研究天文學的意義精選(九篇)

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第1篇：研究天文學的意義范文

關鍵詞：師范 天文 教學

中圖分類號：Pl-4

文獻標識碼：C

DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.135

天文學與數(shù)學、物理、化學、生物、地球科學并列為六大基礎自然學科。天文學從其誕生之初起就為人類社會提供定位、時間和歷法等服務。時至今日，天文學理論已發(fā)展成為含天體測量學、天體力學和天體物理學三大分支的完整學科體系，天文學的應用已經(jīng)漸拓展到人類生產(chǎn)生活的方方面面。然而，中國現(xiàn)行的天文普及教育尚未形成完整體系，零散的天文學內(nèi)容通常歸并人中小學的《地理》或《科學》課程中，包括大學生在內(nèi)的大眾天文知識的缺乏正在從教育體制問題衍生成社會問題。建立大眾正確的宇宙觀和世界觀，是現(xiàn)實生活的需要，也是社會和諧發(fā)展的需要。高等院校師范生是基層科學普及工作的主要參與者和實施者，科學教育和地理教育的專業(yè)師范生成為基層天文學普及師資的主要來源，提高相關專業(yè)高校師范生的天文學素養(yǎng)成為天文普及教育工作的當務之急。然而，傳統(tǒng)強調(diào)數(shù)理基礎和觀測實踐的天文教學，面臨著專業(yè)師資缺乏和儀器簡陋等諸多現(xiàn)實問題，影響了天文學的教學和普及效果。筆者通過長期面向不同層次師范生的基礎天文學教學實踐，系統(tǒng)探討了師范院?；A天文學的教學和普及經(jīng)驗，為區(qū)域科普天文教育人才的培養(yǎng)和中小學天文教育工作的開展提供參考。

1 整合資源和營造氛圍

天文學是研究宇宙的學科，而肉眼看到的宇宙是極其有限的，所以天文學從某種程度上是基于“望遠鏡”的科學。國際天文熱喚醒了人們的天文熱情，也引發(fā)了網(wǎng)絡和現(xiàn)實天文教學資源的大爆發(fā)。基于現(xiàn)代教育技術的多媒體課件設計和制作是開展天文科普教學的首選方法，多媒體手段通過圖片、動畫、音頻和視頻等形式可真實再現(xiàn)望遠鏡里的宇宙，從而縮短學生與天體之間的距離感，但多媒體手段是對宇宙空間的簡化和抽象，與現(xiàn)實的宇宙尚存在距離。而綜合多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術和空間觀測技術最新成果的計算機和手機星空模擬軟件（ Stellarium，StarryNight，SkyView）通過虛擬的三維數(shù)字宇宙，更是為基礎天文學教學提供了一個綜合性的全天候的虛擬教學平臺。學生學習過程中仿佛置身于真實的天空之下，根據(jù)需要演示即時即地的天文現(xiàn)象，并通過隨時更新的天體數(shù)據(jù)庫了解目標天體的基本特征?；谛强漳M軟件的基礎天文學教學突破傳統(tǒng)的“先講授后演示”的傳統(tǒng)教學模式，使學生在現(xiàn)實中學習，在現(xiàn)實中應用，減少不必要的教學環(huán)節(jié)，大大提高了課堂效率，更重要的是切實提高了學生對于天文學基本原理和基本方法的應用能力，特別適合于基礎天文教學，值得普及和推廣。

2 熱點導入和激發(fā)興趣

激發(fā)學生的學習動機是基礎天文學教學的首要環(huán)節(jié)。國際盛行的天文熱使天文現(xiàn)象和天文事件常常見諸于報端，大眾對基本天文概念似乎都已耳熟能詳，但對于基本概念背后的天文學原理卻不得而知。教師應即時抓住學生這種基于有限的感性認識而引發(fā)的求知欲望，結合近期天文熱點，激發(fā)學生的學習動機，導人理論課程內(nèi)容，使學生的學習從零散轉向系統(tǒng)，從感性到理性，從被動接受到主動探索，這種教學模式符合人的心理認知規(guī)律，也符合建構主義的教學理念。如講授“太陽系”時，可結合獅子座流星雨、火星探測、冥王星的歸屬等太陽系的相關科學問題等；而講授“地月系”時，可結合日月食和月球探測等；講授“星空區(qū)劃”時，可結合國際星空區(qū)劃中的“星座神話”和中國星空區(qū)劃中的“星官”和“分野”制度等。從而使學生從天文現(xiàn)象人手，自覺邁人天文學習的殿堂。

3 側重過程和注重類比

現(xiàn)代天文學包括天體測量學、天體力學和天體物理學三大學科分支，而這也代表了天體研究由淺人深的三個層次，不同尺度天體由于觀測條件的差異研究程度自然也不盡相同，反映在天文學教材上不同尺度天體介紹的詳略不同。但傳統(tǒng)天文學教材對此并未說明，從而使初涉天文的學生往往對這種相對凌亂的知識體系準備不足，對課程的重難點也把握不準，深陷于海量的天體數(shù)據(jù)和軌道參數(shù)等天體測量學特征，無暇顧及測量學特征背后的天體力學和天體物理學原理。鑒于此，面向非天文專業(yè)學生的基礎天文學教學應強調(diào)面向天體運動過程的原理解釋和現(xiàn)實意義，測量學內(nèi)容作為天體靜態(tài)特征可隨時查閱。此外，宇宙是不同天體系統(tǒng)形成的自組織結構，不同尺度天體的形成、分類和演化具有類似的特征。實際天文學教學中在從宏觀到微觀講授天體系統(tǒng)時，應注意教學內(nèi)容前后的邏輯性和類似性，以點帶面，合理分配學時。如宇宙的演化、星系的演化、恒星演化、太陽系的演化的教學；再如星團的分類、星系的分類、星云的分類等內(nèi)容均可實現(xiàn)類比，不僅有效提高了理論課堂的教學效果，增強了學生對于天文學原理的遷移能力，而且可將更多的精力放在更為重要的天文學應用的教學中。

4 儀器演示和數(shù)字模擬

天文學相對抽象的理論內(nèi)容需要學生有豐富的空間想象能力和敏銳的邏輯思維能力，而初涉天文的學生的宇宙框架尚未完全建立，實際教學通常配合配備相當數(shù)量的天文演示儀器輔助理論教學，加深學生對天文學原理的理解和認識。常用天文演示儀器有天象儀、天球儀、三球儀、電子活動星圖等等。值得注意的是，考慮到地區(qū)天文發(fā)展水平的差異，天文演示儀器的選用在經(jīng)濟條件有限的前提下應盡量小型化、便攜化、自制化、數(shù)字化和擬人化，在保障課堂演示效果的同時，有效降低教學成本，更重要的是使學生有機會自己重復實驗過程，便于課后鞏固和復習，也利于天文學的普及和推廣。近年來數(shù)字星空模擬軟件的成熟為這種教學思路提供的契機，該類軟件可集中展現(xiàn)天體周日視運動、周年視運動、四季星空、日月食、行星凌日、五星連珠、彗星回歸和流星雨等諸多天文演示功能，從而在有多媒體教學條件的課堂中成為最佳的教學和實驗平臺，大大提高了教學效果。

5 角色扮演和時空對應

天文學的基礎教學通常不可避免的涉及到基本概念的識記和理解，也成為天文科普教學中常見的門檻。例如，星空區(qū)劃是是科普天文教學的重點，但其中涉及的全天88星座的記憶是實際教學中的難點，也是學生識別四季星空的基礎。實際教學中，教師按照傳統(tǒng)方法根據(jù)當?shù)匦强盏目梢暻闆r對多星座進行簡化的同時，可將特定星座的名稱和相對位置與學生的姓名和籍貫的地理位置逐個對應起來，每個學生扮演一個星座，地球表面的學生籍貫的相對位置也對應星座在天球上的相對位置，而且教學時也要求“對號入座”，保持彼此間的相對位置關系，從而使教學過程中的每一次“點名”和“落座”都成為星空區(qū)劃知識的復習鞏固。更重要是，在課時有限的前提下，調(diào)動了學生的積極性，使學生從抽象晦澀的天文學理論中解脫出來，在輕松的氛圍中到達滿意的學習效果。

6 來源現(xiàn)實回歸現(xiàn)實

天文學是來源于現(xiàn)實的科學，與人類生產(chǎn)生活息息相關。而面向非天文專業(yè)師范生的基礎天文學教學的最終目的也是將有限的天文知識運用到學生自己的專業(yè)和社會實踐中。理論課程講授要從現(xiàn)實出發(fā)，最后又回到現(xiàn)實。引導學生從天文現(xiàn)象的感性認識出發(fā)，探討的天文現(xiàn)象背后的基本原理，了解研究這些基本原理涉及的基本方法，進行總結歸納分類，然而再推而廣之。實際教學中，可針對學生不同的知識背景設計不同專題應用內(nèi)容，如面向文科生的“天文年代學”教學，面向理科生的“天文氣候?qū)W”、“天體物理學”等專題。這種面向現(xiàn)實的基本教學理念應滲透到天文學基本原理和方法的教學環(huán)節(jié)中，減少不必要的中間教學環(huán)節(jié)，切實提高學生對天文學基本原理和方法的實際應用能力，而且為自己將來的教學和科普奠定基礎。

21世紀以來，以載人航天和空間探測為主題的天文熱開始在全球盛行，現(xiàn)代天文學進展和各種天文現(xiàn)象開始受到越來越多的大眾關注，良好的社會氛圍為我們開展天文科普工作提供了契機。高等師范院校是區(qū)域天文科普教育的中心，提高科普天文教育人才的培養(yǎng)質(zhì)量，促進地方天文科普事業(yè)的發(fā)展，是區(qū)域高等師范院校應履行的社會責任。高等師范院校應充分整合天文教學資源，靈活運用教學方法，并結合豐富的天文實踐，使高質(zhì)量的天文科普教育通過高校輻射到基層中小學，從而使天文學真正從書本回歸社會。

參考文獻：

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第2篇：研究天文學的意義范文

根據(jù)來自斯隆數(shù)字巡天項目的數(shù)據(jù)，一個國際天文學家小組發(fā)現(xiàn)了一個創(chuàng)紀錄的類星體集群結構，其延伸超過40億光年。類星體又稱為似星體、魁霎或類星射電源，它是宇宙早期的星系核心。所謂類星體，是一類極端明亮、極端活躍且年輕的活動星系。該項研究的第一作者，英國天文學家羅杰?克洛斯表示：“這項發(fā)現(xiàn)很大程度上來講是一個驚喜，因為它著實突破了我們所知曉的宇宙中最大結構的尺度?！毕啾戎拢覀兯诘你y河系直徑不過僅有數(shù)十萬光年，而銀河系所處的上一級結構，即室女星系團，其延伸也僅有數(shù)億光年而已。

挑戰(zhàn)現(xiàn)有理論

克洛斯表示，天文學家們多年前便已經(jīng)知道類星體可以形成巨大的集群，延伸超過7億光年。然而此次所發(fā)現(xiàn)的，由73個類星體組成的超級集群延伸的距離實在是讓人大為吃驚。

天文學家們之所以感到驚愕不已，是因為現(xiàn)有的天體物理學模型似乎限定了宇宙中所存在結構的規(guī)模上限是其尺度不應超過12億光年?？寺逅贡硎荆骸耙虼耍@一發(fā)現(xiàn)對我們現(xiàn)有的知識理論構成挑戰(zhàn)，我們此次并不是解決了一個問題，而是新發(fā)現(xiàn)了一個問題。”

這一巨大的結構被簡單地稱作“大型類星體團”，它的發(fā)現(xiàn)同時還顛覆了另外一項基本宇宙學原理，那就是當在大尺度上進行觀察時，宇宙應當是總體均勻的?？寺逅拐f：“這可能意味著以前我們對于宇宙的數(shù)學描述都過于簡單了，更好的模型或許應當是遠比這更加困難和復雜的?！?/p>

