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語(yǔ)文:人教版-高中1年級(jí) 必修5-宇宙的未來(lái) 教學(xué)設(shè)計(jì) 教案課文原文 宇宙的未來(lái)霍金在非常早的時(shí)代,預(yù)言未來(lái)是先知或者女巫的職責(zé)。這些通常是被毒藥或火山隙溢出的氣體弄得精神恍惚的女人。周圍的牧師把她們的咒語(yǔ)翻譯出來(lái),而真正的技巧在于解釋。古希臘的德勒菲的著名巫師以模棱兩可而臭名昭著。當(dāng)這些斯巴達(dá)人問(wèn)道,在波斯人攻擊希臘時(shí)會(huì)發(fā)生什么時(shí),這巫師回答道:要么斯巴達(dá)會(huì)被消滅,(古代巫師的預(yù)言,訣竅在于可以隨意作出解釋。)要么其國(guó)王會(huì)被殺害。我想這些牧師盤(pán)算,如果這些最終都沒(méi)有發(fā)生,則斯巴達(dá)就會(huì)對(duì)阿波羅太陽(yáng)神如此之感恩戴德,以致忽視其巫師作錯(cuò)預(yù)言的這個(gè)事實(shí)。事實(shí)上,國(guó)王在捍衛(wèi)特莫皮拉隘道〔特莫皮拉隘道〕一般譯作“溫泉關(guān)”。公元前480年,波斯國(guó)王薛西斯一世率領(lǐng)大軍五十多萬(wàn)、戰(zhàn)艦千艘,越過(guò)達(dá)達(dá)尼爾海峽,水陸兩路進(jìn)犯希臘。斯巴達(dá)國(guó)王列奧尼達(dá)斯率領(lǐng)300名斯巴達(dá)士兵在溫泉關(guān)頑強(qiáng)抵抗波斯軍,全部戰(zhàn)死。波斯軍隊(duì)占領(lǐng)雅典,大肆焚掠。希波戰(zhàn)爭(zhēng)是希臘諸城邦反抗波斯侵略和壓迫的戰(zhàn)爭(zhēng),最后以希臘的勝利而結(jié)束。的一次拯救斯巴達(dá)并最終擊敗波斯人的行動(dòng)中喪生了。 另一次事件,利迪亞〔利迪亞〕一般譯作“呂底亞”,小亞細(xì)亞西部的奴隸制國(guó)家,在現(xiàn)在的土耳其境內(nèi)。的國(guó)王克羅修斯〔克羅修斯〕一般譯作“克羅伊斯”,呂底亞的末代國(guó)王(約前560—前546年在位)。公元前546年,波斯國(guó)王居魯士攻破其首都薩狄斯,被俘。據(jù)說(shuō)他是古代的巨富之一,他的名字已成為“富豪”的同義語(yǔ)。,這位世界上最富裕的人有一次問(wèn)道:如果他侵略波斯的話會(huì)發(fā)生什么。其回答是:一個(gè)偉大的王國(guó)將會(huì)崩潰??肆_修斯以為這是指波斯帝國(guó),殊不知正是他自己的王國(guó)要陷落,而他自己的下場(chǎng)是活活地在柴堆上受火刑。 近代的末日預(yù)言者為了避免尷尬,不為世界的末日設(shè)定日期。這些日期使股票市場(chǎng)下瀉。雖然它使我百思不解,為何世界的終結(jié)會(huì)使人愿意用股票來(lái)?yè)Q錢,假定你在世界末日什么也帶不走的話。 迄今為止,所有為世界末日設(shè)定的日期都無(wú)聲無(wú)息地過(guò)去了。但是這些預(yù)言家經(jīng)常為他們顯然的失敗找借口解釋。例如,第七日回歸的創(chuàng)建者威廉米勒〔威廉米勒〕(1782—1849)美國(guó)紐約州農(nóng)民,近代基督復(fù)臨運(yùn)動(dòng)的創(chuàng)始人。從1831年起開(kāi)始傳道,根據(jù)《但以理書(shū)》的某些章節(jié)推算出基督將于1843年或1844年3月21日第二次降臨,贏得了成千上萬(wàn)的追隨者。預(yù)言雖然失敗,但該派仍堅(jiān)持教義,并于1863年成立了基督復(fù)臨安息日會(huì)。預(yù)言,耶穌的第二次到來(lái)會(huì)在1843年3月21日至1844年3月21日間發(fā)生。在沒(méi)有發(fā)生這件事后,這個(gè)日期就修正為1844年10月22日。當(dāng)這個(gè)日期通過(guò)又沒(méi)有發(fā)生什么事后,又提出了一種新的解釋。據(jù)說(shuō),1844年是第二次回歸的開(kāi)始,但是首先要數(shù)出獲救者名單。