作者：李慕南,姜忠喆
出版社：北方妇女儿童出版社
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重的和 轻的试读：
前言
我国人民群众的科学素质水平与发达国家的差距较大。我国大多数人对于基本科学知识了解程度较低，而且在科学精神、科学思想和科学方法等方面更是欠缺。人民群众科学素质水平的低下，严重制约了我国创新型人才的产生和成长，已成为制约我国经济发展和社会进步的瓶颈之一。
科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们广大人民群众的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机，大力普及科学知识，传播科学精神，提高科学素质，是我们全社会的重要课题。
科学教育则是提高广大群众素质的重要因素，是现代教育的核心，这不仅能使广大读者获得生活和未来所需的知识与技能，更重要的是能使广大读者获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。
在新的世纪，随着高科技领域新技术的不断发展，为我们的科普教育提供了一个广阔的天地。纵观人类文明史的发展，科学技术的每一次重大突破，都会引起生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。随着科学技术日益渗透于经济发展和社会生活的各个领域，成为推动现代社会发展的最活跃因素，并且是现代社会进步的决定性力量。发达国家经济的增长点、现代化的战争、通讯传媒事业的日益发达，处处都体现出高科技的威力，同时也迅速地改变着人们的传统观念，使得人们对于科学知识充满了强烈渴求。
对迅猛发展的高新科学技术知识的普及，不仅可以使广大读者了解当今科技发展的现状，而且可以使我们树立崇高的理想：学好科学知识，为人类文明作出自己应有的贡献。
为此，我们特别编辑了这套丛书。本套作品知识全面、内容精炼、图文并茂，形象生动，通俗易懂，能够培养我们的科学兴趣和爱好，达到普及科学知识的目的，具有很强的可读性、启发性和知识性，是我们广大读者了解科技、增长知识、开阔视野、提高素质、激发探索和启迪智慧的良好科普读物，也是各级图书馆珍藏的最佳版本。
第一个完全由暗物质构成的星系的质量
茫茫宇宙中，天体之间相互作用，各自进行着各种各样的轨道运动。科学家可以根据已知的天体力学理论，通过周围天体的质量和特点来解释大部分天体运动的规律，但也有一些运动却找不到与可能产生这种运动的作用相对应的天体。难道在宇宙中有一种我们看不见的东西在暗地里影响恒星的运动吗？
20世纪30年代初，荷兰天文学家奥尔特首次提出，为了说明恒星的运动，需要假定在银河系中存在与发光物质几乎同等数量的我们看不见的暗物质。美国加州理工学院科学家兹威基推测，后发座星系团内可能蕴藏着大团不发光的暗物质。虽然我们无法直接观测到暗物质，但能够根据它们对其他可见天体发出的光和引力的干扰间接证明它们的存在。不过，许多人并不相信兹威基的说法，更多的则是半信半疑。直到1978年，美国普林斯顿大学的天文学家提出了一个更令人信服的证据，即根据旋涡星系M31（也称“仙女星系”）外旋臂的转动速度揭示出暗物质的存在。
2000年，美国天文学家发现了“暗星系”VIRGOHI21。该暗星系中不包含任何普通天体，是完全由纯暗物质构成的星系，质量约为4110kg，相当于太阳的10亿倍。它距离我们约5000万光年，如果是普通星系的话，只需用普通望远镜就可以观测到。
2003年，一个国际联合科研小组利用哈勃太空望远镜对距离地球45亿光年的CL0024＋1654星系团进行观测，推算出这个范围达2000万光年的星系团中质量及暗物质的分布情况，成功绘制出第一幅详细的星系团暗物质分布图。
根据现代宇宙学理论，所有星系都是由宇宙早期的气体由于引力的作用凝聚而成的。科学家们在对可观测到的宇宙物质总量进行仔细计算后发现，这些物质的质量太少了，它们之间的引力远不足以形成今天如此众多的可见星系和宇宙的膨胀速度；除非将暗物质考虑在内。也就是说，由暗物质率先形成团块结构，然后在暗物质团块引力的帮助下，气体才可能形成恒星和星系。
科学家根据大爆炸的暴涨模型以及近年来对宇宙微波背景辐射的－27研究，推算出整个宇宙范围内的平均物质密度大约为5×10 kg/3m，而目前观测到的宇宙中的恒星等物质总量只相当于这一物质密度的0.4%，即使加上星系中的气体也只相当于这一密度的4%左右，其余23%都是暗物质。另外仍有73%的不明短缺物质，科学家们称之为“暗能量”，其基本特征是具有负压强，在宇宙空间中几乎均匀分布。
中微子是一种公认的热暗物质，它们来无影，去无踪，穿行于宇宙各处。虽然单个中微子的质量很小，几乎等于零，但科学家发现在每立方米的空间内约有360亿个中微子，因而它们的总质量要比所有已知星系质量的总和还要大，但中微子也只是暗物质中的极小部分。
暗物质与暗能量是目前宇宙学研究的重大前沿课题，科学家对这类新型物质的探索才刚刚开始。
太阳的质量
古希腊人相信，恒星就是镶嵌在天穹最外层的闪闪发光的宝石，它们和太阳、月亮及行星一起，随着天穹围绕着地球旋转，彼此间的相对位置永不改变。
伽利略首次利用望远镜观天时注意到，如果观察的是一颗行星，原先肉眼所见的亮点在望远镜中就会放大成一个清晰的圆盘；而观察恒星时，望远镜中看到的依然是一个闪烁的亮点。这说明恒星要比行星遥远得多。既然恒星在那样遥远的距离上仍然能为我们所看见，这表明它们一定是一些和我们的太阳非常相似的庞大的火球。
1718年，英国天文学家哈雷将自己的恒星观测结果与古希腊人的记录进行比较，发现天狼星等恒星的位置与古代时相比有了明显的变化，于是首次提出恒星并非永恒不动，并把这种稳定而非常缓慢的运动叫做自行。
德国天文学家贝塞尔使用新发明的量日仪来观测一颗名为天鹅座61的恒星，发现它的移动有周期性规律，经过对其移动轨迹进行计算，确定它一定还有一颗看不见的伴星，两颗星互相绕转的周期约为650年，由此测定出这个双星系统距离我们大约有100万亿km。这是人类首次测量出恒星的距离。
由于用万亿千米作单位来衡量恒星的距离很不方便，为简化数字，天文学家改以光在一年中走过的距离作为新的单位，即“光年”。因为光的速度是299792.458km/s，光一年走过的距离约为94627亿km。这样算来，天鹅座61星距离地球约11光年。