揭示星系奧秘

第3篇：研究天文學的意義范文

蓋天說與渾天說是中國古代天文學上兩大主流學派的理論，兩派都創(chuàng)造了許多天文儀器，用于觀測、記錄、研究和演示天象。渾天學派的渾天儀和渾象奇瑰雄渾，在歷史上備受推崇，蓋天學派的圭表也廣為世人所知。其實，蓋天派還創(chuàng)制了一種蓋天圖儀，同樣閃爍著先哲智慧的光芒，然而遺憾的是，這種蓋天圖儀在中國天文學史上卻鮮有提及，所以今天仍有必要介紹和探討。

蓋天說是中國一種古老的天文學理論，傳說出自周人之手的《周髀算經(jīng)》說：天象蓋笠，地法覆盤。古人于傘蓋之下，仰觀其形有若天穹，于是繪制星辰圖像于其上，就成為一幅蓋天圖。與蓋相類者有笠，笠無柄，頂戴于頭遮日防雨。用笠制作法天之器，作用與蓋相同，故有蓋笠一詞。但笠小蓋大，蓋上可以繪制更多星辰，這大約就是后代多稱蓋天的原因吧。

蓋天圖儀之形與天穹相似，人可站立其下仰視，也可以回轉蓋圖以示天空星辰旋轉，還可以斜置以演示北極傾斜之狀。既簡單又直觀，可謂古人法天最理解的器具。這種圖，天區(qū)星度布局比較均勻，完全不像后來的平面蓋天圖誤差那么大。但古代完整的蓋天圖儀并沒有流傳下來，我們只能就相似的車蓋等來探討其形制?！端鍟分杏浻幸惠v南齊帝車：及平齊，得其輿輅，藏于中府。有乾象輦，羽葆圓蓋，畫日月五星，二十八宿，天街云罕。乾象即天象，這正是蓋天圖儀的形制。另一類蓋天圖繪于古墓葬中，漢至隋唐的許多墓室設為穹頂，上繪天象，雖稍簡陋，但屢見不鮮。

流傳于古籍中的平面蓋天圖，則是將球面圖形加以平面化，其好處是制作簡易，方便攜帶。但這樣一來所繪星位必然因照顧角度而犧牲距離，而與實際天象不合，于是廣受詬病。其實，在表現(xiàn)天象方面，渾天派也有缺點。渾象上繪出的星圖是目視星空的反象，相當于人從天外向下俯視。從這一點說，它還不如蓋天圖直觀形象。

中國歷史上曾多次發(fā)生渾蓋之爭，由于渾天說占據(jù)了主導地位，蓋天圖儀遂長期為人們所忽視。今天再進行渾天之爭當然已經(jīng)毫無意義，但如果把蓋天圖儀納入人類天文學史，則依然是很有意義的。

5．下列關于作者寫作本文原因的表述，不正確的一項是（ ）

A．蓋天學派跟渾天學派一樣，也是中國古代天文學的主流學派，創(chuàng)造了許多天文儀器。

B．蓋天圖儀和渾天儀等，都是古代用于觀測、記錄、研究和演示天象的重要天文儀器。

C．渾天派的渾天儀和渾象，以及蓋天學派的圭表在歷史上備受推崇，廣為世人所知。

D．蓋天圖儀是蓋天學派創(chuàng)制的，這一儀器閃爍著先哲智慧的光芒，但后人卻鮮有提及。

6．下列理解和分析，不符合原文意思的一項是（ ）

A．作為天文學理論的蓋天說誕生甚早，在春秋時代周朝人所著的《周髀算經(jīng)》中就有天象蓋笠，地法覆盤的說法。

B．蓋天圖儀狀如傘蓋，上繪日月星辰，人可站立其下仰視。蓋圖可以旋轉、傾斜，演示星辰運動狀態(tài)。

C．古代完整的蓋天圖儀實物已經(jīng)失傳，但在古人的車蓋、墓室穹頂上仍繪有蓋天圖，形制與其相似。

D．平面蓋天圖雖然所繪星位因照顧角度而犧牲了距離，但是比起渾象來，仍然顯得直觀形象，而且容易攜帶。

7．根據(jù)原文的內(nèi)容，下列推斷不正確的一項是

A．所謂蓋天圖是說像傘蓋一樣的天象圖，但古代也有用笠制作的法天之器，所以應該也有以笠為名的圖。

B．雖然從古人車蓋和墓室穹頂上所繪制的蓋天圖可以探知古代蓋圖儀的主要形制，但是蓋天圖儀原物必定更加復雜。

C．歷史上曾多次發(fā)生渾蓋之爭，最后渾天說占據(jù)了主導地位，但蓋以仰視，渾以俯視，應該說兩者各具其妙。

D．正因為渾象上繪出的星圖是人們目視星空的反象，所以渾象上星辰的位置、距離也有不符合實際天象的。

參考答案：

5．C（原文的表述是渾天學派的渾天儀和渾象奇瑰雄渾，在歷史上備受推崇，蓋天學派的圭表也廣為世人所知。C項說法與原文不符。）

第4篇：研究天文學的意義范文

這個星系團叫做鳳凰星系團，是宇宙中最大的星系團之一。2010年，研究人員借助南極望遠鏡發(fā)現(xiàn)了該星系團。研究人員利用蘇尼亞耶夫·澤爾多維奇效應，并借助南極望遠鏡發(fā)現(xiàn)了許多這樣的星系團。蘇尼亞耶夫·澤爾多維奇效應使巨大的星系團在宇宙微波背景上留下印記，這種背景是宇宙大爆炸遺留下來的光線產(chǎn)生的一種橫貫宇宙的微弱光亮。跟所有的星系團一樣，鳳凰星系團是由暗物質(zhì)、恒星和氣體混合而成的，總質(zhì)量為太陽的25000萬億倍。

邁克爾·麥克唐納供職于麻省理工學院的科維里天體物理與太空研究所，在鳳凰星系團剛剛被發(fā)現(xiàn)之時，他領導的一組天文學家就給予其關注。起初，麥克唐納及同事利用基于太空的錢德拉望遠鏡研究了鳳凰星系團，后來通過10架太空和地面望遠鏡拍攝的觀測資料進行了進一步研究。這些望遠鏡在各種不同波長的狀態(tài)下拍攝了該星系團。通過綜合觀察，研究人員得出結論：風凰星系團的中心正在以每年誕生750顆恒星的驚人速度造就恒星。

“這是一個非常奇特的大量恒星形成的事件?！丙溈颂萍{說。他注意到，比起第二多產(chǎn)的星系團，鳳凰星系團的恒星誕生速度至少是其5倍。麥克唐納及同事還發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，證明流入星系中心的氣體正在快速冷卻。

“宇宙中多數(shù)快速冷卻的星系團恰好是恒星急速形成的活躍區(qū)，這絕不是巧合?！丙溈颂萍{說，“我們認為，這種冷卻的氣體為星暴活動提供了豐富的燃料供應?！?/p>

那么，為什么天文學家沒有在其他星系團看到類似的星暴呢？麥克唐納稱，其中的不同或許在于：由于其他星系團中心黑洞噴出的物質(zhì)產(chǎn)生了熱效應，使流人中心的氣體的冷卻速度緩慢下來。

第5篇：研究天文學的意義范文

【關鍵詞】 畢達哥拉斯；數(shù)論；美學探微；

基金項目：江蘇省教育廳高校哲學社會科學研究項目（2010SJB720001）

古希臘數(shù)學在阿那克西曼德更為抽象的思維方式影響下，逐漸從具體的感官實體世界中提升而出。畢達哥拉斯學派與古代埃及、巴比倫和其他的經(jīng)驗主義數(shù)學范式不同的是，開創(chuàng)了許多基本和重大的科學與哲學觀念，將數(shù)學建立在一個不是以經(jīng)驗和感覺為知識判斷標準，而是以推理和論證為基礎的全新的概念框架之上的，賦予了外在世界某種形而上學的意義，哲學研究的范式也因此具有了革命性的轉換。

一、數(shù)論思想

畢達哥拉斯約在公元前580-570年之間生于薩摩斯，公元前500年死于梅塔彭頓。畢達哥拉斯是最早提出并使用“愛智慧”即“哲學”這個名稱的的人。關于畢達哥拉斯的傳說很多，他的理想是要讓其門徒塑造優(yōu)秀的政治品德，為國家利益服務，使個人服從整體。畢達哥拉斯的父親是個商人，在這樣文化氛圍的家庭中，畢達哥拉斯從小就培養(yǎng)起對數(shù)學的濃厚興趣，他是集希臘理性精神與宗教精神于一身的典型代表，他所組成的畢達哥拉斯學派在古希臘影響了數(shù)百年之久。該學派在公元前5世紀末，分化為從事哲學、科學研究為主的數(shù)理學派與從事宣揚宗教神秘主義為主的信條學派，公元前1世紀融入新柏拉圖主義之中。但在其流變的數(shù)百年之中，科學與哲學始終相互影響著。

畢達哥拉斯學派最初是秘密結社，其數(shù)學上的發(fā)現(xiàn)被視為結社的公有財產(chǎn)，并對外界保密。畢達哥拉斯學派“專心從事藝術和工藝，又研究音樂、醫(yī)學，特別是數(shù)學?！盵1]數(shù)論是畢達哥拉斯學派的核心概念，畢達哥拉斯創(chuàng)設了畢達哥拉斯定理，為此曾舉行百牛大祭。“數(shù)學”這個詞也是畢達哥拉斯學派首先采用的，他們在數(shù)學上研究發(fā)現(xiàn)的深度和廣度，在當時世界各民族中遙遙領先。盡管他們最初的研究是從埃及和東方得到啟發(fā)，但他們已將東方那種偏于實用的數(shù)學上升到抽象的普遍的定理。亞里斯多德為此總結到，他們把全部時間用在這種研究上，進而認為數(shù)學的始基就是一切存在物的始基。這種創(chuàng)造本身就是世界性的思維范式的根本性革命。

畢達哥拉斯學派研究數(shù)學是基于哲學的追問，當時并沒有建立起一門數(shù)學學科。盡管數(shù)論是畢達哥拉斯學派的“中心思想”但它同時又是該學派追問世界的外在傳達形式。畢達哥拉斯學派有條基本的原則，即數(shù)是最智慧的，和諧是最美的。事實上，對于數(shù)學而言，直到亞里士多德的時候，數(shù)學才被定義，成為一門研究數(shù)量的學科。畢達哥拉斯學派自覺地將數(shù)看作是世界的根基，即把它看作存在物的質(zhì)料因，又將此描述存在物的性質(zhì)和狀態(tài)。由于他們在數(shù)目中間見到了各種各類和諧的特性與比例，而一切其他事物就其整個本性來說都是以數(shù)目為范型的，數(shù)目本身則先于自然中的一切其他事物。所以他們由此而推論，數(shù)目的元素就是萬物的元素，整個的天是一個和諧，一個數(shù)目。畢達哥拉斯學派認為，數(shù)既具有物理意義上的實在性的存在，更具有形而上學的終極意義。畢達哥拉斯學派注意世界上形式關系的事實，他們發(fā)現(xiàn)量度、秩序、比例和始終一致的循環(huán)，可以用數(shù)來表示。他們由此而推斷，數(shù)是萬物的基質(zhì)，一切其它的存在則是數(shù)的外在表現(xiàn)形式，數(shù)是世界的終極原因。作為非物質(zhì)的事物，如正義、德性、愛情、友誼等都由數(shù)來統(tǒng)攝。愛情與友誼用數(shù)字“8”來表示，因為愛情與友誼如同音樂的八個音度一樣是和諧的。

