現(xiàn)代自然科學(xué)的發(fā)展天地生

第三部分現(xiàn)代自然科學(xué)——20世紀(jì)自然科學(xué)的發(fā)展

現(xiàn)代自然科學(xué)的發(fā)展一、現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展二、現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展三、現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展四、現(xiàn)代天文學(xué)的發(fā)展五、現(xiàn)代地學(xué)的發(fā)展六、現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展四、現(xiàn)代天文學(xué)的發(fā)展觀測手段的進(jìn)步20世紀(jì)60年代四大發(fā)現(xiàn)類星體脈沖星微波背景輻射星際有機(jī)分子兩大基本理論恒星演化宇宙大爆炸模型觀測手段的進(jìn)步1.由于天文學(xué)研究對(duì)象的特殊性，它的現(xiàn)代發(fā)展離不開觀測手段的改進(jìn)，這里主要指射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展和應(yīng)用。2.1937年，美國的雷伯制造了第一臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡，拋物面直徑達(dá)9米。3.1942年，英國海伊用軍用的超高頻雷達(dá)首先發(fā)現(xiàn)了太陽射電。4.六十年代天文學(xué)上的4大發(fā)現(xiàn)——類星體、脈沖星、微波背景輻射和星際有機(jī)分子，都是靠射電探測工具獲得的。類星體類星體是20世紀(jì)60年代天文學(xué)的“四大發(fā)現(xiàn)”之一。這種天體在一般光學(xué)觀測中只是一個(gè)光點(diǎn)，類似恒星。然而在分光觀測中，它的譜線具有很大的紅移，又不像恒星，因此稱它為類星體。1993年底，已確認(rèn)7383個(gè)類星體。2002年的星表列出23760顆類星體。

脈沖星脈沖星是在1967年首次被發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)，還是一名女研究生的貝爾，檢測射電望遠(yuǎn)鏡收到的信號(hào)時(shí)無意中發(fā)現(xiàn)了一些有規(guī)律的脈沖信號(hào)，它們的周期十分穩(wěn)定，經(jīng)過仔細(xì)分析，科學(xué)家認(rèn)為這是一種未知的天體。因?yàn)檫@種星體不斷地發(fā)出電磁脈沖信號(hào)，人們就把它命名為脈沖星。脈沖星發(fā)射的射電脈沖的周期性非常有規(guī)律。一開始，人們對(duì)此很困惑，甚至曾想到這可能是外星人在向我們發(fā)電報(bào)聯(lián)系。據(jù)說第一顆脈沖星就曾被叫做“小綠人一號(hào)”。后來證實(shí)，脈沖星就是正在快速自轉(zhuǎn)的中子星（恒星演化晚期形成的）。脈沖星具有超高壓、超高溫、超密度、超強(qiáng)磁場和超強(qiáng)輻射等極端物理?xiàng)l件。微波背景輻射

來自宇宙空間背景上的各向同性的微波輻射。20世紀(jì)60年代初，美國科學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜為了改進(jìn)衛(wèi)星通訊，建立了高靈敏度的號(hào)角式接收天線系統(tǒng)。1964年，他們用它測量銀暈氣體射電強(qiáng)度時(shí)，發(fā)現(xiàn)總有消除不掉的背景噪聲。他們認(rèn)為，這些來自宇宙的波長為7.35厘米的微波噪聲相當(dāng)于3.5K。1965年，他們又訂正為3K0，并將這一發(fā)現(xiàn)公諸于世，為此獲得1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。

