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王文清,生命起源中的对称性破缺.[J].北京大学学报(自然科学版).1997.2 黄锡龄,困扰当代天体物理的若干未解之谜问题的探索与发现.[J].邵阳学院学报：自然科学版.2007.1唐孝威,吕雨生,探索宇宙反物质的对话.[J].世界科技研究与发展1998.6 高瓴,亲密接触科学未解之谜 体验令人困惑的二重听觉效应.[J].实用影音技术.2005.4 王山而,太空10大未解之谜之——反物质：宇宙中的异数.[J].航天员.2009.3
对于“是否有外星人”存在这个问题，宇航员们似乎因为曾经进入太空，比我们普通人更有机会与外星人“ 亲密接触”,因此他们多了一些发言权。
宇航员们相信“外星人”存在吗？
最近，中国第一位航天员杨利伟亲述曾在太空遇到神秘的敲击声：“这个声音也是突然出现的，并不一直响，而是一阵一阵的，不管白天还是黑夜，毫无规律，不知什么时候就响几声。不是外面传进来的声音，也不是飞船里面的声音，而仿佛是谁在外面敲飞船的船体。无法描述它，不是叮叮的，也不是当当的，而是更像拿一个木头锤子敲铁桶，咚 咚 咚 咚”。
这是否是外星人造访我们的飞船?
2014年，笔者曾组织举办第27届太空探索者协会年会的社会活动日(北师大分会场)，航天员刘旺和部分美国、俄罗斯和日本的宇航员都应邀参加了这个活动。
会议交流期间，刘旺曾经告诉我，他相信有外星人的存在，但是没有说为什么。而最近航天员杨利伟的爆料，让我明白了背后可能的原因。此外,一些美国航天员也相信外星人的存在。
图注: 第27届太空探索者协会年会(北师大分会场)
本文将首先介绍国际和国内搜寻地外文明的历史及现状，再从天体物理角度对杨利伟爆料的神秘敲击声给出可能的解释。
漫长的地外文明搜寻之路
在如此深邃的宇宙里，
人类是唯一的智慧生命吗？
地球是宇宙中最特殊的星球吗？
在宇宙中是否还有其他的生命？
这些生命会以怎样的形式进行演化？
人类是如此渴望知道这些问题的答案，以至于从未停止过对地外文明的搜寻。
从最早试图在地球上建造巨大的结构来引起外星人的注意，被动得等待外星人发现人类，到一百多年前，尼古拉·特斯拉认为他的无线电传输系统可以用来联系火星上的生物（参考文献【1】），人们搜寻外星人的方法随着科技的进步经历着一系列深刻重大的变化。
1931年，美国的无线电工程师卡尔·央斯基接收到了来自银河系中的射电辐射，打开了射电天文学这一新窗口，为人们探索宇宙增加了一条重要途径。
1959年，物理学家莫里森和科可尼在《自然》杂志上发表了一篇论文（参考文献【2】） ，他们认为如果宇宙中存在其他智慧生命，并且他们的科技发展水平与人类相当，或许人类能够从众多的射电信号中，找到外星人发出的信号。他们认为这个信号的波长很可能是525px（1.42GHz），这一波长正是宇宙中最常见的中性氢发出的辐射。
图注: 中性氢原子的21 厘米谱线产生机制示意图
这篇文章的发表一时间激起千层浪，从此人们对于外星人的搜寻不再是盲目的，可谓是为现代搜寻地外智慧生命奠定了科学基础。
笔者的师大物理宇宙学团队也基于2014年发表在PRL上的文章，计划使用我国FAST望远镜，观测宇宙深处中性氢的21 厘米射电谱线测量宇宙膨胀的加速度。
1.搜寻地外智慧生命（SETI）实验
1960年，康奈尔大学的射电天文学家、被称为“SETI之父”的弗兰克·德雷克（Frank Drake）开启了第一个现代搜寻地外智慧生命（Search for Extra-terrestrial Intelligence，以下简称SETI）的实验，该实验被称为“奥慈玛计划（Project Ozma）”。基于莫里森和科可尼的文章，他利用绿岸射电望远镜(Green Bank Telescope)的85英尺射电望远镜，观测天仓五和天苑四这两颗恒星在1.42GHz这一频率的射电信号。当然，现在我们都知道在这次实验中，德雷克并没有找到他想找到的信号。然而德雷克并没有放弃，第二年，他发表了著名的德雷克公式，从统计上揭示了银河系中能够与外界交流的文明的数量。
图注: 笔者与德雷克的合影
1971年，NASA支持了德雷克等人进行SETI研究，他们设计了由多达1500个小型射电望远镜组成的地基射电望远镜阵列。然而由于造价过高，并没有实际建成，但是他们所做的研究工作为之后大量的SETI工作奠定了基础（参考文献【3】）。
1972年，美国先驱者10号探测器发射时携带了德雷克与康奈尔大学的天体物理学家卡尔·萨根共同设计的人类发往太空中的第一条物理信息（参考文献【4】）。这块镀金铝板上标记出了地球在太阳系中的位置，如果先驱者10号探测器能够遇到地外生命，那么他们就有望通过这条信息与我们取得联系。
然而地外生命也许并不是友好的，我们是否应该主动发送地球以及人类的信息给可能的地外生命，也一直是一个备受争议的话题。
德雷克目前是SETI研究所（参考文献【5】）的成员之一。SETI研究所是一个非盈利性组织，它成立于1984年，所需资金大部分来自于私人捐赠，他们所用的艾伦射电望远镜阵列以微软的共同创始人保罗·艾伦的名字命名，保罗·艾伦为这个望远镜阵列提供了一半的经费支持。
图注: 笔者访问SETI研究所
然而，耗费了大量人力物力的艾伦射电望远镜阵列并没有搜寻到外星人的蛛丝马迹，随着2011年美国政府资金支持的停止，艾伦射电望远镜阵列陷入了停工的局面。
图注：艾伦射电望远镜阵列(图片来源于网络http://www.shao.ac.cn/kpyd/mtsm/201105/t20110505_3128141.html)
与SETI研究所隔着旧金山湾相望的加州大学伯克利分校SETI研究中心（参考文献【6】），他们负责的SERENDIP(Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations：搜寻临近地球的地外智慧生命发出的射电信号)项目是世界上运行时间最长的SETI项目。
得益于互联网技术突飞猛进的发展，伯克利SETI研究中心也展开了SETI@home的项目（参考文献【7】），利用全球900万志愿者联网的计算机共同搜寻地外文明。SERENDIP最初是依附于其他观测项目之上的，从阿雷西博射电望远镜拿到观测数据之后，他们将这些数据分段，分别发给SETI@home的各个志愿者，利用每个志愿者电脑待机休息的时间对数据进行处理，找出非自然产生的射电信号以及潜在的目标信号，再反馈给SETI研究中心的科学家们。这种模式的优势是进行SETI研究的科学家们不需要单独申请望远镜的观测时间，能与其他项目实现双赢。
图注： SETI@home分布式计算项目
2.突破创新计划 (Breakthrough initiatives)
突破创新计划（参考文献【8】）是俄罗斯富翁尤里·米尔纳于2015年创立的探索宇宙、搜寻地外智慧生命，鼓励公众从行星的角度进行辩论的项目。其董事会成员包括著名的科学家史蒂芬·霍金以及Facebook的CEO马克·扎克伯格。尤里·米尔纳在英国伦敦皇家学会举行的新闻发布会上宣布了突破创新计划的成立, 当时物理学家史蒂芬·霍金、英国皇家天文学家马丁.瑞斯(Martin Rees)[据说他非常相信地外文明的存在]、“SETI之父”的弗兰克·德雷克、美国加州大学伯克利分校(U.C.Berkeley)天文系席教授高尔夫·摩西(Geoff Marcy)[他曾经发现了上千颗系外行星，是诺贝尔奖的热门候选者；但是不相信地外文明的存在，曾经和突破聆听计划的PI，同时也是伯克利SETI@home的首席科学家Dan Werthimer教授进行过关于是否有地外文明的辩论；目前他已经从U.C.Berkeley天文系辞职]、 突破聆听的主要负责人Andrew Siemion以及基金会主席Peter Worden参加了成立仪式。
图注: 突破创新计划新闻发布会
突破创新计划由突破聆听(Breakthrough Lisen)、突破摄星(Breakthrough Strashot)以及突破信息(Breakthrough Message)三个项目组成。
（1）突破聆听
突破聆听计划是历史上最大规模的搜寻地外智慧生命的项目。
史蒂芬·霍金与尤里·米尔纳于2015年7月共同启动了突破聆听项目。尽管霍金本人认为向太空主动暴露人类的信息并不是明智之举，但是他对于人类主动搜寻地外智慧生命的项目仍然持积极态度。
突破聆听计划将在十年内投入1亿美元的资金，支持SETI研究。其中一部分经费用于购买望远镜的观测时间，另一大笔经费将会用来升级望远镜的后端设备。有了更多的望远镜观测时间以及更好的设备，突破聆听计划将会得到优于以往近百倍的观测结果。鉴于NASA已经决定今后不再给SETI研究任何的经费支持，对于SETI研究的科学家们来说，突破聆听项目的启动是一个重大利好消息。
2015年，伯克利SETI研究中心幸运的得到了俄罗斯富翁尤里·米尔纳10年内共计1亿美元的资金支持，继续搜寻地外文明。突破聆听计划的PI，同时也是伯克利SETI@home的首席科学家丹·沃斯莫(Dan Werthimer)教授，将与突破聆听的主要负责人安德鲁·西蒙(Andrew Siemion)一起[曾经是Dan Werthimer的博士后]，带领伯克利的SETI研究团队一同聆听天外来音。
Dan Werthimer教授与中国也有一段不解之缘，早在上个世纪八十年代，他就在北京师范大学天文系进行了为期一年的访问交流，与北师大的师生建立了深厚的情谊。2014年笔者访问美国加州大学伯克利分校(U.C.Berkeley)天文系和劳伦兹国家实验室(LBNL)时，与Dan建立了更加密切的合作关系。2015年，在笔者邀请下，Werthimer教授对北师大进行了学术访问，并做了风趣幽默、通俗易懂的报告，报告介绍了SETI研究的历史与发展。在此良机下，笔者带领的北师大SETI研究团队也积极得加入到了SETI的研究中,并且已经开始处理绿岸射电望远镜(Green Bank Telescope)的数据。
图注: 笔者与DAN的合影以及DAN在北师大的海报
突破聆听计划主要利用位于美国西弗吉尼亚州的100米口径的绿岸射电望远镜(Green Bank Telescope)和位于澳大利亚的64米口径的Parkes射电望远镜，监听来自外星文明传来的信号。绿岸射电望远镜是世界上最大的全方位可移动望远镜，Parkes射电望远镜是南半球第二大的射电望远镜。在突破聆听项目开启之前，做SETI研究的科学家们通常一年之内只能得到一两天的观测时间，而现在，他们得到了望远镜每年20%-25%的观测时间。
图注：国台和SETI签订协议
2016年10月，中国科学院国家天文台也与突破基金会签订战略性合作协议，国家天文台台长严俊和突破奖基金会主席及“突破计划”执行主任Pete Worden代表双方分别签字。根据合作意向，国家天文台500米口径球面射电望远镜FAST将加入“突破聆听”（Breakthrough Listen）项目，与位于美国的绿岸望远镜及位于澳大利亚的Parkes天文台共同合作，寻找地球以外智慧生命的线索。双方将有可能交换观测计划、探测方法和数据，并快速进行跟踪观测及数据分析。
未来，位于三个国家的三个世界一流的望远镜将一起交换观测计划，共享观测数据。
图注： 笔者参观绿岸射电望远镜
图注：Parkes射电望远镜
除了射电波段的研究，突破聆听还有一部分资金用于美国加利福尼亚州利克天文台的2.4米光学望远镜，进行光学波段的研究，旨在探测地外文明发出指向地球的激光信号。
图注：笔者访问美国加利福尼亚州利克天文台
突破聆听计划主要观测的频率范围是1-10GHz，在这个范围内的射电信号不受宇宙源或地球大气的影响，可以用地面望远镜进行观测。大型望远镜的观测时间是十分宝贵的，因此科学家们总是期望从一批观测数据中可以得到多项科研成果。SETI研究得到的观测数据，还可以用于研究脉冲星、恒星日冕物质抛射等研究领域。这些数据将会公开发表，可能是历史上公开发表的数量最多的数据。
（2）突破摄星计划
突破摄星项目计划建成一个依靠光压驱动的纳米级宇宙飞船，其速度高达到光速的15%，这样的飞船能够在发射后20年到达距离太阳系最近的恒星——半人马座α星，又称为比邻星——为我们传来最近发现的比邻星的行星 Proxima b的图像。据此，可以帮助我们探测该恒星系统是否还有其他行星，我们还可以分析它们的磁场等一系列的性质。
（3）突破信息计划
如果说突破聆听计划是被动的接收外星人的信号，那么突破信息计划则是人类主动、有意识地给地外文明发送信息的项目。
突破信息计划的研究还包括将信息发送到宇宙深空的伦理学。同时，它还发起了高达一百万美元奖金的竞赛，竞赛的内容是设计一个可能会发送到地外文明手中的来自地球的数字化信息。这条信息应该是代表整个人类的文明程度和我们地球的特征。在是否应该主动向外界发送关于地球和人类信息的高水平深层次辩论结果出来之前，该项目暂时不会向外界发送任何信息。
突破计划的三个项目相辅相成，期待它能为我们带来振奋人心的发现。在未来的十到二十年之间，人们或许有望找到外星人发出的蛛丝马迹。另一方面，不论是否真的有外星人存在，突破创新计划都将在天文特别是射电天文学方面，极大的推动科学技术的发展。
3.突破聆听计划研讨会
2016年10月5-6日，在绿岸天文台召开了突破聆听计划研讨会，笔者也参加了这次会议，并且作了SETI in China 的学术报告。
会议由突破聆听计划项目主办，绿岸天文台承办。突破聆听基金的负责人Jamie Drew、突破聆听项目的PI Dan Werthimer教授、该项目的主要负责人Andrew Siemion以及现代SETI项目的奠基人Frank Drake教授均出席了本次研讨会。
图注：笔者与Dan Werthimer和Andrew Siemion
研讨会上探讨了突破聆听计划的研究目标、策略，并且广泛探讨了现代搜寻地外智慧生命的方法。从SETI实验所需的射电望远镜后端接收机以及数据储存、传输等硬件设备，到数据处理的方法，特别是对与其他研究项目一起进行联合观测研究的可能性进行了讨论。
此外，还有部分利用开普勒卫星进行光学波段研究的学者到场做了精彩的报告，主要是有关系外行星的搜寻工作。随着系外行星样本的不断增加，将会增加我们对于系外行星的认识，对于宜居行星分布情况也将会有进一步的了解。
对于宇宙中是否存在其他智慧生物，虽然短时间内可能不会有结果，但是学者们大多抱有积极乐观的态度。
即使最终不是专门研究SETI的科学家发现了地外智慧生命的，就像历史上许多重大天文观测发现一样（有心栽花花不开，无心插柳柳成荫），那仍将是令人激动的结果。
与会者还参观了绿岸望远镜的观测室以及后端设备室（非美国公民需要登记批准后才能进入）。在这里，观测人员可以同时控制天文台中的多架望远镜进行观测，后端设备室有两排插满了5TB硬盘的架子，存储了突破聆听计划的观测数据并对其进行了预处理。当找到了研究人员所感兴趣的信号之后，会把这部分数据发往加州大学伯克利分校的空间科学实验室进行进一步的处理。由于每天观测都会产生大量数据，剩下的没有发现感兴趣信号的数据就会被删除掉。德雷克教授感慨道，他在二十世纪六十年代最早做SETI实验的时候，是不敢想象今天的海量数据的。
杨利伟在太空是遇到外星人了吗?
