導論

關于精密計時革命

精密計時革命的核心內容，是一系列為過去事件定年的新技術。

1.為過去的事件測定年代的方法，是我們理解過去的基礎。

2.在實踐中，歷史只不過是富有者和有權勢者的歷史；歷史事實上僅僅是政府、戰爭、宗教和貴族的歷史。

3.精密計時革命：放射性測年法、基因測年法。

什么是大歷史

大歷史：建構關于整個時間的歷史，回溯到宇宙的開端；以現代科學知識的各種結論為基礎，建構普世史（universal history)。

在現代世界，科學是知識的主要形式（現代科學發端于17世紀開始的科學革命）

大歷史故事的基本形態——不斷增強的復雜性

復雜事物具有多重組成部分，它們精確地排列，從而產生新的屬性——突現屬性。

復雜事物出現條件：金鳳花環境（Goldilocks conditions）。

復雜事物的五大關鍵特征：

1.有多種成分組成

2.被組合在一種精確的結構中

3.具有新的或突現的屬性

4.只出現在環境適合的地方

5.通過能量流結合在一起

大歷史的八大門檻（復雜性漸增）

1.大爆炸：宇宙的起源

2.恒星

3.較重的化學元素

4.行星

5.生命

6.智人

7.農業

8.現代世界（人類世）

第1章 ?前三道門檻：宇宙、恒星和新化學元素

門檻1：大爆炸宇宙學與宇宙的起源

傳統的起源故事：

不同文化背景下的人群對于萬物起源的敘述

傳統起源故事都有關于起始的悖論

大爆炸宇宙學

1.起源

A.早期宇宙學

中世紀歐洲對宇宙起源的解釋基于兩大傳統：基督教神學和托勒密的作品

B.現代科學——對古代宇宙學說的挑戰

a.哥白尼、開普勒、伽利略、牛頓等人的貢獻。

b.測量恒星運動和距離的技術為現代大爆炸宇宙學奠定了基礎。

視差現象、造父變星、吸收線、多普勒效應的發現

2.內容、證據

A.哈勃發現紅移現象，對已知發現的綜合，得出宇宙在膨脹的結論

B.彭齊亞斯和威爾遜發現宇宙微波背景輻射——宇宙大爆炸的證據之一

C.具體內容：138億年前，宇宙大爆炸創造了空間、時間、物質和能量；存在引力、電磁力、“強”核力、“弱”核力四種基本力量；物質以等離子的形式存在；物質的基本成分——原子出現

3.支持大爆炸宇宙學的進一步證據：

A.宇宙中不存在超過130億年的物體

B.與穩態假說不同，大爆炸宇宙學說暗示著宇宙存在自身的歷史

C.宇宙演化至今化學元素的豐度與理論計算值極為吻合

4.大爆炸宇宙學存在的問題：

目前未知暗物質和暗能量的本質；未能解釋爆炸機制等

門檻2：星系和恒星的起源

? ? ? ?早期宇宙中溫度和密度的有差異，不同區域物質之間引力不同，在引力作用下物質聚集成密度更大的星云，星云向內部坍縮，溫度上升，內部物質碰撞，產生核聚變，最終形成恒星和星系。

門檻3：新化學元素的創造

化學元素：

基本結論

A.關于元素

1.早期宇宙中，原子物質主要由氫和氦組成，現今已知92種穩定元素。

2.原子由原子核和和外電子組成，原子核由質子和中子組成，當處于原子邊緣的電子和相鄰原子結合在一起時，就會形成分子和化合物，92種原子結合成更復雜的結構（分子和化合物），就創造出了我們周圍的各種物質。

3.門捷列夫結合前人研究成果，編制出第一張元素周期表

4.每一種元素的特征取決于其核內質子數，相似的化學屬性隨著質子數的增加而有規律的出現。

B.關于恒星：

1.恒星從誕生、成熟到消亡，具有生命周期。

2.通過分析恒星光譜上的吸收線，可以確定恒星的化學元素組成和每種元素的多少。

3.恒星的表面溫度和顏色（光譜型）有關系，恒星的真實亮度和發射出的總能量取決于其包含的物質總量。

4.依照恒星的基本屬性（表面溫度和絕對亮度），繪制出赫羅圖（赫茲普倫和羅素提出），科學家建構出了恒星的生命圖景。

? ? ? 主序左上角為紅色恒星（表面溫度低，釋放的能量較少，體積、質量?。挥蚁陆菫樗{色恒星（表面溫度高，釋放的能量更多，體積、質量大），主序上所有恒星都處于成熟期。主序之外為紅巨星（發射出巨大能量，溫度較低）和白矮星（溫度較高），紅巨星和白矮星處于生命的末期。

