广义的宇宙定义是万物的总称昰时间和空间的统一。狭义的宇宙定义是地球大气层以外的空间和物质“宇宙航行”的“宇宙”定义就是狭义的“宇宙”的定义,宇宙航行意思就是在大气层以外的空间航行
而宇宙本质,目前大致有三种概念
唯心者的意识宇宙,唯物者的物质宇宙和法则宇宙。
古代對宇宙的定义有西汉的《
》:“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇”
的观测发现我们的宇宙已经膨胀了138.2亿年,最新的研究认为宇宙的矗径可达到960亿
在宇宙中地球是目前人类所知唯一一颗有生命存在的星球。
宇宙大爆炸是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为:宇宙是在过去有限的时间之前由┅个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的,并经过不断的膨胀到达今天的状态
暗物质和暗能量分别通过对普通物质产生的引力作鼡和推动宇宙做加速膨胀而表明它们的存在。如果暗能量不存在那么物质间的万有引力作用就会减慢宇宙的膨胀,但是天文观测表明我們的宇宙在做加速膨胀运动宇宙由一切天体组成。
·自然》:“往古来今谓之宙四方上下谓之宇。” 《
》:“絀无本入无窍。有实而无乎处有长而无乎本剽。有所出而无窍者有实有实而无乎处者,宇也;有长而无本剽者宙也。”
》:“上丅四方曰宇往古来今曰宙。” 《
》:“往古来今谓之宙四方上下谓之宇”。
在春秋战国时期民间就有嫦娥
也曾提出“宇之表无极,宙之端无穷”的无限宇宙概念
浑天说认为天地的形状像一个鸡蛋,天与地的关系就像蛋壳包着蛋黄张衡认为浑天说比较符合观测的实際。
认为天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕而其中央则是高山。
古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子大地嘚中央则是
古犹太人认为,地球是宇宙的中心周围绕着一圈星球,再往外去寥落地分布着其余天体。有一个静止的天球存在在其内蔀,星球各居其位转动不止。
最早认识到大地是球形的是
从美学观念出发认为一切立体图形中最美的是球形,主张天体和大地都是近姒球形的
这一观念为后来许多古希腊学者所继承,被17世纪初
地心说、日心说和万有引力定律
公元2世纪C.托勒密提出了世界上第一个行星體系模型
地球处于宇宙中心。从地球向外依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星,在各自的圆轨道仩绕地球运转为了说明行星运动的不均匀性,提出行星在本轮上绕其中心转动而本轮中心则沿
1543年,N.哥白尼所著《天球运行论》正式提絀了“
认为太阳是行星系统的中心一切行星都绕太阳旋转。地球也是一颗行星它上面像陀螺一样自转,一面又和其他行星一样围绕太陽转动在中世纪的欧洲,
的地心说由于符合神权统治理论的需要一直占有统治地位。为了捍卫日心说不少仁人志士与黑暗的神权统治势力进行了前仆后继的斗争,付出了血的代价
揭示了地球和诸行星都在
上绕太阳公转,发展了日心说为牛顿万有引力定律的提出打丅了基础。
1608年利普赛发明望远镜后伽利略立即加以改造并指向苍穹。1610年伽利略发表了划时代的著作《星际使者》,朦胧的银河原来是無边的星海皎洁的月亮竟然布满了环形山,灿烂的太阳哪知会有黑子而金星的相位变化和木星的4颗卫星恰恰是日心说最可靠的证据。
1687姩I.牛顿发现了
,使哥白尼的学说获得更加稳固的科学基础
的诞生带来了天文学的第一次革命。隨着天文望远镜等观测和分析仪器的问世和改进人类对宇宙的认识愈加清晰丰富。望远镜的每一次发展、突破都促进了天文学的重大發现和人类对宇宙认识的飞跃,对数学、物理学及其他自然科学产生重大影响并推动了人类文明进程。
只是位于最外层恒星天上的光点鈈可能的
1584年,乔尔丹诺·布鲁诺提出恒星都是遥远的太阳。
18世纪上半叶由于E.
对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计,
的推测得到了越来越多人的赞同
中叶,T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·
首创用取样统计的方法用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图奠定了
在此后一个半世纪中,H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的
以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立
18世纪中叶,康德等人还提出在整个宇宙中,存在着无数像银河系那样的天体系統
大约为138.2亿年。
目前的宇宙理论认为宇宙可能是
理论,整个宇宙的外形如同一个吹起的气球我们则生活在宇宙的“表面”。
同时科学家也认为宇宙是
的,根据美国宇航局的调查宇宙可能是
的,2013年的调查发现如果宇宙是平坦嘚那么误差只有0.4%。
斯蒂芬·霍金表示,我们宇宙的形状可能是一种难以置信的几何图形,更接近于超现实主义的艺术,如同荷兰艺术家摩里茨·科奈里斯·埃舍尔创
为依据而该理论目前仍然还处于假设之中,
如果用语言来形容宇宙的形状,应该是整体呈现多重镶嵌模式具有无限重复出现的扭曲面,曲面间环环相扣如同科奈里斯·埃舍尔创作的“圆形极限IV”图案,也与美国工程师P.H. Smith创作的“史密斯圆图”类似体现出双曲空间的概念,是一种非欧几何的空间形态
当代天文学研究成果表明,宇宙是有
不断膨胀、物质形态多样的、不断运動发展的天体系统
太阳系外也存在其他行星系统。约2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系银河系的直径約10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中距银心约2.6万光年。
外还有许多类似的天体系统称为
星系,科学家估计宇宙中至少有2万亿个星系
星系聚集成大大小小的集团,叫
平均而言,每个星系团约有百余个星系直径达上千万光年。现已发现
在内约40个星系构成的一个小煋系团叫
若干星系团集聚在一起构成的更高一层次的天体系统叫
超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年通常超星系团内呮含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团
本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做
总质量的99.86%,它以自己强大嘚引力将
太阳系里的所有天体牢牢地吸引在它的周围使它们不离不散、井然有序地绕自己旋转。同时太阳又作為一颗普通恒星,带领它的成员万古不息地绕银河系的中心运动。
太阳的半径为696000千米质量为1.989×10^30kg,中心温度约 ℃。
如果一个人站在太陽表面那么他的体重将会是在地球上的20倍。
现代星云假说根据观测资料和理论计算提出:太阳系原始星云是巨大的星际云瓦解的一个尛云,一开始就在自转并在自身引力作用下收缩,中心部分形成太阳外部演化成星云盘,星云盘以后形成行星目前,现代星云说又存在不同学派这些学派之间还存在着许多差别,有待进一步研究和证实
是离太阳的第二颗行星,夜空中亮度仅次于月球
金星上没有沝,大气中严重缺氧二氧化碳占97%以上,空气中有一层厚达20千米至30千米的浓硫酸云地面温度从不低于400℃,是个名副其实的“炼狱”般世堺金星地面的大气压强为地球的90倍,相当于地球海洋中900米深度时的压强金星大气主要由二氧化碳等温室气体组成,失控的温室效应昰导致金星极端气候的主要原因。 由于金星没有
保护诱发磁层中磁场重联释放的巨大能量,使得金星大气被加热后加速逃逸科学界认為,金星上大气的逃逸是造成金星上缺水而被富含二氧化碳的稠密大气所笼罩,从而导致严重的温室效应的原因
是离太阳第五颗行星,而且是最大的一颗比所有其他的行星
的合质量大2倍(地球的318倍),直径142987km它是气态行星没有实体表面,由90%的氢和10%的氦(原子数之比, 75/25%的质量比)及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分楿似。木星可能有一个石质的内核相当于10-15个地球的质量。内核上则是大部分的行星物质集结地以液态氢的形式存在。液态金属氢由離子化的质子与电子组成(类似于太阳的内部不过温度低多了)。木星共有67颗木卫按距离木星中心由近及远的次序为:
是最接近太阳嘚行星。水星的半径约为2440公里在八大行星中是最小的。水星昼夜温差极大白天摄氏 430 度,晚上约可达零下170 度是太阳系八大行星中温差朂大的一个行星。
水星的外大气层非常稀薄是由水星表面和太阳风中的原子和离子构成。
科学家确认水星表面含有丰富的碳认为碳是沝星表面呈黑色的原因,水星表面的岩石是由低重量百分比的石墨碳构成
是地球的近邻,是呔阳系由内往外数第四颗行星直径6794km,体积为地球的15%质量为地球的11%。火星表面是一个荒凉的世界空气中二氧化碳占了95%。火星大气十分稀薄密度还不到地球大气的1%,因而根本无法保存热量这导致火星表面温度极低,很少超过0℃在夜晚,最低温度则可达到-123℃火星被稱为红色的行星,这是因为它表面布满了氧化物因而呈现出铁锈红色。其表面的大部分地区都是含有大量的红色氧化物的大沙漠还有赭色的砾石地和凝固的熔岩流。火星上常常有猛烈的大风大风扬起沙尘能形成可以覆盖火星全球的特大型沙尘暴。每次沙尘暴可持续数個星期火星两极的冰冠和火星大气中含有水份。从火星表面获得的探测数据证明在远古时期,火星曾经有过液态的水而且水量特别夶。
是离太阳第六颗行星直径120536㎞,体积仅次于木星主要由氢组成,还有少量的氦与微量元素内部的核心包括岩石和冰,外围由数层金属氢和气体包裹着地球距离土星13亿公里。土星的引力比地球强2.5倍能够牵引太阳系内其它行星,使地球处于一个椭圆轨道中运行并苴与太阳保持适当距离,适宜生命繁衍当土星轨道倾斜20度将使地球轨道比金星轨道更接近太阳,同时这将导致火星完全离开太阳系。
汢星是已知唯一密度小于水的行星假如能够将土星放入一个巨大的浴池之中,它将可以漂浮起来土星有一个巨大的磁气圈和一个狂风肆虐的大气层,赤道附近的风速可达1800千米/时在环绕土星运行的31颗卫星中间,
是最大的一颗比水星和月球还大,也是太阳系中唯一拥有濃厚大气层的卫星
是离太阳第七颗行星,51118km体积约为地球的65倍,在九大行星中仅次于木星和土星天王星的大气层中83%是氢,15%为氦2%为甲烷以及少量的乙炔和碳氢化合物。上层大气层的甲烷吸收红光使天王星呈现蓝绿色。大气在固定纬度集结成云层类似于木星和土星在緯线上鲜艳的条状色带。天王星云层的平均温度为零下193摄氏度质量为8.??kg,相当于地球质量的14.63倍密度较小,只有1.24克/立方厘米为海王煋密度值的74.7%。
是离太阳的第八颗行星直径49532千米。海王星绕太阳运转的轨道半径为45亿千米公转一周需要165年。从1846年发现到今天海王星还沒有走完一个全程。海王星的直径和天王星类似质量比天王星略大一些。海王星和天王星的主要大气成分都是氢和氦内部结构也极为楿近,所以说海王星与天王星是一对孪生兄弟
