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第18章 科学篇(3)

人体的能量来源是食物中的碳水化合物、脂肪和蛋白质。这三类营养素普遍存在于各种食物中。粮谷类和薯类食物碳水化合物较多,是膳食能量最经济的来源;油料作物富含脂肪;动物性食物一般比植物性食物含有更多的脂肪和蛋白质;但大豆和硬果类例外,它们含丰富的油脂和蛋白质;蔬菜和水果中脂肪和蛋白质含量较少。

人体中的钙

成人体内含钙总量约为1200g。主要以羟基磷酸钙晶体的形式存在于骨骼和牙齿中。我们身体中的矿物质约占体重的5%,钙约占体重的2%。分布在骨骼和牙齿中的钙约占总量的99%,其余1%分布在血液、细胞间液及软组织中。

膳食中的钙主要在pH较低的小肠上段吸收。钙的吸收与年龄有关,随年龄增长其吸收率下降,婴儿钙的吸收率超过50%,儿童约为40%,成人仅为20%左右。一般在40岁以后,钙吸收率逐年下降,老年骨质疏松与此有关。

影响钙吸收的因素有膳食中谷物的植酸和某些蔬菜中的草酸;脂肪过多或脂肪消化不良等;以及抗酸药四环素、肝素等。有利钙吸收的因素,有维生素D、某些氨基酸、乳糖和适当的钙与磷的比例。补钙的最佳时机是晚上。

勾股定理

勾股定理是中国古代的几何学成就之一。它给出了直角三角形三边的长度关系,即任意一个直角三角形的两条直角边长度的平方之和等于斜边长度的平方。勾股定理在数学界又称商高定理或毕达哥拉斯定理。

中国汉朝的《周髀算经》中记载,周公和商高的一段对话中提到直角三角形有勾三股四玄五的关系。实际上,在《周髀算经》中已给出一般情形的证明。虽然原证已经失传,但所附的赵君卿(赵爽)的一些勾股割补图说明了他的割补证法。在欧几里得的《几何原本》第一卷末也记载了勾股定理的证明。

负氧离子

具有环保功能的空气负离子主要指带负电荷的氧离子。空气是由无数分子、原子组成的。当空气中的分子或原子失去或获得电子后,便形成带电的粒子,称为离子;带正电荷的叫正离子,带负电荷的叫负离子。负离子是空气中一种带负电荷的气体离子,空气分子在高压或强射线的作用下被电离所产生的自由电子大部分被氧气所获得,因而,常常把空气负离子统称为“负氧离子”。

自然界空气负离子产生有三大机制:

(1)大气受紫外线、宇宙射线、放射物质、雷雨、风暴、土壤和空气放射线等因素的影响发生电离,而被释放出的电子很快又和空气中的中性分子结合,而成为负离子,或称为阴离子。

(2)瀑布冲击、细浪推卷、暴雨跌落等自然过程中。水在重力或高速流动作用下,水分子裂解而产生负离子。

(3)森林的树木,叶枝尖端放电及绿色植物光合作用形成的光电效应,使空气电离而产生负离子。

空气负离子能还原大气中的污染物质,如氮氧化物、香烟等产生的活性氧(氧自由基),减少过多活性氧对人体的危害;并能中和带正电的空气飘尘使之沉降,使空气得到净化,因此它又被称为“空气维生素”,认为它像食物的维生素一样,对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响,如雷雨过后,空气的负离子增多,人们感到心情舒畅。

电的近代探索

18世纪时西方开始探索电的种种现象。美国的科学家富兰克林认为电是一种没有重量的流体,存在于所有物体中。当物体得到比正常分量多的电就称为带正电;若少于正常分量,就被称为带负电,所谓“放电”就是正电流向负电的过程(人为规定的),这个理论并不完全正确,但是正电、负电两种名称则被保留下来。此时期有关“电”的观念是物质上的主张。