最后，让我们再回到这个问题，杨利伟在太空是遇到外星人了吗？
笔者的看法是，杨利伟遇到外星人的可能性很小。
到目前为止，还没有接收到来自外星人的信号，并且也没有外星人造访地球的确切事实。以目前我们所知的科学技术水平，银河系内的外星人即使乘坐以光速飞行的飞船在短时间内都无法到达我们地球。从理论上讲，一种可能可以使我们从一个区域在短时间内到达另一个区域，那就是《星际穿越》电影里面描述的虫洞，这也是我的博士导师沈有根先生研究了一辈子的天体物理领域。
图注：虫洞示意图
如上图所示，外星人可以通过虫洞在短时间内从宇宙一个遥远的区域到达我们这里，而不需要经过漫长的路程。2015年初，来自意大利和美国的一个国际研究小组声称，基于对银河系的最新研究和理论，在我们的银河系可能存在可以通往遥远时空的巨大门户-虫洞，像热映电影《星际穿越》中所展现的那样，其大小足以让一艘宇宙飞船经过。相关论文发表在《物理学报》杂志上。这项研究表明人类将有可能通过虫洞穿越时空到达及其遥远的地方。因此，如果杨利伟遇到的确实是外星人，那么这些外星人所行走的路线只有一条：虫洞。这条虫洞连接我们地球附近区域和银河系内某个遥远的地方或者河外星系的某处区域，而且这个虫洞的入口或许在马航MH370飞机失事区域。
一个美好的愿望是马航MH370飞机仍然在这条虫洞中穿越。虽然我们感觉两年过去了，而MH370飞机由于在虫洞中穿行，其时间变慢，机上的乘客一直活着，他们感觉只是过去了几个小时，不久的将来他们或许通过其他的虫洞返回到我们的地球。
参考文献
[1] Seifer, Marc J. (1996). "Martian Fever (1895–1896)". Wizard : the life and times of Nikola Tesla: biography of a genius. Secaucus, New Jersey: Carol Pub. p. 157. ISBN 978-1-55972-329-9.OCLC 33865102.
[2] Cocconi, Giuseppe & Philip Morrison (1959). "Searching for interstellar communications"Nature.184(4690):844~846.Bibcode:1959Natur.184..844C.doi:10.1038/184844a0.
[3] "Project Cyclops: A Design Study of a System for Detecting Extraterrestrial Intelligent Life" NASA. 1971.
[4] Carl Sagan; Linda Salzman Sagan & Frank Drake (1972-02-25). “A Message from Earth”. Science. 175 (4024) : 881-884
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出品：科普中国
制作：北京师范大学天文系 宇宙之美科普团队 张同杰 李时雨
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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皮布尔斯的《物理宇宙学》《宇宙的大尺度结构》《物理宇宙学原理》这三本著作已经成为了领域内的标准参考文献。
皮布尔斯研究成果
1、皮布尔斯在创新基本观念方面有着很长的记录，之后被其他科学家进行了广泛的研究。例如，在1987年，他提出了用于早期宇宙发展的原始等曲率重子模型。同样，皮布尔斯在1970年代初期为建立暗物质问题做出了贡献。他还因Ostriker-Peebles标准而闻名，该标准与银河系形成的稳定性有关。
2、皮布尔斯为大爆炸模型做出了许多重要的贡献。与狄克等人一起（在乔治·加莫夫，拉尔夫·A·阿尔弗和罗伯特·C·赫尔曼之后近二十年），他预测了宇宙微波背景辐射。在为大爆炸核合成、暗物质和暗能量做出重大贡献的同时，他还是1970年代宇宙结构形成理论的主要先驱。
3、在皮布尔斯的书《物理宇宙学原理》 中，他根据各向同性宇宙背景辐射表示了宇宙中任何地方的速度的首选参考系，这与先前的模型有所不同，但他认为这并不违反相对论。
这个发现者很难确定，因为发现的过程很曲折。1948年， 美国科学家阿尔弗和赫尔曼预言，宇宙大爆炸产生的残系辐射，由于宇宙的膨胀而逐渐冷却，它目前所具有的温度应该在绝对零度以上5K（绝对零度等于零下273.15摄氏度，即-273℃)左右。但人们不以为然。到1950年代末，宇宙大爆炸理论逐渐热了起来，人们开始关注到宇宙的温度。到60年代初，在美国、前苏联、英国等地，都有物理学家在寻找宇宙中可能存在的大爆炸残余温度，而且都是用温度对应的微波辐射来测量的。其中前苏联科学家因为所使用的仪器原因，得出了宇宙温度在7K的结论。因为他们用的仪器的测量下限是7K。英国人更惨，他们用的天线是二战时的警戒雷达天线，因为当时的技术不行，天线的灵敏度太差，什么也测不到。美国当时有两个课题组在进行这项研究，但其中并没有贝尔实验室的工程师彭齐亚斯和威尔逊，而是普林斯顿大学的科学家。但普林斯顿大学的科学家们测量手段不行，空有理论，没有实际发现。贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊当时并没有因为寻找宇宙的温度而进行研究，他们进行的是如何更好地实现卫星通讯。他们安装了一架号角形天线，用于接收卫星信号，但他们总是发现有莫明其妙的无线电信号干扰，干扰发生在微波频段，对应的温度约为3K。这个干扰无论如何也消除不掉，他们无可奈何。此事被附近普林斯顿大学的迪克、皮布尔斯和威尔金斯听说了，于是，科学家们来到彭齐亚斯和威尔逊的实验室，理论和实际终于碰头了。真相大白于天下，他们发现的是宇宙大爆炸的余温。时间是1965年。两个小组各发表了一篇论文，叙述了各自的发现。发表于同一期《天体物理学报》上。狄克、皮布尔斯、劳尔和威尔金森论文题目是《宇宙黑体辐射》，彭齐亚斯和威尔逊的论文以《在4080兆赫上额外天线温度的测量》为题，并说“关于此现象的解释由本卷另一篇论文给出”。1978年诺贝尔物理学奖评奖时，可能评选委员会没有认真核实真正的发现者是谁，就把奖颁给了彭齐亚斯和威尔逊。也许是因为当时迪克、皮布尔斯和威尔逊他们只是进行了理论计算，从而认为发现者是彭齐亚斯和威尔逊。但彭齐亚斯和威尔逊当时根本就不知道他们发现的是什么，他们只以为是莫明其妙的干扰，甚至为了消除这种信号，连天线上的鸽子粪都打扫干净了。所以，虽然宇宙微波背景辐射的发现者是彭齐亚斯和威尔逊，这一说法已成定论，但这一说法根本就经不起推敲。谁发现的？难说！
自己看着办！
从物理学专业本科毕业论文所涉及的研究领域来看，又可以将其分为物理学理论、电子技术、计算机和应用物理四大类。A、物理学理论方向的毕业论文内容：力学、声学、数学物理、物理学与交叉学科、引力与天体物理、原子与分子和团簇物理、凝聚态物理、量子物理、场论与粒子物理、等离子体物理、光学、核物理、化学物理、统计物理、物理学史、综合等。B、电子技术：物理实验、电路的设计、传感器、C、计算机技术：多媒体技术、数据库等。D、应用物理：①材料科学：纳米材料技术、生物医学材料、薄膜材料以及新型高性能结构材料等；材料的先进合成、制造、加工的理论与新方法，材料组分、结构与性能的设计理论；结构、性能控制、材料的环境效应和寿命的评价理论；分子、纳米及微观尺度下的材料科学理论。②信息科学：高速信息网络体系结构与安全性的基础理论；微(纳)米电子学与分子电子学基础与半导体集成系统；光子、光电子集成与光子学基础；以感觉系统、神经系统、免疫系统以及系统生物学仿生和建模的生物信息系统。从分子层次着手设计的具有半导体、超导、吸氢、吸波、非线性光学等特殊功能的光、电、磁和力学纳米功能材料。③传感器技术。④测量与仪器。
浅论天文天文学历史 天文学的起源可以追溯到人类文化的萌芽时代。远古时代，人们为了指示方向、确定时间和季节，而对太阳、月亮和星星进行观察，确定它们的位置、找出它们变化的规律，并据此编制历法。从这一点上来说，天文学是最古老的自然科学学科之一。 古时候，人们通过用肉眼观察太阳、月亮、星星来确定时间和方向，制定历法，指导农业生产，这是天体测量学最早的开端。早期天文学的内容就其本质来说就是天体测量学。从十六世纪中期哥白尼提出日心体系学说开始，天文学的发展进入了全新的阶段。此前包括天文学在内的自然科学，受到宗教神学的严重束缚。哥白尼的学说使天文学摆脱宗教的束缚，并在此后的一个半世纪中从主要纯描述天体位置、运动的经典天体测量学，向着寻求造成这种运动力学机制的天体力学发展。 十八、十九世纪，经典天体力学达到了鼎盛时期。同时，由于分光学、光度学和照相术的广泛应用，天文学开始朝着深入研究天体的物理结构和物理过程发展，诞生了天体物理学。 二十世纪现代物理学和技术高度发展，并在天文学观测研究中找到了广阔的用武之地，使天体物理学成为天文学中的主流学科，同时促使经典的天体力学和天体测量学也有了新的发展，人们对宇宙及宇宙中各类天体和天文现象的认识达到了前所未有的深度和广度。 天文学就本质上说是一门观测科学。天文学上的一切发现和研究成果，离不开天文观测工具——望远镜及其后端接收设备。在十七世纪之前，人们尽管已制作了不少天文观测仪器，如中国的浑仪、简仪，但观测工作只能靠肉眼。1608年，荷兰人李波尔赛发明了望远镜，1609年伽里略制成第一架天文望远镜，并作出许多重要发现，从此天文学跨入了用望远镜时代。在此后人们对望远镜的性能不断加以改进，以期观测到更暗的天体和取得更高的分辨率。1932年美国人央斯基用他的旋转天线阵观测到了来自天体的射电波，开创了射电天文学。1937年诞生第一台抛物反射面射电望远镜。之后，随着射电望远镜在口径和接收波长、灵敏度等性能上的不断扩展、提高，射电天文观测技术为天文学的发展作出了重要的贡献。二十世纪后50年中，随着探测器和空间技术的发展以及研究工作的深入，天文观测进一步从可见光、射电波段扩展到包括红外、紫外、X射线和γ射线在内的电磁波各个波段，形成了多波段天文学，并为探索各类天体和天文现象的物理本质提供了强有力的观测手段，天文学发展到了一个全新的阶段。而在望远镜后端的接收设备方面，十九世纪中叶，照相、分光和光度技术广泛应用于天文观测，对于探索天体的运动、结构、化学组成和物理状态起了极大的推动作用，可以说天体物理学正是在这些技术得以应用后才逐步发展成为天文学的主流学科。 人类很早以前就想到太空畅游一番了。1903年人类在地球上开设了第一家月亮公园。花50美分就能登上一个雪茄状、带翼的车，然后车身剧烈摇晃，最后登上一个月亮模型。 同一年，莱特兄弟在空中哒哒作响地飞行了59秒，同时一位名为康斯坦丁·焦乌科夫斯基、自学成才的俄罗斯人发表了题为《利用反作用仪器进行太空探索》的文章。他在文内演算，一枚导弹要克服地球引力就必须以1．8万英里的时速飞行。他还建议建造一枚液体驱动的多级火箭。 50年代，有一个公认的基本思想是，哪个国家第一个成功地建立永久性宇宙空间站，它迟早就能控制整个地球。冯·布劳恩向美国人描述了洲际导弹、潜艇导弹、太空镜和可能的登月旅行。他曾设想建立一个经常载人的、并能发射核导弹的宇宙空间站。