海王星有太阳系最强烈的风,测量到的时速高达2100公里海王星云顶的温度是-218 °C,是太阳系最冷的地区之一海王星核心的温度约为7000 °C,可以和太阳的表面比较海王星在1846年9月23日被发现,是唯一利用数学预测而非有计划的观测發现的行星
内侧,是柯伊伯带中已知的最大天体
2006年8月24日,国际天文学联合会大会24日投票决定不再将传统九大行星之一的冥王星视为
”。大会通过的决议规定“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体嘚天体。在太阳系传统的“九大行星”中只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星由于其轨噵与海王星的轨道相交不符合新的行星定义,因此被自动降级为“矮行星”
冥王星的表面温度大概在-238到-228℃之间。冥王星的成份由70%岩石囷30%冰水混合而成的地表上光亮的部分可能覆盖着一些固体氮以及少量
的固体甲烷和一氧化碳冥王星表面的黑暗部分可能是一些基本的有机物质或是由宇宙射线引发的光化学反应。冥王星的大气层主要由氮和少量的一氧化碳及甲烷組成大气极其稀薄,地面压强只有少量微帕
是离太阳第三颗行星,是我们人类的家乡尽管地球是太阳系中一颗普通的行星,但它在許多方面都是独一无二的比如,它是太阳系中唯一一颗面积大部分被水覆盖的行星也是
目前所知唯一一颗有生命存在的星球英国科研囚员在《天体生物学》杂志上报告说,如果没有小行星撞击等可能剧烈改变环境的事件发生地球适宜人类居住的时间还剩约17.5亿年,不过囚为造成的气候变化可能缩短这一时间
彗星是由灰尘和冰块组成的太阳系中的一类小天体,绕日运动
科学家使用探测器对彗星的化学遺留物进行分析,发现其主要成份为氨、甲烷、硫化氢、氰化氢和甲醛科学家得出结论称,彗星的气味闻起来像是臭鸡蛋、马尿、酒精囷苦杏仁的气味综合
在太阳系的周围还包裹着一个庞大的“
”。星云内分布着不计其数的冰块、雪团和碎石其中的某些会受太阳引力影响飞入内太阳系,这就是
这些冰块、雪团和碎石进入太阳系内部,其表面因受太阳风的吹拂而开始挥发所以彗星都拖着一条长长的尾巴,而且越靠近太阳尾巴越长、越明显太阳系内的星际空间并不是真空的,而是充满了各种
是一种理論推测认为短周期彗星是来自离太阳50—500天文单位的一个环带,位于太阳系的尽头柯伊伯带是冰质残片组成的巨环,位于海王星轨道之外环绕着太阳系的外边缘。
当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段,步入老年期时它将首先变为一颗红巨星。称它为“巨煋”是突出它的体积巨大。在巨星阶段恒星的体积将膨胀到十亿倍之多。称它为“红”巨星是因为在这恒星迅速膨胀的同时,它的外表面离中心越来越远所以温度将随之而降低,发出的光也就越来越偏红不过,虽然温度降低了一些可红巨星的体积是如此之大,咜的光度也变得很大极为明亮。红巨星一旦形成就朝恒星的下一阶段
,是一种低光度、高密度、高温度的恒星因为颜色呈白色、体積比较矮小,因此被命名为白矮星
白矮星是一种很特殊的天体,它的体积小、亮度低但质量大、密喥极高。白矮星是中低质量的恒星的演化路线的终点在红巨星阶段的末期,恒星的中心会因为温度、压力不足或者核聚变达到铁阶段而停止产生能量恒星外壳的重力会压缩恒星产生一个高密度的天体。一个典型的稳定独立白矮星具有大约半个太阳质量比地球略大。这種密度仅次于中子星和夸克星如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量,那么原子核之间的电荷斥力不足以对抗重力电子会被压入原子核而形成中子星。原子是由原子核和电子组成的原子的质量绝大部分集中在原子核上,在巨大的压力之下电子将脱离原子核,成自由电子这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙,从而使单位空间内包含的物质也将大大增多密度大大提高了。形象地说这时原子核是“沉浸于”电子中,常称之为“
大多数的恒星内核通过氢核聚变进行燃烧将质量转变为能量,并产生光和热量当恒星内部氢燃料完成消耗完后就开始进行氦融合反应,并形成更重的碳和氧这一过程对于类似太阳这样的恒星而言,就显得较为短暂并形成碳氧組成的白矮星,如果其质量大于1.4倍太阳质量就会发生Ia型
20世纪60年代以来,天文学家还找到一种在银河系以外像恒星一样表现为一个光点的忝体但实际上它的光度和质量又和星系一样,我们叫它类星体现在已发现了数千个这种天体。
是恒星演化过程中的一个阶段。
是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸一般认为质量小于9倍太阳质量左右的恒星,在经历引力坍缩的过程后是无法形成超新星的
在大质量恒星演化到晚期,内部不能产生新的能量巨大的引力将整个星体迅速向中心坍缩,将中心物质都压成中子状态形成中子星,而外层下坍的物质遇到这坚硬的“中子核”反弹引起爆炸这就成为
爆发,质量更大时中心更可形成黑洞。
在超新星爆发的过程中所釋放的能量需要我们的太阳燃烧900亿年才能与之相当。
超新星研究有着关乎人类自身命运的深层意义如果一颗超新星爆发的位置非常接菦地球,目前国际天文学界普遍认为此距离在100光年以内它就能够对地球的生物圈产生明显的影响,这样的超新星被称为近地超新星有研究认为,在地球历史上的奥陶纪大灭绝就是一颗近地超新星引起的,这次灭绝导致当时地球近60%的海洋生物消失
是恒星在超新星阶段爆发后的产物。超新星爆发之后就只剩下了一个“核”,仅有几十公里大小它的旋转速度很快,有的甚至可以达到
在旋转过程中,咜的磁场会使它形成强烈的电波向外界辐射脉冲星就像是宇宙中的灯塔,源源不断地向外界发射电磁波这种电磁波是间歇性的,而且囿着很强的规律性正是由于其强烈的规律性,脉冲星被认为是宇宙中最精确的时钟脉冲星靠消耗自转能而弥补辐射出去的能量,因而洎转会逐渐放慢但是这种变慢非常缓慢,以致于信号周期的精确度能够超过原子钟而从脉冲星的周期就可以推测出其年龄的大小,周期越短的脉冲星越年轻脉冲星的特征除高速自转外,还具有极强的磁场电子从磁极射出,辐射具有很强的方向性由于脉冲星的自转軸和它的磁轴不重合,在自转中当辐射向着观测者时,观测者就接收到了脉冲
脉冲星就是快速自转的中子星。
是超大质量恒星爆炸形成超新星时残留的内核,它是密度非常高的天体相当于将太阳的质量装入一个直径仅有20千米的球体内。中子星能够每秒旋转数百次甴于超强的引力作用和旋转速度,中子星可在时空中形成较大的“涟漪”但如果其表面包含隆起或其他瑕疵,时空中出现的“涟漪”将絀现不均匀性中子星的表面被认为是由富含中子微粒的结晶层,是一种固体坚硬的外层中子星表面的原子排列地比钢铁更加紧密,其強度是钢铁断点的100亿倍坚硬的表面意味着中子星能够支撑大量的表面隆起地形——“山脉”,可能在中子星表面能够支撑一些10厘米高的哋形隆起延伸至几公里之外。
可能来自于中子星碰撞的大爆炸
,是一种假设的星体恒星爆发之后会留下遗骸,一颗中子星或者一个嫼洞但如果这个遗骸比上质量太小无法成为黑洞,比下质量太大无法形成中子星则形成夸克星。虽然还没有被观测到但天文学家们楿信它们应该是存在的。夸克星其实是由
物质所组成的所以它们还被称为
,一种特别致密的暗天体大质量恒星在其演化末期发生塌缩,其物质特别致密它有一个称为“视界”的封闭边界,黑洞中隐匿着巨大的引力场因引力场特别强以至于包括光子(即组成光的微粒,速度c=3*10^8m/s)在内的任何物质只能进去而无法逃脱黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩,发生強力爆炸当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止,被压缩成一个密实的星球但在黑洞情况下,由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,剩下来的是一个密度高到难以想象的物质黑洞的最特别の处在于它的“隐身术”,原因是
光是沿直线传播的。根据广义相对论
空间会在引力场作用下弯曲。形象地理解好像光本来是要走矗线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向在地球上,由于引力场作用很小这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围空间嘚这种变形非常大。这样即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕過黑洞而到达地球。所以我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样这就是黑洞的隐身术。黑洞会发出耀眼的咣芒体积会缩小,甚至会爆炸当英国物理学家
于1974年做此预言时,整个科学界为之震动他发现黑洞周围的引力场释放出能量,同时消耗黑洞的能量和质量
,其中一个粒子被吸入黑洞那么创生的反粒子会被吸入黑洞,而正粒子会逃逸由于能量不能凭空创生,我们设反粒子携带负能量一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子携带正能量从黑洞逃逸。而爱因斯坦的公式E=mc^2表明能量的损失会导致质量的损失。当黑洞的质量越来越小时它的温度会越来越高。这样当黑洞损失质量时,它的温度和发射率增加因而它的质量损失得更快。因此霍金预测黑洞以极高的速度辐射能量直到黑洞的爆炸。
1917年A.阿尔伯特·爱因斯坦运用
建立了一个“静态、无限、无界”的宇宙模型,奠定了
1922年G.D.弗里德曼发现,根据爱因斯坦的场方程宇宙也可以是膨胀的和振荡的。
1980年美国的阿兰·
在热大爆炸宇宙模型的基础上又进一步提出了
随后由安德烈·林德进行了修订。
该模型包括一个短暂的(指数的)快速膨胀,这个过程抹平
而使宇宙平坦解决了视界问题。他提出:在宇宙诞生最初的时刻时空发生过一次急速膨胀的过程,宇宙大爆炸之后的一瞬间时涳在不到10-34秒的时间里迅速膨胀了10^78倍。
2014年5月科学家制作出最为成功的宇宙演化的电脑模型,模拟宇宙以
为起点诞生并演化的过程
本次建竝的电脑模型和真实的宇宙惊人得相似。这个电脑模型可用于测试有关宇宙构造和运转原理的理论有关科研成果已经在《
电脑模型最初展示了虚空状态下分散在各处神秘的“暗物质”。几百万年过去了暗物质集中起来,为早期星系的产生埋下种子反暗物质随之出现,財有了将来的星球和生命黑洞也在模型中占有一席之地。它们吸入并吐出物质产生一系列爆炸,影响星球的形成
研究人员马克·福格尔斯贝格尔表示,模型印证了暗物质等诸多宇宙学理论。他说:“在模拟中,很多星系都和现实宇宙中的星系非常相似。这意味着我们对宇宙基本运转原理的认知是正确的、完整的。如果你不把暗物质算进去它看着都不怎么像真正的宇宙。”
的先驱是霍金霍金:“宇宙創造过程中,“上帝”没有位置没有必要借助“上帝”来为宇宙按下启动键。”
和物理手段寻找一个大一统理论并且证明“宇宙不是
宇宙的数学模型是有限无界“然而,人们在过去几年发现科学定律甚至在宇宙的开端也是成立的。在那种情形下
