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第四章

世界上第一颗人造月球卫星发射

1966年3月31日前苏联发射的“月球”10号,是世界上第一颗人造月球卫星。它重1600千克,在近月点350千米、远月点1017千米的环月轨道上运行,长时间对月球和近月空间进行全面的观测考察。

月球是距地球最近的天体,距离地球约为384万千米。人类选择月球作为地外探测的第一个目标,不仅是因为它距离较近,探测方便,而且更因为探测月球是进一步认识地球形成的一种有效手段。月球形成以来,没有经受过风雨、冰川和自然力的冲蚀和改造,保存了完好的原始状态。直接考察月球,有助于更好地了解地球的组成、结构和起源,它有助于揭示太阳系的起源。

此外,月球上有丰富的物质资源:在月岩中含有地壳里的全部元素,约有60种矿藏,其中还含有地球上没有的氦—3,这是一种理想的核燃料;月球上没有大气的影响,利用太阳能的效率比地球上高15倍:而且因为拥有丰富的硅元素,所以可以充分利用太阳能,就地生产水泥、陶瓷和玻璃,在月球上建立起工业生产基地;同时,月球上月震和重力波很小,没有大气影响,也没有人造电波和光源干扰,是进行科学研究和天文观测的理想场所。月球的重力只有地球的1/6,若有丰富的氧作为航天器的燃料,它就可能成为人类通往太空的桥梁。

“月球”10号测量了月球周围辐射和微流星环境。后来发射的月球11号、12号、14号、19号和22号探测器,也都成功地进入绕月球的轨道飞行,对月面进行了电视摄像探测。美国1966年8月至1967年8月发射的5个“月球轨道环行器”,共拍摄了2800多幅高清晰度的月球照片,绘制了98%的月面图,选择了载人登月5个着陆地点。

伽莫夫提出宇宙大爆炸学说

1948年4月1日,美国《物理评论》杂志发表了伽莫夫的“化学元素的起源”一文。在这篇论文中,伽莫夫提出了宇宙大爆炸学说。按照这一学说,宇宙起源于一个高温、高密度的“原始火球”,有过一段由密到稀、由热到冷的演化史。这个演化过程伴随着宇宙的膨胀,开始时十分迅猛,如同一次规模巨大的爆炸,所以被称为大爆炸宇宙模型。

这一宇宙模型向人们提供了自大爆炸开始后10—6秒直到今天的演化全过程。在宇宙的极早期,温度达100亿℃以上,密度则几乎为原子核的密度。此时宇宙中只有质子、中子等一些基本粒子。由于整个体系在不断膨胀,温度很快下降,当降至10亿℃时,中子失去自由存在的条件,开始与质子结合成重氢、氦或其他轻元素。化学元素从这一时期开始形成,宇宙中30%左右的氦丰度就是此时形成的。当温度降至100万℃时,宇宙以热辐射为主,物质形态主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降至几千度时,热辐射减退,电子和原子核开始结合成原子,这时宇宙间主要是弥漫的气体。由于引力不稳定,有些地方的弥漫气体凝聚为气体星云,气体星云再进一步收缩成星系和恒星,成为我们今天所观测到的宇宙。

大爆炸宇宙模型得到了众多观测证据的支持:主要有河外星系的红移、3K微波背景辐射、30%的氦丰度、天体的年龄等。当然,这一模型还存在不少缺陷。但无论如何,大爆炸宇宙模型还是为大多数宇宙学家所接受了。它的缺陷则成为宇宙学家们进一步深入研究的方向。20世纪80年代出现的“暴胀宇宙论”就是宇宙大爆炸模型的进一步发展。

鲍林创立化学键理论

19世纪末,电子和放射性的发现揭开了科学家研究微观世界的序幕。随着原子结构得到阐明,原子与原子之间如何结合生成各类分子,即化学键的本质问题也逐渐得到理论与实验日益符合的解释。

现代化学键理论是获自分子薛定谔方程近似解的处理方法,也称电子配对法。关于化学键的理论,19世纪就有了原子价的概念。电子发现后,德国的阿培格在1904年提出了“八数规则”。玻尔原子模型建立后,德国化学家柯塞尔和美国化学家路易斯于1916年分别提出了电价键理论和共价键理论。量子力学建立后,1927年,德国的海特勒与美籍德国人伦敦首先用量子力学的近似处理方法研究最简单的氢分子。他们认识到,氢分子中两个原子所以能够相互结合成键,是由于电子密度分布集中在两个原子核之间,形成了一个“电子桥”,并把两个原子吸引在一起而稳定下来,从而形成分子,即电子云分布在原子核之间形成化学键。