微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是20世紀(jì)天文學(xué)的一項(xiàng)重大成就。它對(duì)現(xiàn)代宇宙學(xué)所產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響，可以與河外星系的紅移的發(fā)現(xiàn)相比擬。當(dāng)前，流行的看法認(rèn)為背景輻射起源于熱宇宙的早期。這是對(duì)大爆炸宇宙學(xué)的強(qiáng)有力的支持。早在40年代，伽莫夫、阿爾菲和海爾曼根據(jù)當(dāng)時(shí)已知的氦豐度和哈勃常數(shù)等資料，發(fā)展了熱大爆炸學(xué)說，并預(yù)言宇宙間充滿具有黑體譜的殘余輻射，其溫度約為幾K或幾十K。3K微波背景輻射的實(shí)測結(jié)果與理論預(yù)期大體相符。微波背景輻射星際有機(jī)分子星際分子：1963年，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)星際羥基分子（OH），此后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大量星際有機(jī)分子。到90年代末，已發(fā)現(xiàn)了120多種，而且許多都是很復(fù)雜的有機(jī)分子，少數(shù)分子是地球上很難找到的或者根本找不到的。星際分子的發(fā)現(xiàn)有助于人類對(duì)星云特性的深入了解，可以幫助揭開生命起源的奧秘?，F(xiàn)代恒星演化理論恒星是由星云產(chǎn)生的，星云經(jīng)過自吸引形成星胚，星胚不斷收縮，溫度不斷升高，當(dāng)溫度升高到氫核聚變反應(yīng)可以進(jìn)行時(shí)，就意味著恒星的誕生。恒星誕生后，它內(nèi)部氫核聚變成了它的主要能源，恒星在這個(gè)階段的停留時(shí)間最長，這就是中年的主序星階段。核能耗盡后，恒星進(jìn)入老年的紅巨星階段。最后不同大小的恒星以不同的方式死亡，

或變成白矮星，或變成中子星，或成黑

洞等。主序星階段引力收縮高密恒星紅巨星階段宇宙大爆爆炸模型型宇宙演化化過程起起始于大大約150億年前宇宙開始始是一個(gè)個(gè)高溫、、高密度度的“原原始火球球”，球球內(nèi)充滿滿輻射和和基本粒粒子；后后來火球球內(nèi)的基基本粒子子發(fā)生核核衰變反反應(yīng)，引引起大爆爆炸而向向外急劇劇膨脹，，輻射溫溫度核物物質(zhì)密度度急劇下下降，核核反應(yīng)便便停止；；其間所所產(chǎn)生的的各種元元素就形形成了今今天宇宙宙中的各各種物質(zhì)質(zhì)，膨脹脹過程中中輻射物物質(zhì)逐漸漸凝聚成成星云，，進(jìn)而演演化為今今天的各各種天體體。此理論得得到天文文觀測事事實(shí)的支支持：例例如星系紅移移是宇宙膨膨脹的反反應(yīng)，微波背景景輻射是宇宙大大爆炸高高溫的直直接遺跡跡等等。。五、現(xiàn)代代地學(xué)的的發(fā)展大地構(gòu)造造理論學(xué)學(xué)的新進(jìn)進(jìn)展大陸漂移移說海地?cái)U(kuò)張張說板塊構(gòu)造造理論大陸漂移移說——魏格納(1880-1930年)魏格納是是德國氣象學(xué)家家、地球球物理學(xué)學(xué)家、天天文學(xué)家家，大陸陸漂移說說的創(chuàng)始始人。1880年11月1日生于柏林，1930年11月在格陵蘭考察冰原原時(shí)遇難難。