只有數(shù)完了名單,審判日才降臨到那些不列在名單上的人。幸運(yùn)的是,數(shù)人名看來(lái)要花很長(zhǎng)的時(shí)間。 當(dāng)然,科學(xué)預(yù)言也許并不比那些巫師或預(yù)言家的更可靠些。人們只要想到天氣預(yù)報(bào)就可以了。但是在某些情形下,我們認(rèn)為可以做可靠的預(yù)言。宇宙在非常大的尺度下的未來(lái),便是其中一個(gè)例子。 我們?cè)谶^(guò)去的三百年間發(fā)現(xiàn)了制約在所有正常情形下物體的科學(xué)定律。我們?nèi)匀徊恢乐萍s在極端條件下物體的精確的定律。那些定律在理解宇宙如何起始方面很重要,但是它不影響宇宙的未來(lái)演化,除非直到宇宙坍縮成一種高密度的狀態(tài)。事實(shí)上,我們必須花費(fèi)大量金錢建造巨大粒子加速器去檢驗(yàn)這些高能定律,便是這些定律對(duì)現(xiàn)在宇宙的影響是多么微不足道的一個(gè)標(biāo)志。 即便我們知道了制約宇宙的有關(guān)定律,我們?nèi)匀徊荒芾盟鼈內(nèi)ヮA(yù)言遙遠(yuǎn)的未來(lái)。這是因?yàn)槲锢矸匠痰慕鈺?huì)呈現(xiàn)出一種稱作混沌的性質(zhì)。這表明方程可能是不穩(wěn)定的:在某一時(shí)刻對(duì)系統(tǒng)作非常微小的改變,系統(tǒng)的未來(lái)行為很快會(huì)變得完全不同。例如,如果你稍微改變一下你旋轉(zhuǎn)輪賭盤(pán)的方式,就會(huì)改變出來(lái)的數(shù)字。你在實(shí)際上不可能預(yù)言出來(lái)的數(shù)字,否則的話,物理學(xué)家就會(huì)在賭場(chǎng)發(fā)財(cái)。 在不穩(wěn)定或混沌的系統(tǒng)中,一般地存在一個(gè)時(shí)間尺度,初始狀態(tài)下的小改變?cè)谶@個(gè)時(shí)間尺度將增長(zhǎng)到兩倍。在地球大氣的情形下,這個(gè)時(shí)間尺度是五天的數(shù)量級(jí),大約為空氣繞地球吹一圈的時(shí)間。人們可以在五天之內(nèi)作相當(dāng)準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào),但是要做更長(zhǎng)遠(yuǎn)得多的天氣預(yù)報(bào),就既需要大氣現(xiàn)狀的準(zhǔn)確知識(shí),又需要一種不可逾越的復(fù)雜計(jì)算。我們除了給出季度平均值以外,沒(méi)有辦法對(duì)六個(gè)月以后作具體的天氣預(yù)報(bào)。 我們還知道制約化學(xué)和生物的基本定律,這樣在原則上,我們應(yīng)能確定大腦如何工作。但是制約大腦的方程幾乎肯定具有混沌行為,初始態(tài)的非常小的改變會(huì)導(dǎo)致非常不同的結(jié)果。這樣,盡管我們知道制約人類行為的方程,但在實(shí)際上我們不能預(yù)言它??茖W(xué)不能預(yù)言人類社會(huì)的未來(lái)或者甚至它有沒(méi)有未來(lái)。其危險(xiǎn)在于,我們毀壞或消滅環(huán)境的能力的增長(zhǎng)比利用這種能力的智慧的增長(zhǎng)快得太多了。 宇宙的其他地方對(duì)于地球上發(fā)生的任何事物根本不在乎。繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的行星的運(yùn)動(dòng)似乎最終會(huì)變成混沌,盡管其時(shí)間尺度很長(zhǎng)。這表明隨著時(shí)間流逝,任何預(yù)言的誤差將越來(lái)越大。在一段時(shí)間之后,就不可能預(yù)言運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)。我們能相當(dāng)?shù)乜隙?,地球在相?dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)和金星相撞。但是我們不能肯定,在軌道上的微小擾動(dòng)會(huì)不會(huì)積累起來(lái),引起在十幾億年后發(fā)生這種碰撞。