课件51张PPT。“宇宙有开端吗?如果有的话,在此之前发生过什么?宇宙从何处来,又往何处去?”
──史蒂芬·霍金
“即便把我关在果壳里,仍然自以为无限空间之王!” ──《哈姆雷特》莎士比亚宇宙的未来史蒂芬·霍金轮椅上的传奇科学家 史蒂芬·霍金1942年1月8日出生于英国的牛津,这是一个特殊的日子,现代科学的奠基人伽利略正是逝世于300年前的同一天。
霍金在牛津大学毕业后即到剑桥大学读研究生,这时被诊断患了“卢伽雷病”,不久,就完全瘫痪了。1985年,霍金又因肺炎进行了穿气管手术,此后,他完全不能说话,依靠安装在轮椅上的一个小对话机和语言合成器与人进行交谈;看书必须依赖一种翻书页的机器,读文献时需要请人将每一页都摊在大桌子上,然后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读……
霍金正是在这种一般人难以置信的艰难中,成为世界公认的引力物理科学巨人。霍金在剑桥大学任牛顿曾担任过的卢卡逊数学讲座教授之职,他的黑洞蒸发理论和量子宇宙论不仅震动了自然科学界,并且对哲学和宗教也有深远影响。
从宇宙大爆炸的奇点到黑洞辐射机制,霍金对量子宇宙论的发展作出了杰出的贡献。他的目标是解决从牛顿以来一直困扰人类的“第一推力”问题。他的宇宙模型是一个封闭的无边界的有限的四维时空,宇宙的演化完全取决于物理定律。
霍金坚信,关于宇宙的起源和命运的基本思想可以不用数学来陈述,而且没有受过专业训练的人也能理解。他曾在通俗演讲里,生动地向听众解释“利用光速,从‘黑洞’进去”。
从“‘白洞’到宇宙另一区域去作时空旅行”的设计,是有趣的科学幻想,而现实却是难以做到的简明道理。经过数年的辛勤写作和修改,于1988年4月正式出版宇宙论科普著作《时间简史》。书中引导读者遨游外层空间奇异领域,对遥远星系、黑洞、夸克、大统一理论、“带味”粒子和“自旋”的粒子、反物质、“时间箭头”等进行探索。《时间简史》,已用33种文字发行了550万册,如今在西方,自称受过教育的人若没有读过这本书,会被人看不起。
医生曾诊断身患绝症的霍金只能活两年,他之所以能支持到今天并取得卓越成就,最主要的是他具有强烈的使命感和极其坚强的意志。霍金的一生,是人类意志力的记录,是科学精神创造的奇迹。 导入 我们肉眼能看见的恒星约3000颗左右。所有星都和太阳一样由稀薄的星际物质凝聚而成,是天空的核电站。恒星的质量主宰着恒星一生的命远,恒星的诞生、演化直到消亡的全过程,就是质量持续转化为能量的过程。所以,星系是非常神秘的,直今为止,还有许许多多的秘密还不为人知。它们,正等待着人们去探索。 斯蒂芬·霍金是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家,1942年出生于英国牛津,先后就读于牛津大学和剑桥大学,学习数学、物理学和宇宙学。1963年,霍金经诊断得了肌萎缩性侧索硬化症。这种病会引起肌肉萎缩,导致瘫痪;说话会越来越困难,直至完全丧失语言能力;患者通常因并发肺炎或窒息而死亡。不过,患者的思维能力包括记忆能力不受影响。医生告诉霍金他最多只能活两年。在经历了一段短暂的失望和沮丧后,霍金又开始了他的宇宙学研究。霍金后来在相对论、“大爆炸”和黑洞等领域取得了突出的研究成果。霍金1988年出版的宇宙学著作《时间简史:从大爆炸到黑洞》,是一部里程碑式的畅销书。霍金被确诊患病已30多年,但他仍孜孜于宇宙起源的理论研究,仍在为大统一理论而耕耘不已。霍金现任剑桥大学卢卡斯数学教授,这也是牛顿爵士曾担任过的职位。作者简介他的成功,当然离不开他的天才,但那种不向厄运低头的精神,是没有人不敬佩的.由此可见,人的精神力量是难以想象的。宇宙的形状 广义相对论认为宇宙可以向三个方向中的任意一方向
弯曲,这取决于物质的密度。简言之,宇宙可能是扁平
的,也可能向内弯曲而两边相碰,或者向外弯曲成马鞍
状。无论是哪一种弯曲,其根源都在于力的作用。牛顿
向人们揭示了万有引力,这种力使星体之间以及星系之
间都相互吸引,所以,宇宙自150亿年前大爆炸以来,虽
然一直在膨胀,但引力会让膨胀的脚步慢慢下来。然
而,通过哈勃太空望远镜拍摄的一颗遥远的恒星正在爆
