【正文】 方面有著重要而廣泛的應用，近幾十年來，世界各發(fā)達國家都建設了各種不同用途的加速器，粒子的能量越來越高，我國在北京建成“正負電子對撞機”，已經獲得了許多重要的科研成果，此外，在蘭州、合肥等地建成了重離子加速器等不同功能的 加速器． 加速器的建造得益于科學技術的發(fā)展，如高真 空技術，超導技術、計算機技術等，加速器在幫助人們進一步探索微觀粒子世界奧秘的同時，在人們的生產、生活中也有著重要的應用． 20 世紀 40 年代，電 子加速器開始用于癌癥的治療．粒子加速器還用于工業(yè)探傷、食品的防腐與保鮮、復合材料的生產以及 醫(yī)療用品消毒等． b． 高能物理學中的能量單位 常用單位是電子伏 (eV)，此外，還有千電子伏 (keV)、兆電子伏 (MeV)、吉電子伏 (GeV)和太電子 伏 (teV)． 1 teV=103 GeV=106 MeV=109 keV=1012 eV 通常我們稱能量 E100 MeV(原子能爆炸時的 核作用在此量級 )為低能， l00MeVE3 GeV 為 中能， E3 GeV 為高能． 3．宇宙探秘 宇宙指所有的空間和時間，教材中 “ 宇宙 ” 一詞 指的是觀測宇宙，即人類目前探測范圍所 及的空間和時間中物質世界的總稱． 天文學中，天體之間相距遙遠，用米、千米作為 距離單位顯得太小、很不方便，為此采取一些特殊長度作為距離單位． 一個天文單位 (AU)：地球到太陽的平均距離． 光年 (1． y)：光在真空中行進一年所通過的 距離． 1 AU=10 11m 1 ． =10 15 m 1608年荷蘭人發(fā)明了望遠鏡，隨著望遠鏡的不 斷改進，人類的視野便不斷地向著宇宙的深處延伸． 18世紀以前，人類的觀測能達到直徑約 10 10km的太陽系；后來逐步擴大到直徑約為 l10 5 I. y．，包括約 2 000億顆恒星的銀河系；到 20世 紀 20年代，人類已能 “ 觀察 到 110 8 ．距離的星 系；到 50年代，擴大到 l10 9 I． y．；到 60年代，又擴大到l10 10 I． y．；現在，人類已能觀察到 310 10 ．空間范圍的星系．觀察表明，在 310 10 I. y． 這個空間范圍內，有幾十億個星系，每個星系平均約有 1 000億顆恒星．據科學估計散布在宇宙中的星 系多達 1 000億個． 在晴朗夜空的空爍群星中，有一條橫亙天際的 光帶，它是由群星和彌漫物質集中而成的一個龐大的天體系統 稱為銀河系，銀河系是宇宙中數以千億 計的星系中的一員． 太陽系處于銀河系的邊緣，太陽系由八大行星 和太陽組成，八大行星是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，月亮是地球的衛(wèi)星，不是太陽系中的行星． 宇宙是一個有層次的天體結構系統，這一系統 層次由高到低可分為：宇宙一星系團一星系 (銀河 系、河外星系 )— 恒星斗行星斗衛(wèi)星． 說明：成百上千個星系集合成的星系系 統稱為星系團． 自古以來人類一直在關注、探索著宇宙． 在人類漫長的歷史進程中，大部分時間人們主要 依靠肉眼觀察、簡單猜測與推理來認識宇宙．他們對宇宙的認識很有限，并具有濃厚的神話與宗教色彩． 大約在三四千年前，古代的巴比倫人已經把天 空中較亮的星星組成了各種有趣的形狀，稱為星座．巴比倫人創(chuàng)立了 48個星座．后來，希臘天文學家給 它們取了名字，有的星座像某種動物，就用動物名作為星座的名字，有的星座是以希臘神話里的人物名字來命名的．現 在，國際通用的星座共 88個，是 1928年國 際天文聯合學會重新劃分和決定的． 早在十六世紀以前，中國天文學家落下閎、張 衡、祖沖之、一行、郭守敬等，設計制造出精巧的觀測儀器，通過恒星觀測，以定歲時，改進歷法，產生了“蓋天說” —— 認為天圓地方；“渾天說” —— 天地像蛋，地在中心，天在周圍；“宣夜說 —— 天沒有一定的形狀，無限而空虛，日月星辰就懸浮在空虛之中自由自在地運行著等宇宙結構觀點，這些觀點雖然有局限性，但其中也有現代宇宙結構觀可以借鑒的成分． 在古代歐洲，公元二世紀，托勒密在他的《偉大 論》一書中提出了“地心說” —— 地球處于宇宙的中心并靜 止不動，太陽、其他行星和衛(wèi)星都圍繞著地球轉動，地心說是根據有限的觀察資料拼湊起來的學說，雖然能較為完滿地解釋當時觀測到的一些行星運動情況，并在航海上有一定的實用價值，但很多時候與實際情況不符．“地心說”在一千多年后的十六世紀被哥白尼的“日心說”打破． 1543 年，哥白尼通過 30多年的觀察與分析，在他的《天體運行論》一書中 提出了“日心說” —— 太陽是宇宙的中心，地球和其他行星都繞著太陽按一定的周期轉動．