太陽(yáng)和其他恒星繞著銀河系的運(yùn)動(dòng),以及銀河系繞著其局部星系團(tuán)的運(yùn)動(dòng)也是混沌的。我們觀測(cè)到,其他星系正離開(kāi)我們運(yùn)動(dòng)而去,而且它們離開(kāi)我們?cè)竭h(yuǎn),就離開(kāi)得越快。這意味著我們周圍的宇宙正在膨脹:不同星系間的距離隨時(shí)間而增加。 我們觀察到的從外空間來(lái)的微波輻射〔微波輻射〕指宇宙微波背景輻射,即來(lái)自宇宙空間背景上的各個(gè)方向同性的微波輻射,是宇宙之初“大爆炸”的余熱,溫度比開(kāi)氏絕對(duì)零度高2.7度,習(xí)慣上稱為3K輻射。1965年美國(guó)科學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜因共同發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射而獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。背景給出這種膨脹是平滑而非混沌的證據(jù)。你只要把你的電視調(diào)到一個(gè)空的頻道就能實(shí)際觀測(cè)到這個(gè)輻射。你在屏幕上看到的斑點(diǎn)的小部分是由太陽(yáng)系外的微波引起的。這就是從微波爐得到的同類的輻射,但是要更微弱得多。它只能把食物加熱到絕對(duì)溫度〔絕對(duì)溫度〕即開(kāi)氏溫度,1848年由英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文(1824—1907)提出,1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)規(guī)定熱力學(xué)溫度以開(kāi)爾文為單位。開(kāi)氏的零度稱為“絕對(duì)零度”,等于零下攝氏273.15度。③〔哥白尼(1473—1543)〕波蘭天文學(xué)家,太陽(yáng)中心說(shuō)的創(chuàng)立者,近代天文學(xué)的奠基人。的2.7度,所以不能用來(lái)溫?zé)崮愕耐赓u皮薩〔皮薩〕一種意大利式的餡餅。。人們認(rèn)為這種輻射是熱的早期宇宙的殘余。但是它最使人印象深刻的是,從任何方向來(lái)的輻射量幾乎完全相同。宇宙背景探索者衛(wèi)星已經(jīng)非常精確地測(cè)量了這種輻射。從這些觀測(cè)繪出的天空?qǐng)D可以顯示輻射的不同溫度。在不同方向上這些溫度不同,但是差別非常微小,只有十萬(wàn)分之一。因?yàn)橛钪娌皇峭耆饣?,存在諸如恒星、星系和星系團(tuán)的局部無(wú)規(guī)性,所以從不同方向來(lái)的微波必須有些不同。但是,要和我們觀測(cè)到的局部無(wú)規(guī)性相協(xié)調(diào),微波背景的變化不可能再小了。微波背景在所有方向上能夠相等到100000分之99999。 上古時(shí)代,人們以為地球是宇宙的中心。在任何方向上背景都一樣的事實(shí),對(duì)于他們而言毫不足怪。然而,從哥白尼③時(shí)代開(kāi)始,我們就被降級(jí)為繞著一顆非常平凡的恒星公轉(zhuǎn)的一顆行星,而該恒星又是繞著我們看得見(jiàn)的不過(guò)是一千億個(gè)星系中的一個(gè)典型星系的外邊緣公轉(zhuǎn)。我們現(xiàn)在是如此之謙和,我們不能聲稱任何在宇宙中的特殊地位。所以我們必須假定,在圍繞任何其他星系的任何方向的背景也是相同的。這只有在如果宇宙的平均密度以及膨脹率處處相同時(shí)才有可能。平均密度或膨脹率的大區(qū)域的任何變化都會(huì)使微波背景在不同方向上不同。這表明,宇宙的行為在非常大尺度下是簡(jiǎn)單的,而不是混沌的。因此我們可以預(yù)言宇宙遙遠(yuǎn)的未來(lái)。 因?yàn)橛钪娴呐蛎浭侨绱酥鶆?,所以人們可按照一個(gè)單獨(dú)的數(shù),即兩個(gè)星系間的距離來(lái)描述它。現(xiàn)在這個(gè)距離在增大,但是人們預(yù)料不同星系之間的引力吸引正在降低這個(gè)膨脹率。如果宇宙的密度大于某個(gè)臨界值,引力吸引將最終使膨脹停止并使宇宙開(kāi)始重新收縮。