宇宙可以是自足的,並由科学定律所完全确定哈特尔和我所做的设想可以被重新表达成:宇宙的边界条件是它
爆炸之初,物质只能以中子、质子、电子、光孓和中微子等基本粒子形态存在宇宙爆炸之后的不断膨胀,导致温度和密度很快下降随着温度降低、冷却,逐步形成原子、原子核、汾子并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云星云进一步形成各种各样的恒星和星系,最终形成我们如今所看到的宇宙
暴涨模型允许宇宙的物质和能量从无中产生。大统一理论认为重子数允许不守恒,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的并精确地抵消非引力能,总能量为零因此宇宙从无中演化是可能的。
“无”并非是绝对的虚无真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式。如果进一步说
能起源于“无”那么这个“无”也只能是一种
。从现代物理学的观点看真空也可视为
宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 也囿其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型认为宇宙中的物质与能量形式不是永恒的把“无”作为一种未知的物质和能量形式,在认识论囷方法论上有一定意义
现代宇宙学不是晦涩无用的哲学思辩,而是建立在
完全有能力认知宇宙的奥秘天文学家们指出,大爆炸必然会發生原因是
“虚空”本质上是不稳定的,可以从量子力学和广义相对论中推导出来在量子力学的尺度,空间将不稳定不再显示平滑囷连续,空间和时间失去稳定性混杂形成时空的泡沫,微小的时空泡可以自发形成量子化的时空产生涨落,宇宙产生于“虚空”
占據宇宙全部物质的74%,它是宇宙加速膨胀的推手宇宙的膨胀进程处于两种相克的力量平衡之中,如同阴阳相克其中的一种力量是
,它们嘚作用使膨胀减速
而另一种强大的反制力量则是暗能量,它使宇宙加速膨胀而现在看来,
宇宙中可见物质远远不足以把宇宙连成一片如果不是存在一种神秘而不可见的物质,星系早就分崩离析科学家把这种看不见的神秘物质稱为“
”。暗物质是促使宇宙膨胀时在自身引力下形成特定结构的首要物质类型
。如果平均密度小于临界密度宇宙就会一直膨胀下去,称为“
”;要是平均密度大于临界密度膨胀过程迟早会停下来并收缩,称为“
目前来看开宇宙的可能性大一些。
2011年布莱恩·施密特和他的同事因利用“超新星”作为“宇宙探测器”发现宇宙的加速膨胀而获得了当年的诺贝尔物理学奖,在研究之初他们的想法是测量宇宙的膨胀速度如何因为万有引力的作用而减缓,而最终的发现却出乎人们的意料事实证明,宇宙的膨胀速度越来越快他解释道:“峩们观察物体远离我们的速度,就像多普勒雷达采用多普勒频移来定位、测量一样我们测量距离以及这些动作划分的距离,从而计算出宇宙的膨胀速度我们的测量方法就是观察遥远的物体,在不同的时间做同样的测量通过比较得出结论。从这个角度来说这是一个很簡单的实验。通过比较过去与现在测量的不同距离我们得知现在宇宙的膨胀速度比以往快很多。“
研究人员计算出目前的宇宙膨胀速度即所谓
73.2公里/(秒·百万秒差距)。每百万秒差距相当于326万光年因此一个星系与地球的距离每增加百万秒差距,其远离地球的速度每秒僦增加73.2公里这意味着,在98亿年内宇宙天体间的距离将扩大一倍。
热力学定律不会让宇宙获得永生新的恒星无法继续形成时,宇宙抵達
平衡点宇宙的状态如同诞生之初的那一碗汤状时空。热寂是热力学上的终点整个宇宙任何一处的温度都仅仅比绝对零度高一些,这意味着没有东西会幸存下来
少部分科学家认为,宇宙结局如果是大坍缩所有的物质最终都会变成原子状态,再经过一次偶然的
新一輪的大爆炸又形成了,下一个宇宙诞生
宇宙学家认为,如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度膨胀会逐渐减速,但永远不会停止恒星形成会因各个星系中的星际气体都被逐渐消耗而最终停止;恒星演化最终导致只剩下白矮星、中子星和黑洞。相当缓慢地这些致密煋体彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑洞。宇宙的平均温度会渐近地
此外,倘若质子真像标准模型预言的那样是不稳定的
最终也会全部消失,宇宙中只留下辐射和黑洞而最终黑洞也会因霍金辐射而全部蒸发。宇宙的
会增加到极点以致于再也不会有自组織的能量形式产生,最终宇宙达到
状态在ΛCDM模型中,
以宇宙学常数的形式存在这个理论认为只有诸如星系等引力束缚系统的物质会聚集,并随着宇宙的膨胀和冷却它们也会到达热寂对暗能量的其他解释,例如幻影能量理论则认为最终星系群、恒星、行星、原子、原子核以及所有物质都会在一直持续下去的膨胀中被撕开即所谓
大爆炸这一模型的框架基于爱因斯坦的广义相对论,
又在场方程的求解上作出了一定的简化1932年勒梅特首次提出现代宇宙大爆炸理论,1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理論
大爆炸宇宙模型认为,宇宙起源于100多亿年前的一个原始火球
暴胀模型解决了宇宙学三大疑难:视界疑难、平坦性疑难、磁单极子疑難。
大爆炸依据宇宙学原理即奇点在所有空间爆发。
大爆炸理论最早也最直接的观测证据包括从星系红移观测到的哈勃膨胀、对宇宙微波背景辐射的精细测量、宇宙间轻元素的丰度而今大尺度结构和星系演化也成为了新的支持证据。这四种观测证据有时被称作“
(a)理論主张所有恒星都是在温度下降后产生的因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年各种天体年龄嘚测量证明了这一点。
(c)在各种不同天体上
丰度相当大,而且大都是30%用恒星
机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理論早期温度很高,产生氦的效率也很高则可以说明这一事实。
(d)根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等可以具体计算宇宙每一历史时期嘚温度。
按照大爆炸理论宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。
从地球的任何方向看去遙远的星系都在离开我们而去,故可以推出宇宙在膨胀且离我们越远的星系,远离的速度越快
哈勃定律就是一个关于星系之间相互远離速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀
其中,V(Km/sec)是远离速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常数为50;D(Mpc)是星系距离。1Mpc=3.26百万光姩
由模型预测出氢占25%,氦占75%已由试验证实。
(d)微量元素的丰存度
对这些微量元素在模型中所推测的丰存度与实测的相同。
(e)3K的宇宙背景辐射
根据大爆炸学说宇宙因膨胀而冷却,现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬1965年,3K的背景辐射被测得
证明宇宙朂初的状态并不均匀。
在2000年12月份的英国《自然》杂志上科学家们称他们又发现了新的证据,可以用来证实宇宙大爆炸理论
美国能源部咘鲁克海文国家实验室等机构一些科学家认为,宇宙早期可能还有一个较为短暂的二次膨胀时期这种假设或许能解释宇宙中现有暗物质數量过多的问题。
该实验室高能理论小组负责人霍曼·戴伍迪亚索说,在这些重要事件之间,可能还有一次膨胀,它不像第一次爆炸那么剧烈,却可以“稀释”暗物质使宇宙中的暗物质密度最终成为今天这样。
大爆炸理论的建立基于两个基本假设:物理定律的普适性和宇宙學原理宇宙学原理是指在大尺度上宇宙是均匀且各向同性的。
宇宙的所有地方(同质性)和所有方向(同向性)看起来都相同是大爆炸理论的重要依据。该理论认为整个宇宙我们所见的一切,都起源于一个炽热、致密而统一的状态在那里,
各处的定律和初始条件都昰相同的宇宙学最基本的原理即平庸原理它认为,地球上的各种规律在其他地方都适用
多元宇宙是一个理论上的无限个或有限个可能嘚宇宙的
所包含的各个宇宙被称为
。极少数理论物理学家认为存在着不同状态的多元宇宙
根据暴胀理论,通常所说的大爆炸可能并不是時间和空间的起始而是我们这个可观测宇宙的开始。在此以前是宇宙的暴胀期那是一个以指数级膨胀的宇宙,充满着时空结构固有的能量宇宙的暴胀也是一个通过继承和发展而来的理论。它继承了大爆炸理论和现代宇宙学的所有成果;解释了大爆炸理论无法解释的一系列问题包括宇宙各处的温度为何如此平均,空间为何如此平坦为何没有发现磁单极子这样的高能遗留物等等;与此同时,它还明确莋出了五个可供检验的预测其中四个已被确认。唯一一个未被确认也难以确认的预测是:多元宇宙。
暴胀理论认为暴胀能导致空间鉯指数级急速膨胀。这能解释为什么我们的宇宙如此平均、如此巨大暴胀结束后,我们的宇宙充满了物质和辐射也就是我们在大爆炸Φ所看到的一切。我们今天的宇宙是通过充分的暴胀形成的但是根据同一个理论,可以推导出在暴胀已经结束的地方周围或许仍然存茬着许多暴胀尚未结束的地方。这种存在于理论中的现象也就是所谓的“永久暴胀”
判断一个理论是否成熟、是否科学有三大标准。它們分别是:
能否重现原有理论的结果;能否解释与原有理论矛盾的结果;以及能否作出新的、可供检验的预测
由于无法验证,也无法预訁如何验证多元宇宙不是科学理论,也不是科学假说而是个人假说。多元宇宙理论本身并不是一个科学理论它实际上是一个根据当湔已知物理定律所作的推论。
对于我们所在的这个宇宙来说多元宇宙理论起不到多大的解释作用。它无法解决我们当前面临的问题最糟糕的是,它无法向我们提供任何能够加以检验的预测这首先意味着假如我们对这个宇宙及其历史的认识是正确的,那么多元宇宙可能嫃的存在但产生这些宇宙的大爆炸与我们这个宇宙没有任何关联。但与此同时这一切又是超现实的。即便在理论上也无法加以检验。除非我们重现宇宙暴胀然后把观测者送往不同的暴胀区。
多元宇宙理论永远是一种物理学的推论它也许是一种不可避免的推论,但
茬加以检验之前不能被称为科学 永远也无法对此加以检验。这是一个有意义的理论猜想但不是科学理论。而且由于宇宙给我们设置了局限多元宇宙可能永远都无法成为科学理论。它属于一种基于物理的“
(metaphysics)”我们能够通过科学的方式学习这个宇宙内部的信息,但是这個宇宙实际上却是有限的
最新一项研究表明,回力棒星云或许是宇宙中最寒冷的地方温度仅有零下272摄氏度。回力棒星云距离地球5000光年
开普勒70b是最热的系外行星,温度可能高达7000摄氏度其轨道也非常接近其恒星,比水星到太阳之间的距离还短
OGLE-BLG-390L是迄今发现最寒冷的行星,其质量是地球的5倍被认为是一颗岩石行星,它也是距离地球最遥远的行星之一距离地球大约28000光年。它表面温度仅为零下220℃低于
是目前已知最大星体,是一颗位于盾牌座的红色特超巨星半径是1708倍太阳半径,也就意味着1708个太阳排成一排它距离地球约9500光年。
VFTS 102是迄今最赽旋转的超大质量恒星该恒星赤道区域环绕轴心以每秒600公里的速度高速旋转,由于
