現(xiàn)代科學的大發(fā)展.doc

第五章：現(xiàn)代科學的大發(fā)展第一節(jié) 物理學的全面發(fā)展1.1經(jīng)典力學形式的發(fā)展及外展式應用 在牛頓原理出版后的近半個世紀中，除了流體力學和彈性理論之外，沒有人提出過新的力學原理，萬有引力理論乃至理論天文學本身也沒有什么重要進展。這也許是因為消化一種造成自然科學革命的理論需要時間的緣故。力學由“革命時期”的質變而轉入“常規(guī)時期”的量變，這是理論自身不斷完善的過程，它主要表現(xiàn)在兩個方面：其一，是力學“在牛頓定律基礎上的一種演繹的、形式的和數(shù)學的發(fā)展其二，是牛頓力學的外展式應用。 有人講牛頓的威望反而使英國此后的科學毫無成果，這是英國人的保守態(tài)度所致。從歷史來看，牛頓的原理沒有用他發(fā)明的數(shù)學分析方法微積分方法，而是用幾何方法表述與論證的；加之他的流數(shù)法在符號上的不方便，不僅使得他的分析法甚至在英國都沒有很好地普及，同時也使他的原理本身的傳播和普及受到阻礙。英國著名哲學家G貝克萊(GBerkeley，16851753)就是激烈攻擊牛頓數(shù)學分析的代表人物之一。不過，他的批判后來卻在法國刺激了達蘭貝爾(dAlembert，17171783)和柯西(ALCauchy，17891857)等人，使之在發(fā)展微積分和極限理論的同時，實現(xiàn)了牛頓力學的形式化發(fā)展。18世紀中葉以后，達蘭貝爾的力學原理(1743)、歐拉(Leonhard Euler，17071783)的剛體和流體運動方程(1759，1761)、拉格朗日(JLLagrange，17361813)的解析力學(1788)和拉普拉斯(Laplace，17491827)的天體力學等相繼問世，這些著作高度的展開并完善了牛頓理論，其中數(shù)學分析方法成了理性向自然界逼近的銳不可擋的武器。 自原理發(fā)表以后，如此眾多的現(xiàn)象通過經(jīng)典力學、特別是引力理論的應用而被解釋。牛頓理論證明了為什么物體在不同高度和緯度，其下落速率會發(fā)生變化。它還解釋了月球的規(guī)則運動和不規(guī)則運動問題。它提供了理解和預報潮汐現(xiàn)象的物理基礎，并揭示了地球的歲差率現(xiàn)象是月球對地球赤道隆起處吸引的結果。對牛頓理論的最成功的應用，是哈雷彗星的預言。哈雷(E.Halley，16561742)通過對1682年大彗星的觀測與研究認為，不僅是行星，而且彗星同樣在萬有引力作用下運動。他發(fā)現(xiàn)1531年、1607年、1682年的三個彗星的軌道非常相似，而推斷它們是同一個彗星，并計算出其接近地球的周期為7576年，因此預言下一次彗星出現(xiàn)在1758年。盡管在此之后的1740年他以87歲的高齡去世了，但后來以他的名字命名的這顆大彗星于1758年圣誕之夜如期地光臨地球上空。然而，比哈雷彗星的成功預言更加輝煌和振奮人心的還是海王星的發(fā)現(xiàn)。英國青年亞當斯和法國青年勒維列分別獨立地根據(jù)萬有引力定律和攝動理論研究推導出未知行星的位置。在計算結果送給柏林的加勒(18121910)的當天晚上，就在預測的位置上找到了這顆后來被命名為海王星的行星。這一事件宣告了牛頓力學的最終勝利，使它成為所有科學的模式；而在科學外部，則逐漸表現(xiàn)出牛頓的革命意識。 1.2 經(jīng)典力學作為形而上學模式牛頓和他的同時代人約翰洛克(JohnLocke，16321704)是偉大的新思想的象征。這種新思想孕育了在思想信仰和習慣勢力領域中的革命，它標志著以啟蒙運動為起點的新時代的到來。正如一位學者所說：“牛頓思想的影響是巨大的。整個啟蒙運動的綱領(尤其是在法國)是自覺地建立在牛頓的原理和方法的基礎上的，這在后來則轉變?yōu)槲鞣浆F(xiàn)代文化。道德、政治、技術、歷史、社會等等的某些中心概念和發(fā)展方向，沒有哪一個思想和生活地域能夠逃脫這種文化轉變的影響。”。一般說來，牛頓的經(jīng)典力學的形而上學模式有三個特點：首先，牛頓模式中包含一種依靠一個個事實的實證與歸納達到原理方法，這種方法的實質是只能問“怎么樣”(How)，而不能問“為什么Why)。因為問原因歸根結底就是問第一原理，那就等于探索創(chuàng)造的神秘。正如法國啟蒙運動領袖之一伏爾泰所說：“任何第一原理，我們也可能認識?！北M管牛頓晚年為了解釋造成行星橢圓軌道的切向力來源，曾提出“上帝的第一推動”的神學思想，但他認為創(chuàng)造后的宇宙不再受神的任何統(tǒng)制。因此牛頓模式的形成客觀上有助于啟蒙運動的領袖們切斷神學與自然科學聯(lián)結的紐帶。除了實證與歸納之外，牛頓模式的又一精髓則是把數(shù)學作為開啟宇宙秘密的鑰匙，因為數(shù)學結論的優(yōu)點在于它的普遍性。在這種模式看來，整個自然界的符合機械原理的有規(guī)則的運動完全可用數(shù)學來描述，空間與幾何學領域變成了一個東西，時間則與數(shù)的連續(xù)變成了一個東西。外部世界于是成為一個量的世界，一個可用數(shù)學計算的運動的世界。這種由伽利略奠基而由牛頓完成的模式統(tǒng)治自然科學達三個世紀之久。最后，由于牛頓經(jīng)典力學是當時自然科學惟一上升為理論層次的學科，加之它所取得的輝煌成功，使力的概念以及由波義耳開始到牛頓完成的關于物質理論的微粒(素)學說被眾多學科所運用，“力”和“素”的概念超出了力學、光學和化學領域而被賦予一般方法論意義。