自然科學(xué)的基礎(chǔ)知識

　　(一)天文學(xué)基礎(chǔ)知識

　　1. 光年

　　光年是計算星體間距離的單位。光的速度約30萬公里/秒，光在真空中一年內(nèi)所走的距離叫作一光年，一光年約等于10萬億公里。

　　2. 銀河系

　　銀河系是由群星和彌漫物質(zhì)集成的一個龐大天體系統(tǒng)。銀河系的發(fā)光部分直徑約7萬光年，最大厚度約1萬光年。太陽是銀河系中的一顆普通恒星，以250公里/秒的速度繞軸旋轉(zhuǎn)。銀河系中有大約2000億顆恒星，離太陽最近的比鄰星也有4.3萬光年遠(yuǎn)。除恒星外，銀河系中還有不少由氣體和塵埃組成的團(tuán)塊，稱為“星云”。

　　銀河系之外還有數(shù)以10億計的龐大天體系統(tǒng)，與銀河系屬同一結(jié)構(gòu)層次，統(tǒng)稱“星系”。有些星系又聚集成更大的超星系團(tuán)。

　　3. 太陽系

　　太陽系是由太陽、八大行星及其衛(wèi)星、小行星、彗星、行星際物質(zhì)構(gòu)成的天體系統(tǒng)。太陽系的中心天體是太陽，它是一個半徑約70萬公里、表面溫度達(dá)攝氏6000度的氣體球，其核心溫度高達(dá)1500萬度，發(fā)生著氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)。太陽質(zhì)量占整個太陽系的99.8%，太陽系其他天體都在太陽引力作用下圍繞太陽運(yùn)動。太陽系有8個行星，為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

　　太陽系最突出的特點(diǎn)是所有行星的軌道都處在太陽的赤道平面內(nèi)(共面性)，它們不僅圍繞太陽公轉(zhuǎn)，除個別外還在同一方向上自轉(zhuǎn)(同向性)。類地行星(水星、金星、地球、火星)主要由石、鐵等物質(zhì)組成，體積小，密度大，衛(wèi)星較少。類木行星(木星、土星、天王星、海王星)主要由氫、氦、冰、氨、甲烷等物質(zhì)組成，體積大，密度低，衛(wèi)星較多。

　　1957年第一顆人造衛(wèi)星上天開創(chuàng)了宇宙航行的時代，60年代的阿波羅計劃把人類首次送上月球，70—80年代“水手號”、“金星號”、“先驅(qū)者號”、“海盜號”等對各大行星的近距離觀察，積累了有關(guān)太陽系天體物理性質(zhì)和化學(xué)組成的大量資料，為人類更深入地認(rèn)識太陽系的起源奠定了良好基礎(chǔ)。

　　4. 地球

　　地球是太陽系9大行星之一，地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道是橢圓的，公轉(zhuǎn)的平均速度是29.79公里/秒。地球的赤道半徑約為6378公里，極半徑約為6357公里，它不是規(guī)則的正球體。地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周的時間為一年，自轉(zhuǎn)一周的時間為一日。

　　地球內(nèi)部的最上層叫作“地殼”，中心稱“地核”，地殼和地核之間稱“地�！�。地球表面由水圈和大氣圈包圍，水與大氣又維系著生物圈的存在。

　　地球表面的形狀非常復(fù)雜，大陸面積接近地球表面積的40%。組成地球物質(zhì)的主要元素有鐵、氧、硅、鎂、硫、鈣、鋁，其中90%是鐵、氧、硅和鎂4種元素。

　　(二)物理學(xué)基礎(chǔ)知識

　　1. 熱力學(xué)第一定律(能量守恒與轉(zhuǎn)化定律)

　　在任何孤立的物質(zhì)系統(tǒng)中，不論發(fā)生何種變化，無論能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式或從一部分物質(zhì)傳遞給另一部分物質(zhì)，系統(tǒng)的總能量守恒。

　　能量守恒與轉(zhuǎn)化定律被稱為物理學(xué)的“最高定律”、“宇宙的普遍的基本定律”，為人們認(rèn)識物質(zhì)運(yùn)動形式的多樣性和統(tǒng)一性、物質(zhì)運(yùn)動在量上和質(zhì)上的守恒性，提供了科學(xué)依據(jù)，構(gòu)成了馬克思主義哲學(xué)產(chǎn)生的三大自然科學(xué)前提之一。