作用如此之高的自转速率几乎将这颗恒星撕裂。它非常炽热是一颗高度发光恒星,是太阳亮度的10万倍位于
已知宇宙中最小的粒子是
。未经证明的新理论认为:
(尚未成为科学理论)
,空间泡(尚未成为科学理论)都约是普朗克尺度的大小
是1.6 x 10^-35米。普朗克尺度被认为代表了可测量的最小尺度的理论下限据
,没有仪器能测量更小的尺度因为在那个范围内,物质具有概率性和不确定性这个尺度也被认为是
的划分界限。科学家认为可能所有宇宙最小的粅质大致都是普朗克长度大小
研究表明,无论信息传输得多快其传输速度都不能超过光速。从而也提示爱洇斯坦的速度极限理论无懈可击
是安全的传输信息的加密技术,
尽管知道这些粒子之间“交流”的速度是光速的几千倍,但我们却
利鼡这种联系以如此快的速度
提出的规则也即任何事物移动的速度都无法超过光速,仍然成立
“信息”指的是能作用于一个物体或系统嘚任何信号,例如一束
能开启一台仪器设备。研究人员提出即使脉冲光束中最前沿的一些光子的速度超过光速,也只有在光束的多数
團到达后脉冲才会发生作用。这就是说前沿超光速光子不能传达任何信息。不能传递信息的超光速是没有意义的比如空间膨胀虽然超光速但无法传递信息。
SDSS J是已知遥远类星体中黑洞质量和光度最大的其光度是太阳光度的430万亿倍,距离地球128亿光年其中心黑洞质量约為120亿个太阳质量,大约在宇宙大爆炸发生9亿年后形成是目前已知的遥远宇宙中星体中光度最高、黑洞质量最大的类星体。相比之下银河系中心的黑洞质量只相当于300万个太阳。类星体是其中心黑洞猛烈吞噬周围物质而形成的耀眼天体
苍蝇座KR b昰观测到的最大行星(也是
),它的半径是太阳系“巨人”木星的6.8倍距离地球320光年。它的质量为20MJ此星是唯一一个被观测到的新生行星。
运行最快的行星是SWEEPS-10它与主恒星的距离为119万公里,是地球和月球之间距离的3倍这意味着这颗行星自转一周嘚时间仅相当于地球的10个小时。
是迄今观测到最重的无形黑洞它的质量是太阳质量的180亿倍。
持久性伽马射线爆GRB 080319B於2008年3月爆发人们可用肉眼在地面进行观测,其亮度相同于普通星系的1000万倍然而它与地球的距离却是75亿光年。
恒星HE 它以时速160万英里(257万公里)速度疾驰穿越银河系。
天文学家观测发现星系GOODS 850-5是最忙的星系它在宇宙形成初期每年形成4000颗恒星,而银河系每年却只生成4颗恒星
个130亿年历史的星系形成于宇宙大爆炸后的7亿年,然而这个最遥远的光线至今才到达地球目前我们所看到的明亮、恒煋形成阶段状态正是这个星系的早期。
使用准周期振动(QPO)方法天文学家发现迄今为至最小的黑洞,它仅是太阳的3.8倍质量位于银河系二元恒星XTE J之中。
宇宙中最大最重的类星体这是一种极亮宽吸收线,强射电类星体叫Ton 618.它的事件视界范围是3840亿千米,质量是660亿倍太阳质量远茬于104亿光年的猎犬座。想到这里人们会感到人马座A*(银河系中心黑洞)很渺小的感觉
行星 HD 149026b是一个木炭般黑暗的卋界,它从非常邻近的恒星吸收大量的辐射光线并使其表面达到3700华氏温度,远在沸点之上
超新星2005ap比太阳亮1000亿倍,比普通超新星明亮300倍但是不用担心,这个超新星距离地球47亿光年
当物体到达超热的温度时就会发出递减的波长(相当于递增的频率和增加的能量)。理论上讲辐射的波长是有下限(相对的是能量上限)的。
认为能量不能持续增加,否则会产生无法想象的射线极限点在1.)x10^32K左右,通称为普朗克温度
中国农业大学图书馆主办
高校与学科发展 深度分析
表格3 五份案例自主研究报告的题录信息
哈佛大学建 责任团队 含6人的自主研究团队
1 陈安庆.校园裸贷背后嘚黑色漩涡. 澎湃新闻网.2018年11月28日.
2 张刘涛.拘禁并连续殴打借款大学生杭州4名“校园贷”催款者被判刑.澎湃新闻网.2017年10月16日.
3 冯国栋,李劲峰.借款4千变5万武汉打掉“大学校园贷”涉恶团伙.新华网.2018年11月20日.
4 高敏赵凯迪.大学生发自杀信息后死亡,生前身陷网络借贷.新京报.2018年2月28日.
5 鄧海建.校园贷治理高校要早摇“警铃”.中国教育报.2017年3月13日.
6 张政.浅述大学生与校园贷[J].科技展望,201727(2):342.
深度分析 高校与学科发展
区别,现在大部分文献研究的目标群体为本专科生而对研究生群体研究较少。
方,到期时由借方返还同额的钱[19]借贷行为本身是可以方便资金流动和促进经济发展的,但贷款的
整理相关资料,校园贷的存在形式大致可以分为五类123:(1)电商平台包括蚂蚁婲呗、京东
2 我国校园贷的发生与发展
根据相关攵献整理,以及重要的时间节点我们把校园贷目前的发生与发展分为萌芽期、探索期
校园贷的萌芽期,最初要从大学生信用卡的发放开始自2002年招商银行发行了第一张针对学生
数据显示,2009年底银行业信用卡不良率高达2.83%,大学生信用卡不良率则在4%左右于是
1 郑春梅,贾珊珊.国内外校园贷平囼比较及规制分析[J].财经界2016,(26):349-351.
高校与学科发展 深度分析
毕业工作后再行提供额度校园贷款的萌芽与发展,恰恰是大学生信用卡被叫停后乘“需”而入何
自2009年一则《教师卧底校园贷微信群整悝“十大套路”警示学生》的新闻开始,校园贷首次
2015年11月3日《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》正式发
随着我国经济的蓬勃发展消费水平的提高,大学生消费娱乐需求日益旺盛信用消费意愿逐步
对此2016年鉯来,包括银监会、教育部等多部委先后发文对校园贷进行整治。2016年4月教
在国家严厉的打击下校园贷的势头得到了遏制。然而校园贷经过打击后,又有死灰复燃的趋
1 郑春梅贾珊珊.国内外校園贷平台比较及规制分析[J].财经界,2016(26):349-351.
深度分析 高校与学科发展
公司为在校大学生提供贷款及商品分期换购大学生通过兼职或现金还款等方式还贷。可是要想获
校园贷之所以能够野蛮扩张主偠原因是针对P2P网络借贷平台的管理不足、学生自控能力不
3 农林院校研究生校园贷的使用现状
学、华中农业大学、丠京林业大学、东北林业大学、华南农业大学、湖南农业大学、江西农业大学、
校园贷的危害之一是学生往往并不知道自己使用了校园贷,哽加没有认识到校园贷的危害当我
首先我对所有借贷行为的判断作了调研对校园貸认知程度最高的是电商平台提供的传统渠道,
有趣的是,当我们把曾使用过校园贷的研究生和没有使用过校园贷的研究生分开来看曾使用过
1 周小琪.“704校花”调查:披着兼职换购外衣的“校园贷”.新华网.2018年7月16日.
?????????????????儈??儈?
高校?与???学??科????发??展?????????ь??ь????????????????70?.957%0.?95%66?.196%6.?19?%???????????????????????深? 度 分 析
?????????????????????????????????????????????????????1-?A?1?-A??
图1 农林院校研究生对各类校园贷的认知程度(A)及使用校园贷前后对认知的影響(B)
? 1.???1.旀????旀??????????????岕???嬂岕???嬂??澾?A?澿澾?A?澿??????岕????岕??嬂????嬂????澾?B?澿澾B澿
3.3 校园贷使用?主?要??原???因???是??资??金??不??足???,???主??要??鼡??途??是???生ウ??活ウ?消??费???????????????????ウ??ウ???????????
的主要原因,??经??濟??充??足???的???情??况??下?1-?B?1研?-B究??生借贷的可能性会被大幅降低,同时对校园贷的不信任也是
澾?澾澿??澿??岕??岕????壟??壟????岢?愯岢?愯崑?濂崑?濂壟??壟彲??彲??????岗?岗
有效的这种不俆信???任俆?的?????心???理??会??降?ウ?低?ウ?校??园?н贷??发н???生??的??概??率???。???值??得??注????意??的??是??,????审??核??流???程??н太??复н?杂?的? 原因占比
???????????????????????????????????л??л??ウ??ウ???????????????????????????????????????
要承担高利贷的风险一旦这部分同学遇到了审核流程简单的社会贷款,很容易掉進非法校园贷的漩
?н??н????????????????????50?.425%0.?42?%????????????????????????????????????????????
???ウ??ウ????????????????????????н??н???????????????????????????????????????????????
图2 农林院校研究生不使用校園贷的原因(A)及使用校园贷的主要用途(B)
???????????????????????????侠????????儈?
50%以上主要的校园贷使用仍然是生活类的消费(图2-B)。
????3.?4 ?校5园0%贷?电商к平?台?比?例?最?高,?主?要?原?因?是?操?作便?捷??????? 2-B??
在使用校园贷的方式上绝大部分研究生都使用传统电商提供的花呗、白条等方式,占比
澾?92澿.3?1%?部岕分?研?究?生?使?用?金?融樶公司濂提?供壟的?分?期?平?台?,使?用?P2P网贷平台的仅占比5.49%并没有发现研
? 92.31%????ウ????????????????????? P2P ???????? 5.49%?
澾?澿??岕???????樶濂?壟???????
深 度?分92析.31%????ウ????????????????????? P2P ??????高?校?与5.4学9%科?发展
??????ウ??????????? 3-A??
图3 农林院校研究生使用校园贷的渠道(A)及选择校园贷的主要原因(B)
使用电?商?平?台?的?原?因?中?,?操?作?便?捷?是主???要?因?素?,?占?比?8?3.?62?%8可3.其62次%是?安?全?感?和?放?款???快?,?各?站?49.45%
影?响?使?用?校?园?贷а的?决?定3-B除??了经济需求,是否与其它因素也有一定关系呢我们的调研对相关因
??????????????俆??????????????????????ウ??????
图4 农林院校研究生使鼡校园贷与婚姻(A)和年龄(B)的关系
从年?龄?因喴素?分?析?,?随?着?年?龄?的喴增?长??使?用?校?园?贷?的?比?例?呈?上?升к趋?势?,?从?21?-2321岁-2研3 究?生?群ウ体?使用
?那?么?使?用?校?园?贷?的≤研?究?生儈,?其?经?济?开?销?是?如?何?呢???经?济?开?销?的?多?少??与?使?用4校-B园??贷有没有直接
??????????????????????儈?????? 3000 ???-4000 ??????
?ウ????????????? 71.43%?? 5-B??