他说：“如果考虑到空间站在地球上所有有人居住的地区上空飞行，那么人们就能认识到，这种核战争技术会使卫星制造者在战争中处于绝对优势地位。 1961年，加加林成为进入太空的第一人。俄国人用他说明，在天上飞来飞去的并不是天使，也不是上帝。美国约翰·肯尼迪竞选的口号是“新边疆”。他解释说：“我们又一次生活在一个充满发现的时代。宇宙空间是我们无法估量的新边疆。”对肯尼迪来说，苏联人首先进入宇宙空间是“多年来美国经历的最惨痛的失败”。唯一的出路是以攻为守。1958年美国成立了国家航空航天局，并于同年发射了第一颗卫星“探险者”号。1962年约翰·格伦成为进入地球轨道的第一位美国人。 许多科学家本来就对危险的载人太空飞行表示怀疑，他们更愿意用飞行器来探测太阳系。 而美国人当时实现了突破：三名宇航员乘“阿波罗号”飞船绕月球飞行。在这种背景下，计划在1969年1月实现的两艘载人飞船的首次对接具有特殊的意义。 20世纪的80年代，苏联的第三代空间站“和平”号轨道站使其航天活动达到高峰，都让美国人感到眼热。“和平”号被誉为“人造天宫”，1986年2月20日发射上天，是迄今人类在近地空间能够长期运行的唯一载人空间轨道站。它与其相对接的“量子1号”、“量子2号”、“晶体”舱、“光谱”舱、“自然”舱等舱室形成一个重达140吨、工作容积400立方米的庞大空间轨道联合体。在这一“太空小工厂”相继考察的俄罗斯和外国宇航员有106名，进行的科考项目多达2.2万个，重点项目600个。 在“和平”号进行的最吸引人的实验是延长人在太空的逗留时间。延长人在空间的逗留时间是人类飞出自己的摇篮地球、迈向火星等天体最为关键的一步，要解决这一难题需克服失重、宇宙辐射及人在太空所产生的心理障碍等。俄宇航员在这方面取得重大进展，其中宇航员波利亚科夫在“和平”号上创造了单次连续飞行438天的纪录，这不能不被视为20世纪航天史上的一项重要成果。在轨道站上进行了诸如培养鹌鹑、蝾螈和种植小麦等大量的生命科学实验。 如果将和平号空间站看作人类的第三代空间站，国际空间站则属于第四代空间站了。国际空间站工程耗资600多亿美元，是人类迄今为止规模最大的载人航天工程。它从最初的构想和最后开始实施既是当年美苏竞争的产物，又是当前美俄合作的结果，从侧面折射出历史的一段进程。 国际空间站计划的实施分3个阶段进行。第一阶段是从1994年开始的准备阶段，现已完成。这期间，美俄主要进行了一系列联合载人航天活动。美国航天飞机与俄罗斯“和平”号轨道站8次对接与共同飞行，训练了美国宇航员在空间站上生活和工作的能力；第二阶段从1998年11月开始：俄罗斯使用“质子－K”火箭把空间站主舱——功能货物舱送入了轨道。它还担负着一些军事实验任务，因此该舱只允许美国宇航员使用。实验舱的发射和对接的完成，将标志着第二阶段的结束，那时空间站已初具规模，可供3名宇航员长期居住；第三阶段则是要把美国的居住舱、欧洲航天局和日本制造的实验舱和加拿大的移动服务系统等送上太空。当这些舱室与空间站对接后，则标志着国际空间站装配最终完成，这时站上的宇航员可增至7人。 美、俄等15国联手建造国际空间站，预示着一个各国共同探索和和平开发宇宙空间的时代即将到来。不过，几十年来载人航天活动的成果还远未满足他们对太空的渴求。“路漫漫其休远兮，吾将上下而求索”，人类一直都心怀征服太空的欲望和和平利用太空资源的决心。1998年11月，人类第一个进入地球轨道的美国宇航员、77岁的老格伦带着他未泯的雄心再次踏上了太空征程，这似乎在告诉人类：照此下去，征服太空不是梦。 [编辑本段]天文学概况 天文和气象不同，它的研究对象是地球大气层外各类天体的性质和天体上发生的各种现象——天象，而气象研究的对象是地球大气层内发生的各种现象——气象。 天文学所研究的对象涉及宇宙空间的各种物体，大到月球、太阳、行星、恒星、银河系、河外星系以至整个宇宙，小到小行星、流星体以至分布在广袤宇宙空间中的大大小小尘埃粒子。天文学家把所有这些物体统称为天体。地球也是一个天体，不过天文学只研究地球的总体性质而一般不讨论它的细节。另外，人造卫星、宇宙飞船、空间站等人造飞行器的运动性质也属于天文学的研究范围，可以称之为人造天体。 宇宙中的天体由近及远可分为几个层次：(1)太阳系天体：包括太阳、行星（包括地球）、行星的卫星（包括月球）、小行星、彗星、流星体及行星际介质等。(2)银河系中的各类恒星和恒星集团：包括变星、双星、聚星、星团、星云和星际介质。(3)河外星系，简称星系，指位于我们银河系之外、与我们银河系相似的庞大的恒星系统，以及由星系组成的更大的天体集团，如双星系、多重星系、星系团、超星系团等。此外还有分布在星系与星系之间的星系际介质。 天文学还从总体上探索目前我们所观测到的整个宇宙的起源、结构、演化和未来的结局，这是天文学的一门分支学科——宇宙学的研究内容。天文学按照研究的内容还可分为天体测量学、天体力学和天体物理学三门分支学科。 天文学始终是哲学的先导，它总是站在争论的最前列。作为一门基础研究学科，天文学在不少方面是同人类社会密切相关的。时间、昼夜交替、四季变化的严格规律都须由天文学的方法来确定。人类已进入空间时代，天文学为各类空间探测的成功进行发挥着不可替代的作用。天文学也为人类和地球的防灾、减灾作着自己的贡献。天文学家也将密切关注灾难性天文事件——如彗星与地球可能发生的相撞，及时作出预防，并作出相应的对策。[编辑本段]太阳系 （注：在2006年8月24日于布拉格举行的第26界国际天文联会中通过的第5号决议中,冥王星被划为矮行星，并命名为小行星134340号，从太阳系九大行星中被除名。所以现在太阳系只有八大行星。文中所有涉及“九大行星”的都已改为“八大行星”。） 太阳系（solar system）是由太阳、8颗大行星、66颗卫星以及无数的小行星、彗星及陨星组成的。 行星由太阳起往外的顺序是：水星（mercury）、金星（venus）、地球（earth）、火星（mars）、木星（jupiter）、土星（saturn）、天王星（uranus）和海王星（neptune）。 离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星（terrestrial planets）。宇宙飞船对它们都进行了探测，还曾在火星与金星上着陆，获得了重要成果。它们的共同特征是密度大（大于3.0克/立方厘米）、体积小、自转慢、卫星少、主要由石质和铁质构成、内部成分主要为硅酸盐（silicate）并且具有固体外壳。 离太阳较远的木星、土星、天王星及海王星称为类木行星（jovian planets）。宇宙飞船也都对它们进行了探测，但未曾着陆。它们都有很厚的大气圈、主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成、质量和半径均远大于地球，但密度却较低，其表面特征很难了解，一般推断，它们都具有与类地行星相似的固体内核。 在火星与木星之间有100000个以上的小行星（asteroid）（即由岩石组成的不规则的小星体）。推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的，或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。陨星存在于行星之间，成分是石质或者铁质。 星，距离(AU)，半径(地球)，质量(地球)，轨道倾角(度)，轨道偏心率，倾斜度，密度(g/cm3) 太 阳，0 ，109 ，332,800 ，--- ，--- ，--- ，1.410 水 星 ，0.39 ，0.38 ，0.05 ，7 ，0.2056 ，0.1° ，5.43 金 星 ，0.72 ，0.95 ，0.89 ，3.394 ，0.0068 ，177.4° ，5.25 地 球 ，1.0 ，1.00 ，1.00， 0.000 ，0.0167 ，23.45° ，5.52 火 星 ，1.5， 0.53， 0.11 ，1.850 ，0.0934， 25.19° ，3.95 木 星 ，5.2 ，11.0 ，318 ，1.308 ，0.0483 ，3.12° ，1.33 土 星 ，9.5， 9.5 ，95 ，2.488 ，0.0560 ，26.73° ，0.69 天王星 ，19.2， 4.0 ，17 ，0.774 ，0.0461 ，97.86° ，1.29 海王星 ，30.1 ，3.9 ，17 ，1.774 ，0.0097 ，29.56° ，1.64 行星离太阳的距离具有规律性，即从离太阳由近到远计算，行星到太阳的距离（用a表示）a=0.4+0.3*2n-2（天文单位）其中n表示由近到远第n个行星（详见上表） 地球、火星、木星、土星、天王星、海王星的自转周期为12小时到一天左右，但水星、金星自转周期很长，分别为58.65天和243天，多数行星的自转方向和公转方向相同，但金星则相反。 除了水星和金星，其它行星都有卫星绕转，构成卫星系。 在太阳系中，现已发现1600多颗彗星，大致一半彗星是朝同一方向绕太阳公转，另一半逆向公转的。彗星绕太阳运行中呈现奇特的形状变化。 太阳系中还有数量众多的大小流星体，有些流星体是成群的，这些流星群是彗星瓦解的产物。大流星体降落到地面成为陨石。 太阳系是银河系的极微小部分，太阳只是银河系中上千亿个恒星中的一个，它离银河系中心约8.5千秒差距,即不到3万光年。太阳带着整个太阳系绕银河系中心转动。可见，太阳系不在宇宙中心，也不在银河系中心。 太阳是50亿年前由星际云瓦解后的一团小云塌缩而成的，它的寿命约为100亿年。[编辑本段]宇宙航天 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。 宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。 在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。 大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 然而，大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？ “大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。 大爆炸理论 （big-bang cosmology）现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实： （1）大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。 （2）观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。 （3）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。 （4）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3K。
很基础的方案.物理的最后一章讲了一点儿狭义相对论的原理及一些常用公式.如果你们高数或者微积分已经学完了,可以试从从麦克斯韦方程组开始试着解释论动体的电动力学论文中提到的1个至2个公式.这个题目要想做好的话,可以用心去做.要想忽悠的话,就算推导时出了点儿错,估计都不会被老师发现,因为没几个人愿意去看那些偏微分方程组.