发的照片,却首次让科学家们获得了证明整个宇宙曾经
存在,并且依然存在神秘的“负引力”的直接证据.宇宙的未来之说一 探索宇宙奥秘的道路有很多条。小宇宙之外还有多
宇宙。这方面有量子力学多宇宙体系、广义相对论多宇
宙体系和涡轮增压多宇宙体系等。根据量子力学对多宇
宙的诠释,宇宙的多产性已达到令人难以置信的程度。
因为宇宙中每一个粒子在每一瞬间都会产生许多新的宇
宙,每个新宇宙在下个瞬间又会再次分裂。许多物理学
家据此认为正在平行发展的宇宙远远超大型出我们的计
算能力。宇宙的未来之说二 还有一些学者认为早就存在一个原宇宙,在宇宙刚
诞生时,原宇宙的强大能量度声也许对宇宙的扩张产生
了涡轮增压作用。这种压力作用迫使宇宙急速爆裂中冒
出来的不断膨胀的泡泡。同我们的宇宙一样,其他类似
泡泡的宇宙也可以很容易地形成。这里讲多宇宙的存
在,目的是要指出在宇宙之外不是绝对真空,它是处
于广阔步无限的能量声中。教学目标
1.读懂本演讲录的内容。
2.学习本文生动、幽默的演讲风格。
3.感受科学精神,增进科学素养。 重难点
1.提炼本文的要点,增强概括能力。
2.探究本文的内涵,增强分析能力。目标、重难点 本文是史蒂芬·霍金1991年1月在剑桥大学的一次演讲录。这篇演讲,从古代巫师的预言,谈到近代宗教的预言,然后过渡到自己对宇宙未来的预言,结构严谨,重点突出。作者运用天体物理学理论,对宇宙未来作出了两种预测,一是继续膨胀下去;二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是收缩,取决于宇宙的平均密度。“如果它比临界值小,宇宙就将永远膨胀。但是如果它比临界值大,宇宙就会坍缩,而时间就会在大挤压处终结。”可“现在密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度”,所以两种结果都有可能。讲演稿 讲演稿也叫演说词,是在较隆重的集会和会议上发表的讲话文稿。可以用来交流思想,感情,表达主张见解,具有宣传,鼓动和教育作用。
一般正文的写作有如下步骤:
1 开头语。开头语的任务是吸引观众,引出下文。有六种形式:(1)由背景和问候、感谢语开始;(2)概括讲演内容或揭示中心论点;(3)从讲演题目谈起;(4)从讲演缘由引起;(5)从另一事件引入正题;(6)用发人深思的问题开头。
2 主体。主体即中心内容。一般有三种类型:(1)记叙性讲演稿。(2)议论性讲演稿。(3)抒情性讲演稿。
3 结语。是讲演能否走向成功的关键,常用总结全文,加深印象;提出希望,给人鼓舞;照应题目,完整文意等方法在激动人心的结语中结束全文。 本文重点是谈作者对宇宙的未来作出的科学预言,阅读时要准确地筛选出这些预言的观点和支撑这些观点的材料。同时,还应该体会这篇讲演在语言上的幽默特点。
本文重点在中文里,“宇”是“上下四方”的意思,表示空间;“宙 ”是“古往今来”的意思,表示时间。宇宙的历史,就是空间在时间上发展的过程,斯蒂芬·霍金以时间为序,研究我们所处的这个宇 宙诞生、发展,以及它将来可能的状况,因此,他把自己的书称作《时间简史》,实际上就是《宇 宙简史》。? 阅读文章·赏析归纳(1——6)先表明预言宇宙的信心1.这部分先说明什么?2.这篇讲演的主题是预言宇宙的未来,为什么开篇(1——5)先罗列了一些巫师们预言屡屡失败的尴尬的事件?通过对比说明巫师们的预言缺乏科学根据,只是一些模棱两可的判断,而真正的技巧在于解释。这与科学家的预言有很大的区别。2.作者认为,科学家预言宇宙的未来,必须摆脱哪些思想局限?分析阻碍预言的东西1. 这部分说明什么情况?(7-11)思想局限有四个方面1我们只了解正常情况下物体的科学定律,不知道制约在极端条件下的精确定律,故不能预言宇宙的未来。(7——8)2我们受到时间尺度的制约,故不能预言宇宙的未来。(9)43我们毁坏和消灭环境能力的增长比利用这种能力的智慧的增长快得多,故不能预言宇宙的未来。(10)我们不能肯定星球在轨道上的微小扰动长期积累会产生怎样的变化,故不能预言宇宙的未来。(11)作者认为科学家可以预言宇宙的未来的根据是什么?