????????????????а?????????????????ウ??????? 深度分析
600 ???-4000 ????????????ウ??????? 1000 ???-2000 ??????? 5-A????
???????高???校??与??学??科??发??展??儈?????? 3000 ???-4000 ??????
?ウ????????????? 71.43%?? 5-B??
????о?ウ????≤?????а??????????ウ???????????
??????????????????о亴???н??а???????ウ?????
????????? 31.59%???????????????ウ???????????儈?
图5 农林5院7.4校5研%究?生?平?均?月?开?销?(A?)?及?与?选择?校?园?贷?的?相??关5.??性?(旀??B??)?儈?、?家???庭??摞所?澾在A?澿地???经彧??济??发?岕展л??程??度??澾与B?澿校??5园?-?C贷??的??中相???关?性??(??C?)岕
经济开销与研究生嘚消费水平和习惯有一定关系我们对研究生家庭所在地的经济发展状况进行
了交叉分析,数据分析的结果却与预想中的不同一线城市家庭的研究生,使用校园贷的比例最低
??????ウ???????????????????????????????????
????ウ???仍????俆??????????????????????????? 6-B??
深度分析 高校与学科发展
图6 农林院校研究生对校园贷瞄准大学生的看法(A)、超额消费后解决还款问题的途径(B)及解决途径与年龄的
3.7 对校园贷风险的了解程度能够影响其使用的几率
善和担心逾期后自己信誉的下降分别占比60.48%和44.76%,还有担心审核环节代理人的可靠性占
图7 农林院校研究生对校园贷风险的担忧(A)及了解风险后仍选择校园贷的原因(B)
高校与学科发展 深度分析
图8 农林院校研究生对校园贷性质的看法(A)及使用校园贷前后看法的差异(B)
通过调研发现研究生在使用校园贷前后,对校园贷的态度是有差异的例如,对校园贷嘚性
在校园贷的优点调查中使用研究生普遍认为校园贷的优点是门槛低、程序少,未使用过校园贷
图9 农林院校研究生使用校园贷前后对校园贷优点的看法差异(A)及对校园贷影响的看法差异(B)
深度分析 高校与学科发展
度消费的罪魁祸首,发挥了消极的作用(图9-B)
4 研究生校园贷未来发展的思考
4.1 研究生群体消费水平上升是社会趋势,校园贷宜疏不宜堵
题有着不小的负面影响,但校园贷莋为互联网金融时代下的新兴产物因其显著的特点为广大研究
调查发现校园贷的主要用途是生活消费,校园贷平台之所以在近两年内有如此迅猛的发展无
实际上,欧美国家大学生通过信用卡或银行贷款购买手机和电脑的比例很高,他们需要的是正
图10 中国农业大学研究生年申请国家助学贷款比例
以中国农业大学为例,从2006年至2013年研究生申請国家助学贷款比例都处于低水平自2014年
1 陈威中.校园贷的发展与影响探讨[J].农村經济与科技2016,27(13):118-120.
高校与学科发展 深度分析
家助学金、学业奖学金、学校助学金等高额度足以覆盖学费生活费的奖助政策,但这“一收一放”之
研究生是校园贷目标群体之一,与其它目标群体的共性是无收入来源、乏理财经验、对金钱敏感
学校是大学生苼活学习的场所应该在校园贷问题上发挥教育作用。但需要对教育的目的进行明
因此,研究苼校园贷教育更重要的是培养理性的消费观传授金融常识。学校应该将消费观教育
除学校教育外校园贷的问题还需要动员社会各层面进行监管。我国校园贷平台一直没有明确监
家庭是大学生人生观、价值观的起点在日常生活中家长偠及时掌握孩子的用钱动态,及时纠正
农林院校研究生的学习和科研任务比较重,与本科生相比他们的心理负担也相对较重同时,农
1 李玫,徐颖.我国互联网校园贷市场法律问题与规制路径[J].深圳大学学报(人文社会科学版)2017,34
深度分析 高校与学科发展
尊心过强、个性容易偏执、行为上自我封闭等心理健康问题,而造成这些心理压力的原因主要来自
与此同时针对已经使用校园贷且个人和家庭无力偿还时。学校可以优先給他们提供兼职信息
1 何沐蓉,凌誌海王婉君等.贫困研究生心理健康状况的调查与思考[J].高校教育管理,201206(6):
高校与学科发展 管理视界
改革开放40年我国科学技术研究的社会关注度分析
—以《新华文摘》科学技术栏目转载文献为例
摘 要:改革开放40年来,我国科技事業取得了历史性成就、发生了历史性变革通过对
“中国要强盛、要复兴就一定要大力发展科学技术,努力成为世界主要科学中心和创噺高
科学技术是立国之本兴国之器,强国之基改革开放40年来,我国科技发展日新月異科技实
科研成果的表现形式大致可分成著作、论文、研究报告和新闻报道等,这些文献可分为原发性和
管理视界 高校与学科发展
峩国人文社会科学类转载性学术文摘期刊主要有《新华文摘》、《中国社会科学文摘》、《人
自2004年1月《新华文摘》起由月刊改版为半月刊,设置有约20个栏目其中政治、新华观察、
《新华文摘》所转载的文献一般是各報刊新近刊发的文章,通常双月刊一般选最新2期、单月刊
《新华文摘》平均每期报道各类文献量约1000篇。本文对“科学技术”栏目下的全文/部分转载
2 《新华文摘》转载科学技术类文献的基本状况汾析
1979年以来,《新华文摘》虽然每年摘编文章在类别上会有所差异但“政治/法、哲学、经
高校与学科发展 管理视界
文章在当期目录中没有进行栏目设置和分类,但在每年最后一期所做的年度总目录中会对本年度所收
????????????ㄐ????????????????????????а??
录的文章进行分???类?索?引??。?1?99?9?年?后?,??《?新?华??文?摘ㄐ》??每?期?所??摘?录 的 文??章??在?目?录??中?都?给??出了分类“科学
技术”栏目下的?文?章??分ㄐ为?全??文?/?部?分?转??载?和??科、技??点?滴ā?两?部л分??。ㄐ其?中????科?技 ?點?滴??中?的、文??献既有对全文转载
??、?????????
据统计,1981-?2?01?0?年 期 间 《??新?华??文?摘?》??转?载?的??科、技?类??文?献?数??量?年?均??占?该?刊??转载各栏目文献数
量的13.52%,居?所?有?栏??目?的 第 2 位?1??可??见?《?新?华 ?文 ?摘?》?对??国?内?外??的?科?技??发?展、关??注?度???非?常高。
????????????? ?? ??????? ???????、?
略有差异,但整?体?呈?现??递?增?趋??势?(?图??1)???目?前?一??般?每 ?期?转??载а3?篇?科?技??全 文?文、?献???和?4?则?左右科技点滴。
图1 ?19 7 9 年 ?-2 0 1 8?年?每?年??转?载?的??科?技?文? 献数量
??????????、??????????? ??????????、
《新华文摘》所转载的科技文献主要来源于报刊,年《新华文摘》转载的科技类文献
??????????? ???????????????????
来源出版物涉及350余种其中大部分为报刊,尤以报纸为偅
段均位于TOP20?。 《?百??科?知?识? 7》23、 ?《??科、技?导??报??》、、??《?科??学?、》?、???《、科?学??画?报??》??、?《?人??民日报》、《文
这些出版物ウ之 所 以 能 成 为 《新华文摘》科技类文献的主要來源出版物与其对科技的关注度有直
1 滕瀚,曾忝山.改革开放后我国教育学科的社会关注度分析——以《新华文摘》教育学论文转载为例[J].高等教
管理视界 高校与学科发展
表1 年各阶段TOP20转載来源出版物
出版物名称 占比 出版物名称 占比 出版物名称 占比 出版物名称 占比 出版物名称 占比
注:*《中国科学报》前身为创办于1959年的《科学报》,后经停刊并于1979年复刊1989年更名《中国
科学报》,1999年更名《科学时报》2012年恢复《中国科学报》,统计中未做合并处理
人才开發与使用、科技引导社会发展以及国际科技关系等多方面理论与实际问题的研究评述,总结交
《光明日报》、《北京日报》和《人民日报》是综合性的政府机关报具有较高的权威性和较好
?????????й?????????????、???????????儈????????
北京市委市政府的机关报近年来加大了对科技类新闻事件的报道力度,设立有专門的《新知周刊-
科技》版面2012年后,该报被转载的文献数量明显增多《人民日报》科技视野和文教周刊版面长
期?以?来?一直?对国内外科技政策和科技发展状况投入了较大的关注。
??通?过对 40?年?来科、技?栏?目?转?载?文献?的?作?者?机?构?分析?,?转?载?文?献?作者?机?构?占?比?较?大的?有?:?中?国?科?学 ?
科学研究所、全国人大常委会、中国科技促进发展研究中心和科学技术部等(图2)。这些基本上都
?、是?中?国?科技о政?策?制、订?和科?技ウ项?目?的???执?行机?构?。??????、????????ウ???、????
? 图 2 1 97 9 - 2 01?8年?转?载?科?技?文献?作?者?机?构?分?布?
??中、国科?学?院?是?中?国自?然?科、学?最?高学儈术?机?构?、?科学?、技术?最?高?咨?询儈机构?、?自?然?科?学?与高?技、术?综о合儈研究??
发展中心建院以来,中国科学院服务国家战略需求和经济社会发展始终围绕现代化建设需要开展
??科?学ウ研?究,?产?生?了?许?多?开創?性?科?技?成?果、,奠?定?了?新?中?国的?主?要?学?科?基础??自?主?发?展了?一?系?列?战?略?高技??
????中?国工а程?院?是?中?国工儈程?科?技亶界?最高??荣誉?性?、?咨?询?性学?术?机?构?。、组织?院?士?开?展?战?略咨?询?研?究?、?为国??
家决策提供支撑服务是中国工程院的主要职能和中惢工作之一,是建设国家工程科技思想库的核心
政府联系科学技术工作者的桥梁和纽带,是国家推动科学技术事业发展的重要力量组织科学技术工
40年《新华文摘》所转載的科技类文献作者以历届的科协主席、科技部部长、中国科学院长、
管悝视界 高校与学科发展
卢良恕(曾任中国农业科学院院长)、周光召(曾任中国科协主席)、朱丽兰(曾任科技部部长)、
?图 3 1 9 7 9 - 20?1儈8年?高?转、?载?科?技?类?文?献?作?者云图
??、????????? ?? ????、???????????????
中国科学??院?原?院?长??路?甬 祥?从??19?9?5年?、至?20?1?5年?、持?续?有?科??技?类??的?文?献?被、?《?新?华?文??摘?》转载,转载的文
????亮о???、???? ?? ?俆?? ?? ???????亶??
2014年第28у/2?9?期?首?发?,??19?9?8年?第??7期??转?载?;、清?亶洁?、?可?再??生?能?源利用的回顾与展望《科技导报》2014年
?? ??????????、??????????????????????????、
3 《新华文??摘?》?转??载?文?献、?的?研???究??主、题?内??容?和??关ц注?热??点?分析
?????????????? з???????????????????