富兰克林做了多次实验,并首次提出了电流的概念,1752年,他在一个风筝实验中,将系上钥匙的风筝用线放到云层中,被雨淋湿的线将空中的闪电引到手指与钥匙之间,证明了空中的闪电与地面上的电是同一回事。

欧几里得与《几何原本》

《几何原本》是一部集前人思想和欧几里得个人创造性于一体的不朽之作。

欧几里得的原著只有13卷,14、15卷是后人添加的。书中包含了5个公理、5个公设、23个定义和467个命题。每一卷内容当中,欧几里得都采用了与前人完全不同的叙述方式,即先提出公理、公设和定义,然后再由简到繁地证明它们。这使得全书的论述更加紧凑和明快。而在整部书的内容安排上,也同样贯彻了他的这种独具匠心的安排。它由浅到深,从简至繁,先后论述了直边形、圆、比例论、相似形、数、立体几何以及穷竭法等内容。其中有关穷竭法的讨论,成为近代微积分思想的来源。

仅仅从这些卷帙的内容安排上,我们就不难发现,这部书已经基本囊括了几何学从公元前7世纪的古埃及,一直到公元前4世纪——欧几里得生活时期——前后总共400多年的数学发展历史。这其中,颇有代表性的便是在第1卷到第4卷中,欧几里得对直边形和圆的论述。正是在这几卷中,他总结和发挥了前人的思维成果,巧妙地论证了毕达哥拉斯定理,即在一直角三角形中,斜边上的正方形的面积等于两条直角边上的两个正方形的面积之和。他的这一证明,从此确定了勾股定理的正确性并延续了2000多年。

《几何原本》是一部在科学史上千古流芳的巨著。它不仅保存了许多古希腊早期的几何学理论,而且通过欧几里得开创性的系统整理和完整阐述,使这些远古的数学思想发扬光大。它开创了古典数论的研究,在一系列公理、定义、公设的基础上,创立了欧几里得几何学体系,成为用公理化方法建立起来的数学演绎体系的最早典范。照欧氏几何学的体系,所有的定理都是从一些确定的、不需证明的基本命题即公理演绎出来的。在这种演绎推理中,每个证明必须或者以公理为前提,或者以先前就已被证明了的定理为前提,最后做出结论。

这一方法后来成了用以建立任何知识体系的严格方式,人们不仅把它应用于数学中,也把它应用于科学,而且也应用于神学甚至哲学和伦理学中,对后世产生了深远的影响。欧几里得也因此被称为几何学之父。

洪华生

洪华生教授是我国第一位归国的海洋学女博士,已成为国内外有影响的海洋生物地球化学学术带头人。她思想活跃,不断开拓进取,20世纪80年代初率先攻克海水中超痕量不同形态铁的现场测定难关,发现海水表层二价铁昼夜变化规律,代表作成为海洋铁研究的经典文献。开拓了我国海洋生物地球化学这一交叉新学科。

1995年获国家科技进步三等奖,2006年获全国海洋科技先进工作者。她率先开展我国东南沿海河口—近海系统持久性有机污染物的生物地球化学研究,1995年最先证实维多利亚港POPs主要来自香港本地而非珠江口,解决了当时广受争议的POPs污染来源问题。她定量分析九龙江流域农业活动对河口—近海氮磷生物地球化学的贡献,使之成为一个全球农业区域研究案例。

塑料合金

塑料合金是利用物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能、功能化、专用化的一类新材料。塑料合金产品可广泛用于汽车、电子、精密仪器、办公设备、包装材料、建筑材料等领域。它能改善或提高现有塑料的性能并降低成本,已成为塑料工业中最为活跃的品种之一,增长十分迅速。

泰勒斯

泰勒斯是古希腊哲学家,米利都学派的创始人,“希腊七贤”之一,西方思想史上第一个有名字留下来的哲学家。同时,他又是一位杰出的自然科学家,被誉为“科学之祖”。

泰勒斯生活的那个时代,整个社会还处于愚昧落后的状态,人们对许多自然现象是无法理解的。但是,泰勒斯却总想着探讨自然中的真理。因为他懂得天文和数学,又是人类历史上比较早的科学家,所以,人们称他为“科学之祖”。

