《现代自然科学的发展天地生说课讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代自然科学的发展天地生说课讲解（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三部分 现代自然科学,20世纪自然科学的发展,现代自然科学的发展,一、现代数学的发展 二、现代物理学的发展 三、现代化学的发展 四、现代天文学的发展 五、现代地学的发展 六、现代生物学的发展,四、现代天文学的发展,观测手段的进步 20世纪60年代四大发现 类星体 脉冲星 微波背景辐射 星际有机分子 两大基本理论 恒星演化 宇宙大爆炸模型,观测手段的进步,1.由于天文学研究对象的特殊性，它的现代发展离不开观测手段的改进，这里主要指射电望远镜的发展和应用。 2.1937年，美国的雷伯制造了第一台射电望远镜，抛物面直径达9米。 3.1942年，英国海伊用军用的超高频雷达首先发现了太阳射电。 4.六
2、十年代天文学上的4大发现类星体、脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子，都是靠射电探测工具获得的。,类星体,类星体是20世纪60年代天文学的“四大发现”之一。这种天体在一般光学观测中只是一个光点，类似恒星。然而在分光观测中，它的谱线具有很大的红移，又不像恒星，因此称它为类星体。 1993年底，已确认7383个类星体。 2002年的星表列出23760颗类星体。,脉冲星,脉冲星是在1967年首次被发现的。当时，还是一名女研究生的贝尔，检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号，它们的周期十分稳定，经过仔细分析，科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，人们就把它
3、命名为脉冲星。 脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。据说第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。后来证实，脉冲星就是正在快速自转的中子星（恒星演化晚期形成的）。 脉冲星具有超高压、超高温、超密度、超强磁场和超强辐射等极端物理条件。,微波背景辐射,来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。20世纪60年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发现总有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5 K。
4、1965年，他们又订正为3 K0，并 将这一发现公诸于世，为此获得 1978年诺贝尔物理学奖金。,微波背景辐射的发现被认为是20世纪天文学的一项重大成就。它对现代宇宙学所产生的深远影响，可以与河外星系的红移的发现相比拟。当前，流行的看法认为背景辐射起源于热宇宙的早期。这是对大爆炸宇宙学的强有力的支持。早在40年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知的氦丰度和哈勃常数等资料，发展了热大爆炸学说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，其温度约为几K或几十K。3 K微波背景辐射的实测结果与理论预期大体相符。,微波背景辐射,星际有机分子,星际分子：1963年，美国科学家发现星际羟基分子（OH），此后，
5、陆续发现大量星际有机分子。到90年代末，已发现了120多种，而且许多都是很复杂的有机分子，少数分子是地球上很难找到的或者根本找不到的。 星际分子的发现有助于人类对星云特性的深入了解，可以帮助揭开生命起源的奥秘。,现代恒星演化理论,恒星是由星云产生的，星云经过自吸引形成星胚，星胚不断收缩，温度不断升高，当温度升高到氢核聚变反应可以进行时，就意味着恒星的诞生。 恒星诞生后，它内部氢核聚变成了它的主要能源，恒星在这个阶段的停留时间最长，这就是中年的主序星阶段。 核能耗尽后，恒星进入老年的红巨星阶段。 最后不同大小的恒星以不同的方式死亡， 或变成白矮星，或变成中子星，或成黑 洞等。,宇宙大爆炸模型,宇
