?！皾饷堋?，有著多重、平行的進化途徑。

那么，偶然與趨同之爭能否在實驗室中平息？在將近30年的時間里，密歇根州立大學的微生物生態學家理查德?倫斯基一直在培育大腸桿菌12個分開的種群。迄今，該細菌已經進化了6萬多代。大多數情況下，這12個種群的譜系差別極其細微，但也有一些顯著的例外。在一個燒瓶中，細菌分裂成兩組，這兩組大小差別很大;這種分裂是實驗啟動幾年后開始的。另一個種群在幾年后學會了以燒瓶里的另一種化學物質――檸檬酸鹽――為食（其他種群只消耗葡萄糖），在總數上迅速增長。倫斯基的數據令人振奮，但最終還是無法決定偶然與趨同之爭的勝出者。這兩個理論明顯都與該實驗相關，但都很難量化處理，甚至最巧妙的實驗都無法充分證實這個問題。

可惜，以上這些似乎與人類沒有多大關系。回到那張從猿到人的進化圖盛行的年代，我們很容易想象出一架進化階梯，在這個階梯上，智人自然而然地占據了頂端的位置。然而，一些研究者認為，回到700萬年前，在我們的祖先與黑猩猩的祖先背道而馳的年代，古人類譜系在現在看來非?！皾饷堋?，有著多重、平行的進化途徑。 擬淵燈鮭及其眼睛

在大部分古人類傳說中，很少看到“進步”。工具的使用發生在約330萬年前，而創新卻只是零星地發生。美國自然歷史博物館榮譽館長伊恩?塔特薩爾說：“新型工具一般是斷斷續續出現的，中間會相差成百上千年，甚至是幾百萬年。在這段漫長的間隔里，工具的改進也是極小的。”的確，美國康涅狄格大學的古人類學家丹尼爾?阿德勒認為，“正常”的情況是保持“技術穩定”，這種穩定可以輕松持續“幾萬甚至幾十萬年”。如今，技術的傳播不過是眨眼之間的事，但是在史前，信息幾乎無法擴散。

人口較少的時期，大滅絕就會出現。根據一項研究，約7萬年前印度尼西亞的超級火山――多巴火山大爆發，引發了持續數十年，甚至幾個世紀的全球變冷，人類種群的數量急劇減少到3000人至10000人。最終，我們成功度過這個種群遺傳瓶頸，但值得牢記的是，其他所有的古人類種群都消失了。有一些種群，如直立猿人，在地球上生存了160萬年;還有弗洛瑞斯人，在地球上生存了不足10萬年。

縱觀整個史前時代，生物演化與技術變革并行發展。大腦容量不斷增加，然而這并不是我們的祖先獨有的特征，很

多其他古人類也有此特征。塔特薩爾的研究表明，復雜的活動正在進行，如同一場軍備競賽，認知能力和技術相互促進。同時，人類進化樹上的每個枝條都不得不適應變化莫測的氣候。在恐龍時代，地球溫度比今天高大約10 ℃。但是在3000萬年前，全球開始變冷。更新世冰期將要到來，第一批靈長類動物棲息的森林已經逐漸消退，熱帶雨林逐漸為開闊草地取代。已適應樹上生活的動物，面臨著在草原上生活的巨大風險。但如果這些動物懂得協作，能夠使用工具，那么就會有明顯的優勢。最終，只有古人類生存了下來。 尼安德特人復原像

塔特薩爾和很多研究者都發現，對智人來說，符號思維和復雜語言是一種優勢，但在他們學會說話之前，必須滿足一些生理條件。大多數靈長類動物的喉頭位于喉部較為靠上的位置。喉頭只有向下移動才能發出與人類語言有關的多種聲音，并且需要聲帶、嘴唇、舌頭和口腔的相互配合。這種配合很可能是由左大腦皮層的兩個特定區域促成的，而這兩個區域很可能是在最后的200萬年內才形成現在的樣子。

大型獵物并非屈服于我們的肌肉力量（和動物相比我們的肌肉少得可憐），而是我們的智力。

語言不只是生理行為，它很可能是與愈加復雜的社會行為一起進化而來，逐漸增強的認知能力使語言進化成為可能。這種認知能力包括心理學家所說的心智理論的發展，即能夠洞察他人擁有自己的思想和意圖。此外，具有能夠思考眼前并不存在的事物的能力也同樣關鍵。我們能夠回憶過去，想象未來，并做出計劃。我們已經在頭腦中創造了嶄新的世

界，其結果是在現實的物質世界里，使大型獵物屈服于我們的智力，而非屈服于我們的肌肉（與它們相比我們的肌肉要少得可憐）。

幾乎可以確定的是，語言是與不斷改進的技術同步發展的。如果我們的祖先可以想象出追蹤和獵殺猛犸象的情景，他們也能想到用什么樣的石器會讓捕殺更容易，包括宰殺和肢解。至關重要的是，一旦發明出一種工具，制作工具的知就會傳遞下去，這種傳遞不僅通過演示，還要通過語言。

