中学综合素质复习资料:4.4科学常识思维导图

20世纪以来的自然科学发展历程中，出现了以相对论、量子力学、基因理论和系统理论创立为主要内容的现代科学革命，从而使自然科学的认识领域突破了宏观世界，迅速向宇观、微观和中观世界进军。一、现代宇宙学现代宇宙学是在天文学基础上发展起来的，主要研究宇宙的本质、结构、空间分布以及演化规律。(一)现代宇宙学的理论基础广义相对论是现代宇宙学研究的理论基础。广义相对论建立了空间、时间是随着物质分布和运动速度的变化而变化的理论．从而为现代宇宙学奠定了重要理论基础。广义相对论认为，空间一时质上是物质客体的广延性和持续性，它本身不是独立存在的。这一思想由于其革命性和数学形式上的深奥．在一段时间里不为科学界所接受。但由于得到越来越多的实验证实，今天广义相对论已被公认为研究大尺度时空的理论基础。这些实验主要包括：(1)水星近日点的进动；(2)光谱引力红移；(3)光线在引力场中偏转。自此．广义相对论被科学家称为"人类思想史上最伟大的成就之一"。(二)宇宙研究的观察手段1．多普勒效应与谱线红移多普勒效应是物理学测定物体运动速度的有力手段。它描述了这样一种现象，即面向观察者运动的光源谱线(与静止光源相比)将向高频(即光谱蓝端)移动，而背向观察者运动的光源谱线将向低频(即红端)移动，波长的相对移动量与相对运动速度成正比。1929年，美国科学家哈勃在仔细研究了一批星系的光谱之后发现，除个别例外，绝大多数星系的光谱都表现出红移．而且红移量大致同星系的距离成正比。如果将红移解释为多普勒效应，那就意味着所有星系都在离地球而去。其退行速度和与地球的距离成正比。这一重要发现证实了宇宙是不断膨胀的，它不仅说明宇宙的无限性，也说明物质运动的绝对性，还说明宇宙在不断地演化和发展。爱因斯坦本人根据这一发现，自动放弃了"静态宇宙结构模型"。2．电磁波的应用电磁波可以传递宇宙的各种信息。通过电磁波传递宇宙的各种信息。天文学家们可以对宇宙的结构、起源和演化进行研究。比如，利用光学望远镜可以接收到可见光传来的天体信息；利用射电望远镜可以接收天体传来的射电波；利用装置着探测天体的红外线、紫外线、χ射线和γ射线等各种仪器的卫星、高能天文台，接收全部电磁波传来的信息，研究不同类型的天体状况，分析宇宙的结构和它们的演化过程。(三)宇宙演化的大爆炸模型在20世纪40年代末，美国物理学家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。这一模型认为．宇宙起源予160亿年前温度和密度极高的"原始火球"的一次大爆炸．大爆炸的时刻就是今天所观察到的宇宙的开端；当时的温度高达100亿度以上，物质密度极大，整个宇宙体系达到平衡，宇宙问只有由中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态物质混合而成的"宇宙汤"；大爆炸后，四种基本力，即引力、强力、弱力和电磁力逐一地分化出来；后来，物质形态依次演化为原子、气态物质、各种恒星体系．最后发展成今天的宇宙。1965年，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射，又称3K背景辐射，是一种充满整个宇宙的电磁辐射，其对应到的温度为3K。该发现为大爆炸理论提供了一个有力的证据。