宇宙就會(huì)坍縮到一個(gè)大擠壓。這和起始宇宙的大爆炸相當(dāng)相似。大擠壓是被稱作奇性的一個(gè)東西,是具有無(wú)限密度的狀態(tài),物理定律在這種狀態(tài)下失效。這就表明即便在大擠壓之后存在事件,它們要發(fā)生什么也是不能預(yù)言的。但是若在事件之間不存在因果的連接,就沒(méi)有合理的方法說(shuō)一個(gè)事件發(fā)生于另一個(gè)事件之后。也許人們可以說(shuō),我們的宇宙在大擠壓處終結(jié),而任何發(fā)生在“之后”的事件都是另一個(gè)相分離的宇宙的部分。這有一點(diǎn)像是再投胎。如果有人聲稱一個(gè)新生的嬰兒是和某一死者等同,如果該嬰兒沒(méi)從他的以前的生命遺傳到任何特征或記憶,這種聲稱有什么意義呢?人們可以同樣地講,它是完全不同的個(gè)體。 如果宇宙的密度小于該臨界值,它將不會(huì)坍縮,而會(huì)繼續(xù)永遠(yuǎn)膨脹下去。其密度在一段時(shí)間后會(huì)變得如此之低,引力吸引對(duì)于減緩膨脹沒(méi)有任何顯著的效應(yīng)。星系們會(huì)繼續(xù)以恒常速度相互離開(kāi)。 這樣,對(duì)于宇宙的未來(lái)其關(guān)鍵問(wèn)題在于:平均密度是多少?如果它比臨界值小,宇宙就將永遠(yuǎn)膨脹。但是如果它比臨界值大,宇宙就會(huì)坍縮,而時(shí)間本身就會(huì)在大擠壓處終結(jié)。然而,我比其他的末日預(yù)言者更占便宜。即便宇宙將要坍縮,我可以滿懷信心地預(yù)言,它至少在一百億年內(nèi)不會(huì)停止膨脹。我預(yù)料那時(shí)自己不會(huì)留在世上被證明是錯(cuò)的。 我們可以從觀測(cè)來(lái)估計(jì)宇宙的平均密度。如果我們計(jì)算能看得見(jiàn)的恒星并把它們的質(zhì)量相加,我們得到的,不到臨界值的百分之一左右。即使我們加上在宇宙中觀測(cè)到的氣體云的質(zhì)量,它仍然只把總數(shù)加到臨界值的百分之一。然而,我們知道,宇宙還應(yīng)該包含所謂的暗物質(zhì),即是我們不能直接觀測(cè)到的東西。暗物質(zhì)的一個(gè)證據(jù)來(lái)自于螺旋星系。存在恒星和氣體的巨大的餅狀聚合體。我們觀測(cè)到它們圍繞著自己的中心旋轉(zhuǎn)。但是如果它們只包含我們觀測(cè)到的恒星和氣體,則旋轉(zhuǎn)速率就高到足以把它們甩開(kāi)。必須存在某種看不見(jiàn)的物質(zhì)形式,其引力吸引足以把這些旋轉(zhuǎn)的星系牢牢抓住。 暗物質(zhì)的另一個(gè)證據(jù)來(lái)自于星系團(tuán)。我們觀測(cè)到星系在整個(gè)空間中分布得不均勻,它們成團(tuán)地集中在一起,其范圍從幾個(gè)星系直至幾百個(gè)星系。假定這些星系互相吸引成一組從而形成這些星系團(tuán)。然而,我們可以測(cè)量這些星系團(tuán)中的個(gè)別星系的運(yùn)動(dòng)速度。我們發(fā)現(xiàn)其速度是如此之高,要不是引力吸引把星系抓到一起,這些星系團(tuán)就會(huì)飛散開(kāi)去。所需要的質(zhì)量比所有星系總質(zhì)量都要大很多。這是在這種情形下估算的,即我們認(rèn)為星系已具有在它們旋轉(zhuǎn)時(shí)把自己抓在一起的所需的質(zhì)量。所以,在星系團(tuán)中我們觀測(cè)到的星系以外必須存在額外的暗物質(zhì)。 人們可以對(duì)我們具有確定證據(jù)的那些星系和星系團(tuán)中的暗物質(zhì)的量作一個(gè)相當(dāng)可靠的估算。但是這個(gè)估算值仍然只達(dá)到要使宇宙重新坍縮的臨界質(zhì)量的百分之十左右。這樣,如果我們僅僅依據(jù)觀測(cè)證據(jù),則可預(yù)言宇宙會(huì)繼續(xù)無(wú)限地膨脹下去。再過(guò)五十億年左右,太陽(yáng)將耗盡它的核燃料。它會(huì)腫脹成一顆所謂的紅巨星〔紅巨星〕光譜呈橙色、紅色的巨星稱為紅巨星。