在此基础上,1931年4月1日,美国化学家鲍林等,将其成果定性推广到其他分子体系形成了价键理论:原子未化合前,若未成对电子的自旋方向是反平行的,就能两两组队,电子对运动所在的原子轨道就会交盖重叠,从而形成共价键;一个电子与另一个电子配对以后就不能再与第三个电子配对;原子轨道的重叠越多,所形成的共价键就越稳定。

价键理论同人们所熟悉的经典价键理论相一致,比较直观,所以很快得到了普及和发展,并解释了基态分子成键的方向性和饱和性,对现代化学发展做出了重大贡献。但受电子对成键观点的束缚,它把电子的运动只局限于成键的两原子之间,无法解释氧气等分子的结构。

首次利用人造卫星拍摄到地球气象照片

气象卫星是用于气象观测的卫星。它就像一个高悬在太空的自动化“气象站”,是空间、遥感、计算机、通信和控制等高技术结合的产物。

卫星可以长期地、大面积地探测和预报全球的大气变化情况,并进行全天时和全天候观测,快速收集和处理数据信息,反馈给地面接收站;还可以不受地理和气象条件的限制,对地面上难以到达的地区进行观测。这些都是地面气象站所无法做到的。

美国“先锋”2号人造卫星是世界上第一颗试验气象卫星。该卫星在发射5颗均失败后,终于在1959年2月17日发射成功。但由于卫星摆动无法控制,所观测的结果极不令人满意。世界上真正的实用性气象卫星,是美国1960年4月1日发射的“泰罗斯”1号。4月2日,科学家第一次看到了整个地球的天气画面,而不是许多孤立观测的零星资料拼凑起来的。这些照片是在724千米高空拍摄的,卫星每次拍摄宽约1000千米的地带,每幅照片所覆盖的面积大约相当于法国领土的两倍。照片显示出美国东北部及加拿大一部分的上空云层,地球的弯曲度亦清晰可见。

截止到目前,全世界共发射了100多颗卫星,已构成一个庞大的全球性气象卫星网和空间信息系统,对全球范围的中、短期天气预报起到了重要作用,使人们能准确获得大气的运动规律,做出精确的气象预报,大大减少了灾害性损失。据不完全统计,如果对自然灾害能有3~5天的预报,就可以减少农业方面的30%~50%的损失,仅农、牧、渔业就可年获益17亿美元,每年还能减少其他经济损失约50亿美元。

发现维生素C

人类曾由于缺乏维生素C经受了巨大痛苦。早在古埃及的医学卷宗中就记载了坏血病(维生素C严重缺乏症)。患者牙龈损坏、无法进食、双腿肿胀、骨骼变形、皮肤出现血点,严重的甚至死亡。当时,它是常见的灾难性疾病,流行于军队、长期海上航行的船员和冬天的城市居民中。15和16世纪,坏血病曾波及整个欧洲,损伤严重。

人们因而努力探索坏血病的治疗方法。巴赫斯特如姆首次提出坏血病是一种营养缺乏病;林德进行了临床实验研究,发现橘子和柠檬对治疗坏血病有奇特疗效;詹姆斯·柯克发现新鲜水果和蔬菜也有抗坏血病作用。

20世纪后,科学家在这些抗坏血病物质中提取活性物质,开始了对维生素C化学本质的研究。匈牙利化学家圣—捷尔吉在霍普金斯实验室研究氧化一还原系统时,从牛的肾上腺皮质、橘子及甘蓝中分离出一种六碳物质,具有强还原性,他称之为己糖醛酸。1932年4月3日,美国匹兹堡大学的查尔斯·G·金(Charles Glen King)从柠檬汁中分离出一种结晶状物质,利用这种结晶物质他对豚鼠进行了坏血病试验。每天给豚鼠喂05毫克,就能预防坏血病。这一实验标志着维生素C的发现,千年来坏血病的祸根就在于缺乏维生素C。

后来研究不断取得进展。圣—捷尔吉证实,查尔斯·G·金所制结晶与己糖醛酸是同种物质。1933年英国的哈沃思等在伯明翰大学成功地确定了维生素C的结构;瑞士的雷池斯坦又人工合成了维生素C,使工业上大量生产成为可能,不久它就成为一种便宜的常见药品。维生素C的发现使人类远离了坏血病的威胁,生存状况得到很大改善,同时也促进了营养学的发展。