根据双星系统互相绕转的周期和距离及颜色和亮度，还可以推测出恒星的大小和质量及表面温度。人们终于明白了，这些遥远的发光天体与太阳一样，都是由炽热的气体组成的。恒星的大小相差很大，有的像是巨人，有的则像是侏儒。太阳的直径约为140万km，这在恒星世界只能属中等。红巨星是恒星世界个头最大的，它们的直径要比太阳大几十到几千倍；而白矮星的直径只有几千千米，和地球差不多；中子星就更小了，它们的直径只有数十千米。30
太阳的质量约为1.989×10kg，这在恒星中也属中等，一些巨星的质量是太阳质量的120倍，而另一些“矮星”的质量只有太阳的百分之几，但大多数恒星的质量在0.1～10个太阳质量之间。
恒星也有自己的生命史，它们从诞生、成长、衰老到最终走向死亡，演化的历程有共同的规律。我们看到的大多数恒星都属于“壮年期”，这是恒星一生中最长的阶段，也称主星序阶段；此后，恒星燃尽自身的所有燃料，开始变得动荡不安，然后变成一颗红巨星，最后在爆发中进入老年，把自己的大部分物质抛入太空，留下的残骸成为黑矮星、白矮星或中子星，甚至变成黑洞。
地球的最新质量
很久以来，人们都想知道地球到底有多重。可是，该用多大的秤来称量地球呢？就算有这样的秤谁又能扛动？就算能扛动，人该站在什么地方呢？
阿基米德有一句名言：给我一个支点，我能撬动地球。他是用这句话来说明杠杆定律的，但是，如果那时他知道地球的质量的话，可能就不会发出此豪言壮语了。
伟大的科学家牛顿发现了著名的万有引力定律，找到了测量地球质量的途径。根据万有引力定律，两个物体间引力的大小与物质的质量成正比，与距离的平方成反比，比值恒定为一个常数，这就是引力常数。因为人们早已准确地知道了地球的大小，只要精确地测出引力常数值，就能计算地球质量。不过，由于没有精密的测量仪器，牛顿的尝试没有成功。
英国科学家卡文迪什用改进的扭力天平完成了测量。扭力天平的构造是，在一根木棒的两端分别系上金属小球，像一个哑铃那样，然后把它悬挂在一根金属丝上。两个小球的旁边对称放置两个铅球，铅球与小球间的引力使哑铃转动，金属丝扭曲。哑铃两臂末端和大球侧面均装有刻度标尺，这样便可测出细微扭曲的大小。为了不受空气流的干扰，扭力天平被置于空屋中。由于引力很小，扭曲也非常小，准确测量十分困难。为了便于观察，卡文迪什用反光镜将细微的扭曲放大，从而使天平的灵敏度大大提高。在1798年，卡文迪什第一个测24出了地球的质量，得到的数值是6.0×10kg，当今科学家测量出的地2424球质量为5.978×10kg，两者之差只有0.22×10kg，其准确度相当高。卡文迪许也因此被誉为“第一个称出地球的人”，卡文迪什的扭力天平实验被称为科学史上最美丽的物理学实验之一。
地球的质量确定后，科学家也用万有引力定律来测定太阳和其他行星的质量。地球和太阳之间的万有引力就等于引力常数与太阳质量和地球质量的乘积，再除以地球和太阳两者之间距离的平方，这一引力与地球赤道附近使地球环绕太阳旋转的向心力相等。该向心力等于地球质量乘以速度的平方再除以地球到太阳的距离。利用天文学家测得地球至太阳的距离，就可以得出地球围绕太阳旋转的速度，从而计算出太阳的质量。
假设阿基米德的臂力使他可以直接举起60kg（准确地说是2359.78kg）的物体，要以杠杆撬动地球，长臂为短臂的10倍。因此20阿基米德仅仅移动地球1mm，就需要站在10m之外了，这么远的距离即使光也要走1万年。
最近，美国的一个研究小组仿效18世纪科学家所做的扭力天24平，重新测量了引力常数，得出的地球质量为5.972×10kg，地球似乎变轻了少许。
地球大气的总质量
古希腊哲学家亚里士多德曾经猜想，我们这个世界由4个壳层组成，而这4个壳层又分别由四种原质构成，它们是土（大地）、水（海洋）、空气（大气）和火（通过闪电发出的光，偶尔可以见到它）。亚里士多德认为，这些壳层之外的宇宙是由神秘的第五种原质构成的，他把它叫做“以太”。
亚里士多德曾说：“大自然厌恶真空”，并以水压机能够从井里汲水为例。当水压机的活塞被提上来时，活塞的下面留下了一段真空；但由于大自然厌恶真空，所以周围的水会打开水压机底部的阀门，涌入真空。重复进行这种动作，就会把筒内的水越提越高，直到它从泵口流出。
中世纪欧洲的矿工们发现，无论花费多大力气，水压机都不可能把水汲到离原来水面10m以上的位置。伽利略在晚年时曾试图解开这个谜，但结论是大自然对真空的厌恶只是到一定的限度为止。他的学生托里拆利和维维安尼在1644年进行了一项实验，他们在一根约1m长的玻璃管里灌满汞，把开口的一端塞住，倒过来立在盛有汞的盘中，然后拿开塞子。这时管中的汞开始流到盘里，但当管内汞柱降低到比盘内汞面只高760mm时，汞就不再从管里流出而一直保持这个高度。
第一个“气压计”就这样制成了。没过多久人们发现，汞柱的高度并不总是一样的。16世纪60年代，英国科学家胡克发现，在暴风雨之前汞柱高度会降低，说明天气变化与气压有关。
是什么使汞柱保持一定的高度呢？托里拆利和维维安尼认为，这是由于大气的重量向下压在盘中的液体上。这一观点打破了亚里士多德空气没有重量的学说，这项实验也证明了大自然并不一定在所有的情况下都厌恶真空，因为当管内的水银下降后，在封闭端留下的那个空间就是真空，而10m高的水柱或760mm高的汞柱的重量就等于截面与之相同、高度为从地面到大气顶端这样一个空气柱的重量。
如果空气具有一定的重量，说明它具有一定的高度。17世纪602年代，人们已经知道地面附近大气的压强约为1kg/cm，由此推算出大气层的高度约为8000m左右。但波义耳通过实验发现，气体受到压力时体积会收缩，体积的变化与压强成反比，这项发现后来被称作“玻义耳定律”。
不久，法国科学家帕斯卡让人带着气压计登上一座1500m高的山，并请他在登高时随时注意气压计中汞柱高度下降的情况，证明空气在海平面时最稠密，随着高度上升，空气会变得越来越稀薄。这样，人们开始明白大气层厚度绝对不止8000m。
据科学家估算，大气质量约6000万亿吨，差不多占地球总质量的百万分之一。根据理论计算，如果温度不随高度而变化，每上升1.9万m，空气压强就将减小为原来的1/10。以此计算，在距地面170km的高空，那里的大气压只有地球表面的百万分之一，而空气的密度只有十亿分之一，但这一点点空气就足以让进入地球大气层的陨星因摩擦生热而使其大部分物质燃烧殆尽并发出白炽的光芒。