比如，用熱素來解釋熱的本質，用燃素來解釋燃燒的本質，以及用彈性素、磁素等莫須有的“素”來解釋振動和磁等各種現(xiàn)象的物質基礎；又比如，在運動的原因問題上，以各種不存在的“力”(化學親和力、電接觸力、生命力等)來解釋各種運動過程的本質，這是統(tǒng)治一個時代的形而上學自然觀的機械論特征。1.3 真空與流體力學除了剛體力學外，近代力學的又一分支是流體力學。在流體力學方面作出貢獻的主要代表人物有西蒙斯臺文、托里拆利(E.Tofricelli，16081647)、帕斯卡、蓋里克(OGuericke，16021686)和波義耳(RBoyle，16271691)等人。斯臺文作為近代力學先驅曾發(fā)現(xiàn)過若干重要的流體靜力學定律。例如，他用實驗演示了所謂“流體靜力學悖論”：液體對盛放液體的容器的底所施的力只取決于承受壓力的面積大小和它上面的液柱的高度，而與容器的形狀無關。此外，他還隱含地假設了后來由帕斯卡提出的原理：流體中任何一點處的壓強各向相等。最后，他還研究了浮動物體的平衡條件，他發(fā)現(xiàn)這種物體的重心必定和所排開的流體的重心(即“浮心”)在同一垂直線上。這個時期的流體力學與技術發(fā)展聯(lián)系密切。伽利略在1638年注意到，在超過18腕尺(約10米)的深井里，泵就不能起作用了。他說這里顯現(xiàn)了對自然真空的抵抗力的限度，從中不難看出亞里士多德關于“大自然厭惡真空”的觀點的痕跡。對這種現(xiàn)象第一個作出科學解釋的是伽利略的學生托里拆利。他拋棄了亞里士多德的學說，也沒有依靠與其相對立的同樣形而上學的原子論解釋。他與伽利略的另一學生維維安尼(VViviani，16221703)一起于1643年使用比水的比重大136倍的水銀，反復進行實驗，說明管內水銀柱上部形成的真空是大氣壓力起作用的緣故。托里拆利認為，汞柱高度日常的微小變動是大氣壓變化的結果。這個假設由于他的早逝而未能證實。他們用來做實驗的設備后來稱為“托里拆利氣壓計”或“托里拆利管”，管子頂部留下的空間被稱為“托里拆利真空”。托里拆利還創(chuàng)立了流體動力學。他在1644年幾何學著作一書中證明了，從一個充滿水的容器側壁的一個孔噴出的水柱的路徑呈拋物線狀，射流的速度及單位時間流量和一個物體從水面高度自由落到孔的高度時所達到的速度成正比，因而也和水柱在孔上面的高度的平方根成正比。帕斯卡在托里拆利逝世不久，不僅用汞和水重復做了托里拆利實驗，而且于1648年即托里拆利逝世后的第二年在其姻弟佩里埃的幫助下沿著海拔1 648米的多姆山的山坡從山腳到山頂設置若干觀測站，每站安裝一個托里拆利氣壓計。他們發(fā)現(xiàn)，汞柱的高度隨著站的高度的增加而遞減，同時，即使在山腳下的氣壓計也不時有微小變化。這個實驗有力地證實了托里拆利的假設。佩里埃建議用數(shù)字列表表明氣壓計汞柱高隨著海拔高度的變化。帕斯卡提出把氣壓汁作為測量高度的儀器，此外，帕斯卡對流體力學的主要貢獻是提出了著名的“帕斯卡定律”，即：流體中任何點上的壓強必然按原來的大小向各方向傳遞。在同一時期，法國馬德堡市市長蓋里克嘗試了用泵排除空氣形成真空的實驗。他先后發(fā)明了三種抽氣機，其中最后設計的改良抽氣機同波義耳發(fā)明的抽氣機之間有相互啟發(fā)的關系。抽氣機的發(fā)明與改進，對于氣體物理性質的研究具有至關重要的意義。1654年蓋里克公開表演了用16匹馬拉開排除了空氣的兩個銅半球(被命名為“馬德堡半球”)。波義耳得知此實驗后利用自制的抽氣泵進行多種實驗，從而創(chuàng)立了“空氣的收縮與壓縮的力成正比”的波義耳定律。哈雷以這一定律為根據(jù)終于實現(xiàn)了佩里埃的建議，列出了第一個氣壓對高度關系表；而牛頓把氣體粒子假定為靜止的彈簧從而推導出了波義耳定律。此外，蓋里克還制造了高達四層樓左右的水氣壓計。他還根據(jù)氣壓變化同天氣變化之間的關系，預報了1660年的一次嚴重風暴。1.4 熱學的起步在近代，對熱現(xiàn)象的研究是從測量“熱度”開始的。在科學地定義溫度概念以前，人們往往將溫度的變化和物體所含熱量的多少混為談，均用“熱度”來表示。為了能精確地測量熱度，許多科學家都致力于溫度計的研制。我們在伽利略時代的測溫器中看到了溫度汁的原始形式，與之相比較，法國的吉永阿蒙頓大約在1700年發(fā)明的空氣溫度計，是一個相當大的進步。德國人丹尼爾加比爾華倫海特(Daniel Gabriel Fahrenheit16861736)是華氏溫度計的制造者。以水的冰點和沸點作為固定點的百分溫標，是1742年由瑞典人安德斯攝爾絮斯(AndersCelsius，17011744)采用的。至于在0和100之間插入數(shù)值的精確性問題，1 9世紀才被提出和加以研究。直到18世紀，自然科學才區(qū)分開熱量和溫度；而“冷”這個術語，直到19世紀才從科學的詞匯中最后消失。力學已經(jīng)達到能夠計算行星運動的階段時熱學理論仍然處在原始的水平。對于熱的本質問題，整個17世紀相當普遍地認為是由物體的最小粒子的運動而形成的。培根在新工具中正確地指出：“熱是向外擴張而又受了限制的一種運動，熱的精英和本質就是運動，并不是別的?！奔s翰洛克也說明：“熱是物體中各部分難以察覺的非?；顫姷臄噭?，我們所感覺的熱，除了物體中的運動以外，別無其他?！?，這個熱的概念是非常現(xiàn)代化的但又是思辨的，因此不難理解它為什么會在18世紀被熱質說所代替。在對熱現(xiàn)象進行大量研究的基礎上，英國化學家布萊克等人提出了熱質(素)說。這種學說認為：熱是一種流體，它可以滲透到物體中去并在熱交換中從一個物體流向另一個物體；加熱就是給一定物體增加熱質，而冷卻則是從該物體放出熱質；盡管在熱交換前后，物體中的含量有所改變，但它們的總量是守恒的。熱質說能解釋許多已知的熱現(xiàn)象，因而在18世紀成為一種主流的理論，它的確立和當時的科學發(fā)展水平和機械自然觀有很大的關系。