1910年魏格納納在偶然然翻閱世世界地圖圖時(shí)，發(fā)發(fā)現(xiàn)一個(gè)個(gè)奇特現(xiàn)現(xiàn)象：大大西洋的的兩岸——?dú)W洲和非非洲的西西海岸遙遙對(duì)北南美洲的的東海岸岸，輪廓廓非常相相似，這這邊大陸陸的凸出出部分正正好能和和另一邊邊大陸的的凹進(jìn)部部分湊合合起來；；如果從從地圖上上把這兩兩塊大陸陸剪下來來，再拼拼在一起起，就能能拼湊成成一個(gè)大大致上吻吻合的整整體。這就是著名大大陸漂移假說說的最初思想想。我們生活的七七大洲四大洋洋大陸漂移說——魏格納(1880-1930)1911年秋，在一個(gè)個(gè)偶然的機(jī)會(huì)會(huì)里，魏格納納又從一個(gè)論論文集中看到到了“根據(jù)古古生物的證據(jù)據(jù)，巴西與非非洲間曾經(jīng)有有過陸地相連連接”的論述述。于是他便便在大地測量量學(xué)與古生物物學(xué)的范圍內(nèi)內(nèi)研究。1912年，在法蘭克克福召開的地地質(zhì)學(xué)會(huì)上，，魏格納作了了題為《大陸與海洋的的起源》的演講，提出出了關(guān)于“大大陸漂移”的假說，引起起了地質(zhì)界的的震動(dòng)。他于于1915年出版了《海陸的起源》一書，系統(tǒng)地地闡述了大陸陸漂移說。由于這一假想想如此偶然，，如此富于幻幻想離奇色彩彩，使得當(dāng)時(shí)時(shí)許多地質(zhì)學(xué)學(xué)家都目瞪口口呆，直至今今日仍有人稱稱這一遐想為為“一個(gè)大詩詩人的夢”。。為此，魏絡(luò)絡(luò)納也獲得了了“地質(zhì)浪漫漫詩人”的稱稱號(hào)。大陸漂移說——魏格納(1880-1930年)大陸漂移說認(rèn)認(rèn)為﹐地球上所有大陸在在中生代以前曾經(jīng)是統(tǒng)統(tǒng)一的巨大陸陸塊﹐稱之為泛大陸陸或聯(lián)合古陸﹐中生代開始﹐泛大陸開始分分裂并漂移﹐逐漸達(dá)到現(xiàn)在在的位置，形形成目前的海海陸布局。由于不能更好好地解釋漂移的機(jī)制問題﹐當(dāng)時(shí)曾受到地地球物理學(xué)家家的反對(duì)。20世紀(jì)50年代中期至60年代﹐隨著古地磁與與地震學(xué)﹑宇航觀測的發(fā)發(fā)展﹐使一度沉寂的的大陸漂移說說獲得了新生生﹐并為板塊構(gòu)造學(xué)的發(fā)展奠定了了基礎(chǔ)。19世紀(jì)海洋探險(xiǎn)險(xiǎn)調(diào)查：1871年“獵犬號(hào)””五年環(huán)球探探險(xiǎn)，迅速擴(kuò)擴(kuò)大和加深了了人類對(duì)海洋洋的認(rèn)識(shí)。1872年“挑戰(zhàn)者號(hào)號(hào)”四年探險(xiǎn)險(xiǎn)，圍繞海洋洋學(xué)、海洋生生物學(xué)、海洋洋地質(zhì)學(xué)等對(duì)對(duì)三大洋進(jìn)行行了全面考察察。二戰(zhàn)后，海洋洋地質(zhì)學(xué)成了了熱門，深海海探測技術(shù)迅迅速發(fā)展?，F(xiàn)代深潛器配配備了攝象設(shè)設(shè)備，各種傳傳感器，采樣樣器和靈活的的機(jī)械手等。。歷史背景海地?cái)U(kuò)張說——赫斯(1906-1969)海地?cái)U(kuò)張說——赫斯(1906-1969)1962年，美國地質(zhì)質(zhì)學(xué)家赫斯教授發(fā)表了他他的著名的論論文《海洋盆地的歷歷史》。這篇論文被被人們稱為““地球的詩篇篇”。其中，，赫斯教授以以先人之見，，首先提出了了“海底擴(kuò)張張學(xué)說”。海底擴(kuò)張說認(rèn)為，海底是冷卻了了的地幔，地地幔中有對(duì)流流存在。高熱流的地幔幔物質(zhì)沿大洋洋中脊的裂谷谷上升，不斷斷形成新洋殼殼；同時(shí)，以以大洋脊為界界，背道而馳馳的地幔流帶帶動(dòng)洋殼逐漸漸向兩側(cè)擴(kuò)張張；運(yùn)動(dòng)的洋洋殼碰到大陸陸地殼就下沉沉鉆入地幔深深部，并形成成海溝，大陸陸地殼前緣被被擠壓抬升形形成山脈或島島弧。