【正文】 等方面有著重要而廣泛的應(yīng)用，近幾十年來(lái)，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都建設(shè)了各種不同用途的加速器，粒子的能量越來(lái)越高，我國(guó)在北京建成“正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)”，已經(jīng)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，如高真 空技術(shù)，超導(dǎo)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，加速器在幫助人們進(jìn)一步探索微觀粒子世界奧秘的同時(shí)，在人們的生產(chǎn)、生活中也有著重要的應(yīng)用． 20 世紀(jì) 40 年代，電 子加速器開(kāi)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(fù)合材料的生產(chǎn)以及 醫(yī)療用品消毒等． b． 高能物理學(xué)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(shí)的 核作用在此量級(jí) )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(shí)間，教材中 “ 宇宙 ” 一詞 指的是觀測(cè)宇宙，即人類目前探測(cè)范圍所 及的空間和時(shí)間中物質(zhì)世界的總稱． 天文學(xué)中，天體之間相距遙遠(yuǎn)，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(zhǎng)度作為距離單位． 一個(gè)天文單位 (AU)：地球到太陽(yáng)的平均距離． 光年 (1． y)：光在真空中行進(jìn)一年所通過(guò)的 距離． 1 AU=10 11m 1 ． =10 15 m 1608年荷蘭人發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，隨著望遠(yuǎn)鏡的不 斷改進(jìn)，人類的視野便不斷地向著宇宙的深處延伸． 18世紀(jì)以前，人類的觀測(cè)能達(dá)到直徑約 10 10km的太陽(yáng)系；后來(lái)逐步擴(kuò)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(jì) 20年代，人類已能 “ 觀察 到 110 8 ．距離的星 系；到 50年代，擴(kuò)大到 l10 9 I． y．；到 60年代，又?jǐn)U大到l10 10 I． y．；現(xiàn)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(gè)空間范圍內(nèi)，有幾十億個(gè)星系，每個(gè)星系平均約有 1 000億顆恒星．據(jù)科學(xué)估計(jì)散布在宇宙中的星 系多達(dá) 1 000億個(gè)． 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(zhì)集中而成的一個(gè)龐大的天體系統(tǒng) 稱為銀河系，銀河系是宇宙中數(shù)以千億 計(jì)的星系中的一員． 太陽(yáng)系處于銀河系的邊緣，太陽(yáng)系由八大行星 和太陽(yáng)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(yáng)系中的行星． 宇宙是一個(gè)有層次的天體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，這一系統(tǒng) 層次由高到低可分為：宇宙一星系團(tuán)一星系 (銀河 系、河外星系 )— 恒星斗行星斗衛(wèi)星． 說(shuō)明：成百上千個(gè)星系集合成的星系系 統(tǒng)稱為星系團(tuán)． 自古以來(lái)人類一直在關(guān)注、探索著宇宙． 在人類漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中，大部分時(shí)間人們主要 依靠肉眼觀察、簡(jiǎn)單猜測(cè)與推理來(lái)認(rèn)識(shí)宇宙．他們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)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(jīng)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(gè)星座．后來(lái)，希臘天文學(xué)家給 它們?nèi)×嗣?，有的星座像某種動(dòng)物，就用動(dòng)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(lái)命名的．現(xiàn) 在，國(guó)際通用的星座共 88個(gè)，是 1928年國(guó) 際天文聯(lián)合學(xué)會(huì)重新劃分和決定的． 早在十六世紀(jì)以前，中國(guó)天文學(xué)家落下閎、張 衡、祖沖之、一行、郭守敬等，設(shè)計(jì)制造出精巧的觀測(cè)儀器，通過(guò)恒星觀測(cè)，以定歲時(shí)，改進(jìn)歷法，產(chǎn)生了“蓋天說(shuō)” —— 認(rèn)為天圓地方；“渾天說(shuō)” —— 天地像蛋，地在中心，天在周圍；“宣夜說(shuō) —— 天沒(méi)有一定的形狀，無(wú)限而空虛，日月星辰就懸浮在空虛之中自由自在地運(yùn)行著等宇宙結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)，這些觀點(diǎn)雖然有局限性，但其中也有現(xiàn)代宇宙結(jié)構(gòu)觀可以借鑒的成分． 在古代歐洲，公元二世紀(jì)，托勒密在他的《偉大 論》一書中提出了“地心說(shuō)” —— 地球處于宇宙的中心并靜 止不動(dòng)，太陽(yáng)、其他行星和衛(wèi)星都圍繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)，地心說(shuō)是根據(jù)有限的觀察資料拼湊起來(lái)的學(xué)說(shuō)，雖然能較為完滿地解釋當(dāng)時(shí)觀測(cè)到的一些行星運(yùn)動(dòng)情況，并在航海上有一定的實(shí)用價(jià)值，但很多時(shí)候與實(shí)際情況不符．“地心說(shuō)”在一千多年后的十六世紀(jì)被哥白尼的“日心說(shuō)”打破． 1543 年，哥白尼通過(guò) 30多年的觀察與分析，在他的《天體運(yùn)行論》一書中 提出了“日心說(shuō)” —— 太陽(yáng)是宇宙的中心，地球和其他行星都繞著太陽(yáng)按一定的周期轉(zhuǎn)動(dòng)．日心說(shuō)雖然仍未超出太陽(yáng)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(yáng)旋轉(zhuǎn)的普通行星，正確地反映了太陽(yáng) 系的實(shí)際情況，從根本上動(dòng)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(xué)的“獨(dú)立宣言”，第一次使宇宙的闡述從神學(xué)的桎梏下解放出來(lái)，在人類思想發(fā)展史以及社會(huì)發(fā)展史上留下了不可磨滅的光輝．