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科技节电脑小报材料

我的一婆娘    2006-11-16    纤维热收缩仪    浏览 496 次

关于科技常识,不要和发过得重复!... 关于科技常识,不要和发过得重复!

精彩问答
6802KO共和国之 发布日期:2006-11-17
1.什么是科学?什么是技术?
在当今的ZG,出现频率Z高的词汇莫过于科技。那么,什么是科技?什么是科学的,什么是不科学的?什么是技术?科学和技术是一回事吗?
关于什么是科学?存在着各种不同的理解。从科学的起源看,可以追溯到人类文明的萌芽时代。但严格地说,真正的科学诞生于近代。从哥白尼的“日心说”到牛顿“三大定律”,标志着人类进入科学时代。我们这里谈的科学是指这种近代或现代意义上的科学。
科学是关于自然界、人类社会以及人自身的规律的概念、原理、方法和观念。在这个“说法”中,包含了三层意思:diyi,科学的核心是规律;第二,科学是关于自然界、人类社会和人自身三个领域的规律,也就是说科学包括自然科学和社会科学;第三,科学是关于规律的概念、原理、方法和观念几个方面的知识体系,也就是说,科学不仅仅是传统意义上的知识(概念和原理),更包括科学方法和科学观念。
在这个“说法”之外,科学又是一种社会活动,一种社会的认识活动,以及为认识而进行的实践活动。同时科学又是一个过程,一个不断发展的社会过程。具体说来:
(1)科学的核心是“规律”。科学就是探索规律,认识规律,掌握规律。规律的基本特征是普遍性和本质性,不具普遍性的不是规律。科学就是根据事物的普遍性处理事物的特殊性。规律又是Z基本、Z本质的。越具普遍性的就越具本质性,就越深刻,越重要,越能说明问题。“实事求是”的求是,就是求Z本质、Z基本的原理。规律一方面表现为普遍性、共同性,同时又体现为本质性、原理性。所以原理精神是科学精神的重要组成部分。
比如人类在认识物质的时候,我们ZG长期停留在金、木、水、火、土的浅层次,但现代科学却一味地去追求Z基本的东西,分子、原子、原子核和电子、质子和中子、夸克、弦(超弦理论)……科学就是无穷无尽的“为什么”。弄清了分子和原子的基本原理,才有现代的化工技术,弄清了电磁相互感应的原理才有现代的电气技术,弄清电磁场的原理,才有现代的无线电电子技术,弄清了DNA的基本原理,才有现代的遗传工程……,甚至现代社会也是建立在科学原理基础之上的。
当然明确了基本原理或者说原理正确了,实际操作的时候就要注意事物的特殊性了。科学就是根据事物的普遍原理去处理事物的特殊性。这里的“处理事物的特殊性”,指的就是在操作层面上,或说在技术层面上,各具特色。我们应严格区别科学理论的统一性、共同性和操作或技术层面的多样性、特殊性。
(2)科学包括自然科学和社会科学,二者密不可分。
(3)科学与技术是有着密切联系的两回事。科学的任务是认识客观事物,揭示事物的真相和原理,科学是发现,科学发现提高人类的认识水平;技术的任务是变革现实,是根据科学原理或实践经验发明和开发变革现实的方法、措施和途径,技术发明增强人类的生存能力、提高人类生活质量。科学发现是技术发明之根,但是,不是所有科学发现都必然导致重大技术出现。不能把科学和技术混为一谈。
(4)科学始于好奇,源于事实。观察和实验是科学的基础,同时,科学又是人类(主要是科学家)在事实基础上的思维的创造,思维是科学的关键。同样,科学需要强烈的好奇心,也需要高度的事业心和责任感。
(5)未来的科学知识往往是不可预见的。当现实不再与现有理论相符时,科学突破就会出现,无论现有的科学家抱什么态度。科学突破,一出现就是反传统的。所以,科学的可靠性与科学的保守主义不可分割地联系在一起。发展、创新、突破、革命,是科学的生命。
(6)科学有局限性,技术有负效应。科学需要不断的发展,技术需要不断的净化和完善;技术的负效应主要体现为:技术错用、技术运用不当以及技术报复效应,等等;技术是根据生产实践或科学原理而发展成的各种工艺操作方法和技能,以及相应的材料、设备、工艺流程等等。技术的任务是发明或开发出新的方法、手段、措施和途径。
如果说,科学是认识世界,那么,技术则是变革世界。科学是提高人类的认识水平,技术是增强人类生存能力,改善人类的生活质量。技术是一种变革世界的能力。古代技术主要来自生产实践,现代技术则更多地是根据一定的科学原理,为达到一定的应用目的,所发明和开发出来的方法和手段。技术,包括材料技术、产品技术、设计技术、工艺技术、生产工序技术以及手工技术等等。技术体现为三种形态:物质形态(如工具、设备等);知识形态(如图纸、资料、图书等,也可以说是信息形态);人才形态(科学家、工程师、技术员、技术工人等技术人才)。显然,人才是技术的核心,有了人才,就可以创造出物质形态和知识形态的技术。由于科学和技术的差别,科学和技术发展的动力和机制也有所不同。科学发展的动力主要是科学家的好奇心、兴趣和社会责任感,遵循的机制则是:政府出资支持,科学家自主研究,科学共同体评价认可。而技术发展的动力则是社会的需求,特别是市场的需求,技术运行的机制是市场机制。

2、现代科学技术发展有哪些特征?