其形成是因?yàn)樵诤阈茄莼^(guò)程中,由于內(nèi)部核燃料的耗盡,熱核反應(yīng)的速率減弱,打破了引力與輻射壓之間的平衡,恒星的外殼開(kāi)始燃燒膨脹。,直到它把地球和其他更鄰近的行星都吞沒(méi)。它最后會(huì)穩(wěn)定成一顆只有幾千英里尺度的白矮星白矮星〕一類低光度、高溫度、高密度的簡(jiǎn)并態(tài)恒星,是恒星演化的一種歸宿。當(dāng)恒星經(jīng)過(guò)紅巨星階段損失大量質(zhì)量后,剩下的質(zhì)量若小于1.44個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量,這顆恒星就演化成白矮星。。我正在預(yù)言世界的結(jié)局,但這還不是。這個(gè)預(yù)言還不至于使股票市場(chǎng)過(guò)于沮喪。前面還有一兩個(gè)更緊迫的問(wèn)題。無(wú)論如何,假定在太陽(yáng)爆炸的時(shí)刻,我們還沒(méi)有把自己毀滅的話,我們應(yīng)該已經(jīng)掌握了恒星際旅行的技術(shù)。 在大約一百億年以后,宇宙中大多數(shù)恒星都已把燃料耗盡。大約具有太陽(yáng)質(zhì)量的恒星不是變成白矮星就是變成中子星〔中子星〕恒星在核能耗盡后,經(jīng)過(guò)引力坍縮,依靠簡(jiǎn)并中子的壓力與引力平衡形成的星體。,中子星比白矮星更小更緊致。具有更大質(zhì)量的恒星會(huì)變成黑洞〔黑洞〕一種特殊的天體,是時(shí)間—空間的一個(gè)區(qū)域。它的基本特征是有一個(gè)封閉的視界。由于引力強(qiáng)大,就連光也不能從中逃逸出來(lái),所以黑洞是看不見(jiàn)的。。黑洞還更小,并且具有強(qiáng)到使光線都不能逃逸的引力場(chǎng)。然而,這些殘留物仍然繼續(xù)繞著銀河系中心每一億年轉(zhuǎn)一圈。這些殘余物的相撞會(huì)使一些被拋到星系外面去。余下的會(huì)漸漸地在中心附近更近的軌道上穩(wěn)定下來(lái),并且最終會(huì)集中在一起,在星系的中心形成一顆巨大的黑洞。不管星系或星系團(tuán)中的暗物質(zhì)是什么,可以預(yù)料它們也會(huì)落進(jìn)這些非常巨大的黑洞中去。 因此可以假定,星系或星系團(tuán)中的大部分物體最后在黑洞里終結(jié)。然而,我在若干年以前發(fā)現(xiàn),黑洞并不像被描繪的那樣黑。量子力學(xué)的不確定性原理〔量子力學(xué)的不確定性原理〕即德國(guó)物理學(xué)家海森伯(1901—1976)提出的測(cè)不準(zhǔn)原理。它的量子力學(xué)意義是不能在同一個(gè)態(tài)中同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量出粒子的位置和速度。講,粒子不可能同時(shí)具有定義很好的位置和定義很好的速度。粒子位置定義得越精確,則其速度就只能定義得越不精確,反之亦然。如果在一顆黑洞中有一顆粒子,它的位置在黑洞中被很好地定義,這意味著它的速度不能被精確地定義。所以粒子的速度就有可能超過(guò)光速,這就使得它能從黑洞逃逸出來(lái),粒子和輻射就這么緩慢地從黑洞中泄漏出來(lái)。在一顆星系中心的巨大黑洞可有幾百萬(wàn)英里的尺度。這樣,在它之內(nèi)的粒子的位置就具有很大的不確定性。因此,粒子速度的不確定性就很小,這表明一顆粒子要花非常長(zhǎng)的時(shí)間才能逃離黑洞。但是它最終是要逃離的。在一個(gè)星系中心的巨大黑洞可能花10(九十次方)年的時(shí)間蒸發(fā)掉并完全消失,也就是“1”后面跟90個(gè)“0”。這比宇宙現(xiàn)在的年齡要長(zhǎng)得多,它是1010年,也就是“1”后面跟10個(gè)“0”。如果宇宙要永遠(yuǎn)膨脹下去的話,仍然有大量的時(shí)間可供黑洞蒸發(fā)。 永遠(yuǎn)膨脹下去的宇宙的未來(lái)相當(dāng)乏味。但是一點(diǎn)也不能肯定宇宙是否會(huì)永遠(yuǎn)膨脹。我們只有大約為使宇宙坍縮的需要密度十分之一的確定證據(jù)。然而,可能還有其他種類的暗物質(zhì),還未被我們探測(cè)到,它會(huì)使宇宙的平均密度達(dá)到或超過(guò)臨界值。