“海底擴(kuò)張””說，恰好可可以解釋當(dāng)年年魏格納無法法解釋的大陸陸漂移理論。。板塊構(gòu)造理論論1967－1968年，美國的勒勒皮雄、摩根根和英國的麥麥肯齊等人先先后獨(dú)立提出出了板塊構(gòu)造造理論。這個(gè)理論認(rèn)為為，整個(gè)地球球的巖石圈不不是一個(gè)完整整的殼體，而而是由若干巨巨大的板塊構(gòu)構(gòu)成的。由于于巖石圈下面面的地幔中的的軟流圈的循循環(huán)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)導(dǎo)致板塊發(fā)生生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。。板塊互相撞撞擠而形成山山脈，互相錯(cuò)錯(cuò)動(dòng)而形成水水平斷層，互互相交匯俯沖沖而形成海溝溝和島弧，互互相分離而形形成洋脊或海海嶺和裂谷。。全球板塊構(gòu)造造圖六、現(xiàn)代生物物學(xué)的發(fā)展現(xiàn)代遺傳學(xué)的的發(fā)展孟德爾遺傳定定律及重新發(fā)發(fā)現(xiàn)摩爾根的基因因理論分子生物學(xué)的的誕生和發(fā)展展DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模模型的建立遺傳密碼的破破譯現(xiàn)代遺傳之父父—孟德爾孟德爾（1822－1884）出生于奧地地利，1840年畢業(yè)于特羅羅保的預(yù)科學(xué)學(xué)校后進(jìn)入奧奧爾米茨哲學(xué)學(xué)院學(xué)習(xí)。1843年因家貧而輟輟學(xué)，同年10月到布爾諾的的奧古斯丁修修道院做修道道士。1847年成為神父。。1851年到1853年間孟德爾在在維也納大學(xué)學(xué)學(xué)習(xí)。1853年孟德爾從維維也納大學(xué)畢畢業(yè)回修道院院。1854年夏天天孟德德爾開開始用用豌豆進(jìn)行他他的雜雜交實(shí)實(shí)驗(yàn)。。1865年在2月孟德德爾在在“布布隆布布爾諾諾學(xué)會(huì)會(huì)自然然科學(xué)學(xué)研究究會(huì)””上宣宣讀了了作為為他的的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果果的《植物雜雜交實(shí)實(shí)驗(yàn)》論文，，這篇篇論文文后來來于1866年發(fā)表表于該該學(xué)會(huì)會(huì)的會(huì)會(huì)議錄錄上。。他揭示出出遺傳傳學(xué)的的兩個(gè)個(gè)基本本定律律——分離定定律和獨(dú)立分分配定定律。這兩兩個(gè)重現(xiàn)代遺遺傳之之父—孟德爾爾要規(guī)律律的發(fā)發(fā)現(xiàn)和和提出出，為為遺傳傳學(xué)的的誕生生和發(fā)發(fā)展奠奠定了了堅(jiān)實(shí)實(shí)的基基礎(chǔ)，，這也也正是是孟德德爾名名垂后后世的的重大大科研研成果果。與與會(huì)者者固然然很有有興致致地聽聽取了了他的的報(bào)告告，但但大多多不理理解其其中的的內(nèi)容容。因因?yàn)榧燃葲]有有人提提問題題，也也沒有有人進(jìn)進(jìn)行討討論。。黃色豌豆F1代F2代黃色種子綠色種子純種親親本AAAaaAaaAa性狀分分離定定律AAaaAaA顯性特特征a隱性特特征顯性定定律分離定定律3:1獨(dú)立分分配（（自由由組合合）定定律顯性特征

圓、黃隱性特征皺、綠

