超伟大的科学发现
[attach]13239[/attach]进位制和零的概念
算筹记数摆法
进位制是一种记数方式，所以也称进位记数法，是由于计数数目的增大而产生的。逢n进一称为n进位制，例如逢十进一称为十进位制。零通常记作“0”，在数系中有重要地位。由于数目书写的需要，零被发明用来当占位用。在希腊和罗马的算术中，由于没有表示“零”这个记号而引起的模糊对科学进步是一种很大的障碍。
历史上出现过不少进位制。玛雅人使用二十进位制，巴比伦人使用六十进位制。在现代科学中起重要作用的十进位制是中国人最早使用的。
公元前5世纪，中国出现了计算工具算筹，它完全建立在十进位制的基础之上，并有了零的概念。算筹有纵、横两种布筹方法，要表示一个多位数字，像现在用阿拉伯数字记数一样，把各位的数目从左往右横列，但各位数目的筹式要纵横相间，遇零用空位。13世纪后，筹算式计数法被描摹应用于纸上，空位加框“□”，后演变为圈“○”。
公元前2500年前后，古印度出现了一种称为哈拉巴数码的铭文记数法。公元5世纪，印度数码中零的符号日益明确，并经阿拉伯人传播到欧洲。 今天的十进制通行全世界，而二进制成为电子计算机的计数系统。
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解析几何
纪念笛卡儿发明解析几何的邮票
解析几何系指借助坐标系，用代数方法研究集合对象之间的关系和性质的一门几何学分支，亦叫做坐标几何。解析几何包括平面解析几何和立体解析几何两部分。平面解析几何通过平面直角坐标系，建立点与实数对之间的一一对应关系，以及曲线与方程之间的一一对应关系，运用代数方法研究几何问题，或用几何方法研究代数问题。
17世纪以来，由于航海、天文、力学、军事、生产的发展，以及初等几何和初等代数的迅速发展，促进了解析几何的建立，并被广泛应用于数学的各个分支。
1629年，法国数学家费马（P.Fermat，1601－1665）发表《平面和立体轨迹引论》一书，这是历史上关于解析几何的最早著作。
1637年，法国数学家笛卡儿（R.Descartes，1596－1650）出版《方法论》一书，其附录《几何学》提出了今天解析几何的基本思想，后人把它作为解析几何学的起点。
在解析几何创立以前，几何与代数是彼此独立的两个分支。解析几何的建立第一次真正实现了几何方法与代数方法的结合，使形与数统一起来，这是数学发展史上的一次重大突破。作为变量数学发展的第一个决定性步骤，解析几何的建立对于微积分的诞生有着不可估量的作用。
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欧氏几何
欧几里德
欧氏几何全称欧几里德几何学。古希腊数学家欧几里德（Euclid，约公元前330－275）按照逻辑体系把几何命题整理起来，用公理法建立起演绎体系，使几何成为一门独立的、演绎的科学。
欧几里德从泰勒斯、毕达哥拉斯等希腊几何学家那里继承了丰富的几何学材料，对其加以总结，并做了许多修订和补充，在此基础上创造性地进行释疑和论证，使之条理化和系统化，在大约公元前300年，完成巨著《原本》（Elements）。《原本》是欧氏几何的奠基之作，几乎包含了现在中学所学的平面几何、立体几何的全部内容。《原本》首先列出23条定义，然后是5条公设和5条公理，在此基础上演绎地证明了465条定理，内容包括直线及圆的性质、比例论、相似形、数论、不可公度量的分类、立体几何以及穷竭法等共13篇。
《原本》是数学史上第一座理论丰碑，它最大的功绩是在数学中确立了演绎范式，这种范式要求一门学科中的每个命题必须是在它之前已建立的一些命题的逻辑结论，而所有这样推理的出发点是一些基本定义和被认为是不证自明的基本原理——公设或公理。这就是后来所谓的公理化思想。
在后人不断地努力下，欧氏几何逐步成为一个逻辑结构严谨而完善的几何体系，使数学的公理法基本形成，促进了整个数学的发展。
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概率论
骰子 概率
概率论是研究随机现象的数量规律的数学分支。
随机现象是指对所得到的结果不能预先确定的现象，大量存在于自然界和人类社会当中。概率论的起源与赌博问题有关。17世纪中叶，法国数学家帕斯卡和费马对赌博问题的研究直接推动了概率论的产生。
使概率论成为数学分支的真正奠基人是瑞士数学家伯努利（J.Bernoulli，1654－1705），他在1713年出版的《猜度术》中，建立了概率论中的第一个极限定理，即伯努利大数定律。随后，法国数学家德-莫弗（A.De Moivre，1667－1754）、拉普拉斯（P.S.Laplace，1749－1827）和俄国数学家切比雪夫（Chebyshev，1821－1894）、马尔可夫（A.A.Markov，1856－1922）、李亚普诺夫（A.M.Lyapunov，1857－1918）等人将概率论推向一个新的发展阶段。1933年，苏联数学家柯尔莫哥洛夫（А.Н.Колмого？ров，1903－1987）使概率论成为严谨的数学分支，对概率论的迅速发展起到了积极的作用。