直到19世紀，熱質說才讓位于熱是能的一種形式的觀念。今天已成為熱力學的基本課題一一熱的定量測定，直到19世紀才開始。蘇格蘭的約瑟夫布萊克(JosephBlack，17281799)在溫度和熱量之間，畫出一條明顯的界限；他引入了卡路里、比熱、熱容量、熔解熱和潛熱等術語。他的研究是按照熱質說進行的，并使熱質說幾乎得到完全普遍的承認。與此同時，熱的唯動說還沒有完全被放棄。丹尼爾。伯努利(Danier Bernouli，17001782)的流體動力學(1738)與當時流行的觀點相反，它把熱歸結為分子的相互排斥。他利用數(shù)學推理，成功地推導了波義耳和馬略特定律，論證了壓強和分子速度的平方成比例，證實了阿蒙頓實驗：當密閉的定量氣體的溫度增加某數(shù)值時，氣體壓強的增加和密度成比例?？墒钱敃r熱質說占優(yōu)勢，擁護者中包括權威拉瓦錫，他甚至把卡路里納入化學元素表。拉瓦錫、皮埃爾西蒙和拉普拉斯由于用冰量熱器進行測量，從而對量熱術作出了貢獻。18世紀末，美國人本杰明湯姆遜即倫福德(Bejamin Thompson，即Rumford，17531814)批判了熱質說。為此，他對摩擦所產(chǎn)生的熱量進行了廣泛的測量。焦耳從這些測量數(shù)據(jù)中，推導出熱功當量的數(shù)值。倫福德證明，加熱金屬球時，其重量不變。他推論，如果熱全然是一種物質，那么無論如何，它必是沒有重量的一種物質。漢弗萊戴維支持倫福德對熱質說的批判，他認為熱素是不存在的，熱現(xiàn)象的直接原因是運動。直至19世紀前10年，熱質說和熱的唯動說的爭論仍未停止，熱質說仍占優(yōu)勢。提出“卡諾循環(huán)”概念的卡諾在研究熱機效率問題時還用熱素的撞擊來解釋熱機的運轉。但后來(1S271830年左右)他終于放棄了熱質論，認為熱是動力(能量)，是改變丁形式的運動。直至克勞修斯證明理想氣體的絕對溫度是由分子的平均動能所決定，焦耳確立了熱功當量，以及能量守恒與轉化定律的提出，才牢固地確立了熱的唯動說。1.5 從靜電到動電的研究古代人類就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)摩擦生電的現(xiàn)象，但直至17世紀上半葉對電的認識仍無新的進展。1672年奧馮蓋里克在一本書中描述了一臺早期的摩擦起電機；1709年弗豪克斯貝（F.Hauksbee,1687-1763）在物理數(shù)學實驗中談到摩擦旋轉著的玻璃球、封蠟或硫磺球會產(chǎn)生火花的實驗。1729年英國的斯蒂芬格雷（Stephen Gray,1670-1736）對這些觀察結果作出了解釋，并把物體分為導體和絕緣體。1746年荷蘭萊頓大學教授馬森布羅克（1692-1761）在18世紀起電機和法國杜菲（C.F.Dufay,1698-1739）發(fā)明驗電計的基礎上，制造了能蓄電的工具萊頓瓶，為靜電學的研究創(chuàng)造了實驗條件。18世紀對電現(xiàn)象的研究中更值得一提的是曾作為美國獨立宣言起草人之一的弗蘭克林（Benjamin Frankin,1706-1790）。他提出了關于單電流體的一元論，認為所有物體都包含有一種電流體，這種電流體超量則物體帶正電，這種電流體不足則物體帶負電。他于1749年向英國皇家學會送交了論天空閃電與地下電火花相同一文，并在1752年5月一次著名的“風箏實驗”中證實，閃電同實驗室的電火花是本質相同的放電現(xiàn)象。弗蘭克林因此而獲得英國皇家學會授予的金質獎章。此后他又研制了避雷針。這種新技術以其顯效的事實駁斥了教會的蠱惑宣傳，很快在歐洲流行，最終甚至連教堂的屋頂也高高聳立起避雷針。雖然18世紀電學理論僅局限于靜電學，但畢竟比力學之外的其他學科要先進。值得注意的是，近代科學史上最早的科學史著作正是介紹電學領域的，這就是英國的普里斯特列（Joseph Priestley，1733-1804）所著的電學的歷史和現(xiàn)狀及最初的實驗（1776）18世紀末葉，電學從靜電研究向流電研究發(fā)展。其中最重要的是意大利動物學家伽法尼（Galvani,1737-1789）于1780年在解剖青蛙時發(fā)現(xiàn)的動物電流。但把這個物理現(xiàn)象從生理學范疇中分離出來并做出物理學解釋的是伏打（1745-1827）。他在電堆實驗和發(fā)明原電池的基礎上，提出了接觸理論，認為任何物體中都含有電流質，只是其緊張程度不同；當兩種不同金屬接觸時，電流質就可從一種金屬流向另一種金屬。盡管這種解釋逐漸取代了伽伐尼的動物電觀點，但這兩種解釋均未觸及到電流產(chǎn)生的真正本質。然而這兩種解釋之間的爭論，客觀上促進了電化學的發(fā)展。不管怎樣，從靜電到流電的研究畢竟標志著電學認識上的一次飛躍。1.6 1 718世紀的聲學人類對聲學的研究起源于音樂。從古代到17世紀，主要從算術(比例)的角度對諧音的音程進行研究。17世紀科學家中不少人提出過音程的汁算原則。如伽利略、笛卡兒、默森(Marin Mcrscnne，1588-1648)、胡克等人均證明了個律音的音調由產(chǎn)生它的振動之頻率所決定。特別是伽利略的法國學生默森在1636年著的普通聲學中提出弦的律音的頻率和弦的張力的平方根成正比，而和弦的長度及單位長度上的質量成反比的定律。繼伽利略之后，默森、沃利斯(16161703)、W諾布爾和丁皮戈特等人研究了伽利略提出的“和應振動”及其規(guī)律。法國物理學家J索維爾(JOseph SauvcLit，16531716)對共鳴進行了觀察，對弦的諧音作了研究，進行過振動頻率的測量，并且第一次在駐波理淪中引入了科學術語“波節(jié)”與“波腹”。牛頓在計算空氣中所產(chǎn)生聲波的波長時曾利用了索維爾的測定頻率裝置。