圓黃:9圓綠:3皺黃:3皺綠:1孟德爾爾定律律的重重新發(fā)發(fā)現(xiàn)1900年3-5月，三三位生生物學(xué)學(xué)家?guī)讕缀跬瑫r(shí)獨(dú)獨(dú)立發(fā)發(fā)現(xiàn)孟孟德爾爾遺傳傳定律律。切馬克克（奧奧地利利）柯林斯斯（德德國））德弗里里斯（（荷蘭蘭）孟德爾爾定律律的重重新發(fā)發(fā)現(xiàn)1.1900年孟德德爾關(guān)關(guān)于遺遺傳的的定律律重新新被荷荷蘭的的德弗弗里斯斯(H.DeVries)、德國國的科科倫斯斯(C.Correns)和奧地地利的的丘歇歇馬克克(E.Seysenegg-Tschermak)三位遺遺傳學(xué)學(xué)家分分別發(fā)發(fā)現(xiàn)，，從而而吸引引了整整個(gè)生生物學(xué)學(xué)界的的注意意。2.德弗里里斯于于1900年3月26日發(fā)表表了同同孟德德爾的的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)相同同的論論文；；科侖侖斯的的論文文被雜雜志收收到的的時(shí)間間是1900年4月24日；丘丘歇馬馬克的的論文文收時(shí)時(shí)間是是1900年6月20日。在在這年年他們們也都都各自自發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了孟孟德爾爾的論論文，，才明明白自自己的的工作作，早早在35年前就就由孟孟德爾爾做過過了。。學(xué)術(shù)情情報(bào)交交流不不暢？？1.人們曾曾經(jīng)以以為孟孟德爾爾的工工作被被埋沒沒，是是由于于當(dāng)時(shí)時(shí)學(xué)術(shù)術(shù)情報(bào)報(bào)交流流不暢暢，人人們不不知道道他的的工作作造成成的。。后經(jīng)經(jīng)調(diào)查查，才才知情情況并并非如如此。。2.布爾諾諾學(xué)會(huì)會(huì)至少少同120個(gè)協(xié)會(huì)會(huì)或?qū)W學(xué)會(huì)研研究會(huì)會(huì)有交交流資資料的的關(guān)系系?？d孟孟德爾爾論文文的雜雜志，，共寄寄出115本。其其中當(dāng)當(dāng)?shù)赜杏嘘P(guān)單單位12本、、柏柏林林8本、、維維也也納納6本、、美美國國4本、、英英國國2本（（英英國國皇皇家家學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)和和林林耐耐學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)））。。3.孟德德爾爾本本人人還還往往外外寄寄送送過過該該論論文文的的抽抽印印本本。。有有據(jù)據(jù)可可查查的的至至少少有有5個(gè)人人了了解解他他的的工工作作。。工作作被被埋埋沒沒35年1.但是是，，不不管管是是刊刊物物，，還還是是論論文文，，都都如如石石沉沉大大海海，，沒沒有有得得到到明明顯顯的的反反饋饋。。2.當(dāng)時(shí)時(shí)生生物物學(xué)學(xué)界界的的優(yōu)優(yōu)秀秀頭頭腦腦都都在在高高談?wù)勯熼熣撜撨M(jìn)進(jìn)化化論論，，對(duì)對(duì)土土里里土土氣氣的的雜雜交交沒沒有有人人感感興興趣趣。。3.這樣樣，，孟孟德德爾爾的的為為遺遺傳傳學(xué)學(xué)奠奠定定了了基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的、、具具有有劃劃時(shí)時(shí)代代意意義義的的發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，，竟竟被被當(dāng)當(dāng)代代人人們們所所忽忽視視和和遺遺忘忘，，被被埋埋沒沒達(dá)達(dá)35年之之久久。。“遺傳傳學(xué)學(xué)””、、““基基因因””定定名名1.20世紀(jì)紀(jì)頭頭的的10年里里，，科科學(xué)學(xué)家家們們除除驗(yàn)驗(yàn)證證孟孟德德爾爾遺遺傳傳規(guī)規(guī)律律的的普普遍遍意意義義外外，，還還確確立立了了一一些些遺遺傳傳學(xué)學(xué)的的基基本本概概念念，，1906年英英國國生生物物學(xué)學(xué)家家貝貝特特森森首首次次提提出出了了““遺遺傳傳學(xué)學(xué)””一一詞詞，，以以稱稱呼呼這這門門研研究究生生物物遺遺傳傳問問題題的的新新學(xué)學(xué)科科。。