6、宙演化过程起始于大约150亿年前 宇宙开始是一个高温、高密度的“原始火球”，球内充满辐射和基本粒子；后来火球内的基本粒子发生核衰变反应，引起大爆炸而向外急剧膨胀，辐射温度核物质密度急剧下降，核反应便停止；其间所产生的各种元素就形成了今天宇宙中的各种物质，膨胀过程中辐射物质逐渐凝聚成星云，进而演化为今天的各种天体。 此理论得到天文观测事实的支持：例如星系红移是宇宙膨胀的反应，微波背景辐射是宇宙大爆炸高温的直接遗迹等等。,五、现代地学的发展,大地构造理论学的新进展 大陆漂移说 海地扩张说 板块构造理论,大陆漂移说魏格纳(1880-1930年),魏格纳是德国气象学家、地球物理学家、天文学家，大陆漂移
7、说的创始人。1880年11月1日生于柏林，1930年11月在格陵兰考察冰原时遇难。 1910年魏格纳在偶然翻阅世界地图时，发现一个奇特现象：大西洋的两岸欧洲和非洲的西海岸遥对北,南美洲的东海岸，轮廓非常相似，这边大陆的凸出部分正好能和另一边大陆的凹进部分凑合起来；如果从地图上把这两块大陆剪下来，再拼在一起，就能拼凑成一个大致上吻合的整体。 这就是著名大陆漂移假说的最初思想。,我们生活的七大洲四大洋,大陆漂移说魏格纳(1880-1930),1911年秋，在一个偶然的机会里，魏格纳又从一个论文集中看到了“根据古生物的证据，巴西与非洲间曾经有过陆地相连接”的论述。于是他便在大地测量学与古生物学的范围
8、内研究。 1912年，在法兰克福召开的地质学会上，魏格纳作了题为大陆与海洋的起源的演讲，提出了关于“大陆漂移”的假说，引起了地质界的震动。他于1915年出版了海陆的起源一书，系统地阐述了大陆漂移说。,由于这一假想如此偶然，如此富于幻想离奇色彩，使得当时许多地质学家都目瞪口呆，直至今日仍有人称这一遐想为“一个大诗人的梦”。为此，魏络纳也获得了“地质浪漫诗人”的称号。,大陆漂移说魏格纳(1880-1930年),大陆漂移说认为地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块称之为泛大陆或联合古陆中生代开始泛大陆开始分裂并漂移逐渐达到现在的位置，形成目前的海陆布局。,由于不能更好地解释漂移的机制问题当时
9、曾受到地球物理学家的反对。20世纪50年代中期至60年代随着古地磁与地震学宇航观测的发展使一度沉寂的大陆漂移说获得了新生并为板块构造学的发展奠定了基础。,19世纪海洋探险调查： 1871年“猎犬号”五年环球探险，迅速扩大和加深了人类对海洋的认识。 1872年“挑战者号”四年探险，围绕海洋学、海洋生物学、海洋地质学等对三大洋进行了全面考察。 二战后，海洋地质学成了热门，深海探测技术迅速发展。 现代深潜器配备了摄象设备，各种传感器，采样器和灵活的机械手等。,历史背景,海地扩张说赫斯(1906-1969),海地扩张说赫斯(1906-1969),1962年，美国地质学家赫斯教授发表了他的著名的论文海洋
10、盆地的历史。这篇论文被人们称为“地球的诗篇”。其中，赫斯教授以先人之见，首先提出了“海底扩张学说”。 海底扩张说认为，海底是冷却了的地幔，地幔中有对流存在。高热流的地幔物质沿大洋中脊的裂谷上升，不断形成新洋壳；同时，以大洋脊为界，背道而驰的地幔流带动洋壳逐渐向两侧扩张；运动的洋壳碰到大陆地壳就下沉钻入地幔深部，并形成海沟，大陆地壳前缘被挤压抬升形成山脉或岛弧。 “海底扩张”说，恰好可以解释当年魏格纳无法解释的大陆漂移理论。,板块构造理论,19671968年，美国的勒皮雄、摩根和英国的麦肯齐等人先后独立提出了板块构造理论。 这个理论认为，整个地球的岩石圈不是一个完整的壳体，而是由若干巨大的板块构
11、成的。由于岩石圈下面的地幔中的软流圈的循环运动，导致板块发生相对运动。板块互相撞挤而形成山脉，互相错动而形成水平断层，互相交汇俯冲而形成海沟和岛弧，互相分离而形成洋脊或海岭和裂谷。,全球板块构造图,六、现代生物学的发展,现代遗传学的发展 孟德尔遗传定律及重新发现 摩尔根的基因理论 分子生物学的诞生和发展 DNA双螺旋结构模型的建立 遗传密码的破译,现代遗传之父孟德尔,孟德尔（18221884）出生于奥地利，1840年毕业于特罗保的预科学校后进入奥尔米茨哲学院学习。 1843年因家贫而辍学，同年10月到布尔诺的奥古斯丁修道院做修道士。1847年成为神父。 1851年到1853年间孟德尔在维也纳大
