8現(xiàn)代自然科學(xué)的發(fā)展(天地生)ppt課件

1、第三部分 現(xiàn)代自然科學(xué)20世紀(jì)自然科學(xué)的開(kāi)展 .現(xiàn)代自然科學(xué)的開(kāi)展一、現(xiàn)代數(shù)學(xué)的開(kāi)展二、現(xiàn)代物理學(xué)的開(kāi)展三、現(xiàn)代化學(xué)的開(kāi)展四、現(xiàn)代天文學(xué)的開(kāi)展五、現(xiàn)代地學(xué)的開(kāi)展六、現(xiàn)代生物學(xué)的開(kāi)展.四、現(xiàn)代天文學(xué)的開(kāi)展觀測(cè)手段的提高20世紀(jì)60年代四大發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體脈沖星微波背景輻射星際有機(jī)分子兩大根本實(shí)際恒星演化宇宙大爆炸模型. 觀測(cè)手段的提高1.由于天文學(xué)研討對(duì)象的特殊性，它的現(xiàn)代開(kāi)展離不開(kāi)觀測(cè)手段的改良，這里主要指射電望遠(yuǎn)鏡的開(kāi)展和運(yùn)用。2.1937年，美國(guó)的雷伯制造了第一臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡，拋物面直徑達(dá)9米。3.1942年，英國(guó)海伊用軍用的超高頻雷達(dá)首先發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)射電。4.六十年代天文學(xué)上的4大發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體、脈沖

2、星、微波背景輻射和星際有機(jī)分子，都是靠射電探測(cè)工具獲得的。.類(lèi)星體類(lèi)星體是20世紀(jì)60年代天文學(xué)的“四大發(fā)現(xiàn)之一。這種天體在普通光學(xué)觀測(cè)中只是一個(gè)光點(diǎn)，類(lèi)似恒星。然而在分光觀測(cè)中，它的譜線具有很大的紅移，又不像恒星，因此稱(chēng)它為類(lèi)星體。1993年底，已確認(rèn)7383個(gè)類(lèi)星體。2002年的星表列出23760顆類(lèi)星體。 .脈沖星脈沖星是在1967年初次被發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)，還是一名女研討生的貝爾，檢測(cè)射電望遠(yuǎn)鏡收到的信號(hào)時(shí)無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了一些有規(guī)律的脈沖信號(hào)，它們的周期非常穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，科學(xué)家以為這是一種未知的天體。由于這種星體不斷地發(fā)出電磁脈沖信號(hào)，人們就把它命名為脈沖星。脈沖星發(fā)射的射電脈沖的周期性非

3、常有規(guī)律。一開(kāi)場(chǎng)，人們對(duì)此很困惑，甚至曾想到這能夠是外星人在向我們發(fā)電報(bào)聯(lián)絡(luò)。聽(tīng)說(shuō)第一顆脈沖星就曾被叫做“小綠人一號(hào)。后來(lái)證明，脈沖星就是正在快速自轉(zhuǎn)的中子星恒星演化晚期構(gòu)成的。脈沖星具有超高壓、超高溫、超密度、超強(qiáng)磁場(chǎng)和超強(qiáng)輻射等極端物理?xiàng)l件。.微波背景輻射 來(lái)自宇宙空間背景上的各向同性的微波輻射。20世紀(jì)60年代初，美國(guó)科學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜為了改良衛(wèi)星通訊，建立了高靈敏度的號(hào)角式接納天線系統(tǒng)。1964年，他們用它丈量銀暈氣體射電強(qiáng)度時(shí)，發(fā)現(xiàn)總有消除不掉的背景噪聲。他們以為，這些來(lái)自宇宙的波長(zhǎng)為7.35厘米的微波噪聲相當(dāng)于3.5 K。1965年，他們又訂正為3 K0，并將這一發(fā)現(xiàn)公諸于世，