18世紀的許多數(shù)學大師如達蘭貝、丹尼爾伯努利、布魯克泰勒(Brook Taylor，16851731)、歐拉(1 7071783)、拉格朗日和拉普拉斯等都曾對弦振動的數(shù)學處理做出了貢獻。其中歐拉于1739年根據(jù)泰勒1713年的研究結果提出了更為精確的確定音調的方法，即一根弦的振動頻率（n）與其長度（l）和單位長度質量（m）之間的關系。此外，拉普拉斯在牛頓研究的基礎上引入了拉普拉斯因子，從而精確地解釋了聲速與氣體溫度變化的關系。關于聲音的傳播媒質，在亞里斯多德時代人們就已猜到空氣是聲音的通常媒質。音的通常媒質。但在抽氣機發(fā)明之前，這僅僅是猜測。17世紀中葉，作為抽氣機發(fā)明人的蓋里克最早進行了關于空氣和我們對聲音的感知兩者間關系的實驗。他將一容器中放人可用時鐘機構敲響的鈴，并用抽氣機抽去容器中的空氣。隨著容器中空氣的稀薄，鈴聲越來越小。而18世紀初，F(xiàn)豪克斯貝則沿著相反的思路改進了上述實驗，他發(fā)現(xiàn)當容器中的空氣為一個大氣壓時，鈴聲可傳到30碼以外；兩個大氣壓時，鈴聲可傳到60碼以外；三個大氣壓時則可傳到90碼以外。在做這一實驗的1705年，他還用實驗證明了聲音可在水中傳播。后來普利斯特列證明聲音可在空氣之外的其他氣體中傳播。18世紀末由于德國科學家恩斯特克拉尼(Ernst Chladni，1756 1827)所進行的對弦、桿、薄膜和板的振動研究，使聲學從數(shù)學的或音樂的研究方法上升到物理聲學的高度。他于1802年發(fā)表的聲學中記載了他在1785年前后的一些重要實驗。拿破侖看了他的聲圖實驗后，說：“克拉尼使聲音變得可以看見了?！贝送猓死徇€研究過縱波，以及聲音在不同氣體中的傳播速度比等問題。1.7 光學古希臘時期已知道光的直進和反射規(guī)律；托勒密在光折射實驗基礎上提出入射角與折射角成正比的思想；而關于視覺的本質，伊壁鳩魯和亞里士多德等提出過一些哲學猜測。中世紀偉大的數(shù)學家、天文學家伊本海賽姆用實驗測定了折射率。但總的來說，古代與中世紀的光學知識是極其有限的。因此近代光學基本是從零開始的。開普勒是近代光學的奠基人，其地位如伽利略之于力學和吉爾伯特之于磁學。他在1611年出版的屈光學中解釋了荷蘭望遠鏡或伽利略望遠鏡及顯微鏡所涉及的光學原理，并提出了改良望遠鏡的建議，他的建議在近代導致遠距照相透鏡組合的發(fā)明。開普勒第一次明確提出光度學基本定律，即光強與離光源的距離平方成反比地變化。他還研究了球面像差一類復雜現(xiàn)象，為巴羅等后人的幾何光學研究提供了基礎。關于視覺理論，他還提出視網(wǎng)膜上的成像本身不構成整個視覺行為的正確思想。他對折射規(guī)律的研究雖方法正確但未獲成功。第一位提出精確的折射定律的是荷蘭人斯涅爾(WSncll，15911626)。根據(jù)他于1621年的結果，可容易地推出現(xiàn)代形式的折射定律。不過是笛卡兒于1637年第個發(fā)表了折射定律，并嘗試給它一個物理證明，但是否與斯涅爾獨立地發(fā)現(xiàn)該定律則尚存疑問。在發(fā)表有關折射定律的這本屈光學中，笛卡兒還提出丁關于光的本性的微粒假說。他在氣象學中對虹霓理論的研究成為牛頓對虹霓解釋的前提。關于光的本性的波動說，在達芬奇的著作和伽利略書信中已有跡象。但正式認真地提出光具有周期性的是意大利數(shù)學家格里馬力迪(FFGrimaldi，16181663)。他從波動觀點出發(fā)解釋了似乎同光的直線傳播定律相悖的衍射現(xiàn)象。他還指出，顏色的不同乃是眼睛受到速度不同的光振動刺激的結果，這個思想對后來的光學發(fā)展具有根本性意義。他的光學著作，在他死后兩年被發(fā)表。在同一年(1665)，胡克的科學著作顯微術問世，其中光學部分對多種透明薄膜的閃光顏色現(xiàn)象進行了實驗和理論的探討。他注意到，在一定的厚度范圍內，云母薄片里會出現(xiàn)虹霓的色彩，不同厚度的部位顏色不同。雖然他未能確定厚度與顏色之間的精確關系，卻為牛頓對“牛頓環(huán)”現(xiàn)象的研究奠定廠基礎。胡克認為光是一種振動，發(fā)光體的每次振動或脈動必將以球面向外傳播。不過，比較系統(tǒng)地提出光的波動理論的還是荷蘭物理學家惠更斯(16291695)。他認為，構成一個發(fā)光體的微粒把脈沖傳送給鄰近的 種彌漫媒質的微粒，每個受激微粒都變成一個球形子波(即次波)的中心。這就是1678年提出的著名的惠更斯原理。用微分幾何的語言來表述，即：波陣面所及的任意點均可看做是新的次波源(即子波中心)，而新的波陣面則是所有次波源向外發(fā)出的半球面次波的包跡。牛頓在大學時期就對光學有濃厚興趣，為了制造一種能消除色差的望遠鏡而開始研究顏色理淪。1672年在哲學學報上發(fā)表的他對色散現(xiàn)象的研究成果，是他第一次公開發(fā)表的科學論文。他對色散的解釋立即引起他與胡克等人的爭論。牛頓最初吸取了胡克的波動思想，傾向于把微粒說和波動說結合起來，1675年他提出彈性以太的思想以解決微粒說的困難。但他拒絕純粹的波動理論。而在1704年他的光學中，牛頓則徹底主張光的微粒假說。由于他在科學界的巨大影響，而使惠更斯提出的較系統(tǒng)的波動說被埋沒百年之久，以致整個18世紀光學處于停頓狀態(tài)。直至1 9世紀初由于偏振、于涉等現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和研究，才使波動說占據(jù)了統(tǒng)治地位。第二節(jié) 化學的重要進展2.1醫(yī)化學與工藝化學化學燃素說從煉金術中的解放經(jīng)歷了約300多年，其中主要經(jīng)過醫(yī)化學與工藝化學時期、燃素說時期和氧化說時期。