13.宇宙的未來(lái) 課件

1、 “我即使被關(guān)在果殼里，仍自以為是無(wú)限空間之王!” 果殼中的宇宙一書(shū)中，霍金引用了莎士比亞戲劇哈姆雷特里一句充滿(mǎn)詩(shī)意的臺(tái)詞。宇宙的未來(lái) 斯蒂芬霍金 南昌外國(guó)語(yǔ)學(xué)校 邱賢彬 作者簡(jiǎn)介：史蒂芬霍金 1942年1月8日在英國(guó)倫敦出生，曾先后畢業(yè)于牛津大學(xué)和劍橋大學(xué)三一學(xué)院，并獲劍橋大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。他在輪椅上坐了40年，現(xiàn)在全身只有面部肌肉會(huì)動(dòng)，演講和問(wèn)答只能通過(guò)語(yǔ)音合成器來(lái)完成。英國(guó)劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)及理論物理學(xué)系教授，當(dāng)代最重要的廣義相對(duì)論和宇宙論家，是本世紀(jì)享有國(guó)際盛譽(yù)的偉人之一，被稱(chēng)為在世的最偉大的科學(xué)家，還被稱(chēng)為“宇宙之王”。1942年1月8日生于英國(guó)牛津的霍金剛好出生于伽利略逝世300周年

2、紀(jì)念日之時(shí)。70年代他與彭羅斯共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎(jiǎng)。2009年8月13日，奧巴馬授予史蒂芬霍金自由勛章。 他被譽(yù)為繼愛(ài)因斯坦之后世界上最著名的科學(xué)思想家和最杰出的理論物理學(xué)家。 他的第一項(xiàng)工作是和彭羅斯一起證明了廣義相對(duì)論的奇性定理； 第二項(xiàng)工作是創(chuàng)立了黑洞物理理論，其中有黑洞的無(wú)毛定理和黑洞視界面積增加定理； 第三項(xiàng)工作是研究極早期宇宙和宇宙的創(chuàng)生，其量子宇宙學(xué)使人們單獨(dú)地從科學(xué)定律即能預(yù)言出宇宙中的一切。 而他所有這些成就都是在他患盧伽雷病(肌肉萎縮性側(cè)面硬化病)后的40年間所做的。 他擔(dān)任的職務(wù)是劍橋大學(xué)有史以來(lái)最為崇高的教授職務(wù)，那是牛頓和狄拉克擔(dān)任過(guò)的盧卡遜數(shù)學(xué)教授。他

3、擁有幾個(gè)榮譽(yù)學(xué)位，是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。 科技論文閱讀方法： 1、閱讀時(shí)，采用兩步走：第一步泛讀，即知其大意，不求甚解。第二步精讀。 2、邊讀邊畫(huà)出結(jié)構(gòu)上起過(guò)渡、連接作用的詞、句子、段落。 3、畫(huà)出段落的中心句，尤其要注意段首、段尾句。 4、畫(huà)出文中的關(guān)鍵詞句，如：也許、左右、可能、似乎、大概等模棱兩可的詞語(yǔ)。 5、提取作者觀(guān)點(diǎn)時(shí),或摘錄文中語(yǔ)句，或用自己的語(yǔ)言組織。 快速閱讀，思考： 本文闡述了什么觀(guān)點(diǎn)？ （用一句話(huà)簡(jiǎn)要地概括)明確：本文講的是宇宙的未來(lái)問(wèn)題，預(yù)測(cè)了兩種結(jié)局：或膨脹，或收縮。 宇宙是怎樣誕生的?它從何而來(lái)?又向哪里去?斯蒂芬霍金教授寫(xiě)的時(shí)間簡(jiǎn)史給了我們這樣的回答： 我們現(xiàn)在生活

4、的宇宙有自己的歷史起點(diǎn)，它大約誕生于150億年前，那時(shí)，宇宙只是一個(gè)點(diǎn)，不占有空間，也沒(méi)有時(shí)間的概念。在這一點(diǎn)發(fā)生了大爆炸，時(shí)間和空間從此開(kāi)始，物質(zhì)開(kāi)始形成。 最初，宇宙的溫度極高，隨著時(shí)間的推移，空間越來(lái)越大，溫度越來(lái)越低，宇宙中的能量與物質(zhì)不斷發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，逐漸形成星系。 空間繼續(xù)擴(kuò)大、膨脹，直到今天，宇宙仍然在膨脹之中。 大約在距今50億年前，太陽(yáng)形成。大約在距今46億年前，地球形成。 宙繼續(xù)膨脹，將來(lái)也會(huì)膨脹，也許在膨脹到一定程度后，宇宙開(kāi)始收縮，可能會(huì)收縮成一個(gè)點(diǎn)，一個(gè)不占有空間的點(diǎn)。到那時(shí)，時(shí)間結(jié)束。到底會(huì)不會(huì)這樣，現(xiàn)在還說(shuō)不定。 大爆炸之前是怎么回事，不知道。永遠(yuǎn)也無(wú)法知道。這