當然，到目前為止，我們討論的不僅僅是生物進化，還有文化進化。在文化問題上，“進步”這個詞甚至比生物進化更受輕視，但更難以忽視。文化創新似乎顯示出方向性。一旦發明了矛、箭或犁，就是不可逆、不能否認的事實了。

我與考古學家邁克爾?哈贊在他多倫多大學的實驗室里討論了文化與生物進化之間微妙的相互作用。哈贊是研究早期石器與火的使用方面的專家，曾在歐洲、中東和非洲等地長期開展野外工作。他花費多年時間研究南非奇跡洞中留下的史前古器物，該洞穴見證了持續200萬年的人類活動，很可能是人類祖先第一次學會控制火的地方。哈贊實驗室的桌

子上擺放著大小不一、形狀各異的石斧和箭頭，架子上高高地堆放著白色的紙箱，里面裝著更多石器時代的器物。

哈贊說：“在技術上，你的確可以看到發展趨勢。事物變化是有方向的，這是技術發揮作用的內部邏輯所致?！钡羌夹g發展的社會環境也是一個關鍵因素。讓我們想一想我們的祖先是如何學會控制火的。學會如何讓火一直燃燒是一件了不起的事，但這需要一個半永久的大本營，以便將這項技術傳下去，直到我們學會隨時隨地生火。對許多歷史學家來說，在通往現代文明的道路上，農業脫穎而出成為最后的偉大革新，在某種程度上是因為農業為更大的人類群落提供了一個永久的大本營。播種、收獲小麥和大麥，馴養家畜的農業活動促進了現代文明的發展，因此建造耶利哥城墻和吉薩金字塔似乎是很小但很可能不可避免的一步。然而，這并未排除偶然性的可能。“關于農業起源，沒有什么是必然的，”哈贊指出，“這不是一定要發生的，但是一旦發生，就不可逆轉。”

那么，所有其他文化（從音樂、數學到幽默、宗教）的發展如何呢？直到3.5萬年前，地球上還有另一支與我們非常類似的古人類人種――尼安德特人，即穴居人。雖然我們曾經認為穴居人野蠻、愚笨，但他們似乎和我們非常接近：他們是否會講話、講到何種程度無從得知，但他們的腦容量比較大，會使用復雜的工具，將死去的同類埋葬（雖然墓穴沒有早期智人的那樣精致）。在地球上還沒有人類時，穴居人是否充當了改造地球的兩足動物的角色呢？

在我的腦海里突然閃現出尼安德特人（而非我們人類）坐在倫敦皮卡迪利線地鐵上的畫面。

“從解剖學的角度看，還無法證明穴居人不如現代人類聰明， ”哈贊說，“我們還沒有找到尼安德特人與現代人類做同一件事的考古環境。因而，你無法說：‘哦，現代人類在這件事上比尼安德特人聰明多了?！弊罱陌l現表明， 尼安德特人已使用珠寶和羽毛裝飾自己，還用黑色和紅色顏料在身體上涂畫。甚至有人認為直布羅陀海峽附近山洞里簡單的線條畫就是尼安德特人畫的“地圖”，或者至少有某種象征功能，但這種解釋引來不少爭議。實際上，所有這些說法都是有爭議的。

于是我問哈贊，如果尼安德特人沒有被迫和人類競爭，那么他們是否可能統治地球?！盀槭裁床豢赡苣?？ 我找不出不可能的原因，”他說，“最終會是尼安德特人存活下來建造城市嗎？沒人知道。但我想不出任何否定這個假設的理由。”這時，在我的腦海里突然閃現出尼安德特人（而非我們人類）坐在倫敦皮卡迪利線地鐵上的畫面。

但是，聰明的靈長類動物的進化本身或許就是一種僥幸。智力似乎并非反復進化而產生的，至少和眼睛進化的方式不同。已故進化生物學家恩斯特?邁爾曾指出，在大約30種已知動物類群中，智力只在脊索動物中進化了一次。在脊索動物上千個亞類中，高智力只存在于靈長類動物中，甚至只存在于一個很小的亞類中。除此之外，邁爾認為智力排第二的可能是頭足類動物，今天一些研究者認為還應包括海豚和鴉科動物。但是邁爾將會說話、會使用符號的人類列為奇特的種群是非常正確的。

考慮到我們確實無法回到過去重新進化，這些問題似乎難以找到答案，但我們或許可以找到另一種方法，來研究這些可能會發生的歷史。

自古以來，人類一直在探索其他宇宙空間是否存在智慧生命。但事實是，我們并未從外星人那里接收到多少信息，這表明智慧外星人并非普遍存在。銀河系的其他地方可能并無生命，又或許僅存在某種原始生命，但是遇到了某種極難克服的進化障礙。這種障礙或許我們知曉，又或許與我們遇到的相當不同。還有另一種可能：我們是目前唯一的智能生