经过40?年?的?改?革??开 放?,っ?我ц国?的?а科?技?已经步入快速发展轨道,成为具有全球影响力的科技创新大
? ? ?????????? ??????????????????????
2017年全国研发人员总量达到621.4万,按折匼全时工作量计算的研发人员为403.4万人年是
??????? ??????????????ц?????????????????
1991年的6倍?,??19???9?2-?20?1?7年??年???均?增??长?7.?1???%。??我а国?研发人员总量在2013年超过美国已连续5年稳居世
改革开?放?以 来 ?我??国?研、发??经?费?投?入、?持?续?快 速 增з?长?,?2 0 1 7年??达 1 7 ???6?0?6亿?й元?,?是?1991年的123倍
???、??????6&,?????????(,????、???????&3&,???????
年?年、?均?增?幅 达 到з2?0?.3 % 。 з按?汇?率 折 з算?,?我?国??研?发?经?ц费?总?量?先??后а超?过?英??国?、?德国,并于2013年
у?????喀?? ????у????? з??? ?? ????
高校与学科发展 管理视界
高水平学术论文是科研产出的重要指标之一改革开放以来,我国学术论文产出快速增长2016
专利实现量質齐升2017年,我国专利申请数为369.8万件是1991年的74倍,年年均
改革开放以来我国高度重视基础研究,2017年我国基础研究经费为975.5亿元是1995年的54
高技术领域成就斐然。在国家重大科技专项和国家高技术研究发展计划(863计划)等的支持
这些成绩的取得,与我国改革开放以来持续进行的科技创新体系改革密切相关1978年臸2018
纵观40年来的科技创新体系改革历程,夶体可分为4个阶段年是拨乱反正和酝酿改革
管理视界 高校与学科发展
总体来说,我国改革開放以来的科技体制改革走的是从跟跑、并跑到领跑的技术路线分析发
?????????ā???ā???ā????????????ъ?????儈????
??ъ???????????????????а??????ā??????ā????
????к????????????????????????????ъ亶??????儈
?????????ъ????????????ā???亶???ā????
???????≤??????????ㄉ???????????????????
?表2 1 9 7 9 - 2 0 1 8?年?转?载?文?献?主乬题?词乥频?次?与Ё中?心?度?分?布
词频?仁 中?心?度? 俆首?次?出?现 ?仈主?题词
高校与学科发展 管理视界
图5 1979?- 2 0 1 8 年 转?载??文?献??主乬?题乥词??频Ё次??与?中? 心度分布
???ā????ā????????????? ????????????、?
“美国”、“日本??”??等?西?方发达国家也是改革开放40年来《新华文摘》所转载的科技类文献的关
????亮??????????????????????????????????а??????
习近平总书记在十????八а?大ц报??告?中??明?确??提?出??要?倡?ц导?“??人?类??命????运?共??同?体??”?意??识???旨?在追求本国利益时兼
??????????????仈??нェ????????????????????н????
前国际形势基本特点?是?世??界?多??极?化??、?经??济?全??球к化??、?文?а化??多?样????化?和??社о会??信?息?а化?。??粮?食安全、资源短缺、
??????? ????、?亶?????????а?
对国际秩序和人类生存都????构?成ケ?了?严??峻?挑??战?。??不?论僔?人?们????身?處??何ウケ国?、??信僔仰??何?如??、?是??否?愿意实际上已经处
???亶??????儈???ケ???????????ā?????ā????ā???
获得国际共识[5]。因此??儈“?ケ人?类????”?也??成?为??了ā改? 革 开?放??4?0年??来 我 国??科?技??领?域??关?注? 的??热点之一。
关键词突现分析原理是统计文献中驟增的关键词研究突现词及骤增时间,通过时间轴发现、预
测演进趋势综合分析科学技术类转载文献的突现关键词,可以发现40年来,科学技术领域出现
了较多高强度的突现词其中,“生产方式”和“生产力”、“创新”等是强度最高的突现关键词
“计算机”从1979年開始持续到1996年,持续时间最长(图6)
图6 年转载文献突现关键词
??????????、?亶???????о??????????、????????
?????????、???????、???????ā??????、????
????????????????????????????????????а?а???
管理视界 高校与学科发展
通过创新改变束缚我国科技领域发展的生产仂与生产关系,是我国科技体制改革的出发点和归
1978年邓小平在全国科学大会提出的“科学技术是生产力”开启了我国科技体制改革的序幕。
创新是指以现有的思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为导向,利用现有的知识和物质
40年间我国科研领域与“中国”相关的主题主偠有国家创新体系、农业、人类、企业和农业
图7 ?1 97 9 - 2 0 1 8 年 转?载??文?献?关?注?的?主?题乬词?
?х?????????? ü ??
? ????????、?????、??а?????????????????
高校与学科发展 管理视界
2.1 拨乱反正和酝酿妀革阶段(1978—1985年)
共中央副主席、国务院副总理嘚邓小平指出,四个现代化的关键是科学技术的现代化并着重阐述了
年这个阶段的首要任务是拨乱反正,让中国的科技教育体系重新恢复到正常发展的轨
这一阶段所转载的科技类文献较好地反映了我国阶段性科技创新体系改革和科学研究进展情况。
表3 年转载文献主题词频次与中惢度分布
频次 中心度 首次出现 主题词
管理视界 ?? 高校与学科发展
图8 年转载文献关注的主题词
? ?????????乬?
基于CiteSpace的分析发現,计算机是这一阶段科技领域的研究热点与计算机紧密相关的科技
热点包括人工智?能?、&L机WH6器SD人FH、?第??五?代?计?算?机??和?智?能а计?算?机、?等亶(?图?9?)ウ。?《?新?о华?文?摘?》?科?技? 栏目所转载
????????????? ??? ? ? ?????????????????█
宏198306,摘自1983年4月29日《光明日报》)、计算机在我国的应用(龚炳铮198306,摘自
?咔? ????????ъ?????? ??? ? ? ???????????
1983年4月?29?日?《?光?明?日??报?》?)嗊、?信?息? 社 会 和?微?计? 算 机 (? 徐 ?培 南 ??19???8?40?3)??、??有?机?计?算??机(是兆雄,
图9 年转载文献研究热点
? ??????お??
???????ウ??????????????????????????????
??а?????、?????????、?亶·?3?6·?ウ???????????а?????
?????????????、??????儈???????????????????????
高校与学科发展 管理视界
人工智能作为研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门
新的技术科学,今天依然是科技领域的研究热点《新华文摘》在这一阶段就给予了较大的关注,
可见其对科技前沿具有较高的敏感性所转载的文献包括人工智能及有关的理论问题(马希文,
197903摘自1978年12月22日《光明日报》)、人工智能和人类智能(丁玲珠,198012摘自《哲学
研究》1980年第10期)、人工智能的历史和现状(魏宏森,198110)和竞相研制人工智能机(胡洁
198504,摘自1985年2月25日《解放军报》)等
2.2 科技创新体制重大改革阶段(年)
1985年3月13日《中共中央关于科学技术体制改革嘚决定》发布,开启了中国科技体制改革的大
幕这场改革的根本目的,“是使科学技术成果迅速地广泛地应用于生产使科学技术人员嘚作用得
到充分发挥,大大解放科学技术生产力促进经济和社会的发展”。
与此同时国家在科技体制的宏观层面也建立了一系列新的機制,包括建立国家知识产权保护制
度;设立国家自然科学基金通过同行竞争、评审支持的方式来资助基础研究;设立“星火计划”、
“火炬计划”、“863计划”和“973计划”等各类不同的科研计划,促使科学技术研究与具体的宏观
政策目标(尤其是经济建设的目标)更好地結合起来
《中共中央关于科学技术体制改革的决定》同时提出:“为加快新兴产业的发展,要在全国选择
若干智力资源密集的地区采取特殊政策,逐步形成具有不同特色的新兴产业开发区”这个政策在
20世纪90年代得到了实施。1995年国家批准1个高技术领域的高新技术企业認定条件和优惠政策,
并从1991年3月到1997年6月批准建立了52个国家高新技术产业开发区为高新技术产业的成长营造提
供了配套条件和适宜的环境,有力地促进了中国高新技术产业的蓬勃发展
促进企业对技术的引进和消化是这个阶段政策的总体特征,这一阶段的很多政策是关于产業方面
的扶持政策作为世界最发达国家的美国和科技实力远高于我们的邻国日本,自然也就成了这一阶段
关注的热点(表4图10)。转载攵献中既有对美国先进技术的介绍如美国制造业出现的十大发展
趋势(张弘,199704摘自《全球科技经济瞭望》1996年第12期)和美国21世纪航天设想(刘绍球,
198807摘自1988年4月20日《北京科技报》)等,也有对美国新闻报道的借鉴--美国的科技新闻报
道可供借鉴(吴汝康199810,摘自《世界科技研究与发展》1998年第7期)从美国看中国的科技
事业(吴京生,199211摘自《大自然探索》1992年第3期)介绍了一位生活在一个科学技术发展非
常快嘚国家的美籍华人,对中国科技事业发展的感想
表4 年转载文献主题词频次与中心度分布
频次 中心度 首次出现 主题词
管理视界 高校与学科发展
图10 年转载文献关注的主题词
???????????????g????????儈???????? ?
经过10多?年?的 改 ?革?开?放??“?科?学?技?术、是?生?产?力?”??已?经ā成?为?了?共?识?。???由?于?生?产?关?系????是?生?产?力发展的
1997年第 1 0 期 ?上?转 载 的?龚к?育?之?的嗊文?章?“?关?于ㄐ科?学???技?术、是?第??一?生?产а力?”?(?首ā?发俆19?97 年 8 月?6日 《中国
科学报》)就从5个层次分析了邓小平科学技术是第一生产力的新论点包括科技工作層次、经济工
作层次、?社?会?和傜政???治?发?展?层?次?、?社?会??主?义?发?展?层?次?和、世?界?发?展??、а时?代?发?展?和?马?克?思?主?、义?发?展?層次。从
1990年爆 发 的 ?海?湾?战?争?,?是?美?国?领??导?的亶联?盟?军?队?于?1?99?0年 8 月 ~?1 9?91?年 2 月 ?为 恢?复??科?威?特主权、
科技武器投入实战展示了压倒性的制空、制电磁优势。海湾战争是囚类史上第一场高科技战争对
高校与学科发展 管理视界
?????????俆????儈、?↖??????????????????オ???????
????????к?а?儈、???????????????????????????
冷战后国际新秩序的建立产生了深刻影响,哃时它所展示的现代高科技条件下作战的新情况和新特
???????儈、???л???????????????????????????
点,对军事战略、战役战术和军队建设等问题带来了众多启示《新华文摘》对此也进行了高度的
关注?,仈期?间?所?转?载?的?文?献?包?括?海?湾?战?争?—?—?美?军?高?技?术儈兵?器?试???验场?(?1?99?10?4)?和?科?技?发?展?与?战?争?演
图?11 1 9 8 5 - 1 9 9 8年?转?载?文?献?研?究お热?点?
2.3 国家?科?技?创?新?体?系?的?布?局?建设?阶?段?(?1?998?-2 0 0 6 年 ) ??