2.1909年約約翰翰遜遜稱稱孟孟德德爾爾假假定定的的““遺遺傳傳因因子子””為為““基基因因””。。1910年孟孟德德爾爾遺遺傳傳規(guī)規(guī)律律被被改改稱稱為為孟孟德德爾爾定定律律。。摩爾爾根根的的基基因因理理論論1909年摩摩爾爾根根(美國國，，1866-1945)利用用果果蠅蠅進(jìn)進(jìn)行行實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)遺遺傳傳學(xué)學(xué)的的研研究究。。用用孟孟德德爾爾的的理理論論，，可可以以解解釋釋果果蠅蠅的的眼眼睛睛顏顏色色遺遺傳傳的的現(xiàn)現(xiàn)象象。。從從孟孟德德爾爾理理論論的的懷懷疑疑者者，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變成成為為熱熱情情的的擁擁護(hù)護(hù)者者。。發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了了伴伴性性遺遺傳傳的的規(guī)規(guī)律律，，證證明明了了遺遺傳傳變變異異與與細(xì)細(xì)胞胞中中染染色色體體的的變變化化密密切切相相關(guān)關(guān)。。他和他的的學(xué)生還還在連鎖鎖、交換換和不分分離規(guī)律律等的基基礎(chǔ)上，，進(jìn)一步步證明基基因在染染色體上上呈直線線排列，，從而發(fā)發(fā)展了染色體遺遺傳學(xué)說說。摩爾根還還給出了第第一個(gè)果蠅蠅染色體連連鎖圖，從從而確立了了基因作為遺傳基基本單位的概念。1919年和1926年摩爾根又又相繼出版版了《遺傳學(xué)的物物質(zhì)基礎(chǔ)》和《基因論》，建立了了完整的基基因遺傳理理論體系。。摩爾根因因此而獲得得了1933年的諾貝爾爾生理學(xué)和和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。。白眼雄性YXXXYXXXYXXXYXXX紅眼

雌性性分子生物學(xué)學(xué)的誕生現(xiàn)代物理學(xué)學(xué)與現(xiàn)代生生物學(xué)的結(jié)結(jié)合20世紀(jì)40年代細(xì)胞遺遺傳學(xué)、微微生物學(xué)和和生化遺傳傳學(xué)領(lǐng)域取取得的成就就，吸引了了一些物理理學(xué)家投身身到遺傳的的分子基礎(chǔ)礎(chǔ)和基因的的自我復(fù)制制這兩個(gè)領(lǐng)領(lǐng)域的研究究中來，從從而注入了了物理學(xué)的的新理論、、新概念和和新方法。。1951年用生物物物理學(xué)家威威爾金斯給給出了DNA纖維的X射線衍射圖圖，為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)打打下了基礎(chǔ)礎(chǔ)。DNA的雙螺旋結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)1.1953年剛剛離開開校門的大大學(xué)生沃森和物理學(xué)家家克里克發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)結(jié)構(gòu)，開啟啟了分子生生物學(xué)時(shí)代代。2.分子生物學(xué)學(xué)使生物大大分子的研研究進(jìn)入一一個(gè)新的階階段，使遺遺傳的研究究深入到分分子層次。。3.沃森、克里里克獲得了了1962年的諾貝爾爾獎(jiǎng)。遺傳密碼的的破解1.1959年克里克支支