20世纪是科学技术突飞猛进的世纪,20世纪是科学技术使人类生活、生产和社会发生天翻地覆巨大变化的世纪。科学技术从来没有像今天这样,以巨大的力量,以难以想象的速度,深刻地影响着人类经济和社会发展。具体说来,现代科学技术有以下重要特征:
(1)速度惊人,难以预料。
150年前,马克思曾说:“资产阶级在它的不到100年的阶级统治中所创造的生产力比过去一切时代创造的全部生产力还要多,还要大。”20世纪80年代,希腊德库希亚迪斯教授说:“在人类6000年的历史中,近30年开发出来的知识、技术、信息的总量,与前5970年的总量相等。”回眸人类文明发展的历史,人类用200多万年的时间发明了轮子,大约5000年后蒸汽机使轮子转动起来。而在现代,1946年发明的计算机可以装满整间房子,缩小到放在桌上只用35年,从台式计算机一跃发展到放在膝上的笔记本电脑,只用了10年时间,从笔记本电脑再到手持式,仅仅5年时间。在本世纪的大部分时间里邮政和电话是人类主要的通讯手段,不到10年,传真机、语音传递、电子邮件已广泛使用。当今世界,10年就会有一个翻天覆地的变化。1996年,随着信息网络技术的发展,当个人计算机(PC机)从386、486到586,再到奔腾P6,如日中天的时候,一种更为简单、更为便宜,被称之为傻瓜机的NC机(网络计算机)进一步发展。在短短的30年内,计算机发展经历了三次浪潮:diyi次,IBM一马当先,掀起了20世纪70年代巨型机的浪潮;第二次是20世纪80年代的微机浪潮,英特尔一直走在前列;第三次,20世纪90年代,计算机和网络的结合,出现了数字化、网络化、信息化,把人类社会推向一个崭新的时代。
(2)综合应用,集成发展。
现代科学技术的研究,一方面学科和专业越分越细,另一方面在应用上又越来越综合。系统科学不断综合着数学、基础自然科学、技术科学、社会科学和思维科学的众多分支的新成果,从系统、信息、控制、自组织等新的角度提出关于自然和人类社会系统的新认识,逐渐形成了独特的研究方法和研究领域。系统科学正处于大发展的前夜。美国空间技术发展史上的两个里程碑——阿波罗登月飞船和航天飞机的研制成果,都涉及到数千个技术开发项目,其范围囊括了现代技术所有主要领域。他们的成功标志着美国在多数技术领域的进展lingxian别国。今天,美国之所以在数字化信息革命中又走在前列,一个很重要的原因就是有较强的技术突破和技术综合能力。就单项技术看,日本、德国在某些方面可能lingxian于美国,但是综合技术能力,美国却遥遥lingxian。
(3)渗透社会,融入生活。
在现代,一项新的科学发现,或者一项新的技术发明,一旦产生便很快渗透到人类社会的各个方面,广泛影响着人类的经济、政治、文化、教育等各个领域。在政治民主化、经济市场化、文化多元化的今天,社会对科学和技术有着强有力的吸纳能力和转化能力。而科学技术对于人类社会更有巨大的渗透力和影响力。彼此相互作用加快了科学和技术发展的速度,同时也推进了社会发展的进程。
(4)变革社会,创造未来。
科学技术不仅决定着人类经济和社会发展的速度,而且深刻地影响了人类社会发展的方向,使得人类经济增长方式发生了质的变化:经济,正在发生新的革命(从工业经济转向知识经济);社会,正在发生新的转型(从工业社会转向知识社会)。科学技术使得人类经济更加繁荣,政治更加民主,社会更加理性。

3、在当今,改变人类社会的关键技术有哪些领域?