如今，概率论的发展和应用日益广泛，促进了纯粹数学与应用数学的分化，也促进了数学向其他人文科学、社会科学的渗透。
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符号代数学
四元术 半符号代数的创立
符号代数学是运用符号进行运算的代数学。
在出现普遍适用的代数符号之前，代数学一般都是用文字来表达的，不但表达方式复杂，而且极易引发歧义，导致代数学发展的进程缓慢而曲折。从完全用文字叙述、部分使用缩写和记号、出现一些简写法，到开始使用一些现代符号，代数学在经历了一个漫长的过程后，终于迎来了符号代数学的确立。
1591年，法国数学家韦达（F.Vieta，1540-1603）的《分析方法入门》出版，标志着符号代数学的产生。他对代数学加以系统地整理，创设大量代数符号，自觉地、系统地运用字母代替数字，用辅音字母表示已知数，用元音字母表示未知数，并且引入了未知量的运算。韦达把运用符号的代数叫做“类的算术”，与此前的算术进行区分，前者是对事物类和形式进行的运算，后者是对数进行的运算，从而奠定了符号代数学的基础。
当代所使用的大多数代数符号到17世纪中叶已基本确立。
符号代数学的产生使代数学更带有普遍性，形式更抽象，应用更广泛，令代数学开始快速向前发展。
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微积分和分析数学
莱布尼茨与微积分的海报
微积分是研究函数的导数和积分的性质、运算和应用的数学分支。分析数学是围绕微积分发展起来的数学分支，是数学中最大的分支，研究内容随着数学的发展而不断变动，包括变分法、微分方程、函数论、泛函分析等。
微积分是微分学和积分学的总称。微积分的思想萌芽，特别是积分学，部分可以追溯到古代。到17世纪，由于生产、技术的需求，天文、测量、机械、工程等许多领域急待解决求面积、体积、速度、曲线的切线等问题，需要一种对运动和变化进行定量表述的数学算法——微积分。17世纪上半叶，法国数学家笛卡儿在欧几里德几何学的基础上，把代数与几何综合，建立了解析几何，使微积分的发明成为可能。
1666年，英国数学家、物理学家牛顿（I.Newton，1642-1727）发明了微积分，牛顿称其为“流数术”，这标志着微积分的诞生。但有关论文《流数简论》直到1687年后才正式发表。
1684年和1686年，德国数学家、物理学家莱布尼茨（G.W.Leibniz，1646-1716）先后发表了关于微分和积分的论文。目前一般认为牛顿和莱布尼茨各自独立完成了微积分的发明。莱布尼茨虽比牛顿晚了将近20年，但他的推导表现方式更合理，目前所通用的微积分术语和符号也是沿袭莱布尼茨。
微积分的创立，被恩格斯誉为“人类精神的最高胜利”，是整个数学发展史上最伟大的成就之一。到18世纪，微积分进一步深入发展，刺激和推动了许多数学新分支的产生，从而形成了具有鲜明特点的数学领域——分析学。
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数理逻辑
数理逻辑漫画
数理逻辑又称为符号逻辑、理论逻辑，是用数学方法研究逻辑或形式逻辑的学科。所谓数学方法是指数学采用的一般方法，包括使用符号和公式，使用已有的数学成果和方法，特别是使用形式的公理方法。
用数学的方法研究逻辑的系统思想一般要追溯到德国数学家莱布尼茨（G.W.Leibniz，1646－1716），他首先明确地提出了数理逻辑的思想。1847年，英国数学家布尔（G.Boole，1815－1864）初步奠定了数理逻辑的基础。19世纪末、20世纪初， 德国数学家弗雷格（F.L.G.Frege，1848－1925）、美国数学家皮尔斯（C.S.Peirce，1839－1914）、意大利数学家皮亚诺（G.Peana，1858－932）等人使现代数理逻辑最基本的理论基础逐步形成，成为一门独立的学科。其后，在德国数学家希尔伯特（D.Hilbert，1862－1943）、奥地利-美国数学家哥德尔（K.Gödel，1906－1978）等人的推动下，数理逻辑得到了进一步发展。
如今，数理逻辑是数学基础的一个不可缺少的组成部分，也是现代计算机技术的基础，在程序验证、程序变换、程序综合、软件形式说明、程序设计语言的形式语义学、人工智能等方面都应用了数理逻辑的概念、方法和理论。
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阿拉伯数字
阿拉伯数字演变
阿拉伯数字是现在世界通用的数字，即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。阿拉伯数字又称印度-阿拉伯数字，最初由印度人发明，后经阿拉伯人采用并做改进，10世纪时由阿拉伯人传到西班牙。
