导论

关于精密计时革命

精密计时革命的核心内容，是一系列为过去事件定年的新技术。

1.为过去的事件测定年代的方法，是我们理解过去的基础。

2.在实践中，历史只不过是富有者和有权势者的历史；历史事实上仅仅是政府、战争、宗教和贵族的历史。

3.精密计时革命：放射性测年法、基因测年法。

什么是大历史

大历史：建构关于整个时间的历史，回溯到宇宙的开端；以现代科学知识的各种结论为基础，建构普世史（universal history)。

在现代世界，科学是知识的主要形式（现代科学发端于17世纪开始的科学革命）

大历史故事的基本形态——不断增强的复杂性

复杂事物具有多重组成部分，它们精确地排列，从而产生新的属性——突现属性。

复杂事物出现条件：金凤花环境（Goldilocks conditions）。

复杂事物的五大关键特征：

1.有多种成分组成

2.被组合在一种精确的结构中

3.具有新的或突现的属性

4.只出现在环境适合的地方

5.通过能量流结合在一起

大历史的八大门槛（复杂性渐增）

1.大爆炸：宇宙的起源

2.恒星

3.较重的化学元素

4.行星

5.生命

6.智人

7.农业

8.现代世界（人类世）

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第1章  前三道门槛：宇宙、恒星和新化学元素

门槛1：大爆炸宇宙学与宇宙的起源

传统的起源故事：

不同文化背景下的人群对于万物起源的叙述

传统起源故事都有关于起始的悖论

大爆炸宇宙学

1.起源

A.早期宇宙学

中世纪欧洲对宇宙起源的解释基于两大传统：基督教神学和托勒密的作品

B.现代科学——对古代宇宙学说的挑战

a.哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿等人的贡献。

b.测量恒星运动和距离的技术为现代大爆炸宇宙学奠定了基础。

视差现象、造父变星、吸收线、多普勒效应的发现

2.内容、证据

A.哈勃发现红移现象，对已知发现的综合，得出宇宙在膨胀的结论

B.彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙微波背景辐射——宇宙大爆炸的证据之一

C.具体内容：138亿年前，宇宙大爆炸创造了空间、时间、物质和能量；存在引力、电磁力、“强”核力、“弱”核力四种基本力量；物质以等离子的形式存在；物质的基本成分——原子出现

3.支持大爆炸宇宙学的进一步证据：

A.宇宙中不存在超过130亿年的物体

B.与稳态假说不同，大爆炸宇宙学说暗示着宇宙存在自身的历史

C.宇宙演化至今化学元素的丰度与理论计算值极为吻合

4.大爆炸宇宙学存在的问题：

目前未知暗物质和暗能量的本质；未能解释爆炸机制等

门槛2：星系和恒星的起源

       早期宇宙中温度和密度的有差异，不同区域物质之间引力不同，在引力作用下物质聚集成密度更大的星云，星云向内部坍缩，温度上升，内部物质碰撞，产生核聚变，最终形成恒星和星系。

门槛3：新化学元素的创造

化学元素：

基本结论

A.关于元素

1.早期宇宙中，原子物质主要由氢和氦组成，现今已知92种稳定元素。

2.原子由原子核和和外电子组成，原子核由质子和中子组成，当处于原子边缘的电子和相邻原子结合在一起时，就会形成分子和化合物，92种原子结合成更复杂的结构（分子和化合物），就创造出了我们周围的各种物质。

3.门捷列夫结合前人研究成果，编制出第一张元素周期表

4.每一种元素的特征取决于其核内质子数，相似的化学属性随着质子数的增加而有规律的出现。

B.关于恒星：

1.恒星从诞生、成熟到消亡，具有生命周期。

2.通过分析恒星光谱上的吸收线，可以确定恒星的化学元素组成和每种元素的多少。

3.恒星的表面温度和颜色（光谱型）有关系，恒星的真实亮度和发射出的总能量取决于其包含的物质总量。

4.依照恒星的基本属性（表面温度和绝对亮度），绘制出赫罗图（赫兹普伦和罗素提出），科学家建构出了恒星的生命图景。

      主序左上角为红色恒星（表面温度低，释放的能量较少，体积、质量小）；右下角为蓝色恒星（表面温度高，释放的能量更多，体积、质量大），主序上所有恒星都处于成熟期。主序之外为红巨星（发射出巨大能量，温度较低）和白矮星（温度较高），红巨星和白矮星处于生命的末期。