4、為此獲得1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。. 微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)被以為是20世紀(jì)天文學(xué)的一項(xiàng)艱苦成就。它對(duì)現(xiàn)代宇宙學(xué)所產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響，可以與河外星系的紅移的發(fā)現(xiàn)相比較。當(dāng)前，流行的看法以為背景輻射來(lái)源于熱宇宙的早期。這是對(duì)大爆炸宇宙學(xué)的強(qiáng)有力的支持。早在40年代，伽莫夫、阿爾菲和海爾曼根據(jù)當(dāng)時(shí)知的氦豐度和哈勃常數(shù)等資料，開(kāi)展了熱大爆炸學(xué)說(shuō)，并預(yù)言宇宙間充溢具有黑體譜的剩余輻射，其溫度約為幾K或幾十K。3 K微波背景輻射的實(shí)測(cè)結(jié)果與實(shí)際預(yù)期大體相符。微波背景輻射.星際有機(jī)分子星際分子：1963年，美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)星際羥基分子OH，以后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大量星際有機(jī)分子。到90年代末，已發(fā)現(xiàn)了120多種，而且許多

5、都是很復(fù)雜的有機(jī)分子，少數(shù)分子是地球上很難找到的或者根本找不到的。星際分子的發(fā)現(xiàn)有助于人類(lèi)對(duì)星云特性的深化了解，可以協(xié)助揭開(kāi)生命來(lái)源的奧妙。.現(xiàn)代恒星演化實(shí)際恒星是由星云產(chǎn)生的，星云經(jīng)過(guò)自吸引構(gòu)成星胚，星胚不斷收縮，溫度不斷升高，當(dāng)溫度升高到氫核聚變反響可以進(jìn)展時(shí)，就意味著恒星的誕生。恒星誕生后，它內(nèi)部氫核聚變成了它的主要能源，恒星在這個(gè)階段的停留時(shí)間最長(zhǎng)，這就是中年的主序星階段。核能耗盡后，恒星進(jìn)入老年的紅巨星階段。最后不同大小的恒星以不同的方式死亡， 或變成白矮星，或變成中子星，或成黑 洞等。.宇宙大爆炸模型宇宙演化過(guò)程起始于大約150億年前宇宙開(kāi)場(chǎng)是一個(gè)高溫、高密度的“原始火球，球內(nèi)充溢

6、輻射和根本粒子；后來(lái)火球內(nèi)的根本粒子發(fā)生核衰變反響，引起大爆炸而向外急劇膨脹，輻射溫度核物質(zhì)密度急劇下降，核反響便停頓；其間所產(chǎn)生的各種元素就構(gòu)成了今天宇宙中的各種物質(zhì)，膨脹過(guò)程中輻射物質(zhì)逐漸凝聚成星云，進(jìn)而演化為今天的各種天體。此實(shí)際得到天文觀測(cè)現(xiàn)實(shí)的支持：例如星系紅移是宇宙膨脹的反響，微波背景輻射是宇宙大爆炸高溫的直接遺址等等。.五、現(xiàn)代地學(xué)的開(kāi)展大地構(gòu)造實(shí)際學(xué)的新進(jìn)展大陸漂移說(shuō)海地?cái)U(kuò)張說(shuō)板塊構(gòu)造實(shí)際.大陸漂移說(shuō)魏格納(1880-1930年) 魏格納是德國(guó)氣候?qū)W家、地球物理學(xué)家、天文學(xué)家，大陸漂移說(shuō)的開(kāi)創(chuàng)人。1880年11月1日生于柏林，1930年11月在格陵蘭調(diào)查冰原時(shí)遇難。 1910年

7、魏格納在偶爾翻閱世界地圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇特景象：大西洋的兩岸歐洲和非洲的西海岸遙對(duì)北南美洲的東海岸，輪廓非常類(lèi)似，這邊大陸的凸出部分正好能和另一邊大陸的凹進(jìn)部分湊合起來(lái)；假設(shè)從地圖上把這兩塊大陸剪下來(lái)，再拼在一同，就能拼湊成一個(gè)大致上吻合的整體。 這就是著名大陸漂移假說(shuō)的最初思想。 .我們生活的七大洲四大洋.大陸漂移說(shuō)魏格納(1880-1930) 1911年秋，在一個(gè)偶爾的時(shí)機(jī)里，魏格納又從一個(gè)論文集中看到了“根據(jù)古生物的證據(jù)，巴西與非洲間曾經(jīng)有過(guò)陸地相銜接的論述。于是他便在大地丈量學(xué)與古生物學(xué)的范圍內(nèi)研討。 1912年，在法蘭克福召開(kāi)的地質(zhì)學(xué)會(huì)上，魏格納作了題為的演講，提出了關(guān)于“大陸漂移的假