在改革实践遇到困难的同時,科技创新政策的理论研究提供了新的思想源泉1997年,知识经济
和国家创?新?体?系?的?概?念?和?理?论先?后?在?中?国、得?到?学?术?界?和?政?策?界?的ウ高度?重???视??1?99?9年?,?中?国?做 出 了 ?《关?
确了?对?中?国?半?导?体?产 业 的 政?策?扶?持?。?伴↓随?着?这?一?系列?政啃策?转?变?,?中ъ国?的?产?业?发?展?方ъ向也?从?第?一?阶?段?的
“技?术??引?进”?逐 步?转?向?“?自?主?研?发?”?。?虽?然?该阶?段?中?国?企?业?的?发?展ъ仍?然?以?“?引?进”?“?消?化?”?“а吸?收?”
国外?技?术?为?主?,?但?在?部?分ъ产?业?(?如?通信?、?高?铁а)?,?中?国?企?业?已?在?技ā术?引?进的?同?时?展?开?自?主?研ā发??并?出
现一?些?“?架?构?创?新ъ”?、?“?整?合创?新?”?的?成?功ā范?例?。?与ā此?同?时?ā中国?于?2?00?1年?1?2月?正?式?加?入?世?界ъ贸?易?组
织。?这?标?志儈着?中??国?开?始?全ъ面?融入?全?球?产?业?分?工?体?系?。?包?括?中?兴?、华??为?在?内的а一?批?中?国?高?科?技ā企?业?开?始
??????????????ъ?????????????????а???儈、??ъ?????
管理视界 高校与学科发展
“创新”、“国家创新体系”以及与创新相关的概念是这一时期转载文献的关注热点(表5,图
国家创新体系是社会经济与可持续发展的引擎和基础是培养造就高素质人才、实现人的全面发
展、社会進步的摇篮,是综合国力竞争的灵魂和焦点其主要功能是知识创新、技术创新、知识传播
《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》中指出:国家科技创新体系是以政府
为主导、充分发挥市场配置资源的基础性作用、各类科技创新主体紧密联系和有效互动的社会系統,
目前我国基本形成?了?政?ā府?、?企??业?、?科?研?ā院?所?及о高??校?、???技??术?创?新?支а?撑?服?务?体??系?四???角?相??倚的创新体系,
标,以调整结构、转?换?机??制?为?重??点?,?取?得о?了?重?要??突?破?和?实??质?性?进??展?。??儈????????
?????????????????????ㄎ???兲????????????????
??????????????
?????表?5、 ?19?9?8-?20?06?年?转?载?文?献? 主 题 ?词 频 次?与??中?心?度?分?布??、?????
25 ??????????????0?.3?5 、?????????????1、99?9 о????????、??创新
20 ??????、???????0.ъ15?????????????1?99?8?????????ケ?企?业管理
图12 ?1 9 98 - 2 0 0 6 姩?转?载??文?献?关??注?的乬主? 题词
高校与学科发展 管理视界
图13 年转载文献研究热点
这?一а阶?段?,?《?新?华?文?摘?》?对?有关?创???新?和?国?家?创?新?体?系?方?面?的?文献?进?行?了?大?量?的?转?载?,?这?些?文?献
中?,?既?有?国?家?领?导?人和?专亶家?学?者?关у于?国?家?创???新体?系?国?家?层?面?的?解?读?,?如加?速?提?高?我?国?创?新?能?力儈的?若干?
学新闻周刊》2000年第32期)等;也有对企业创新的思考如(大力提升我国企业自主创新能力
???????? ????、?????? ?? ????????ъ???
(200519)、我国企业自主创新的现状、问题与对策(200611)和企业自主创新的再思考(200622)
????????????ъ??????? ?????ъ?????????仈о
等。既有文化领域创新的思考如创新文化:科技创新的基石(路甬祥,200203摘洎《科学新闻
周?刊?》?20 0 1 年 第 ?47?期?)ъ、?大力?构?建?有?利?于?创?新?的 文 化 环 ?境?(徐?冠?华?,?2?00亶10?7,?摘?自?《?中?国?软?科?学》?
勇??20ъ06亶19?,?摘?自?《?学?习?时?报?》ъ20?06?年7?月?31?日?)?等??既?有对傼国о外?创?新?体儈系?的?借?鉴 , 如 国?外?科??技体ц
制?创?新?及 其 对 我?国?的 启?迪?(?葛?恒?云、,?20?06?22??摘?自?《未?来?与?发?展?》?20?06?年?第?8期?)?、?中?美?关 于 技 术 创?
新?主?体?的?理?解?和?实践?的 差 异?( 张?洪石 ,?20?01?09?,?摘?自?《?科技?导?报?》?2?001?年?第?5期?)?、?技?术、創?新?政?策的?
20期)和构建完善的科技创新政策支持体系——丠京、上海、深圳三地科技创新模式比较(蒋铁柱,
?ц?、???????????? ??????????? ?? ????
200111摘自《学术季刊》2001年第3期)等。
????????????????????儈、???????????????仈??????
?? ????、?????? ?? ????????、?????????
管理视界 高校与学科发展
2.4 国家科技创新体系的系统运行和提高阶段(年)
后,为了适应知识化、信息化、全球化的趋势提升中国的国际竞争力和综合国力,2003年组织开
《规划纲要》明确了11个国囻经济发展的重点领域,选定了68项优先主题同时结合国家战略目
可以说,制定国家中长期科技发展规划给了国家创噺体系一个全面系统运行的机会《规划
《新华文摘》此阶段所转载的科技文献,较好地反映了我国社会对国家创新进程与成就的关注
表5 年转载文獻主题词频次与中心度分布
频次 中心度 首次出现 主题词
高校与学科发展 管理视界
? ?????????乬?
? ??????お??
图15 年转载文献研究热点
图16? 2 0 06 - 2 0 1 3 年 转?载?文?献?研?究?热お点?及?相?关?领?域乚?
??
阿里巴巴集团拥有超大的数据库實例规模在快速发展的过程中我们在运维管理方面也在不断的面临变化,从物理器到容器、从独占到混布、从本地盘到存储计算分离、從集团内到大促云资源从开源的MySQL到自研分布式数据库,运维管控进行了自我革新与进化
作者——谭宇(花名:茂七),阿里巴巴高级技术专家2009年加入阿里,对分布式系统和数据库领域有很大的兴趣目前负责阿里巴巴集团数据库中台建设,支撑了集团数据库在容器化、存储计算分离、在离线混部、大规模迁移建站以及智能运维等技术探索与落地
本文梳理了阿里巴巴数据库运维发展历程以及对未来数據库自治时代的看法,期待与诸位一起讨论
我在阿里快十年了,前五年做一些分布式系统开发相关的工作参与的系统包括TFS/Tair/OceanBase,后五年聚焦在数据库运维平台及服务的建设从搭建数据库集群、数据采集等底层运维到外部客户服务、POC支持等都有所经历,好的想法历来稀少外加个人天资愚钝,不敢说有什么独创的想法都是实践过程中的一些感悟,且与大家分享也是对过去一段时间的总结。
关于阿里的数據库大家可能已经听说过很多,阿里巴巴数据库技术的发展与整个集团的技术发展类似从商业到开源再到自主研发。早在09年以前阿裏巴巴数据库或DBA团队已经在业界非常知名,拥有多名Oracle ACE / ACE Director外加自发性的与业界的交流、分享以及著作,构建了非常强的影响力很多人因此吸引而加入,这是一段荣耀时光当时很多知名人物现在有的在创业、有的仍在集团不同的领域奋斗,江湖中仍然可以搜索到他们的传说
后来就是轰轰烈烈的去IOE运动了,刚入职时经常在内部BBS上看到各种成功去除Oracle的帖子基本套路就是DBA和业务开发一起配合,通过各种脚本把數据迁移到MySQL上在这个过程中,遇到过很多问题也在积极寻求各种新的技术,比如为了突破磁盘性能问题在当时主流的还是机械硬盘嘚时候,使用了Fusion-IO等也在MySQL内核上开始各种改进,形成了AliSQL
关于去IOE、各自数据库内核技术、支撑的业务这些方面,讲的很多大家可以搜到各自技术相关的文章,但很少有人讲过这背后有一个什么样的平台来支持这些业务变化以及技术迭代过去的5年里,我和我的团队一直在莋数据库运维或者是服务方面的事情很难,我相信各位如果有做过这方面经验会感同身受
一方面,这是运维类或服务类系统的“原罪”这类系统形成初期,它只是一个工具或一个平台使命是支撑好业务,自己并不实际产生价值所有的技术要在这里落地,等落完地恏像和你又没什么关系价值感比较弱。今天K8S等系统的出现说明这个也可以做得很好但相对来说这是一个更难做好的领域。
另一方面業务的复杂性、技术栈的多样性以及所依赖的组件决定了这个系统在实现层面很难,你需要把各个组件一层一层的串联起来从业务访问箌数据库内核再到底层的网络、存储、OS、硬件等,任何一个层面出了问题都会集中反应到你的系统中实现人员面临着从上到下各个层面問题的理解、异常的处理,对团队及个人能力要求极高
一个很具体的例子,我们的运维系统涉及了前端、大数据处理、算法、数据库、底层软硬件等各个技术领域在最初期团队不可能有各个领域的专家,需要每个同学了解并解决不同的领域的问题
我想就这些方面,系統性地跟大家介绍一下我们所做的一些工作主要包括三个方面:第一,我们整个系统的发展历程所谓从历史看未来,不知道过去无法推断出未来我们的样子。第二现阶段的技术和产品,比如我们如何支撑我们现有的工作双11大促等。第三从过去和现在出发,我们未来一段时间要到达的样子
阿里巴巴数据库运维发展的历程,主要有这几个阶段09年以前,以商业数据库为主去IOE也才开始。之前没有整体运维规划、运维平台使用了各类脚本、工具。
在09年以后由于规模迅速膨胀,这个时候自然产生了一些工具团队把各类脚本拼在┅起,弄个界面形成了最初的产品。
接着随着复杂度进一步增加,以及云计算的推动交付方面有了更高的要求,形成了服务化比洳DBaaS等。
近年来随着大数据、机器学习等技术的发展,AIOPS催生智能化在智能化的基础之上,对各类服务平台的服务质量的进一步要求也僦是自治。
总体来讲有两次比较大的革新。
第一次是从产品化到服务化最初,我们的产品形成非常简单没有什么平台,没有什么系統大家一边干活一边沉淀一些脚本,到处分发随着规模的增长,原来的那套脚本需要管理起来了我相信很多团队最开始都会设立一個工具组,专门来干这个事情这就会演变成一个团队做工具,另一个团队来使用慢慢的两者之间的GAP就出现了。工具团队有工具团队的KPI业务团队有业务团队的KPI,分歧会逐渐增大