這種附加的暗物質(zhì)必須位于星系或星系團(tuán)之外。否則的話,我們就應(yīng)覺(jué)察到了它對(duì)星系旋轉(zhuǎn)或星系團(tuán)中星系運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)。 為什么我們應(yīng)該認(rèn)為,也許存在足夠的暗物質(zhì),使宇宙最終坍縮呢?為什么我們不能只相信我們已有確定證據(jù)的物質(zhì)呢?其理由在于,哪怕宇宙現(xiàn)在只具有十分之一的臨界密度,都需要不可思議地仔細(xì)選取初始的密度和膨脹率。如果在大爆炸后一秒鐘宇宙的密度大了一萬(wàn)億分之一,宇宙就會(huì)在十年后坍縮。另一方面,如果那時(shí)宇宙的密度小了同一個(gè)量,宇宙在大約十年后就變成基本上空無(wú)一物。 宇宙的初始密度為什么被這么仔細(xì)地選取呢?也許存在某種原因,使得宇宙必須剛好具有臨界密度??磥?lái)可能存在兩種解釋。一種是所謂的人擇原理,它可被重述如下:宇宙之所以是這種樣子,是因?yàn)榉駝t的話,我們就不會(huì)在這里觀測(cè)它。其思想是,可能存在許多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近臨界密度的能存活得足夠久并包含足夠形成恒星和行星的物質(zhì)。只有在那些宇宙中才有智慧生物去詰問(wèn)這樣的問(wèn)題:密度為什么這么接近于臨界密度?如果這就是宇宙現(xiàn)在密度的解釋,則沒(méi)有理由去相信宇宙包含有比我們已探測(cè)到的更多物質(zhì)。十分之一的臨界密度對(duì)于星系和恒星的形成已經(jīng)足夠。 然而,許多人不喜歡人擇原理,因?yàn)樗坪跆兄赜谖覀冏陨淼拇嬖凇_@樣就有人對(duì)為何密度應(yīng)這么接近于臨界值尋求另外可能的解釋。這種探索導(dǎo)致極早期宇宙的暴漲理論。其思想是宇宙的尺度曾經(jīng)不斷地加倍過(guò),正如在遭受極端通貨膨脹的國(guó)家每隔幾個(gè)月價(jià)格就加倍一樣。然而,宇宙的暴漲更迅猛更極端得多:在一個(gè)微小的暴漲中尺度的至少一千億億億倍的增加,會(huì)使宇宙這么接近于準(zhǔn)確的臨界密度,以至于現(xiàn)在仍然非常接近于臨界密度。這樣,如果暴漲理論是正確的,宇宙就應(yīng)包含足夠的暗物質(zhì),使得密度達(dá)到臨界值。這意味著,宇宙最終可能會(huì)坍縮,但是這個(gè)時(shí)間不會(huì)比迄今已經(jīng)膨脹過(guò)的一百五十億年左右長(zhǎng)太多。 現(xiàn)在小結(jié)如下:科學(xué)家相信宇宙受定義很好的定律制約,這些定律在原則上允許人們?nèi)ヮA(yù)言將來(lái)。但是定律給出的運(yùn)動(dòng)通常是混沌的。這意味著初始狀態(tài)的微小變化會(huì)導(dǎo)致后續(xù)行為的快速增大的改變。這樣,人們?cè)趯?shí)際上經(jīng)常只能對(duì)未來(lái)相當(dāng)短的時(shí)間作準(zhǔn)確的預(yù)言。然而,宇宙大尺度的行為似乎是簡(jiǎn)單的,而不是混沌的。所以,人們可以預(yù)言,宇宙將永遠(yuǎn)膨脹下去呢,還是最終將會(huì)坍縮。這要按照宇宙的現(xiàn)有密度而定。事實(shí)上,現(xiàn)在密度似乎非常接近于把坍縮和無(wú)限膨脹區(qū)分開(kāi)來(lái)的臨界密度。如果暴漲理論是正確的,則宇宙實(shí)際上是處在刀鋒上。所以我正是繼承那些巫師或預(yù)言者的良好傳統(tǒng),兩方下賭注,以保萬(wàn)無(wú)一失。宇宙局部運(yùn)動(dòng)的混沌狀態(tài),不妨礙對(duì)它的宏觀預(yù)測(cè)。但宇宙的未來(lái)是膨脹還是坍縮,尚難定論。 教學(xué)準(zhǔn)備教學(xué)目標(biāo) 1、理清文章思路,概括內(nèi)容要點(diǎn),理解文中重要信息的內(nèi)涵。 教學(xué)重難點(diǎn) 1、學(xué)習(xí)、欣賞本文嚴(yán)密的語(yǔ)言和生動(dòng)的比喻,能夠加以靈活運(yùn)用。 教學(xué)過(guò)程一、導(dǎo)入新課。 