　　2. 熱力學(xué)第二定律

　　在沒有外界作用的情況下，熱能只會從熱體傳向冷體，而不可能從冷體傳到熱體，即熱能的傳遞具有不可逆性。在封閉系統(tǒng)內(nèi)(即無外界作用的情況下)總是存在著熱耗散(熵增加)，其結(jié)果是熱平衡。

　　3. 分子運(yùn)動論

　　熱是大量氣體分子無規(guī)則運(yùn)動的宏觀表征;微觀客體的運(yùn)動遵循統(tǒng)計學(xué)規(guī)律。分子運(yùn)動論是對熱現(xiàn)象給予微觀解釋的理論。它以大量氣體分子的隨機(jī)運(yùn)動來說明宏觀上具有穩(wěn)定性的熱現(xiàn)象，在宏觀確定性與微觀隨機(jī)性之間架起了一座橋梁。

　　4. 電和磁的相互轉(zhuǎn)化

　　近代早期，人們認(rèn)為電和磁是兩種完全不同的東西。19世紀(jì)初不同運(yùn)動形式相互轉(zhuǎn)化的思想影響著某些物理學(xué)家，推動著他們研究電和磁的內(nèi)在聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化。

　　丹麥科學(xué)家奧斯特經(jīng)多年努力，于1820年發(fā)現(xiàn)，若在通電導(dǎo)線旁放置磁針，磁針會因電流通過而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這表明，電流具有某種磁效應(yīng)。法拉第從另一個角度思考，即磁能否產(chǎn)生電。經(jīng)過十年努力，他發(fā)現(xiàn)，如果在一塊軟鐵上纏繞兩個線圈，當(dāng)其中一個線圈上的電流發(fā)生變化時，另一個線圈就會出現(xiàn)瞬間電流。這正是發(fā)電機(jī)的工作原理。

　　電和磁的相互轉(zhuǎn)化，在理論上證明了它們是運(yùn)動的不同形式，在實(shí)踐上為發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的研制開辟了道路。

　　5. 電磁場理論

　　場概念是為了說明電、磁效應(yīng)的各種實(shí)驗(yàn)而提出的。這些實(shí)驗(yàn)成果雖有很大的實(shí)際意義，但并未涉及其中的機(jī)理。牛頓提出萬有引力理論時，想象引力是一種超距作用力，引力的作用不需要介質(zhì)傳遞，并且是即時發(fā)生的。但法拉第卻認(rèn)為宇宙間充滿介質(zhì)，電和磁是通過介質(zhì)的傳遞而發(fā)生作用的。在1851年，他提出了“場”和“力線”的概念加以解釋。法拉第把電和磁發(fā)生作用的空間稱為“場”，電有電場，磁有磁場，電場和磁場都由“力線”所組成。法拉第以場和力線的概念成功地描述了“電磁感應(yīng)定律”，即感生電流的產(chǎn)生在于該導(dǎo)線切割磁力線，感應(yīng)電流的強(qiáng)度正比于該導(dǎo)線單位時間內(nèi)切割磁力線的數(shù)目。

　　場概念的提出，最直接的后果是導(dǎo)致電磁波的發(fā)現(xiàn)。后來的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，場(電場、磁場、引力場)的確是一種客觀實(shí)在。過去人們只知道實(shí)物是物質(zhì)存在的形式，現(xiàn)在又知道場也是物質(zhì)存在的一種形式。這是關(guān)于物質(zhì)觀念的重大突破。

　　6. 電磁波

　　隨著電和磁的轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)、電場和磁場概念的提出，麥克斯韋著手把穩(wěn)恒電流的定律推廣到變化的電場和磁場，提出了電磁波的概念。即如果空間某處存在一個變化的電場，它將在周圍激發(fā)出一個變化的磁場;這個變化的磁場又在周圍激發(fā)出一個變化的電場;這一連串相互激發(fā)、連續(xù)出現(xiàn)的電場和磁場的振動，就是電磁波。

　　麥克斯韋的工作使電、磁和光這些從前看來相異的現(xiàn)象得到了理論上的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了人類知識的又一次大綜合。德國人赫茲在1888年初證實(shí)了電磁波的存在，表明麥克斯韋的理論完全正確。麥克斯韋因此被譽(yù)為牛頓以后最偉大的數(shù)學(xué)物理學(xué)家。

　　電磁場理論的建立和電磁波的發(fā)現(xiàn)，為無線電技術(shù)奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)，使人類生活進(jìn)入了一個新時代。