二、天文學信仰

第6篇：研究天文學的意義范文

關鍵詞：儒家文化古代科技古代科學家

關于中國古代是否有科學的問題，學術界至今仍有不同意見。不少學者根據(jù)卷帙浩繁的古代文獻，用歷史事實證明中國古代有科學，甚至認為，中國古代曾有過居于世界領先地位的科學技術。正如英國著名的中國科技史家李約瑟所言，古代的中國人在科學技術的許多重要方面“走在那些創(chuàng)造出著名的‘希臘奇跡’的傳奇式人物的前面，和擁有古代西方世界全部文化財富的阿拉伯人并駕齊驅(qū)，并在公元三世紀到十三世紀之間保持一個西方所望塵莫及的科學知識水平”，中國的科學發(fā)現(xiàn)和技術發(fā)明曾經(jīng)“遠遠超過同時代的歐洲，特別是在十五世紀之前更是如此”[]。然而，也有一些學者則根據(jù)中國古代沒有近代意義的“科學”，近代科學沒有在中國產(chǎn)生，以證明中國古代沒有科學。筆者持中國古代有科學的觀點，并認為，中國古代的科技具有明顯的儒學化特征，不同于近代意義的“科學”。這一看法對于理解中國古代科技曾有過輝煌但又沒有能夠?qū)崿F(xiàn)向近代科學的轉型，或許會有一定的幫助。

一．儒學化的中國古代科學家

從科技與社會相互關系的角度看，科學技術總是在一定的文化背景中孕育并得以發(fā)展的，因而必然會受到一定的文化的影響。儒家文化是中國傳統(tǒng)文化的主流，儒家文化對于中國古代科技的發(fā)展不可能不具有重要的影響。這種影響首先表現(xiàn)為儒家文化對于古代科學家的影響，表現(xiàn)為大多數(shù)科學家都不同程度地與儒學有著密切的關系。

關于中國古代科學家，目前，國內(nèi)有兩部較為重要的傳記著作，其一，由杜石然先生主編的《中國古代科學家傳記》，[]共選入中國古代科學家235位，另有明清時期介紹西方科技的外國人14位，該書收錄的古代科學家較全；其二，由盧嘉錫先生任總主編的《中國科學技術史》中有金秋鵬先生任主編的《中國科學技術史•人物卷》，[]該書精選了春秋戰(zhàn)國時期至清末的著名科學家77位（除漢代數(shù)學家張蒼和清初地理學家劉獻庭之外，大都包括在《中國古代科學家傳記》之中），該書收錄的古代科學家較精。以下就以杜石然先生所主編的《中國古代科學家傳記》為依據(jù)，參照金秋鵬先生所主編的《中國科學技術史•人物卷》，分析古代科學家與儒學之間的關系。

根據(jù)筆者分析，在《中國古代科學家傳記》中所收錄的科學家，大都與儒學有著程度不同的關系。依據(jù)這些科學家與儒學的關系的密切程度，可分為以下兩個層次：

其一，在儒學發(fā)展史上具有較重要地位或撰有儒學研究著作的科學家。這類科學家有：漢代的張衡、崔寔，魏晉南北朝時期的陸璣、虞喜、何承天、祖沖之，隋朝的劉焯，宋代的沈括、黃裳，明代的羅洪先、宋應星、張履祥，清代的朱彝尊、戴震、阮元、汪萊、李銳，等等。其中漢代的天文學家張衡著《周官訓詁》；東晉時期的天文學家虞喜“釋《毛詩略》，注《孝經(jīng)》”[]；南北朝時期的天文學家何承天對《禮論》進行整理，“刪減合并，以類相從，凡為三百卷”[]，數(shù)學家、天文學家祖沖之“著《易》、《老》、《莊》義，釋《論語》、《孝經(jīng)》”[]；隋朝時期的天文學家劉焯著《五經(jīng)述義》；宋代的科學家沈括撰《孟子解》，天文學家、地理學家黃裳撰《王府春秋講義》；明清之際的科學家宋應星撰《談天》、《論氣》；清代的數(shù)學家汪萊撰有《十三經(jīng)注疏正誤》、《說文聲類》等經(jīng)學著作，數(shù)學家李銳協(xié)助阮元校勘《周易》、《谷梁》和《孟子》，并撰有《周易虞氏略例》、《召誥日名考》等等。

其二，明顯受儒學影響、具有儒家理念或運用儒家經(jīng)典中的知識進行科學研究的科學家。這類科學家較多，比如（按年代順序），班固、劉洪、張仲景、皇甫謐、裴秀、劉徽、酈道元、賈思勰、王孝通、賈耽、杜佑、李吉甫、陸龜蒙、韓鄂、蘇頌、唐慎微、劉完素、鄭樵、張從正、李杲、宋慈、李冶、秦九韶、楊輝、郭守敬、朱世杰、王禎、朱震亨、魯明善、戴思恭、馬一龍、李時珍、徐春甫、程大位、朱載堉、陳實功、徐光啟、張景岳、邢云路、方以智、王錫闡、梅文鼎、楊屾、徐大椿、陳修園，等等。

這些科學家與儒學都有著密切的關系。需要指出的是，以上所羅列的這些科學家?guī)缀跄依斯糯萍俭w系中數(shù)學、天文學、地理學、醫(yī)學和農(nóng)學五大學科的最著名的科學家，是科學史上各個時期最具代表的科學家。而且在事實上，除了以上科學家之外，還會有其他許多科學家與儒學有著直接的關系，比如，大多數(shù)官吏科學家必然要受到儒家思想的影響；一些道教、佛教科學家，在他們的成長過程中，在他們的科學研究中，也會與儒家思想有著這樣或那樣的關系。

古代科學家與儒學的這種關系，與儒家文化是中國傳統(tǒng)文化的主流有關。在這樣的文化背景下，古代中國人自小都學習過儒家經(jīng)典。儒家經(jīng)典是古代文化的載體，學習文化知識，不能不學習儒家經(jīng)典；同時，儒家經(jīng)典是培養(yǎng)理想人格的教科書，要成為有道德的人，也不能不學習儒家經(jīng)典。而且，儒家經(jīng)典是古代科舉考試的重要內(nèi)容，要進入仕途，也必須學習儒家經(jīng)典。古代的絕大多數(shù)科學家當然也不例外。而且在社會交往中，古代科學家大都免不了與儒士交往。從家庭成員到老師，以至朋友同事，總會有儒家學者，或者有儒家背景的文人學士。宋朝時期的法醫(yī)學家宋慈，先是師從朱熹弟子吳雉，又經(jīng)常向朱熹弟子楊方、黃干、李方子、蔡淵、蔡沈等學習。入太學時，他的文章得到著名理學家真德秀的賞識，并拜師受學。清代科學家梅文鼎，他的父親就是飽讀儒家經(jīng)典的書生；后來，他又與著名經(jīng)學家朱彝尊、閻若璩、萬斯同以及清初儒家李光地、著名儒家黃宗羲之子黃百家等等有過密切的交往；他的許多思想，包括一些科學思想的形成都或多或少地與他所交往過的儒家學者有關。又比如，清代的數(shù)學家李銳，曾師從于著名經(jīng)學家錢大昕，在數(shù)學研究上與經(jīng)學家焦循多有交往，與焦循、汪萊一起被稱為“談天三友”[]。

中國古代科學家在成長的過程中、在社會交往以及學術交往中，大都處于儒家文化的氛圍之中，儒家文化是他們心靈、思想、學識、情感的不可分割的重要組成部分，從而使得中國古代科學家?guī)в忻黠@的儒學化特征。他們大都具有儒家的價值觀念和道德品質(zhì)，具備深厚的儒家文化知識，對儒家經(jīng)典有著濃厚的學術情趣，以至于在他們的科學研究中，或是包含著對儒學的研究，或是運用了儒家經(jīng)典的知識，或是蘊涵著儒家的情懷。

二．儒學化的古代科學研究

在儒家文化為主流的中國傳統(tǒng)文化背景下，不僅科學家的價值觀念、人格素質(zhì)、知識學問要受到儒家文化的影響，而且在科學研究中，科學家的科研動機、基礎知識乃至科研方法，都在很大程度上受到儒學的影響。

（1）儒家的價值觀影響科學研究的動機

古代科學家研究科技的動機大致有三：其一，出于國計民生的需要；其二，出于“仁”、“孝”之德；其三，出于經(jīng)學的目的。

古代科學家研究科學的動機首先出于國計民生的需要。北魏時期的農(nóng)學家賈思勰在其所著的《齊民要術》中對此有很好的論述。該書的“序”在闡述作者研究農(nóng)學的目的時說：“蓋神農(nóng)為耒耜，以利天下。堯命四子，敬授民時。舜命后稷，食為政首。禹制土地，萬國作乂。殷周之盛?！对姟贰ⅰ稌匪?，要在安民，富而教之?！盵]他還舉了許多例子：“耿壽昌之常平倉，桑弘羊之均輸法，益國利民，不朽之術也”；“任延、王景，乃令鑄作田器，教之墾辟，歲歲開廣，百姓充給”；“皇甫隆乃教作耬、犁，所省庸力過半，得谷加五”；“《書》曰：稼穡之艱難?！缎⒔?jīng)》曰：用天之道，因地之利，謹身節(jié)用，以養(yǎng)父母。《論語》曰：百姓不足，君孰與足”。這些論述無非是要說明他撰著《齊民要術》的目的在于“益國利民”，為的是國計民生。元朝時期農(nóng)學家的王禎在所著《農(nóng)書》的“自序”中說：“農(nóng)，天下之大本也。一夫不耕，或授之饑；一女不織，或授之寒。古先圣哲，敬民事也，首重農(nóng)，其教民耕織、種植、畜養(yǎng)，至纖至悉。”他撰著《農(nóng)書》的目的也在于國計民生。中國古代科技之所以在數(shù)學、天文學、地理學、醫(yī)學和農(nóng)學這些學科較為發(fā)達，概由于當時這些學科與國計民生密切相關。數(shù)學以解決實際問題為基本框架和內(nèi)容，其中所涉及的問題大都與國計民生有關；天文學講“敬授民時”，地理學講治國安邦，醫(yī)學講治病救人，也都與國計民生相關聯(lián)。

古代科學家研究科學的另一個動機是出于“仁”、“孝”之德。東漢時期醫(yī)學家張仲景研究醫(yī)學，旨在“上以療君親之疾，下以救貧賤之厄，中以保身長全，以養(yǎng)其生”，在于“愛人知物”、“愛躬知己”[]。魏晉時期醫(yī)學家皇甫謐在所著《針灸甲乙經(jīng)》的“序”中說：“若不精通于醫(yī)道，雖有忠孝之心、仁慈之性，君父危困，赤子涂地，無以濟之，此固圣賢所以精思極論盡其理也。”可見，他研究醫(yī)學的動機在于落實“忠孝之心、仁慈之性”。唐朝時期的醫(yī)學家孫思邈也在所著《備急千金要方》“本序”中指出：“君親有疾不能療之者，非忠孝也?！苯鸫t(yī)學家張從正更是明確把自己的醫(yī)學著作定名為《儒門事親》，以表明他研究醫(yī)學的動機在于“事親”。事實上，科學研究的動機出于國計民生的需要與出于“仁”、“孝”之德，這二者是一致的，關注國計民生是“仁”、“孝”之德的進一步推廣；所以，那些出于國計民生的需要的科學研究，同樣也是出于“仁”、“孝”之德。

除此之外，古代科學家研究科學還有一個動機，這就是經(jīng)學的動機。古代數(shù)學家大都把自己的數(shù)學研究與《周易》、《周禮》的“九數(shù)”以及儒家的“六藝”聯(lián)系在一起。魏晉時期數(shù)學家劉徽在所撰《九章算術注》“序”中說：“昔在包犧氏始畫八卦，以通神明之德，以類萬物之情，作九九之數(shù)，以合六爻之變”，“周公制禮而有九數(shù)，九數(shù)之流，則《九章》是矣”；《孫子算經(jīng)》認為數(shù)學是“六藝之綱紀”，能夠“窮道德之理，究性命之情”；唐朝時期的數(shù)學家王孝通在《上緝古算經(jīng)表》中說：“臣聞九疇載敘，紀法著于彝倫；六藝成功，數(shù)術參于造化”；這一切都是為了說明他們研究數(shù)學是對儒家經(jīng)學的繼承和發(fā)揮。宋朝時期的數(shù)學家秦九韶在《數(shù)書九章》的“序”中認為，數(shù)學“大則可以通神明、順性命，小則可以經(jīng)世務、類萬物”，元朝時期的數(shù)學家朱世杰在《四元玉鑒》“卷首”中認為，數(shù)學“以明理為務，必達乘除升降進退之理，乃盡性窮神之學”，這里講“通神明、順性命”以及“明理”，無非是要說明數(shù)學與理學在根本上是一致的，而他們的數(shù)學研究的動機也正在于此。事實上，宋代以后的科學家較多地把科學研究與求“自然之理”聯(lián)系在一起，所謂“數(shù)理”、“歷理”、“物理”、“醫(yī)理”之類；在他們看來，當時所謂的“自然之理”是包含在儒家“大道”中的“小道”，正如朱熹所言，“小道亦是道理”[]，所以，研究科學也是為了闡發(fā)儒家的道理。

