9月5日（星期四）消息，国外知名 科学 网站的主要内容如下：
《 自然 》网站（www.nature.com）
“核时钟”取得重大突破，为超精确计时铺平道路
物理学家已经展示了构成核时钟的所有关键组件——一种通过测量 原子核 内微小能量变化来计时的装置。这样的时钟可能会大大提高测量精度，并为基础物理学带来新的见解。
研究人员测量了导致稀有同位素钍-229的原子核转移到更高能量状态的光的频率，即核时钟的“滴答”声，其精度比之前的最佳计时装置提高了10万倍。他们通过将能量转换与世界上最精确的时钟同步来做到这一点。这项研究由美国实验天体物理联合研究所（JILA）领导，并于最近发表在《自然》（ Nature ）杂志上。
这一突破源于用一种叫做“频率梳”的激光装置探测钍-229原子核。严格来说，这个装置还不是一个时钟，因为它还没有被用于实际计时。但是，这一令人印象深刻的结果表明，核时钟的研发已触手可及。
目前最精确的时钟是 原子钟 ，它使用激光计时——激光的频率被精确调制，以匹配原子内部两个能级之间的电子能量转移。最精确的原子钟每400亿年才会有一秒的误差。核时钟的工作原理略有不同，它通过质子和中子的能量转移来计时，其滴答声来自这些 粒子 激发态之间的转变，而不是电子的转移。
这种能量转移需要更高频率的紫外线，从而产生更快的滴答率，可能达到甚至超过原子钟的精度。但核时钟最大的潜在优势在于它的精度和稳定性结合。与电子相比，原子核内的粒子对电磁场等外界干扰不那么敏感，这意味着核时钟可以更加便携且坚固。
《科学》网站（www.science.org）
脑脊液不仅存在于大脑和脊髓，还可能流向更远的身体部位
名字往往具有误导性，许多人可能会以为“脑脊液”只存在于大脑和脊髓中。事实上，几个世纪以来，科学家和医生都是这样认为的。但美国佛罗里达大学的研究人员最近在《科学进展》（Science Advances）杂志上报告称，这种清澈的液体不仅仅清洁、滋养和保护大脑及脊髓，还浸润着身体其他部位的神经。
这是首次证明脑脊液可以在全身传播。这一发现可能为药物输送到身体一些最难到达的部位开辟新的途径。
2.5年前，佛罗里达大学的科学家在一项整形手术研究中发现了奇怪的现象。当他们向含有脑脊液的人类尸体脑腔注入生理盐水时，手腕上的周围神经肿胀起来于是科学家们决定进一步研究，将荧光液体注入活老鼠的脑室中，以追踪液体的去向。结果，染料意外地进入了贯穿腿后部的坐骨神经。
研究小组在老鼠身上重复实验，并使用更精细的示踪剂——金纳米颗粒。他们发现，较小的颗粒可以从脑液传播到坐骨神经的周围神经，而较大的颗粒则停留在脊髓与周围神经的交界处。
这些研究结果表明，漂浮在脑脊液中的小信号分子、营养物质甚至药物都可能传递到神经。然而，对于这些分子具体是什么以及它们传播的速度，科学家们仍保持谨慎态度。
《每日科学》网站（www.sciencedaily.com）
1、未收集的废品和露天焚烧是塑料污染危机的主要源头
英国利兹大学的研究人员利用人工智能对全球5万多个城市的废物管理进行了建模。这个模型使研究小组能够预测全球产生了多少废物，以及这些废物的去向。
他们发表在《自然》（Nature）杂志上的研究计算出，2020年，全球进入环境的塑料制品达到了惊人的5200万吨——如果这些塑料排成一条线，将绕地球1500多圈。
报告还显示，全球超过三分之二的塑料污染来自未收集的废品，全球约12亿人（占全球总人口的15%）无法获得废品收集服务。
研究结果进一步表明，2020年大约有3000万吨塑料——占所有塑料污染的57%——在没有任何环境控制的情况下于家庭、街道和废品场被焚烧。燃烧塑料对人类健康构成了严重威胁，包括神经发育、生殖问题以及出生缺陷等。
研究人员还确定了新的塑料污染热点，显示印度是最大的污染贡献者，其次是尼日利亚和印度尼西亚。
2、农业加速了人类基因组进化，使其更好地从淀粉类食物中获取能量
一项由美国、意大利和英国研究人员开展的最新研究发现，过去1.2万年间，欧洲人的碳水化合物消化能力显著增强。研究表明，负责分解淀粉的酶的基因数量从平均8个增加到了超过11个。
这种基因数量的增加与农业从中东向欧洲扩展密切相关。随着农业的发展，人类饮食中富含碳水化合物的主食（如小麦和其他谷物）逐渐成为主流。基因编码的增多通常意味着人体能够产生更多的酶——在这种情况下，唾液和胰腺中的淀粉酶可以更高效地将淀粉分解成糖，为身体提供能量。
这项研究最近发表在《自然》（Nature）杂志上。
研究人员发现，大约1.2万年前，欧洲人平均有约4个唾液淀粉酶基因编码，而现在这一数量已经增加到7个左右。在同一时期，欧洲人的胰淀粉酶基因编码总数也增加了约0.5个。
总体而言，过去1.2万年中，具有多个淀粉酶基因编码的染色体频率增加了7倍，表明这一基因的增加为欧洲人的祖先提供了生存优势。
研究还发现了世界其他农业种群中淀粉酶基因增加的证据。这些基因所在的染色体区域在不同种群中表现相似，表明农业兴起后，人类基因组因应对饮食中碳水化合物的增加发生了相似的变化。
《赛特科技日报》网站（https://scitechdaily.com）
1、新发现让科学家可提前数周预测飓风活动加剧
美国国家大气研究中心（NCAR）领导的一项研究发现，当一种被称为开尔文波的大规模大气波通过后，两天内形成的飓风数量是几天前的两倍。这一发现可能使预报员和应急管理人员在飓风活跃期到来前几天甚至几周发出预警。
研究小组采用创新的计算机建模方法来解析开尔文波的影响。开尔文波是一种大气波，可以在大气中延伸超过1600公里，并影响全球天气模式。
该研究的主要作者表示，如果天气预报员能够在太平洋上空探测到开尔文波，他们可以预测几天后大西洋上空的飓风数量将会增加。这将帮助气象研究人员与应急管理人员和地方政府更好地合作，为飓风活跃期做好准备，并及时发出警告。这项研究可能拯救许多生命。
这项研究成果发表在《天气评论月刊》（Monthly Weather Review）上。
几十年来，科学家们已经注意到，飓风聚集形成后，几周几乎没有飓风活动。几项研究表明开尔文波可能是飓风激增的原因，但科学家们无法分离出其他潜在因素，并证明开尔文波是罪魁祸首。为了克服这个问题，研究人员使用了一种新颖的计算机建模工具组合来证实开尔文波确实促进了飓风的形成。
2、开启明天的治疗：一次性合成数十亿种分子以加速药物发现
近年来，个性化癌症治疗的报道频繁出现，例如利用修饰的免疫细胞或抗体进行治疗。然而，这类治疗非常复杂且昂贵，应用范围有限。大多数医学疗法仍然依赖于可大规模生产的小分子化合物，因此成本较低。
新分子疗法发展的瓶颈在于现有技术发现新活性物质的能力有限。21世纪初，哈佛大学和瑞士苏黎世联邦理工学院开发了DNA编码化学文库（DEL）技术，有望缓解这一问题。该技术使用磁性颗粒大规模生产和测试分子。
迄今为止，DEL技术已经能够合成数百万种化合物并同时测试其有效性。然而，这一方法的缺点是研究人员只能从有限的化学构建模块中构建小分子。瑞士苏黎世联邦理工学院的化学家现在改进了这一过程。
他们开发了一项名为“自净化DEL”的新技术，能够在几周内自动合成和测试数十亿种不同的物质。该技术还可用于合成较大的药物分子，如环肽，能够靶向其他药物靶点。
这一研究成果最近发表在《科学》（Science）杂志上。（刘春）
探测月球的资料