指出可预言的科学依据(12-13)1.这部分是写什么的?1.我们观察到的从外空间各个方向来的微波幅射背景的温度极其接近,这表明宇宙的膨胀是平滑而非混沌的。(12)2.我们根据地球在太阳系中的地位以及其所属的星系中的地位,推断出任何其他星系的任何背景亦相同,故可确定在大尺度下宇宙的行为是简单的,可以预言。(13)2.作者是如何描绘宇宙未来的样子的呢?(14-21)描绘宇宙未来具体景象1.这一部分如何概括?大爆炸形成宇宙的膨胀。如果宇宙的密度大于某个临界值,吸引力将最终使膨胀停止并使宇宙开始重新收缩,最终宇宙就会坍缩到一个具有无限密度的奇性的大挤压,时间本身就会在大挤压处终结。大挤压之后的存在是不能预言的。在大约100亿年以后,宇宙中大多数恒星都已把燃料耗尽,似太阳质量的恒星,不是变成白矮星就是变成中子星,具有更大质量的恒星会变成黑洞。这些宇宙残留物继续绕着银河系中心每100亿年转一圈,它们互相碰撞,使一些被抛到星系外面去,余下的会渐渐在中心附近稳定下来,最终汇聚在一起,形成一个巨大的黑洞。最后这个黑洞可能在10的90次方年的时间蒸发掉(20——21)。在对宇宙的未来的预言中,存在哪些不确定的因素?(22-25)影响预言的不确定因素1. 这部分说明什么情况?有两个一是可能存在当前我们未知的暗物质,它们会影响大爆炸后一秒钟内宇宙的初始密度,从而影响对宇宙最终坍缩时间的确定(22、23)
二是对宇宙的初始密度的确定有着不同的认识:一是按照人择原理去确定,一是按照暴涨理论去确定。二者有较大差距(24——25)
(26)1.最后一部分做什么?对全文进行小结2.总结的要点是什么?人们可以预言未来,但宇宙的未来是坍缩还是无限膨胀,尚难定论。因为宇宙现有密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度。小结全文思路结构1-6:先表明预言宇宙的信心7-11:再分析阻碍预言的东西12-13:指出可预言的科学依据14-21:描绘宇宙未来具体景象22-25:影响预言的不确定因素26:最后对全文进行下小结作为一篇关于宇宙未来的演讲词,本文的大量篇幅是较为严肃的科学话题,运用了好多专业术语,容易使人感到沉闷。但是霍金的聪明之处在于他运用了许多幽默风趣的语言,使得这样一篇旨在说明科学道理的学术演讲,让人能够在一种轻松愉快的气氛中认真听下去。这样的语言是很多的,例如:“幸运的是,数人名看来要花很长的时间。”“你在实际上不可?? 语言艺术风格小结这篇演讲词的语言特点怎样?幽默风趣能预测出来数字,否则的话,物理学家就会在赌场发财。”“即便宇宙将要坍缩,我可以满怀信心地预言,它至少在一百亿年内不会停止膨胀。我预料那时自己不会留在世上被证明是错的。”“如果暴涨理论是正确的,则宇宙实际上是处在刀锋上。所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统,两方下赌注,以保万无一失。”? 用一句话简要地说出本文讲了什么。
明确:
本文讲的是宇宙的未来问题,预测了两种结局:或膨胀,或收缩。通读全文,总体感知提炼出要点方法:或者摘录文中的语句,或者用自己的语言组织。
明确要点:
①科学家有信心预言未来。
②巫师的预言模棱两可,宗教的预言屡测屡败。
③物理方程、制约大脑的方程具有混沌性,因此我们不能预言人类;而宇宙的行为在非常大尺度下却是简单的,而不是混沌的,因此我们可以预言宇宙遥远的未来。
④宇宙的未来有两种可能,一是继续膨胀下去,二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩,取决于宇宙的平均密度。
⑤宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和膨胀区分开来的临界点上,所以两种可能都会发生。问题探索 1 文段8中为什么说“即使知道了制约宇宙的有关定律,我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来”?为什么第10段又说“尽管我们知道制约人类行为的方程,但在实际上我们不能预言它”?