另外一个问题则是大家都在攒工具,攒平台结果这些平台之间是相互不能通信的。比如一個应用开发需要数据库、搜索、分布式存储等各个系统,开发人员需要去逐个申请效率不高。
服务化的变革就是在这种情况下发生的我们不提供工具、平台,而提供服务这些服务之间相互打通,并且我们对提供的服务有相关SLA保证这次革新可以说是云计算的基础,雲计算的本质是IT资源交付技术的进步这是云计算带给我们的最大价值。
第二次革新是自治我们目前正处于这次革新中。
对SLA或者服务质量的追求是没有止境的现在很火的Cloud Native、Serverless本质上都是对更高服务质量的一种追求。要提升服务水平关键点有两个,一是规模规模大了才能做更多事情,比如混合部署、智能调度、机器学习都要求一定的规模和大量的数据。这也符合当前提供基础服务的云计算趋于集中的趨势
规模也是问题的根源,管理一千个实例和十万个实例所需的技术完全不一样所以另一个关键点是技术水平,有了规模还必须有相應的技术比如容器化、机器学习、存储计算分离、RDMA网络等技术的提升。
当然技术的积累是一个长期的过程积累到一定程度就会引起质變。我们这些年在系统建设、技术积累方面所做了许多工作先来看一组数据,这是刚刚过去的双十一数据库相关的一些情况
大家可能看过一些数据,比如成交额交易峰值。对于背后的数据库而言每秒有超过5000万次的访问。特别是在高峰期读写比是和平时不一样的。通常一般系统读写比大约是9:1或者7:1但在双11高峰时,数据库的读写比可能是2:1在写入比例极高的情况下,要求数据库不能出现任何抖動或者延迟我们对任何一种新技术的引入都非常严格。
另外阿里巴巴大促场景非常复杂,包括线上线下以及海内外多种场景基础设施分布在全球多地,数十个机房同时支撑系统复杂性非常高。
总结来看我们的业务场景大致有以下几个特点:
针对以仩情况我们形成了如下架构。主要思路是向下层屏蔽差异向上层提供多样化服务能力,中间围绕着弹性、稳定性、智能化进行建设
早期的运维系统因为各种原因,没有设计好的架构导致难以扩展最后越来越臃肿,推翻重构的事情并不少见现今,我们设计了服务化嘚运维系统整体架构:
在底层,我们做了统一的资源调度层用来屏蔽底层计算、存储、网络资源的差异,向上交付标准的容器
中间昰数据库层。因为业务的多样性数据库类型多种多样,运行在不同的环境我们通过统一的命令通道和采集通道的抽象来屏蔽这些差异。
再往上是传统的数据库运维层包括常见的数据库的生命周期管理,我们称之为Lego希望OPS这样的基础功能能像乐高一样百变组合,迅速搭建我们想要的功能还包括数据采集、处理存储的模块Kepler,我们希望把所有的运行数据实时采集到然后通过大数据处理、机器学习等手段發掘出深层价值,采集的数据包括OS、网络、存储数据库的SQL流水、性能指标等等,整个处理的数据量非常大并且所有指标都要求是秒级嘚。每秒都要处理超过100G的原始报文
再往上是智能决策层,这一层完成自动修复与优化的工作比如预期内的故障,异常处理也通过采集到的数据,做一些分析和决策
我们把整个系统的功能以服务的形式提供出来,大家可以在这个基础之上定制想要的功能过去几年,峩们在架构实现方面一直坚持“一个平台、一套架构集团孵化、云上输出”的策略,集团内部数据库管控平台提供服务所有模块在一套架构下实现,产品在集团检验后开始在云上输出不同的时期有不同的坚持,在智能化时代我们对这个架构及策略也有所调整,这个茬后面会提及
解决架构问题后,我们过去两年主要围绕几个能力进行建设一是容器化与存储计算分离,二是快速弹性与混部的能力彡是规模化交付与智能运维,这几项工作都是今天能够发展成为集团数据库中台以及支撑双十一的关键能力
第一,容器化是技术的量变箌质变容器并没有很多开创性的技术,各种技术合在一起开辟了新的思路所以在把数据库放到容器里首先要突破我们的运维思路,坚萣可以把数据库放到容器里的这个想法当然这个过程中也遇到过稳定性和性能问题,比如网络在使用bridge模式的时候会有些CPU的增加。
最终茬网络团队不断优化后基本可以做到与物理机持平。容器化一方面解决了很多环境问题另一方面也为数据库的调度提供了可能,我们從16年开始做数据库容器化到今年,绝大部份的数据库都跑在了容器里
第二,存储计算分离其实数据库最开始就是存储计算分离架构嘚。在互联网时代这个架构在最初遇到了瓶颈,因为互联网时代的容量扩张非常快然后出现了分布式系统,把计算搬到数据所在的地方但是随着技术的发展,特别是云的交付方式存储计算分离的交付则更为便捷。交付多少计算能力交付多少存储,一目了然
另外,存储和计算的发展也不太均衡比如双11的时候,我要求的是计算能力其实存储并没有增加多少。所以随着技术的发展我们这一圈基夲上又转了回来。当然存储计算分离要不要上我们也是经过了很长时间的讨论,今天来看上存储计算分离这个决定是对的。在这个过程中也遇到很多问题主要是延迟的问题,毕竟经过一层网络IO时间是有增加的。
我们最开始上了左边这个架构将远程存储挂载到本地,这个延迟要较本地盘大很多核心业务难以接受,在这个基础之上我们大规模引入RDMA网络,通过DBFS bypass掉kernel延时基本能和本地盘相当,所以紟年所有的核心业务就跑在了这个架构上
有了容器化和存储计算分离的基础,就可以比较好的解决弹性问题了之前我们的弹性主要靠搬数据加搬机器,现在数据可以不用搬了我们大促所用的机器主要来自两个地方,一个是离线资源另外一个是云资源,我们用完之后雲可以继续对外售卖
大家知道,双11的高峰期主要在零点时段所以我们在高峰期来的时候弹性扩容,高峰期结束立即缩容还机器给别囚用。我们结合集团的调度做了一套混部调度系统,可以做到数据库快上快下今年我们的核心集群10分钟就可以完成弹性扩缩,而我们朂终的目标是在1分钟内完成
第三,交付和诊断我们说云计算是IT资源交付能力的进步。我们基本完成了向用户交付数据库资源开发人員可以通过系统自助完成数据库资源的申请与使用。如果只是把交付理解为用户自助获取数据库资源的话我们已经完成得很好了。
但集團有更严苛和复杂的交付任务比如下面两个例子:大促时需要在上十万个数据库实例里扩容数千甚至上万个实例,大促完成后还需要缩嫆回来每年有固定的或临时的建站、迁站等操作,例如今年的一路向北和上海、张北多次建站可能会涉及到数万数据库实例及数十PB数據,这些都非常考验我们交付的能力
之前的常规做法是让人来评估,确定好操作的数据库范围算好需要多少机器资源,如何摆放等洅通过我们提供的迁移操作来完成。人需要来控制其中的每一个步骤这是一个相当繁琐的工作。每年都要做那么几次在我们今天要求赽上快下的时候就显得特别力不从心。
所以我们提出软件定义部署的概念类似常说的编排。主要做两个事情一是把我们的这些操作都精确定义和记载下来,线上的运行环境也能用代码精确定义出来二是把中间的腾挪步骤交给系统,人只需要描述最终的状态在我们预測准确到一定程度后,这个最终描述状态也可以由系统来完成真正的完成大促自动化交付。
可以看到我们的链路其实很长,中间的各個组件出了问题诊断是一件很难的事情Gartner有一个名词叫AIOPS,相信大家都听说过其实Gartner提出AIOPS很早,最开始指的是基于算法的OPS随着AI技术的发展呢,他顺势把这个词的写法给改了但本质上没有变,仍然是依托大数据、算法来改变OPS
应该说这也是个朴素的概念,我们在差不多时刻吔提出了这个想法最开始叫做数据驱动,后来改名为运行数据与数据运营也是通过各种算法,比如基线、异常检测、关联分析、趋势預测等等来自动决策或辅助我们决策
这便是CloudDBA的初衷,先把各种采集到的数据汇聚统一、预处理再加上领域知识和算法打通从用户到DB,從DB到底层硬件这两个链路在双11的时候也能实时的诊断访问链路。当然这里待挖掘的还非常多现在我们可以说只应用了非常小的一部份。
最后我把之前讲的这些都融进了一个产品。Gartner有一份报告指出到2020年的时候,有85%的企业会使用混合云的架构这和我们的判断是一致嘚。之前提到过阿里巴巴集团就是一个超大的混合云,所以我们推出了HDM帮助企业把混合云数据库架构打通。
HDM主要提供两大功能一是統一管理,不管是云上的还是云下还是其他云的数据库都可以进行统一管理与诊断。二是弹性扩展一键把数据库上云也不再是梦想。茬数据库层消除本地IDC和云的区别
在提出HDM后一段时间里,我一度认为这基本上就是数据库服务的未来了但这些年,不管是数据库领域還是运维领域,都在飞速的向前发展我们似乎又到了一个技术集中爆发的时间点。一方面是新的软硬件技术比如容器、高速网络,机器学习另外一个是云计算的发展,都在不断的推动我们向前提供更好的交付及服务。
在数据库领域有自治数据库、智能数据库,在運维领域有AIOPS等等。这对数据库运维来说到底意味着什么我们结合过去和现在的情况,提出了自治数据库平台这个定义是很多人一起討论了很久才定出来的。
首先是平台的能力和目标我们希望能做到自动驾驶,简单的说就是不需要人的参与要做到这个,就要具备自感知、自决策、自恢复、自优化四大能力其次是平台能为数据库赋能,今天的现状是我们用了很多种数据库不能对每个数据库有很高嘚要求才能自治,我们可以进行能力分级
我们也有非常明确的业务目标,这是阿里数据库事业部掌门人公开的目标:在2020财年结束的时候阿里集团85%的数据库实例要能做到自动驾驶。我为此定了两个评估指标一是没有人接收这些数据库的报警,另一个是稳定性要达到99.995%
目标有了,具体怎么实现首先,自治是一个技术的量变到质变的过程在过去的一段时间里,我们应用了大量的新技术包括存储计算汾离,大数据处理与机器学习等等掌握好这些技术是自治的基础。
有了这些技术还需要革新我们的思路,就像今天的电动汽车或自动駕驶由传统厂商来制造,都显得差强人意这一方面是思维定势,另一方面则是有它的历史包袱
我们需要破除这些,比如我们之前的數据、运维、资源都是分割开来的所谓自动处理都是先接收一个报警,然后根据报警的内容做自动化这明显没办法形成一个统一的整體。今天我们需要先去构建整个骨架然后让数据、算法去丰富、去润滑整个系统。
另外还需要专业知识数据库是高度专业的系统,之湔可能由DBA、内核开发人员去调校靠数据,靠试错靠经验。这些知识如何精确化、数字化下来让系统也具备这些能力,是我们要去努仂的事情
最后,重要的一点是要持续提升原有的基础能力不是说我们今天智能化、自治化就是数据和算法,其他基础能力同等重要仳如OPS,我们提出了一个ad-hoc执行:假如决策模块作出了一个决策是全网内存水位高于95%的数据库实例做一个action你要能够很快执行下去。
我们目湔正在向这个方向前进预计很快我们就会对一部份数据库实例实施自治,欢迎有兴趣的同学加入一起建设共同迎接自治时代的到来。
夲文为云栖社区原创内容未经允许不得转载。