（精簡版）文科大學(xué)生自然科學(xué)技術(shù)知識讀本

1、1（精簡版）文科大學(xué)生自然科學(xué)技術(shù)知識讀本一、宇 一、宇 宙(一)宇宙模型1．有限無邊的靜態(tài)宇宙模型1692 年，牛頓根據(jù)他的萬有引力理論，提出了“無限均勻的宇宙模型” ，第一次在自然科學(xué)的基礎(chǔ)上描繪了宇宙圖景：空間平直無限，時間無始無終，天體無數(shù)且均勻分布。1917 年，愛因斯坦提出了一個“有限無邊靜態(tài)宇宙模型” 。愛因斯坦通過計算，得出宇宙空間應(yīng)彎曲成一個封閉的區(qū)域，它有一定的直徑，也有一定的體積，但是沒有邊界，因為球面有固定

2、的面積，而它的面積是沒有邊緣的。這就是有限無邊的來源。所謂靜態(tài)，是說宇宙在小范圍內(nèi)有運(yùn)動，但從大范圍來看則是靜止的。根據(jù)這個圖景，在宇宙任何一點上發(fā)出一道光線，將約在 100 億年后返回它的出發(fā)點。換句話說，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．動態(tài)的膨脹宇宙模型按照愛因斯坦原先建立的關(guān)于宇宙時空的場方程，是不可能得到一個靜態(tài)的解的。也就是說，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《愛因斯坦的引力理淪及其天文學(xué)影響》中也提出了一個靜態(tài)的宇宙模型，認(rèn)為宇宙的空間并不隨時間變化而變化，這與愛因斯坦的觀點是一致的，不同的是，他又認(rèn)為宇宙的物質(zhì)有運(yùn)動，不過物質(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，俄國科學(xué)家弗里德曼放棄了愛因斯坦人為插入的宇宙項，重新采用原來的廣義相對

4、論的引力方程，求得了均勻的、各項同性的宇宙的動態(tài)時空度規(guī)。這個解反映了宇宙的膨脹特性。同時，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臨界值，宇宙將在空間上永遠(yuǎn)而無限地膨脹下去；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比，地球又有點像梨子的樣子，于是測量學(xué)中又出現(xiàn)“梨形地球”這一名稱。總之，地球的形狀很不規(guī)則，不能用簡單的幾何形狀來表示。更確切地說，地球具有獨特的地球形體。2．地球的運(yùn)動(1)地球的公轉(zhuǎn)。按離太陽由近及遠(yuǎn)的順序，地球是第三顆行星，它與太陽的平均距離是 1496 億千米，這個距離叫做一個天文單位(AU)。地球公轉(zhuǎn)一周需要 365．25 個平均太陽日，平均公轉(zhuǎn)速度是 29．79 千米／秒。(2)

6、地球的自傳。地球不僅繞著太陽公轉(zhuǎn)，而且還繞著自己的地軸轉(zhuǎn)動——自轉(zhuǎn)。地軸是通過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，人們在地球上看到太陽東升西落。地球自轉(zhuǎn)一周需要 23 小時 56 分 4.09 秒平均太陽時，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)動的相對穩(wěn)定性，人類生活歷來都利用它作為計時的標(biāo)準(zhǔn)。簡單地說，地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周的時間叫做一年，地球自轉(zhuǎn)一周的時間叫做一日。

7、(二)地球的物理特征1．地球的質(zhì)量和密度英國物理學(xué)家卡文迪許通過萬有引力定律，首先求出地球質(zhì)量的，這種方法一直沿用到今天。經(jīng)計算，地球的總質(zhì)量約為 60 萬億億噸。依據(jù)地球的質(zhì)量和體積，又可計算出它的密度為人 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