7.2一名物理学家的教育历程 课件

(共22张PPT)
一名物理学家的教育历程
了解作者
主要著作有《超越爱因斯坦》（与特雷纳合著）《量子场论》《超弦导论》。
加来道雄，美籍日裔物理学家，毕业于美国哈佛大学，获加利福尼亚大学伯克利分校哲学博士学位，后任纽约市立大学城市学院理论物理学教授，科普作家，超弦理论的专家。他秉持着爱因斯坦的精神：探寻“所有事物的原理”。
了解背景
宇宙科学在当今越来越引起世人的关注。从古希腊到20世纪出现了许多关于世界构成的理论。20世纪伟大的物理学家爱因斯坦提出的相对论，把人类探索世界奥秘的步伐向前推进了一大步，他把现实世界的三维扩展到宇宙空间的四维是一个了不起的伟大成就。但是它却不能解释所有的现象。
当今世界探索宇宙本源的活动逐渐分成两个方向：一是向宏观世界探求宇宙的秘密，一是向微观世界追寻世界的本源。目前，多维空间的研究有了突破性进展，其中超弦理论为人类理解宇宙提供了一条很好的途径，也吸引着许多世界一流的学者。本文的作者就是这样一位理论物理学家。
本文关联
统一场论
物理学知识，将我们的宇宙结合起来的力有四种：引力、电磁力、强核力和弱核力。物理学家运用量子力学，已经把后三种力统一起来（美籍华裔物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出杨——米尔斯场理论，解决了这一问题，被称为“标准模型”。但是这一理论因为计算繁复无比而让人头疼），但是引力仍然游离在外。爱因斯坦毕终生之力想寻求四种力的统一，建立一个大一统的理论，最终也没有实现。
高维空间
物理学认为，统一四种力的前景，在于高维空间（如十维或更高）理论的确立。比如对于古人来讲，风暴是怎样产生的，风暴会袭击什么地方，什么时候袭来，什么时候结束，他们是一无所知的，因为他们生活在平坦的大地上，只能靠肉眼从近似于二维平面的角度来观察，即使有简单的预报，也都是靠经验来推测的。
首段作用
总领全文
以极简的语言点明了童年的两件趣事对自己成为一名理论物理学家的重要意 义。
照应文题
点明出两件事情所具有的深刻的教育意义和对自己成为物理学家产生了举足轻重的重大影响。
作者为什么选择鲤鱼世界和爱因斯坦这两件事情？
让读者看到作者从小开始的成长历程，让读者明白了一个物理科学家成长过程中最重要的“成长要素”，呼应标题中的“教育”二字；
在作者最终构建的理论中，这两个故事有着内在的关联。“作为一个孩子，我却不能理解，畅游在茶园池中的鲤鱼和爱因斯坦桌上未完成的论文可能存在着某种联系。”“对于用更高的维数可能是解决统一场论的关键这一点我不理解。”
“我”对鲤鱼的世界有怎样的想象？
鲤鱼一生都生活在自己相信的水池中，人类世界的本质超出了它们的理解能力；
假设存在“鲤鱼科学家”，它像人类科学家一样，对自己的世界进行思考和定义；
想象“科学家”被抓离自己的世界进入“另一个维度”（对鲤鱼来讲）的世界后的场景。
“我”不能了解鲤鱼的世界，不知它们的世界是不是存在同我们一样的规则。鲤鱼们也不能了解“我”的世界。它们大部分时间在水中漫游，它们相信它们的“宇宙”就由阴暗的池水和睡莲构成，虽然它们模糊地意识到在水面上存在有另一个外部世界，但这个外部世界的本质超过了它们的理解能力。所以“我”说“我们之间却如距深渊”。
为什么说“我们之间却如距深渊”
第六、七段对鲤鱼的遐想有什么作用？
作者运用拟人化的手法，以“鲤鱼”的眼光来审视鲤鱼世界，写出鲤鱼们对看不见的世界持否定态度。作者展开丰富的想象，向我们展现了鲤鱼世界的“奇妙无比”。池中之鱼如同古代寓言中的井底之蛙。这种写法使我们由鱼想到人类，可以悟出科学探索对人类认识世界的重大意义。“聪明”一词褒词贬用，人类有时也会如此“无知”。
这些认识说明了“自以为是”的人类和鲤鱼“科学家”有相似之处