從根本上說，古代科學家研究科學的以上三種動機都是圍繞著儒家的價值觀而展開的。出于國計民生的需要，就是為了落實儒家的民本思想；出于“仁”、“孝”之德，就是實踐儒家的仁愛理念；出于經(jīng)學的目的，就是要發(fā)揮儒家之道。因此，古代科學家的研究科學的動機最終都源自儒家的價值觀。

（2）儒家經(jīng)典成為科學研究的知識基礎

科學研究需要有相當?shù)闹R基礎和專業(yè)基礎，而在儒家文化占主流的背景下，大多數(shù)科學家的基礎知識甚至一些專業(yè)基礎知識最初都是從儒家經(jīng)典中獲得的。儒家經(jīng)典中包含了豐富的科技知識。就古代數(shù)學、天文學、地理學、醫(yī)藥學和農(nóng)學五大學科而言，《周易》等著作中包含有某些數(shù)學知識，《詩經(jīng)》、《尚書•堯典》、《大戴禮記•夏小正》、《禮記•月令》以及《春秋》等著作中包含有某些天文學的知識，《尚書•禹貢》、《周禮•夏官司馬•職方》等著作中包含有某些地理學知識，《周易》、《禮記•月令》等著作中包含了與醫(yī)學有關的知識，《詩經(jīng)》、《大戴禮記•夏小正》、《禮記•月令》等著作中包含有農(nóng)學知識。應當說，儒家經(jīng)典中具備了古代科學家從事科學研究所需要的基礎知識以及一些專業(yè)基礎知識。因此，儒家經(jīng)典中的科技知識，實際上成為許多科學家的知識背景，成為他們的知識結構中非常重要的組成部分。

古代許多科學家的科學研究正是在儒家經(jīng)典中所獲得的科學知識的基礎上，經(jīng)過自己的進一步研究、發(fā)揮和提高，從而在科學上做出了貢獻。從一些科學家的科學研究過程以及他們所撰著的科學著作中，可以發(fā)現(xiàn)，他們的科學研究與儒家經(jīng)典中的知識密切相關，在一定程度上是對儒家經(jīng)典中某些知識的發(fā)揮和提高。

古代數(shù)學家必定要講《周易》。魏晉時期的著名數(shù)學家劉徽在為《九章算術》作注時說：“徽幼習《九章》，長再詳覽，觀陰陽之割裂，總算術之根源。探賾之暇，遂悟其意。是以敢竭頑魯，采其所見，為之作注?！盵]也就是說，他是通過《周易》的陰陽之說“總算術之根源”，從而明白《九章算術》之意，并為《九章算術》作注。宋元時期的數(shù)學家講河圖洛書、八卦九疇。宋代著名的數(shù)學家秦九韶對《周易》揲蓍之法中的數(shù)學問題進行研究，從而引伸出一次同余組的解法，即“大衍求一術”，被認為達到了當時世界數(shù)學的最高水平；又有數(shù)學家楊輝對“洛書”的三階縱橫圖進行研究，直至對十階縱橫圖的研究；還有元代著名數(shù)學家朱世杰撰《四元玉鑒》，運用《周易》概念論述了多元高次方程組的求解問題，被美國科學史家喬治•薩頓稱為“中國數(shù)學著作中最重要的一部，同時也是中世紀最杰出的數(shù)學著作之一”[]。

古代天文學家必定要以《尚書•堯典》為依據(jù)，同時結合《大戴禮記•夏小正》、《禮記•月令》、《詩經(jīng)》、《春秋》“經(jīng)傳”等儒家經(jīng)典中有關天象的紀錄和天文知識，進行研究，同時，古代天文學家在編制歷法時也經(jīng)常運用《周易》中的概念。李約瑟說：“天文和歷法一直是‘正統(tǒng)’的儒家之學。”[]充分揭示了中國古代天文學與儒學的關系。由于古代的天文歷法研究需要涉及大量的儒家經(jīng)典，所以，在歷史上，大多數(shù)天文歷法家都是飽讀儒家經(jīng)典的儒者，從漢唐時期的張衡、虞喜、何承天、祖沖之、劉焯到宋元時期的蘇頌、沈括、黃裳、郭守敬，這些著名的天文歷法家都曾經(jīng)讀過大量的儒家經(jīng)典，他們所撰著的天文歷法方面的著作采納了儒家經(jīng)典中大量的天文學知識。

古代的地理學則不可能不講《尚書•禹貢》、《周禮•夏官司馬•職方》。東漢的班固所撰《漢書•地理志》輯錄了《尚書•禹貢》的全文和《周禮•夏官司馬•職方》的內(nèi)容；魏晉時期的地圖學家裴秀所制《禹貢地域圖》主要是根據(jù)《尚書•禹貢》。此后的地理學家酈道元、賈耽、杜佑、李吉甫都無不通曉《尚書•禹貢》，并以此作為地理學研究的基本材料。

在農(nóng)學方面，《周易》的“三才之道”是古代農(nóng)學研究的思想基礎。而且，以《禮記•月令》為基本框架的月令式農(nóng)書是古代重要的農(nóng)書類型，先是有東漢的崔寔撰《四民月令》，又有唐朝韓鄂撰《四時纂要》，后來還有元朝的魯明善撰《農(nóng)桑衣食撮要》，等等。即使是其它類型的農(nóng)書，其中也包含了大量從《詩經(jīng)》、《尚書》、《周禮》、《禮記•月令》、《爾雅》等儒家經(jīng)典中引述而來的農(nóng)學知識。

當然，作為科學家，他們的知識并不只是從儒家經(jīng)典中所獲得的那一部分科學知識，他們還擁有從前人的科技著作以及其它著作中獲取的知識，更重要的，還有他們的經(jīng)驗知識以及他們通過科學研究所獲得的知識。但無論如何，在他們的知識結構中，從儒家經(jīng)典中所獲得的知識是他們進行科學研究最基礎的同時也是最重要的知識。

（3）儒家的經(jīng)學方法成為重要的科學研究方法

在儒家文化的背景下，科學家在研究科學時，不僅研究動機與儒家思想有關，所運用的知識中包含著從儒家經(jīng)典中所獲得的知識，而且在研究方法上也與儒學的經(jīng)學方法相一致。

中國古代科學家的科學研究往往是以讀書為起點，然后用經(jīng)驗知識驗證前人的理論和觀點，并作適當?shù)陌l(fā)揮、詮釋和概括。與這樣的研究程序相關，科學研究首先要求廣泛地讀書，博覽群書，其中也必然包括儒家經(jīng)典，這就是“博學以文”。在此基礎上，科學家還要用親身的實踐對前人的知識進行驗證，尤其是地理學家、醫(yī)藥學家、農(nóng)學家更是如此，這就要求“實事求是”。因此，古代科學著作有不少都是對以往科技知識的整理和總結。

古代的科學研究由于與儒家的經(jīng)學研究有許多相似之處，都是圍繞著前人的著作而展開的，所以一直有尊崇經(jīng)典的傳統(tǒng)。古代科學家首先必須尊崇儒家經(jīng)典，尤其是包含科技知識的那些儒家經(jīng)典，《詩經(jīng)》、《尚書•堯典》、《尚書•禹貢》、《大戴禮記•夏小正》、《禮記•月令》、《周禮》、《周易》以及《春秋》“經(jīng)傳”等都是古代科學家所必須尊崇的經(jīng)典。此外，科學中的各個學科也都有各自的經(jīng)典：數(shù)學上有“算經(jīng)十書”，包括《周髀算經(jīng)》、《九章算術》、《海島算經(jīng)》、《五曹算經(jīng)》、《孫子算經(jīng)》、《夏侯陽算經(jīng)》、《張丘建算經(jīng)》、《五經(jīng)算術》、《綴術》、《緝古算經(jīng)》；天文學上有《周髀算經(jīng)》、《甘石星經(jīng)》等；地理學上有《山海經(jīng)》、《水經(jīng)》等；醫(yī)學上有《黃帝內(nèi)經(jīng)》、《神農(nóng)本草經(jīng)》、《難經(jīng)》、《脈經(jīng)》、《針灸甲乙經(jīng)》等；農(nóng)學上有《氾勝之書》、《齊民要術》、《耒耜經(jīng)》等等。這些經(jīng)典是各學科的科學家所必須尊崇的。

由于尊崇經(jīng)典，所以科學研究只是在經(jīng)典所涉及的范圍內(nèi)展開，只是在對經(jīng)典的詮釋過程中有所發(fā)揮。先有《九章算術》，后有《九章算術注》；先有《水經(jīng)》，后有《水經(jīng)注》；先有《神農(nóng)本草經(jīng)》，后有《神農(nóng)本草經(jīng)集注》，諸如此類。這與儒學的經(jīng)學方法是一致的。尤其是，明清之際，西方科學傳到中國，當時中國的科學家大都持“西學中源”的觀點，并且采取引中國古代經(jīng)典解釋西方科學的方法進行研究。這一科學研究方式依然是承襲了儒學的經(jīng)學方法。[]

三．儒家文化對古代科技特征的影響

由于古代科學家的科研動機、知識基礎以及研究方法在很大程度上受到儒家文化的影響，因而中國古代科技所具有的實用性、經(jīng)驗性和繼承性的特征，事實上也與儒家文化有著密切的關系。

在儒家文化的影響下，古代科學家進行科學研究的重要動機之一在于滿足國計民生的需要，所以，大多數(shù)具有儒家價值理念的科學家在研究科技時，所注重的主要是科技的實際功用，這就決定了中國古代科技的實用特征，富有務實精神。雖然也曾有一些科學家對純科學的問題進行過研究，但在總體上看，古代科技的實用性特征是相當明顯的，是主要的。在論及中國古代數(shù)學史上最重要的經(jīng)典著作《九章算術》與儒家文化的關系時，中國數(shù)學史家錢寶琮先生說：“《九章算術》的編纂者似乎認為：所有具體問題得到解答已盡‘算術’的能事，不討論抽象的數(shù)學理論無害為‘算術’；掌握數(shù)學知識的人應該滿足于能夠解答生活實踐中提出的應用問題，數(shù)學的理論雖屬可知，但很難全部搞清楚，學者應該有適可而止的態(tài)度。這種重視感性認識而忽視理性認識的見解，雖不能證明它淵源于荀卿，但與荀卿思想十分類似?！盵]如果對于中國古代數(shù)學發(fā)展具有重要影響的《九章算術》，其實用性的特征是受到儒家文化的影響，那么，整個古代數(shù)學的發(fā)展與儒家文化的密切聯(lián)系，也就不言而喻的了。除此之外，中國古代的天文學、地理學、醫(yī)學和農(nóng)學的實用特征在很大程度上也與儒家文化的務實精神有著直接的關系。