公元前2500年前后，古印度出现了一种称为哈拉巴数码的铭文记数法。到公元前后通行起两种数码：卡罗什奇数字和婆罗门数字。公元5世纪后印度数字中零的符号日益明确，使记数逐渐发展成十进位值制，例如公元8世纪后出现的德温那格利数字。
大约公元9世纪，印度数字传入阿拉伯地区，从原来的婆罗门数字导出两种阿拉伯数字：被中东的阿拉伯人使用的东阿拉伯数字和被西班牙的阿拉伯人使用的西阿拉伯数字。东阿拉伯数字和阿拉伯人现在使用的形式很相似，西阿拉伯数字后来发展成我们现在使用的形式。
阿拉伯数字笔画简单，书写方便，加上使用十进位制便于运算，逐渐在各国流行起来，成为世界各国通用的数字。
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控制论与信息论
被称为信息论之父的美国数学家香农
控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学，着重于研究过程中的数学关系。信息论是关于信息加工、存储与分析的理论，它与数学密切相关，它不仅深刻地应用了许多数学理论，而且一些分支就是数学分支。
1947年，美国数学家维纳（N.Wiener，1894-1964）完成了划时代的著作《控制论》，宣告了控制论作为一门学科的产生。控制论诞生后，得到了广泛地应用与迅猛地发展，大致经历了经典控制论、现代控制论、大系统理论三个发展时期。
控制论具有十分重要的理论意义和实践意义，它体现了现代科学整体化发展趋势，为现代科学技术提供了新的思路和科学方法。在经济、人口、能源、生产管理等方面，运用控制论建立数学模型都取得了良好的效果。
1948年，美国数学家香农（C.E.Shannon，1916-2001）发表了论文《通信的数学理论》，成为现代信息论研究的开端，香农也被称为“信息论之父”。
信息论被广泛应用于研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、检测理论、检测理论、数据压缩等问题中。随着计算机的广泛应用，信息论中信息的概念和方法已广泛渗透到各个科学领域，形成了一门研究信息的产生、获取、变换、传输、存储、处理、显示、识别和利用的科学——信息科学。
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杠杆原理
阿基米德的杠杆分析
杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力（动力点、支点和阻力点）的大小跟它们的力臂成反比。杠杆原理的表达为：
动力×动力臂＝阻力×阻力臂
公元前3世纪，古希腊物理学家、数学家阿基米德（Archimedes，约公元前287－前212）在他的著作《板的平衡》中，第一个提出了关于作用在支点两边等距的等重物体是处于平衡状态的公理。之后，他又致力于建立一条原理，即“在杠杆上的不同重物，仅当它们的重量与它们的悬挂点到支点的长度成反比时，才能处于平衡状态”，这就是我们常说的杠杆原理。
阿基米德有一句名言：“给我一个可靠的支点，我就能撬动地球。”杠杆原理被应用到方方面面的机械中，是简单机械的基本原理。常见的滑轮、杠杆、轮轴都是利用的都是这一原理。阿基米德所创立的杠杆原理和力学理论，也奠定了他在物理学发展过程中的先行者的角色。作为一名自然哲学家，阿基米德是力学这门学科的真正创始人。
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浮力定律
阿基米德
浮力定律是指：浸在流体里的物体受到向上的浮力，其大小等于物体排开的流体所的受重力。
相传公元前3世纪古希腊王国叙拉古的希洛王叫工匠做一顶纯金王冠。金王冠做得极其精致，但有人告发工匠在王冠内用银子偷换了金子。国王要求数学家、力学家阿基米德（Archimedes，公元前287?－212）在不损伤王冠的情况下辨明其是否掺假。为此，阿基米德冥思苦想。有一天，他躺进澡盆洗澡，发现身体越往下沉，盆里溢出的水就越多，并感到身体越轻。阿基米德欣喜若狂地跳出澡盆，甚至忘记了穿衣服就直奔王宫，边跑边喊：“找到了，找到了！”阿基米德找到的不仅是鉴定金王冠是否掺假的方法，而且是重要的科学原理：浸没在水中的物体受到一个向上的浮力，其大小与它所排开水的体积成正比。重量相同的物体，体积与密度成反比。重量相同的金块和银块放入水中，金的密度大于银，金块的体积小于银块，排出的水也比银块排出的水少。阿基米德把王冠放入水中，它排出的水在重量相同的金块和银块之间，证明王冠确非纯金。
阿基米德的浮力计算公式是：F＝ρgV
（ρ：液体的密度；ｇ：重力加速度；V：物体排开流体的体积）
浮力定律在航海等领域有重要意义，密度等重要的物理概念也通过浮力定律得到发展。
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光的反射与折射
光在小水滴中折射形成彩虹