月球俗称月亮，也称太阴。 月球的年龄大约也是46亿年，它与地球形影相随，关系密切。 月球也有壳、幔、核等分层结构。 最外层的月壳平均厚度约为60-65公里。 月壳下面到1000公里深度是月幔，它占了月球的大部分体积。 月幔下面是月核，月核的温度约为1000度，很可能是熔融状态的。 月球直径约3476公里，是地球的3/11。 体积只有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81，月面的重力差不多相当于地球重力的1/6。 月球上面有阴暗的部分和明亮的区域。 早期的天文学家在观察月球时，以为发暗的地区都有海水覆盖，因此把它们称为“ 海 ”。 著名的有云海、湿海、静海等。 而明亮的部分是山脉，那里层峦叠嶂，山脉纵横，到处都是星罗棋布的环形山。 位于南极附近的贝利环形山直径295公里，可以把整个海南岛装进去。 最深的山是牛顿环形山，深达8788米。 除了环形山，月面上也有普通的山脉。 高山和深谷叠现，别有一番风光。 月球的正面永远向着地球。 另一方面，除了在月面边沿附近的区域因天秤动而间中可见以外，月球的背面绝大部分不能从地球看见。 在没有探测器的年代，月球的背面一直是个未知的世界。 月球背面的一大特色是它几乎没有月海这种较暗的月面特征。 而当探测器运行至月球背面时，它将无法与地球直接通讯。 【轨道资料】平均轨道半径 384,400千米 轨道偏心率 0.0549 近地点距离 363,300千米 远地点距离 405,500千米 平均公转周期 27天7小时43分11.559秒 平均公转速度 1.023千米/秒 轨道倾角 在28.58°与18.28°之间变化(与黄道面的交角为5.145°) 升交点赤经 125.08° 近地点辐角 318.15° 物理特征 赤道直径 3,476.2 千米 两极直径 3,472.0 千米 扁率 0.0012 表面面积 3.976×107平方千米 扁率 0.0012 体积 2.199×1010 立方千米 质量 7.349×1022 千克 平均密度 水的3.350倍 赤道重力加速度 1.62 m/s2地球的1/6 逃逸速度 2.38千米/秒 自转周期 27天7小时43分11.559秒（同步自转） 自转速度 16.655 米/秒（于赤道） 自转轴倾角 在3.60°与6.69°之间变化(与黄道的交角为1.5424°) 反照率 0.12 满月时视星等 -12.74 表面温度(t) -233~123℃ （平均-23℃） 大气压 1.3×10-10 千帕 月球约一个农历月绕地球运行一周，而每小时相对背景星空移动半度，即与月面的视直径相若。 与其他卫星不同，月球的轨道平面较接近黄道面，而不是在地球的赤道面附近。 相对于背景星空，月球围绕地球运行(月球公转)一周所需时间称为一个恒星月；而新月与下一个新月（或两个相同月相之间）所需的时间称为一个朔望月。 朔望月较恒星月长是因为地球在月球运行期间，本身也在绕日的轨道上前进了一段距离。 因为月球的自转周期和它的公转周期是完全一样的，我们只能看见月球永远用同一面向著地球。 自月球形成早期，月球便一直受到一个力矩的影响引致自转速度减慢，这个过程称为潮汐锁定。 亦因此，部分地球自转的角动量转变为月球绕地公转的角动量，其结果是月球以每年约38 毫米的速度远离地球。 同时地球的自转越来越慢，一天的长度每年变长15 微秒。 月球对地球所施的引力是潮汐现象的起因之一。 月球围绕地球的轨道为同步轨道，所谓的同步自转并非严格。 由于月球轨道为椭圆形，当月球处于近日点时，它的自转速度便追不上公转速度，因此我们可见月面东部达东经98度的地区，相反，当月处于远日点时，自转速度比公转速度快，因此我们可见月面西部达西经98度的地区。 这种现象称为天秤动。 又由于月球轨道倾斜于地球赤道，因此月球在星空中移动时，极区会作约7度的晃动，这种现象称为天秤动。 再者，由于月球距离地球只有60地球半径之遥，若观测者从月出观测至月落，观测点便有了一个地球直径的位移，可多见月面经度1度的地区。 这种现象称为天秤动。 严格来说，地球与月球围绕共同质心运转，共同质心距地心4700千米（即地球半径的2/3处）。 由于共同质心在地球表面以下，地球围绕共同质心的运动好像是在“晃动”一般。 从地球北极上空观看，地球和月球均以迎时针方向自转；而且月球也是以迎时针绕地运行；甚至地球也是以迎时针绕日公转的。 很多人不明白为甚么月球轨道倾角和月球自转轴倾角的数值会有这么大的变化。 其实，轨道倾角是相对于中心天体（即地球）而言的，而自转轴倾角则相对于卫星（即月球）本身的轨道面。 在这个定义习惯很适合一般情况（例如人造卫星的轨道）而且是数值相当固定的，但月球却非如此。 月球的轨道平面（白道面）与黄道面（地球的公转轨道平面）保持著5.145 396°的夹角，而月球自转轴则与黄道面的法线成1.5424°的夹角。 因为地球并非完美球形，而是在赤道较为隆起，因此白道面在不断进动（即与黄道的交点在顺时针转动），每6793.5天（18.5966年）完成一周。 期间，白道面相对于地球赤道面（地球赤道面以23.45°倾斜于黄道面）的夹角会由28.60°（即23.45°+ 5.15°） 至18.30°（即23.45°- 5.15°）之间变化。 同样地，月球自转轴与白道面的夹角亦会介乎6.69°（即5.15° + 1.54°）及3.60°（即5.15° - 1.54°）。 月球轨道这些变化又会反过来影响地球自转轴的倾角，使它出现±0.002 56°的摆动，称为章动。 白道面与黄道面的两个交点称为月交点－－其中升交点（北点）指月球通过该点往黄道面以北；降交点（南点）则指月球通过该点往黄道以南。 当新月刚好在月交点上时，便会发生日食；而当满月刚好在月交点上时，便会发生月食；【月球的周期】名称 Value (d)定义 恒星月 27.321 661 相对于背景恒星 朔望月 29.530 588 相对于太阳（月相） 分点月 27.321 582 相对于春分点 近点月 27.554 550 相对于近地点 交点月 27.212 220 相对于升交点【月球轨道的其它特征】 名称 数值 (d)定义 默冬章 (repeat phase/day) 19 年平均月地距离 ~384 400 千米近地点距离 ~364 397 千米远地点距离 ~406 731 千米轨道平均偏心率 0.交点退行周期 18.61 年近地点运动周期 8.85 年食年 346.6 天沙罗周期 (repeat eclipses) 18 年 10/11 天轨道与黄道的平均倾角 5°9月球赤道与黄道的平均倾角 1°32【人类登月探索】第一件到达月球的人造物体是前苏联的无人登陆器月球2号，它于1959年9月14日撞向月面。 月球3号在同年10月7日拍摄了月球背面的照片。 月球9号则是第一艘在月球软著陆的登陆器，它于1966年2月3日传回由月面上拍摄的照片。 另外，月球10号于1966年3月31日成功入轨，成为月球第一颗人造卫星。 在冷战期间，美利坚合众国和前苏联一直希望在太空科技领先对方。 这场太空竞赛在1969年7月20日第一名人类登陆月球时进入高潮。 美利坚合众国阿波罗11号的指令长尼尔·阿姆斯特朗是踏足月球的第一人，而尤金·塞尔南则是最后一个站立在月球上的人，他是1972年12月阿波罗17号任务的成员。 参看: 月球宇航员列表阿波罗11号的太空人留下了一块9英吋乘7英吋的不锈钢牌匾在月球表面，以纪念这次登陆及为有可能发现它的其他生物提供一些资料。 6次的太阳神任务及3次无人月球号任务（月球16、20、24号）把月球上的岩石及土壤样本带回地球。 在2004年2月，美利坚合众国总统乔治·沃克·布什提出于2020年前派人重新登月。 欧洲航天局及中华人民共和国亦有计划发射探测器前往月球。 欧洲的Smart 1探测器于2003年9月27日升空，并于2004年11月15日进入绕月轨道。 它将会勘察月球环境及制作月面X射线地图。 中华人民共和国亦积极开展探月计划，并寻求开采月球资源的可行性，尤其是氦同位素氦-3这种有望成为未来地球能源的元素。 有关中华人民共和国探月计划，见嫦娥工程条目。 日本及印度亦不甘后人。 日本已初步订出未来探月的任务。 日本的宇宙航空研究开发机构甚至已著手计划的有人的月球基地。 印度则会先发射无人绕月探测器Chandrayan。 【有关月亮的神话】在中华人民共和国古代神话中，关于月亮的故事数不胜数。 