世界各大洋锰结核的总储藏量
石油、天然金属、矿石等有用资源不仅存在于陆地中，而且也藏在海底中。
例如，在大洋底部大量散布着一种锰结核，它的主要成分是锰，此外还含有镍、铜、钴及其他稀有金属元素。据调查，在太平洋海底每平方千米有1.2万吨锰结核，世界各大洋锰结核的总储藏量约为3万亿吨，其中包括4000亿吨锰、164亿吨镍、88亿吨铜和48亿吨钴，分别为陆地对应储藏量的几十倍乃至几千倍，而且还在以每年约1000万吨的速度不断地生成，几乎是一种用之不竭的矿产资源。
根据调查，海洋中含有40亿吨铀、3亿吨银和400万吨金，此外还有大量海底石油和天然气等。全世界海底石油资源储量约为13002亿吨。中国有浅海大陆架近200万km，通过海底油田地质调查，先后发现了渤海、黄海、东海、南海等油气储藏盆地，一些已开始商业开采。
海水中还含有丰富的钠、镁、钾、溴、碘等元素。我们食用的钠盐主要是利用海水晒制的，晒盐后的卤水可以提炼钾盐，用来生产农业所需的钾肥。溴和碘都是重要的化工原料，目前全世界所生产的溴和碘绝大部分来自海洋。海草能够从海水中把碘富集起来，人们采集海草后将其干燥处理，就可以很低的成本获取高浓度的碘。镁是制造飞机、火箭、快艇、车辆等所需的铝镁合金的重要原料，信号弹、照明弹、燃烧弹、烟火礼花弹、闪光灯等也都需要镁。很多国家陆地镁矿缺乏，对镁的需求又大，都建有大型的从海水中提炼镁的工厂。
20世纪60年代，科学家在红海首先发现了深海热液矿藏。这里是大洋中脊的裂谷处，在地球内部呈熔融状态的岩浆不断从这里涌出，当熔岩与冷海水相遇时发生激烈的化学反应，其中的金属从岩浆中析出，这些析出物沉淀到海底，日积月累便形成了一座座富含金属的“烟囱”状堆积物。这种海底热液矿床富含金、银、铜、锌、铂等几十种稀有金属和贵金属，储量高达数千万吨，所以又有“海底金银库”之称。
目前，科学家在全球各大洋都已发现了储量十分可观的海底热液金属矿，而且它们还是活矿床，每天都在自然增长，生长速度比海底锰结核要快得多。
如何将它们从海底开采出来呢？科学家正在研制一种自动控制海底采矿船，船尾拖曳一根很长的管子，末端有一个抽吸装置，先把海底金属抽吸到采矿船上然后运到冶炼厂进行去水处理得到浓缩物，再经冶炼就得到了纯金属。
月球两极地区可能蕴藏的水量
水是生命之源。地球上的人想要登陆并生活在月球上，一个前提就是要有充足的水资源。那么，月球上有水吗？这是科学家必须回答的问题。
科学家通常认为，月球的引力太小，无法吸引住水分。但1994年美国“克莱门汀”号飞船的雷达实验发现，在月球南极附近的一些永久阴暗区内有存在水冰的特征。随后，“月球勘探者号”飞船携带的中子光谱仪证明，月球两极阴暗区域的氢浓度较高，很可能水冰中含有的氢。科学家们有意让“月球勘探者号”在月球上坠毁，想借此使月球表面喷发出水蒸气。几台地面和空间望远镜对准了撞击区，观测是否有羽状蒸汽柱出现，结果什么也没有发现。
月球自转轴的倾斜度只有1.5度（地球自转轴的倾斜度约为23度），几乎垂直于地球绕太阳的轨道平面。所以从月球两极观看，太阳总是在月球的地平线附近。如果月球极点附近某处比月球表面的平均高度低数百米，例如月球南极的沙克尔顿环形山地区，那么它将永远处于太阳光照射不到的阴影之下。这些永久阴暗区域极其寒冷，温度仅为－（223～203）℃。彗星和小行星撞击月球时释放出的水冰可以在这些寒冷地带聚集起来，因为它们永远不会被阳光蒸发。科学家们估计，在月球两极地区最上层约0.3 m厚的地层内可能蕴藏着100亿吨以上的水冰。
美国计划在2018年重返月球，在2020年建立月球基地，必须首先了解月球上是否确实存在可供人类使用的水冰，以及水冰的储量大小和分布情况。如果确证月球南极存在水冰，那么就可以将其融化成水，用来生产火箭燃料或者氧气，并在其附近建设半永久性的有人月球基地。
为此，美国航空航天局计划于2008年10月发射一艘名为“月球勘测轨道飞行器”（简称LRO）的飞船，它的主要任务是确定月球全球辐射环境，绘制高分辨率月球全球地形图，绘制高分辨率氢元素分布图，探测月球极地的光照环境和温度，确定极地永久阴暗地区是否真的存在水冰，为未来载人登月航天器的设计和研制提供有用的数据，为未来宇航员和机器人登月选定可能的着陆地点。“月球勘测轨道飞行器”的设计质量在1000kg左右，其中推进剂质量占50%。飞船上将装备6种科学仪器，包括月球轨道器激光高度仪、勘测照相机、中子探测器、月球辐射计、喇曼—阿尔法测绘光谱仪和宇宙射线望远镜。此外，飞船上还将搭载一个名为“月球环形山观测与感知卫星”（LCROSS）的小型探测飞船，以便通过撞击月球表面寻找水源。
中国可燃冰远景资源量的石油当量
中国从1993年起成为石油纯进口国。预计到2010年，石油净进口量将增至约1亿吨/年，2020年将增至2亿吨/年左右。不过，地球上的石油储量已不多了。有人悲观地估计，按照目前的消耗速度，再有40年，全球的石油资源就将消耗殆尽，而届时人类所能开发的水能、核能、太阳能、风能等远远无法满足需求。
除了石油和天然气，还有没有其他丰富而廉价的替代能源呢？
有！其中一种就是可燃冰。它的学名为“天然气水合物”，埋藏在海洋底部的表层中，外表像白色的冰霜，其实就是高度压缩的固态333天然气。1m的可燃冰可分解为约164m的甲烷气体和0.8m的水。甲烷气体可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何污染，比燃烧煤、石油或天然气都清洁得多。
自然界中可燃冰的形成与海底石油、天然气的形成过程相仿。大量古代植物死亡后埋藏于海底地层深处，在缺氧环境中，厌氧菌把有机质分解，最后形成石油和天然气。此后海洋地质发生变化，海底天然气涌上表层，在深海压力下，天然气与海水结合成可燃冰。
1960年，前苏联在北极海域发现了第一个可燃冰矿床。此后，在世界其他海洋中也陆续发现可燃冰矿床，主要分布在大陆坡、海底山脉、岛屿、海沟、内陆海及边缘海深水盆地的表层沉积物或沉积岩中，在海底延伸数千千米。
可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到新希望。据国际地质2勘探组织估算，全世界海底可燃冰分布的范围约4000万km，占海底213总面积的10%，可燃冰的储量超过2.84×10m，是普通天然气能源储存量的1000倍，一旦得到开采，足够人类使用上千年。