8、說(shuō)，引起了地質(zhì)界的震動(dòng)。他于1915年出版了一書(shū)，系統(tǒng)地論述了大陸漂移說(shuō)。 由于這一假想如此偶爾，如此富于夢(mèng)想離奇顏色，使得當(dāng)時(shí)許多地質(zhì)學(xué)家都目瞪口呆，直至今日仍有人稱(chēng)這一遐想為“一個(gè)大詩(shī)人的夢(mèng)。為此，魏絡(luò)納也獲得了“地質(zhì)浪漫詩(shī)人的稱(chēng)號(hào)。.大陸漂移說(shuō)魏格納(1880-1930年) 大陸漂移說(shuō)以為地球上一切大陸在中生代以前曾經(jīng)是一致的宏大陸塊稱(chēng)之為泛大陸或結(jié)合古陸中生代開(kāi)場(chǎng)泛大陸開(kāi)場(chǎng)分裂并漂移逐漸到達(dá)如今的位置，構(gòu)成目前的海陸規(guī)劃。 由于不能更好地解釋漂移的機(jī)制問(wèn)題當(dāng)時(shí)曾遭到地球物理學(xué)家的反對(duì)。20世紀(jì)50年代中期至60年代隨著古地磁與地震學(xué)宇航觀測(cè)的開(kāi)展使一度沉寂的大陸漂移說(shuō)獲得了新生并為板塊

9、構(gòu)造學(xué)的開(kāi)展奠定了根底。 .19世紀(jì)海洋探險(xiǎn)調(diào)查：1871年“獵犬號(hào)五年環(huán)球探險(xiǎn)，迅速擴(kuò)展和加深了人類(lèi)對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)。1872年“挑戰(zhàn)者號(hào)四年探險(xiǎn)，圍繞海洋學(xué)、海洋生物學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)等對(duì)三大洋進(jìn)展了全面調(diào)查。二戰(zhàn)后，海洋地質(zhì)學(xué)成了搶手，深海探測(cè)技術(shù)迅速開(kāi)展?，F(xiàn)代深潛器配備了攝象設(shè)備，各種傳感器，采樣器和靈敏的機(jī)械手等。 歷史背景 海地?cái)U(kuò)張說(shuō)赫斯(1906-1969).海地?cái)U(kuò)張說(shuō)赫斯(1906-1969) 1962年，美國(guó)地質(zhì)學(xué)家赫斯教授發(fā)表了他的著名的論文。這篇論文被人們稱(chēng)為“地球的詩(shī)篇。其中，赫斯教授以先人之見(jiàn)，首先提出了“海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)。海底擴(kuò)張說(shuō)以為，海底是冷卻了的地幔，地幔中有對(duì)流存在。高

10、熱流的地幔物質(zhì)沿大洋中脊的裂谷上升，不斷構(gòu)成新洋殼；同時(shí)，以大洋脊為界，背道而馳的地幔流帶動(dòng)洋殼逐漸向兩側(cè)擴(kuò)張；運(yùn)動(dòng)的洋殼碰到大陸地殼就下沉鉆入地幔深部，并構(gòu)成海溝，大陸地殼前緣被擠壓抬升構(gòu)成山脈或島弧。 “海底擴(kuò)張說(shuō)，恰好可以解釋當(dāng)年魏格納無(wú)法解釋的大陸漂移實(shí)際。.板塊構(gòu)造實(shí)際19671968年，美國(guó)的勒皮雄、摩根和英國(guó)的麥肯齊等人先后獨(dú)立提出了板塊構(gòu)造實(shí)際。這個(gè)實(shí)際以為，整個(gè)地球的巖石圈不是一個(gè)完好的殼體，而是由假設(shè)干宏大的板塊構(gòu)成的。由于巖石圈下面的地幔中的軟流圈的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板塊發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。板塊相互撞擠而構(gòu)成山脈，相互錯(cuò)動(dòng)而構(gòu)成程度斷層，相互交匯爬升而構(gòu)成海溝和島弧，相互分別而構(gòu)成