醫(yī)化學即醫(yī)藥化學。盡管它與煉金術有千絲萬縷的聯(lián)系，但其實際工作為化學發(fā)展開辟了新的方向。主要代表人物是帕拉塞爾蘇斯和范海爾蒙脫(LUvail Helmont，15771644)。 前面提到的帕拉塞爾蘇斯不僅是醫(yī)學史上的改革家，而且對化學發(fā)展也做出了貢獻。盡管他沒有從實踐上完全擺脫煉金術，但他認為煉金術的目的是荒誕的。他給煉金術下了一個新定義一把天然原料轉化為對人類有用的產(chǎn)品的科學。他在煉金術的兩元素(“硫”、“汞”)說基礎上增加了“鹽”而提出三元素說，以此作為他的理論觀念來解釋自然界的物質變化。他認為“硫”是可燃元素，“汞”是揮發(fā)性或可溶性液體兀素，“鹽”則是不揮發(fā)和不可燃元素。這三元素在物質中所占的不同比例，決定了物質所具有的不同性質。他做過制藥、提純等大量化學實驗，區(qū)分了白礬和藍礬，研究了二氧化硫的漂白作用，發(fā)現(xiàn)了醚類物質及其麻醉作用，并強調化學操作中定量的意義。帕拉塞爾蘇斯的醫(yī)化學學派在17世紀產(chǎn)生了很大影響。比利時的范海爾蒙脫就是這個學派的最后一位有影響的代表人物。他不同意帕拉塞爾蘇斯的三元素說，認為水和氣才配稱為元素，因為它們是再不能被還原為更基本的東西，且兩者不能互變?yōu)閷Ψ?。他通過著名的柳樹實驗論證樹的所有新物質幾乎都是由水轉化來的。盡管實驗構思和結論是錯誤的，但他的定量研究方法為現(xiàn)代化學奠定了方法論基礎，同時他的無不生有的信念蘊涵著樸素的物質不滅思想。海爾蒙脫還注重氣體化學的研究，他最早區(qū)分了空氣、水蒸氣和其他氣體還區(qū)分了呼吸用的空氣和使人中毒的一氧化碳以及可以滅火的二氧化碳等氣體。他還研究了酸、堿等物質。他倡導化學教學應當用火的操作來證明，并自稱為“火術哲學家”。海爾蒙脫對波義耳元素定義的形成有很大影響。他還提出過人體消化過程中的“酸素”理論，這已經(jīng)孕育了近代生理學中的酶學說。16、17世紀除醫(yī)化學外，工藝化學也是從煉金術向近代化學過渡的重要方向之一。這方面的代表人物主要有德國醫(yī)生阿格利柯拉(G，Agricola，14941555)、意大利工匠畢林古修(V。Biringuccio，14801539)等。阿格利柯拉寫過很多的冶金和礦物學著作，最著名的是1556年初版的論金屬。它擺脫了煉金術的束縛，成為其后200年中采礦、冶金方面的指南。盡管此書側重于應用方面，但已有部分金屬化學以及地質現(xiàn)象的內容。畢林古修在其名著火術(1540)中，敘述了鑄鐘和鑄炮等各種運用火的生產(chǎn)技術，并從礦物形成、采礦、提取、冶煉、化合物及其性質，一直講到火藥和其他可燃的和可爆的物品。他針對煉金術，直接提出了“金屬不能轉化”的思想。此書和論金屬一書均體現(xiàn)了在化學方面學者傳統(tǒng)和工匠傳統(tǒng)的結合，是從煉金術通過工藝化學向近代化學發(fā)展的里程碑。2.2 微素理論17世紀化學史上的重要人物之一波義耳是一位神職人員，兼科學家。他由于與馬略特分別地發(fā)現(xiàn)了氣體定律而成為著名物理學家。但他再科學史上更主要的貢獻是在化學方面。他在其代表作懷疑派化學家(1661)中系統(tǒng)地批判了煉金術化學認為“性質決定一切”、“性質組合而成為物質”的錯誤原則，并在古代原子論以及醫(yī)化學家范海爾蒙脫的影響下，提出他的微素理論。微素理論認為構成自然界的材料是一些細小致密、用物理方法不可分割的微粒，正是物質的這些機械微粒決定著物質的性質及其變化，其中包括：它們的大小、位置、機械運動，以及當時人們所了解的一切物理、化學性質。物質的機械微粒結合成更大的粒子團，而這些大大小小的粒子團作為基本單位參加各種化學反應。也就是說，所謂化學變化就是這些粒子團的運動、組合、排列從而形成新物質的過程。波義耳還批評煉金術中的“同情”、“憎惡”、“親和”等不科學的、帶感情色彩的概念。他認為化合反應中的吸引力或“親和力”，可以解釋為運動粒子相互匹配集聚的結果，而根本不是什么“相親相愛”的結果。他用微粒本身的特點來解釋化學反應，是很有意義的。他的微粒說是燃素說的理論前身。比如，從他對燃燒現(xiàn)象的解釋，就可以看出這點。他認為金屬燃燒后，由于火的微粒(火素)穿過玻璃容器與金屬化合，從而產(chǎn)生金屬灰。這是燃燒后重量增加的原因。盡管波義耳的“火素”不是后來斯塔爾(16601734)的“燃素”，但波義耳的微素學說對燃燒現(xiàn)象的解釋卻是建立燃素說的基礎。兩者作為機械的微粒哲學，反映了那個時代人類認識自然的機械論特征。波義耳不僅否定古代的元素說，也否定煉金術和霍亨海姆的元素說。他認為既然不能通過實驗把元素從物體中提取出來，它們就不配作為構成物體的元素。他給元素下了一個較清楚的定義：元素是“指某種原始的、簡單的、一點沒有摻雜的物體，元素不能用任何其他物體造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成所謂完全?昆合物的成分，也是完全混合物最終分解成的要素?！彼J為化學的一個重要任務就是把復雜的物質分解為它的組成元素，并由此認識物質的本性。應當指出，波義耳的“元素”在多數(shù)情況下相當于現(xiàn)代化學中的“單質”概念，后來拉瓦錫正式使用“單質”概念，以區(qū)別于“元素”概念。 作為弗培根的信徒，波義耳認為化學要建立在大量實驗基礎上，要對化學進行定量研究。他第一次使用“分析”一詞，元素概念的提出就是由“分析”而來。他說，現(xiàn)在不僅要指出自然是由復雜元素組成的，而且要指出到底由多少種元素組成。他一生中記錄了很多定性分析的實驗。