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四、环境科学(一)环境科学的概念环境科学是研究人类在认识自然和改造自然中人与环境之间相互关系的科学。它是一门综合性很强的新兴科学．是以人类与其生存环境构成的"人类一环境"系统为对象，应用化学、生物学、物理学、地质学、自然地理学、土壤学、气象学和医学等学科的原理和方法，研究人类与其环境的相互联系、相互作用、相互制约和相互调适，研究由人类活动所引起的环境质量的变化及其评价、预测、控制、改善和保护的科学。(二)环境科学发展的现状1．环境问题与环境科学(1)人类目前面的环境问题．已日益影响到人类的正常生活。这些环境问题主要有人ISl问题、能源问题、资源问题和环境保护问题。(2)环境问题主要是由人类生活和生产活动的飞速发展引起的。人类活动使环境条件发生变化，对人类生存环境造成污染和破坏，影响人类的正常生产和生活，给人类直至后代带来灾害，这就是环境问题的实质。(3)目前的环境科学已由过去单纯的从环境问题出发的研究发展到从环境整体出发，进行跨学科合作的整体性研究研究方法上也开始运用系统方法，以微观和宏观相结合的方法，以整体观念剖析环境问题,更加注意对生命维持系统的研究，扩大生态学原理的应用范围；已注意开展对全球性环境问题的国际性研究．发展高效益的环境污染控制技术。2．生态科学生态科学是研究生物体与其生存环境之间相互关系的一门学科，又称为环境生物学。按其研究的对象．生态学又可以分为个体生态学、种群生态学和群落生态学。目前，生态学研究的重点正转向以人类社会为主体．重视人与环境相互作用的研究，因而在社会经济的可持续发展中正发挥着愈来愈重要的作用。(1)生态系统。在地球表面的一定空间中，生物群体与无机环境通过能量转换与物质循环联结成一个整体。生态系统。按其环境特征可分为陆地生态系统和水域生态系统。(2)生态平衡。生态平衡又称"自然平衡"。在自然界中，不论森林、草原还是湖泊，都是由动物、植物、微生物等生物成分和光、水、土壤、空气、温度等非生物成分所组成。每一个成分都不是孤立存在的．而是相互联系、相互制约的统一综合体。它们之间通过相互作用达到一个相对稳定的平衡状态，称为生态平衡。(3)生态安全。生态安全是以生态学方法来定义环境保护论之外的人类安全行为，并用于评定对人类社会的未来安全有着极为密切的四种发展关系：人与自然环境之间；不同的人群之间；人与其他物种的数量之间：人与病原微生物之间。生态安全将取决于保持这四种关系中任何一种的微妙平衡。(4)生物多样性。生物多样性是指地球上的生物(包括动物、植物、微生物)在所有形式、层次和联合体中生命的多样化，包括遗传多样性、生物物种多样性和生态系统多样性。生物多样性是地球上生命经过几十亿年发展进化的结果，是人类赖以生存的物质基础。(三)可持续发展1．可持续发展的概念联合国世界环境与发展委员会在其1987年发表的报告《我们共同的未来》中，提出了可持续发展概念。可持续发展是指既满足当代人的需求，又不对后代人满足其自身需求的能力构成危害的发展虽然可持续发展概念是从生态学的角度提出的，但是，它实际上涵盖了自然环境的改善、经济的发展和社会的进步三个层次的内容。第一，可持续发展并不否定经济增长，但需要重新审视如何实现经济增长。第二，可持续发展以自然资源为基础，与环境承载能力相协调。第三，可持续发展以提高生活质量为目标，和社会进步相适应。2．联合国环境与发展大会1992年6月3日至l4日在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会，是联合国成立以来规模最大、级别最高、参加人数最多、影响最为深远的一次国际会议。大会通过了《关于环境与发展的里约热内卢宣言》(又称《地球宪章》)、《21世纪议程》、《关于森林问题的原则声明》等重要文件，有l50多个国家签署了《气候变化框架公约》和《生物多样性公约》。这是一次拯救地球的历史性盛会．是国际社会对人类与自然的关系在认识史上的一次大飞跃，第一次从环境保护和经济发展有机联系的高度．提出了可持续发展战略及其行动纲领一《21世纪议程》，确定了面向21世纪国际环境和发展合作的原则，将可持续发展由概念、理论推向行动。在国务院各有关部门、机构和社会团体的广泛参与下．经中外专家的共同努力，于1993年4月完成了《中国21世纪议程》的第一稿，此项工作完成后，我国成为世界上第一个编制国家级21世纪议程的国家。