（一）广义惯性使牛顿力学进化爱因斯坦独具慧眼，从司空见惯的现象中及自由落体运动与质量因素无关的经验事实，总结出了等效原理，且明确与准确地说：物体的同一性质按照不同的处境或表现为"惯性"，或表现为"重性"（[3]第55页）。这个同一性就是广义惯性，这个处境就是空间。牛顿第二定律实质是其第一定律涵义的数学表达式。所以，广义惯性的发现，其革命意义是指动摇了牛顿第一定律的核心地位。广义惯性包含了牛顿惯性，所以，又是其进化。同时，也说明了需要建立一个取代牛二律的进化性质的核心命题系统的新力学理论。广义惯性又引出了两种空间及其区别的新问题。这个新问题困扰了爱因斯坦的一生，走了一大圈"弯"路后，在他晚年时，才看到了解决这个问题的曙光--物体具有空间的广延性（[3]第十五版说明），由此"广延性"再往前走一步，就是[2]文说的ρ空间及其区别的标志是其梯度值的有否。这说明还需要一个新的涉及空间的基本概念及与其相对应的原来等效原理所没有涉及到的新的经验事实：物体质量部分的压强梯度现象（注：在固态的具体物体内部，此"压强梯度"表现为"胁强"），也就是爱因斯坦的物体的空间广延性的具体体现。同时也引出了物体的非刚性及其具有内部空间结构的抽象性质（[4]第六章）。于是，"万事俱备"，只欠建立一个新的核心命题系统了。可以说，惯三律就是这个系统。广义惯性是由于把"重性"也归于同牛顿惯性一样的物体属性，所以，其革命意义也主要体现在"重力"方面。"引力"是对重力本质的错误认识。广义惯性与场概念把原来引力中的两个平权的物体分离开来：一个是仅表现广义惯性的一般（非整体）物体；另一个是具有产生重力场的特殊性的中心物体。一般物体与中心物体之间已经没有"力"的关系了。但通过重力场（原来引力场与自转惯性离心力合成的重力场涵义需要改变）有"能"的关系（见此文的"ρ空间与能"一节）。到此为止，广义惯性已经完成了其逻辑任务，即取消了引力及导出了中心物体的特殊性（当然也具有广义惯性的一般性）。这个特殊性的中心物体就是整体天体。于是，广义惯性与整体天体就构成了理论的内部逻辑性（也就是"自圆其说"）。广义惯性取消了惯性质量与引力质量的区别。当然，更没有质量的第三个属性--产生引力场。说重力场是特殊的ρ空间，也有其对应的经验事实，即具有重力场的质量部分的天体，一般都具有密度及压强（也有温度及磁场因素）与中心距离近似反比分布（中聚度）的现象。同时，其现象也表明了这个天体（中心物体）的特殊性。中聚度现象已经是整体性的一种体现。（二）再看牛顿力学为什么人们回避牛顿第二定律中的"力"（外力）的反作用力就是物体的惯性力的道理呢？就是因为把重力也当作外力（引力）时，物体本身没有反作用力 --惯性力（重力加速度与物体质量的大小无关），这正是牛顿力学理论内部的不能"自圆其说"的地方，这也正是爱因斯坦所注意的地方。为了回避这矛盾性（无意识的），不得不让其"外力"担当"广义"的力的重任。"力是物体加速运动的原因"这一没有条件限制的观念，是牛顿力学最主要的思维定势。不管是相对的加速运动还是"绝对"的加速运动，人们都在头脑中马上反映出来要乘上物体的质量，使力成为其运动的原因。于是，其直接错误后果就是把非牛顿惯性系内或重力场内的物体"自由"或有阻力的"不自由"的加速运动，也当作有外力（不包括阻力）正在作用之。之所以把非牛顿惯性系中的外力惯性力叫做虚构力，是说明牛顿力学中还有第二个观念："力是物体对物体的直接作用"--这是作用方式力，但有的教材除了摩擦力外，把作用方式力几乎都归结于弹性力则是错误的。又从这第二个观念来看其外力惯性力时，真的不存在另一个物体来表现之，只得权宜称为虚构力。当把重力也当作外力时，发现确实有另一个物体（中心物体）与之对应，这可是"真实"的外力了。麻烦又出现了，这个引力是超距作用性质的力，从作用方式力的观念角度来看时，又难理解了。为了让引力回复到可理解的直接作用性，又引起了从牛顿时代起至今的许多人去虚构在两个超距的物体之间飞来飞去的各种"微粒子"，以此物来担当引力成为直接作用性的重任。引力本来也是虚构力，还要为这虚构的"东西"再虚构一些东西，麻烦可就大了。因为凡是具有质量的物体都具有广义惯性，也可以说是"万有"惯性。之所以惯性力学在力学体系中占有主要及重要的地位，而其他属性（如弹性与磁性等）力学占次要地位，且以"惯性力"作为力的物理单位，也是由于其"万有"的原因。但作为表现广义惯性力的重力的空间（重力场）及场源物体（整体天体）可不"万有"。这两个角度分不开，还会认为重力（引力）"万有"，这又会回到为什么会超距作用的难理解的怪圈。广义惯性使探索"引力作用机制"的研究方向成为毫无意义的方向，是徒劳无功的方向，因为引力本身是由牛二律的局限性而派生出来的虚构的力。（三）再看广义相对论爱因斯坦特有的知识结构（马赫哲学、狭义相对论、四维时空、光、场及黎曼几何），决定了他走上了一条充满荆棘的理论之路。马赫的功绩是看到了牛顿力学体系中有一个缺陷，就是物体的运动状态依参考系的不同而有所不同，于是，作为判断牛顿惯性运动的前提也就成为不确定的了（相对性）。不得已，马赫把现象世界的远处的恒星当作其绝对参考系了。马赫的错误就是把牛顿惯性定律中的物体的属性（保持性）与其运动状态问题混在一起了。爱因斯坦受马赫哲学的启发，又发现了等效原理，但同时又继承了马赫的错误。被夸大为改变人们时空观念意义的四维时空，只不过是用"运动"（还是光运动）角度来规定空间的一种方法。规定有结构的空间可有各种方法，其各种方法是平权的。用什么方法来规定空间则取决于理论与实践的需要。如果去掉了"光速"的弯曲时空还有力学意义的话，与牛顿引力定律正是互为补充的关系本体性的场的描述：一个是以广义惯性"运动"的角度的描述；一个是以广义惯性"力"的角度的描述。而牛顿引力势所包含的空间意义，正是中心结构的ρ非均匀空间（重力场）的经验性的描述。终究是"描述"，都不能代替核心命题性质的"表述"。没有明确的命题表述，其描述也就没有明确的理解前提。惯三律与广义相对论都以等效原理为其经验基础。只不过爱因斯坦又走上了光速的等效原理之路。而光速的等效原理是由"思维"实验得来的，且唯一能验证其理论的星光在太阳附近偏转现象，爱因斯坦在具体计算其偏转角度时，实际上是"非常谨慎地用惠更斯原理"（[5]第23页）。而惯三律所依据的" 低速"等效原理，连幼儿园里的儿童都可以感觉到坐滑梯时的加速度与坐汽车时的汽车加速度的区别，因其身体内有胁强的有否或大小之区别。战斗机飞行员已经体验了低速等效原理的所有内涵。所以，任何脱离与回避"低速"等效原理的力学理论，肯定是不会成功的理论，因为其现象普遍存在于客观世界，且与力学密切相关。爱因斯坦之所以对"光"情有独钟，也许是无意识的回避其理论中的一个内在矛盾："产生"引力场的中心质量（中心物体）必须很大，而体现弯曲时空（引力场）作用的物体必须很小且产生与不产生引力场无关紧要，这与引力中的两个平权的物体涵义是矛盾的。而"光子"正好是最小的物体，也就回避了这个矛盾。只有"整体天体才产生重力场"的结论，才可以解决这个矛盾。引力波、黑洞与四种相互作用力的统一的课题，来源于爱因斯坦。引力已经不存在了，当然"引力"波也不存在了；如果重力场有边界，重力场就与电磁场不同，当然引力"波"也不存在了。如果以光线在重力场中弯曲的角度而导出的"黑洞"，黑洞不存在，因为光线在重力场中弯曲的原理不是由于"引力"；如果是由于"弯曲时空"原理而导出的"黑洞"，黑洞也不存在，因为本来弯曲时空是由光线的弯曲（光子的广义惯性运动）而规定出来的，反过来又认为光线的弯曲是由弯曲时空所造成的，这是什么逻辑？如果光线在重力场中有红移效应，那么，由此原理而导出的黑洞，黑洞有可能存在。引力都不存在了，也就无所谓四种相互作用力的统一的问题。目前的"大统一理论"仅剩下"引力"没有被统一进去，也正说明了这个问题。经归纳的现象）再变为抽象层次的基本概念的过程，是人们最不习惯的过程，总不容易摆脱"具象"。之所以不习惯，其原因之一也是因为人们先有了原来理论的抽象及已经习惯了的思维方式，即使有了"具象"也看不到其抽象意义。而由抽象变为"具象"的过程，那可容易多了，但也往往"具象"出来客观世界不存在的东西。从逻辑学角度，基本概念是不能被其它概念来定义的概念，其内涵具有一定的模糊性。ρ空间也是如此，只能用"感觉"到的物体质量部分的压强梯度现象来说明之，但又不是压强梯度本身。"真空"是具象空间，真空里照样存在"重力场"的ρ梯度值的有否，可用具象的压强梯度来检验之。但不能认为真空是ρ均匀空间。ρ空间与压强梯度的关系可类比铁粉末直观表现磁场结构的关系。摆脱不了具象，不能变为一个基本概念，也是爱因斯坦的"一无所有"的空间怎能分出两种空间的困惑原因之一，而用"运动"规定出来的弯曲时空又不能区分出是表述了物体的广义惯性还是表述了场的属性。特别强调的是：物体内部空间只能指物体质量部分所占据的空间，也是爱因斯坦晚年醒悟的"物体具有空间广延性"的涵义；而重力场空间不仅包含质量部分（整体天体）的空间，也包含没有质量部分的空间。这样就避免了变为"一无所有"的无边界的抽象参考系而带来的"相对"不清的问题。总的说来，ρ空间仅在数学形式上是标量场（其梯度为矢量场），但在物理意义上，则包含了表述广义惯性、可变为物体内部空间及重力场的本体性场、势、能、熵与质量部分的压强梯度等涵义。
物理学概览 物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。 物理学的各分支学科是按物质的不同存在形式和不同运动形式划分的。人对自然界的认识来自于实践，随着实践的扩展和深入，物理学的内容也在不断扩展和深入。 随着物理学各分支学科的发展，人们发现物质的不同存在形式和不同运动形式之间存在着联系，于是各分支学科之间开始互相渗透。物理学也逐步发展成为各分支学科彼此密切联系的统一整体。 物理学家力图寻找一切物理现象的基本规律，从而统一地理解一切物理现象。这种努力虽然逐步有所进展，但现在离实现这—目标还很遥远。看来人们对客观世界的探索、研究是无穷无尽的。经典力学 经典力学是研究宏观物体做低速机械运动的现象和规律的学科。宏观是相对于原子等微观粒子而言的；低速是相对于光速而言的。物体的空间位置随时间变化称为机械运动。人们日常生活直接接触到的并首先加以研究的都是宏观低速的机械运动。 自远古以来，由于农业生产需要确定季节，人们就进行天文观察。16世纪后期，人们对行星绕太阳的运动进行了详细、精密的观察。17世纪开普勒从这些观察结果中总结出了行星绕日运动的三条经验规律。差不多在同一时期，伽利略进行了落体和抛物体的实验研究，从而提出关于机械运动现象的初步理论。 牛顿深入研究了这些经验规律和初步的现象性理论，发现了宏观低速机械运动的基本规律，为经典力学奠定了基础。亚当斯根据对天王星的详细天文观察，并根据牛顿的理论，预言了海王星的存在，以后果然在天文观察中发现了海王星。于是牛顿所提出的力学定律和万有引力定律被普遍接受了。 经典力学中的基本物理量是质点的空间坐标和动量：一个力学系统在某一时刻的状态，由它的某一个质点在这一时刻的空间坐标和动量表示。对于一个不受外界影响，也不影响外界，不包含其他运动形式(如热运动、电磁运动等)的力学系统来说，它的总机械能就是每一个质点的空间坐标和动量的函数，其状态随时间的变化由总能量决定。 在经典力学中，力学系统的总能量和总动量有特别重要的意义。物理学的发展表明，任何一个孤立的物理系统，无论怎样变化，其总能量和总动量数值是不变的。这种守恒性质的适用范围已经远远超出了经典力学的范围，现在还没有发现它们的局限性。 早在19世纪，经典力学就已经成为物理学中十分成熟的分支学科，它包含了丰富的内容。例如：质点力学、刚体力学、分析力学、弹性力学、塑性力学、流体力学等。经典力学的应用范围，涉及到能源、航空、航天、机械、建筑、水利、矿山建设直到安全防护等各个领域。当然，工程技术问题常常是综合性的问题，还需要许多学科进行综合研究，才能完全解决。 机械运动中，很普遍的一种运动形式就是振动和波动。声学就是研究这种运动的产生、传播、转化和吸收的分支学科。人们通过声波传递信息，有许多物体不易为光波和电磁波透过，却能为声波透过；频率非常低的声波能在大气和海洋中传播到遥远的地方，因此能迅速传递地球上任何地方发生的地震、火山爆发或核爆炸的信息；频率很高的声波和声表面波已经用于固体的研究、微波技术、医疗诊断等领域；非常强的声波已经用于工业加工等。热学、热力学和经典统计力学 热学是研究热的产生和传导，研究物质处于热状态下的性质及其变化的学科。人们很早就有冷热的概念。对于热现象的研究逐步澄清了关于热的一些模糊概念(例如区分了温度和热量)，并在此基础上开始探索热现象的本质和普遍规律。关于热现象的普遍规律的研究称为热力学。到19世纪，热力学已趋于成熟。 物体有内部运动，因此就有内部能量。19世纪的系统实验研究证明：热是物体内部无序运动的表现，称为内能，以前称作热能。19世纪中期，焦耳等人用实验确定了热量和功之间的定量关系，从而建立了热力学第一定律：宏观机械运动的能量与内能可以互相转化。就一个孤立的物理系统来说，不论能量形式怎样相互转化，总的能量的数值是不变的，因此热力学第一定律就是能量守恒与转换定律的一种表现。 在卡诺研究结果的基础上，克劳修斯等科学家提出了热力学第二定律，表达了宏观非平衡过程的不可逆性。例如：一个孤立的物体，其内部各处的温度不尽相同，那么热就从温度较高的地方流向温度较低的地方，最后达到各处温度都相同的状态，也就是热平衡的状态。相反的过程是不可能的，即这个孤立的、内部各处温度都相等的物体，不可能自动回到各处温度不相同的状态。应用熵的概念，还可以把热力学第二定律表达为：一个孤立的物理系统的熵不会着时间的流逝而减少，只能增加或保持不变。当熵达到最大值时，物理系统就处于热平衡状态。 深入研究热现象的本质，就产生了统计力学。统计力学应用数学中统计分析的方法，研究大量粒子的平均行为。统计力学根据物质的微观组成和相互作用，研究由大量粒子组成的宏观物体的性质和行为的统计规律，是理论物理的一个重要分支。 非平衡统计力学所研究的问题复杂，直到20世纪中期以后才取得了比较大的进展。对于一个包含有大量粒子的宏观物理系统来说，系统处于无序状态的几率超过了处于有序状态的几率。孤立物理系统总是从比较有序的状态趋向比较无序的状态，在热力学中，这就相应于熵的增加。 处于平衡状态附近的非平衡系统的主要趋向是向平衡状态过渡。平衡态附近的主要非平衡过程是弛豫、输运和涨落，这方面的理论逐步发展，已趋于成熟。近20～30年来人们对于远离平衡态的物理系统，如耗散结构等进行了广泛的研究，取得了很大的进展，但还有很多问题等待解决。 在一定时期内，人们对客观世界的认识总是有局限性的，认识到的只是相对的真理，经典力学和以经典力学为基础的经典统计力学也是这样。经典力学应用于原子、分子以及宏观物体的微观结构时，其局限性就显示出来，因而发展了量子力学。与之相应，经典统计力学也发展成为以量子力学为基础的量子统计力学。