由于波義耳確立了化學的獨立性，給出了比較清楚的化學元素的定義，并進行了大量的化學實驗，從而成為近代化學的奠基人。在西方文化史上，波義耳對于揚棄古代自然哲學的整體論思維，并過渡到近代科學的分析思維，無疑是做出了巨大貢獻的。2.3 燃素說完成化學學科統(tǒng)一的并不是波義耳的元素定義，而是在他的“火素”概念基礎上形成的燃素說。法國化學家貝歇爾(JBecher，16351682)不同意波義耳把燃燒現(xiàn)象解釋為化合過程，而提出燃燒是一種分解過程即釋放“燃燒性油土”的過程。所謂“油土”不過是煉金術中的“燃燒性硫”。后來，他的學生、德國御醫(yī)斯塔爾(GEStahl，16601734)于1703年重新編輯出版了貝歇爾著作，并增加大量注釋。他用“燃素”代替波義耳的“火素”和貝歇爾的“油土”，提出了系統(tǒng)的燃素說。燃素說的基本觀點是： (1)燃素是構成火的元素，當它們聚集在一起時就形成火焰，當它們彌散時只能給人以熱的感覺。 (2)燃素充塞于天地之間，大氣中因為有它才會有閃電，生物體因含有它才富于生命活力，無生命物質因含有它才會燃燒。物體失去它就成為死的灰燼，而灰燼獲得它就會得到復活。 (3)燃素不會自動從物體中分離出來，只有在借助空氣而發(fā)生燃燒時，燃素才能釋放出來?；鹧媸亲杂傻娜妓兀妓厥潜唤d的火。 (4)所有燃燒現(xiàn)象都可歸結為燃素的轉移一吸收或釋放。比如，金屬燃燒時逸出(釋放)燃素而成鍛灰，而煅灰與木炭一起燃燒時又從木炭中吸收燃素，重新變?yōu)榻饘佟Ｓ捎谌妓卣f使包括燃燒現(xiàn)象在內的大多數(shù)化學反應在系統(tǒng)的理論基礎上得到了說明，從而使化學擺脫了煉金術，結束了化學在18世紀中葉以前知識零散、解釋混亂的局面，完成了化學學科的統(tǒng)一。燃素說傳播日廣，到18世紀中葉時，幾乎被舉世公認，很多著名化學家都成了它的信徒。2.4 拉瓦錫的氧化學說燃素說是一種有嚴重錯誤和重大困難的理論。其主要錯誤是把煅灰說成是單質，卻又把金屬說成化合物，并把金屬的燃燒過程說成是分解反應。而它最大的困難是，如果確有“燃素”這種物質存在，它就應具有重量，然而，金屬經(jīng)煅燒釋放燃素后重量非但沒有減少，反而增加。為了自圓其說，有人設想燃素具有負重量(“輕量”)，這實際上是向亞里士多德元素說的倒退；還有人設想燃素逸出后，有另一種較重的物質被吸收。此外，燃素與空氣之間的依賴關系，以及找不到獨立存在的燃素，也是燃素說的理論困難，它們使燃素論者之間產(chǎn)生意見分歧。一批批新發(fā)現(xiàn)的事實不斷要求對這些理論進行修改。正如化學史家萊斯特所說：“一旦有某種更加合理的學說可供利用，燃素說就不可避免地要一敗涂地?！崩咤a(A1Lavcisier，17431794)的氧化學說正是在這種背景下應運而生的新學說。在氧化學說誕生之前，實驗化學在氣體分離和發(fā)現(xiàn)方面取得了重大進步。1755年英國布萊克發(fā)現(xiàn)了被他稱為“固定空氣”的二氧化碳：1766年卡文迪什(HCavendish，311810)發(fā)現(xiàn)了他誤認作“燃素”的“可燃空氣”一氫氣；1772年丹尼爾盧瑟福(Danier Rutherford，17491819)發(fā)現(xiàn)了他稱為“濁氣”的氮氣，不久卡文迪什和瑞典的舍勒(KWScheele，17421786)也制得了這種氣體；特別重要的是1773年舍勒制得了被他稱為“火焰空氣”和“活空氣”的氧氣，他認為燃燒是“活空氣”與燃素結合的過程。1774年英國的普利斯特列在實驗中也獨立地發(fā)現(xiàn)了這種物質，他稱之為“脫燃素氣體”。他用實驗表明小鼠在充滿這種氣體的環(huán)境里存活時間最長，而人吸了它之后也很舒服。但他仍堅持燃素說直至去世為止。舍勒和普利斯特列所發(fā)現(xiàn)的這種氣體并沒有使他們成為批判燃素說的革命家，這一事實說明：燃素說一方面促成了實驗化學的新發(fā)現(xiàn)，另一方面又阻礙著理論化學的發(fā)展。借助別人制造的武器最終摧毀燃素說的是法國化學家拉瓦錫。拉瓦錫于17721775年從事氣體化學和燃燒理論研究時就對燃燒增重問題產(chǎn)生疑問，他不同意負重量的說法，也不同意波義耳的“火素”，而認為增重的原因是金屬燃燒時從空氣中吸收廠某種物質。1774年他重復了波義耳的煅燒金屬(錫)實驗。但與波義耳不同的是拉瓦錫加蓋了瓶塞，結果發(fā)現(xiàn)反應前后總重量不變，從而駁斥了增重是火素穿過瓶底進入錫的錯誤解釋，提出了灰燼是金屬與空氣中某種成分化合的新解釋。而舍勒與普利斯特列的新發(fā)現(xiàn)為這種解釋提供了強有力的支持。拉瓦錫在嚴格定量的基礎上重復了舍勒的燃燒磷實驗和普利斯特列加熱氧化汞實驗，使他的燃燒學說即氧化理論得以確立。在1777年9月；日完成、1780年出版的燃燒通論中，他提出了如下的學說：（1）燃燒時均有光和熱放出； (2)物體只有在純粹空氣(氧氣)存在時才能燃燒； (3)空氣由可助燃的和不可助燃的兩種成分組成，物質燃燒時由于吸收了空氣中的純粹空氣而增重，增加的重量恰好等于吸收的純粹空氣的重量； (4)般可燃物(非金屬)燃燒后都變成酸，氧是酸的本質；金屬燃燒后所變成的灰燼是金屬的氧化物。 這就是化學史上著名的氧化理論。到1785年以后，他的氧化理論除普利斯特列等少數(shù)科學家外已被化學界普遍接受。1789年在他的化學大綱中正式把“純粹空氣”命名為氧氣(gaz oxygene)。這部標志著化學發(fā)展重要里程碑的劃時代著作給化學帶來了前所未有的條理性和系統(tǒng)性，它對化學的貢獻完全可以與牛頓的原理對物理學的貢獻相媲美。