彼利最先到达北极

1909年4月6日,美国极地探险家彼利成功到达北极。这是人类的脚印第一次留在了冰天雪地的北极点上。

极地探险历来是探险家们梦寐以求的目标,而神秘莫测的北极更是众多探险家心目中的天堂。早在1893年,挪威著名的探险家南森就乘特制的“前进号”探险船深入北极地区,经过近两年九死一生的艰苦航行,一度到达了距北极点仅有224英里的地方。由于气候条件太过严酷,最终还是功亏一篑,这成为南森的终生憾事。

人类踏上北极的夙愿是由美国探险家彼利实现的。从1893年开始,彼利就曾多次试图到达北极,但都没有成功。极为严酷的自然条件和多次的失败,并没有使彼利畏难却步,反而更坚定了他踏上北极的信心。从前几次的失败中,他积累了丰富的经验,为他以后的成功打下了良好的基础。经过精心准备,彼利于1909年3月1日从爱尔斯米尔岛的哥伦比亚角乘雪橇出发,开始了又一次征服北极的探险行动。这次他有助手亨森同行,还得到了4个爱斯基摩人的帮助。在克服了常人难以想像的重重艰难险阻后,终于在4月6日到达北极。这是人类极地探险活动的一次里程碑式的胜利。

由北极回国后,彼利先是在1910年出版了《极地》一书,后又于1917年出版《极地旅行的秘密》一书。在上述著作中,彼利详细记述了人类第一次踏上北极土地的过程以及北极地区的壮观景象。这为人们进一步了解北极、研究北极提供了重要依据。

巴斯德宣告“自然发生说”终结

流行了千百年的“自然发生说”认为生命可以从无生命的物质中自然产生。意大利医生雷迪曾一度动摇了人们对自然发生说的信念,但微生物的发现使微生物可能自然发生的信念又盛行起来。最后,由路易·巴斯德终结了自然发生说。

巴斯德出生在法国东部的多尔,微生物学的奠基人。在发酵问题上所进行的工作使他确信,空气是微生物的来源。巴斯德正确地把精力集中于实验之上,认为最重要的是演示空气能够携带微生物。他用棉花过滤空气,吸附了空气中的灰尘颗粒,经酵母浸液漂洗,在其中发现了多种微生物。而在加热煮沸的情况下,却未出现微生物。这一实验并不能彻底驳倒自生论者,他们认为酵母液产生微生物需要的是自然的空气。

巴斯德冥思苦想,精心设计出著名的曲颈瓶:把烧瓶放在火焰上拉出弯曲的长颈使空气进入,尘埃、微生物却在长颈弯曲处被拦住,瓶中的培养液不会受到微生物的侵染。如果截断曲颈,或将瓶倾斜使培养液通过弯曲处,培养液很快就会产生微生物。曲颈瓶实验取得成功。1864年4月7日,巴斯德在巴黎大学发表题为“自然发生”的演讲,公开表演实验。他高声宣布:“受到这样一个简单实验的致命打击之后,自然发生将永远不得翻身。”

此外,巴斯德还在晶体结构、发酵本质、传染病因及对多种疾病的预防接种等方面,做出了推动生物化学和医学进展的革命性贡献。他被世人誉为“进入科学王国的最完美无缺的人”。为了表彰他的贡献,法国政府建立了巴斯德研究所。巴斯德以自己的行为和精神,塑造了法国人民心中的一块丰碑,被誉为法国“最伟大的民族英雄”。

世界第一座无人工厂在日本建成

从大幅度繁重的体力劳动中解脱出来,不用去干那些危险、肮脏和劳累的工作,一直是人类的梦想。20世纪这一梦想终于实现了。1984年4月9日,世界上第一座实验用的“无人工厂”在日本筑波科学城建成,并开始进行试运转。

“无人工厂”里安装有各种能够自动调换的加工工具。从加工部件到装配以至最后一道成品检查,都可在无人的情况下自动完成。试运转证明,以往需要用近百名熟练工人和电子计算机控制的最新机械,花两周时间制造出来的小型齿转机、柴油机等,现在只需要用4名工人花一天时间就可制造出来。“无人工厂”的运转成功不仅进一步加快整个制造业的“工厂自动化”进程,而且必将使劳动者的劳动时间、劳动方式和劳动对象发生根本的变化。这个项目是日本政府通产省工业技术院在20家企业配合下,从1 977年起负责筹建的,共耗资137亿日元。

除了1984年4月9日在日本筑波科学城建成的第一座“无人工厂”外,目前,在日本已经出现了许多无人工厂。富士山脚下的松林里就有一个无人工厂,在这个工厂里,大量的生产任务都是由机器人来完成的,人只是做一些管理和监测工作。不论白天黑夜,工厂里的生产从不间断,只见机器人们忙个不停,整个工厂里只有100个人,但他们却可以完成1000个人才能完成的工作。