当光从一种介质射到另一种介质的平滑界面时，一部分光被界面反射，另一部分光透过界面在另一种介质中折射。光的入射角等于反射角，且反射光与入射光在同一平面中法线的两侧，这就是反射定律。而折射光线则符合折射定律：折射光线位于入射光与法线的平面内，折射光与入射光在法线两侧，且入射角与折射角的正弦之比为一常数。
许多学者认为古希腊哲人希隆就已经发现了入射角与反射角相等的规律。但直到1657年，法国数学家费马（P.Fermat，1601－1665）用光程最短原理才使其得到科学的证明。光的反射规律应用广泛，大至天文望远镜、潜望镜，小至水中倒影等，都由它而来。
公元2世纪的希腊学者托勒密及17世纪初的德国天文学家开普勒都曾做过关于光折射的实验，不过最终通过实验得到折射定律的是荷兰数学家、物理学家斯涅尔（W.Snell，1591－1626）。1621年，他发现在不同的介质里，入射角和折射角的余割之比总是保持相同的值。1637年，法国哲学家、科学学家笛卡尔在《屈光学》一书中最终将折射定律表述为今天的形式。
折射定律与反射定律都是几何光学的基础，它们不仅在理论研究上，也为光学技术的发展和光学产品的设计奠定了基础。
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牛顿运动定律
牛顿运动定律的应用
牛顿的三大运动定律包括：一切物体在不受外力的情况下，总保持静止或匀速直线运动状态（惯性定律）；物体运动的加速度与物体所受合外力成正比，与物体质量成反比，加速度方向与合外力方向相同（加速度定律）；两个物体间的作用力与反作用力在同一条直线上，大小相等，方向相反（作用力与反作用力定律）。
运动三定律虽以英国著名物理学家、天文学家、数学家牛顿（I.Newton，1643－1727）的名字命名，但它是历史上许多科学家长期探索的结晶。
16世纪末、17世纪初，意大利物理学家伽利略（G.Galilei，1564－1642）详细研究了落体的运动，对惯性运动、物体运动与加速度的关系进行了科学的描述。此后，荷兰物理学家惠更斯（C.Huygens，1629－1695）对惯性运动和碰撞运动进行了深入的研究，并进行了科学的阐释。伽利略、惠更斯等人的工作为运动三定律奠定了实验和理论的基础。
1684年，牛顿集成并发展了前人的研究成果，科学、系统地定义了惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力定律，合称运动三定律。
运动三定律是经典力学的基石，确立了当时人们的时空观，并对后来的流体力学、电磁学等领域一系列基本定律的形成产生了重要影响，它使得人类在认识自然的过程中前进了一大步。
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X射线
德国物理学家伦琴
X射线是一种波长很短的电磁波，其波长约为2～0.006 nm之间。X射线具有很高的穿透能力，能透过许多对可见光不透明的物质。
1895年11月8日晚，德国物理学家伦琴（W.C.Röntgen，1845－1923）在做阴极射线实验时，意外发现一种新的射线。已知的阴极射线只能在空气中传播几厘米，而这种新射线不仅可传播到2米之外，并且可以穿透肌肉在感光材料上显示出骨骼的轮廓，甚至能穿透15毫米厚的铝板。由于不了解其本性，伦琴权且把这种未知射线称作“X射线”。
1912年，德国物理学家劳厄根据晶体衍射现象判定X射线为频率极高的一种电磁波。不久，英国物理学家莫斯莱又证实X射线是由于原子中内层电子跃迁所发出的辐射。
今天，人们广泛使用X射线用于医学诊断和治疗、工业材料的非破坏性检查；在基础科学和应用科学领域内，X射线被广泛用于晶体结构分析和原子结构的研究。
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现代X光
在X射线发现以前，科学家们普遍认为原子是不可再分的最小物质。X射线的发现，使科学家们意识到原子可能有更深层次的结构，并且会发生变化。X射线的发现揭开了20世纪物理学革命的序幕。为了纪念伦琴的贡献，人们把X射线又称为伦琴射线。
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热力学第二定律
中国类似永动机玩具饮水鸟曾令爱因斯坦吃惊
热力学第二定律是热力学的基本定律之一，它有两种表述方式，分别是由开尔文和克劳修斯提出的。
1824年，法国工程师卡诺（N.L.S.Carnot，1796－1823）在提出理想热机理论时，第一次表达了热力学第二定律的基本思想：在自然条件下，热总是不可避免地从高温热源流向低温热源。
1851年，英国物理学家开尔文（L.Kelvin，1824－1907）在卡诺理论的基础上，首次提出热力学第一定律和第二定律的概念，其中第一定律即能量转换与守恒定律。开尔文从热功转换的角度表述了第二定律：不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功而不产生其它影响。也就是说：自然界中任何形式的能都可以变成热，而热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能。比如，蒸汽机等热机可以连续不断地将热变为机械功，但一定伴有热量的损失。