2007年6月，中国科学家在南海北部海面下200m处，首次发现了2面积约430km的可燃冰矿藏。据初步勘测，南海北部可燃冰的远景资源量约合100亿吨石油当量。在西沙海域也已初步发现可燃冰分布23面积5242km，其资源量估算达4.1万亿m，仅这里的可燃冰储量就已达到我国陆上石油总储量一半左右的当量。此外，在面积达25万2km的东海盆地也已发现了可燃冰的可能分布区域。
开发可燃冰资源对中国的后续能源供应和经济可持续发展具有重大战略意义。中国政府计划，在未来10年中投入巨资对这项新能源的资源量进行勘测，并在2015年前后进行可燃冰试开采。
也许到2020年，中国就不再需要从国外进口石油和天然气了。
月球氦3资源量
2007年11月，中国发射了首颗月球观测卫星“嫦娥1号”，它的任务之一是对月球表面14种有开发利用和研究价值的元素含量与分布进行探测。日本也在2007年发射了首颗同类型的探月卫星“月亮女神”，印度宣称将在2008年发射类似的探月卫星。美国、俄罗斯和欧洲航天局也高调地公布了自己的探月计划。
为什么世界各国对探测月球如此热衷呢？
原因之一就是月球拥有极为丰富的矿产资源。根据科学家对月球岩石和土壤的研究分析，月球不仅含有地球上的全部元素和几十种矿物，甚至还有地球上没有的6种矿物。月球的稀有金属资源量比地球还多，其中铀的资源量约50亿吨。
最令科学家们惊喜的是月球土壤中含有丰富的氦3。氦3是氦的同位素，其原子核中含有两个质子和一个中子，可以和氢的同位素氚发生热核聚变反应，所释放出的能量可用来发电。在这一过程中产生的中子很少，所以放射性小，反应过程易于控制，既环保又安全。
氦3主要来源于太阳内部核聚变，随着太阳风飘落至周围的行星。由于地球周围覆盖着厚厚的大气层，阻隔了太阳风，氦3难以直接抵达地球表面，所以地球上的氦3天然储量非常低，总共不超过数吨。
月球几乎没有大气，太阳风可直接抵达月球，所以月球上的氦3储量非常可观。科学家通过月球土壤样品估算，月球上氦3的储量至少有5亿吨。如果采用氚与氦3核聚变发电作为替代能源，全中国每年只需10多吨氦3、全世界只需100多吨，就能满足所有的能源需求。也就是说，月球上的氦3足以供人类使用上万年。3
据估算，只要在10～15km范围内挖掘深度为3m的月壤，即可获得约1吨氦3。以目前全球电价和空间运输成本算，1吨氦3的价值约为300亿元人民币，用专门的飞船从月球运回1吨氦3的总费用约为3亿元，表明开发月球氦3有利可图。而且随着航天技术发展，空间运输成本肯定将大大下降。预计到2050年前后，即可实现利用氦3进行商业性核聚变发电。
开发利用月壤中的氦3将是解决人类能源危机的极具潜力的途径之一，能够满足地球人类社会长期稳定、安全清洁和廉价的能源需求。
目前，美国已宣布在2018年之前将宇航员再度送上月球，最终在月球上建立一个由生活区、发电厂、化工厂、采矿和储运等设施组成的常驻基地，利用月球资源生产饮用水、燃料和其他必需日用品，用月球挖土机开采出氦3并将其运回地球。俄罗斯和欧洲航天局也提出了类似的建立月球基地、开发月球氦3计划。
每年由大气进入地球土壤中的氮量
18世纪的欧洲科学家发现，木炭在玻璃罩内燃烧后能够生成“固定空气”（即二氧化碳）。当用碱液吸收了这些气体后，玻璃罩内仍有很多气体剩余下来。这种剩余气体能够闷死老鼠，且不助燃，法国化学家拉瓦锡称之为“氮气”，意思是“无益于生命”。他认为，空气是由氧气和氮气组成的混合物。
现在我们知道，拉瓦锡认为氮对生命无益，实在是大错特错。因为氮是构成生物体的一种必需元素，所有动植物体内都含有氮，用来构造DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）分子和蛋白质。
地球上绝大部分的氮是以氮气的形式存在于大气中，约占空气体积的78%。在地壳中，氮的含量仅为0.0046%，它的最主要的矿物是硝酸盐。在自然界中，氮不断地进行循环，以维持生态平衡。
空气中的氮分子过于稳定，不易被植物直接吸收。只有通过细菌和闪电的作用，氮气才会从空气中析出，变为活性氮进入土壤里，形成氮化合物，然后被植物吸收，变成有机氮化物，并将这些物质用于制造氨基酸，构成蛋白质，在活细胞中发挥许多重要功能。人类与动物主要从食物中的蛋白质获得氮化合物，由于不存在代用品，要维持正常的营养，必须保证最低的氮摄入量。
动植物的尸体及排泄物被微生物分解后，其中大部分氮化合物转变为氨，氨被土壤吸收转变为硝酸，成为肥料，又会再次进入植物和动物体内；还有一部分由硝化菌产生的硝酸盐在无氧条件下被微生物还原成为氮气，重新回到大气中，开始新的氮循环。
根据科学家的估算，每年因雷雨而由大气进入地球土壤中的氮约有4亿吨，此外大约有2亿吨各种氮肥施入全世界的耕地，其中大约有一半被农作物所吸收。
在工业上，氮主要用于合成氨，由此制造化肥、硝酸、染料和炸药等；氨还是合成纤维（如锦纶和腈纶）、合成树脂、合成橡胶等的重要原料。坚硬的氮化硅可以用来切削金属。由于氮气的化学惰性，常用作保护气体，以防止某些物体暴露于空气时被氧化。博物馆经常把贵重的书画作品保存在装满氮气的圆筒里，因为蛀虫在氮气中不能生存，也就无法蛀坏文物。用氮气填充粮仓，可使粮食等农副产品处于休眠和缺氧状态，代谢缓慢，取得良好的防虫和防霉变效果，便于长期安全存储。
加拉帕戈斯海底金属热液矿总储量
以往人们一直认为，从海面越往下，海水的温度就越低，深海海底完全是阴暗的冰冷世界。1948年，瑞典海洋调查船“信天翁号”在红海考察时发现，一些深海海底的水温要比表层的水温高出许多，含盐量也很高。参加考察的科学家们感到非常奇怪，难道是海底火山喷发了？
几十年后，科学家们乘坐深海潜水器潜入幽暗的大洋深处，透过潜艇的观察窗，看到海底有一道道张开的裂隙，溢出许多黄色物质，千姿百态，附近还堆积了许多块状和塔状的硫化物，有的高达几米甚至几十米，就像“土丘”和“烟囱”一样竖立在海底。此处的海水温度高达300℃以上，从“烟囱”中冒出的滚滚热气好似朵朵白云，从海底徐徐上升。