5、就是大爆炸宇宙的基本理論。 中國(guó)古代的宇宙學(xué)說(shuō)，有渾天說(shuō)、蓋天說(shuō)、宣夜說(shuō)等。 渾天說(shuō)認(rèn)為，“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞子中黃，孤居于天內(nèi)，天大而地小。天表里有水，天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮?！?張衡渾儀注) 蓋天說(shuō)認(rèn)為，“天似蓋笠，地法覆盤(pán)”(晉書(shū)天文志)，天地都是穹形的，如同一個(gè)同心的球穹，相距八萬(wàn)里。 宣夜說(shuō)認(rèn)為，“天了無(wú)質(zhì)，仰而瞻之，高遠(yuǎn)無(wú)極，眼瞀精絕，故蒼蒼然也。”(晉書(shū)天文志)就是說(shuō)“天”不是一個(gè)固體的“天穹”，不過(guò)充滿(mǎn)了無(wú)邊無(wú)際的氣體，日月星辰都在這氣體中浮動(dòng)。 在西方，古希臘人也有多種宇宙學(xué)說(shuō)。 公元前600年左右，住在米利都的古希臘哲學(xué)家泰利斯認(rèn)為地球

6、是一個(gè)圓盤(pán)，漂浮在一片汪洋中。 他的弟子阿那克西曼德認(rèn)為天空是包圍地球的一個(gè)球?qū)樱阈窃趦?nèi)層，太陽(yáng)和月亮在外層。 畢達(dá)哥拉斯認(rèn)為，地球、月亮、太陽(yáng)、行星和恒星都在一個(gè)同心球上圍繞中央火旋轉(zhuǎn)。 托勒密總結(jié)了古希臘的天文學(xué)成就，著天文學(xué)大成，認(rèn)為地為球形，靜止不動(dòng)，處于宇宙的中心，其他天體圍繞地球運(yùn)行，創(chuàng)立了“地心說(shuō)”，統(tǒng)治西方天文學(xué)界一千四百多年。 直到波蘭天文學(xué)家哥白尼在16世紀(jì)發(fā)表天體運(yùn)行論，創(chuàng)立日心說(shuō)。 德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒提出了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，英國(guó)牛頓用力學(xué)的引力原理解釋開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)定律，創(chuàng)立了天體力學(xué)。 宇宙大爆炸學(xué)說(shuō)是逐漸形成的。 20世紀(jì)初，愛(ài)因斯坦的相對(duì)論改變了科學(xué)家研究宇

7、宙的方法。 1927年，比利時(shí)天文學(xué)家勒梅特第一個(gè)提出了動(dòng)態(tài)宇宙模型，認(rèn)為宇宙是從一種“原始原子”不斷分裂、膨脹形成的。他推測(cè)：如果宇宙中物質(zhì)的質(zhì)量小于某個(gè)臨界值，宇宙就會(huì)繼續(xù)膨脹下去，成為“開(kāi)放的宇宙”；反之，就會(huì)坍縮，成為“閉合的宇宙”。 1948年，出生在俄國(guó)的美籍物理學(xué)家伽莫夫發(fā)展了這一理論，提出了“大爆炸”學(xué)說(shuō)。一、初讀，整體感知，理清結(jié)構(gòu)： 1、巫師宗教的預(yù)言與科學(xué)家的預(yù)言有本質(zhì)的不同。 盡管預(yù)言宇宙的未來(lái)非常困難，但它在很大尺度上是可以描述的。（16） 2、從宏觀(guān)上看，宇宙的膨脹是平滑的、均勻的。宇宙的行為在非常大尺度下卻是簡(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)。（

8、713） 3、宇宙的未來(lái)有兩種可能，一是繼續(xù)膨脹下去，二是收縮以至坍縮成一個(gè)點(diǎn)。是膨脹還是坍縮，取決于宇宙的平均密度。宇宙的平均密度是關(guān)鍵問(wèn)題。（1425） 4、宇宙現(xiàn)在的密度非常接近于把坍縮和膨脹區(qū)分開(kāi)來(lái)的臨界點(diǎn)上，所以?xún)煞N可能都會(huì)發(fā)生。是坍縮還是無(wú)限膨脹，尚難定論。（26） 1.作者在第8段中為什么說(shuō)“即使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)”?為什么第10段又說(shuō)“盡管我們知道制約人類(lèi)行為的方程，但在實(shí)際上我們不能預(yù)言它”? 明確：“因?yàn)槲锢矸匠痰慕鈺?huì)呈現(xiàn)出一種稱(chēng)作混沌的性質(zhì)”，“方程可能是不穩(wěn)定的”；同樣，“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