與實用性特征相聯(lián)系，古代科學家較為強調(diào)感覺經(jīng)驗，注重經(jīng)驗性的描述，因而使古代科技帶有明顯的經(jīng)驗性。在科學理論上，則主要是運用某些現(xiàn)成的、普遍適用的儒家理論以及諸如“氣”、“陰陽”、“五行”、“八卦”、“理”之類的概念，經(jīng)過思維的加工和變換，對自然現(xiàn)象加以抽象的、思辯的解釋，只注重定性分析，而不注重定量分析。其結果是，科學研究僅僅停留在經(jīng)驗的層面上。比如，唐朝時期的天文學家僧一行，他在天文儀器制造、天文觀測等諸方面多有貢獻，他所編制的“大衍歷”是當時最好的歷法。然而，他在解釋他的“大衍歷”時則說：“《易》：天數(shù)五，地數(shù)五，五位相得而各有合，所以成變化而行鬼神也。天數(shù)始于一，地數(shù)始于二，合二始以位剛柔。天數(shù)終于九，地數(shù)終于十，合二終以紀閏余。天數(shù)中于五，地數(shù)中于六，合二中以通律歷。……故爻數(shù)通乎六十，策數(shù)行乎二百四十。是以大衍為天地之樞，如環(huán)之無端，蓋律歷之大紀也。”[]再比如，宋代科學家沈括在解釋黃河中下游陜縣以西黃土高原成因時，他說：“今關、陜以西，水行地中，不減百余尺，其泥歲東流，皆為大陸之土，此理必然?！盵]他還說：“五運六氣，冬寒夏暑，旸雨電雹，鬼靈厭蠱，甘苦寒溫之節(jié)，后先勝復之用，此天理也?！盵]由于停留在經(jīng)驗性的描述和思辯性的解釋上，科學在理論上相對較為薄弱。

由于古代科學家的科學研究較多地受到儒家經(jīng)學方法的影響，因此對科學家來說，不僅儒家思想是不可違背的，而且，各門學科的“經(jīng)典”也是不可違背的。這種崇尚經(jīng)典的學風使得后來的科學家在科學研究中更多的是對前人著作中的科學知識和科學理論的繼承、沿襲或注疏、詮釋，并在此基礎上有所補充、改進。因此，古代的科學著作大都少不了引經(jīng)據(jù)典，廣泛吸取前人的多方面、多學科的知識，因而表現(xiàn)出明顯的繼承性。即使有所創(chuàng)新和發(fā)展，也主要是在既定的框架內(nèi)做出適當?shù)母淖兒桶l(fā)揮。

中國古代科技的實用性、經(jīng)驗性和繼承性的特征實際上正是在科技的層面上對儒家思想的延伸和展開。由于要實踐儒家之道，所以古代科技重視實用，重視經(jīng)驗，在實用科技方面較有優(yōu)勢，而在科學理論上則相對薄弱；同時，又是由于要尊崇儒家之道，所以古代科學家總是把自己的研究與儒家學說、儒家經(jīng)典聯(lián)系在一起，重視知識的積累，表現(xiàn)出明顯的繼承性。由此可見，中國古代科技的特征與儒家思想密切相關，儒家文化對于中國古代科技特征的形成具有重要的影響。

綜上所述，在以儒家文化為主流的中國傳統(tǒng)文化背景下，中國古代科技的發(fā)展在很大程度上受到儒家文化的影響，甚至在某種意義上可以說，中國古代的科學家大都是儒學化的科學家，中國古代的科學研究大都是儒學化的研究，中國古代科技大體上帶有明顯的儒學特征，中國古代的科學是儒學化的科學。

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[16]新唐書•歷志三上[A]．中華書局本．

第7篇：研究天文學的意義范文

50年前，天文學再次迎來了一次里程碑式的進展。33歲的加州理工學院教授施密特（Maarten Schmidt）使用當時世界上最大的望遠鏡——帕洛瑪天文臺的著名的200英寸（約合5米）海爾望遠鏡，測量了一個類似恒星的奇異天體的光譜，結果發(fā)現(xiàn)這顆“恒星”并非看起來那樣簡單。三年后，施密特的發(fā)現(xiàn)使他登上了著名的《時代周刊》的封面，盡管當時學術界對他和其他人的有關觀測結果依然百思不得其解。在那時，雖然人們尚未完全接受施密特的這一發(fā)現(xiàn)，但它將會為探索宇宙最遙遠的地帶開啟一扇大門。

尋找光學對應體

射電天文學的出現(xiàn)為類星體的發(fā)現(xiàn)鋪平了道路。第二次世界大戰(zhàn)中雷達的迅猛發(fā)展，導致星空中的自然射電源被偶然發(fā)現(xiàn)。在接下來的數(shù)十年間，射電天文望遠鏡觀測了很大一部分天空。但是要深入了解一個單顆射電源，通常首先需要找到其光學對應體，這是一項似易實難的任務。

直到上世紀70年代末，射電望遠鏡的觀測結果還相對地比較粗糙。在高精度相干觀測法出現(xiàn)以前，射電天文學家們只能粗略地測出一個射電源的位置。要想在一片看似普通的恒星和星系中識別出射電源的光學對應體是極為困難的，除非有一個明顯的異常光源正好和射電源的模糊位置相對應。

天文學家Cyril Hazard發(fā)明了一種巧妙的射電源定位方法——月掩星法。當月面從一個射電源前方經(jīng)過時，它的信號就會被立即遮掩，這時其位置就在月面邊緣所處的一段弧線上。當該射電源在月面另一側重新出現(xiàn)，或者月面以稍有不同的路徑再次將其遮掩時，就能確定第二段弧線。這兩段弧線交點就是該射電源的準確位置。

Hazard及其同事使用位于澳大利亞的著名的帕克斯射電望遠鏡，觀測了射電源3C 273的的三次月掩星，3C 273代表《劍橋第三射電源表》上的第273個源，編號是以天置的赤經(jīng)排序的。他們對這個射電源的定位精度達到了亞角秒量級（如需了解更多關于Hazard工作的信息，可登錄skypub. com/3c273）。后來的觀測顯示，它與兩個可見光源對應：3C 273 A看起來像是出自3C 273 B的一道纖細噴流，而后者則是一個相當明亮的13等天體，看上去像是一顆恒星。3C 373 B不同于其它照片中恒星的點狀外觀，看起來似乎被包裹在一團暗淡的模糊光斑中。

在帕洛瑪天文臺，施密特開始著手研究這些光學對應體的性質(zhì)。獲取了射電源的準確位置后，他應用了天文學中最強大的分析工具——光譜。不過他拍攝的可見光光譜反而讓問題更復雜了。3C 273 B的光譜特征是完全陌生的，在人們預想的譜線位置上，居然是空白一片，什么也沒有。

不過幾周后，施密特發(fā)現(xiàn)，其實3C 273 B的光譜中有一組非常熟悉的譜線：氫原子光譜的巴耳末線系。不過它在光譜中紅移了16%。

一個學生最近提出一個問題，為什么3C 273的紅移沒有被立即發(fā)現(xiàn)？畢竟，這種形式的發(fā)射譜線與恒星形成區(qū)和行星狀星云的譜線相似。類似的譜線在賽弗特星系中也能看到，賽弗特星系是擁有明亮星系核的近距離旋渦星系，后來證明這種星系是類星體的“失敗”近親，在一定意義上說就是較暗弱的類星體。

要理解為什么說施密特的發(fā)現(xiàn)是一項偉大的成就，可以先看一下后文中的原始資料。Schmidt必須首先拍攝光譜，而在1963年，對光譜的解釋工作更像是一門技巧，而不是科學。將200英寸海爾望遠鏡獲取的光譜，與現(xiàn)代使用94英寸（約合2.4米）的Hiltner望遠鏡上的CCD探測器記錄的光譜相比較，微弱的低對比度特征在CCD光譜中立即可以被認出是發(fā)射線，而同樣的特征在攝影光譜中幾乎無法看出，即便高對比度的譜線也顯得十分彌散。

遙遠而明亮的天體

為什么這16%的紅移令人吃驚？

天文學家早已知道宇宙膨脹可以導致遙遠天體的光譜線發(fā)生紅移，結果就是越遙遠的天體看起來其退行速度就越快。甚至在上世紀60年代初期，天文學家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了紅移高達20%的遙遠星系團，它們的紅移比3C 273更大。

不過這些星系團并沒有3C 373的超高亮度。越遙遠的天體看起來越暗弱，所以如果3C 373真的距離地球20億光年，那么它的亮度將至少是當時已知的最明亮星系的40倍。

此外，施密特在他的原始論文中認為，如果該類星體的噴流（3C 273 A）源于3C 273 B，那么它必須至少延伸16萬光年。即使它以光速運動，這一噴流要想達到當前的長度也至少要16萬年的時間；由于它的速度一定遠不及光速，因而所需時間甚至肯定更長。如果3C 273 B總是保持同一亮度，那么在這段時間內(nèi)，它輻射出的總能量將會比1億顆超新星的能量更大。盡管如此，施密特依然堅持“最直接而至少可接受”的解釋，是3C 273的紅移是宇宙膨脹造成的。

但是，很多天文學家依然對它能夠在這樣長的時間內(nèi)產(chǎn)生如此巨大的能量感到懷疑。尤其當觀察到個別類星體在數(shù)天內(nèi)，而不是在數(shù)月或數(shù)年內(nèi)就發(fā)生了亮度變化時，問題就變得更加復雜了。觀測結果顯示，某些天體居然在幾光天的空間范圍（差不多等于太陽系的大?。﹥?nèi)，產(chǎn)生了和一個星系相當?shù)墓舛?。是什么在如此小的空間內(nèi)制造了如此大的能量？

由于需要這么多的能量，有一些天文學家認為，類星體的紅移也許并不是宇宙膨脹造成的。他們提出，類星體的距離可能并沒有那么遙遠，也許它們就在本星系群附近。

當時有三種可選擇的理論允許假定類星于鄰近宇宙之中：

一、類星體可能是以接近光速運動的鄰近天體。

二、類星體的光可能發(fā)生了引力紅移，由于黑洞的巨大引力，它在逃離過程中損失了能量。

三、類星體的紅移現(xiàn)象可能是由于某種未知的“新物理學”造成的。

不過這三種可能答案都存在疑點。如果類星體以接近光速運動，那么按照相對論，藍移的類星體將比紅移的類星體更容易被探測到，不過至今沒有發(fā)現(xiàn)這種情況。這大大降低了類星體是鄰近天體的可能性。同時類星體的光被引力紅移的觀點會導致各種矛盾：發(fā)出這種發(fā)射線所需的大量低密度氣體必須存在于一個強引力場中，而這么強的引力場會將物質(zhì)壓縮至無法形成發(fā)射線的極高密度。第三種解釋則純粹是一種猜想，沒有任何證據(jù)支持。

在施密特的發(fā)現(xiàn)以后，關于類星體紅移的論戰(zhàn)持續(xù)了15年，直到?jīng)Q定性證據(jù)出現(xiàn)，證實了類星體的確是非常遙遠的天體。1978年，Alan Stockton（夏威夷大學）證實，類星體處在具有相同紅移的普通星系之中，有時候其紅移量甚至比預期的更大。

更多的證據(jù)進一步證實了類星體的極遠距離：Dennis Walsh（焦德雷班克天文臺）領導的團隊證認出了第一個因前景星系而發(fā)生引力透鏡作用的類星體，這種現(xiàn)象只能在宇宙學距離的前提下才能解釋。而在1982年，Todd Boroson和John Beverly Oke（帕洛瑪天文臺）研究了另一個著名類星體3C 48周圍的模糊光斑，證實那是來自其宿主星系的星光。

類星體的能源

如果說類星體紅移是宇宙學性質(zhì)的，那么就存在一個能量來源的問題。無論其能源是什么，它都必須能夠在一個太陽系大小的很小體積內(nèi)釋放出巨大的能量。

幾位天體物理學家——蘇聯(lián)的Yakov Zel’dovich和Igor Novikov，康奈爾大學的Edwin Salpeter在1964年，英國劍橋大學的Donald Lynden-Bell在 1968年，分別獨立提出，唯一可行的解釋是氣體被吸積到數(shù)百萬倍太陽質(zhì)量的巨大黑洞之中。盡管根據(jù)定義黑洞不能發(fā)光，不過當它吞食氣體時卻會變成強大的光源。當氣體盤旋落入巨大黑洞中時，會釋放出重力勢能，形成覆蓋整個電磁波譜的輻射。