物理研究的是关于力的、声的、热的、光的、电的等现象。象折射、沸腾等。 呵呵呵，很唯象的解释 即是研究大自然，解开各个现象后面的秘密，联系；或者说 把自然界数学化，将数学运用到自然现象的描述，以帮助我们的理解，以及对自然界的利用什么是物理 ？这是一个十分基础的问题。翻开任何一本物理教科书，都不难找到这样的定义：物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学。但这只是对于物理这门科学在学术意义上的一种界定。而我们所面对的“物理”，它同时又是一门课程，于是就有必要从教育意义的层面上去进行一番再认识、再分析，以挖掘蕴含在其中的丰富内涵。 首先，物理是一门科学。 物理学是一门以实验为基础的自然科学，它是发展最成熟、高度定量化的精密科学，又是具有方法论性质、被人们公认为最重要的基础科学。物理学取得的成果极大地丰富了人们对物质世界的认识，有力地促进了人类文明的进步。正如国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会的决议《物理学对社会的重要性》指出的，物理学是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键性的作用：探索自然，驱动技术，改善生活以及培养人才。 上世纪初相对论和量子力学的建立，为物理学的飞速发展插上了双翅，取得了空前辉煌的成就，以致于人们将20世纪称誉为“物理学的世纪”。什么21世纪呢？有一种流行的说法：21世纪是生命科学的世纪。其实，这句话更确切的表述应该是：21世纪是物理科学全面介入生命科学的世纪。生命科学只有与物理相结合，才有可能取得更大的发展。 展望物理学的未来，充满着机遇与挑战。李政道先生在《物理的挑战》一文中，曾提出21世纪物理领域所面对的四大难题：为什么一些物理现象在理论上对称但实验结果不对称？为什么一半的基本粒子不能单独存在而且看不见？为什么全宇宙90%以上的物质是暗物质？为什么每个类星体的能量竟然是太阳能量的1015倍？这些问题极大地激励着人们不懈探索的勇气与热情。可以预见，一旦拨去这几朵笼罩在物理天空中的乌云，物理学将会展现出更加灿烂的前景。 其次，物理又是一种智能。 诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“如其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。 大量事实表明，物理思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；——这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成功。——反过来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族! 当今，物理学的触角已经伸向众多领域，并取得了越来越大的成就，以至我们很难再用传统的眼光去界分什么是物理学了。1995年在我国厦门举行了第十九届国际统计物理学大会，会上交流论文的涉及面十分广泛，诸如植物的花序、DNA药物系统、交通的流量、文字的存储等等，光看这些篇目，似乎都不太象是物理。什么，究竟什么是物理呢？几年前，美国《今日物理》杂志，曾就此问题向读者广泛征求意见。最后，他们推崇的答案是：物理学家所做的就是物理学。这话乍听似觉偏颇，其实不无道理。因为在今天看来，物理学更多的是体现出一种智能，“代表着一套获取知识、组织和应用知识的有效步骤和方法，把这套方法用到什么问题上，这问题就变成了物理学。”（赵凯华语） 再次，物理还是一种文化。 从广义来说，文化指的是人类历史实践过程中创造的物质财富和精神财富的总和。它包括科学文化和人文文化。同样地，物理学家在长期科学实践中所创造的大量物质产品与精神产品，也就构成了物理文化。物理文化是科学文化的重要组成部分。 大家知道，物理学是以实验为基础的科学，它的基本研究方式就是实践，因而在客观性上表现为“真”；物理学创造的成果最终是为了造福于人类，它在目的性上体现出“善”；另外，物理学还在人的情感、意识等多方面反映了“美”。正因为物理学本身兼具真、善、美的三重属性，我们完全有理由说，物理不仅是一种文化，而且是一种高层次、高品位的文化。 物理学是求真的。物理最讲究实证，物理学家在科学研究活动中最基本的态度就是实事求是，坚守“实践是检验真理唯一标准”的原则。正如物理学家费曼所说：“不论你的想法有多美，不论你什么聪明，更不论你名气有多大，只要与实验不符便是错了，简简单单，这就是科学”。可以说，物理学的发展史，就是一部不断修正错误、不断逼近真理的“求真”史。 物理学是从善的。物理学致力于将人从自然中解放出来，从必然王国走向自由王国，帮助人们不断认识自己，促使人的生活趋于高尚。这是物理学的价值取向和终极目标，因而物理学的本质是从善的；另外，物理学家的行为也是从善的。爱因斯坦曾这样评价居里夫人和以她为代表的杰出物理学家：“第一流人物对时代和历史进程的意义，在其道德方面，也许比单纯的才智成就更大”。他们那种严谨求实的态度、献身科学的精神，热爱人民的情怀等等，对于后人无疑是一份尤为珍贵的人文财富。 物理学是至美的。德国物理学家海森伯说过：美是真理的光辉；罗马哲学家普洛丁又说过：善是美的本原。由此，物理学因真而美、因善而美就是十分自然的了。物理的美属于科学美，主要体现于简单、对称和统一；对称则统一，统一则简单，它们构成了物理学的基本美学准则。 翻开物理学的篇章，可以发现到处都跳动着美的音符，体现了人们对美的追求与创造。仅以统一性为例。当代物理学的发展，正朝着两个相反的研究方向延伸：最宏大的宇宙与最微小的粒子。令人感到惊讶的是，随着研究的深入，它们两者并非是分道扬镳、越走越远，反倒显示出不少殊途同归、相反相成的迹象。例如，粒子物理学的一些研究成果常被天体物理学家所借鉴，用来探寻宇宙早期演化的图象；(正由于此，粒子物理学在某种意义上也被称为“宇宙考古学”。) 反过来，宇宙物理学的研究也为粒子物理学家提供了丰实的信息与印证。于是，物理学中两个截然相反的分支，就这般奇妙地衔接在了一起——犹如一条怪蟒咬住了自己的尾巴。 又如，英国物理学家狭拉克首先发现，在自然界的某些物理量之间存在着下列引人注目的关系： 宇宙半径/电子半径≈1040，宇宙年龄/强衰变粒子寿命≈1040， 氢核与电子的电力/氢核与电子的引力≈1040，…… 在上述比数中，宇宙这个最大的系统，与基本粒子这个最小系统之间，竟然珠联璧合达到了如此完美的统一，让我们再次领略到了物理世界的美，一种动人心弦的壮丽的美。正是这许多美不胜收的事例，激发起人们对大自然由衷的赞叹与敬畏，难怪爱因斯坦会说：“宇宙间最不可理解的，就是宇宙是可以理解的”。 通过以上分析，我们对于物理有了一个较为全面的认识：它既是一门科学，又是一种智能，更是一种文化。作为一名物理教师，能对自己所任教的物理作一番全方位的审视与剖析，这是十分必要的。一方面可使我们看到，物理原来有着如此丰富的的内涵，从而会更自觉、有意识的去挖掘和开发它的育人功能，全面提升教学质量；另一方面又使我们看到，物理原来有着如此美好的禀性，从而会更加钟爱物理，更有激情地去从事物理教学。我以为，只有真正热爱物理的物理教师，才能做到不仅教会学生理解物理、应用物理，而且还进一步引导他们去感悟物理、欣赏物理。 二、为什么教物理 这是一个看似简单却又十分根本的问题，要正确回答并非易事。笔者对此问题的认识，就经历过从“知识本位”到“学科本位”，最后又回归到“学生本位”这样一个曲折渐进的过程。 有很长一段时期，我都把物理教学的目标锁定在知识层面上，认为教物理就是要把物理知识尽可能多地传授给学生，以供他们今后一生的受用。因为我信奉“知识就是力量”。然而令人困惑的是，我们授予学生什么多的物理知识，其中不乏象“F=ma”这类极其重要的知识，但在他们往后的生活和工作中，却很少显示出有什么直接的功用。以至过了若干年后，许多学生把所学的物理知识几乎忘得一干二净，用他们的话说，“全部都还给老师了”。我为此感到深深的失落；但每当我向他们提出“高中三年岂不白读了”的反诘时，这些离开学校多年的学生，却又都会异口同声地作出否定的回答，一致认为高中阶段的学习，对于他们的成长起到了重要的奠基作用，可又说不清究竟是哪些具体知识所起的作用。我想，这大概好比晚饭，谁都不会否认吃饭对于生存的意义，然而谁又都说不清楚，吃了这顿饭究竟是在身上的什么地方长了块肉。 一位毕业已有二十余年的学生，曾与笔者聊起他“印象最深”的一堂物理课。原来那堂课讲的是重力势能。当时为了说明重力势能的相对性，我曾向学生提出过这样的问题：有人站在五楼的窗台上要往下跳，你说危险吗？开始大家都认为这太玩命了，后来仔细一琢磨，又全都乐了：你别往窗外跳，往窗里跳不就没事了吗？这位学生觉得这个例子特有意思，于是经久不忘；但问他该例说明了什么物理知识时，他说忘了。正当我面露憾色时，他紧接着的一番话却令人宽慰，他说：“这个例子使我懂得凡事都是相对的，从不同角度看会有不同的结果”。尽管这堂课所传授的物理知识，这位学生已经遗忘殆尽，但通过有关知识的学习而凝炼成的思想、方法等，却在他的心里铭刻上深深的印记。从这个意义上说，二十多年前的这堂物理课，对他不也是极有价值的吗？学生从高中毕业后，他们中的大多数可能将告别物理，所学的物理知识终究会被忘记，到那时再回头审视一下：物理教学留给他们的还有些什么呢？如果在他们的身上，体现不出物理所给予的才智与启迪，那将是物理教学的失败。由此看来，具体的知识通常只是作为教学的载体，在知识的背后还有更多值得我们去追求的东西。正如我国资深科学家钱伟长教授说的：“我在大学里学的是物理学，……. 以物理学为对象我学到了调查研究，收集资料，分析资料和逻辑思维的能力，物理学的知识有时是很有用的，但通过物理学学到的这些能力，比物理学知识更有用。”钱老在读书时就是通过“物理学”这个载体，获得了很多比物理知识更重要的能力。所以，那种将物理教学等同于物理知识教学的看法是偏面的，而以“知识本位”来确立物理教学目标取向的做法同样是短视的。 随着教学实践的深入，教师一般都会对自己所任教的学科日臻熟悉，从而格外钟爱。可能是受了这种职业情感的影响，我还一度把物理教学的目标，定位于“将尽可能多的学生培养成为物理学家或物理工作者”。尤其是当我从农村普通中学调入重点高中，面对的是一个个聪颖好学的学生时，这种愿望愈显强烈。但我不久就发现，其它学科的教师大概也出于各自的职业偏好，都对学生有着与我类似的期望。这样一来，大家自扫门前雪，各唱各的调，没能将各学科的分力凝聚成一股合力，实际效果当然就差强人意了。尤其令我沮丧的是，班上那些物理学习优秀的“得意门生”，日后直接从事物理专业的竟然也少之又少。正当我陷于迷惘之时，复旦大学原校长杨福家先生的一则事例给了自己极大的启迪。当年复旦大学曾对核物理专业的毕业生的去向做过一次调查，结果发现，只有不到十分之一的学生毕业后从事与核物理有关的工作，其余的都纷纷改行，活跃在金融、企业或行政等岗位上。对此，多数人都断言这是物理系的失败，而杨福家却认为这正是“复旦”的成功。因为，通过这四年本科的物理教育，使学生具备了良好的素质，为他们今后的发展打下了坚实的基础，于是毕业后都能很快适应各种不同领域的工作。这也印证了赵凯华先生的话：“一个人学了物理之后干什么都可以，他的物理没有白学。在我看来，对于学物理的人无所谓‘改行’……。” 经过上述曲折的认识历程，使我逐渐看清了物理教学最终目标的聚焦点，既不在知识的本位上，也不在学科的本位上，而应该落实在我们的教育对象——学生的本位上。 对于“为什么教物理”这个问题，也可以反过来设问：“如果我们不教物理，学生不学物理，将会对他们今后的发展留下那些缺憾？”一种显而易见的回答是，学生将因此学不到许多重要的物理知识。这话没错，但不够全面。因为除此之外，学生还将失去更为重要的，有关科学方法、科学精神等方面的培养与熏陶，从而最终影响他们的科学素养的提高。当前，物理已经深入到社会的方方面面，成为每一位有教养的公民都必须懂得的知识。对于大多数学生来说，他今天学习物理的目的，恐怕不是为了明天去进一步研究物理，而是有助于他去面对或决策所遇到的大量非物理的问题，为他们今后一生的文明、健康，高质量的生活奠定基础。正如《面向全体美国人的科学》一书中所说的：“教育的最高目标是为了使人们能够过一个实现自我和负责任的生活作准备。” 据此，对于“为什么教物理”这个问题，最确切的答案就是：为提高全体学生的科学素养而教。——这应该成为我们的物理教学观。 众所周知，生物基因对于生物进化有着非同小可的作用，极其细微的基因差异，往往会导致生物之间的巨大差别。受此启发，有不少社会学者正致力于寻求在人类文化传承与发展过程中，有着哪些最为核心的要素，从而提出了“文化基因”的概念，并将其定义为人类文化系统中的“遗传密码”。文化基因的核心是思维方式和价值观念。人类的进化比一般的生物进化更为复杂，它具有双重进化机制，除了生物基因进化机制外，还有文化基因进化机制。教育正是推动文化基因机制的重要途径。学校教育的要义，不只是文化现象的展示与诠释，而在于文化基因的传承和发展。物理教育当然也不例外。什么，蕴含在物理教学中的“文化基因”究竟有些什么呢？笔者以为主要体现为三个方面，即科学知识、科学方法和科学精神，因为这三者是构成科学素养最基本的要素。如果将科学素养比拟为一座金字塔，什么科学知识犹如塔基，科学方法就是塔身，科学精神则是塔尖。物理教学的最高宗旨，就是为了构建这座宏伟的科学素养之塔而添砖加瓦。换言之，物理教学的核心价值就在于促进学生实现三个转化：一是把人类社会积累的知识转化为学生个体的知识，使他们知识世界是什么样的，成为一个客观的人；二是把前人从事智力活动的思想方法转化为学生认识能力，使他们明白世界为什么是这样的，成为一个理性的人；三是把蕴含在知识中的观念、态度等转化为学生的行为准则，使他们懂得怎样使世界更美好，成为一个创造的人。