人类的“一生就在我们自己的‘池子’里度过”，只要有“超出了我们的理解力”的自然存在，我们就“拒绝承认”。
“科学家发明像力这样一些概念”，是因为他们只愿意承认“那些看得见摸得着的事物”，不肯改变思考问题的方式。
“不能在实验室里便利地验证”的理论，他们就加以“鄙视”，表现出他们思想上的保守和固执。
文本第13段“这种记忆到现在仍然温暖如春”，“这种记忆”指什么？为什么会“温暖如春”？
“这种记忆”指“我花了好多时间静静阅读我能够找到的关于这个伟人和他的理论的每一本书”。
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说它“温暖如春”，是因为作者一开始便被爱因斯坦的故事迷住了，阅读他的书，是为了寻找答案，童年的作者对科学充满了强烈的好奇心和浓厚的兴趣，并享受到了求知带来的无穷乐趣。
02
作者说“我决定要对这 一问题刨根问底，纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。”在作者心中“理论物理学家”应该是怎样的人？
这句话表面上看起来是一种幽默：为了弄清自己想要弄清楚的爱因斯坦所关心的问题，作者“不得已”要做一名理论物理学家。实际上，作者强调的是要探索宇宙的本质，必须付出艰辛的劳动，而自己为了追求真理，再艰辛也要奋斗下去。所以，这句话表现了一位追求真理的科学家的执着精神和坚强意志。
作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义？
科学是建立在基础实验之上的，科学理论要经过实验的检验才能得到论证。实验不是简单的操作，要有理论指导，要有实验的设计，要有策划组织能力，要有耐力和恒心等等，实验考验的是实验者的综合能力。而我们当前存在的问题是，重视理论，轻视基础实验，表现为动手能力和实践能力差，思想上浮躁，急功近利。对教育而言，重知识，轻能力的现象很普遍。这些都是一名理论物理学家重视实验给我们现实生活的启迪
本文三个部分，并不是简单地叙述成长的故事，而是具有深刻的科学精神内涵，你可以从中看到哪些方面的“教育”对成为优秀科学家最为重要？
想象力：科学是需要想象力的，想象力能带来创造力。作者正是从对鲤鱼世界的想象中，认识到人类观察空间的局限性，间接感悟到多维空间存在的可能性。由感性的想象上升到理性的创造，体现了创新意识和探索精神。
乐趣：科学不应该是枯燥的，而应该是充满乐趣的。对真正的科学工作者来说，探寻自然的奥秘是和自然做的近似于捉迷藏的“游戏”，也是人生的“境界”。“游戏”使他们乐此不疲，充满激情，不受外界的诱惑和干扰；而“境界”使他们不顾功利，不畏强权，只求真理。
实验精神：丁肇中说过：“现代学术的基础就是实地的探察，就是我们现在所谓的实验。”“科学发展的历史告诉我们，新的知识只能通过实地实验而得到，不是由自我检讨或哲理的清谈就可求到的。”（《应有格物致知精神》）想象力和兴趣是成为科学家的最基础的因素，不去踏踏实实地做实验，就不能得到基本数据，假说就不能确立。一味地空想，不去做基础工作，就不可能到达真理的彼岸。作者研究的多维空间理论，虽然还停留在纸面上，但是科学家们已经在做许多基础的实验工作，努力使理论得到证明。即便是科学家霍金靠睿智的头脑创建的黑洞理论，也要有数学和天体物理学的实验作为基础，而不是空想出来的。
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教师总结
作者通过对自己童年两件趣事的回忆，用生动、简明的语言介绍了自己成为一名理论物理学家的历程：对鲤鱼世界的遐想和对爱因斯坦未竟事业的向往，启迪作者走上科学探索的道路。这启迪读者：要想在科学事业上获得成功，必须具备富有想象力和实验精神等基本素质。
下节课见！