到了1984年，劍橋大學的著名天文學家馬丁 ·里斯令人信服地指出，星系核的任何活動都不可避免地導致形成一個特大質(zhì)量黑洞。盡管直接的觀測證據(jù)依然并不充分，但天文學家們開始傾向于接受特大質(zhì)量黑洞的吸積活動是類星體能源的觀點，因為這種解釋是當時僅剩的最后一種可能。

有意思的是，證實特大質(zhì)量黑洞存在的第一個有力證據(jù)并非來自類星體，而是它們看上去并不活躍的“同胞”。圍繞星系中心運轉的氣體和恒星證明，幾乎所有大型星系的中央都寄宿著特大質(zhì)量黑洞。類星體與普通星系的唯一區(qū)別在于，它們的中心黑洞吞食物質(zhì)的多少。

類星體的結構

多年來，天文學家逐漸梳理出了類星體的完整故事：這些奇異的天體如何演化，以及它們的真實面貌究竟如何。不過在回答這些問題之前，首先要找到更多的類星體。

最初，天文學家們用射電波區(qū)分類星體與普通恒星。類星體的射電波來自其明亮的噴流，這種噴流是從星系中心爆射而出，進入星系際空間中的。不過天文學家很快意識到，類星體的其它性質(zhì)，例如其特殊的光譜、多變性以及X射線發(fā)射等，都可以將它們從附近的恒星中區(qū)別出來。在這個過程中，他們發(fā)現(xiàn)，相對容易被找到的“射電強”（現(xiàn)在活動星系核被分為“射電強”與“射電弱”兩類——編者注）的類星體其實只占全部數(shù)量的5%到10%。

到上世紀80年代初，各種觀測項目已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)十萬個類星體，目標的距離也越來越遠。斯隆數(shù)字化巡天是一個覆蓋全天四分之一的自動觀測項目，它在過去8年間發(fā)現(xiàn)了超過12萬顆類星體。隨著類星體的統(tǒng)計數(shù)據(jù)越來越完備，完整的演化過程也最終被勾畫了出來。

目前的理論認為，在星系的形成時期，類星體就在星系核中開始成長，那時候宇宙的年齡只有數(shù)億年。30億年后，類星體的數(shù)量達到峰值。不過之后的數(shù)十億年里，由于特大質(zhì)量黑洞逐漸耗盡了氣體供給，導致其晚年變得越來越平靜。

事實上，類星體可能是被自己破壞的：極高的自身光度將正在被吸積的氣體加熱到極高的溫度，甚至將其完全吹走。結果就是黑洞的物質(zhì)供給不足，而在黑洞年輕時，卻因為這些燃料而有極高的亮度。曾在100億年前統(tǒng)治宇宙的類星體的全部遺骸，就是目前平靜地蟄伏于鄰近的大型星系中心的特大黑洞。

盡管目前沒有望遠鏡可以在如此遠的距離上直接拍攝到類星體的精細結構，不過50年來的研究已經(jīng)找到了許多探索其真實面貌的間接方法。所有理論的基礎都一樣：那里有一個氣體吸積盤向特大質(zhì)量黑洞提供物質(zhì)。但是具體細節(jié)依然很難探究。

觀測顯示，一些類星體被一圈塵埃所包圍，特別是那些光度較低的類星體。塵埃環(huán)可能是吸積盤本身的延伸，也可能與吸積盤吹出的風有關。無論哪種情況，這些塵埃若要存在，就必須遠離吸積盤內(nèi)部的強光和高熱。從赤道方向透過這層阻礙觀察類星體，與從垂直方向看到的不同——許多經(jīng)常幫助我們識別類星體的重要特征，比如較寬的發(fā)射線，在垂直方向上都是看不到的。塵埃層可以幫助解釋類星體的種類變化。

第8篇：研究天文學的意義范文

Gamma Ray Bursts

Discoverer: U.S. scientists

The coming of the “space age” ushered[引領] in a golden age of astronomy that is still going on today. That golden age began, strangely enough, not in space but with the turning point in cold war relations, that also contributed to our next great discovery.

In the 1960s, despite a nuclear test ban treaty, The Soviet Union refused to allow on-site[現(xiàn)場的] inspectors at its nuclear facilities. As a result, the U.S. opted[選擇]

to monitor the Soviets by developing an orbital satellite

system, capable of detecting gamma ray bursts

produced by nuclear explosions. Because the satellite’s detectors looked up as well as down, scientists decided to use them to see if supernovae[超新星] produced gamma rays when they exploded. Between 1969 and 1972, they detected evidence of 16 short gamma ray bursts scattered across the sky. There was just one problem. None of the bursts correlated[相互關聯(lián)] with any of the known supernova events. And the mystery deepened.

Over the next two decades, astronomers detected an average of one gamma ray burst a day, but each burst happened so quickly that it was over before astronomers could get a telescope aimed at it. Finally, astronomers

began to solve the puzzle with the help of the BeppoSAX注1

space telescope, which was designed specifically to

detect short bursts of gamma and X-rays and precisely pinpoint[精確定位] their locations.

On December 14th, 1997, BeppoSAX located a gamma ray burst, leading to the first photographs ever taken of a burst in wavelengths other than gamma. To their astonishment, astronomers discovered that the burst took place in a galaxy 12 billion light years away, making

it one of the universe’s most powerful explosions. Since then, dozens of other gamma ray bursts have been

similarly documented, all just as powerful and far away. As for what it all means, the discovery of gamma ray bursts have once again shown us that, hidden out there behind the veil of the earth’s atmosphere are objects that are not only strange and hard to fathom[進行探測] black holes, pulsars[脈沖星], quasars[類星體] but they’re lethal[致命的], too. Gamma ray bursts are now considered a possible cause of past extinction events on earth.

The scientist Sir Arthur Eddington once noted, “Not only is the universe stranger than we imagine, it is stranger than we can imagine.” He could have been

talking about gamma ray bursts, the expanding universe or the theory of general relativity. It also happens to be a perfect description of our next discovery.

Planets Orbiting Other Stars

Discoverer: Alexander Wolszczan, Geoffrey Marcy and other scientists

Once, it would have been impossible for

astronomers to imagine discovering other solar systems with planets like our own. But today, astronomers can imagine, thanks to powerful space- and ground-based telescopes like the one here at the Lick Observatory in Mount Hamilton, California, where Jeff Marcy is hunting for new planets.

Nye: How do you go about finding a planet around a star?

Marcy: Well, it’s very easy. We watch the star to see if it wobbles[搖擺] in response to the planet yanking[猛拉] on it gravitationally.

Nye: Oh, you just need one of these.

Marcy: That’s right. This is the three-meter Lick

Observatory telescope.

The search for extra-terrestrial[地球的] planetary systems gained momentum[氣勢] in the early 1990s, when a Polish astronomer made a surprising discovery.

Marcy: There’s a wonderful discovery by Alex Wolszczan of a system of three planets orbiting a pulsar, and the way he found them was quite

exciting. He watches the pulses coming from the

pulsar, and the arrival of those pulses changes as the pulsar approaches and recedes[后退] us. These are hideous[可怕的] stars. Pulsars

have ultraviolet[紫外線輻射],

X-rays and gamma rays coming off them. They’re the bizarre[奇異的] end products of a supernova explosion, and despite that bizarre

environment, here we have earth-sized planets going around it. If there’re earth-size planets around pulsars, you can bet there are earth-size planets around other stars.

Since Wolszczan’s discovery, Marcy and other astronomers have found more than 130 extra-solar planets.

Marcy: We thought we would never find even one planet, and we have found the world’s only

triple[由三個部分組成的] planet system and quad-

ruple[由四個部分組成的] planet system with this telescope. These are planets the size of our Jupiter, Saturn, and the smallest are Neptune-sized, so it’s quite exciting. We’re finding planets of Jupiter size, but even those a few times bigger than the earth.

While no earth-like planets have yet been found, the search continues.

The Universe Is Accelerating

Discoverer: Saul Perlmutter and other scientists

As the universe expanded following the Big Bang, logic dictated that the gravitational attraction of all matter should pull at that expanding material and cause the expansion to slow. But how much was the universe slowing down? In the 1990s the Hubble space telescope made it possible

for teams of scientists to answer the question by studying the brightness of light from a special type of exploding star called a Type 1-A supernova.

I paid a visit to the

Lawrence Berkley National Laboratory in San Francisco,

and met with astrophysicist Saul Perlmutter, who

headed-up the Supernova Cosmology Project.

Nye: So what did you find out?

Perlmutter: So we started to make a measurement to try to find out how much the universe, in its extension, is slowing down. When we first saw the data, you…you say, “Well, that’s kind of funny. It kinda looks as if the universe isn’t…isn’t slowing down.” You check each step of the process, and little by little, it really looks like the universe is actually speeding up. This acceleration of the universe doesn’t fit at all. We understand pretty well what all the forces are in the universe and what all the objects are in the universe, and this is one of the first times that we’ve come across something that we wouldn’t have predicted.

Nye: Why is it accelerating?

Perlmutter: Well, that’s the question that has us all dying to know the answer, and, I mean, one way to think about it is that if you have a[n] energy, of this odd sort that would pervade[遍及] all of space, it can actually speed up [the] universe where gravity’s trying to slow it down. And we’re calling that “dark energy,” just to

reflect the fact that we don’t know what it is.

Here we have SNAP注2 that we’re hoping to be able to launch in the not-too-distant future. This one goes out to a location out past the moon. From that vantage point[有利位置]

you can measure the expansion history with such detail that we could actually see the little changes, when it goes from

deceleration[減速] to acceleration. Back when the universe was

really dense and close together, gravity was more important and it slowed the expansion down. As it kept expanding, though, even slower and slower, it lost out and gravity became less important than the dark energy, which took over and started to accelerate

the expansion. And we’re after exactly how that changeover

occurred, and that will tell us about what different possible

theories could be right, to explain the dark energy.

Nye: Always expanding…

Perlmutter: Exactly.

Nye: …but slowly then speeding up.

Perlmutter: Exactly.

Nye: And that’s where we are now.

Perlmutter: Exactly. So it’s this issue of… “Did it slow down and then suddenly spurt[突然急速行進]? Or did it slow and come to a

wobble and then take off?” You know, what…what was that

transition like?

Just like the ancient astronomers, modern scientists have discovered something about the cosmos that we can not yet

explain. It’ll be up to observers and theorists to figure out what’s

going on in our expanding universe. For this, they’ll need new ideas and better instruments. Now, whether this mystery is solved soon or far in the future, you can be certain of one thing

we will keep watching the skies to understand our place in the cosmos. We will continue to explore, understand and discover.