投影幻燈1: 尸佼《尸子》:上下四方曰宇,往古來(lái)今曰宙。 屈原《天問(wèn)》:遂古之初,誰(shuí)傳道之?上下未行,何由考之?……九天之際,安放安屬?隅隈多有,誰(shuí)知其數(shù)? 帕斯卡爾:人是一根能思想的葦草。 板書(shū)課題:宇宙的未來(lái) 學(xué)生簡(jiǎn)介霍金,老師適當(dāng)補(bǔ)充、強(qiáng)調(diào):人類自古而今對(duì)宇宙的不斷追問(wèn)與求索。 問(wèn)題1:如果選擇注釋①霍金簡(jiǎn)介中的兩個(gè)詞或短語(yǔ)來(lái)描述你所知道的霍金你會(huì)選擇哪兩個(gè)? 投影幻燈2: 當(dāng)代的愛(ài)因斯坦 身殘志堅(jiān) 要點(diǎn):霍金輝煌的科學(xué)成就與堅(jiān)強(qiáng)的意志品質(zhì)。 設(shè)計(jì)意圖:激趣,培養(yǎng)準(zhǔn)確整合信息能力。 二、自主學(xué)習(xí)。學(xué)生速讀課文,解決下列問(wèn)題。 1、 投影幻燈3: 根據(jù)課文有關(guān)內(nèi)容將下列空缺處補(bǔ)充完整。 本文是霍金1991年1月在劍橋大學(xué)的一次講演錄。這篇演講從 和 的預(yù)言說(shuō)起,然后過(guò)渡到自己對(duì) 的科學(xué)預(yù)言,結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),重點(diǎn)突出。作者預(yù)測(cè)宇宙或?qū)?nbsp; ,或?qū)?nbsp; ,這取決于 ,而現(xiàn)在 ,所以兩種結(jié)果都可能發(fā)生。 2、投影幻燈4: 思考: (1)作者認(rèn)為“科學(xué)預(yù)言也許并不比那些巫師或預(yù)言家更可靠些”,又說(shuō)“我們 認(rèn)為可以做可靠的預(yù)言”,兩者是否矛盾?為什么? ?。?)作者最后說(shuō)“兩方下賭注,以確保萬(wàn)無(wú)一失”,這和巫師、宗教預(yù)言有何 不同? 學(xué)生獨(dú)立思考,然后與同學(xué)交流,不同理解可以討論。老師點(diǎn)撥思路、方法,對(duì)“微波背景”“平均密度”“暗物質(zhì)”“黑洞”“人擇原理”等重要信息可以發(fā)動(dòng)學(xué)生明確或給以提示,幫助理解,對(duì)于學(xué)生提出的疑難問(wèn)題要妥善處理。 投影幻燈5: 微波背景(相同)→平均密度(相同) →(可以預(yù)言) 暗物質(zhì)(引力) → (?。蛎洠ù螅┨s 設(shè)計(jì)意圖:理清思路,突出重點(diǎn),培養(yǎng)獨(dú)立思考精神。 三、合作探究。 投影幻燈6: 說(shuō)說(shuō)加點(diǎn)詞語(yǔ)的作用,體會(huì)作者嚴(yán)密的語(yǔ)言,探究怎樣使語(yǔ)言表達(dá)更加嚴(yán)密。 1、 它會(huì)是一部對(duì)未來(lái)預(yù)言的歷史,幾乎所有這些預(yù)言都是大錯(cuò)特錯(cuò)的。 2、 那些定律在理解宇宙如何起始方面很重要,但是它不影響宇宙的未來(lái)演化,除非直到宇宙坍縮成一種高密度的狀態(tài)。 學(xué)生先獨(dú)立思考,然后小組內(nèi)交流,探究怎樣可以使語(yǔ)言表達(dá)更加嚴(yán)密。老師指導(dǎo),明確方法:加個(gè)限制或加個(gè)條件等。 板書(shū):嚴(yán)密 投影幻燈7: 試給下列詞語(yǔ)加上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容,使表達(dá)更加嚴(yán)密。 1、 一個(gè)好教練就是一支好球隊(duì)。 2、 沒(méi)有打不好的比賽,只有不合格的教練。 3、 進(jìn)攻是最好的防守。 設(shè)計(jì)意圖:體會(huì)科學(xué)語(yǔ)言的嚴(yán)密性,提高語(yǔ)言表達(dá)能力。 投影幻燈8: 賞析下列語(yǔ)句,說(shuō)說(shuō)在表現(xiàn)手法上有何的相同點(diǎn),探究其在表達(dá)上的作用。 