它闡明了“元素是化學分析所達到的真正的終點”，并列出了包括23個元素的第張真正的化學元素表，還討論了化學的對象、方法、儀器、化學物質的命名法，總結廠前人和同時代有關氣體化學和燃燒現(xiàn)象的實驗成果。在雅各賓派專政時期，拉瓦錫因涉嫌經(jīng)濟問題而受到指控，于1794年5月8日被處死。盡管兩個月后雅各賓派被推翻，但拉瓦錫已經(jīng)死了。正如拉格朗日所說：“砍下拉瓦錫的頭只需要一瞬間，而在法國再產(chǎn)生這樣一個頭顱恐怕一百年也不夠?！狈▏茖W界完全懂得他的價值，兩年后在巴黎立起了拉瓦錫的塑像。第三節(jié) 天文學的豐碩成果現(xiàn)代天文學的進步與物理學的進步直接相關，無論是觀測手段的更新還是各種假說的建立都離不開物理學的知識和理論。20世紀以來天文學的發(fā)展更為迅速，全心的觀測手段使天文考察達到前所未有的程度，理論上的進展也大大超過以往的年代。天文學再次成為自然科學最活躍的前言之一。3.1恒星研究的再深入恒星研究是天文學的永恒課題。本世紀以來人們又得到了更多的知識。賞識機就有人利用恒星視差來測算恒星與我們的距離，測得太陽之外離我們最近的恒星半人馬座星距離地球約43光年。不過這種方法有很大局限性，因為超過300光年的恒星視差已小于001，很難測得準確的數(shù)值。后來又有人利用測量恒星亮度的方法來測算它們的距離，測距范圍有所擴大。上文曾說及上個世紀天文學家已利用多普勒效應測算恒星遠離我們的速度。多普勒效應告訴我們，當光源背離我們運動時，我們所觀測到的它的光譜線便有向紅端移動的現(xiàn)象，光源離開我們的速度越大它的紅移量越大。1929年美國天文學家哈勃(Edwin Powell Hubble，18891953)等人發(fā)現(xiàn)星系的光譜線紅移與它們和地球的距離存在著粗略的正比關系，現(xiàn)在人們稱之為“哈勃關系”。這樣，根據(jù)恒星光譜的紅移量以及哈勃關系，就能夠大略地測定所有發(fā)光天體與我們的距離了?，F(xiàn)時已知離我們最遠的天體達150億光年，這當然只是我們目前“視線”所及的距離，隨著技術的進步，這個距離還會不斷地擴展。以往的天文學家對恒星的光度已多所研究。本世紀初發(fā)明了更好的儀器，測量比過去更為精確。但是恒星與我們的距離差異極大，在地面上所測得的光度與恒星的真實光度也就存在著差異。不過人們已能測定恒星的距離，據(jù)此以求出它的真實光度也就不是難事了。天文學家亦已找到測算恒星體積和質量的方法。數(shù)據(jù)表明，恒星體積相差極遠，有些半徑不過l0公里，有些卻是太陽半徑的1000多倍。恒星質量的差異也很大。現(xiàn)在已知的數(shù)據(jù)是：質量最小只有太陽質量的百分之幾，最大的為太陽的100多倍，多數(shù)在太陽質量的01l0倍之間。由恒星的體積和質量就可以知道它們的密度。恒星密度的差異更大得驚人。一些溫度較低、顏色偏紅而體積巨大的“紅巨星”，其密度只有水的幾十萬到幾百萬分之一，這在地球上就被認為是“真空”。一些溫度較高、顏色偏白而體積較小的“白矮星”的密度則可達水的幾千萬倍，一立方厘米這樣的物質的重量就有好幾十噸，不過大多數(shù)恒星的密度均在水的密度的1/10010倍之間。恒星時時刻刻向外界輻射的能量究竟從何而來?現(xiàn)代天文學家認為：其一是引力收縮。天體都是大量物質的凝聚，引力使天體收縮的時候就要釋放出能量；其二是核反應。以太陽為例，在它的內核里高溫、高密和高壓的條件下，四個氫原子核要聚合為一個氦原子核，這時出現(xiàn)了質量虧損并釋放出能量。按質能關系式Emc2可以算出，1克氘聚合為氦時所釋放的能量約相當于11噸煤的熱值。天文學家推算，太陽剛形成時氫約占其質量的78，這就是說太陽若以氫為“燃料”，它可以保持目前的輻射能量約100億年，現(xiàn)在一般認為太陽的年齡約50億年。3.2射電天文學的興起本世紀以來，各國競相研制大口徑光學望遠鏡，一臺口徑為8米的巨型光學望遠鏡正在智利的高山上建造之中。光學望遠鏡對于天文觀測固然十分重要，但是可見光只占電磁輻射很小的一部分，大型光學透鏡或反射鏡的制造工藝也十分困難。本世紀初，人們在無線電實驗中注意到，在接收遠處傳來的無線電波時總是伴隨著一種無法排除的微弱干擾。1931年美國電信工程師央斯基(Karl Guthe Jansky，19051950)終于弄清楚這種干擾來自太空，次年他又斷定這是來自銀河系中心方向的電磁輻射。他的發(fā)現(xiàn)使人想到，除了光波波段之外，其他波段也有可能用于探測太空，從此開辟了利用射電波研究太空的新紀元，人們制成了接收宇宙空間電磁輻射的射電望遠鏡，打開了人類認識宇宙的一個很大的“窗口”，一門嶄新的學科射電天文學從此誕生。射電望遠鏡所能觀測的范圍十分寬闊，大型射電望遠鏡的制造相對于大型光學望遠鏡也容易得多，因此射電天文學幾十年來發(fā)展極為迅速。70年代德國人建成廠直徑為100米的射電望遠鏡，它的短波觀測范圍可至厘米波。后來美國入更建成了直徑達305米的射電望遠鏡，其性能更為優(yōu)越。由于射電望遠鏡所接收的是波長范圍很寬的無線電波，所以它無論晝夜都可以工作，既不受地球上火氣的影響。(如厚密的云層)，也不會被宇宙中的塵埃所遮擋，利用無線電電子技術也可以使它的靈敏度非常高，能夠接收到極為微弱的無線電波。自從射電天文學誕生以來，人們發(fā)現(xiàn)宇宙中發(fā)射電磁波的射電源已3萬多個，使人們“看”到了距離地球100多億光年的星系，發(fā)現(xiàn)了一系列前所未知的現(xiàn)象。3.3現(xiàn)代天文學的四大發(fā)現(xiàn)本世紀60年代，天文學家們利用各種觀測手段先后取得了四項重大發(fā)現(xiàn)。1960年美國天文學家桑德奇(Allan Rex Sandage，1926 )等人首次探測的一種前所未知的天體。