伽瑪射線爆發(fā)

發(fā)現(xiàn)者:美國科學家

“太空時代”的來臨開啟了天文學的黃金時代,至今方興未艾。但奇怪的是,這個黃金時代的開始并非來自太空,而是來自冷戰(zhàn)時期美蘇關系的轉折點。這也促成了我們的下一個偉大發(fā)現(xiàn)。

20世紀60年代,雖然有禁止核試驗條約,蘇聯(lián)拒絕讓實地考察員進入其核能設施檢查。因此,為了監(jiān)察蘇聯(lián)的動態(tài),美國開發(fā)出一套軌道衛(wèi)星系統(tǒng),用以探測核爆產(chǎn)生的伽瑪射線。由于衛(wèi)星探測器可以對其上空和下空進行探測,科學家決定用其觀測超新星爆炸時會否產(chǎn)生伽瑪射線。1969到1972年間,他們探測到16次分散于星空的短伽瑪射線爆發(fā)。問題在于,沒有一次爆炸與已知的超新星有關。謎團越來越深。

在往后20年里,天文學家平均每天都能探測到一次伽瑪射線爆發(fā),但每次爆發(fā)都異常迅速,他們根本來不及用望遠鏡瞄準它。最后,天文學家借助比普衛(wèi)星才得以解開這些疑問。這個衛(wèi)星專門用于探測伽瑪射線及X射線的短爆發(fā),并能準確定位爆發(fā)位置。

1997年12月14日,比普衛(wèi)星找到了一次伽瑪射線爆發(fā)的位置,從而拍攝到第一批伽瑪射線以外的、其他波長射線爆發(fā)的照片。天文學家們驚訝地發(fā)現(xiàn),這次爆炸發(fā)生在120億光年之外的星系中,是宇宙中威力最強大的爆炸之一。隨后,天文學家又記錄到數(shù)十個伽瑪射線爆發(fā)事件,它們具有同等強大的威力,距離我們都很遠。這一發(fā)現(xiàn)的意義在于――伽瑪射線爆發(fā)這個發(fā)現(xiàn)再度告訴我們,在地球大氣之外的外太空里藏著許多奇妙的星體,不僅難以測量――比如黑洞、脈沖星和類星體,而且其威力足以致命。現(xiàn)在,伽瑪射線爆發(fā)被認為可能是其中一個造成古代地球生物

滅亡的原因。

(英國)科學家亞瑟?艾丁頓曾說:“宇宙的奇妙不僅超出我們的想象,甚至是我們遠遠無法想象的。”他所說的話既可以用來形容伽瑪射線爆發(fā)、宇宙膨脹或廣義相對論,也能貼切地概括我們的下一個偉大發(fā)現(xiàn)。

行星繞行其他恒星

發(fā)現(xiàn)者:亞歷山大?沃爾茲剛、

杰弗里?馬西及其他科學家

過去,天文學家們根本想不到人類會發(fā)現(xiàn)其他擁有像地球這樣的行星的太陽系。但如今,多虧了太空及地表高倍望遠鏡――例如(美國)加利福尼亞州漢密爾頓山利克天文臺的這具望遠鏡,天文學家能夠盡情想象(這樣的星象)。杰夫?馬西在此尋找新行星。

納爾:你如何尋找繞行恒星的行星?

馬西:這很簡單。我們觀察恒星,看其是否因應行星重力的拉扯而擺動。

納爾:噢,你只要借助這么一個

大家伙。

馬西:沒錯。這是口徑為3米的利克

天文望遠鏡。

20世紀90年代初期,尋找太陽系外行星系的勢頭日漸增大,因為當時一位波蘭天文學家有一個驚人的發(fā)現(xiàn)。

馬西:天文學家亞歷克斯?沃爾茲剛有一個偉大的發(fā)現(xiàn),他發(fā)現(xiàn)了一個有三顆行星繞行一顆脈沖星的星體系統(tǒng),而且他發(fā)現(xiàn)的方式也相當令人振奮。他觀測來自脈沖星的脈沖,而那些脈沖抵達時(的狀況)會隨著脈沖星接近或遠離我們而改變。這是些很可怕的星體。脈沖星能放射出紫外線、X射線和伽瑪射線。它們是超新星爆炸后怪異的最終產(chǎn)物,雖然環(huán)境奇異,我們卻發(fā)現(xiàn)有一些和地球體積相當?shù)男行菄@它運行。假若有地球大小的行星繞行脈沖星,你就可以肯定有地球大小的行星繞行其他恒星了。

繼沃爾茲剛的發(fā)現(xiàn)之后,馬西及其他天文學家又發(fā)現(xiàn)了超過130個太陽系外

行星。

馬西:我們原本以為不可能發(fā)現(xiàn)任何行星,但藉由這具天文望遠鏡,我們發(fā)現(xiàn)了宇宙中唯一一個三連顆系外行星以及四連顆系外行星。這些行星的大小相當于我們太陽系的木星和土星,最小的也有海王星那么大,因此這是一項讓人興奮的發(fā)現(xiàn)。我們正在尋找木星大小的行星,但即使那樣的行星還是比地球大好幾倍。

只要仍未找到像地球一樣的行星,尋覓工作仍將繼續(xù)下去。

宇宙加速膨脹

發(fā)現(xiàn)者:索爾?普密特及其他科學家

大爆炸之后,宇宙不斷向外擴張。理論上,物質(zhì)間的引力會對物質(zhì)的膨脹起到牽制作用,減慢其膨脹速度。然而宇宙膨脹的速度到底減緩了多少?上世紀90年代,哈勃太空望遠鏡讓科學家們得以解開這個疑慮――方法是研究某種特別的爆炸恒星,也就是1A型超新星的

亮度。

我造訪

了(美國)舊金山的勞倫斯伯克利國家實驗室,前去拜訪天體物理學家

索爾?普密特。他是“超新星宇宙學計劃”的帶頭人。

納爾:請問您發(fā)現(xiàn)了什么?

普密特:一開始,我們進行了測量,嘗試找出宇宙膨脹減緩的程度。第一次看到那些數(shù)據(jù)時,我們想:“真奇怪,宇宙似乎沒有減慢膨脹的速度?！痹跈z查過計算的每一個步驟之后,漸漸地,我們發(fā)現(xiàn)宇宙真的正在加速膨脹。宇宙的這種膨脹并不合理。我們已經(jīng)很清楚宇宙中的各種力量以及宇宙中存在什么星體,這是我們第一次遇到超出預測的

東西。

納爾:為什么宇宙會加速膨脹呢?

普密特:這就是我們竭盡全力試圖解答的問題,我的意思是,你可以這么想,假如有一種怪異的能量遍布整個太空,它能加速宇宙膨脹的速度――盡管引力卻試圖給膨脹減速。我們把它稱為“暗能量”,意思是目前我們還不知道它是一種怎樣的能量。

這是超新星加速探測器,我們希望能在不久的將來將其發(fā)射升空。它升空后將飛越月球到達某個定點。在那個位置上,你可以詳細測量宇宙的膨脹史,這樣我們就可以觀測到其從減速到加速的微小變化。過去宇宙密度很高的時候,星體之間非常貼近,引力占據(jù)主導地位,可以減緩宇宙膨脹。隨著宇宙繼續(xù)膨脹,速度越來越慢,最終停止,那時引力的重要性就比不上暗能量,暗能量就會取代引力,加速宇宙膨脹。我們正在追尋這種改變究竟是如何發(fā)生的,這樣我們就能知道哪些不同的理論可能正確解釋

暗能量。

納爾:一直在膨脹……

普密特:是的。

納爾:……但減速后再次加速膨脹。

普密特:沒錯。

納爾:這就是我們所處的狀態(tài)。

普密特:完全正確。因此問題就在于……“(宇宙)到底是先減速然后突然加速?還是減速后經(jīng)歷一個拉鋸過程再急速膨脹呢?”你知道,這種變遷究竟是怎樣的呢?

就像古代天文學家一樣,現(xiàn)代科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些目前無法解釋的宇宙現(xiàn)象。這個重任將落在觀測者及理論家身上,他們要弄明白膨脹中的宇宙里到底發(fā)生了什么事情。他們需要新觀念和更好的觀測儀器來追尋答案。無論這個謎團的解答會出現(xiàn)在不久的將來還是遙遙無期,我們可以肯定的是――人類會繼續(xù)觀測天空,從而了解自身在宇宙中的定位。我們會一直堅持探索和了解,繼續(xù)發(fā)現(xiàn)。

第9篇：研究天文學的意義范文

關鍵詞 物理專業(yè) 物理師范專業(yè) 課程體系

中圖分類號：G649.1 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.10.003

Abstract The curriculum system of physics department and physics teacher education of Baylor University are introduced in detail. It is easy to see that the undergraduate enrollment of physics majors is a little less that is similar to our country. And the undergraduate majors of Baylor physics department are more reasonable， the degrees are more selectable. Their curriculum system is broad and profound， emphasizing of interdisciplinary development. The physics teacher education is separate from physics department， and is undertaken by the school of education， emphasizing interdisciplinary studies and teaching practice. Other mountain's stone can carve jade. These things are definitely meaningful for the transformation development of physics department in our local college.

Keywords physics； physics teacher education； curriculum system

美國貝勒大學位于德克薩斯州韋科市，是一所私立的基督教會大學。1845年2月，德克薩斯基督教育協(xié)會發(fā)起創(chuàng)辦，德克薩斯共和國總統(tǒng)安森?瓊斯簽署國會行動令，命名為貝勒大學貝勒大學是一所綜合性大學，設有文理學院、教育學院、商學院等12個教學學院，共有160個專業(yè)，在校學生16000多人。每個學院的教學系數(shù)目不同，其中物理系所在的文理學院有25個系，物理師范專業(yè)所在的教育學院，卻只3個系。

貝勒物理系有教師21人，其中教授6人，副教授7人，助理教授2人，高級講師3人，講師3人，博士19人，碩士2人。實行教授預聘制度，即對新進教師實行5年試用期，試用期滿考核決定去留?？己撕细窦催M入終身教職行列。對任課教師的考評，主要通過系學術委員會對每位教師從教學、科研、社區(qū)服務三個方面進行考核。下面為物理系歷年在校本科生人數(shù)（大一到大四年級人數(shù)合計）：2015，60人；2014，53人；2013，61人；2012，45人；2011，41人；2010，41人；2009，40人；2008，39人；2007，33人；2006，24人?？梢钥闯?，每一屆平均招生10.9人。實際畢業(yè)的人數(shù)還會減少，因為轉專業(yè)或被開除，例如，2013年畢業(yè)本科生5人，2015年畢業(yè)本科生8人。與數(shù)學系和化學系人數(shù)相比，是最少的，可見，學習的難易程度和工作機會的優(yōu)劣決定了物理系學生人數(shù)少是國際上的普遍現(xiàn)象。

貝勒物理系只3個與物理有關專業(yè)：物理學、天文學和天體物理學。可授予8個學士學位：物理理學學士、物理理學學士（計算科學）、物理理學學士（醫(yī)療保健預科）、物理文科學士、天文理學學士、天文文科學士、天體物理理學學士和天體物理文科學士。物理師范專業(yè)包括中小學科學教師專業(yè)和中學高年級物理科學教師專業(yè)，授予理學教育學士學位。

1 貝勒物理系的課程體系

貝勒的物理學、天文學和天體物理學的文科學位提供相應領域內(nèi)核心課程的傳統(tǒng)人文科學教育。物理學、天文學和天體物理學的理學學位提供該領域內(nèi)全面綜合課程的學習，為后續(xù)的研究生學習做準備，或者為技術、醫(yī)藥、教育、法律、經(jīng)濟、工業(yè)和其它職業(yè)做準備。鼓勵跨學科學習，尤其是與計算物理或醫(yī)療保健預科相關的物理課程。

其課程體系分為主修課程、第二主修課程和副修課程三類以及四個層次。主修課程是獲得相應學位時所要求的。第二主修課程和副修課程是供其它專業(yè)學生選修，其中修完第二主修課程后，會在他的學位證書上注明其第二專業(yè)是什么。副修課程的數(shù)量及要求都最低。

1.1 物理系開設的課程體系

1.1.1 1000層次

PHY 1404 光視學：有關光、光學、攝影、視覺、顏色和其它視現(xiàn)象的物理概念。

PHY 1405 文科普通物理：物理概念和歷史發(fā)展以及專題選講。

PHY 1407 聲音和聲學：有關聲音、聲音產(chǎn)生和聲源性質(zhì)的物理。介紹用于記錄、產(chǎn)生和分析聲音的一些儀器設備以及學習一些建筑聲學知識。