原来这里是大洋中脊的裂谷处，也是海底地壳最薄的地方，地球内部熔融状态的岩浆不断涌出，形成新的海洋地壳。这种来自地球内部的岩浆温度极高，富含多种金属，当它接近海底表面时，与渗透下来的冷海水相遇，发生激烈的化学反应，使其中的金属从岩浆中析出，从而形成富含金属的热水溶液。这些热水溶液从洋底的孔隙处高速喷射出来，就形成了海底的热喷泉。喷出的热液与冷海水接触后温度迅速降低，其中的金属便在这个过程中沉淀到海底，堆积成矿。天长日久，便形成了一座座富含金属的“土丘”和“黑烟囱”状堆积物。这种海底热液矿床富含铁、锰、铅、锌、金、银、铂、铜、锡等多种重金属，大多以硫化物和碳酸盐的形式存在。
1981年，美国在加拉帕戈斯海底断裂谷发现了一个大型的热液矿床，那里的水深约为2600m，分布着许多高约5～20m、宽约20～50m、长约2000m，由块状硫化物构成的海底热液重金属矿“土丘”。据测算，仅这里的热液矿床总储量就高达2500万吨。其中，可开采的有用金属价值高达40亿美元。在红海水深2 000m左右的海底，还发现了8个多种重金属热液矿盆地，其中一个名为“亚特兰蒂斯”的盆地，金属储量达到了8000万吨。
目前，科学家在全球各大洋底部都已发现有海底热液金属矿存2在。据调查，全世界约有1亿km的海底分布着热液金属矿床，储量十分可观，而且它们还是活矿床，会自然生长。据估计，这些金属热液矿正在以每4年约5mm的速度扩展着，其生长速度比海底锰结核要2快得多。在这1亿km的海底金属热液矿床中，仅所含铜一项每年即可净增5万吨，被视为一种很有开发前途的大洋矿产资源。
人们如何将这些宝贵的矿藏从海底开采出来呢？海底热液金属矿有块状和泥状两种。现在的一般做法是：对于块状金属矿，由于其分类集中、硬度高，需要用自动控制的海底钻探装置先把矿石打碎，然后再用与采集锰结核相似的办法输送到水面进行加工；对于软泥块金属矿，可用采矿船拖曳一根长2000多米的钢管，管的末端装有一个抽吸装置，先把海底重金属软泥通过这种装置抽吸到采矿船上，然后经过脱水处理得到金属的浓缩混合物，再经冶炼就可以加工出金属物质了。
美国第一颗氢弹爆炸当量
氢弹是人类发明的威力最大的武器。武器或者爆炸物的威力可以用爆炸当量来计算。所谓爆炸当量，是指炸药爆炸造成的威力相当于多少质量单位的蓝色炸药TNT爆炸时的威力。
20世纪20年代，科学家发现，两个较轻的原子核在一定条件下可以相互聚合，生成一个新的且质量较重的原子核，同时放出巨大的能量。这就是“轻核聚变反应”。30年代，科学家先后发现了氢的两种同位素，即含有1个质子、1个中子的氚，以及含有1个质子、2个中子的氚。这两种氢原子核间的静电斥力最小，较容易发生聚变反应形成氦核，反应释放出很大的聚变能，氚和氚也被称为聚变核燃料。
不过，要实现这种核聚变反应，需要在极高的压力和温度条件下，用足够的动能去克服氚核与氚核间的巨大静电斥力。根据理论计算，要克服这种静电斥力需要1亿℃的高温，才能产生持续的聚变。因此，聚变反应也称热核聚变反应或热核反应。
自从1945年美国成功试爆了第一颗原子弹之后，有人便设想利用一个小型原子弹作为引爆装置，原子弹爆炸时产生的瞬间高温能够引发氚与氚的热核聚变反应，因聚变装料无临界质量限制，可以在瞬间释放出比原子弹威力更强的杀伤破坏力，约为相同质量的铀235核裂变时所释放能量的7倍，这种巨大的毁灭性武器就叫做氢弹。原子弹的威力通常为几百至几万吨爆炸当量，氢弹的威力则可以大至几千万吨爆炸当量。
1949年9月，前苏联原子弹爆炸实验取得成功，使美国大为震惊。为保持战略威慑力，美国决定研制氢弹。
自然界中氚的储量丰富，每升水中含0.03g氚。氚的氧化合物称为重水，一般通过电解重水的方法获得氚。后来，美国科学家又发明了精馏法和化学交换法，能够大量提取氚。氚在自然界中数量很少，主要来自宇宙射线，但氚可以由锂化合物在反应堆中制造。
1951年5月，美国在太平洋上的恩尼威托克岛试验场进行了首次氢弹爆炸试验，聚变核燃料为液氚。连同液氚冷却系统的氢弹实验装置总重65吨，爆炸威力达1000万吨爆炸当量，相当于投放到广岛的原子弹的500倍。
由于以液氚制成的氢弹过于笨重，后来采用氚化锂6（锂6是金属锂的一种同位素）作为氢弹的聚变核燃料。发生聚变反应时，锂6吸收中子时会产生氚，氚与氚反应又产生中子，即进行氚—中子循环反应。氚化锂6是固体，不需冷却压缩，制作成本低，体积小，重量轻，便于运载。1kg氚化锂6可以释放出4.5万吨左右的当量爆炸能量。
1953年8月，前苏联宣布氢弹试验成功。随后，英国也拥有了氢弹。中国是第4个掌握氢弹设计技术的国家，于1966年12月28日成功地进行了氢弹原理试验；1967年9月17日，中国第一颗氢弹试验获得成功。
林尼尔彗星所含的水量
科学家常争论的话题之一是：原始地球上生命起源所需的水和有机化合物究竟是“自产”的还是来自天外？
一些科学家认为，在地球形成的初期，曾有很多含冰量丰富的彗星撞击到地球上，带来了大量的水。冰物质撞击到地球后不会像小行星那样造成巨大的破坏，因此这些水分能够得到保存，形成巨大的湖泊和海洋，为地球生命的诞生提供了条件。
但有部分科学家对此提出质疑，因为根据对哈雷彗星、海尔—波普彗星等进行的分析研究，发现这几颗彗星的水的成分与地球海洋中水的成分不完全相同，彗星的水中含有较多的氚元素及其化合物，重水含量是地球海洋中重水含量的两倍。
公说公有理，婆说婆有理，一时难以判断。
2000年7月中旬，一颗新发现的名为“林尼尔”的彗星进入大熊星座，以每天6度的速度在夜空移动，正日夜兼程地向着太阳飞去。根据天文学家的测算，它原本位于木星以外，由于受大行星引力作用而改变运行轨道，可能是第一次进入内太阳系。
天文学家开始用天文望远镜连续追踪观测这颗彗星。7月下旬，林尼尔彗星距离太阳越来越近。天文学家看到彗核表面出现一阵阵剧烈的爆发，情形与火山喷发相似。许多大块物质被抛离彗核，大量气体尘埃喷发出来，形成雾状彗尾。在短短4小时内，彗星变亮了1倍。
当彗星经过近日点时，天文学家突然发现，林尼尔彗星在强烈的太阳风侵蚀下居然完全瓦解了，彗核的中央部分先是变成长形，然后拉长为一条直线，四散的碎片成为一颗颗“微彗星”，每块直径仅几十米，彗星亮度则急剧变暗，一周后逐渐消失。
这是人类首次详细观测到彗星崩裂瓦解的全过程。根据天文学家对林尼尔彗星喷发物质的特征分析，证实了彗核确实是由疏松的尘埃、岩石和冰块组合而成，这些物质仅靠微弱的引力和冰块的凝聚力维系，太阳的热使冰块剧烈挥发，促使彗核分崩瓦解。