与开尔文几乎同时，德国物理学家克劳修斯（R.J.E.Clausius，1822－1888）从热量传递的方向性角度，提出了热力学第二定律的另一种表述：热量可以自发地从较热物体传递至较冷物体，但不能自发地较冷物体传递至较热物体。在自然条件下这个转变过程是不可逆的，要使热传递方向倒转，只有靠消耗功来实现。
热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。它对于人类改进蒸汽机、内燃机和开发利用能源具有重要的指导意义。
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从18世纪后期开始，蒸汽机得到迅速推广应用，但关于热能与机械作功的理论尚未建立，工程师们主要凭经验进行摸索。1824年，法国工程师卡诺（N. L.S.Carnod，1796－1832）提出了理想热机理论，奠定了热力学的第一个理论基础。
1847年，德国物理学家亥姆霍兹（H.Helmholtz，1821－1894）在《论力的守恒》一书中，首先以数学形式表达了孤立系统中机械能的守恒，继而把能量概念推广到热学、电磁学、天文学和生理学领域，系统、严密地阐述了能量的各种形式相互转换和守恒的思想。
能量转换与守恒定律是自然科学内在统一性的第一个伟大证据，它为各种能源动力机械的技术进步提供了理论基础，并彻底打破了当时流行的“永动机”幻想，促进了工业革命的发展。
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放射性
彼埃尔•居里夫妇
放射性是指元素从不稳定的原子核放出射线的一种现象，最常见的放射线有射线、β射线和γ射线。普通物质没有放射性，只有铀、镭等特殊元素才会有放射性。
1895年德国物理学家伦琴发现X射线后，各国物理学家纷纷投入相关研究和实验。法国物理学家贝克勒尔（A.H.Becquerel，1852－1908）是家族中第三代研究荧光物质的科学家，他认为X射线可能与荧光有关。
1896年2月底，连续4天阴雨使贝克勒尔无法利用阳光进行荧光实验，他将铀盐和用黑纸包裹的照相底版放入抽屉。第5天他取出照相底版，却发现底版已经被感光了，他意识到这可能是铀盐发出的不明射线所致。他进一步实验，发现纯铀的辐射比铀盐更强，而且与阳光照射、荧光无关。他终于得出结论：放射性是由于铀原子自身的作用所致。
贝克勒尔的实验启发了法国物理学家彼埃尔•居里夫妇，他们陆续又发现了钍、镭、钋等新的放射性元素，这表明放射性是自然界中的一种普遍现象。
放射性预示着原子在释放能量，原子内部发生在变化。而传统物理学中关于“原子是不可分的微粒，既不能消灭也不能创造”的观点无法解释这一现象。此后，众多科学家们从研究放射性入手，逐步揭示了原子内部结构和运动规律的奥秘。因此，放射性的发现是揭开20世纪物理学革命序幕的又一声春雷。
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电子与原子内部结构
原子核结构（卢瑟福提出的关于原子的太阳系模型）
19世纪末以前，原子一直被认为是不可分割的最小物质单元。
1897年，英国物理学家汤姆逊（J.J.Thomson，1856－1940）通过气体导电实验发现了电子。他提出：既然原子内部存在带负电的电子，而原子又呈现中性，就还应有带正电的不明粒子。汤姆逊还提出了类似果仁面包的原子结构模型：带正电的粒子均匀分布并充满于原子内部，带负电的电子镶嵌其中。
1903年，汤姆逊的学生、英国物理学家卢瑟福（E.Rutherford，1871－1937）用？射线轰击原子，发现了带正电的、质量和整个原子差不多、体积比原子小得多的原子核。1912年，卢瑟福提出了原子的行星结构模型——原子核犹如太阳系中的太阳，电子象行星一样围绕原子核运转。后来，卢瑟福和他的学生、英国物理学家查德威克（J.Chadwick，1891－1974）又分别发现了原子核中带正电的质子和中性的中子。
此后，丹麦物理学家玻尔（N.Bohr，1885－1962）和德国物理学家薛定谔（E.Schrödinger，1887－1961）分别用量子论和量子力学阐释了电子的运动规律，为原子结构模型提供了理论基础。
电子和原子结构的发现，标志着人类对微观世界的探索进入了亚原子时代，并导致粒子物理学与核物理学的诞生。
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太阳光谱
光谱分析是根据物质的光谱来鉴别物质及确定其化学组成和相对含量的方法。
1814年，德国物理学家夫琅和费（J.Fraunhofer，1787－1826）使用棱镜在灯光的光谱中发现钠的谱线，发现在太阳光谱中有许多暗线，并发现月球和行星的光谱与太阳光谱完全一致。