意大利科學(xué)家布魯諾堅(jiān)信并推廣哥白尼的日心說(shuō)，為此受到了天主教會(huì)的酷刑．當(dāng)然，限于當(dāng)時(shí)的科技水平，哥白尼日心說(shuō)中太陽(yáng)是宇宙的中心，行星圍繞太陽(yáng)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)等觀點(diǎn)實(shí)際上也有一些局限和錯(cuò)誤． 在哥白尼提出日心說(shuō)之后，丹麥天文學(xué)家第谷 創(chuàng)制了大型精密的天文儀器，并對(duì)行星進(jìn)行了精密觀測(cè)和記錄，德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒根據(jù)第谷的觀 測(cè)資料總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，與開(kāi)普勒同時(shí)代的近代天文學(xué)的創(chuàng)始人意大利科學(xué)家伽利略用自制的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太空，發(fā)現(xiàn)金星的圓缺變化，木星的四個(gè)衛(wèi)星以及它們繞木星的運(yùn)動(dòng)，這給哥白尼的日心說(shuō)以有力的支持． 1666年，英國(guó)偉大的科學(xué)家牛頓 發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律并由此建立起天體力學(xué)，為人類進(jìn)一步探索宇宙奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，牛頓還發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡和棱鏡， 1705年，英國(guó)天文學(xué)家 哈雷準(zhǔn)確預(yù)測(cè)到一顆大慧星回歸的時(shí)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(yùn)動(dòng)． 近一百年來(lái)，人類 對(duì)宇宙的探索由太陽(yáng)和太陽(yáng)系 逐步拓展到恒星世界、銀河系、河外星系和星系團(tuán)，并觸及到宇宙的結(jié)構(gòu)和演化． 20 世紀(jì) 20 年代，美國(guó)天文 學(xué)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(xiàn)星系的光譜向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，稱之為譜線“紅移”，這一現(xiàn)象表明星系在遠(yuǎn)離我們而去，宇宙在膨脹． 60年代發(fā)現(xiàn)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(ài)因斯坦的《廣義相對(duì)論》和霍金的《時(shí)間簡(jiǎn)史》，是 ^卷對(duì)宇宙探索的重大成果． 人類對(duì)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(lái) ?這是當(dāng)今最大的謎． 1932年勒梅特首次提出了現(xiàn)代宇宙大爆炸理 論：整個(gè)宇宙最初聚集在一個(gè)“原始原子”中，后來(lái)發(fā)生了大爆炸，碎片向四面八方散開(kāi)，形成了宇宙， 20 世紀(jì) 40 年代末，美籍俄國(guó)天體物理學(xué)家伽莫夫第一 次將廣義相對(duì)論融人到宇宙理論中，提出了熱大爆炸宇宙模型．該模型認(rèn)為，宇宙起始于一個(gè)“原始火球”，在原始火球里，溫度和密度都高得無(wú)法想象，這時(shí)物質(zhì)所處的狀態(tài)至今還無(wú)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(gè)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(zhì)及時(shí)間、空間．爆炸導(dǎo)致宇宙空間處處膨脹，溫度則相應(yīng)下降．在溫度下降、體積膨脹的過(guò)程中，按有關(guān)物理知識(shí)，高能的光子可轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N正反粒子對(duì)．高能粒子與它們的反 粒子湮滅轉(zhuǎn)化為光子，余下的極少部分粒子 (約 10億個(gè) 粒子中留下 1個(gè) )I 在能量降低之后結(jié)合成輕的原子 核，再進(jìn)而結(jié)合成原子．溫度降到一定程度，物質(zhì)分裂成團(tuán)塊逐步形成超星系團(tuán)、星系團(tuán)、星系乃至恒星、行星、生命等，直到現(xiàn)在我們所處的這個(gè)宇宙． 熱大爆炸宇宙模型理論，是 20世紀(jì)后半葉自然 科學(xué)四大成就之一，支持該理論的主要有以下一些觀測(cè) 事實(shí)： ① 各種天體的年齡都小于 200 億年． ② 宇宙物 質(zhì)的化學(xué)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(rèn)為 氦是由于宇宙中通過(guò)恒星內(nèi)部核反應(yīng)產(chǎn)生 (4 個(gè)氫原 子聚變形成 1 個(gè)氦原子 )，我們可以估計(jì)一下銀河系 自誕生以來(lái)一共產(chǎn)生了多少氦，計(jì)算表明它僅提供 了銀河系中現(xiàn)有氦的 1/10不到，這說(shuō)明氦不可能是在一代代恒星生生滅滅的過(guò)程中產(chǎn)生的，而只能是宇宙形成時(shí)的原始物質(zhì)組成部分．大爆炸宇宙論證實(shí)現(xiàn)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(guān)于星系光譜紅移的 重大發(fā)現(xiàn)，表明宇宙仍在膨脹．④ 1965年美國(guó)科學(xué) 家彭其亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)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?zé)崞胶廨椛淞粝碌倪z跡．這被認(rèn)為是大爆炸宇宙理論最關(guān)鍵性的證據(jù)．⑤1991年 4月 23日，美國(guó)天文物 理學(xué)家宣布，他領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)小組發(fā)現(xiàn)了宇宙誕生初期的物質(zhì)云團(tuán)，有力地支持了大爆炸理論的預(yù)言 —— 在大爆炸之后．星系形成之前宇宙的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是云團(tuán)．這一發(fā)現(xiàn)還證實(shí)了科學(xué)家的另一個(gè)預(yù)言，即宇宙質(zhì)量的 90％存在于暗物質(zhì)中，以往天文學(xué)家 觀 測(cè)到的宇宙總質(zhì)量遠(yuǎn)比理論上計(jì)