《禁止生物武器公约》签订

生物武器素有“瘟神”之称,是利用细菌、病毒等致病微生物以及各种毒素和其他生物活性物质来杀伤人、畜和毁坏农作物,以达成战争目的的一类武器。它传染性强,传播途径多,杀伤范围大,作用持续时间长,且难防难治。因此,禁止生物武器在全球的扩散是国际社会面临的重大挑战之一。

《禁止生物武器公约》草案于1971年9月28日由美国、英国、前苏联等12个国家向第26届联大联合提出。经联大通过决议,决定推荐此公约。1972年4月10日分别在华盛顿、伦敦和莫斯科签署。1975年3月26日公约生效。各国在自愿的基础上遵守该公约。

《禁止生物武器公约》全称《禁止细菌(生物)及毒素武器的发展、生产及储存以及销毁这类武器的公约》。公约共15条,主要内容是:缔约国在任何情况下不发展、不生产、不储存、不取得除和平用途外的微生物制剂、毒素及其武器;也不协助、鼓励或引导他国取得这类制剂、毒素及其武器;缔约国在公约生效后9个月内销毁一切这类制剂、毒素及其武器;缔约国可向联合国安理会控诉其他国家违反该公约的行为。

1984年9月20日,中国决定加入此公约。1984年11月15日,中国分别向英、美、苏政府交存加入书,公约同日对中国生效。至2001年7月,共有162个国家签署了该公约,144个国家批准了公约。公约签字国于1980年、1986年、1991年、1996年和2001年对公约举行过5次审议会议,以保障公约的执行和监督。

人类首次进入太空

1961年4月12日,前苏联宇航员尤里·加加林乘坐“东方—1”飞船进入了人造地球卫星轨道,成为人类进入太空第一人,同时标志着人类宇航时代开始了。

加加林在330千米的高空以27200千米/小时的速度环绕地球飞行一周,历时108分钟,最后按计划安全返回地面。这次飞行虽然短暂,但它打开了人类通向宇宙的道路,加加林因此成了世界上第一位航天英雄。为了纪念这个划时代的成就,“4月12日”成了“航空航天国际纪念日”。

人类为打开通天之门,做了极为艰苦的努力并付出了巨大的代价。1960年10月24日,在发射场准备发射新式火箭时发生了爆炸,导致包括战略火箭总司令涅林元帅在内的数人丧命。

在加加林上天之前,共进行了7次不载人飞船发射,还用各种生物进行了31次火箭载生物飞行,用卫星进行了7次带有动物及生物培养的太空飞行。直到确认载人飞行万无一失才将千里挑一选出的宇航员加加林送上太空。即使是这样,在短暂的飞行过程中仍然是危险重重。加加林在飞行中“感到很难受,但可以忍耐”;飞船返回时座舱与仪器舱由于出现故障而没有及时分离,险些酿成大祸;尤其最后的弹射跳伞对于加加林而言更是一次生与死的意志和勇敢精神的严峻考验。总之,无论从哪一方面看,加加林的太空飞行都是一次极大的冒险。

加加林在1968年的一次航天训练飞行中,因飞机坠毁而不幸遇难。但他的名字永远记录在人类的航天史册上,他的光辉业绩和开拓精神,将永远成为鼓舞人们进行太空探索的不竭动力。

美国发射世界上第一颗导航卫星“子午仪”

导航卫星是指通过星上发射无线电信号,为地面、海洋、空中和空间用户提供导航定位服务的人造地球卫星。利用卫星来导航或定位,可克服传统的天文导航对气象条件的依赖和无线电导航在中远距离误差较大的缺点,具有全球覆盖、全天时、全天候、高精度的特点。

导航卫星系统由导航卫星、地面台站和用户定位设备三部分组成。导航卫星是卫星导航系统的空间部分。地面台站通常包括跟踪站、遥测站、计算中心、注入站和实时系统等部分,用于跟踪、测量、计算及预报卫星轨道并对星上设备的工作进行控制管理。用户定位设备包括接收机、定时器、数据预处理机、计算机和显示器等。它接收卫星发来的微弱信号,从中解调并译出卫星轨道参数和定时信息,同时测出导航参数(距离、距离差和距离变化率等),再由计算机算出用户的位置坐标和速度矢量分量。