5.恒星的生命周期：在核心內將質子轉化為氦原子核（氫轉化為氦）

引力收縮階段（幼年期）→主序星階段（壯年期）→紅巨星階段（中年期）→白矮星、中子星、黑洞階段（晚年期）

化學元素創造的三個階段

1.氫和氦在宇宙大爆炸之后出現

2.3——26號元素（鐵）在垂死的恒星內部通過核聚變創造，27——82、83號元素（鉛、鉍）在紅巨星內部通過中子捕獲形成

3.其它元素在超新星中通過中子捕獲形成

化學的重要性

1.原子能夠以許多不同方式結合，從而形成具有全新的突現屬性的新物質。

2.原子之間所有的化學鍵，都取決于繞原子核旋轉的最外層電子的活動?；瘜W鍵類型：共價鍵、離子鍵、金屬鍵。

3.化學研究的是原子如何形成新物質。

第2章 ?第四道門檻：太陽、太陽系和地球的出現

門檻4：太陽和太陽系的出現

太陽系起源的證據

地基望遠鏡、軌道望遠鏡和無人駕駛航天器三種觀測工具有助于科學家積累大量證據來證明當下行星形成的理論。

放射性側年法讓研究者能精確測定太陽系和地球上許多時間的年代。

確定太陽系的年齡

A.關于放射測年法：

1.放射測年法：通過測量放射衰變的速度，確定巖石之類物質的年代。

2.放射性：同位素中原子核的自發性分解或衰變，放射性母體通過衰變產生子體產物，衰變過程有規律，可以進行統計學上的測量，放射性衰變的速度用半衰期(一個元素的放射性原子衰變至原來數量的一半所用的時間)來表示。

3.測量晚近事件的年代時，最有用的同位素是C14（半衰期5730年），威拉德.利比發現了C14用途。

B.放射測年法確定地球存在了大約45億年。

太陽系的形成

康德和拉普拉斯提出太陽星云理論解釋太陽系的形成（太陽星云中的殘留物形成行星）。

行星的形成：吸積——星子碰撞、凝聚在一起體積增大導致行星形成。

衛星的形成：月球（44.5億年前，地球與火星大小的天體發生碰撞，吸積過程形成月球）。

今天的行星系

1.行星系由四個類地行星和外層四大行星及其它較小天體，如衛星和小行星等構成。

2.行星須滿足三個標準：a.處于繞太陽運轉的軌道上；b.質量足夠大，使其自引力剛體的各種力，從而呈現出流體靜力學的均衡狀態（接近于球體）；c.清除了軌道附近的區域。冥王星被降級為矮行星。

3.外層巨大的星星周圍的衛星系統，是微型吸積盤形成的產物，類似于太陽系形成的過程。

4.太陽系內側的類地行星主要由硅酸鹽構成，內核主要是鐵。

早期地球簡史

地球結構的形成

早期地球十分熾熱，在熱量增加、溫度升高的情況下，地球所含的鐵和鎳開始熔化，由此發生化學分化過程（重力分異），由于引力作用，熔融的重金屬沉入地球中心，形成高密度鐵核，質量較輕的熔巖上升到地球表面，形成原始地殼。

地球的結構

關于地球結構：

1.地球由地殼、地幔和地核構成。

2.地殼分為大陸地殼和海洋地殼，較薄的海洋地殼主要由黑色火成巖構成，上層大陸地殼的主要成分是花崗巖，下層主要是玄武巖。

3.地幔占地球體積的絕大部分（超過80%），上地幔主要由橄欖巖組成，更深處地幔被擠壓形成密度更大的晶態結構。

4.地核化學成分主要為鐵和鎳，以及少量其他元素，它們與鐵形成合金，密度極大。外核中液態鐵的流動創造了地球磁場。

5.地球結構的物理屬性受到更深處不斷增強的壓力的影響，同時也受到地球由外向內急劇上升的溫度的影響。

如何了解地球內部結構：

1.間接證據——分析地球內部傳播的地震波，了解地球內部結構

2.分析地球表面收集的、最初形成于地幔的巖石，論證地球內部成分

3.隕石證據