明确:“因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的性质”,“方程可能是不稳定的”;同样,“制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为,初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果”。 2为什么科学“不能预言人类社会的未来”,却“可以预言宇宙遥远的未来”?
明确:因为前者是混沌的,不确定的;而“宇宙的行为在非常大尺度下是简单的,而不是混沌的,因此我们可以预言宇宙遥远的未来”。 3作者对宇宙的未来的预言与巫师、宗教预言家对人类社会未来的预言有何不同?
明确:前者是有科学根据的,是运用天体物理学理论进行的科学推测,科学预言;而后者是没有科学根据可言的。——其实,从上面的题目就可知道,人类社会的未来根本就是无法预言的,因为方程是混沌的,所以巫师、宗教预言家对人类社会的预言注定就是荒唐的。 4 对宇宙未来的预言,关键是要弄清宇宙的什么问题?
明确:“对宇宙未来的预言,其关键问题在于:平均密度是多少。” 作者认为宇宙的未来会是怎样的?
明确:会有两种可能:“如果它比临界值小,宇宙就将永远膨胀,但是如果它比临界值大,宇宙就会坍缩 本文在论述过程中,常常用一些生动的比喻来说明事理。下列两个比喻句各自说明了什么道理?想一想 1、“例如,如果你稍微改变一下你旋转轮赌盘的方式,就会改变出来的数字。你在实际上不可能预言出来的数字,否则的话,物理学家就会在赌场发财。”
明确:用这个比喻生动地说明了“即使我们知道了制约宇宙的有关定律,我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来”。 2、“这有一点像是再投胎。如果有人声称一个新生的婴儿是和某一死者等同,如果该婴儿没从他的以前的生命遗传到任何特征或记忆,这种声称有什么意义呢?人们可以同样地讲,它是完全不同的生命。”
明确:用这个比喻形象地说明宇宙在大挤压处终结后,并不是任何发生在“之后”的事件都是另一个相分离的宇宙的部分。 用比喻的方式将深奥的理论说得通俗易懂总结比喻的作用 下面这段话引自霍金2002年8月15日在浙江大学的公众演讲《膜的新奇世界》,读后请用其中的原句提炼本段的要点,并同课文做比较阅读,说说霍金在介绍深奥理论时喜欢采用什么方式来让听众听明白?
“按照我的意见,膜世界启始的更远为吸引人的解释是,它作为真空中的起伏而自发产生。膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。水液体中包含亿万个H2O分子,它们在最靠近的邻居之间耦合,并且挤在一起。当水被加热上去,分子运动得更加快,并且相互弹开。这些碰撞偶然赋予分子如此高的速度,使得它们中的一群能摆脱它们的键,形成热水围绕着的蒸气小泡泡。泡泡将以随机的方式长大或缩小,这时液体中来的更多的分子参与到蒸气中去,或者相反的过程。大多数小蒸气泡将会重新塌缩成液体,但是有一些会长大到一定的临界尺度,超过该尺度泡泡几乎肯定会继续成长。我们在沸腾时观察到的正是这些巨大的膨胀的泡泡。”拓展 明确:体现本段要点的句子是“膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。”作者喜欢用比喻的方式将深奥的理论说得通俗易懂。 在《果壳中的宇宙》一书中,霍金引用了莎士比亚戏剧《哈姆雷特》里一句充满诗意的台词:“我即使被关在果壳里,仍自以为是无限空间之王!”这句台词形象地道出了霍金的崇高精神追求,使人们亲眼看到了“果壳”中的那个挑战命运的不屈的灵魂。他曾说:“只要有智慧和精神在,没有什么能打倒自己。身体的健康固然重要,心灵的健康也会给你无穷的力量。”在少年霍金的心中,崇拜的不是歌星或球星,而是贝特朗·罗素,一位不知疲倦的思想家、哲学家和科学家。作业
1.仿照本文幽默风趣的语言风格,写一个演讲片段
2.阅读霍金的名著《时间简史》、《果壳中的宇宙》