1960年4月13日美国发射了世界上第一颗导航卫星“子午仪”,1964年7月组成导航卫星网正式投入使用。“子午仪”是美国的第一代导航卫星系统,由6颗卫星组成星座,具有全天候、全球导航和利用单颗卫星定位的优点,能进行二维定位,定位精度为20~400米。20世纪70年代初美国开始研制第二代导航卫星系统“导航星”全球定位系统。1994年3月全面建成了由24颗卫星(其中21颗工作星,3颗备用星)组成的星座系统,可为用户提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和精确时间,军用精密P码定位精度可达15米,民用粗测C/A码的定位精度约100米,测速精度01米/秒,授时精度100纳秒。1997年美国发射新一代GPS卫星GPS Block—2R代替GPS Block—2后,P码定位精度提高到6米。

美国研制出太阳能飞机

世界上第一架以太阳能为动力的飞机,是由第一架人力飞机的设计者美国麦克里迪设计的,并由美国国家航空航天局和杜邦公司制造。它基本上是在人力飞机的基础上改造而来的,叫“蝉翼企鹅”号。在它的翅膀上装的是太阳能电池。电池发出电,供给电动机,电动机带动螺旋桨,使飞机得以飞行。1980年8月,这架飞机由一个瘦小的女驾驶员布朗操纵,在14分32秒钟内,飞行了32千米。整架飞机227千克,驾驶员体重为45千克。

1980年12月,美国又专门设计了一种太阳能飞机“太阳挑战者”号。它的机翼和尾翼上都装有太阳能电池,总计达16万多片。它的重量为90千克。可在4360米高空,于8小时内飞行370千米。1981年7月7日,这架飞机由美国人普达塞克驾驶,从巴黎起飞,以每小时40英里的速度,飞行了5小时19分钟,飞越英吉利海峡,成功地降落到英国东南部的拉姆斯盖特。

太阳能飞机不仅在能源危机的情况下,开辟了新的、取之不尽的能源,而且它没有废气、废油,不会造成环境污染;它没有发动机的轰鸣,不会有噪声污染;它还有飞行平稳、舒适的优点,是一种十分有前途的新机种。但是它也有许多缺点:太阳能电池目前还十分昂贵,飞机成本高(据估计,一架单座太阳能飞机,仅太阳能电池费用就达数千美元);太阳能电池的效率还是太低,产生的电能有限,而且在夜晚和天阴时就没法工作。所以,太阳能飞机要进入实用阶段,还得解决许多难题。目前,科学家已在研究一种新型的太阳能电池。也许不久的将来,太阳能飞机会有更大的功率,载重更多,飞得更快、更高、更远。

拉瓦锡等人联合出版《化学命名法》

化学术语是与基本的理论体系相适应的。在燃素说的理论框架下,普列斯特里把他发现的氧气命名为“脱燃素空气”;而拉瓦锡则基于氧化学说把氧气命名为“酸素”(Oxygen)。拉瓦锡提出了反燃素说的新理论就必然要建立与它相适应的新术语。

在此之前,化学界的命名一直沿用与实际物质成分并不相关的炼金术的符号,这给学习和理解化学带来很大不便。为使化学变得更加条理、系统,也为加快氧化学说的传播,拉瓦锡感到亟待建立新的命名法。另外德莫沃(Guyton de Moreau)、贝托雷(Claude Louis Berthollet)、孚克劳(AFde Foureroy)三人也认识到了此问题的紧迫性,于是四人合作为创立新概念而努力。

1787年他们合作的成果《化学命名法》出版。它由几篇论文组成,其中重要的一篇是拉瓦锡于1787年4月18日在科学院宣读的《关于建立新的化学命名法的必要性》。此书有长达94页的命名法规则,主要内容包括:每一物质都有固定的名称,一律采用化学符号来表示;单质的名称要尽可能地表示出其特征;化合物的名称根据它所含的单质表示;酸类、碱类用它们所含单质表示;盐类用构成它们的酸、碱来表示。使用了新命名法的术语变得清晰易懂,例如,过去被称为金属灰的物质被命名为金属化合物,过去被称为矾油或矾酸的物质被命名为硫磺酸(硫酸),可以看到这些命名法我们今天仍在沿用。

是否具有统一、严格的术语体系对学科的发展至关重要。新术语体系简明而准确,很快得到普及,大大地推进了化学的发展进程。伴随着新术语的传播,拉瓦锡的理论在世界上广泛流传,终于彻底打倒了燃素说,确立了其统治地位。可见,建立新的命名法是拉瓦锡实现化学革命必不可少的重要环节。