11、洋脊或海嶺和裂谷。.全球板塊構(gòu)造圖.六、現(xiàn)代生物學(xué)的開(kāi)展現(xiàn)代遺傳學(xué)的開(kāi)展孟德?tīng)栠z傳定律及重新發(fā)現(xiàn)摩爾根的基因?qū)嶋H分子生物學(xué)的誕生和開(kāi)展DNA雙螺旋構(gòu)造模型的建立遺傳密碼的破譯.現(xiàn)代遺傳之父孟德?tīng)柮系聽(tīng)?8221884出生于奧地利，1840年畢業(yè)于特羅保的預(yù)科學(xué)校后進(jìn)入奧爾米茨哲學(xué)院學(xué)習(xí)。1843年因家貧而停學(xué)，同年10月到布爾諾的奧古斯丁修道院做修道士。1847年成為神父。 1851年到1853年間孟德?tīng)栐诰S也納大學(xué)學(xué)習(xí)。.1853年孟德?tīng)枏木S也納大學(xué)畢業(yè)回修道院。1854年夏天孟德?tīng)栭_(kāi)場(chǎng)用豌豆進(jìn)展他的雜交實(shí)驗(yàn)。1865年在2月孟德?tīng)栐凇安悸〔紶栔Z學(xué)會(huì)自然科學(xué)研討會(huì)上宣讀了作為他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的論

12、文，這篇論文后來(lái)于1866年發(fā)表于該學(xué)會(huì)的會(huì)議錄上。他提示出遺傳學(xué)的兩個(gè)根本定律分別定律和獨(dú)立分配定律。這兩個(gè)重現(xiàn)代遺傳之父孟德?tīng)栆?guī)律的發(fā)現(xiàn)和提出，為遺傳學(xué)的誕生和開(kāi)展奠定了堅(jiān)實(shí)的根底，這也正是孟德?tīng)柮购笫赖钠D苦科研成果。與會(huì)者固然很有興致地聽(tīng)取了他的報(bào)告，但大多不了解其中的內(nèi)容。由于既沒(méi)有人提問(wèn)題，也沒(méi)有人進(jìn)展討論。 .黃色豌豆F1代F2代黃色種子綠色種子純種親本.AAAaaAaaAa性狀分別定律AAaaAa A 顯性特征 a 隱性特征 顯性定律 分別定律 3: 1.獨(dú)立分配自在組合定律顯性特征 圓 、黃隱性特征皺、綠 圓黃: 9圓綠: 3皺黃: 3皺綠: 1.孟德?tīng)柖傻闹匦掳l(fā)現(xiàn) 19

13、00年3-5月，三位生物學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)孟德?tīng)栠z傳定律。切馬克奧地利柯林斯德國(guó)德弗里斯荷蘭.孟德?tīng)柖傻闹匦掳l(fā)現(xiàn)1.1900年孟德?tīng)栮P(guān)于遺傳的定律重新被荷蘭的德弗里斯(H. De Vries )、德國(guó)的科倫斯(C. Correns)和奧地利的丘歇馬克(E. Seysenegg-Tschermak)三位遺傳學(xué)家分別發(fā)現(xiàn)，從而吸引了整個(gè)生物學(xué)界的留意。2.德弗里斯于1900年3月26日發(fā)表了同孟德?tīng)柕陌l(fā)現(xiàn)一樣的論文；科侖斯的論文被雜志收到的時(shí)間是1900年4月24日；丘歇馬克的論文收時(shí)間是1900年6月20日。在這年他們也都各自發(fā)現(xiàn)了孟德?tīng)柕恼撐?，才明白本人的任?wù)，早在35年前就由孟德?tīng)栕鲞^(guò)了

14、。 .學(xué)術(shù)情報(bào)交流不暢？1.人們?cè)?jīng)以為孟德?tīng)柕娜蝿?wù)被埋沒(méi)，是由于當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)情報(bào)交流不暢，人們不知道他的任務(wù)呵斥的。后經(jīng)調(diào)查，才知情況并非如此。2.布爾諾學(xué)會(huì)至少同120個(gè)協(xié)會(huì)或?qū)W會(huì)研討會(huì)有交流資料的關(guān)系。刊載孟德?tīng)栒撐牡碾s志，共寄出115本。其中當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)單位12本、柏林8本、維也納6本、美國(guó)4本、英國(guó)2本英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和林耐學(xué)會(huì)。3.孟德?tīng)柋救诉€往外寄送過(guò)該論文的抽印本。有據(jù)可查的至少有5個(gè)人了解他的任務(wù)。 .任務(wù)被埋沒(méi)35年1.但是，不論是刊物，還是論文，都如石沉大海，沒(méi)有得到明顯的反響。2.當(dāng)時(shí)生物學(xué)界的優(yōu)秀頭腦都在高談闊論進(jìn)化論，對(duì)土里土氣的雜交沒(méi)有人感興趣。3.這樣，孟德?tīng)柕臑檫z傳學(xué)奠定