在古希腊神话中，月亮女神的名字叫阿尔忒弥斯，她是太阳神阿波罗的孪生妹妹，同时她也是狩猎女神。 月球的天文符号好象弯弯的月牙儿，象征着阿尔忒弥斯的神弓。 月球是地球唯一的天然卫星，是距离我们最近的天体，它与地球的平均距离约为千米。 它的平均直径约为3476千米，比地球直径的1/4稍大些。 月球的表面积有3800万千米，还不如我们亚洲的面积大。 月球的质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81，月面重力则差不多相当于地球重力的1/6。 月球的轨道运动 月球以椭圆轨道绕地球运转。 这个轨道平面在天球上截得的大圆称“白道”。 白道平面不重合于天赤道，也不平行于黄道面，而且空间位置不断变化。 周期173日。 月球的自转 月球在绕地球公转的同时进行自转，周期27.日，正好是一个 恒星月，所以我们看不见月球背面。 这种现象我们称“同步自转”，几乎是卫星世界的普遍规律。 一般认为是行星对卫星长期潮汐作用的结果。 天平动是一个很奇妙的现象，它使得我们得以看到59%的月面。 主要有以下原因： 1、在椭圆轨道的不同部分，自转速度与公转角速度不匹配。 2、白道与赤道的交角。 【月球的物理状况】月面的地形主要有： 环形山 这个名字是伽利略起的。 它是月面的显著特征，几乎布满了整个月面。 最大的环形山是南极附近的贝利环行山，直径295千米，比海南岛还大一点。 小的环行山甚至可能是一个几十厘米的坑洞。 直径不小于1000米的大约有个。 占月面表面积的 7-10%。 有个日本学者1969年提出一个环形山分类法，分为克拉维型（古老的环形山，一般都面目全非，有的还山中有山）哥白尼型（年轻的环形山，常有“辐射纹”，内壁一般带有同心圆状的段丘，中央一般有中央峰）阿基米德形（环壁较低，可能从哥白尼型演变而来 ）碗型和酒窝型（小型环形山，有的直径不到一米）。 月海 肉眼所见月面上的阴暗部分实际上是月面上的广阔平原。 由于历史上的原因，这个名不副实的名称保留到了现在。 已确定的月海有22个，此外还有些地形称为“月海”或“类月海”的。 公认的22 个绝大多数分布在月球正面。 背面有3个，4个在边缘地区。 在正面的月海面积略大于50%，其中最大的“风暴洋” 面积越五百万平方公里，差不多九个法国的面积总和。 大多数月海大致呈圆形，椭圆形，且四周多为一些山脉封闭住，但也有一些海是连成一片的。 除了“海”以外，还有五个地形与之类似的“湖”----梦湖、死湖、夏湖、秋湖、春湖，但有的湖比海还大，比如梦湖面积7万平方千米，比汽海等还大得多。 月海伸向陆地的部分称为“湾”和“沼”，都分布在正面。 湾有五个：露湾、暑湾、中央湾、虹湾、眉月湾；沼有腐沼、疫沼、梦沼三个，其实沼和湾没什么区别。 月海的地势一般较低，类似地球上的盆地，月海比月球平均水准面低1-2千米，个别最低的海如雨海的东南部甚至比周围低6000米。 月面的返照率（一种量度反射太阳光本领的物理量）也比较低，因而看起来现得较黑。 月陆和山脉 月面上高出月海的地区称为月陆，它一般比月海水准面高2-3千 米，由于它返照率高，因而看来比较明亮。 在月球正面，月陆的面积大致与月海相等但在月球背面，月陆的面积要比月海大得多。 从同位素测定知道月陆比月海古老得多，是月球上最古老的地形特征。 在月球上，除了犬牙交差的众多环形山外，也存在着一些与地球上相似的山脉。 月球上的山脉常借用地球上的山脉名，如阿尔卑斯山脉，高加索山脉等等，其中最长的山脉为亚平宁山脉，绵延1000千米，但高度不过比月海水准面高三，四千米。 山脉上也有些峻岭山峰，过去对它们的高度估计偏高。 现在认为大多数山峰高度与地球山峰高度相仿，最高的山峰（亦在月球南极附近）也不过9000米和8000米。 月面上6000米以上的山峰有6个，5000-6000米20个，4000-5000米则有80个，1000米以 上的有200个。 月球上的山脉有一普遍特征：两边的坡度很不对称，向海的一边坡度甚大，有时 为断崖状，另一侧则相当平缓。 除了山脉和山群外，月面上还有四座长达数百千米的峭壁悬崖。 其中三座突出在 月海中，这种峭壁也称“月堑”。 月面辐射纹 月面上还有一个主要特征是一些较“年轻”的环形山常带有美 丽的“辐射纹”，这是一种以环形山为辐射点的向四面八方延伸的亮带，它几乎以笔直的方向穿过山系、月海和环形山。 辐射文长度和亮度不一，最引人注目的是第谷环形山的辐射纹，最长的一条长1800千米，满月时尤为壮观。 其次，哥白尼和开普勒两个环形山也有相当美丽的辐射 纹。 据统计，具有辐射纹的环形山有50个。 形成辐射纹的原因至今未有定论。 实质上，它与环形山的形成理论密切联系。 现 在许多人都倾向于陨星撞击说，认为在没有大气和引力很小的月球上，陨星撞击可能使高温碎块飞得很远。 而另外一些科学家认为不能排除火山的作用，火山爆发时的喷 射也有可能形成四处飞散的辐射形状。 月谷（月隙） 地球上有着许多著名的裂谷，如东非大裂谷。 月面上也有这种 构造----那些看来弯弯曲曲的黑色大裂缝即是月谷，它们有的绵延几百到上千千米，宽度从几千米到几十千米不等。 那些较宽的月谷大多出现在月陆上较平坦的地区，而那些较窄、较小的月谷（有时又称为月溪）则到处都有。 最著名的月谷是在柏拉图环形山的东南连结雨海和冷海 的阿尔卑斯大月谷，它把月面上的阿尔卑斯山拦腰截断，很是壮观。 从太空拍得的照片估计，它长达130千米，宽10-12千米。 从何而来？---月球形成之迷月球是外星人的宇宙飞船：这并非无稽之谈，因为科学的动力就在于大胆的想象，没有创见就不会有新的突破，爱因斯坦提出的相对论当时又何尝不是无稽之谈。 而中国人在科学上欠缺的正是这种大胆的创见。 【我们为什么总看不到月球的背面】月球总以一个面对着地球。 是因为月球的自传和公转周期是相同的。 (27.日) 要理解这一现象，你可以做一个实验。 画一个圆，标出正东西南北方向。 你站在圆心（代表地球），再找一个朋友,站在圆上,让他面部朝前(即不扭动脖子)，沿着圆逆时针挪动,要求他在沿着圆挪动的时候，保持面部始终朝向圆心，也就是你。 那么这样一个过程就基本模拟了月亮饶地球转动的过程。 很明显，在这样一个过程中，你的朋友始终是一个面(前面)面向你。 下面理解为什么在这样一个过程中，公转周期等于自转周期。 你的朋友从你的正北方出发，绕着你转动，再一次出现在正北方的时候，他就完成了一个公转周期。 （类似于月亮饶地球公转一周的时间。 ）下面看看他的自转时间是多少。 我们不妨还设定当你的朋友在你的正北位置,面部朝向正南时的姿态为初始姿态。 然后我们就可以发现当你的朋友逆时针挪动到你的正西方位置时，他的自转姿态就发生了逆时针90度的旋转。 (如果你的朋友在过程中不“自转”的话，那么当他在此位置时，他面向的不是你，而仍然是朝向正南方向.而实际实验时你的朋友在此位置却是朝向正东方向,所以他相对与初始位置逆时针绕自己旋转了90度。 类似地，当他走到你的正南方向时，他相对于初始姿态自传了180度。 当他走到你的正东方向时，他相对于初始姿态自传了270度。 当他再次走到你的正北方向时，他相对于初始姿态自传了360度。 也就是说他完成了一个自转周期。 因为完成一个公转过程就刚好完成了一个自转过程，所以从时间上来看，这个自转周期就等于公转周期。 因为在整个过程中，你的朋友总是以身体面部朝向你，也就是说，月亮总是以一个面朝向地球。 【广寒宫——月球】 每当夜幕降临，一轮明月升上夜空，清澈的月光洒满大地，让人产生无数情思遐想。 文人墨客更是对月亮倍加青睐，唐代诗人张若虚的“江上何人初见月，江月何年初照人”，还有宋代文学家苏轼的“明月几时有，把酒问青天”，都可称得上是脍炙人口的咏月佳句。 月球俗称月亮，也称太阴。 在中国古代神话中，关于月亮的故事数不胜数。 古希腊神话中，月亮女神的名字叫阿尔特弥斯，同时她也是狩猎女神。 