12、学学习。,1853年孟德尔从维也纳大学毕业回修道院。 1854年夏天孟德尔开始用豌豆进行他的杂交实验。 1865年在2月孟德尔在“布隆布尔诺学会自然科学研究会”上宣读了作为他的实验结果的植物杂交实验论文，这篇论文后来于1866年发表于该学会的会议录上。他揭示出遗传学的两个基本定律分离定律和独立分配定律。这两个重,现代遗传之父孟德尔,要规律的发现和提出，为遗传学的诞生和发展奠定了坚实的基础，这也正是孟德尔名垂后世的重大科研成果。与会者固然很有兴致地听取了他的报告，但大多不理解其中的内容。因为既没有人提问题，也没有人进行讨论。,F1代,F2代,纯种亲本,性状分离定律,A 显性特征,a 隐性特征,显
13、性定律,分离定律 3: 1,独立分配（自由组合）定律,圆黄: 9 圆绿: 3 皱黄: 3 皱绿: 1,孟德尔定律的重新发现,1900年3-5月，三位生物学家几乎同时独立发现孟德尔遗传定律。,切马克（奥地利）,柯林斯（德国）,德弗里斯（荷兰）,孟德尔定律的重新发现,1.1900年孟德尔关于遗传的定律重新被荷兰的德弗里斯(H. De Vries )、德国的科伦斯(C. Correns)和奥地利的丘歇马克(E. Seysenegg-Tschermak)三位遗传学家分别发现，从而吸引了整个生物学界的注意。 2.德弗里斯于1900年3月26日发表了同孟德尔的发现相同的论文；科仑斯的论文被杂志收到的时间是
14、1900年4月24日；丘歇马克的论文收时间是1900年6月20日。在这年他们也都各自发现了孟德尔的论文，才明白自己的工作，早在35年前就由孟德尔做过了。,学术情报交流不畅？,1.人们曾经以为孟德尔的工作被埋没，是由于当时学术情报交流不畅，人们不知道他的工作造成的。后经调查，才知情况并非如此。 2.布尔诺学会至少同120个协会或学会研究会有交流资料的关系。刊载孟德尔论文的杂志，共寄出115本。其中当地有关单位12本、柏林8本、维也纳6本、美国4本、英国2本（英国皇家学会和林耐学会）。 3.孟德尔本人还往外寄送过该论文的抽印本。有据可查的至少有5个人了解他的工作。,工作被埋没35年,1.但是，不管
15、是刊物，还是论文，都如石沉大海，没有得到明显的反馈。 2.当时生物学界的优秀头脑都在高谈阔论进化论，对土里土气的杂交没有人感兴趣。 3.这样，孟德尔的为遗传学奠定了基础的、具有划时代意义的发现，竟被当代人们所忽视和遗忘，被埋没达35年之久。,“遗传学”、“基因”定名,1.20世纪头的10年里，科学家们除验证孟德尔遗传规律的普遍意义外，还确立了一些遗传学的基本概念，1906年英国生物学家贝特森首次提出了“遗传学”一词，以称呼这门研究生物遗传问题的新学科。 2.1909年约翰逊称孟德尔假定的“遗传因子”为“基因”。1910年孟德尔遗传规律被改称为孟德尔定律。,摩尔根的基因理论,1909年摩尔根(美
16、国，1866-1945)利用果蝇进行实验遗传学的研究。用孟德尔的理论，可以解释果蝇的眼睛颜色遗传的现象。从孟德尔理论的怀疑者，转变成为热情的拥护者。发现了伴性遗传的规律，证明了遗传变异与细胞中染色体的变化密切相关。 他和他的学生还在连锁、交换和不分离规律等的基础上，进一步证明基因在染色体上呈直线排列，从而发展了染色体遗传学说。摩尔根还给出了第一个果蝇染色体连锁图，从而确立了基因作为遗传基本单位 的概念。,1919年和1926年摩尔根又相继出版了 遗传学的物质基础和基因论，建 立了完整的基因遗传理论体系。摩尔根因此而获得了1933年的诺贝尔生理学和医学奖。,红眼雌性,分子生物学的诞生,现代物理学与现代生物学的结合 20世纪40年代细胞遗传学、微生物学和生化遗传学领域取得的成就，吸引了一些物理学家投身到遗传的分子基础和基因的自我复制这两个领域的研究中来，从而注入了物理学的新理论、新概念和新方法。 1951年用生物物理学家威尔金斯给出了DNA纤维的X射线衍射图，为DNA双螺旋结构的发现打下了基础。,DNA的双螺旋结构的发现,1. 1953年刚刚离开校门的大学生沃森和物