1963年荷蘭天文學家施密特(Maarten Schmidt，1929 ）判明了這種天體的譜線，確認這是一種具有很大紅移量的天體，定名為“類星體”。多數(shù)天文學家認為這是現(xiàn)時已知的離開我們最遙遠的天體?，F(xiàn)在有記錄的類星體已超過1000個。類星體的許多性質天文學家們仍不甚明白，多種說法尚在探討之中?！靶请H分子”是指存在于銀河系或銀河系之外星際空間里的無機分子和有機分子，首次發(fā)現(xiàn)于1963年，現(xiàn)已知有50多種，其中大部分是有機分子。質量最大的是由11個原子組成的氰基辛四炔(HC9N)。關于星際分子的形成及其演化過程現(xiàn)在還不明了，但是際分子的發(fā)現(xiàn)不僅對于進一步探索天體的演化有著重要的意義，并且亦必將有助于揭開地球上生命起源的奧秘。“微波背景輻射”是指存在于整個宇宙空間的、各向同性的、在微波波段的電磁輻射，這是美國射電天文學家彭齊亞斯(ArnoPenzias，1933 )和威爾遜(Robert Woodrow Wilson，1936 ）于1964年偶然發(fā)現(xiàn)的。當日寸他們建立了一個靈敏度極高的定向接收系統(tǒng)來探測宇宙，發(fā)現(xiàn)從天空中任何方向都接收到一種強度完全相同的微波波段電磁輻射，他們認定這種輻射并非來自任何星系，而是存在于整個宇宙背景之中，因此稱它為宇宙背景輻射。后來，他們又確認這種輻射相當于溫度為27K的輻射。彭齊亞斯和威爾遜因此而獲1978年度諾貝爾物理學獎金?！懊}沖星”是不斷地向外發(fā)射短周期脈沖輻射的恒星，這是英國天文學家休伊什(Antony Hewish，1924 )等人于1967年首次發(fā)現(xiàn)的，后來的十余年里天文學家又相繼發(fā)現(xiàn)了好幾百顆這種天體，它們的射電脈沖周期在00343秒之間。天文學家們認為，脈沖星是具有很強磁場的、密度極高的、其外部由中子組成的星體，它們的自轉速度與射電脈沖周期相對應。脈沖星的發(fā)現(xiàn)為星體演化和高能天體物理學的研究開辟了新的途徑。休伊什因他的發(fā)現(xiàn)而榮獲1974年諾貝爾物理學獎。3.4太陽系的新知識由于探測技術的進步，尤其是空間技術的應用，本世紀以來人們對太陽系各成員也得到了許多前所未知的知識。1959年蘇聯(lián)人發(fā)射了月球探測器，成功地拍攝了在地球上永遠看不到的月球背面的照片。1969年美國的阿波羅11號宇宙飛船更直接把人送上了月球，取回了月面巖石和土壤，并在月面上裝置了多種探測儀器。其后美國人又五次登上月球。月面結構特征、月面物質的化學組成及其物理特性等等都已相當詳細地暴露在人們的眼前?，F(xiàn)在已經(jīng)確證月球是一個沒有大氣、沒有水和沒有生命的世界。自1974年起，美國人發(fā)射的探測器多次飛越水星?，F(xiàn)已得知，水星的外貌與月球相似，其上布滿了環(huán)形山。水星上有極為稀薄的大氣，有一個與地球類似的內核，其中含有約7080的鐵。水星表面上白晝和黑夜的溫差極大，白晝可達350，而黑夜則為274。金星是距離地球最近的行星。蘇聯(lián)和美國自1961年以來相繼發(fā)射了十多個探測器飛向金星，有些探測器還實現(xiàn)了在金星表面上軟著陸?，F(xiàn)已探明金星上有濃密的大氣層，其中二氧化碳含量在97以上，氧的含量極少，大氣壓約為地球的90倍。由于“溫室效應”，金星表面溫度達482。金星上沒有任何類似生活在地球上的動物和植物的存在。 火星也是與地球鄰近的行星。19641977年美國人接連向火星發(fā)射了八個探測器，也有多個探測器實現(xiàn)了在火星表面上的軟著陸?，F(xiàn)在已經(jīng)知道，火星上的大氣十分稀薄，主要成分為二氧化碳，還有少量的一氧化碳和水汽?；鹦潜砻鏁円沟臏囟葹?7111?；鹦且彩且粋€十分荒涼的世界，沒有植物和動物，生命現(xiàn)象存在的可能性極小。70年代美國人發(fā)射的探測器對木星進行探測，發(fā)現(xiàn)它有一個在地球上觀察不到的光環(huán)，已確認的衛(wèi)星有16顆之多。木星也有濃密的大氣，其中含氫約10，還有氦、氨、甲烷、水和硫化氨以及多種有機化合物和復雜的無機聚合物，厚度達1000公里。木星的表面是流體，內部則有一個由鐵和硅構成的固體核。它的大氣外層溫度約240，底層約27，中心溫度大約是30000。不久前美國伽利略號航天器發(fā)射的探測器進入木星的大氣層，成功地發(fā)回了許多數(shù)據(jù)，對木星必將有更為準確和深入的認識。 土星早就以它美麗的光環(huán)引起天文學家的興趣。70年代后期美國的宇宙探測器對它作了廣泛的考察?，F(xiàn)在已知它有2123個衛(wèi)星，實際數(shù)目可能還要多一些，其中最大的一顆衛(wèi)星的大小與地球相當。土星有一個不大的固體的核，它的大氣以氫、氦為主要成分，還含有甲烷和其他氣體。土星的一些衛(wèi)星也有大氣，由甲烷、乙烷、乙炔等組成。此外，對天王星、海王星和冥王星的觀測也獲得了不少有價值的資料，對太陽系其他家族成員如彗星、流星和隕星的研究也有許多成果。3.5現(xiàn)代恒星演化理論恒星演化研究首先涉及到恒星的分類。19051907年丹麥天文學家赫茨普龍(Ejnar Herzsprung，18731967)連續(xù)發(fā)表文章討論恒星的顏色與其光度之間的統(tǒng)計關系。1913年美國天文學家H.N.羅素也獨立地提出了同樣的看法。他們以恒星的光度為縱坐標，以其顏色(反映其表面溫度)為橫坐標，把已知恒星描繪在一個圖上，后來人們把這種圖稱為“赫羅圖”。1958