1854年，德国的物理学家基尔霍夫（G.R.Kirchhoff，1822－1887）与化学家本生（R.W.Bunsen，1811－1899）开始合作研究光谱。1859年秋，他们在实验中发现：每种元素被加热时，其蒸汽都会产生特有的彩色亮线。这意味着这种化学元素都有它自己的特征性光谱，因而任何物质的基本成分都可以根据该物质所发射的光谱来测定。光谱分析法由此诞生了。
1859年10月20日，基尔霍夫向柏林科学院提交报告说：经过光谱分析，证明太阳上有氢、钠、铁、钙、镍等元素。他们的新发现立即轰动了全欧洲的科学界，在地球上居然可检测出1.5亿千米之遥的太阳上的化学元素组成！
基尔霍夫和本生的工作开创了物理学的一个新领域——光谱学，光谱分析法也很快成为化学、物理学和天文学研究的重要手段。
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核裂变与核聚变是在特定条件下原子核发生的反应。核裂变是一个重原子核分裂成几个轻原子核的过程，核聚变是几个轻原子核聚合为质量更重的原子核的过程。
1934年，意大利物理学家费米用中子轰击铀原子核，获得了新的放射性元素，费米认为这是比铀更重的“超铀元素”。
在柏林的德国物理学家哈恩（O.Hahn，1879－1968）和奥地利女物理学家梅特纳（l.Meitner，1878－1968）对费米的实验十分关注，共同制定了研究方案。 而是产生了比铀轻的钡元素及一些“碎片”。哈恩无法解释这一现象，写信告诉了梅特纳。梅特纳认定这是铀原子核发生了分裂，并借用细胞分裂繁殖的概念，将其称为“裂变”。梅特纳认为那些“碎片”是铀原子核裂变时释放出的中子。如果这些新产生的中子轰击其它铀原子核，将引发链式核裂变。由于每一个铀原子核分裂时将释放出相当于200万电子伏特的能量，链式核裂变所产生的能量将十分巨大。
1929年，英国哲学家、数学家罗素（B.Russell，1872－1970）推断太阳总体积的60%是氢，太阳的能量来源于氢核的聚变。1938年，流亡在美国的德国物理学家贝特（H.A. Bethe，1906－）和魏扎特（C.F. Weizsäcker，1912－）证明了太阳的能量来源是氢核聚变为氦。根据爱因斯坦的质-能转换公式E=mc2，核聚变所释放的能量是同等重量燃料化学反应所生产能量的100万倍以上。
对核裂变与核聚变的认识，引发了人类对核能的开发和利用。这其中既有为人类造福的核反应堆、核电站，也有成为人类噩梦的原子弹和氢弹。
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量子原子结构（波尔的电子图像）
量子理论是能够微观世界规律的物理学理论。
在经典物理学的理论中能量是连续变化的，可以取任意值。19世纪后期，科学家们发现很多物理现象无法用这一理论解释。
1900年12月14日，德国物理学家普朗克（M.Planck，1858－1947）提出：像原子作为一切物质的构成单元一样，“能量子”（量子）是能量的最小单元，原子吸收或发射能量是一份一份地进行的。后来，这一天被认为是量子理论的诞生日。
1905年，德国物理学家爱因斯坦（A.Einstein，1879－1955）把量子概念引进光的传播过程，提出“光量子”（光子）的概念，并提出光同时具有波动和粒子的性质，即光的“波粒二象性”。
20世纪20年代，法国物理学家德布罗意（P.L.de Broglie，1892－1987）提出“物质波”概念，即一切物质粒子均具备波粒二象性；德国物理学家海森伯（W.K.Heisenberg，1901－1976）等人建立了量子矩阵力学；奥地利物理学家薛定谔（E.Schrödinger，1887－1961）建立了量子波动力学。量子理论的发展进入了量子力学阶段。
1928年，英国物理学家狄拉克（P. A.M.Dirac，1902－1984）完成了矩阵力学和波动力学之间的数学转换，对量子力学理论进行了系统的总结，并将两大理论体系——相对论和量子力学成功地结合起来，揭开了量子理论发展的第三阶段——量子场论的序幕。
量子理论是现代物理学的两大基石之一，为从微观理解宏观提供了理论基础。
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夸克模型
物质是由什么构成的？有没有共同的基本单元？在对物质构成的探索中，人们将物质的基本单元称为基本粒子。而夸克，就是人类迄今为止发现的最基本单元。
最早人们认为物质的基本单元就是原子。到20世纪20年代，组成原子的电子、质子和中子相继被发现，人们便称这三种粒子为基本粒子。到20世纪后期，科学家们相继发现了几十种长寿命的粒子和数百种短寿命的粒子，物理学家们越来越怀疑它们是否都是基本粒子，开始时猜想这诸多粒子中可能有一些是更基本的，后来又设想某些粒子可能还有其内部结构。