月球的天文符号好象弯弯的娥眉，同时象征着阿尔特弥斯的神弓。 皓月当空，我们能够清楚地看到它上面有阴暗的部分和明亮的区域。 早期的天文学家在观察月球时，以为发暗的地区都有海水覆盖，因此把它们称为“海”。 著名的有云海、湿海、静海等。 而明亮的部分是山脉，那里层峦叠嶂，山脉纵横，到处都是星罗棋布的环形山。 位于南极附近的贝利环形山直径295公里，可以把整个海南岛装进去。 最深的环形山是牛顿环形山，深达8788公里。 除了环形山，月面上也有普通的山脉。 高山和深谷叠现，别有一番风光。 月球的年龄，大约也是46亿年，它与地球形影相随，关系密切。 月球也有壳、幔、核等分层结构。 最外层的月壳平均厚度约为60～65公里。 月壳下面到1000公里深度是月幔，它占了月球的大部分体积。 月幔下面是月核，月核的温度约为1000度，很可能是熔融状态的。 月球直径约3476公里，是地球的3/11。 体积只有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81，月面的重力差不多相当于地球重力的1/6。 【月球的形成观点】一、分裂说。 这是最早解释月球起源的一种假设。 早在1898年，著名生物学家达尔文的儿子乔治·达尔文就在《太阳系中的潮汐和类似效应》一文中指出，月球本来是地球的一部分，后来由于地球转速太快，把地球上一部分物质抛了出去，这些物质脱离地球后形成了月球，而遗留在地球上的大坑，就是现在的太平洋。 这一观点很快就收到了一些人的反对。 他们认为，以地球的自转速度是无法将那样大的一块东西抛出去的。 再说，如果月球是地球抛出去的，那麽二者的物质成分就应该是一致的。 可是通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，发现二者相差非常远。 二、俘获说。 这种假设认为，月球本来只是太阳系中的一颗小行星，有一次，因为运行到地球附近，被地球的引力所俘获，从此再也没有离开过地球。 还有一种接近俘获说的观点认为，地球不断把进入自己轨道的物质吸积到一起，久而久之，吸积的东西越来越多，最终形成了月球。 但也有人指出，向月球这样大的星球，地球恐怕没有那麽大的力量能将它俘获。 三、同源说。 这一假设认为，地球和月球都是太阳系中浮动的星云，经过旋转和吸积，同时形成星体。 在吸积过程中，地球比月球相应要快一点，成为“哥哥”。 这一假设也受到了客观存在的挑战。 通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，人们发现月球要比地球古老得多。 有人认为，月球年龄至少应在70亿年左右。 四、大碰撞说。 这是近年来关于月球成因的新假设。 1986年3月20日，在休士顿约翰逊空间中心召开的月亮和行星讨论会上，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的本兹、斯莱特里和哈佛大学史密斯天体物理中心的卡梅伦共同提出了大碰撞假设。 这一假设认为，太阳系演化早期，在星际空间曾形成大量的“星子”，星子通过互相碰撞、吸积而长大。 星子合并形成一个原始地球，同时也形成了一个相当于地球质量0.14倍的天体。 这两个天体在各自演化过程中，分别形成了以铁为主的金属核和由硅酸盐构成的幔和壳。 由于这两个天体相距不远，因此相遇的机会就很大。 一次偶然的机会，那个小的天体以每秒5千米左右的速度撞向地球。 剧烈的碰撞不仅改变了地球的运动状态，使地轴倾斜，而且还使那个小的天体被撞击破裂，硅酸盐壳和幔受热蒸发，膨胀的气体以及大的速度携带大量粉碎了的尘埃飞离地球。 这些飞离地球的物质，主要有碰撞体的幔组成，也有少部分地球上的物质，比例大致为0.85:0.15。 在撞击体破裂时与幔分离的金属核，因受膨胀飞离的气体所阻而减速，大约在4小时内被吸积到地球上。 飞离地球的气体和尘埃，并没有完全脱离地球的引力控制，他们通过相互吸积而结合起来，形成全部熔融的月球，或者是先形成几个分离的小月球，在逐渐吸积形成一个部分熔融的大月球。 【月亮成分】45亿年前,月球表面仍然是液体岩浆海洋。 科学家认为组成月球的矿物克里普矿物(KREEP) 展现了岩浆海洋留下的化学线索。 KREEP实际上是科学家称为“不兼容元素”的合成物－－那些无法进入晶体结构的物质被留下，并浮到岩浆的表面。 对研究人员来说，KREEP是个方便的线索，来明了月壳的火山运动历史，并可推测彗星或其他天体撞击的频率和时间。 月壳由多种主要元素组成，包括：铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝 及氢。 当受到宇宙射线轰击时，每种元素会发射特定的伽玛辐射。 有些元素，例如：铀、钍和钾，本身已具放射性，因此能自行发射伽玛射线。 但无论成因为何，每种元素发出的伽玛射线均不相同，每种均有独特的谱线特征，而且可用光谱仪测量。 直至现在，人类仍未对月球元素的丰度作出面性的测量。 现时太空船的测量只限于月面一部分。 【天秤动】由于月球轨道为椭圆形，当月球处于近日点时，它的自转速度便追不上公转速度，因此我们可见月面东部达东经98度的地区，相反，当月处于远日点时，自转速度比公转速度快，因此我们可见月面西部达西经98度的地区。 这种现象称为经天秤动。 月球的正面与背面: 正面: 背面:
美国人登陆月球几次
人类探测月球的历史 1958-1976年，在冷战背景下，美国和前苏联展开了以月球探测为中心的空间竞赛，掀起了第一次探月高潮。 在将近20年的时间里，美国和前苏联共发射83个月球探测器，成功45个，成功率为55.5%。 1969年7月，美国阿波罗11号飞船实现了人类首次登月，把人类的第一个脚印踩上了月球。 之后，阿波罗12、14、15、16、17和前苏联的月球号16、20和24进行了载人和不载人登月取样，共获得了382公斤的月球样品和难以计数的科学数据。 月球探测取得了划时代的成就。 美国最早于1958年8月18日发射月球探测器，但由于第一级火箭升空爆炸，半途夭折了。 随后又相继发射3个先锋号探测器，均告失败。 1959年1月2日，前苏联发射月球1号探测器，途中飞行顺利，1月4日从距月球表面7500千米的地方通过，遗憾的是未能命中月球。 月球1号发射两个月后的3月3日，美国发射的先锋4号探测器，从距月面千米的地方飞过，也未击中月球。 从1958年至1976年，前苏联发射24个月球号探测器，其中18个完成探测月球的任务。 1959年9月12日发射的月球2号，两天后飞抵月球，在月球表面的澄海硬着陆，成为到达月球的第一位使者，首次实现了从地球到另一个天体的飞行。 它载的科学仪器舱内的无线电通信装置，在撞击月球后便停止了工作。 同年10月4日月球3号探测器飞往月球，3天后环绕到月球背面，拍摄了第一张月球背面的照片，让人们首次看全了月球的面貌。 世界上率先在月球软着陆的探测器，是1966年1月31日发射的月球9号。 它经过79小时的长途飞行之后，在月球的风暴洋附近着陆，用摄像机拍摄了月面照片。 1970年9月12日发射的月球16号，9月20日在月面丰富海软着陆，第一次使用钻头采集了120克月岩样品 ，装入回收舱的密封容器里，于24日带回地球。 1970年11月10日，月球17号载着世界上第一辆自动月球车上天。 17日在月面雨海着陆后，月球车1号下到月面进行了10个半月的科学考察。 最后一个月球24号探测器于1976年8月9日发射，8月18日在月面危海软着陆，钻采并带回170克月岩样品。 至此，前苏联对月球的无人探测宣告完成，人们对月球的认识更加丰富和完整了。 美国继前苏联之后，先后发射了9个徘徊者号和7个勘测者号月球探测器。 后来，美国又发射了5个月球轨道环行器。 1969年，美国的阿波罗11号载人登月成功，成为人类对月球探测一个里程碑，一个划时代的标志事件。 随着冷战的结束，1976年以后，人类长达18年没有进行过任何成功的月球探测行动。 