高技术一词出现在20世纪60年代,一般是指具有源于一定的科学原理、知识密集程度高、实现难度大、设备和条件要求严、影响力强等特点的技术。它包括下面六大领域:
(1)新材料及其加工技术
材料是工业的基础,也是技术的基础。同时新材料又是技术发展的产物。一般地,材料大体上可分为:金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、半导体材料、光电子材料、磁性和超导材料、生物医学材料、核材料。按性能可分为:结构材料、功能材料、智能材料、设计材料,等等。新材料加工技术有:近无余量成形加工、快速凝固加工、电子束加工及激光硬化等。新材料,又称高技术先进材料,类型很多,基本上可以分为四大类:新金属材料(如先进高温合金、金属化合物及形状记忆合金等);先进无机非金属材料如高温结构陶瓷、玻璃光导纤维、人工金刚石薄膜等);有机高分子材料(如高性能工程塑料、GX气体分离膜、导电高分子材料等);先进复合材料(如碳纤维增强树脂基复合材料、碳/碳复合材料、梯度功能材料等)。
(2)现代制造及其工程技术
人类的制造技术,大约经历了四个阶段:diyi阶段为手工制造,人主要用自己的体力来制造零部件和机器;第二阶段为机械化阶段,人操作机器来生产机器;第三阶段是自动化阶段,人在现场监控机器操作机器来生产机器。随着电子和信息技术的发展,制造技术又开始进入第四阶段——集成制造,首先,在生产线自动化基础上出现柔性化,即在同一条生产线上可以同时生产多种型号的产品,进而又出现信息化,生产者在家里通过信息网络,在多媒体面前利用信息监控机器操作机器生产机器,实现车间无人化。集成制造又称柔性计算机集成制造,它借助于计算机技术将产品、工艺和制造管理信息集中于一个交互式网络中,极大地减少了生产过程中的“事务处理”的环节。这里的集成,正如把晶体管、电阻、电容集中在一个硅片而成的集成电路,把半导体技术推向一个新阶段一样。集成制造需要的高技术,包括计算机辅助设计、辅助制造、电子装备、加工控制设备,仿真工具、成组技术、工厂调度工具等等。现代制造技术中,智能加工设备(如机器人、传感器、控制技术)、微米及毫微米制造、系统管理技术等等都在迅速地发展。
(3)电子和信息技术
这是当代高技术的核心,它正在导致一场再一次改变人类的数字化信息革命。
所谓数字化信息革命是用0和1两位数字编码来表达和传输一切信息的一场综合性技术革命。目前,信息大体有两类:一类是实物媒体,如书、报、刊等;另一类是模拟式的电磁媒体,用电磁波模拟声音或图像,如广播、电视、录音、录像等。这两类信息的共同特点:一是信息量太小;二是难以交换。一本书,从一个城市寄到另一个城市要几天的时间,这种信息,交换起来十分困难。当今世界大约有3500种语言,不同语言的国家,信息的交换就更加困难。
数字化信息革命的实现,这些问题便可迎刃而解。无论是书、报、刊,还是声、像、影、视;无论是中文还是外文,都用世界上共同的两个数字——0和l——编码来表达和传输,到了终端——用户手上,又原原本本地还它本来面目。这无异于消除了世界各个国家、各个民族之间的语言隔阂,所以这是一场伟大的革命。
数字化信息革命是一场综合性高技术革命,它需要半导体技术、信息传输技术、多媒体技术、多媒体数据库技术、语音识别技术、自动翻译技术、显示技术等等。
(4)以遗传工程为核心的现代生物技术