9、變會(huì)導(dǎo)致非常不同的結(jié)果”。 2.為什么科學(xué)“不能預(yù)言人類(lèi)社會(huì)的未來(lái)”，卻“可以預(yù)言宇宙遙遠(yuǎn)的未來(lái)”? 明確： 因?yàn)榍罢呤腔煦绲?，不確定的；而“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)”。 3.作者對(duì)宇宙的未來(lái)的預(yù)言與巫師、宗教預(yù)言家對(duì)人類(lèi)社會(huì)未來(lái)的預(yù)言有何不同? 明確：前者是有科學(xué)根據(jù)的，是運(yùn)用天體物理學(xué)理論進(jìn)行的科學(xué)推測(cè)，科學(xué)預(yù)言；而后者是沒(méi)有科學(xué)根據(jù)可言的。其實(shí)，從上面的題目就可知道，人類(lèi)社會(huì)的未來(lái)根本就是無(wú)法預(yù)言的，因?yàn)榉匠淌腔煦绲?，所以巫師、宗教預(yù)言家對(duì)人類(lèi)社會(huì)的預(yù)言注定就是荒唐的。 4.對(duì)宇宙未來(lái)的預(yù)言，關(guān)鍵是要弄清宇宙的什么問(wèn)題? 明確：“對(duì)宇

10、宙未來(lái)的預(yù)言，其關(guān)鍵問(wèn)題在于：平均密度是多少?！?5.作者認(rèn)為宇宙的未來(lái)會(huì)是怎樣的? 明確：會(huì)有兩種可能：“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?！?霍金對(duì)宇宙未來(lái)的預(yù)言主要有哪些觀(guān)點(diǎn)？ （1）宇宙的膨脹和坍縮與宇宙的平均密度有關(guān)，如果平均密度小于某個(gè)臨界值，它就會(huì)永遠(yuǎn)膨脹。如果平均密度大于臨界值，宇宙就會(huì)坍縮，時(shí)間本身就會(huì)終結(jié)。 （2）在螺旋星系和星系團(tuán)中應(yīng)該存在有某種看不見(jiàn)的暗物質(zhì)，它的引力吸引足以把高速旋轉(zhuǎn)的星系牢牢抓住，不至于使這些星系或星系團(tuán)飛散開(kāi)去。 （3）如果宇宙繼續(xù)膨脹下去，五十億年后，太陽(yáng)將耗盡它的核燃料，變成一顆白矮星。在大約一百億年后，具

11、有太陽(yáng)質(zhì)量的恒星將變成白矮星或中子星，具有更大質(zhì)量的恒星會(huì)變成黑洞。 （4）黑洞中粒子的速度有可能超過(guò)光速逃出黑洞，只要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間，巨大的黑洞也可以“蒸發(fā)”掉。 （5）在星系或星系團(tuán)之外，應(yīng)該存在有足夠的暗物質(zhì)，這些暗物質(zhì)能使密度達(dá)到臨界值，從而可能會(huì)使宇宙最終坍縮。但這個(gè)時(shí)間肯定在一百五十億年之后。 本文作為一篇演講，寫(xiě)作上有哪些特點(diǎn)？1、生動(dòng)的導(dǎo)引 2、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评?3、幽默的語(yǔ)言 1、預(yù)言宇宙的未來(lái)，雖然是一個(gè)嚴(yán)肅的科學(xué)話(huà)題。但如果就事論事，很容易枯燥乏味。演講需要激起聽(tīng)眾的興趣。演講者從古代的巫術(shù)和近代的宗教預(yù)言談起，既增加了趣味性，又深化了講演的主題在與巫術(shù)的對(duì)比中，更顯出了科學(xué)的求實(shí)精神。 2、本文嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评?，增?qiáng)了說(shuō)服力。宇宙雖然復(fù)雜，但它在大尺度上又是可以描述的。宇宙的密度是決定其命運(yùn)的關(guān)鍵，然而，確定這一點(diǎn)非常不易。演講者從可見(jiàn)物質(zhì)談到暗物質(zhì)，從成熟的理論談到科學(xué)假說(shuō)，把問(wèn)題講得透徹明白。沒(méi)有作出一個(gè)明確的預(yù)言，也說(shuō)明了演講者嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。 3、幽默的語(yǔ)言演講是面對(duì)面的交流，這種交流是單向的，如果不注意演講的語(yǔ)言藝