月球探测是人类进行太阳系探测的历史性开端，大大促进了人类对月球、地球和太阳系的认识，带动了一系列基础科学的创新，促进了一系列应用科学的新发展。 月球探测，尤其是载人登月是人类迈出地球摇篮的第一步，是整个人类历史进程的里程碑。 人类在宇宙空间展示的智慧创举、超强能力和攀登精神，是人类开拓进取、求实创新的光辉范例，增强了人类探索宇宙、建设好地球家园的信心。 月球探测便成为人类历史和科学技术发展史上划时代的标志性事件。 第一次月球探测高潮最主要的推动力，是冷战和空间霸权争夺的政治需求。 美国与前苏联正是通过月球探测，建立和完善了庞大的航天工业和技术体系；有力地带动和促进了一系列科学技术的快速发展；月球探测技术在军事和民用领域得到延伸、推广和二次开发，形成了一大批高科技工业群体，包括微电子，计算机遥感、遥测遥控，微波雷达，红外与激光，超低温、超高温和超高真空技术以及冶金，化工，机械，电子视听声像和信息传递等，产生了显著的社会经济效益。 据不完全统计，从阿波罗计划派生出了大约3000多应用技术成果，登月后短短几年内，这些应用技术就取得了巨大的效益——登月计划中每投入1美元就可获得4－5美元的产出。 发生在几十年前的人类第一次探月高潮，就取得了巨大成果。 人类通过对月球的探测，获得了极其丰富的数据，对月球的形状、大小、轨道参数、近月空间环境、月球结构与特征、月球的岩石类型与化学组成、月球的资源与能源、月球的内部结构与演化历史等研究取得了一系列突破性进展，对月球的起源和地月系统的相互作用与影响获了新的认识，主要表现在以下几个方面： 1、 精确测定了月球的形状、大小和运行轨道。 2、探明了月球表面是超高真空，基本没有大气，而火星表面有非常稀薄的大气，相当于地球表面40公里高度的大气密度。 所以说天体表面的气体密度决定于它的质量，行星的质量愈小，对气体的俘获能力愈小，行星大气层愈稀薄。 3、月球表面的主要地形单元为月海盆地、月陆和撞击坑。 月球挡住了很多小天体砸向地球，自己却被砸的千疮百孔，为保卫地球起了很重要的作用。 4、月球表面由岩石碎屑和尘埃组成的风化层（月壤）所覆盖，它是在月球地质历史时期由无数陨石撞击所形成。 由于月壤长期接受太阳－宇宙线的辐射，因而储存了独特的太阳辐射历史，完整地记录了4010亿年太阳活动的历史。 这对了解地球上气候的变化是非常重要的。 5、月球表面没有水体，月球的地质演化历史中也没有或只有极微量的水参与。 月球的永久阴影区可能存在水冰。 6、月球上没有生命，没有活动的有机体、化石或有机体固有的有机化合物。 大量的测试表明所有月球品中没有生命存在的证据，它不含有活动的有机体，本身亦不含有机化合物。 有一块石头引起了全世界的争论，这块石头是1984年在南极找到的，是从火星上掉下来的一块石头，石头里有一些奇怪的小虫子形状的“化石”，美国宣布是细菌化石，因此说火星上曾经发育过细菌，曾经存在过生命。 这是36亿年前的石头，也就是说假如36亿年前火星上有生命，它的生命的水平是细菌。 那时地球的生命水平也是细菌，也可以说那时地球上的细菌一直发展到现在生机勃勃的生物圈和人类。 火星上的生命为什么得不到繁衍？火星上生命起源的环境与过程是怎样的？是火星的生命带给了地球还是地球的生命带给了火星?或者地球和火星各自产生过生命？这些问题仍是未解之谜。 7、月球和地球在成因上是相互联系的，它们都是由相同的物质“原料”（元素）以不同的比例“混合”形成的。 8、月球在总体形态上有轻微的不对称现象，这可能是地球重力影响的结果。 9、现在的月球是一个古老的、“僵死”的星体。 月球在46亿年前形成，和地球是同龄，所有太阳系的天体都是那个时候形成的。 月球的主要内部能量已于31亿年以前接近释放殆尽。 地球还要有45亿年的生命，那个时候将是什么景象？现在的月球给了我们一个示范，那时的地球的内部就像现在的月球一样。 当然太阳的生命将更长，地球的表面仍然是很繁荣的，这跟地球内部的能源没有太大关系。 月球起源理论的四种假说 根据对月球各类岩石的成份、结构与形成年龄研究，月球演化历史的重大事件可归纳为以下几个阶段。 (a)、月球的形成年龄约45.6亿年。 (b)、月球形成后曾发生过较大规模的岩浆事件，通过岩浆的熔离过程和内部物质调整，于41亿年前形成了斜长岩壳、月幔和月核。 (c)、在40~39亿年前，月球曾遭受到小天体的剧烈撞击，形成广泛分布的月海盆地，称为雨海事件。 (d)、月海泛滥事件，在39~31.5亿年前，月球发生过多次剧烈的玄武岩浆喷发事件，大量玄武岩充填了月海，厚度达0.5~2.5km. (e)、31.5亿年以来，月球内部的能源逐渐枯竭，再也没有发生大规模的岩浆火山活动与月震，但小天体的撞击仍然不断发生，形成具有辐射纹及重叠的撞击坑，使月面斑驳陆离、千疮百孔。 月球起源的理论主要有四种假说：（a）捕获说；（b）共振潮汐分裂说;（c）双星说;（d）大碰撞分裂说。 近年来，“大碰撞分裂说”获得了大量的证据及大多数学者的支持。 总之，现在的月球是一个古老的、“僵死”的星体。 月球的内部能量已近于衰竭，月震和表面热流均极小。 月球的“地质时钟”停滞在31亿年之前，这对研究地球早期演化历史具有重要意义。 火星是一个老态龙钟接近死亡的天体，而地球仍然是生机勃勃的、壮年期的天体。 这也和质量有关，质量越大，内部储存的能量及产生的能量也越多，所以维持的生命会更长。 这跟恒星相反，恒星是质量越大生命越短。 学会如何离开地球家园 1994年始，人类开始重返月球。 重返月球，建立永久基地，是人类开发太空资源，拓展生存空间至关重要的第一步。 通过这一系统工程，人类可以学会如何“离开地球家园”，建立像南极站类型的永久研究站，在地球以外空间生产产品和发展工业，建设能够自给自足的地外家园。 重返月球是空间科学技术发展的需求，20世纪60~70年代的探月工程证实，空间探测是一个具有极高产出率的项目，它实现的真正价值往往远远高于工程本身。 月球探测可以成为科学和技术的“孵化器”。 重返月球是空间探测发展的必然，月球将是人类长期进行深空探测的前哨站和转运站，随着技术的不断成熟，可以在月球基地上建设空间加“油”站和发射场。 月球是一个庞大的“太空实验室”，可开展一系列天文学、空间科学、近代物理学、生物工程学等的研究，研制和生产一系列特殊生物制品和特殊材料。 重返月球是空间军事活动发展的需求，月球将被用作对地球监视的基地，是实现制“天”权的重要步骤。 月球蕴藏有丰富的矿产资源和能源，可为人类社会可持续发展提供资源储备，这一因素可能是重返月球最主要的原动力。 新世纪初月球探测之趋势 进入新世纪，人类探测月球将主要侧重于月球能源资源的全球分布与利用；月球矿产资源的全球分布和利用；月球特殊空间环境资源（超高真空、无大气活动、无磁场、地质构造稳定、弱重力、超洁净）的开发利用，建立月球天文台，建立特殊生物制品和特种新型生产基地，建立基础科学实验室等；建立月球长期居留基地并利用月球进行深空探测的方案正逐步实施。 月球上可利用的能源主要有太阳能和核聚变燃料，月球将为人类社会提供长期、稳定、 廉价和洁净的核聚变燃料月球的金属矿产资源也将是地球资源的重要储备和支撑。 此外，由于月球几乎没有大气层，没有大气热传导，没有全球性的磁场，故地质构造极其稳定。 自距今31亿年以来，月球没发生过显著的火山活动和构造运动，因此，月球的“地质时钟”停滞在31亿年之前，至今仍保留了其早期形成时的历史状况；月球表面还具有高洁净、弱重力的特征。 月球表面这种特殊的空间环境恰恰是可以利用的。 上述所有这些特征，在地球上都无法达到。 因此，在月球表面建立月基天文观测研究基地，技术要求可能比哈勃太空望远镜更低。 月球上的天文观测站是月球基地的重要组成部分，它不仅可以对太阳系、银河系天体和星际空间进行观测研究，而且是进行太阳物理学、天体物理学、重力波物理学、中微子物理学观测和实验最有吸引力的场所。 在月面建立月基对地监测站，可以对地面的气候变化、生态演化、环境污染和各种自然灾害进行高精度的观察和监测，为人类的可持续发展做出贡献。 月球是地球唯一的天然卫星，是人类唯一的、庞大而稳固的“天然空间站”，是人类进军太阳系、开展深空探测的前哨阵地和转运站。 在月球上建立永久性“地球村”，是人类向外层空间发展的第一个目标，也是最关键的一步，而重返月球计划旨在建设一个具有生命保障系统的受控生态环境的月球基地，进行月面建筑、运输、采矿、材料加工和各项科学研究，为将来建设适于人类居住的月球村进行科研和技术准备，使月球最终成为一个庞大、稳固而功能齐全的“天然空间站”，成为人类共有科学实验室和开展深空探测的研究试验基地、前哨阵地与物资运转站。 因此月表与月球的空间环境具有巨大的利用前景。 可以看出，月球的矿产资源、能源资源和特殊环境资源将对人类社会的可持续发展发挥长期稳定的支撑作用，地－月系不仅是一个统一的自然体系，在人类社会的可持续发展方面，也将构成一个统一的整体。