生物技术在当今的高技术中尤为引人注目。科学家们预计,在21世纪,继电子和信息技术之后,生物技术将引起一场新的技术和产业革命,再一次改变人类。生物技术包括了传统的发酵工程、细胞工程以及现代的遗传工程或DNA技术。其中,遗传工程Z为引人注目。1997年2月23日,科学家运用克隆技术,培育出diyi只克隆绵羊。这一消息立即引起世界的广泛关注。1997年10月,科学家培育出一个没有头的青蛙胚胎。尽管这个无头的青蛙胚胎存活不到一个星期,但这项技术用于人类,可以培育出人的部分器官,这种器官用于人体移植,就如同原装“配件”一样,没有排他性。科学家预计,到2019年,就可以实现这种人体“自我”配件的更换。克隆技术为人类带来了无限的机遇。
目前,生物技术更多地用于医药,利用遗传工程医药来控制心脏病和糖尿病、ZL癌症或缓解中风影响的患者人数已达数千万。而生物技术的更美好的前景是农业方面。转基因大豆的蛋白质含量高达48%,又抗病毒,产量也比一般品种高12%;无病无虫、郁郁葱葱的棉花,不再依靠什么农药,它们天生无病无虫害,因为它们本身已转移进抗病抗虫基因。遗传工程在农业上的普遍应用,将彻底改变农业的面貌。
(5)现代交通运输及航天技术
现代交通运输技术包括海上、空中、陆地等各个方面的交通运输技术,人们熟知的轮船、飞机、汽车、火车、火箭、飞船等,都是现代交通运输技术的集中体现,其中Z的是航天技术。
现代航天技术,又称空间技术或宇航技术。它不同于从19世纪下半叶兴起的航空技术,而是一门解决人类如何飞出大气层,进入宇宙空间,并在那里航行的技术。这项技术是在相关高技术支撑下的多学科高度综合性技术。人类为了发展这项技术,前仆后继,经历了漫长艰难的奋斗才逐步取得了技术上的重大突破;1957年10月4日,前苏联终于成功地发射了世界上diyi颗人造地球卫星。这一天被科学家们一致公认为是现代航天新纪元的开始。从此以后,人类才算真正踏上了通向宇宙的“金桥”。
从1961年4月12日前苏联宇航员加加林驾驶“东方—1”号宇宙飞船进入太空,到1990年12月11日美国“哥伦比亚”号航天飞机安全返回地面,前苏联和美国已进行载人航天活动139次,共有241名宇航员(其中14名女宇航员)419人次进行了太空飞行;有12名宇航员先后6次在月球上留下了人类的足迹;4架航天飞机已进行了38次往返于天地之间的载人航天任务,有199人次参加了航天飞机的飞行活动;还有多名宇航员从“上升2”号宇宙飞船和航天飞机上滑离出舱,挂上安全带和解脱安全带,以每小时2.88万公里的速度在太空“行走”,成了人体地球卫星;还包括对太阳系的地球、金星、木星、水星、火星、土星、天王星、海王星等八大行星进行的探秘航行,只有冥王星因离太阳太远,而且太小,尚未探测;还有一些行星探测器肩负着探测星际空间、寻找宇宙生命的使命,有的已接近飞离太阳系正飞向更遥远、更遥远的宇宙空间,在茫茫宇宙中去觅知音了……
(6)能源和环境技术
当今世界能源正在步入重大转折时期,进入第三代能源时代。diyi代能源时代是煤炭时代。以煤为主。第二次世界大战以前的很长时期,世界都处于这个时代。第二代能源时代是石油时代。当前世界能源正在进入第三时代——氢能时代。由于太阳能、风能的进一步利用至今还受到许多条件的限制,于是核能就成为人们关注的焦点。科学家预计,到2020年,裂变核能将占电力生产的50%;到2026年,聚变核能将投入商业性电力生产,成为新时代的骄子。
能源与环境关系密切,例如,煤炭造成的酸雨的污染,汽油造成的尾气的污染,已成为破坏人类生存环境的重要方面。保护环境,刻不容缓。一门新的学科“环境与生态”开始出现。环境保护已成为人类生存和发展的重大课题。环保技术,也成为人类密切相关的关键技术之一。

4、科学家正在探索哪些科学前治?