PHY 1408 自然和行為科學I的普通物理：有關力學、熱學和聲學的一些基本知識，強調(diào)相關的物理概念、問題解決、符號和單位的學習。

PHY 1409自然和行為科學II的普通物理：有關電、磁、光以及現(xiàn)代物理的一些基本知識，強調(diào)相關的物理概念、問題解決、符號和單位的學習。

PHY 1420 普通物理I：有關力學、波動、聲學、熱學的基本原理和應用。

PHY 1430 普通物理II：有關電、磁、光和現(xiàn)代物理的基本原理和應用。

PHY 1455 描述天文學：天文學及其和人類發(fā)展的關系，強調(diào)太陽系、行星、小行星、流星、彗星等。

PHY 1V95 物理的獨立學習：在老師的輔導下的獨立學習。

1.1.2 2000層次

PHY 2135 基本電學實驗：電路和電子的原理和應用。

PHY 2190 物理研究介紹：為本科研究做準備。包括研究技術、選導師和完成研究計劃書。

PHY 2350 現(xiàn)代物理：包括狹義相對論、量子力學引論、原子分子結構、核物理和粒子物理等。

PHY 2360 數(shù)學物理和計算物理：包括矩陣、矢量、坐標變換、數(shù)值計算、混沌分形微分方程特殊函數(shù)等。

PHY 2455 基本天文學：現(xiàn)代天文學的數(shù)學和物理基礎，強調(diào)其技術、歷史以及目前宇宙的演化圖。

1.1.3 3000層次

PHY 3175 介質(zhì)物理實驗I：實驗計劃、數(shù)據(jù)分析和誤差分析。密立根油滴實驗、法拉第常數(shù)測定、汽泡室攝影測量、蓋革計數(shù)、半衰期測定等。

PHY 3176 介質(zhì)物理實驗II：強調(diào)核計數(shù)及測量。

PHY 3305 發(fā)明和技術歷史包括科學家的傳記。

PHY 3320 經(jīng)典介質(zhì)力學：包括矢量、線性變換、單個粒子牛頓力學、線性和非線性振動、Euler方程、拉格朗日和哈密頓動力學、共點力以及軌道運動等。

PHY 3330 介質(zhì)電磁學：包括靜電、拉普拉斯方程、鏡像法、多極子展開、靜磁和麥克斯韋方程。

PHY 3350 天文主題：天文和天體物理中當前的研究主題。

PHY 3372 量子力學概論I：量子力學假定、希爾伯特空間算符、疊加原理、可觀測量、演化、守恒律、一維有界和無界態(tài)、WKB近似以及固體導電理論。

PHY 3373 量子力學概論II：三維問題、微擾理論、幺正理論、量子統(tǒng)計、原子光譜、固體原子核基本粒子物理介紹。

PHY 3455 觀測天文學：天文觀測基本手段，尋找和鑒別天體。

PHY 3V95 物理本科研究。

1.1.4 4000層次

PHY 4001 畢業(yè)考試：由系部組織，類似于GRE專業(yè)考試。PHY 4150 天文觀測概論。

PHY 4190 物理研究結果。PHY 4322 經(jīng)典物理的現(xiàn)代主題：包括粒子系統(tǒng)動力學、剛體運動、耦合振動、一維波動方程、規(guī)范變換、導體和絕緣體中的電磁波、色散、多極輻射、Linard-Wiechert勢、相對論性電動力學等。

PHY 4340 熱力學統(tǒng)計物理：概率、宏觀熱力學、統(tǒng)計熱力學、熱動力學、量子統(tǒng)計。

PHY 4350 星系結構和演化概論：星和星系包括黑洞、矮星、中子星的定量研究。

PHY 4351 現(xiàn)代宇宙概論：可觀測宇宙、牛頓引力、相對論宇宙模型、宇宙熱歷史等。

PHY 4360 計算物理模型：應用當代計算機解決物理和工程問題的若干模型。

PHY 4372 固體物理概論。PHY 4373 粒子、核物理概論。

PHY 4374 相對論性量子力學。

1.2 物理系學生選修其它系的課程

1.2.1 數(shù)學課程

MTH 1321 微積分I：單變量微分、定積分和微積分理論。

MTH 1322 微積分II：單變量積分、微分方程、斜率場和級數(shù)。

MTH 2311 線性代數(shù)：矢量、矩陣算子、線性變換、矢量空間特點、線性系統(tǒng)、本征值和本征矢。MTH 2321 微積分III：多變量微分積分，格林函數(shù)。

MTH 3325 常微分方程：一階常微分方程、二階高階線性方程、級數(shù)方法、拉普拉斯變換等。

MTH 3326 偏微分方程：物理偏微分方程、分離變量法、傅里葉級數(shù)、邊值問題、傅里葉積分。

1.2.2 計算科學課程

CSI 1430 計算科學I。CSI 1440 計算科學II。CSI 2334 計算系統(tǒng)概論。CSI 2350 離散結構。

CSI 3324 數(shù)值方法。

1.2.3 生物課程

BIO 1105、1106現(xiàn)代生物科學概念（實驗）。BIO 1305、1306 現(xiàn)代生物科學概念。

1.2.4 化學課程

CHE 1301 現(xiàn)代化學基本概念I。CHE 1302現(xiàn)代化學基本概念II。CHE 1316 實驗測量技術。

CHE 3331 生物化學I。CHE 3332 生物化學II。CHE 3238 生物化學實驗。

1.2.5 宗教課程

REL 1310 基督教圣經(jīng)。REL 1350 基督教傳統(tǒng)。

1.2.6 英語課程

ENG 1302 英語思維和寫作。ENG 1304 英語思維寫作和研究。ENG 2304 美國文學。

ENG 3330 英語寫作技巧。

1.2.7 政治科學課程

PSC 2302 美國憲法發(fā)展。

1.3 物理系各專業(yè)的第二主修課程和副修課程

1.3.1 物理學第二主修課程

PHY 1420、1430、2135、2350、2360、3320、3330、3372、3373、4322、4340、4001；PHY 4000層次任3學分；MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.3.2 物理學副修課程

PHY 1420、1430、2350；3000或4000層次任分。

1.3.3 天文學第二主修課程

PHY 1420、1430、2350、2360、2455、3320、3350、3455、4150、4350、4351、4001；MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.3.4 天文學副修課程

PHY 1420、1430、2455、3350、3455；其它PHY 3000或4000任3學分。

1.3.5 天體物理學第二主修課程：

PHY 1420、1430、2350、2360、2455、3320、3350、3455、3372、4340、4001；PHY4350、4351中任一門；MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.3.6 天體物理學副修課程

PHY 1420、1430、2455；PHY 3350、4350、4351中任兩門；其它PHY3000或4000任3學分。

1.4 物理系各學位的主修課程

每個學位修滿至少124學分，其中3000/4000層次36學分。從以下課程計劃可以看出，一是課程面寬廣，有一定深度；二是強調(diào)跨學科學習，強調(diào)學科交叉。

1.4.1 物理理學學位主修課程

PHY 1420、1430、2135、2190、2350、2360、3175、3176、3320、3330、3372、3373、4190、4322、4340、4001；PHY 4372、4373、4374中任兩門；CHE任3學分、CSI 任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.4.2 物理理學學位主修課程（計算物理）

PHY 1420、1430、2135、2190、2350、2360、3175、3320、3330、3372、3373、4190、4340、4360、4001；CSI 1430、1440、2334、2350、3324、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302；MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.4.3 物理理學學位主修課程（醫(yī)療保健預科）

PHY 1420、1430、2135、2190、2350、2360、3175、3320、3330、3372、3373、4190、4340、4001；BIO 1305-1105、1306-1106、3000或4000層次任6學分、CSI任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302； MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.4.4 物理文科學位主修課程

PHY 1420、1430、2135、2350、2360、3175、3176、3320、3330、3372、4001；PHY 3373、4322、4340、4360、4372、4373、4374中任兩門；CHE任3學分、CSI任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.4.5 天文理學學位主修課程

PHY 1420、1430、2190、2350、2360、2455、3320、3350、3455、4150、4190、4350、4351、4001；其它PHY 3000或4000任6學分；CSI任3學分、CHE任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.4.6 天文文科學位主修課程

PHY 1420、1430、2350、2360、2455、3320、3350、3455、4150、4350、4351、4001；CSI任3學分、CHE任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.4.7 天體物理理學學位主修課程

PHY 1420、1430、2190、2350、2360、2455、3320、3330、3350、3372、3373、4190、4340、4350、4351、4001；其它PHY 4000任3學分；CSI任3學分、CHE任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

1.4.8 天體物理文科學位主修課程

PHY 1420、1430、2350、2360、2455、3320、3350、3455、4150、4350、4351、4001；CSI任3學分、CHE任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。

2 貝勒物理師范課程體系

貝勒基礎物理師資培養(yǎng)脫離了物理系，由教育學院承擔（但基礎數(shù)學師資培養(yǎng)仍然在數(shù)學系，而化學系沒有師范教育）。這樣利于突出師范培訓，增強畢業(yè)生的師范技能。美國的小學為1-6年級、中學7-12年級。下面的中小學指4-8年級，中學高年級指9-12年級。

2.1 教師教育課程

TED 1112 教育技術試驗 I，達到德州教育委員會的認證要求。TED 2112教育技術試驗 II。

TED 1312 教學導論 I：學習教學策略并應用于教學實踐。TED 2330 中小學教學：中小學教師的職責作用及實踐。TED 2340 中學高年級教師的職責作用及實踐。TED 3340 中學高年級教學助理I：中學100小時的教學實習以及討論會。TED 3341中學高年級教學助理II。

TED 3630 中小學教學助理I：中小學100小時的教學實習。TED 3631中小學教學助理II。

EDP 3650 優(yōu)等生教學助理I。TED 3651 優(yōu)等生教學助理II。TED 4312 英語第二語言教學方法。TED 4630 中小學教育實習I。

TED 4631 中小學教育實習II。TED 4632 中小學教育實習III。TED 4633 中小學教育實習IV。TED 4640 中學高年級教育實習I。TED 4641 中學高年級教育實習II。TED 4642 中學高年級教育實習III。TED 4643 中學高年級教育實習IV。EDP 4650 優(yōu)等生教育實習I。EDP 4651 優(yōu)等生教育實習II。

2.2 中小學科學教師專業(yè)課程

大一課程：ENG 1302、1304；REL 1310、1350；GEO 1408 地球科學；TED 1312、1112；LF 1134 體適能理論與實踐；美術3學分；MTH 1320 微積分初步；HED 1145 健康與人類行為。

大二課程：TED 2330、2112、2381；BIO 1305、1105、1306、1106 現(xiàn)代生物科學概念及試驗；GEO 地質(zhì)學；STA 1380 統(tǒng)計初步；HIS 2365 美國歷史；PSC 2302；LF 終身健康。

大三課程：TED 3630、3380、3631；CHE 1301 現(xiàn)代化學基本概念I；CHE 1101 普通化學實驗I；PHY 1408、1409；CHE 1302 現(xiàn)代化學基本概念II；CHE 1102 普通化學實驗II。

大四課程：TED 4630、4631、4325、4632、4633。

2.3 中學高年級物理科學教師專業(yè)課程

大一課程：ENG 1302、1304；REL 1310、1350；GEO 1408 地球科學；TED 1312、1112； LF 1134 體適能理論與實踐；美術3學分；MTH 1321 微積分I；MTH 1322 微積分II；HED 1145 健康與人類行為。

大二課程：TED 2340、2112、2381；CHE 1301 現(xiàn)代化學基本概念I；CHE 1101 普通化學實驗I；CHE 1302 現(xiàn)代化學基本概念II；CHE 1102 普通化學實驗II；PHY 1420、1430；STA 1380 統(tǒng)計初步；HIS 2365 美國歷史；PSC 2302；LF 終身健康。

大三課程：TED 3340、3341；TED 3387 中學高年級科學課程實習；TED 3380 教育中的社會問題；PHY 2000層次任一門；CHE 3331 有機化學I；CHE 3332 有機化學II；CHE 3238 有機化學實驗。

大四課程：TED 4640、4641、4325、4642、4643。

可以看出，美國對中學物理教師的要求是數(shù)理化生地五門通修，沒有專門的化學、地理、生物教師培養(yǎng)。注重教師職業(yè)道德和職業(yè)技能訓練。

參考文獻

[1] 丁持坤，肖月華.大眾化高等教育時代地方院校物理學專業(yè)面臨的辦學危機與對策探索[J].湖南人文科技學院學報，2014.136（1）：107-110.

[2] 王杰.訪貝勒大學物理系簡介[J].云南名族學院學報，1998.7（2）：61-62.