中国科学院紫金山天文台是国务院学位委员会批准的首批博士、硕士学位授予单位之一。据2015年12月天文台官网信息显示，共设有1个一级学科博士、硕士研究生培养点，1个工程硕士培养点，3个二级学科硕士、博士研究生培养点，并设有1个博士后科研流动站。 硕士研究生培养点（1个，一级学科）：天文学 博士研究生培养点（1个，一级学科）：天文学 硕士研究生培养点（3个，二级学科）：天体物理、天体测量和天体力学、天文技术与方法 工程硕士培养点（1个）：控制工程 博士研究生培养点（3个，二级学科）：天体物理、天体测量和天体力学、天文技术与方法 博士后科研流动站（1个）：天文学 截至2015年9月，中国科学院紫金山天文台共有在学研究生157人（其中硕士生77名、博士生80名）、在站博士后12名；先后共有八篇博士学位论文获“中国科学院优秀博士学位论文奖”。2015年，中国科学院紫金山天文台研究生中获院长特别奖1名，院长优秀奖1名，院、分院类冠名奖5名，有1篇博士生论文获得中科院优博论文，1篇硕士论文获江苏省优硕论文。 中国科学院优秀博士学位论文奖（8篇，不全）序号获奖者论文题目指导人年份1陈果系外凌星热型类木星大气的地面观测研究王红池20152任远太赫兹量子级联激光器与超导热电子混频器特性及集成技术研究史生才20143宿英娜太阳双带耀斑中的剪切磁场黄光力20094范一中/韦大明20085王红池 年轻星质量外流―光学和近红外观测研究 熊大闰2005参考资料：
浩瀚的宇宙魅力无穷，它吸引着无数的科学志士为之求索探秘。千百年来，人们为了认识天体和宇宙的奥秘，不屈不挠地探求着。伟大的波兰天文学家哥白尼有一句名言：“人类的天职是勇于探索”，中国古代诗人屈原说过：“路漫漫，其修远兮，吾将上下而求索”，可见探索天文知识是人类永恒的科学主题。 天文学是人类运用所掌握的最新的物理学、化学、数学等知识以及最尖端的科学技术手段，对宇宙中的恒星、行星、星系以及其它像黑洞等天文现象进行专业研究的一门科学.它是一门集人类智慧之大成的综合系统。 天文学主要研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化。随着天文学的发展，人类的探测范围由目测的太阳、月球、天空中的星星到达了距地球约100亿光年的距离，根据尺度和规模，天文学的研究对象可以分为：行星层次，恒星层次以及整个宇宙。 天文学的一个重大课题是各类天体的起源和演化。天文学和其他学科一样，都随时同许多邻近科学互相借鉴，互相渗透。天文观测手段的每一次发展，又都给应用科学带来了有益的东西。 天文学的研究对于我们的生活有很大的实际意义，对于人类的自然观有很大的影响。古代的天文学家通过观测太阳、月球和其他一些天体及天象，确定了时间、方向和历法。这也是天体测量学的开端。如果从人类观测天体，记录天象算起，天文学的历史至少已经有5、6千年了。天文学在人类早期的文明史中，占有非常重要的地位。埃及的金字塔、欧洲的巨石阵都是很著名的史前天文遗址。哥白尼的日心说曾经使自然科学从神学中解放出来；康德和拉普拉斯关于太阳系起源的星云说，在十八世纪形而上学的自然观上打开了第一个缺口。 牛顿力学的出现，核能的发现等对人类文明起重要作用的事件都和天文研究有密切的联系。当前，对高能天体物理、致密星和宇宙演化的研究，能极大地推动现代科学的发展。对太阳和太阳系天体包括地球和人造卫星的研究在航天、测地、通讯导航等部门中都有许多应用。
（4）量子引力理论20世纪基础物理研究的巨大成就，当归功于相对论、量子论与引力论的建立。相对论、量子论和引力论都具有普适性，它们的普适性的一个重要体现分别表现在c、h和G这三个普适常数上。然而，三个理论是否真的具有普适性，还在于它们彼此间的相容性，广义相对论的建立证实了引力论与相对论的相容性。量子理论的发展证明，物质的各种运动形态都遵从量子化的要求，与此同时，一切相对论性场，如电磁场也应是量子化的。在场量子化研究的初期，曾出现了一系列的发散困难。在40年代末，量子化电磁场的发散困难初步通过重正化理论得以解决。发散困难的最根本解决是在60年代完成。弱电统一理论的建立，不仅解决了弱相互作用中的发散困难，而且在类似弱相互作用的框架之中，还可望在强相互作用领域解决相对论与量子论的相容性。最困难的一步就是引力论与量子论的相容，这一步骤的一个主要目标就是建立量子化的引力理论。量子引力理论的研究还起源于广义相对论的奇点问题。由彭罗塞提出，后经霍金和杰罗奇等人最终建立的奇点定理表明，在相当宽的物态条件下，引力场方程的解必定具有奇性。奇性的存在表明，广义相对论属于服从因果律的经典物理范畴，在奇点处，这一理论不再适用。有可能在考虑到引力场的量子性之后，奇性自然消失，这一猜测随后在霍金黑洞蒸发理论中得到了支持。迫使人们研究量子引力理论的第三个动机来源于大统一理论。弱电统一理论已经建成，弱电与强相互作用的大统一理论正是当前的热门课题，研究过程表明，必须同时考虑到它们与引力作用的统一，而这一统一的实质就是建立量子引力理论。经典物理学的理论框架是建立在因果律的基础上的，经典物理学依赖于物理定律和它相应的边界条件，然而当问题涉及到奇点，而这个奇点又不是数学或模型的缺陷由人为造成的时，奇点很难消除，又很难给出合理的边界条件，这就迫使人们必须重新考虑原有的理论。沿着膨胀和暴涨的宇宙反向历程，应用经典宇宙学所给出的框架，回溯宇宙在暴涨之前的状态，很自然地会得到宇宙的尺度将趋于零。这意味着，引力场的强度以及物质场的能量密度将趋于无限大，宇宙是从一个奇点演化而来的，而这个奇点并非由于模型的缺陷人为引起的。早在60年代，彭罗塞和霍金就曾利用整体微分几何证明过①，奇点不仅是高度对称的，而且是广义相对论的必然产物。这意味着，在广义相对论的理论框架之中，不可能找到解决奇点的方案，或者说，尽管广义相对论揭示了时空的引力弯曲，但它对于极高曲率的空间并不适用。量子论的鼻祖普朗克很早就主张，应在所有的自然力之间建立联系。1899年，他首先提出了“普朗克长度”这一普适的这一最小长度Lp，以后又陆续提出了“普朗克时间”tp、“普朗克温度”Tp与“普朗克质量”Mp，它们分别为Lp=(hG/c3）1/2=4.05×10-33cm, tp=(hG/c5)1/2=1.35×10-43s,Mp=(hc/G)1/2=5.45×10-5g，Tp=(hc5/k2G)1/2=3.56×1032K。由于h、c和G三个常量都是相对论不变量，以它们为基准的普朗克自然单位将是不变和唯一的，这一点具有深刻意义。审查上述量的大小不难看出，温度Tp极高，甚至比宇宙大爆炸时刻的温度还高，长度Lp、时间tp却极小，质量Mp也不很大，虽然这些值都是实验室条件下无法得到的，它们却使人们想到，在暴涨之前的宇宙这些是否是可以接近的尺度，因此，应该由一个量子化的广义相对论取代经典广义相对论。本世纪初，量子力学诞生之后，量子力学原理首先用于解释微小系统——原子结构方面的困难，确立了薛定谔方程，同时也得到了有关原子特征的一系列量子力学描述。本世纪60年代以来，当人们试图用量子力学解释巨大的体系——宇宙结构时，却发现它们之间有着惊人的相似①。首先，在具有电磁作用的质子与电子微小体系中，重要自由度r（t）在趋于零时，产生奇点的经典困难，而在具有引力作用的大物质体系中，重要自由度标度因子R（t）在趋于零时，也产生奇点的经典困难；微小电磁体系具有玻尔半径10-8cm的量子长度，而引力作用体系则具有普朗克长度10-33cm的量子长度；微小体系服从薛定谔方程的动力学规律，而引力体系则有惠勒-德维特方程。关于这两个体系间的相似与联系，近年来的研究又有了新的进展。本世纪60～70年代，德维特(DeWitt,B.S.)、米斯纳(Misner,C.W.)和惠勒等人在量子宇宙学方面做出了重要的基础性工作，他们建立了描述宇宙量子特征的惠勒-德维特方程，然而求解这个方程却面临边界条件的确立。因为最初宇宙究竟处于什么状态仍然不能确定。D、宇宙学的进展在物理学研究深入发展的同时，人们也在力求对时空大尺度上，即从整体上认识宇宙。宇宙的起源、结构和演化都是人们关心的课题。物理学与高科技的结合，创造了口径相当于25米的巨型光学望远望、空间X射线和红外线望远镜以及地域甚大的天线阵列射电望远镜，这不仅使人们观测宇宙的窗口从红外、可见光一直延伸到X射线和γ射线整个波段，还使观测宇宙的时空尺度伸展到了170亿光年。如今，在人类面前，已展现出一幅生动壮丽的宇宙画面。以现代高能粒子物理与广义相对论为基础建立起来的理论宇宙学，已能从理论上描述出从原始火球大爆炸，到星系形成和演化的整个过程。大爆炸模型已经由现代天文学的观测，如河外星系谱线红移、3K微波背景辐射以及氦丰度等得到了一定的证实。与此同时，在解决这一模型自身的问题，如视界问题、平坦性问题和磁单极问题等的过程中，与高能物理真空相变理论相结合，又发展成更为完善的暴胀宇宙模型。虽然具有暴胀机制的大爆炸模型为宇宙学的发展奠定了基础，然而随着量子引力理论的发展，有关量子宇宙学的一系列更深层次的问题，如宇宙时空拓扑结构、基本耦合常数的真空参数问题、宇宙常数的动力学解释等，又引起了更新一轮的激烈争论。这场理论研究的重要进展的源头，即把世人的目光从一般天体引向宇宙整体的就是哈勃定律的建立。1.哈勃定律与膨胀的宇宙研究表明，宇宙的年龄、演变及结局，在很大的程度上决定于它的膨胀速率。对宇宙膨胀的观测大体分成两个方面，这就是测定星系的运动速率与测定地球到星系的距离。前者关系到宇宙的形成模型及有关理论的发展，而后者则是估算天体亮度、质量和大小的重要依据，然而无论哪一种，都取决于哈勃常数的测量。哈勃常数已成为近代宇宙学中最重要的基本常数之一。20世纪初，几台口径1米的大型望远镜陆续建造成功，它们为河外星系的系统观测创造了条件。美国天文学家哈勃(Hubble,EdwinPowell1889～1953)在这种条件下，为现代天文学与宇宙学做出了重要的贡献。哈勃1910年毕业于芝加哥大学天文学系，后到英国牛津大学读书，在那里获得法律学硕士学位。1914年至1917年在耶基斯天文台攻读天文学博士学位。第一次世界大战期间，曾在法国服役，战后在威尔逊山天文台从事星系的观测研究。当时的威尔逊山天文台已建成100英寸的天文望远镜。利用这台望远镜，哈勃把观测的目标集中在他所称的“一片片的亮雾”之上，这就是星云。与哈勃同时代的一些天文学家也在对这些星云做了大量的观测工作，例如在里克天文台工作的美国天文学家柯蒂斯(Curtis,HeberDoust1872～1942)致力于河外星系的研究，他借助对新星的观测及利用星系角大小估算距离，认为所观测到的绝大部分星云都属于河外星系。热衷于星系观测与研究的还有美国天文学家沙普利(Shap-ley,Harlow1885～1972)，他曾任美国哈佛大学天文台台长，1915～1920年间，曾用威尔逊山天文台100英寸望远镜研究旋涡星云，他利用勒维特(Leavitt,HenriettaSwan1868～1921)发现的造父变星作为量天尺，确定了这些星云的距离，认为它们大约距太阳5万光年左右，应该属于银河系，因此将银河系的尺度扩展到原有的3倍。沙普利还第一个提出，太阳系不处在银河系的中心，虽然他把太阳从银河系的中心地位赶了下来，却又把银河系放到了宇宙的中心之上。柯蒂斯的看法则不同，他认为宇宙中充满着大量的像银河系那样的恒星系统。1920年，在美国国家科学院，柯蒂斯与沙普利的两种不同观点正式交锋，虽然在这场论战中柯蒂斯占了上风，却并未有得出公认一致的结论，直到三年后，哈勃给出的观测事实，才使上述论战有了决定性的结果。