自然科学知识

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19世纪自然科学三大发现:
1、细胞学说
主要内容是：细胞是动、植物有机体的基本结构单位，也是生命活动的基本单位。这样，就论证了整个生物界在结构上的统一性，细胞把生物界的所有物种都联系起来了，生物彼此之间存在着亲缘关系。这是对生物进化论的一个巨大的支持。细胞学说的建立有力地推动了生物学的发展，为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据，恩格斯对此评价很高，把细胞学说誉为19世纪自然科学的三大发现之一。
2、生物进化论
1859年，英国生物学家和生物进化论的奠基者达尔文，在其巨著《物种起源》中提出了生物进化的自然选择学说。该学说的要点是群体中的个体具有性状差异，这些个体对其所处的环境具有不同的适应性；由于空间和食物有限，个体间存在生存竞争，结果，具有有利性状的个体得以生存并通过繁殖传递给后代，具有不利性状的个体会逐渐被淘汰(达尔文把自然界这种留优汰劣的过程称为自然选择)；由于自然选择的长期作用，分布在不同地区的同一物种就可能出现性状分歧和导致新物种的形成。
3、能量守恒和转化定律
能量守恒和转化定律，是19世纪自然科学的一块重要理论基石。能量守恒的意义首要的是建立物质运动变化过程中的某种物理量间的等量关系。对此，我们无需知道物质间实际的相互作用过程，也无需知道物质运动变化过程中的能量间的转化途径，只要建立和物质运动状态相对应的能量与物理量间的关系，就可以对物质运动变化过程中得初状态和终状态间建立一种等量关系，这样便于对物质运动变化过程的量求解

要预测日食，天文学家首先要计算出地球和月球的轨道力学，看看它们在3个天体之间的重力场影响下，是如何围绕太阳运转的。他们通过牛顿的运动定律，将这些天体拥有有限的体积和不完美的球体，以及地球和月球不是同一类天体等情况考虑在内后，计算出三者在三维空间中的运动状态。他们通过仔细观察，然后将这些复杂的公式与地球和月球的目前状况及速度结合，再用电脑向前或向后“推算”，及时绘制出从地球上的有利地点看到的月球和太阳的相对位置运行轨迹。日食是这些天体的特殊结构，通过电脑可以确定。目前日食预测的精确度是，在数百年的时间间隔内，误差小于1分钟。

地震短期临震预报仍是世界性难题，精确预测地震的震级和时间目前还无法做到。 科学界普遍认为，有地震必有断层，有断层必有地震。因此断层的空间分布属于地震预测领域极为重要的信息。目前人类对于断层的研究已经取得了一些进展。琼斯说，与大地震相比，地质断层会频繁发生一些没有大碍的小地震。因此，这就又对地震预测提出了更高的要求，即不仅要预测时间，还须预测震级，这样的预测才有实际意义。当地震发生时，震中沿断层断裂，裂得越远，震级就越大。地震发生时震级的大小，和诱发地震的因素之间不存在关联。在地震开始之前，有关地震震级大小的信息是无法通过对地层的监测获知的。 在中国以及世界其他一些国家，都有不少地震震前预兆的民间说法，比如动物的异常行为、奇特天象出现等。琼斯说，这些说法到目前为止，都缺乏十分确凿的科学依据。从另外一个角度说，即便这些异常迹象可以作为预报地震的参数，地震监测人员也不能仅仅依靠某一个单独的异常事件做出地震预报，因其可能只对应极小的发震几率。一旦误报地震，损失往往同样惨重。

相对论（Relativity）的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无 大质量物体扭曲时空改变物体行进方向 关。狭义相对论（Special Relativity）和广义相对论（General Relativity）的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观领域。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。狭义相对论提出于1905年，广义相对论提出于1915年（爱因斯坦在1915年末完成广义相对论的创建工作，在1916年初正式发表相关论文）。 由于牛顿定律给狭义相对论提出了困难，即任何空间位置的任何物体都要受到力的作用。因此，在整个宇宙中不存在惯性观测者。爱因斯坦为了解决这一问题又提出了广义相对论。 狭义相对论最著名的推论是质能公式，它说明了质量随能量的增加而增加。它也可以用来解释核反应所释放的巨大能量，但它不是导致原子弹的诞生的原因。而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，与有些天文观测到的现象符合。

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