关与科学家的事迹
艾伯特·爱因斯坦于1879年3月14日在德国小城乌尔姆出生，他的父母都是犹太人。 爱因斯坦有一个幸福的童年，他的父亲是位平静、温顺的好心人，爱好文学和数学。 他的母亲个性较强，喜爱音乐，并影响了爱因斯坦，爱因斯坦从六岁起学小提琴，从此小提琴成为他的终生伴侣。 爱因斯坦的父母对他有着良好的影响和家庭教育，家中弥漫着自由的精神和祥和的气氛。 和牛顿一样，爱因斯坦年幼时也未显出智力超群，相反，到了四岁多还不会说话，家里人甚至担心他是个低能儿。 六岁时他进入了国民学校，是一个十分沉静的孩子，喜欢玩一些需要耐心和坚韧的游戏，例如用纸片搭房子。 1888年进入了中学后，学业也不突出，除了数学很好以外，其他功课都不怎么样，尤其是拉丁文和希腊文，他对古典语言毫无兴趣。 当时的德国学校必须接受宗教教育，开始时爱因斯坦非常认真，但当他读了通俗的科学书籍后，认识到宗教里有许多故事是不真实的。 12岁时他放弃了对宗教的信仰，并对所有权威和社会环境中的信念产生了怀疑，并发展成一种自由的思想。 爱因斯坦发现周围有一个巨大的自然世界，它离开人类独立存在，就象一个永恒的谜。 他看到，许多他非常尊敬和钦佩的人在专心从事这项事业时，找到了内心的自由和安宁。 于是，少年时代的爱因斯坦就选择了科学事业，希望掌握这个自然世界的奥秘，而一旦选择了这一道路，就坚持不懈地走了下去，从来没有后悔过。 1895年，爱因斯坦来到瑞士苏黎世，准备投考苏黎世的联邦工业大学，虽然他的数学和物理考得很不错，但其他科目没有考好，学校校长推荐他去瑞士的阿劳州立中学学习一年，以补齐功课。 在阿劳州立中学的这段时光中使爱因斯坦感到快乐，他尝到了瑞士自由的空气和阳光，并决心放弃德国国籍。 1896年，爱因斯坦正式成为一个无国籍的人，并考进了联邦工业大学。 大学期间，爱因斯坦迷上了物理学，一方面，他阅读了德国著名物理学家基尔霍夫、赫兹等人的著作，钻研了麦克斯韦的电磁理论和马赫的力学，并经常去理论物理学教授的家中请教。 另一方面，他的大部分时间是去物理实验室去做实验，迷恋于直接观察和测量。 1900年，爱因斯坦大学毕业。 1901年，他获得了瑞士国籍。 1902年，在他的朋友格罗斯曼的帮助下，爱因斯坦终于在伯尔尼的瑞士联邦专利局找到了一份稳定的工作——当技术员。 狭义相对论的创立早在16岁时，爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波，他产生了一个想法，如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的世界景象呢？他将看不到前进的光，只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。 这种事可能发生吗？与此相联系，他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。 以太这个名词源于希腊，用以代表组成天上物体的基本元素。 17世纪，笛卡尔首次将它引入科学，作为传播光的媒质。 其后，惠更斯进一步发展了以太学说，认为荷载光波的媒介物是以太，它应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质中。 与惠更斯的看法不同，牛顿提出了光的微粒说。 牛顿认为，发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流，粒子流冲击视网膜就引起视觉。 18世纪牛顿的微粒说占了上风，然而到了19世纪，却是波动说占了绝对优势，以太的学说也因此大大发展。 当时的看法是，波的传播要依赖于媒质，因为光可以在真空中传播，传播光波的媒质是充满整个空间的以太，也叫光以太。 与此同时，电磁学得到了蓬勃发展，经过麦克斯韦、赫兹等人的努力，形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学，并从理论与实践上将光和电磁现象统一起来，认为光就是一定频率范围内的电磁波，从而将光的波动理论与电磁理论统一起来。 以太不仅是光波的载体，也成了电磁场的载体。 直到19世纪末，人们企图寻找以太，然而从未在实验中发现以太。 但是，电动力学遇到了一个重大的问题，就是与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。 关于相对性原理的思想，早在伽利略和牛顿时期就已经有了。 电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架，但在解释运动物体的电磁过程时却遇到了困难。 按照麦克斯韦理论，真空中电磁波的速度，也就是光的速度是一个恒量，然而按照牛顿力学的速度加法原理，不同惯性系的光速不同，这就出现了一个问题：适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学？例如，有两辆汽车，一辆向你驶近，一辆驶离。 你看到前一辆车的灯光向你靠近，后一辆车的灯光远离。 按照麦克斯韦的理论，这两种光的速度相同，汽车的速度在其中不起作用。 但根据伽利略理论，这两项的测量结果不同。 向你驶来的车将发出的光加速，即前车的光速=光速+车速；而驶离车的光速较慢，因为后车的光速=光速-车速。 麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖。 我们如何解决这一分歧呢？19世纪理论物理学达到了巅峰状态，但其中也隐含着巨大的危机。 海王星的发现显示出牛顿力学无比强大的理论威力，电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。 在人们的心目中，古典物理学已经达到了近乎完美的程度。 德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学，老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。 ”爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。 在伯尔尼专利局的日子里，爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态，在许多问题上深入思考，并形成了自己独特的见解。 在十年的探索过程中，爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论，特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。 爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是绝对参照系以太的存在。 