1923年，威尔逊山天文台建成了2.5米口径的天文望远镜，哈勃利用它在仙女座星云外缘找到一颗造父变星，根据其光变周期与光度之间的关系，他推断出该星的距离为15万秒差距（实际为80万秒差距），比沙普利的银河系要大得多。这表明，仙女座大星云是一个河外星系，从而结束了河外天体是否存在的辩论，使天文学家的研究领域迈出了银河系。与哈勃同时代的另一位天文学家斯里弗(Slipher,VestoMelvin 1875～1969)也对星云研究感兴趣。他对星系光谱做了大量的观测。1921年，他首先把多普勒-斐索效应用于仙女座大星云，发现所观测到的星系光谱波长大多比实验室观测到的要长，这表明，这些星云都在远离地球退行，其退行速度大大地高于恒星的视向速度。 1929年，在同行们研究成果的基础上，哈勃仅以24个已知距离星系的观测资料为依据，做出了速率-距离的关系图。图中显示速率与距离值成正比，即vr=H0r，vr为星系对银河系的视向速率，上式即为哈勃定律，式中的常数H0就是哈勃常数，由这一常数得到的宇宙年龄H0-1=1.84×108年，该值恰与当时用散射方法观察到的地壳中古老岩石年龄1.8×108年惊人地一致，哈勃的结果，很快地得到认同。哈勃的这一结果，不仅证明了整个宇宙处于膨胀之中，而且这种膨胀速度与距离r成正比，因而既是处处没有中心又是处处为中心的。为了扩展观测的范围，需要能观测到更为遥远星系团中的星系。由于工作量的骤增，哈勃开始与赫马逊(Huma-son,MiltonLaSalle1891～1972)合作。哈勃负责测量星系的亮度，赫马逊负责测量红移量。赫马逊并非科班出身，最初只是威尔逊山天文台的一位看门人，工作之便使他热爱上了天文学，在为别人假期代班的天文观测中，显示了他出众的才华和娴熟的观测技巧，不久即正式投入天文学研究。在哈勃去世后，他继续了哈勃的天文观测事业，1956年，他又与其他人合作，利用观测到的资料，改进了哈勃定律，因而与勒梅特和盖莫夫的大爆炸理论取得了一致。2.哈勃常数值修正的三次高潮从原理上看，似乎哈勃常数的测定是简单的，即只要测出星系距离与退行速率，即可由哈勃定律得到哈勃常数。然而在实际上并非如此，星系的速率可以直接从谱线红移获得，可是距离的测量却是既困难又复杂的。对于1000万光年以内附近星系的距离，天文学家们的测量结果都比较一致，这种测量以造父变星为量天尺进行。1908年，在哈佛天文台工作的勒维特在南非观测时发现，造父变星的亮度周期性变化，光变周期越长，平均亮度也越大。这一发现具有不寻常的意义，因为观察亮度变化的整个过程，就可以得到光变周期和视亮度，随后即可计算得到它的绝对亮度。再根据距离加大，视亮度递减的关系，即可由绝对亮度与视亮度之比，确定造父变星的距离。因此，把造父变星作为量天尺，利用三角视差法，逐步扩大测量范围，不仅可以量出银河系的大小，还能测量出各河外星系的大小和距离。在20年代，哈勃用造父变星证实了银河系以外还存在有其它星系以后，从30年代到50年代，哈勃与桑德奇（Sandage，Allen Rex 1926～）等人，又在附近星系中寻找更多的造父变星以确立更新的量天尺，为此做了大量的工作。他们成功地测量了十几个星系的距离，改进了确定哈勃常数的基础。最初的哈勃常数值为H0=550千米/秒/百万秒差距（以下单位略）。1936年，考虑到星际消光因素，哈勃常数被修定为H0=526。在最初，这一数值被认为是准确的，因为按H0-1得到的宇宙年龄恰好与当时的地质观测结果相一致。二战之后，利用造父变星为量天尺，使哈勃常数逐渐得到了修正。1952年，在威尔逊山帕洛马文天台工作的旅美德国天文学家巴德（Baade，Walter 1893～1960）掀起了哈勃常数修正的第一个高潮。这次高潮是由修改量天尺引起的。此时，帕洛马天文台5米口径天文望远镜建成并开始运转。巴德利用他的精确而系统的测量，不仅在仙女星座中找到了300个以上的造父变星，而且还发现恒星分为两种星族，每一星族都有自己的造父变星，它们只适用于附近星系，而原有哈勃定律所针对的则都是建立在第一星族基础上的造父变星。随着对造父变星周光曲线的修定，随着观测尺度的加大，必须更换原有哈勃常数测定中的量天尺。经巴德计算，遥远星系的距离比原来的估计值增加了一倍，哈勃常数将比原来减小一倍。1952年，巴德在罗马举行的第8届国际天文学大会上，宣布了他的结果，H0=260。哈勃常数修正的第二个高潮由哈勃的接班人桑德奇掀起。桑德奇是一位著名的实测天文学家，从1956年开始，他在帕洛马天文台对哈勃常数进行了系统的测量工作。在几年的时间内，他得到了600多个星系的数据，最大的红移量值达到Z=0.202，所得到的哈勃常数值为H0=180。在此基础上，桑德奇又对哈勃常数做了进一步的修正，他们再度更换量天尺并把观测范围进一步加大，此时原有确定距离的方法已不再适用，因为当星系距离达到了几百万秒差距时，望远镜已无法区分星系中单个的星，必须寻找代替造父变星做为新距离标准的“指示体”。他们通过天体的绝对星等和视星等的关系，先确定指示体的距离，再由指示体确定星系距离。他们认为能作为距离指示体的有，造父变星、HⅡ区、球状星云、超新星和椭圆星系等。1961年，桑德奇在美国伯克利召开的国际天文学大会上宣布，总估各种测量结果，哈勃常数值应在75与113之间，最或然值为H=98±15，一般可取为100。这一结果表明，宇宙的尺度要比人们早期预期结果远大得多。进入70年代以来，哈勃常数的测定日益受到天文学家们的重视，对它的测量方法也更加系统，测量的精度也日益提高，因而形成了哈勃常数修正的第三次高潮。然而，这次修正高潮之后，局面却日益复杂化。哈勃常数的各次测量值越来越多地接近高低两个值上。桑德奇和他的合作者塔曼得到的值是50，而德克萨斯大学的德瓦科列尔（de Vaucouleurs）的结果却是100，两个值的测量方法都是以造父变星为起点，其后选用不同距离的指示体进行的，结果竟然相差一倍，不仅出现了哈勃常数纷争的局面，也使人们在实际运算中，出现了任意选择的局面，有人选取50，有人选取100，还有人选择平均值75，虽然这些值的选取都具有权威性，但是仍无法最后判定哪一个最准确。目前，对哈勃常数做出裁决为时尚早，但是，从其它方面得到的佐证中，仍然可以提出带有倾向性的意见。根据哈勃常数值，宇宙的哈勃年龄应为t0=19.7×109年和t9=9.8×109年。然而宇宙的年龄还有其它的估算方法。一种方法是测量矿石中放射性元素的含量，根据其半衰期加以估算。对各种放射性元素综合测量的结果，所给出的宇宙年龄是1×1010另一种较为有效的方法是测定球状星团的年龄。根据球状星团的赫罗图，得出它们的年龄在（10～20）×1010综合这些从不同角度得到的估算结果，宇宙的年龄不超过200亿年，这表明取小值哈勃常数更符合实际。由于哈勃常数已成为近代宇宙学中最重要也最基本的常数之一，近年来，对它的研究已成为十分活跃的课题。正式发表的有关哈勃常数的论文已有数百篇。1989年，著名天体物理学家范登堡（Van den Bergh）为天文学和天体物理评论杂志撰写了一篇权威性论文①，它综述了截止到80年代末所有关于哈勃常数的测量和研究结果，最后认为，哈勃常数的取值应为H0=67±8。3．多余天线温度的发现1963年初，在贝尔实验室工作的年青物理学家彭齐亚斯（Penzias，Arno Allan 1933～）和射电天文学家威尔逊（Wilson，Robert Woodrow 1936～）合作，测量银河系内高纬星系的银晕辐射。他们所使用的射电望远镜原是用于接收人造卫星“回声号”回波用的大喇叭口天线加辐射计制成。他们还采用了当时噪音最低的红宝石行波微波激射器，并利用液氦致冷的波导管作为参考噪音源，因为它能产生功率确定的噪音以作为噪音的基准，使噪音的功率可以用等效的温度表示。由于当时的手头正好有一台7.35cm的红宝石行波微波激射器，他们就先在7cm波段上开始了天线的测试工作。彭齐亚斯和威尔逊的测量结果①表明，天线的等效温度约为6.7±0.3K，天线自身的温度为3.2±0.7K，其中大气贡献为2.3±0.3K，天线自身欧姆损耗和背瓣响应的贡献约为1K，扣除这些因素，最后得到，天线存在有多余噪音，它的等效温度约为3.5±1K。尽管他们采用了各种措施，把各种估计到的噪音来源尽量消除，这个多余噪音的等效温度值依然存在，它不仅稳定，而且均匀无偏振，在任何方向都能接收到。彭齐亚斯和威尔逊观测到天线多余噪音温度现象，带有一定的偶然性，因为实验并没有在理论的预言或指导下进行。然而可贵的是，他们重视观测的结果，忠实于原始资料，不但没有轻易放弃偶然观测到的现象，反而抓住它们一追到底。并想方设法挖掘观测事实背后的意义，这就使他们能不失时机地做出重大发现。在这一成功之中，更难能可贵的是贝尔实验室对实验工作的支持。这一当今最大的工业实验室，拥有数千名才华出众的科技工作者，他们在进行电话、电报技术发展与开发业务的同时，始终重视基础科学，特别是基础物理学的研究工作。它在世界通讯事业中起着中流砥柱的作用，在物理学的研究中，也取得了许多令世人瞩目的成果，例如，在天体物理学方面，1931年，贝尔实验室的电信工程师央斯基（Jansky，Kart Guthe 1905～1950）首先发现了来自银心的周期性噪音射电辐射，从此开创了射电天文学的新领域。这次彭齐亚斯与威尔逊的观测是贝尔实验室与国家射电天文观测台合作进行，贝尔实验室远见卓识地从人力、设备与资金上给予了大力支持，提供了当时世界一流的灵敏毫米波谱线射电望远镜、热电子辐射计、液氦致冷参照噪音源，为实验的成功起到了至关重要的作用。4．宇宙微波背景辐射的证实在与彭齐亚斯、威尔逊实验观测的同时，另一些人也在对同一目标搜寻着。他们是以迪克（Dicke，Robert Henry 1916～）为首的普林斯顿大学的一个研究小组，正在开展一项有关宇宙学的探索性研究。1941年，迪克从罗彻斯特大学获得博士学位。1946年前，他在普林斯顿大学物理系执教。迪克成名于他的一项重要成果——标量-张量场论的提出①。这一理论与爱因斯坦的引力理论并驾齐驱，也能成功地解释引力研究中的一些观测现象，以致在引力场研究中，谁是谁非还一时难见分晓。在60年代，随着宇宙学研究的兴起，迪克对伽莫夫的宇宙原始大爆炸理论产生了浓厚的兴趣。他曾设想，至今宇宙应残存有大爆炸的遗迹，例如宇宙早期炽热高密时期残留的某种辐射。他与他的合作者认为，这种辐射有可能是一种可观测到的射电波②。迪克建议罗尔（Roll，P.G.）和威尔金森（Wilkinson，D.T.）进行观测，还建议皮布尔斯（Peebles，P.J.E.）对此进行理论分析。皮布尔斯等人在1965年3月所发表的论文中①明确指出，残存的辐射是一种可观测的微波辐射。叙述了极早期宇宙中重元素分解后，轻元素重新产生的图景。皮布尔斯后来在霍普金斯大学做过的一次学术报告中，也阐明了这个想法。1965年，彭齐亚斯在给麻省理工学院射电天文学家伯克（Burke，B.）的电话中，告之他们难以解释的多余天线噪音，伯克立即想起了在卡内基研究所工作的一个同事特纳（Turner，K.）曾提到过的皮布尔斯的那次演讲，就建议彭齐亚斯与迪克小组联系。就这样，实验上和理论上的两大发现由此汇合并推动事态迅速地发展起来。先是彭齐亚斯与迪克通了电话，随即迪克寄来一份皮布尔斯等人论文的预印本，接着迪克及其同事访问了彭齐亚斯和威尔逊的实验基地，他们在离普林斯顿大学只有几英里之遥的克劳福德山讨论了观测的结果之后，双方协议共同在《天体物理学》杂志上发表了两篇简报，一篇是迪克小组的理论文章《宇宙黑体辐射》②，另一篇是彭齐亚斯与威尔逊的实验报导《在4080MHz处天线多余温度的测量》③，虽然后一篇论文考虑到自己尚未在宇宙论方面做出什么工作，出于慎重，论文并未涉及背景辐射宇宙起源的理论，只是提到“所观察到的多余噪音温度的一种可能解释，由本期Dicke、Peebles、Roll和Wikinson所写的另一篇简讯中给出”，但是，两篇论文分别从理论与实验的不同角度表述的研究成果竟如此珠联璧合，不能不令人惊叹。两篇论文发表后，引起了极大的反响。人们意识到，如果能给出天线多余温度确实来自宇宙背景辐射的证明，这个成果对宇宙学的发展的影响将是不可估量的。根据理论分析，早期宇宙极热状态下的光辐射是处于热平衡状态下的，它应具有各向同性且热辐射能量密度分布遵守普朗克定律等特点。随着宇宙的热膨胀，宇宙逐渐冷却，残存的光辐射谱仍应保持普朗克分布。彭齐亚斯与威尔逊所检验到的辐射是否遵从这一分布，应是检验天线多余温度是否来源于宇宙背景辐射的一项重要标准。从1965年到70年代的中期的近十年时间里，不少研究小组相继完成了各种测试。迪克小组在3.2cm波段上得到了3.0±0.5K，夏克斯哈夫特和赫威尔在20.7cm上测得2.8±0.6K，彭齐亚斯和威尔逊在21.1cm上测得3.2±0.1K。然而3K黑体辐射的峰值应在0.1cm附近，为取得0.1cm附近的测量值，康奈尔大学的火箭小组和麻省理工学院的气球小组的高空观测结果是，在远红外区有相当于3K的黑体辐射。加州大学伯克利分校的伍迪小组用高空气球测出，在0.25cm到0.06cm波段，有2.99K的黑体辐射。至此，实验结果与理论已得到极好的符合，彭齐亚斯和威尔逊观测到的多余天线温度确实是宇宙微波背景辐射，这种辐射在宇宙各处的各向同性、无偏振、具有大约3K的黑体谱。这项成果对宇宙学的研究具有重大意义，为此，彭齐亚斯和威尔逊获得了1978年诺贝尔物理学奖。