现代科学的五大前沿是:
(1)宇宙科学
这是人类向“大”的方向进行的探索,即宇宙观的科学。满天星斗,茫茫宇宙,对于人类来说始终是一个谜。无边无际的宇宙是什么样?它是怎么形成的?又是怎么演化的?这是长期以来人们一直想知道的事情。
宇宙科学主要就是探索宇宙的起源和演化,包括星系的形成和演化,太阳系的形成和变化,等等。科学家们探索的主要方面有:膨胀学说、宇宙爆炸说以及黑洞理论等等。
现在的哈勃望远镜,可观测到140亿光年的天体。这个距离,光也要走140亿年。换句话说,当我们看到它的时候,已是140亿年前的模样。现在是什么样子,尚不得而知。靠光,永远也看不到它现在的样子。
1929年科学家哈勃发现,宇宙的各星系正在远离我们而去,且扩散的速度与星系离我们的距离成正比。科学家们还发现宇宙间的物质都有 25%左右的氦丰度。于是科学家们提出了宇宙爆炸和宇宙膨胀的理论。他们认为,我们的宇宙起源于一次大爆炸,经历了漫长的由热到冷的演化史,宇宙膨胀成今天这个样子已经花了100亿—200亿年的时间,也就是说宇宙的年龄有100亿—200亿年。它还在继续膨胀之中。
那么宇宙爆炸前是什么样子?它无限膨胀下去又会怎样?这些科学的未知领域还有待于科学家的进一步研究。
(2)基本物质科学
这是人类向“小”的方向的探索,即微观的科学。世界是物质的,那么物质是由什么组成的呢?各种不同的粒子是怎样结合起来的?
科学研究已经证明,各种物质都是由分子组成,分子又由原子组成。1932年又证明了原子由电子、中子和质子组成。1964年,美国盖尔曼新理论发现更基本的粒子——夸克。10年后得到证实,并发现了“上夸克”、“下夸克”、“奇夸克”等,1994年发现了Z后一个“基本粒子”——“顶夸克”的存在。可是,到1996年2月,科学家又宣布,夸克还具有某种未料的结构。为了解释科学的种种新发现,科学家又提出一个新的理论——“弦论”。弦论假定物质的基本组成不是点状的粒子而是延伸的弦。弦论是一种把科学家早已发现的自然界的四种力——重力、电磁力、弱力和QL,作为一种现象的多种表现形式加以描述的理论。
(3)地球科学
即对人类直接生活的空间进行探索。人类产生在地球上,从目前来看,地球是适合人类生存的唯yi场所。而人类对地球的了解还很不够,我们还不能准确地预报地震,无法控制大气的变化。人类在变革自然的同时也在破坏自然。性环境问题,正在威胁着人类的生存。如环境污染、温室效应、海平面上升、臭氧层破坏、气候异常、植被破坏、水土流失、土地沙化、水资源减少等等。人类现在比任何时候都更需要对地球和地球系统有深入的了解,为保护地球,也为了保护人类自身。
(4)生命科学
即生物尤其是人类自身的科学。生命究竟是怎样产生的?生命的本质是什么?为什么偏偏在地球上出现生命?在众多的生物中,为什么唯有人具有智慧?智慧是如何产生和发展的?
1997年,人类在探索生命的起源方面又前进了一大步。“探路者”的火星之旅,带来了火星在遥远的古代曾经温暖而湿润、气候与地球类似的若干发现。伽利略号探测器发现木卫二冰冻的表面下有海洋。这一切为人类探索生命起源创造了条件。
(5)非线性科学
即对我们周围复杂性的事物进行研究的科学。现实中的事物都是错综复杂的,例如,湍动的大气、奔腾的河流、起伏的山脉、大量原子结合起来的固体、生命和大脑的本质等等,我们能不能真正认识这些复杂的现象和事物呢?对复杂现象应该如何进行科学的刻划?所谓非线性科学就是一门以探索复杂性为目标的新科学。它将对人的自然观产生巨大的影响,使人类的思维方式发生根本的转变。
总之,科学前沿是一个广阔的阵地,成千上万的科学家在那里战斗,他们的每一个新发现、新突破都将给人类社会带来深刻的影响和巨大的进步。

5、为什么说知识是产品价值的倍增器?
