【正文】 的不同組合形態(tài)，實現(xiàn)對電子、質(zhì)子、或重離子等帶電粒子的加速，能產(chǎn)生幾百兆到幾千兆電子伏能量的高能粒子流．這些高能粒子流就象炮彈一樣，可以打人物質(zhì)的深層結(jié)構(gòu)，從而使人們了解物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，粒子的能量越高，越能深入到物質(zhì)的內(nèi)部，因此，加速器是探索微小粒子的有力武器，在科學研究、國防 建設(shè)等方面有著重要而廣泛的應(yīng)用，近幾十年來，世界各發(fā)達國家都建設(shè)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(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技術(shù)的發(fā)展，如高真 空技術(shù)，超導技術(shù)、計算機技術(shù)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(chǎn)、生活中也有著重要的應(yīng)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(chǎn)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(zhì)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(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． 這個空間范圍內(nèi)，有幾十億個星系，每個星系平均約有 1 000億顆恒星．據(jù)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(zhì)集中而成的一個龐大的天體系統(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(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(tǒng)稱為星系團． 自古以來人類一直在關(guān)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(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個星座．后來，希臘天文學家給 它們?nèi)×嗣?，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(xiàn) 在，國際通用的星座共 88個，是 1928年國 際天文聯(lián)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(shè)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(chǎn)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(jié)構(gòu)觀點，這些觀點雖然有局限性，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，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(zhuǎn)動，地心說是根據(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jù)第谷的觀 測資料總結(jié)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(xiàn)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(xiàn)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(chǔ)，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(jié)構(gòu)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(xiàn)星系的光譜向長波方向移動，稱之為譜線“紅移”，這一現(xiàn)象表明星系在遠離我們而去，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(xiàn)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(zhì)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(zhì)及時間、空間．爆炸導致宇宙空間處處膨脹，溫度則相應(yīng)下降．在溫度下降、體積膨脹的過程中，按有關(guān)物理知識，高能的光子可轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N正反粒子對．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 粒子中留下 1個 )I 在能量降低之后結(jié)合成輕的原子 核，再進而結(jié)合成原子．溫度降到一定程度，物質(zhì)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(xiàn)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(zhì)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(nèi)部核反應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)生了多少氦，計算表明它僅提供 了銀河系中現(xiàn)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(chǎn)生的，而只能是宇宙形成時的原始物質(zhì)組成部分．大爆炸宇宙論證實現(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年美國科學 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熱平衡輻射留下的遺跡．這被認為是大爆炸宇宙理論最關(guān)鍵性的證據(jù)．⑤1991年