15、了根底的、具有劃時(shí)代意義的發(fā)現(xiàn)，竟被當(dāng)代人們所忽視和遺忘，被埋沒(méi)達(dá)35年之久。 .“遺傳學(xué)、“基因定名1.20世紀(jì)頭的10年里，科學(xué)家們除驗(yàn)證孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的普遍意義外，還確立了一些遺傳學(xué)的根本概念，1906年英國(guó)生物學(xué)家貝特森初次提出了“遺傳學(xué)一詞，以稱(chēng)謂這門(mén)研討生物遺傳問(wèn)題的新學(xué)科。2.1909年約翰遜稱(chēng)孟德?tīng)柤俣ǖ摹斑z傳因子為“基因。1910年孟德?tīng)栠z傳規(guī)律被改稱(chēng)為孟德?tīng)柖伞?.摩爾根的基因?qū)嶋H1909年摩爾根(美國(guó)，1866-1945)利用果蠅進(jìn)展實(shí)驗(yàn)遺傳學(xué)的研討。用孟德?tīng)柕膶?shí)際，可以解釋果蠅的眼睛顏色遺傳的景象。從孟德?tīng)枌?shí)際的疑心者，轉(zhuǎn)變成為熱情的擁護(hù)者。發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳的規(guī)律，證明

16、了遺傳變異與細(xì)胞中染色體的變化親密相關(guān)。他和他的學(xué)生還在連鎖、交換和不分別規(guī)律等的根底上，進(jìn)一步證明基因在染色體上呈直線陳列，從而開(kāi)展了染色體遺傳學(xué)說(shuō)。摩爾根還給出了第一個(gè)果蠅染色體連鎖圖，從而確立了基因作為遺傳根本單位 的概念。 1919年和1926年摩爾根又相繼出版了 和，建 立了完好的基因遺傳實(shí)際體系。摩爾根因此而獲得了1933年的諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 .白眼雄性YXXXYXXXYXXXYXXX紅眼雌性.分子生物學(xué)的誕生現(xiàn)代物理學(xué)與現(xiàn)代生物學(xué)的結(jié)合20世紀(jì)40年代細(xì)胞遺傳學(xué)、微生物學(xué)和生化遺傳學(xué)領(lǐng)域獲得的成就，吸引了一些物理學(xué)家投身到遺傳的分子根底和基因的自我復(fù)制這兩個(gè)領(lǐng)域的研討中來(lái)，

17、從而注入了物理學(xué)的新實(shí)際、新概念和新方法。1951年用生物物理學(xué)家威爾金斯給出了DNA纖維的X射線衍射圖，為DNA雙螺旋構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)打下了根底。 .DNA的雙螺旋構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)1. 1953年剛剛分開(kāi)校門(mén)的大學(xué)生沃森和物理學(xué)家克里克發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋構(gòu)造，開(kāi)啟了分子生物學(xué)時(shí)代。2. 分子生物學(xué)使生物大分子的研討進(jìn)入一個(gè)新的階段，使遺傳的研討深化到分子層次。3. 沃森、克里克獲得了1962年的諾貝爾獎(jiǎng)。 .遺傳密碼的破解1. 1959年克里克支持三聯(lián)密碼假說(shuō)，以為DNA將遺傳信息由細(xì)胞核傳送到細(xì)胞質(zhì)，并決議蛋白質(zhì)的合成，這被后來(lái)的一系列實(shí)驗(yàn)證明。2. 1961年尼倫貝格和馬太利用三聯(lián)體密碼合成了由苯丙氨酸組成的多肽長(zhǎng)鏈。3. 到1963年64種遺傳密