研究人员估算，林尼尔彗星解体时共有约330万吨冰被蒸发掉。如果这颗彗星撞到地球上，所含水量足以形成一个大湖泊。此次观测还发现，林尼尔彗星的水化学成分与地球上的水成分基本一致。这也在一定的意义上佐证了确实有一类彗星大部分来自于木星轨道附近，也称“木星族彗星”，曾在太阳系形成后不久频繁袭击地球，是原始地球上水的主要来源的观点。这类彗星中的冰块是在太阳系原始星云中形成的，而哈雷彗星和海尔—波普彗星中的冰块则可能是在太阳系边缘地带的星际云中形成的，两者的化学成分有所不同。
世界上最大船舶的排水量
许多人好奇，轮船是如何发明的，现在的轮船究竟能承载多大的重量？
早先的船都是靠风帆或手摇桨、橹推进。此后船越造越大，再以帆或桨为动力显然是太慢了。
1807年，美国人富尔顿制造出第一艘能行驶的蒸汽机船“克莱蒙脱号”，两舷装有高大的明轮，人们称之为“轮船”。这个称呼沿用了下来，泛指一切在水面行驶的大型机械动力船舶。
19世纪上半叶是帆船向蒸汽机船过渡的时期。早期的轮船装有全套帆具，蒸汽机只是作为辅助动力。1815年，美国建成第一艘由蒸汽机驱动明轮的军舰“富尔顿号”，排水量2475吨，航速每小时不到6海里（1海里＝1852m）。1819年，“萨凡纳号”蒸汽机帆船用了27天时间横渡大西洋。
1836年，瑞典人爱立信受古希腊人发明的“阿基米德螺旋”提水装置的启发，建造了一艘采用木制螺旋装置的小船。试航时螺旋装置的一部分突然折断了，然而使用变短的螺旋桨，船反而走得更快。他建造的第一艘采用螺旋桨推进的蒸汽机船“阿基米德号”于1838年下水。1845年，采用螺旋桨推进的英国大型蒸汽机船“大不列颠号”首次横渡大西洋，仅用了10余天时间。
早期轮船都是木制的。19世纪中期以后，逐渐用铁作为造船材料。1858年英国建造的“大东方号”铁船被认为是造船史上的奇迹。该船长207m，排水量2.7万吨，能载客4000人，装货6 000吨。它首次采用双层船壳结构，船上安装两台蒸汽机，一台驱动直径17m的明轮，另一台驱动直径7m的螺旋桨，此外，船上还有6具风帆，最高航速每小时16海里。直到半个世纪以后，才出现比它更大的船。
1870年，英国创办了丘纳德汽船公司和白星汽船公司，在英国和北美之间开辟旅行条件舒适的客船航班，此后各国相继建造大型豪华客船，航行于大西洋航线和东方航线上。到19世纪末，豪华客船可载客数千人，航速每小时20海里以上。
20世纪初，内燃机开始应用于船上，逐渐取代蒸汽机的地位；钢取代铁作为造船材料。到20世纪30年代，大型远洋客船的建造达到高潮，排水量都在8万吨以上，航速每小时超过30海里。
20世纪50年代，为了提高运输的经济效益，船舶向大型化、专业化、高速化和自动化方向发展，开始出现集装箱船和滚装船，60年代出现了20万吨以上的超大油轮和30万吨以上的特大油轮，70年代又出现了50万吨以上的巨型油轮，并出现了专门装运煤炭、矿砂、谷物等的大型干散货船。
在船舶动力方面出现了燃气轮机，但主要用在大中型水面军舰上。从1954年起，一些国家开始建造核动力船舶。
迄今为止，人类建造的最大的船舶是“海上巨人号”巨型油轮，长458.45m，宽68.9m，能够装载56.5万吨原油。最大的客船是“海洋自由号”，长339m，宽56m，排水量15.8万吨，可搭载4375名乘客和1365名船员。速度最快的是一艘F1摩托赛艇，最高时速为220km。
美国第一颗原子弹爆炸当量
原子弹是一种威力巨大的爆炸性武器。
20世纪30年代末，科学家们发现在原子核内部聚集着巨大的能量，只需消耗很少的核物质，通过链式反应过程，就可以将这些巨大的能量释放出来。在这样的反应过程中，较重的原子核分裂为较轻的原子核，因此被称为“裂变反应”。自然界中能够作为核裂变材料的只有铀235、铀233和钚239，其中只有铀235是天然铀同位素，其余两种分别是由钍232和铀238俘获中子后再经b衰变形成的。通常也将这3种核裂变材料称为“核燃料”。
原子弹结构包括燃料装置、引爆装置和弹壳等部分。燃料装置将小于临界质量的核燃料分数块储放，引爆装置包括电雷管和普通炸药，当雷管被点火引发后，炸药发生爆炸，把所有核燃料迅速推合在一起，结果核燃料块的总质量就大大超过临界质量而发生裂变链式反应。坚固的弹壳能使反应有充裕的时间，可提高核爆炸的威力。
原子弹的杀伤破坏方式主要有光辐射、冲击波、早期核辐射、电磁脉冲及放射性沾染。光辐射是在核爆炸时释放出的一种辐射光杀伤方式。1枚爆炸当量为2万吨的原子弹在空中爆炸后，距爆心7000m的地方会受到比阳光强13倍的光辐射。光辐射可使人迅速致盲，并使皮肤大面积灼伤溃烂，使物体燃烧。冲击波是核爆炸后产生的一种巨大气流的超压。一枚爆炸当量为2万吨的原子弹爆炸后，在距爆心投射点650m处，冲击波的运动速度可达每秒200m，可把位于该区域内的所有建筑物及人员彻底摧毁。早期核辐射是在核爆炸最初几十秒钟放射的中子流和γ射线。1枚爆炸当量2万吨的原子弹爆炸后，距爆心1100m以内人员可遭到极度杀伤。电磁脉冲的电场强度在几千米范围内可达1～10万伏，不仅能使电子装备的元器件严重受损，还能击穿绝缘，烧毁电路，破坏计算机内存，使全部无线电指挥、控制和通信设备失灵。放射性沾染是原子弹爆炸后蘑菇状烟云飘散后所降落的烟尘，对人体可造成照射或皮肤灼伤，以致死亡。
1945年，美国研制成功世界上第一颗原子弹。同年8月，有两颗原子弹分别被投向日本广岛和长崎，造成重大人员伤亡，加快了二战的结束。1949年9月，前苏联宣布原子弹试验成功。随后英国和法国也拥有了原子弹。中国在1964年10月试爆成功第一颗原子弹，成为第5个拥有核武器的国家。
世界上最大的粒子物理探测器ATLAS的质量
人类制造的最大科学仪器是什么？有人会举出直线粒子加速器、正负电子对撞机、大型强子对撞机等。不过，严格地说，它们都属于组装仪器，即由许许多多单体的科学仪器和设备组合而成。
迄今人类已制成的最大单体科学仪器应该是欧洲核子研究中心大型强子对撞机中的一个名为“ATLAS”的粒子探测器。