我国古代伟大的数学家祖冲之诞生

公元429年4月20日,我国古代伟大的数学家祖冲之诞生。

祖冲之出生于一个官宦世家,这个家族的历代成员大都对天文历法有所研究。由于家庭传统的影响,祖冲之从青年时代起,便对天文学和数学产生了浓厚的兴趣。在一生的学术研究中,祖冲之始终坚持实事求是、敢于怀疑、勇于创新的治学态度,这正是杰出数学家应具有的一种优秀品质。

由于祖冲之所撰写的《缀术》早已失传,他在数学方面的成就只能从其他史料中去考察。据后人征引的资料,祖冲之在圆周率、球体体积等方面都有重大贡献,其中最突出的贡献就是圆周率的计算。

《隋书·律历志》中记载着祖冲之的研究成果:“古之九数,圆周率三,圆径率一,其术疏舛。自刘歆、张衡、刘徽、王蕃、皮延宗之徒各设新率,未臻折衷。宋末,南徐州从事史祖冲之更开密法,以圆径一亿为一丈,圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正数在盈肭二限之间。密率:圆径一百一十三,圆周三百五十五。约率:圆径七,周二十二。”

这段文字包含了三个结果:31415926<π<31415927;密率:π=355/113;约率:π=22/7。

在西方,直到1573年,德国人奥托(Valentinus Oito)才算得355/113这一数值,比祖冲之晚了1100多年的时间,这足以说明祖冲之对圆周率的计算在世界数学发展史上的地位。

拉马克宣读有关进化论的重要论文

达尔文以自然选择为基础的进化学说成为生物学史上的一个转折点,并被恩格斯称为19世纪的三大发现之一。其实早在达尔文诞生之前就有人在《动物哲学》里提出了生物进化学说,为达尔文进化论的产生提供了可贵的理论基础,此人即是拉马克。

拉马克,法国博物学家,生物学伟大的奠基人之一,进化论的倡导者和先驱。1784年4月22日,拉马克向法国博士会宣读了题为《重要物理事实原因的研究》的论文。文中大胆指出,在自然界中,除生物体本身外,没有别的什么东西能给它们以生命。这无异于公开向有神论提出了挑战。1809年,拉马克进一步在《动物的哲学》中系统阐述了他的进化学说(被后人称为“拉马克学说”),提出了两个法则:一个是用进废退;一个是获得性遗传。他主张生物具有变异的特性,生物是进化的,环境变化是物种变化的原因;有的由于使用而发达,不用则退化,这样变化了的性状(获得性)能够遗传下去。生物的进化具有一定的方向性,是从低级到高级,从简单到复杂,从非生物到生物。

但是,拉马克又认为生物的特性是造物主所赋予的,他给自然安排了一般程序;另外他的学说过分强调动物主观愿望的作用。达尔文的自然选择说指出,自然选择有保护和积累有利变异的作用;有指导生物按照生物与环境相适应的方向发展的作用。这一理论比较圆满地解释了生物界的多样性和适应性,适者生存,劣者淘汰。拉马克学说与达尔文学说既有联系又有区别。达尔文以自然选择为中心理论的进化学说还是公认的科学真理。虽然拉马克的学说在很多方面有缺陷,但他的先驱作用是不可抹煞的。

世界“地球日”

1970年4月22日,美国哈佛大学法学院一位年仅25岁的学生丹尼斯·海斯,组织并发起了美国历史上首次声势浩大的“地球日”活动。这一天,美国有20000多人参加了游行和集会。它涉及1000多所中学、2000多所高等院校,还涉及机关、工厂和乡村,并得到美国政府的许可和支持。在这一活动的推动下,美国政府于70年代初通过了污染控制和清洁大气法的修正案,并成立了美国环保局。从此,美国民间组织提议把4月22日定为“地球日”。

海斯虽然学的是法律,但他一直对环保问题情有独钟。他多次到全国各大学校园举行环保问题的讲演会。后来,他干脆停止了学业,专心致力于环保事业。他曾先后到史密森尼恩研究所和伊利州政府任职,研究制定有关能源方面的政策。他提出了节约能源和利用太阳能等再生能源解决问题的主张,并写出一本有关太阳能的书——《希望之光》。海斯后来虽辗转东西,但从未放弃自己的环保事业。经他和其朋友们多方游说和建议,终于在1990年,由世界知名人士、环侵专家和一些组织组成的“地球日”协调委员会向全世界发出倡议,将1990年4月22日定为第一个国际性的地球日,并发动了一场全球范围内的纪念活动。

1970年4月22日发动的“地球日”活动,是人类有史以来第一次规模宏大的群众性环境保护活动。它对于保护地球环境、制止生态恶化起了极大的促进作用。现在,每年的4月22日已成为世界人民的共同节日。“地球日”时刻警醒着世人:地球的环境问题是关乎整个人类生存发展的大问题,若任由环境污染和生态破坏持续下去,地球人是没有出路的。