1963年，美国物理学家盖尔曼（M. Gell-mann，1929－）提出了夸克模型，假定质子、中子等静质量比较大的粒子是由三种不同类型的夸克及其反粒子组成的。1967～1973年间，美国物理学家弗里德曼、肯德尔和加拿大物理学家泰勒在实验中相继发现了夸克存在的证据。
40多年来的理论研究和实验观测已表明，最基本的粒子可能只是参与强相互作用、质量比较重的6种夸克和不参与强相互作用、质量比较轻的6种轻子，这是人类目前所达到有实验证据支持的物质结构最深层次。夸克的发现使得人们对物质结构的认识上升到了新的高度，并启发人们进一步探索整个自然界内在的统一性。
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日心说-太阳系仪
日心说就是认为太阳是宇宙中心、地球和其它行星都绕太阳转动的学说。
公元19世纪以前，人们通常认为地球是宇宙的中心，太阳和其他一切天体都绕着地球转。由于“地心说”符合上帝创世和造人的教义，因此成为基督教的理论根据。
1543年，波兰天文学家哥白尼（N.Copernicus，1473－1543）发表了经40年潜心观测与研究的成果——《天体运行论》，在书中首次系统地提出了日心体系。哥白尼认为，地球不是宇宙中心，而是一颗普通的行星，太阳才是宇宙中心，行星运动的一年周期是地球每年绕太阳公转一周的反映。
日心说被天主教庭视为异端邪说。意大利思想家布鲁诺（G.Bruno，1548－1600）发展了哥白尼的理论，并更大胆地提出宇宙无中心的观点，结果被宗教法庭烧死在罗马繁花广场上。1609年，意大利天文学家伽利略发现木星的卫星，德国天文学开普勒发现行星运动三定律，都有力地支持了日心说。但直到17世纪后期牛顿力学体系诞生之后，日心说才真正战胜了地心说。
日心说是人类认识宇宙的重要里程碑，推动了天文学的革命。它既是人类宇宙观上的重大进步，也是科学真理面对宗教教义的胜利。
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开普勒
行星运动三定律包括：所有行星的运动轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点；所有行星的向径（太阳中心到行星中心的连线）在相等的时间内扫过的面积相等；行星围绕太阳运动的公转周期的平方，与它们的轨道半长径的立方成比例。
17世纪以前，天文学家们普遍认为行星是做匀速圆周运动的，德国天文学家开普勒（J.Kepler，1571－1630）也不例外。1600年，应丹麦天文学家第谷（T. Brahe，1546～1601）之邀，开普勒前往布拉格做第谷的助手。次年，第谷去世，他将自己一生积累的观测资料留给了开普勒。
开普勒用很长时间对第谷的观测资料进行分析，发现采用传统方法计算出的火星轨道与第谷的观测数据有8弧分的误差。正是这8弧分误差，使得开普勒开始思考改用不同的几何曲线来表示火星运动的轨迹，最终他发现火星轨道是一个以太阳为焦点的椭圆（第一定律），并且由太阳到火星的矢径在相等时间内划出相等的面积（第二定律）。
1609年，开普勒公布了火星运动第一和第二定律。1618年，他又将火星运动两大定律推广到了太阳系中已知的所有行星，并公布了他发现的行星运动第三定律。
行星运动三定律引发了天文学的变革，并导致了数十年后万有引力定律的诞生。
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宇宙中广泛存在有机分子
星际分子即存在于星际空间的有机分子和无机分子。
从19世纪起，天文学家们就观测到某些迹象，表明星际空间不是一片真空。1930年，美国天文学家特朗普勒（R.J. Trumpler，1886－1956）通过对银河星团的研究，证实了星际之间的确存在星际物质。星际物质中90%以上是气体，其余是尘埃微粒，温度通常在零下200摄氏度以下，用光学望远镜根本观测不到。1944年，荷兰天文学家范德胡斯特（H.C van deHulst 1918－）根据相关理论推断星际氢原子会发射波长21厘米的电磁波。1951年，用射电望远镜果然探测到了这种辐射。
由于星际物质非常稀薄，天文学家们起初认为星际气体都是单个原子或离子，分子是根本不可能存在的。1957年，美国物理学家汤斯（C.H.Townes，1915－）指出了宇宙空间可能存在的17种星际分子，并提出探测到它们的方法。随后，科学家们1963年在仙后座探测到了羟基（OH），1968年在银河系中心区探测到了氨（NH3）和水，1969年发现了甲醛（HCHO）。到1991年，科学家已经陆续发现了超过100种星际分子。
星际有机分子的发现有助于帮助我们了解星云及恒星的演变过程，同时也增大了外星生命存在的可能性，是如今天文学的分支——星际化学的基础。因此它也被誉为“20世纪60年代天文学四大发现”之一。
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大爆炸及元素的起源
宇宙大爆炸学说是论述宇宙中所有物质和一切辐射均起源于150亿年前的一次大爆炸事件的宇宙学说。