从物理学专业本科毕业论文所涉及的研究领域来看，又可以将其分为物理学理论、电子技术、计算机和应用物理四大类。A、物理学理论方向的毕业论文内容：力学、声学、数学物理、物理学与交叉学科、引力与天体物理、原子与分子和团簇物理、凝聚态物理、量子物理、场论与粒子物理、等离子体物理、光学、核物理、化学物理、统计物理、物理学史、综合等。B、电子技术：物理实验、电路的设计、传感器、C、计算机技术：多媒体技术、数据库等。D、应用物理：①材料科学：纳米材料技术、生物医学材料、薄膜材料以及新型高性能结构材料等；材料的先进合成、制造、加工的理论与新方法，材料组分、结构与性能的设计理论；结构、性能控制、材料的环境效应和寿命的评价理论；分子、纳米及微观尺度下的材料科学理论。②信息科学：高速信息网络体系结构与安全性的基础理论；微(纳)米电子学与分子电子学基础与半导体集成系统；光子、光电子集成与光子学基础；以感觉系统、神经系统、免疫系统以及系统生物学仿生和建模的生物信息系统。从分子层次着手设计的具有半导体、超导、吸氢、吸波、非线性光学等特殊功能的光、电、磁和力学纳米功能材料。③传感器技术。④测量与仪器。
药剂学的毕业论文
一段充实而忙碌的大学生活即将结束，我们都知道毕业前要通过毕业论文，毕业论文是一种有准备、有计划的检验大学学习成果的形式，写毕业论文需要注意哪些格式呢？下面是我收集整理的药剂学的毕业论文，仅供参考，大家一起来看看吧。
[摘要]
近年来，微生物在药学研究中被广泛应用，展现出良好的发展前景。通过查阅相关的医学文献资料，了解到微生物与药学之间有密切的关系，通过对微生物进行转化和发酵，将其应用到药学研究及生产工作中，展现出微生物在药学中的应用价值及广阔的发展前景。
[关键词]
微生物；药学；发酵
一、微生物与药学的关系
（1）微生物与药学存在着密切的关系，许多抗生素是微生物的代谢产物或合成的类似物，在小剂量情况下，能够有效抑制微生物的存活及生长，不会对宿主产生严重的毒性。在临床应用过程中，抗生素起到了抑制病原菌生长的目的，被广泛应用于细菌感染性疾病的治疗中。除了具备抗感染作用外，一些抗生素自身还具备较强的抗肿瘤活性，被应用于肿瘤化学治疗中。
（2）微生物在医药卫生方面被广泛应用，维生素及辅酶被大量应用。
（3）近年来，人们在微生物学检验的.基础上加大了对药品卫生行业的
关注力量，加大对药品卫生质量进行控制。
（4）药品及生物制剂被广泛应用于生物工程技术生产中，采用工程菌生产胰岛素、生长因子及干扰素等[1]。
二、微生物在药学中的应用
（一）微生物转化在药学中的应用
1、在手性药物合成中的应用
不同的化合物光学活性不同，自身展现出了不同的生物学活性。现阶段，手性药物拥有广阔的发展前景，拆分及不对称合成手性药物成为热点研究问题。在生物体系中，酶展现出了高度的立体选择性，通过利用及筛选微生物或酶的过程，能够产生活性较高及立体结构专一的化合物，是一种可行性和有效性较高的方法。例如，将氯—酮丁酸甲酯及乙酯作为底物，将酮基还原为羟基时，展现出较高的立体选择性。通过生物转化的过程，不仅能够得到立体结构专一的手性化合物，同时也完成了对手性化合物的拆分。微生物转化中的合成手性化合物被广泛应用于制药工业中。
2、在药物代谢中的应用
药物在动物体内代谢是较为复杂的过程，展现出生物学活性功能，会生成有毒性的气体和不良反应的产物，在药学中占有重要位置。现阶段，微生物转化主要是利用产生的代谢产物，将其作为制备代谢产物的标准样品，应用在鉴别哺乳动物代谢产物中，完成对毒理学及药理学的研究。甾体羟基化在哺乳动物体内展现出了较强的生理学特性，是引发外源性甾体药物中毒的主要原因，转化成的相关模型是哺乳动物代谢有用信息的来源，产生的代谢产物对人类的孕激素受体具有较强的亲和能力，对人的糖皮质激素及盐皮质激素受体产生了一定的亲和性，对雄性激素产生了较弱的亲和性。黄腐酚作为一种化合物，被广泛应用于骨质疏松治疗中，通过利用真菌模型来寻找哺乳动物产生的代谢产物，为代谢产物及黄腐酚在哺乳动物体内的生物学活性研究提供了方向。
3、在天然药物中的应用
天然活性药物自身具有资源有限、含量低、结构复杂等特点，增加了药物的开发难度，利用生物转化方法合成有活性的天然产物，为开发新药提供了有效途径。羟基喜树碱是从自然植物中分离和提取出来的，毒性较低，拥有良好的治疗效果，被广泛应用于抗癌治疗中。主要是利用微生物对喜树碱来完成转化。青蒿素具有溶解度低、复燃性高等特点，是一种有效的抗疟药物。加大对其结构的改造，寻找合适的青蒿素衍生物，成为现阶段的重点研究课题。通过微生物转化方法，能够快速寻找到新的青蒿素衍生物[2]。
（二）微生物发酵在药学中的应用
近年来，微生物学基础理论及实验技术发现迅速，微生物学的应用范围越来越广阔。主要是利用微生物发酵来制备各种药物，在医药领域形成了一门独立的微生物药物学科。目前，医学上常见的微生物发酵制品有维生素、抗生素、氨基酸及酶抑制剂等。
生物发酵工艺多种多样，包括菌种的选育、培养及培植。培植出合适的菌种，是发酵工程的前提，菌种需要从自然界中找，但是该种方法寻找到的菌种产量相对较低。到了20世纪40年代，微生物学家开始使用激光、紫外线及化学诱变剂等处理方法来寻找菌种，使筛选出来的菌种更加优良，科学家通过构建工程菌，对其进行发酵，生产出一般微生物不能生产出来的产品。医用抗生素自身的特点包括：
（1）差异独立较大。差异毒力由抗生素的作用机制所决定，被广泛应用于临床抗感染中，抗生素的差异毒力越大，临床应用效果越好。
（2）抗菌活性强。抗生素自身展现出了杀灭微生物及药物抑制等能力，极微量的抗生素就能够展现出抗菌活性作用，抗生素的抗菌活性强弱主要是运用最低抑菌浓度来衡量，最低抑菌浓度是指抗生素能抑制微生物生长的最低浓度，值越小，说明抗生素作用越强。
（3）不良反应及副作用小。抗生素在使用过程中，对人体的毒性较小，对病原菌具有较强的杀伤力，这主要是针对理想的抗生素，一般的抗生素都或多或少会对人体产生一些不良反应及副作用。
综上所述，本文通过对微生物与药学的关系，微生物转化及发酵在药学中的应用进行分析，印证了微生物在药学中的应用可行性及应用价值。因此，制药行业在未来的发展中，需要进一步对微生物进行研究和分析，了解微生物内存在的药学价值，促使其在药学中的价值最大化，提升药物工业生产效果。
参考文献：
[1]张孝林，马世堂，俞浩.浅谈药学专业《微生物学》教学中创新型应用人才培养[J].中国科技信息，2012（7）：229.
[2]任春萍.抗微生物药物的临床应用调查结果分析与药学研究[J].中国医药指南，2015，13（18）：143-145.
给你一篇作参考；采撷中西之长 振兴民族药业 ——中药现状及前景思考 摘要：本文指出，在制药业面临机遇与挑战的今天，中药也迎来了发展的春天。但是，真正要实现中药的现代化和产业化，振兴民族药业，在研发、生产、销售及文化普及方面还有很长的路要走。与国际接轨，在国际医药市场激烈的竞争中立于不败之地，更是任重而道远。然而，总结经验，吸取教训，灵活运用中西方的优势，民族药业的瑰丽画卷即将展开。 关键词：中药 中药现代化及产业化 文化 目录 1.中药现状及前景概述 2.中药现代化及产业化对制药行业的要求 2.1中药现代化及产业化对研发的要求 2.2中药现代化及产业化对生产的要求 2.3中药现代化及产业化对销售的要求 3.中药发展对文化的要求 3.1中药发展对企业的要求 3.2中药发展对人才的要求 3.3中药发展对社境环境的要求 4.中药的知识产权保护 2006年6月，我获得了选择药大的机会 2006年7月，我有幸被药大录取 2006年9月，我终于踏上了药大的土地 2006年12月，我坐在了《药学概论》的课堂上， 第一次系统而全面地接触药学 2006年底，我奋笔疾书，笔尖开始流淌那似有似无的药香 身为炎黄子孙，我为祖先留下的瑰宝感到无比骄傲 身为药大人，我为学校完备的学科设置感到无比自豪 1. 中药现状及前景概述 随着科学技术的发展与人类保健事业需求的增长，药品已成为一类供人们防病治病与提高生活 质量并还不段“推陈出新”的特殊药品。作为“朝阳产业”的理论基础，药学的前景毫无疑问是光明的。 作为祖先留给我们后人的宝贵财富，中药曾经为中华民族的繁衍昌盛及世界民族医药学的发展作出了重大贡献，现在也必将发挥它的巨大作用和价值。中药在疑难病症的治疗上所获得的成果令人惊讶不已，诸如神经系统疾病、微循环系统疾病、糖尿病及并发症、恶性肿瘤、肝炎、爱滋病、老年性痴呆等均转向从天然药物、民族药物和传统药物中寻找出路。在全球制药市场的兼并收购中，中药题材也开始崛起。随着人们在使用化学药物的过程中发现其副作用逐渐增多，西方近来又回过来用含有全部有效成分的生药制剂，模仿天然有效成分，以克服副作用。在西药已走到穷途末路的时候，中药是否可以“柳暗花明又一村”，为制药业带来一线生机？作为中华文明的传承者，我们有义务发扬传统文化；作为世界公民，我们有责任造福人类。 但是，目前中药在国际医药市场激烈的竞争中还处于劣势。要改变这种现状，我们还有很长的路要走。 2.中药现代化及产业化对制药行业的要求 2.1中药现代化及产业化对研发的要求 研发是制药业保持活力的关键之所在。 作为传统瑰宝,古人给我们留下了大量文献及技艺，我们必须善于发掘利用，从中汲取智慧和灵感。同时，随着现代化进程的推进和加快，我们应该采取必要措施，抢救性保护散落在民间的经典药方，加以研究。总之，我们必须打破封闭的理论体系，不拘泥于中医理论，在中药研究中注重中西医结合，注重现代医学方法和生物技术的应用，进行创新。 中药仅仅是一种载体，我们要通过现代药学的一系列新理论、新方法、新技术，如受体学说、免疫理论、光谱与色谱技术、生物技术、分子生物学等，以中药为蓝本，研发新药。 同时，必须加大研发投入，实现研发经费和利润的良性循环。但也应该避免困扰全球制药市场稳定和高速增长的问题，即官僚作风对研发的影响。 2.2中药现代化及产业化对生产的要求 中药现代化及产业化要求出厂的药品质量可靠，为此，必须从原料、生产、检验、包装等各环节严加把关。 一方水土养育一方人。中药材在特定产区集天地之灵，能发挥出最大的药效。因此，应视具体情况对中药材实施原产地保护政策，建立和发展道地药材生产的规范基地，解决中药材质量问题，对于某些稀有药材，应当积极探索其中的有效成分，进而寻找替代品或人工合成，以便从中药角度开展研发，突破研发瓶颈。 在实际生产中，改变原始煎煮的生产状态，实现工业化生产，要求各环节质量可控，并实现现代化管理。 中药的前景在于中成药的推广。我们应在科学的原则下探究改变剂型，适应现代社会的节奏和习惯，方便消费者使用。近年来，随着中药成分提取、分离、灭菌等技术的应用，口服液、胶囊逐渐成为中药制剂的主体，有些甚至制成注射剂，不但提高了疗效，还发现了一些新作用，扩大了临床应用范围。 在生产过程中，还应注重现代工艺的运用，进行二次创新。 同时，鼓励复方生产，联合用药，以避免单一用药使病原体产生变异，出现抗药性。如现在普遍同时使用青蒿素和奎宁联合治疗疟疾。 2.3中药现代化及产业化对销售的要求 任何一件产品的成功与否，都取决于消费市场对它的认同度。中药要实现最终的腾飞，文化和产品的营销尤为重要。 首先，可以加强中药保健作用的开发，改变社会的保健观念，使社会对中药滋补品有认同感。其次，应该在全球积极推广中医药文化，改变目前中医药只在华人社会步履维艰的现状，让全世界都能因中医药而受益。同时在这种文化的普及中消除偏见，改变目前有些国家以食品标准检验进口中药的现状。再次，企业应注意创立自己的品牌，利用品牌效应打开市场。 3.中药发展对文化的要求 3.1中药发展对企业的要求 企业在振兴民族药业的道路上无疑扮演着重要的角色，也担负着重大的责任。除了上文已提到的加大研发投入，避免官僚作风影响研发之外，在自身发展的进程中，企业应当力求专业化，做好做精一类药，避免面面俱到，全而不精。 3.2中药发展对人才的要求 不管是研发、生产，还是销售，离开可人才，什么都是空谈。但是，我国现有的人才数量和质量，都与中药现代化发展的要求相距甚远，这也严重阻碍了中药事业的发展。 为此，各级相关学校应该加强中药教育，中西并重，奠定人才培养的基础。同时，必须看到当今制药的主流已从单一的化学制药转向化学－生物制药并重，因此，学校在加强化学相关学科教学的同时，应该加大生物学（尤其是植物学）、中西医基础理论等课程的深度和广度，力求毕业生有较宽的知识面和灵活的思维方式，能够担当理论创新和生产实践的重任。 3.3中药发展对社会环境的要求 中药事业的健康有序发展，离不开外部社会环境的支持。遗憾的是，由于医药行业的特殊性和专业性，大部分人对中药不了解甚至存在偏见。培育良好的社会环境，需要我们不懈的努力。 正如上文所提到的那样，在让消费者产生认同感方面，除了从保健角度切入，推广中医药文化以外，还应在全社会倡导健康的生活方式，鼓励食疗。 另外，在国外市场的推广方面，要克服文化背景和哲学思想的差异，注意到中西医在理论体系上的不同，努力让全球接受东方文化。 4.中药的知识产权保护 知识产权保护是全球制药业面临的最大问题。中国由于法制不健全，相关人员意识不强等因素，这一问题尤为突出。发展中药事业，不仅要求立法部门尽快完善相关法律，也要求相关部门加强宣传力度，使知识产权保护深入人心。 传统的总经典的，民族的才是世界的。站在这个挑战和机遇并存的时代，站在这个古典和现代交相辉映的时代，采撷中西之长，相信民族药业的腾飞就在明天！ 参考文献：药学概论，中国药科大学教务处，2005年10月