大型强子对撞机是目前世界上在建的体积和功率最大的粒子加速器，隧道长达27km。建成后的对撞机，可以让两束质子或像铅这样的重离子流按相反方向沿环形隧道运行，每运行一圈粒子都会获得更多的能量，最后将质子加速到光速的几分之一，使两束射线以高达14万亿eV的能量迎头相撞，用来模拟“大爆炸”发生后的宇宙情形，获得相当于宇宙“大爆炸”后十亿分之一秒内爆发出的巨大能量，用以击碎基本粒子。在强子对撞机上的4个对撞点安装有4台实验用探测器，分别名为ATLAS、CMS、AL? ICE和LHC－B。每个探测器的体积都很大，其中最大的就是AT? LAS，它长46m、高25m、质量约7000吨，相当于一座4层大楼，造价约合4.3亿美元。中国科学家参与了ATLAS探测器的建造工作。
该探测器的构造包括测量带电粒子动能的内径迹室、测量粒子所带能量的量能器、识别和测量μ子的μ子谱仪和使带电粒子弯转以进行动能测量的磁铁系统等。能够对每秒钟发生数十亿次的质子撞击进行采集和分类。因为每次撞击都会使释放的数百颗粒子飞入探测器，撞击产生的粒子留下的痕迹或释放的能量将被记录下来。综合其能量和动量信息，研究人员可以还原出质子撞击发生后的情景，推导出哪些粒子是迅速生成的。
ATLAS实验的主要目标是探索形成我们宇宙的物质的基本特性和基本作用力，包括寻找和研究假想中的希格斯粒子。科学家希望，从加速器内巨大碰撞中出现的粒子里能够包括一种叫做希格斯的玻色子，因为根据粒子物理的标准模型，正是希格斯导致了质量的产生。ATLAS探测器将用于测量这些碰撞的碎片，用以寻找希格斯玻色子和超对称粒子等超出了标准模型的新物理现象，科学家希望用该实验装置去验证万物统一理论。
此外，ATLAS实验还将探索物质和反物质之间的差异、宇宙“大爆炸”初期产生的夸克—胶子等离子体，以及进一步探讨自发对称破缺和各种粒子质量的来源，探索新的规范玻色子，研究新发现的顶夸克及相应层次粒子的各种特性等。
19世纪最大的风帆战船排水量
舟船的历史至少可追溯到1万年前。早在远古时代，居住在海边与河岸的人类就已在水上活动，人们骑到水中漂浮的木头上，然后尝试制造简单的木筏。
世界上最早的船是独木舟。人们用石斧把一段树干砍挖成槽，削去外面的旁枝和树杈，坐在上面用桨操纵。住在海边的人们驾驶木筏和独木舟征服了海洋，逐渐迁徙到世界各地。
古代世界各民族创造了丰富多彩的舟船造型，如公元前1200多年出现于埃及、腓尼基与爱琴海地区两端翘起的方帆船和单层桨船，地中海西部地区的长平底船和横帆船，北欧沿海地区体形细长的龙骨双头桨船，以及古代东方国家特有的有舵船、硬篷船和橹船等。
中国在春秋战国时期就有了造船工场，能够制造战船；汉代已能制造带舵的楼船；三国时期，吴国建造的最大战船“设楼五层”；西晋初期建造的连舫战舰能载2000余人。唐、宋时期发明了轮桨和水密隔壁，人们乘船远渡海外。明朝郑和七次下西洋时所乘的“宝船”长约137m，宽56m，有9桅12帆。
公元前700年至公元前550年，腓尼基和希腊先后造出了两层桨战船和三层桨战船，排水量约200吨，最多有170支桨，划桨时航速每小时可达6海里。此后，三层桨战船成为古罗马海军舰队的主力。
13世纪，西班牙人和葡萄牙人开始建造多桅帆船，通常有三根桅杆，前桅和主桅挂横帆，后桅挂三角纵帆，排水量从几十吨到数百吨不等；还有一些船从船头向前伸出一根斜桅，上面挂一张小帆，并在主帆和前帆之上各加一面顶帆，能充分利用风力，速度快且灵活，便于操纵，广泛用于远海航行。哥伦布发现新大陆，达·伽马穿过印度洋到达亚洲，麦哲伦完成首次环球航行等，用的都是这种帆船。
16世纪中叶，西班牙组织了庞大的船队，每年两次往返于大西洋之间。为了保护运输船队免受海盗及其他国家船只的袭扰，西班牙人开始建造了大型多桅风帆战船。从1650年起，大西洋进入一个海战频繁的时代，促进了西班牙、葡萄牙、荷兰、法国、英国等欧洲殖民国家战船的发展，船越造越大。起初最大的战船排水量约为1500吨，到19世纪，最大的风帆战船排水量接近6 000吨，装备大、中口径火炮100门以上。当时称排水量1000吨以上的风帆战船为“战列舰”，排水量500～750吨的称“巡洋舰”。这些战船的船壳通常选用坚实的橡木板制造，而且是双层，总厚度可以达到46cm；后来同样的技术也用于建造大型远洋商船。
航天飞机起飞时全部质量
航天飞机是人类第一次把航天与航空技术结合起来制造的新型多功能航天器，由轨道飞行器、固体燃料火箭助推器和外挂燃料箱三大部分组成，竖立时总高度约56m，起飞时全部质量可达到2000吨。
外挂燃料箱是航天飞机最大的部件，位于轨道飞行器下方，由液氧箱、液氢箱和箱间段组成，内装供轨道飞行器主发动机用的590吨液氧和液氢推进剂。在航天飞机起飞升空后，主发动机熄火，外挂燃料箱与轨道器分离，进入大气层烧毁。它是航天飞机各组件中唯一不能回收的部分。
两台固体燃料火箭助推器平行装在外挂燃料箱两侧，每个装有450吨推进剂、发射时与轨道器的3台主发动机同时点火，为航天飞机垂直起飞和飞出大气层提供约78%的推力。助推器以3.1 km/h的速度把航天飞机送到距地面45km的高空，然后停止工作并与航天飞机分离。其固体燃料箱在前锥段里装有降落伞系统，溅落到海上后被回收，经过修理等待下一次飞行。
外形像飞机一样的轨道飞行器是航天飞机的主体，也是航天飞机最复杂的组成部分，每次升空都要经历发射、飞行和返回的全过程。它长37.2m、翼展23.8m、净重68吨，同一架大型喷气式客机大小差不多。机尾装有3台以液氢/液氧为推进剂的主发动机，还有两台变轨发动机，在没有氧气的外太空也能工作。
航天飞机内部结构也类似一般飞机，有宽大的机舱，并可根据航天任务的需要分成若干个舱室，最多可载10名航天员，在轨道上持3续工作7～30天。机身是一个容积300m的大货舱，可运送14.4吨有效载荷到地球轨道，或运送30吨货物至近地轨道，并可从太空运回10吨多的货物。
航天飞机由于其独特的优点，自1981年问世后主要作为运载工具、实验平台和轨道维修平台，创造了很多载人航天的新纪录，但也经历过机毁人亡的重大事故。由于航天飞机技术复杂，容易出现故障，特别是无法大幅度降低载人航天的费用，并不是一种理想的天地往返运输工具。另外，未来开展外太空探测不需要带机翼的航天器，新的载人航天器的热保护系统比机翼防热瓦方式更安全，而且新的载人航天器也可重复使用，并可在任何陆地和水中降落，而航天飞机则必须使用机场着陆。因此，在美国新制定的未来载人航天计划中已不再将航天飞机作为今后发展的运载技术。
航天飞机的时代已走到了尽头。到2010年，目前所有的航天飞机将全部退役，由新一代载人航天器接替。
世界上第一座核反应堆的质量