中国第一颗人造卫星上天

1970年4月24日,随着《东方红》的旋律通过广播电台在神州大地回荡,我国自行研制的“东方红一号”人造地球卫星发射成功。中国成为世界上继前苏联、美国、法国、日本之后第五个能够独立发射卫星的国家。

“东方红一号”人造地球卫星是用我国自己研制的“长征一号”运载火箭在酒泉卫星发射场发射的。21时35分,“东方红一号”随“长征一号”运载火箭在发动机的轰鸣中离开了发射台。21时48分,星箭分离,卫星入轨。21时50分,国家广播事业局报告,收到中国第一颗卫星播送的“东方红”乐音,声音清晰洪亮。

这颗卫星是一个直径约1米的近似球形的多面体,重173千克,比前苏联及美、法、日的第一颗人造卫星的重量之和还重。轨道的近地点为439千米,远地点为2388千米,轨道平面和地球赤道平面的夹角为685°,绕地球一周时间为114分钟。把这颗卫星送上太空的“长征一号”运载火箭是一种三级固体混合型火箭,分别采用液体和固体火箭发动机,全长约30米,起飞重量816吨。

“东方红一号”的发射成功,显示了我国科技工作者不畏艰难和压力,勇于自力更生,发奋进取的拼搏精神;为我国航天技术的发展,并与世界航天技术前沿保持同步,打下了极为坚实的根基:也带动了我国航天工业的兴起。

“东方红一号”卫星升空后,星上各种仪器实际工作的时间远远超过了设计要求。“东方红”乐音装置和短波发射机连续工作了28天,取得了大量工程遥测参数,为后来卫星设计和研制工作提供了宝贵的依据和经验。

哈勃空间望远镜登上太空

1990年4月25日清晨,美国佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心,数百名天文学家和技术专家翘首注目。远处巨大的发射平台上,“发现号”航天飞机如同展翼欲升的鲲鹏,正巍然屹立在发射塔边。航天飞机此次飞行肩负的重要使命,就是把耗资巨大、深受世人瞩目的哈勃空间望远镜(HST)送入太空。美国东部时间上午8时34分,随着指令的发出,航天飞机喷云吐焰,在轰鸣声中直上蓝天,标志着人类探索宇宙的历程揭开了新的一页。

哈勃空间望远镜以当代美国天文学家哈勃的名字命名,是由美国国家航空航天局主持建造的四座巨型空间天文台项目中的第一台,也是迄今为止天文观测项目中投资最多、最受关注的项目之一。

天文学的研究以观测为基础。就天文学上许多悬而未决的“宇宙之谜”来说,高分辨率的观测正是破解谜底的关键。这也是人类不惜工本进行空间天文观测的主要原因。

有关空间望远镜的构想,早在20世纪40年代就已显露雏形,而具体的设计和建造则完成于70~80年代。哈勃空间望远镜的外观像一个5层楼高的圆筒,主体长132米,最大直径43米(其中光学主镜口径为24米),两块长达12米左右的太阳能电池翼板伸展在镜筒两侧,总重量达115吨。这是一座高度自动化的空间天文台,它的主要性能要比通常的地面光学望远镜优越一个量级以上。哈勃空间望远镜从1979年蓝图设计到1990年投入观测,历时10余年,耗资15亿美元。若按重量计算,平均每克造价接近130美元,远比纯金更贵。天文学家期望着凭借哈勃望远镜那锐利无比的“神眼”,去洞察宇宙深层的奥秘,开辟天文观测的黄金时代。

沃森和克里克阐明DNA的立体结构

沃森和克里克阐明了DNA的立体结构,这被称为20世纪生物学上最伟大的成就之一,其程度可媲美于前一世纪的达尔文和孟德尔的成就。

20世纪50年代初,赫尔希和蔡斯进行的实验为DNA是遗传物质提供了令人信服的证据。由于DNA的结构仍是一个谜,因此,对基因的化学本质与基因作为遗传信息的运载体之间的关系尚不能做出明确的解释。沃森与克里克描述的DNA结构的模型立即暗示出了关于核酸生物学活性的解释。

克里克怀疑脱氧核糖核酸(DNA)在遗传信息的存储中也起着重要作用。沃森也有同样的怀疑态度。1951年,沃森与克里克相遇。此时世界各地的科学家都试图揭开脱氧核糖核酸结构之谜。科学家们为第一个描述出脱氧核糖核酸结构而进行的竞争十分激烈。1951~1953年,两人共同讨论脱氧核糖核酸。他们一起学习X射线晶体技术,评估DNA的结构限制条件。