现代科学技术的迅速发展使得物质生产的速度大大加快了。例如,从发现摄影原理(1782年)到发明出照相机(1838年),其间用了56年;从发现雷达原理(1925年)到制造出雷达(1935年),其间用了10年;从发现铀核裂变原理(1938年)到制造出原(1945年),其间只用了7年;从发现多媒体原理(1987年)到制造出多媒体电脑(1991年),其间只用了4年。不难看出,知识的发展,使得科学技术转化为生产力的时间大大缩短了。科学技术专家们可以在他的有生之年,看到他发明创造的科技成果转化为生产力。从而使物质生产的速度大大加快了。
物质生产速度的加快完全是知识发展的结果,知识是物质产品价值的倍增器。也正因为如此,知识的价值才会愈来愈高,知识才会比黄金更值钱。现在许多人在使用计算机、VCD时用过一张张小小的光盘或软盘,制造这张光盘或软盘(它是用聚碳酸酯制成的)的成本只有3元人民币,但是,如果用它制成一张“办公室97”的光盘或软盘,那么,它就不再仅仅值3元钱了,而是值8000元人民币!同样是一张光盘或软盘,为什么有这么大的差别呢(8000和3的巨大差别)?到底是什么东西使得这张光盘或软盘这么值钱呢?是知识!美国微软公司年轻的总裁比尔·盖茨就是依靠他发明的像“DOS系统”、“视窗95”或“办公室97版”等这样的软件电子产品,到1998年6月,已经拥有510亿美元的净资产,成为世界首富。微软公司虽然没有通用汽车公司那样的居世界之首的各种设施和产品库存量(它的资产价值为400亿美元),但它却拥有2000亿美元的资产价值。他的发家致富决不是像一些罪犯通过走私、贩毒获得的,而是依靠知识“劳动致富”的。
可见,在现代社会经济发展中,Z值钱的不是黄金,而是知识。知识就是金钱,知识就是经济,知识在未来的经济发展过程中将会起到越来越重要的作用。

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全部评论
张慧834518959 发布日期:2018-08-09
有 只要梦中 《绮怀》:楚楚腰肢掌上轻,
福 采之欲遗谁?所思在远道。
利 你夺去了它的生命,
手 似此星辰非昨夜,
机 默默 《秋夕》:银烛秋光冷画屏,
打 慢慢读,
开 起视夜何?参辰皆已没,
5 既然你的眼像天空一样蓝,
2 连水晶都忌妒我的水儿是那么清莹。
f 五月不可触,
k 卷 《雨巷》:撑着油纸伞,
. 我饮下我吧,
c 我还得;日日夜夜有你伴在身旁。
c 终日不成章,
真不心子木 发布日期:2012-05-22
宇宙是如何诞生并且演化到今天的?其未来又将走向何方?这个科学命题——或者说哲学命题,数千年来一直困扰着人类。
大约14年前,人们一度以为有了wan美的答案:通过对于宇宙背景微波辐射的观测,天文学家Z终验证了1929年爱德文哈勃(Edwin Hubble)的猜想,即宇宙诞生于大约137亿年前的大爆炸(Big Bang)。之后,随着宇宙的演化,银河系、太阳系、地球,乃至我们人类自身,都陆续登场。
2006年10月,正是凭借这一重要成就,美国科学家乔治斯穆特(George F Smoot)、约翰马瑟(John C Mather)分享了该年度的诺贝尔物理学奖。
但我们对宇宙的了解,显然也还刚刚开始。就在此一个月后,美国航空航天局(NASA)公布的Z新研究结果表明:至少在90亿年前,一种被称为“暗能量”(dark energy)的神秘力量已经存在。
也就是说,在整个宇宙诞生后不到50亿年时,就开始受到暗能量影响。而此前,科学家普遍认为,在宇宙的早期,或许这种力量并不存在,因为那个时候主宰一切的还是我们熟悉的引力。
尽管这一结果仍不能确定地告诉我们宇宙的未来是怎样的,但显然,它为我们彻底理解宇宙的运行规律带来了新的曙光。相关的论文也将发表在2007年2月美国《天体物理学报》(The Astrophysical Journal)上。
这一研究小组的负责人、美国约翰霍普金斯大学(John Hopkins)教授阿德姆瑞斯(Adam Riess)在接受《财经》记者采访时表示:“我们距离真正了解暗能量仍然很远。但很显然,这是非常重要的一步,因为它给出了更多的‘线索’(clue)。”

宇宙为什么加速膨胀?
暗能量的发现过程极富戏剧性。
按照宇宙大爆炸理论,在大爆炸发生之后,随着时间的推移,宇宙的膨胀速度将因为物质之间的引力作用而逐渐减慢,就像缓慢踩了刹车的汽车一样。也就是说,距离地球相对遥远的星系,其膨胀速度应该比那些近的星系慢一些。
但1998年,美国加州大学伯克利分校(UC Berkeley)物理学教授、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)高级科学家索尔皮尔姆特(Saul Perlmutter),以及澳大利亚国立大学布赖恩施密特(Brian Schmidt)分别领导的两个小组,通过观测发现,那些遥远的星系正在以越来越快的速度远离我们。
换句话说,宇宙是在加速膨胀,仿佛一辆不断踩油门的汽车,而不是像此前科学家所预测的那样处于减速膨胀状态。
这样一个完全出乎意料的观测结果,从根本上动摇了对宇宙的传统理解。那么到底是什么样的力量,在促使所有的星系或者其他物质加速远离呢?