5.恒星的生命周期：在核心内将质子转化为氦原子核（氢转化为氦）

引力收缩阶段（幼年期）→主序星阶段（壮年期）→红巨星阶段（中年期）→白矮星、中子星、黑洞阶段（晚年期）

化学元素创造的三个阶段

1.氢和氦在宇宙大爆炸之后出现

2.3——26号元素（铁）在垂死的恒星内部通过核聚变创造，27——82、83号元素（铅、铋）在红巨星内部通过中子捕获形成

3.其它元素在超新星中通过中子捕获形成

化学的重要性

1.原子能够以许多不同方式结合，从而形成具有全新的突现属性的新物质。

2.原子之间所有的化学键，都取决于绕原子核旋转的最外层电子的活动。化学键类型：共价键、离子键、金属键。

3.化学研究的是原子如何形成新物质。

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第2章  第四道门槛：太阳、太阳系和地球的出现

门槛4：太阳和太阳系的出现

太阳系起源的证据

地基望远镜、轨道望远镜和无人驾驶航天器三种观测工具有助于科学家积累大量证据来证明当下行星形成的理论。

放射性侧年法让研究者能精确测定太阳系和地球上许多时间的年代。

确定太阳系的年龄

A.关于放射测年法：

1.放射测年法：通过测量放射衰变的速度，确定岩石之类物质的年代。

2.放射性：同位素中原子核的自发性分解或衰变，放射性母体通过衰变产生子体产物，衰变过程有规律，可以进行统计学上的测量，放射性衰变的速度用半衰期(一个元素的放射性原子衰变至原来数量的一半所用的时间)来表示。

3.测量晚近事件的年代时，最有用的同位素是C14（半衰期5730年），威拉德.利比发现了C14用途。

B.放射测年法确定地球存在了大约45亿年。

太阳系的形成

康德和拉普拉斯提出太阳星云理论解释太阳系的形成（太阳星云中的残留物形成行星）。

行星的形成：吸积——星子碰撞、凝聚在一起体积增大导致行星形成。

卫星的形成：月球（44.5亿年前，地球与火星大小的天体发生碰撞，吸积过程形成月球）。

今天的行星系

1.行星系由四个类地行星和外层四大行星及其它较小天体，如卫星和小行星等构成。

2.行星须满足三个标准：a.处于绕太阳运转的轨道上；b.质量足够大，使其自引力刚体的各种力，从而呈现出流体静力学的均衡状态（接近于球体）；c.清除了轨道附近的区域。冥王星被降级为矮行星。

3.外层巨大的星星周围的卫星系统，是微型吸积盘形成的产物，类似于太阳系形成的过程。

4.太阳系内侧的类地行星主要由硅酸盐构成，内核主要是铁。

早期地球简史

地球结构的形成

早期地球十分炽热，在热量增加、温度升高的情况下，地球所含的铁和镍开始熔化，由此发生化学分化过程（重力分异），由于引力作用，熔融的重金属沉入地球中心，形成高密度铁核，质量较轻的熔岩上升到地球表面，形成原始地壳。

地球的结构

关于地球结构：

1.地球由地壳、地幔和地核构成。

2.地壳分为大陆地壳和海洋地壳，较薄的海洋地壳主要由黑色火成岩构成，上层大陆地壳的主要成分是花岗岩，下层主要是玄武岩。

3.地幔占地球体积的绝大部分（超过80%），上地幔主要由橄榄岩组成，更深处地幔被挤压形成密度更大的晶态结构。

4.地核化学成分主要为铁和镍，以及少量其他元素，它们与铁形成合金，密度极大。外核中液态铁的流动创造了地球磁场。

5.地球结构的物理属性受到更深处不断增强的压力的影响，同时也受到地球由外向内急剧上升的温度的影响。

如何了解地球内部结构：

1.间接证据——分析地球内部传播的地震波，了解地球内部结构

2.分析地球表面收集的、最初形成于地幔的岩石，论证地球内部成分

3.陨石证据