日心說雖然仍未超出太陽系的局限，但卻把地球從居于宇宙中心的特殊地位降為一顆繞太陽旋轉的普通行星，正確地反映了太陽 系的實際情況，從根本上動搖了人類中心論等宗教教義不可冒犯的神話，它作為自然科學的“獨立宣言”，第一次使宇宙的闡述從神學的桎梏下解放出來，在人類思想發(fā)展史以及社會發(fā)展史上留下了不可磨滅的光輝．意大利科學家布魯諾堅信并推廣哥白尼的日心說，為此受到了天主教會的酷刑．當然，限于當時的科技水平，哥白尼日心說中太陽是宇宙的中心，行星圍繞太陽作勻速圓周運動等觀點實際上也有一些局限和錯誤． 在哥白尼提出日心說之后，丹麥天文學家第谷 創(chuàng)制了大型精密的天文儀器，并對行星進行了精密觀測和記錄，德國天文學家開普勒根據第谷的觀 測資料總結出了行星運動的三大定律，與開普勒同時代的近代天文學的創(chuàng)始人意大利科學家伽利略用自制的望遠鏡觀測太空，發(fā)現金星的圓缺變化，木星的四個衛(wèi)星以及它們繞木星的運動，這給哥白尼的日心說以有力的支持． 1666年，英國偉大的科學家牛頓 發(fā)現了萬有引力定律并由此建立起天體力學，為人類進一步探索宇宙奠定了堅實的理論基礎，牛頓還發(fā)明了反射式望遠鏡和棱鏡， 1705年，英國天文學家 哈雷準確預測到一顆大慧星回歸的時間為 75～ 76年，這顆彗星被命名為哈雷彗星，哈雷還用精確的天文儀器觀察到恒星也在運動． 近一百年來，人類 對宇宙的探索由太陽和太陽系 逐步拓展到恒星世界、銀河系、河外星系和星系團，并觸及到宇宙的結構和演化． 20 世紀 20 年代，美國天文 學家哈勃在銀河系外找到了新的星系，它們都跟銀河系一樣，由許許多多恒星匯聚而成，并發(fā)現星系的光譜向長波方向移動，稱之為譜線“紅移”，這一現象表明星系在遠離我們而去，宇宙在膨脹． 60年代發(fā)現了 類星體、脈沖星、微波背景輻射和星際分子，人類親自登臨月球……愛因斯坦的《廣義相對論》和霍金的《時間簡史》，是 ^卷對宇宙探索的重大成果． 人類對宇宙奧秘的探索還在不斷深入． D．宇宙的起 源 宇宙從何而來 ?這是當今最大的謎． 1932年勒梅特首次提出了現代宇宙大爆炸理 論：整個宇宙最初聚集在一個“原始原子”中，后來發(fā)生了大爆炸，碎片向四面八方散開，形成了宇宙， 20 世紀 40 年代末，美籍俄國天體物理學家伽莫夫第一 次將廣義相對論融人到宇宙理論中，提出了熱大爆炸宇宙模型．該模型認為，宇宙起始于一個“原始火球”，在原始火球里，溫度和密度都高得無法想象，這時物質所處的狀態(tài)至今還無法描寫．這種狀態(tài)可能極不穩(wěn)定，在距今約 150億年前，由于我們還不知道 的物理原因，這個火球發(fā)生了大爆炸，這種爆炸是 整體的，涉及宇宙的全部物質及時間、空間．爆炸導致宇宙空間處處膨脹，溫度則相應下降．在溫度下降、體積膨脹的過程中，按有關物理知識，高能的光子可轉變?yōu)楦鞣N正反粒子對．高能粒子與它們的反 粒子湮滅轉化為光子，余下的極少部分粒子 (約 10億個 粒子中留下 1個 )I 在能量降低之后結合成輕的原子 核，再進而結合成原子．溫度降到一定程度，物質分裂成團塊逐步形成超星系團、星系團、星系乃至恒星、行星、生命等，直到現在我們所處的這個宇宙． 熱大爆炸宇宙模型理論，是 20世紀后半葉自然 科學四大成就之一，支持該理論的主要有以下一些觀測 事實： ① 各種天體的年齡都小于 200 億年． ② 宇宙物 質的化學組成．在地球上氦元素很少，但在宇宙中氦的含量高居第二，僅次于氫元素．宇宙中氫約占 3/4， 而氦占 1/4，其他所有元素的含量還不到 2％．若認為 氦是由于宇宙中通過恒星內部核反應產生 (4 個氫原 子聚變形成 1 個氦原子 )，我們可以估計一下銀河系 自誕生以來一共產生了多少氦，計算表明它僅提供 了銀河系中現有氦的 1/10不到，這說明氦不可能是在一代代恒星生生滅滅的過程中產生的，而只能是宇宙形成時的原始物質組成部分．大爆炸宇宙論證實現今宇宙中所有的氦都是宇宙誕生后最 初 3 min 形成的．③ 20世 20年代哈勃關于星系光譜紅移的 重大發(fā)現，表明宇宙仍在膨脹．④ 1965年美國科學 家彭其亞斯和威爾遜發(fā)現的宇宙微波背景輻射．研究表明，這種熱輻射就是宇宙早期原始火球高溫熱平衡輻射留下的遺跡．這被認為是大爆炸宇宙理論最關鍵性的證據．⑤1991年 4月 23日，美國天文物 理學家宣布，他領導的科學小組發(fā)現了宇宙誕生初期的物質云團，有力地支持了大爆炸理論的預言 —— 在大爆炸之后．星系形成之前宇宙的結構應當是云團．這一發(fā)現還證實了科學家的另一個預言，即宇宙質量的 90％存在于暗物質中，以往天文學家 觀 測到的宇宙總質量遠比理論上計算出