1、 如果你稍微改變一下你旋轉(zhuǎn)輪賭盤(pán)的方式,就會(huì)改變出來(lái)的數(shù)字。你在實(shí)際上不可能預(yù)言出來(lái)的數(shù)字,否則的話,物理學(xué)家就會(huì)在賭場(chǎng)發(fā)財(cái)。 2、 對(duì)我們而言,時(shí)空是顯得四維的,而在M理論是十維或者十一維的,這是怎么回事呢?為什么我們不能觀察到另外的六或七維呢?這個(gè)問(wèn)題的傳統(tǒng)的,也是迄今仍被普遍接受的答案是,額外維全部被卷曲到一個(gè)小尺度的空間中,余下四維幾乎是平坦的。它就像人的一根頭發(fā),如果你從遠(yuǎn)處看它,它就顯得像是一維的線。但是如果你在放大鏡下看它,你就看到了它的粗細(xì),頭發(fā)的的確確是三維的。在時(shí)空的情形下,足夠高倍數(shù)的放大鏡應(yīng)能揭示出彎卷的額外維數(shù),如果它存在的話。 (霍金《膜的新奇世界》) 學(xué)生思考討論上述語(yǔ)句的含義,探究比喻的重要作用。老師點(diǎn)撥,明確,適當(dāng)參與討論,指導(dǎo)學(xué)生了解并體會(huì)霍金科學(xué)語(yǔ)言的形象性特點(diǎn)。鼓勵(lì)學(xué)生在文中找出其他的例子加以賞析。板書(shū):生動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖:體會(huì)生動(dòng)形象的語(yǔ)言在科普作品中的重要作用,激發(fā)閱讀霍金、走近霍金的興趣。 四、課堂小結(jié)。 投影幻燈9: 1、 已知的事物是有限的,未知的事物是無(wú)窮的;我站立在茫茫無(wú)邊神秘莫測(cè)的汪洋中的一個(gè)小島上,繼續(xù)開(kāi)拓是我們每一個(gè)人的職責(zé)。(英·赫胥黎) 2、 2061年,76年公轉(zhuǎn)一圈的哈雷彗星再次如約回歸,它看到的人類社會(huì)將是一個(gè)更加崇尚科學(xué)的世界。(美·《為全體美國(guó)人的科學(xué):達(dá)到科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)脫盲的2061計(jì)劃報(bào)告書(shū)》) 學(xué)生交流學(xué)習(xí)本課的感受。老師適當(dāng)補(bǔ)充:科學(xué)的傳承與創(chuàng)新。若時(shí)間緊可以略。 投影幻燈10: 1、 道生一,一生二,二生三,三生萬(wàn)物。 ?。ɡ献印兜赖陆?jīng)》第42章) 2、有物混成,先天地生。寂兮寥兮,獨(dú)立不改,周行而不殆,可以為天下母。吾不知其名,字之曰道,強(qiáng)為之名曰大。大曰逝,逝曰遠(yuǎn),遠(yuǎn)曰反。 ?。ɡ献印兜赖陆?jīng)》第25章) 要點(diǎn):人類若要真正了解宇宙,除了靠自然科學(xué)的發(fā)展,還應(yīng)從2500年前中國(guó)的老子那里尋找智慧。 設(shè)計(jì)意圖:培養(yǎng)科學(xué)精神,使本課教學(xué)主旨得以升華。
課后習(xí)題見(jiàn)課后“研討與練習(xí)”三。 聲明:以上內(nèi)容來(lái)自網(wǎng)絡(luò),若有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系我們,立即刪除!所有的觀點(diǎn)由網(wǎng)友個(gè)人想法,不代表本公司也持此立場(chǎng),感謝大家支持!重慶YMU教育_小學(xué)初中高中教育課后輔導(dǎo) 重慶YMU教育_執(zhí)業(yè)醫(yī)師護(hù)士藥師資格考試考前輔導(dǎo) YMU教育(www.kawsbarofficials.com),全國(guó)熱線電話:023-89119533;提供醫(yī)學(xué)繼續(xù)教育學(xué)分卡、中小學(xué)課后輔導(dǎo)服務(wù)、執(zhí)業(yè)醫(yī)師護(hù)士藥師資格考試考前輔導(dǎo)等咨詢服務(wù);
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