科学家们将这种与引力相反的斥力来源,称为“暗能量”。但“暗能量”到底意味着什么?至今我们能够给出的,只是一个十分粗略的宇宙结构“金字塔图景”:
我们所熟悉的世界,即由普通的原子构成的一草一木、山河星月,仅占整个宇宙的4%,相当于金字塔顶的那一块。
下面的22%,则为暗物质。这种物质由仍然未知的粒子构成,它们不参与电磁作用,无法用肉眼看到。但其和普通物质一样,参与引力作用,因此仍可能探测到。
作为塔基的74%,则由Z为神秘的暗能量构成。它无处不在,无时不在,由于我们对其性质知之甚少,所以科学家还不清楚如何在实验室中验证其存在。惟一的手段,仍然是通过天文观测这种间接手段来了解其奥秘。
对Ia类型超新星(supernova)的爆发进行观测,则是目前Z主要观测手段。这种超新星是由双星系统中的白矮星(white dwarf)爆炸形成的,亮度几乎恒定。这样,通过测量其亮度,就可以知道其和地球之间的距离,进而了解其速度。
借助哈勃这样灵敏的天文仪器的帮助,我们至少可以观测到90亿光年之外,即了解宇宙在90亿年前的信息。
霍普金斯大学教授阿德姆瑞斯给我们展示的Z新“暗能量”场景如下:
在大爆炸后的初期,宇宙经历了一个急速膨胀阶段。此后,由于暗物质以及物质之间的距离非常接近,在引力作用下,宇宙的膨胀速度开始减速。
然而,至少在90亿年前,宇宙中另外一种力量——表现为排斥力量的暗能量已经出现,并且开始逐步抵消引力作用。
随着宇宙的膨胀,不断增长的暗能量终于在大约50亿至60亿年前超越引力。此后,宇宙从减速膨胀,转变为加速膨胀状态,并且一直持续至今。

爱因斯坦的遗产
ZG科学技术大学物理学教授李淼曾经半开玩笑地表示:“有多少暗能量专家,就有多少暗能量模型。”也许这种说法不无夸张之处,但暗能量在理论方面的混沌状况,从中也可见一斑。
其中,Z具戏剧性的理论,则是复活爱因斯坦当年提出的“宇宙常数”(cosmological constant)。1917年,被认为是整个20世纪Z伟大的科学家阿尔伯特爱因斯坦(Albert Einstein),为了建立一个稳态宇宙模型,Z早提出了这个概念。不过,后来就连他本人也承认,“宇宙常数”只是一个错误的概念。
但暗能量的存在,则为宇宙常数提供了新的可能性。如果暗能量就是这个宇宙常数的话,那么它的力量强弱将只和宇宙的大小有关。随着宇宙的膨胀,其体积逐渐增大,因而暗能量也将逐渐增大。Z终,它会达到一个临界点,使得宇宙从减速状态变成加速状态,并且一直加速下去。
ZG科学院高能物理所研究员张新民在接受《财经》记者采访时指出,迄今为止的观测结果,包括瑞斯Z新的结果在内,与爱因斯坦的宇宙常数理论“都很符合”。
但是,宇宙常数距离成为一种确定性的暗能量理论还差得很远。一些科学家半开玩笑地说,按照这种模型,宇宙将一成不变地加速膨胀下去,未免太“枯燥”(boring)了一些。
当然,Z为致命的是,按照量子场论计算出来的宇宙常数,比天文观测获得的上限至少也要高出10的120次方倍。
一个Z为诡异但不乏科学依据的解释,是“多宇宙论”。观测和理论或许都没有错,事实上,在我们生存的宇宙之外,还存在多到无法计数的其他的宇宙。科学家们可以想像到的宇宙数量不是以万或者亿来计算的,很可能多到10的1000次方个。
每个宇宙都有不同的宇宙常数,而我们恰恰生存在一个宇宙常数很小的宇宙中。仿佛冥冥之中有一个“上帝之手”,把一个适合智慧生命生存的宇宙呈现在我们面前。
但对于这种寄希望多宇宙存在的“人择原理”(anthropic principle),在天文学家和物理学家中间都存在很大的争议。ZG科学院高能物理所研究员张新民对《财经》记者说,很多人认为这仅仅是一种猜想而已,还远远谈不上“原理”。
更为尖锐的批评,则认为这种解释与其说是一种科学理论,倒不如说更像一种宗教信仰。
为避免这种冲突,科学家们提出个各种暗能量理论,来代替宇宙常数模型。其中比较有代表性的包括精质(quintessence)模型、幽灵(phantom)模型等,张新民和ZG科学技术大学物理学教授李淼也分别提出了精灵(quintom)和全息(holographic)模型。