1953年4月25日,克里克和沃森在《自然》杂志上公布了他们的发现。根据X射线衍射数据,首先提出脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构模型。它所描述的遗传物质DNA的分子结构,是以双螺旋状存在的。按此模型,DNA分子是由两条多核苷酸链构成的,它们走向相反,都是右手螺旋,平行地环绕—共同的轴而形成双螺旋。1962年,克里克、沃森和威尔金斯由于“发现关于核酸结构和它在生命物质的信息传递中的重大意义”,共同获得了诺贝尔生理学或医学奖,最终赢得了这场揭开脱氧核糖核酸结构之谜的竞赛。

由于所有生命的生物都具有脱氧核糖核酸,所以他们研究出来的这一信息,揭开了地球上所有生物的遗传奥秘,并为脱氧核糖核酸管理重组技术的革命铺平了道路。

切尔诺贝利核电站爆炸

1986年4月26日凌晨1时许,随着一声突然的震天动地的巨响,火光四起,烈焰冲天,火柱高达30多米。位于前苏联乌克兰地区基辅以北130千米的普里皮亚特市的核电站发生猛烈爆炸,爆炸源是4号反应堆。厂房屋顶被炸飞,墙壁坍塌,大量的碘和铯等放射性物质外泄,使周围环境的放射剂量高达200伦琴/小时,为允许指标的2万倍,1700多吨石墨成了熊熊大火的燃料,火灾现场温度高达2000℃以上。爆炸致使299人受到大剂量辐射,19人死亡,179人送医院治疗。这就是震惊世界的切尔诺贝利核电站爆炸事故。

切尔诺贝利核电站爆炸事故,是自1945年日本遭受美国原子弹袭击以来全世界最严重的核灾难,也是人类和平利用核能史上一场悲剧。核事故不仅造成了巨大的经济损失,而且核污染给人类留下了无法弥补的后遗症。3年后,正如科学家们所预言的那样,核电站50千米范围内的癌症患者、儿童甲状腺患者及畸形家畜和植物(如体格硕大的老鼠、苞蕾异常肥大的花菜)等急剧增加。

17年过去了,切尔诺贝利核事故造成的生态灾难后果远未消失。据乌克兰卫生部2003年7月23日公布的数据,在乌全国4800万人口中,目前共有包括4734万儿童在内的250万核辐射受害者处于医疗监督之下;核辐射导致甲状腺癌的发病率增加了10倍多。更令人担忧的是,核辐射受害者中残疾病例上升:1991年至今,核事故导致残疾的人数增加了16倍,达10万人。而核事故发生时1岁至18岁的受害者健康问题最为突出,这一群体甲状腺癌的发病率比核事故前高10~60倍。

核事故是科学负面作用的典型表现。它警示人们:对科学应用的社会控制比什么都重要。

发现顶夸克

粒子物理的标准模型认为,构成物质的最小单元是轻子和夸克。轻子和夸克各有6种。轻子有电子、电子中微子、μ子、μ中微子、τ子和τ中微子;夸克有上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、项夸克和底夸克。

继1974年发现J/ψ及1977年证实C(粲)夸克(第四种)和b(底)夸克(第五种)的存在后,各国高能物理学家都在努力寻找第六种t(项)夸克。经过十多年的实验工作,终于在1994年4月26日,美国费米国家实验室召开记者招待会,由费米实验室所长John People和CDF(Collider Detector Facility)合作组的发言人宣布了发现顶夸克的证据。由于事例较少,工作在同一对撞机上另外一个实验组D0组称:只找到一些有趣的事例,但与本底数目可比拟,因此尚不能确认顶夸克的存在。因此,国际高能物理界只能等待费米实验室的进一步结果。

经过十多个月的实验工作,终于在1995年3月2日,美国国家费米实验室召开学术报告会,正式宣布顶夸克已被发现。这一次,CDF组和D0组分别报告了他们的实验结果。CDF测得顶夸克质量为:176±8±10GeV/c2,顶夸克对产生的截面为68+36—22;Pb;D0组测得顶夸克质量为:199+19—21±22GeV/c2,顶夸克对产生的截面为62±22Pb。这些新的数据是在1994年以后,费米实验室继续在对撞模式下运行,提高了对撞机的亮度后得出来的。这些数据的积分亮度约为一年前宣布实验结果的4倍。

顶夸克的发现标志着组成物质的6种夸克在实验上都得到了证实。

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