泰勒斯早年是一个商人,曾到过不少东方国家。据说,他出身名门望族,曾从事政治活动,有较广的科学知识。他曾准确地预言发生在公元前585年5月28日的日食。他向埃及人学习过几何学,学会测量金字塔高度的方法等。在哲学上,他首先摆脱传统的神创论观点,提出并探讨了世界本原的问题。他认为水是万物的本原,万物皆从水中产生,最后又复归于水。泰勒斯几乎涉猎了当时人类的全部思想和活动领域,获得崇高的声誉,被尊为“希腊七贤”之首,实际上七贤之中,只有他是一个渊博的学者,其余的都是政治家。

路易斯·巴斯德

路易斯·巴斯德是法国微生物学家、化学家,近代微生物学的奠基人。像牛顿开辟出经典力学一样,巴斯德开辟了微生物领域,他也是一位科学巨人。

巴斯德一生进行了多项探索性的研究,取得了重大成果,是19世纪最有成就的科学家之一。1854年,巴斯德证明发酵系微生物活动的结果。这位法国化学家还发现用加热(50~60℃)的方法可以消灭那些酒、醋等成品中的杂菌。很快,“巴氏消毒法”便应用在各种食物和饮料的生产过程上。

1860年,巴斯德证明营养液仅在接触不净空气后才会变质;微生物来自空气,并非自然发生。1865年研究当时流行的蚕病,建议用去除病卵的方法抑制微生物感染的流行,此举拯救了法国的丝绸工业。

1879年发现在一定条件下生长的鸡霍乱菌不复致病,但可诱发免疫力。1881年制备出减毒炭疽疫苗。1885年研制出减毒狂犬病疫苗。

巴斯德在世时备受赞誉,人们认为他拯救了法国的酒业和蚕丝业。他去世后,全世界捐款于1888年建立了以他的姓氏命名的研究所。

伊凡·巴甫洛夫

1904年诺贝尔生理学或医学奖获得者、苏联生物学家伊凡·巴甫洛夫是最早提出经典条件反射的人。

在19世纪末期,巴甫洛夫进行了一系列的实验,这些实验很快受到全世界生物学家的注意。巴甫洛夫致力于神经系统如何支配行为的工作,他通过研究狗产生唾液的种种方式揭示了一些学习行为的本质。

20世纪初,巴甫洛夫独创性地第一次用生理学中的“反射”概念来解释“心理性分泌”,建立了条件反射学说。此学说认为:大脑皮层是条件反射的器官。人和动物在个体生活过程中建立起各种各样的条件反射,以适应千变万化的外界环境条件。如果环境发生变化,则条件反射也随之发生改变,即加强或消退,或建立起新的条件反射。

世界上最早的温度测量仪表

世界上最早的温度测量仪表是意大利人伽利略于1592年创造的。它是一个带细长颈的大玻璃泡,倒置在一个盛有葡萄酒的容器中。从其中抽出一部分空气,酒面就上升到细颈内。当外界温度改变时,酒面因玻璃泡内的空气热胀冷缩随之升降,以表示温度的高低。

1.华氏温度计

1709年,德国的D.G·华仑海特于荷兰首次创立温标。他经过多年的分度研究,到1714年制成以水的冰点为32°F、沸点为212°F、中间分为180°F的水银温度计,即为至今仍沿用的华氏温度计。

2.摄氏温度计

1742年,瑞典的A·摄尔西乌斯制成另一种水银温度计,它以水的冰点为100℃、沸点为0℃。到1745年,瑞典的科学家林奈将这两个固定点颠倒过来,这种温度计就是至今仍沿用的摄氏温度计。

南北极磁场换位

地球有磁场,磁场有南北极,南北极的位置是固定不变的,这些似乎都成了定论。然而,地球南北极磁场会调换位置的问题,已使一些科学家困惑了半个多世纪,直到20世纪60年代中期,这一问题才得到了肯定的回答。