1942年12月，美国建成世界上第一座核裂变反应堆，运行功率为0.5W，采用52吨天然金属铀和氧化铀作裂变燃料，以石墨作为慢化剂，直径约9m、高6.5m、总质量为1400吨。它的出现标志着人类进入了核能应用时代。
核反应堆是核物质进行裂变链式反应的地方，即当铀235、铀233或钚239受到外来中子轰击时，原子核会吸收中子，分裂成两个质量较小的原子核，同时放出3个中子，裂变产生的中子又去轰击另外的原子核，引起新的裂变反应。
这听起来与原子弹的爆炸原理差不多。
不错！它与原子弹的唯一区别是：原子弹中的裂变链式反应是不受控制地进行的，在一瞬间全部变成了巨大的能量；而核反应堆可以人为控制裂变链式反应速度的快慢，使其缓慢地释放能量。另外，原子弹使用的核燃料中90%以上是容易发生裂变的铀235，而核反应堆使用的核燃料中铀235的比例不到5%。
核反应堆的用途包括供科学家进行核试验、发电、供热、为舰船或宇宙飞船提供动力、利用裂变产生的中子或同位素进行放射性医疗，以及生产其他裂变物质等。主要结构包括堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、循环冷却系统、屏蔽层、辐射监测系统和安全壳等部分。
堆芯是核燃料进行裂变反应的地方，中心部位叫做活性区，四周设有重水、水、铍或石墨制成的反射层，能够把活性区内逃散出来的中子反射回去。
由于速度较慢的中子更易引起核裂变，所以核反应堆中设有慢化系统，向堆芯投入能使裂变放出的中子速度减慢的物质，包括水、重水、石墨等，也称慢化剂。科学家还用硼、碳化硼、镉、银铟镉等吸收中子的材料做成控制棒和安全棒，控制棒用来调节反应速率，安全棒用来快速停止链式反应。
发生核裂变反应时会产生大量的热，需要循环冷却系统带走热量，避免反应堆因过热烧毁。循环冷却系统中含有水、重水、氦和液态金属钠等冷却剂，带走的热量可以使水变成蒸气，用来发电。反应堆的周围还设有屏蔽层，以减弱中子及γ射线辐射剂量；此外还设有辐射监测系统，能监测并及早发现放射性泄漏情况。
通常将采用重水作慢化剂和冷却剂的核反应堆称为重水堆，采用高压下的普通水作慢化剂和冷却剂的称为压水堆，采用水蒸气作慢化剂和冷却剂的称为沸水堆，采用气体冷却的称为气冷堆，采用石墨作慢化剂材料的称为石墨堆。如果根据用途来分类，可以分为实验堆、发电堆、动力堆、供热堆和生产堆等。
世界最大的载货卡车载重量
汽车是人们最常使用的交通工具，它的出现拓展了人们的出行空间，加快了生活的节奏，促进了各地之间的交流，改变了人们的思想观念，同时也改变了世界的风貌。
1885年，德国人本茨研制成功世界上第一辆装有单汽油机的木制三轮汽车。它仿效马车的式样，乘客相对而坐，发动机装在车后，车轮是马车用的木轮。几年后，本茨创办的奔驰公司开始生产采用充气橡胶轮胎的汽车。
紧跟着，法国人帕纳尔创立了标致汽车公司，首次将发动机装在车的前部，通过离合器、齿轮变速器和传动装置把驱动力传到后轮。德国人发明了化油器，后来又采用电火花点火，通过蓄电池供电；英国人发明了石棉刹车片和方向盘，法国人发明了万向节传动轴和后桥半独立悬架，使汽车逐渐具有了现代雏形。
早期的汽车都是一辆一辆地分别制造的，零部件不能通用，导致产量很低，价格居高不下。美国人福特首次采用流水线方式来生产汽车，所有零部件都是批量制造的，产品在装配线上向前移动，经过每个工人面前时分别装配一种零件，所有的汽车都由标准化的零部件组装而成，直到完整的汽车从装配线末端驶下。到1913年，福特的工厂每天能生产1000辆T型汽车。由于批量生产降低了成本，每辆汽车的价格只有290美元，普通人也能买得起，汽车开始进入家庭。福特T型车一改以前马车式的造型，首次采用左置方向盘、齿轮变速箱换挡装置、一体式发动机汽缸和曲轴箱等新型设计，深受大众欢迎，到1927年总共售出了1 500多万辆，带动了世界汽车产业的发展。
各工业发达国家相继出现了一批汽车制造公司，人们不再满足单一的汽车式样，各种新设计层出不穷。20世纪50年代，“甲壳虫”型轿车曾经流行一时，这种结构简单、不讲究豪华的后置发动机汽车在全世界总共售出了2000多万辆。以后，欧美国家一度流行船形和楔形轿车外形，追求车身宽大豪华。80年代以来，汽车设计开始侧重节能、安全和环保。
迄今人类制造的速度最快的汽车是“推力SSC号”喷气式汽车，它在1997年创下时速1221km/h的陆地最高车速纪录。采用常规发动机的速度最快的汽车是经过专门改装的马自达RX－7型跑车，时速达到384.7千米。最大的载货汽车是美国福特公司生产的“大力神式”卡车，长20.5m、宽7.75m，共有10个车轮，自重250吨，可以装载600吨货物。车轮最多的汽车是意大利制造的一辆载重量为3600吨的搬运车，共有1152个车轮，牵引部分有8台发动机，由电脑操纵驾驶。最省油的汽车是日本本田公司的一辆节油实验车，装有排量为0.043升的单缸发动机，车身由超轻碳纤维增强复合材料制成，燃耗1升汽油可行驶3000km。
第一台电子计算机质量
今天使用台式计算机或者笔记本电脑的人们，很难想象第一台电子计算机是一屋子庞然大物，质量达30吨。
人类在远古时代就已经开始计算了。最早的计算工具就是自己的手指，后来又用石块、木棍、竹签、骨棒、绳子等来帮助计算。公元前5世纪，中国人发明了算筹，后来又发明了算盘，广泛应用于商业贸易中。
欧洲人最初也是用算筹来计算。17世纪，文艺复兴促进了欧洲近代科学的发展，机械制造、航海定位、开凿运河、修筑堤坝、天文观测、计算火炮弹道以及政府财政、税收等许多方面都需要复杂的计算，人们感到有必要研制一种能够替代手工计算的机械装置。英国数学家纳皮尔发明了计算尺，法国数学家帕斯卡发明了能够自动进位的机械加法器，德国数学家莱布尼兹对此做了改进，使之可以计算乘法。此后，法国人库尔马发明了可以进行四则运算的手摇计算机，一直沿用到20世纪初。
现代意义的电子计算机首先得益于图灵。1937年，英国数学家图灵提出有关二进制数字计算机的原理和模型，后人称之为“图灵机”。美国科学家冯·诺伊曼等人也对计算机的设计发展起到关键作用。
第二次世界大战中，由于军事的需要，美国科学家研制出第一台电子计算机，共用了1.8万个电子管，总重量为30吨，每秒能进行5000次加法或400次乘法运算。
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