他阅读了许多著作发现，所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。 经过研究爱因斯坦发现，除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外，以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。 于是他想到：以及绝对参照系是必要的吗？电磁场一定要有荷载物吗？爱因斯坦喜欢阅读哲学著作，并从哲学中吸收思想营养，他相信世界的统一性和逻辑的一致性。 相对性原理已经在力学中被广泛证明，但在电动力学中却无法成立，对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致，爱因斯坦提出了怀疑。 他认为，相对论原理应该普遍成立，因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式，但在这里出现了光速的问题。 光速是不变的量还是可变的量，成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。 当时的物理学家一般都相信以太，也就是相信存在着绝对参照系，这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。 19世纪末，马赫在所著的《发展中的力学》中，批判了牛顿的绝对时空观，这给爱因斯坦留下了深刻的印象。 1905年5月的一天，爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题，贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法，两人讨论了很久。 突然，爱因斯坦领悟到了什么，回到家经过反复思考，终于想明白了问题。 第二天，他又来到贝索家，说：谢谢你，我的问题解决了。 原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。 他找到了开锁的钥匙，经过五个星期的努力工作，爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。 1905年6月30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》，在同年9月的该刊上发表。 这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。 狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理。 爱因斯坦解决问题的出发点，是他坚信相对性原理。 伽利略最早阐明过相对性原理的思想，但他没有对时间和空间给出过明确的定义。 牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想，但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动，在这个问题上他是矛盾的。 而爱因斯坦大大发展了相对性原理，在他看来，根本不存在绝对静止的空间，同样不存在绝对同一的时间，所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。 对于任何一个参照系和坐标系，都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。 对于一切惯性系，运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律，它们的形式都是相同的，这就是相对性原理，严格地说是狭义的相对性原理。 在这篇文章中，爱因斯坦没有多讨论将光速不变作为基本原理的根据，他提出光速不变是一个大胆的假设，是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。 这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果，他从同时的相对性这一点作为突破口，建立了全新的时间和空间理论，并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。 什么是同时性的相对性？不同地方的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢？一般来说，我们会通过信号来确认。 为了得知异地事件的同时性我们就得知道信号的传递速度，但如何没出这一速度呢？我们必须测出两地的空间距离以及信号传递所需的时间，空间距离的测量很简单，麻烦在于测量时间，我们必须假定两地各有一只已经对好了的钟，从两个钟的读数可以知道信号传播的时间。 但我们如何知道异地的钟对好了呢？答案是还需要一种信号。 这个信号能否将钟对好？如果按照先前的思路，它又需要一种新信号，这样无穷后退，异地的同时性实际上无法确认。 不过有一点是明确的，同时性必与一种信号相联系，否则我们说这两件事同时发生是没有意义的。 光信号可能是用来对时钟最合适的信号，但光速不是无限大，这样就产生一个新奇的结论，对于静止的观察者同时的两件事，对于运动的观察者就不是同时的。 我们设想一个高速运行的列车，它的速度接近光速。 列车通过站台时，甲站在站台上，有两道闪电在甲眼前闪过，一道在火车前端，一道在后端，并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹，通过测量，甲与列车两端的间距相等，得出的结论是，甲是同时看到两道闪电的。 因此对甲来说，收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离，并同时到达他所在位置，这两起事件必然在同一时间发生，它们是同时的。 但对于在列车内部正中央的乙，情况则不同，因为乙与高速运行的列车一同运动，因此他会先截取向着他传播的前端信号，然后收到从后端传来的光信号。 对乙来说，这两起事件是不同时的。 也就是说，同时性不是绝对的，而取决于观察者的运动状态。 这一结论否定了牛顿力学中引以为基础的绝对时间和绝对空间框架。 相对论认为，光速在所有惯性参考系中不变，它是物体运动的最大速度。 由于相对论效应，运动物体的长度会变短，运动物体的时间膨胀。 但由于日常生活中所遇到的问题，运动速度都是很低的（与光速相比），看不出相对论效应。 爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大。 他并且给出了著名的质能关系式：E=mc2，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。 广义相对论的建立1905年，爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后，并没有立即引起很大的反响。 但是德国物理学的权威人士普朗克注意到了他的文章，认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼相媲美，正是由于普朗克的推动，相对论很快成为人们研究和讨论的课题，爱因斯坦也受到了学术界的注意。 1907年，爱因斯坦听从友人的建议，提交了那篇著名的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位，但得到的答复是论文无法理解。 虽然在德国物理学界爱因斯坦已经很有名气，但在瑞士，他却得不到一个大学的教职，许多有名望的人开始为他鸣不平，1908年，爱因斯坦终于得到了编外讲师的职位，并在第二年当上了副教授。 