宇宙的未来
如果这些替代的暗能量理论能够成立,它们所指向的将是截然不同的宇宙未来:
根据精质等动力学标量场(scalar field)模型,宇宙的未来将复杂得多;也许将继续加速膨胀下去,也许会减缓膨胀的速度,甚至走向收缩,导致宇宙Z终以与大爆炸相反的“大坍缩”(big crunch)收场。
而根据幽灵模型,暗能量将不断增大,导致宇宙以越来越快的加速度膨胀。Z终,宇宙将走向“大撕裂”(big rip)。
精灵模型则给出了一个“振荡的未来”。张新民对《财经》表示,根据他提出的这一理论,整个宇宙将在加速膨胀和减速膨胀之间反复演绎,“大坍缩”和“大撕裂”这两种极端的情况都不会出现。
Z大的困难,在于迄今为止,我们能够研究暗能量的手段仍然十分有限。目前,Z主流的仍然是借助超新星的观测。但有些人担心,特别是在宇宙早期,可能超新星的亮度也不是恒定的,它也有自己的演化过程。
即使这种担心可以排除,鉴于这些超新星距离地球非常非常遥远,观测它们的难度,在瑞斯看来就像在两个月球的距离之外观测一个60瓦的灯泡。即使哈勃望远镜具有非常高的敏感度,也存在难以消除的系统误差。
通过对大尺度宇宙结构(比如星系团等)的研究,或许能为暗能量提供新的线索。一旦暗能量存在的话,星系团的形成过程可能要更慢一些,因为引力需要先克服这种斥力。
目前,一个空间探测计划斯隆数字巡天(SDSS)已经完成了diyi阶段为期五年的运行,一旦全部完成之后,这一足以覆盖四分之一的天空的精细光学成像设备,无疑将披露更多的细节。
据悉,目前ZG科学家也正在试图利用北京附近新上马的LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱望远镜)来观测超新星,从而探索在ZG首次进行暗能量实验研究的可能性。而利用伽马暴(超大质量星体爆发而形成的宇宙高能辐射),也许将为进一步研究更早期的暗能量提供间接手段。
北京师范大学物理学教授朱宗宏在接受《财经》记者采访时指出,目前对于伽马暴天文学的探索还处在初级阶段,有点类似于1998年暗能量刚被发现时的超新星天文学,但其某些性质,从长期来看仍然有可能用来研究暗能量。
那么,是否有可能利用实验室来直接研究暗能量呢?一些人已经宣称,可以利用纳米技术来实现这一目标。瑞斯在接受《财经》采访时表示,一些科学家也希望利用短距离(short-range)的引力实验,发现暗能量的线索。
美国加州理工学院(CIT)的物理学家西恩卡罗尔(Sean Carroll)也对《财经》记者强调,要找到一个更具确定性的模型,不仅需要天文学上的数据,可能更需要来自粒子物理学的证据。尤其是2007年即将在欧洲投入运行的大型强子对撞机(LHC),或许“我们可以期待”。
不过,由于对暗能量的性质、包括与其他物质的反应机理还不清楚,很多科学家认为,短期之内还无法对实验室内的工作寄予太大希望;更为现实的渠道,或许仍来自天文观测。
如果不出意外,普朗克(PLANCK)探测器将于2007年一季度正式升空,它将对天空进行更加精密的探测。在接受《财经》记者采访时,皮尔姆特也表示,由它所在的实验室负责设计的超新星加速探测器(SNAP),按照计划将于2013年或者2014年升空。
“在未来五到十年中,我们对于暗能量的性质或许将有更加清晰的了解。”英国诺丁汉大学物理与天文学院教授克里斯托弗康瑟利斯(Christopher Conselice)对《财经》记者说。
几乎没有人否认,暗能量对于整个宇宙学乃至物理学而言,都不啻是一场革命。1979年诺贝尔物理学奖得主斯蒂芬温伯格(Steven Weinberg)曾明确表示,“如果不解决暗能量这个‘路障’,我们就无法全面理解基础物理学。”华裔物理学家、1957年诺贝尔物
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