1917年，爱因斯坦发表广义相对论之后，引发了天文学家对宇宙结构的思考，当时争论的焦点是宇宙是静态的还是不断膨胀的。1929年，美国天文学家哈勃（E.Hubble，1889－1953）发现几乎所有河外星系的光谱都有红移现象。根据多普勒效应，这意味着这些星系正在远离地球而去，并且星系远去的速度与其离地球的距离成正比。英国天文学家爱丁顿认为这一发现证实宇宙正在膨胀。
1932年，比利时天文学家勒梅特（G.Lemaitre，1894－1966）提出宇宙最初聚集在一个“原始原子”里，后来发生四散的爆炸，形成了今天的宇宙。1946年，俄裔美国天体物理学家伽莫夫（G.Gamow，1904－1968）将广义相对论与化学元素生成理论联系起来，提出了热大爆炸宇宙模型。但是这一模型在它诞生后的20年里，却屡遭质疑。
根据大爆炸宇宙模型推算，150亿年前的爆炸在今天会留下约5K的宇宙背景辐射。1964年，美国物理学家彭齐亚斯（A.A.Penzias，1933－）和威尔逊（R.W. Wilson，1936－）为了改进卫星通讯，建造了一个高灵敏度号角形接收天线系统。当二人用它测量天空时，意外地发现了相当于大约3.5K的宇宙微波噪声。
后来，科学家们又通过其它途径证实了微波背景辐射的存在，这一发现给予大爆炸宇宙学最强有力的支持。大爆炸宇宙模型逐渐被公认为是目前最令人满意的宇宙图像理论，它不仅说明了宇宙膨胀的由来，还解释了元素的丰度分布和原始氦的起源。
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牛顿
1618年，德国天文学家开普勒（J.Kepler，1571－1630）提出了行星运动第三定律，认为行星公转周期的平方和它到太阳距离的立方成正比，并提出了引力与距离成反比的猜想。1645年，法国天文学家布里阿德进一步提出天体间的引力与距离的平方成反比。1679年，英国物理学家胡克也独立得出了类似的公式。
1665年夏至1667年春，英国物理学家、数学家、天文学家牛顿（I.Newton，1643－1727）在家乡躲避鼠疫期间，深入研究了前人的研究成果，思考天体运动的问题。据他的一位医生朋友说，牛顿是在庭院中的一棵苹果树下看到苹果落地，引发了对于万有引力的思考。但牛顿直到20年后的1687年，才在好友、英国天文学家哈雷的督促和资助下，正式发表了万有引力定律：任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与两个物体的质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。与前人的研究成果相比，牛顿的创新之处一是发现了物体质量与引力的关系；二是将引力关系从天体之间拓展到天地间的一切物体，说明天上和地上的物体都遵循相同的运动规律。
万有引力定律揭示了宇宙间基本的相互作用规律，是天体力学的基础，曾帮助科学家成功地发现了海王星等天体。万有引力定律还向世人证明：支配宇宙间万物的不是上帝，而是其本身的自然规律。有人评价万有引力定律的一个重要作用是“把上帝逐出了太阳系”，它成为18世纪欧洲启蒙运动反对神权、反对封建*的有力思想武器，推动了社会的思想解放与文明进步。
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Grav众多的河外星系
星系是由几十亿至几千亿颗恒星以及星际气体和尘埃物质等构成，占据几千至几十万光年空间的天体系统，我们的银河系也是一个星系，而银河系以外的星系就被称作河外星系。目前人类估算出的星系有上千亿个。
17世纪初望远镜发明后，人类视野拓展到越来越远的宇宙深处，天文学家们陆续发现了一些云雾状天体，被称为星云。18世纪，德国哲学家康德、英国天文学家赖特等人曾猜想这些星云是像银河一样由星群构成的宇宙岛，只因距离太远而不能分辨出单个的星体。
1917年，美国天文学家里奇拍摄星云NGC6946时，在其中发现了一颗新星。后来美国天文学家柯蒂斯也有类似的发现。由于星云中的新星极其暗弱，他们猜测星云应该极其遥远，是银河系外的天体。
1924年，美国天文学家哈勃（E.Hubble，1889－1953）用当时世界最大的天文望远镜——威尔逊山天文台2.5米直径的望远镜观察仙女座星云，第一次发现星云其实是由许多恒星组成的，并利用其中的造父变星测定出仙女座星云位于70万光年之外。这远远超出了银河系的范围，证明它是银河系之外的星系。此后，哈勃又测定出三角座星云和星云NGC6822也位于银河系之外。
河外星系的发现将人类的认识首次拓展到遥远的银河系以外，是人类探索宇宙过程中的重要里程碑。 有价值！！！值得细看！！！ 非常经典啊 值得好好研究一下 有点昏昏的感觉 呵呵 还是慢慢的看看吧 伟大就伟大，超什么啊？ 此贴应收藏！！灰狼兄，好久不见了。
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