1912年，爱因斯坦当上了教授，1913年，应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授。 在此期间，爱因斯坦在考虑将已经建立的相对论推广，对于他来说，有两个问题使他不安。 第一个是引力问题，狭义相对论对于力学、热力学和电动力学的物理规律是正确的，但是它不能解释引力问题。 牛顿的引力理论是超距的，两个物体之间的引力作用在瞬间传递，即以无穷大的速度传递，这与相对论依据的场的观点和极限的光速冲突。 第二个是非惯性系问题，狭义相对论与以前的物理学规律一样，都只适用于惯性系。 但事实上却很难找到真正的惯性系。 从逻辑上说，一切自然规律不应该局限于惯性系，必须考虑非惯性系。 狭义相对论很难解释所谓的双生了佯谬，该佯谬说的是，有一对孪生兄弟，哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙航行，根据相对论效应，高速运动的时钟变慢，等哥哥回来，弟弟已经变得很老了，因为地球上已经经历了几十年。 而按照相对性原理，飞船相对于地球高速运动，地球相对于飞船也高速运动，弟弟看哥哥变年轻了，哥哥看弟弟也应该年轻了。 这个问题简直没法回答。 实际上，狭义相对论只处理匀速直线运动，而哥哥要回来必须经过一个变速运动过程，这是相对论无法处理的。 正在人们忙于理解相对狭义相对论时，爱因斯坦正在接受完成广义相对论。 1907年，爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理，此后，爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。 他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据，提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系。 爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法：在一封闭箱中的观察者，不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中，还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中，这是解释等效原理最常用的说法，而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论。 1915年11月，爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文，在这四篇论文中，他提出了新的看法，证明了水星近日点的进动，并给出了正确的引力场方程。 至此，广义相对论的基本问题都解决了，广义相对论诞生了。 1916年，爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》，在这篇文章中，爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论，将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理，并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。 爱因斯坦的广义相对论认为，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。 爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。 广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动，20年代，天文学家在天文观测中证实了这一点。 广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转，。 最靠近地球的大引力场是太阳引力场，爱因斯坦预言，遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转。 1919年，在英国天文学家爱丁顿的鼓动下，英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食，经过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转。 英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了观测报告，确认广义相对论的结论是正确的。 会上，著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”，“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”。 爱因斯坦成了新闻人物，他在1916年写了一本通俗介绍相对认的书《狭义相对论与广义相对论浅说》，到1922年已经再版了40次，还被译成了十几种文字，广为流传。 相对论的意义狭义相对论和广义相对论建立以来，已经过去了很长时间，它经受住了实践和历史的考验，是人们普遍承认的真理。 相对论对于现代物理学的发展和现代人类思相的发展都有巨大的影响。 相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。 狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。 广义相对论又在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似。 这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题，从逻辑上得到了合理的安排。 相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。 狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律，并提示了质量与能量相当，给出了质能关系式。 这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显，但在研究微观粒子时却显示了极端的重要性。 因为微观粒子的运动速度一般都比较快，有的接近甚至达到光速，所以粒子的物理学离不开相对论。 质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件，而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据。 广义相对论建立了完善的引力理论，而引力理论主要涉及的是天体。 到现在，相对论宇宙学进一步发展，而引力波物理、致密天体物理和黑洞物理这些属于相对论天体物理学的分支学科都有一定的进展，吸引了许多科学家进行研究。 一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦：“在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦将位于最前列。 他现在是、将来也还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一”，“按照我的看法，他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献，更加深入地进入了人类思想基本要领的结构中。 ”
