13 * 宇宙的未来教案设计（一等奖）

13 宇宙的未来

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1.能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。

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一、作者简介

史蒂芬·霍金是继阿尔伯特·爱因斯坦之后最杰出的物理学家。霍金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，最终导致瘫痪，完全丧失语言能力。他身残志坚，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。

二、写作背景

霍金在牛津大学毕业后，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斯数学讲座教授之职，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四维时空——不需要上帝的第一推力，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。本文即是作者在1991年的一篇讲演录。

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。

三、重点字词

1.字音

精神恍惚（huǎnɡ hū） 模棱两可（lénɡ） 臭名昭著（zhù）

．．．．坍缩（tān） 混水摸鱼（hún） 混沌（hùn dùn）

．．．．2.字形

1

感恩戴（不可写作“代”）德

教材优化全析

一、文脉梳理

课文分为六部分，要点依次为：

（一）科学家有信心预言未来。

（二）巫师的预言模棱两可，宗教的预言屡测屡败。

（三）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。

（四）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。是膨胀还是收缩，取决于宇宙的平均密度。

（五）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。

（六）结论，在未确定宇宙现有密度的情况下，无法确定它是膨胀还是坍缩。

二、课文详解

第一部分（第1段）：

第1段作者指出，预言将来是非常困难的，预言宇宙的将来尤其困难，但科学家仍然有信心。

第二部分（第2—6段）：

用巫师和近代宗教预言同科学预言比较，指出：女巫把自己“弄得精神恍惚”，不过是为了增加点神秘色彩，“而真正的技巧在于解释”；近代宗教预言则不断用新的解释来掩饰预言的失败；也许，科学预言并不比巫师或宗教预言家的预言更可靠，但预言宇宙的未来，还是可能的。

“……这些日期使股票市场下跌。虽然它使我百思不解，为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不走的话。”这段话让人在笑声中悟到人类自身的某些缺陷和某些思维误区。

“据说，1844年是第二次回归的开始，但是首先要数出获救者名单。只有数完了名单，审判日才降临到那些不列在名单上的人。幸运的是，数人名看来要花很长的时间。”这段话幽默中含着揶揄和讽刺，揭露了宗教预言师的荒谬，表现了对方屡测屡败却又想方设法自圆其说的尴尬与可笑。

第三部分（第7—13段）：

第7段说虽然我们现在还不知道一些极端条件下的物理定律，但这并不影响我们对宇宙未来演化的预测。

第8段进一步指出即便我们知道了制约宇宙的有关规律，仍然不能预言遥远的未来，因为这些定律的物理方程是不稳定的。作者举了一个旋转轮赌盘的例子，证明未来的不可预测性，形象直观。

第9—11段，指出虽然未来如天气预报一样不可预测，但我们的宇宙正在膨胀却是事实。

第12—13段，指出宇宙微波背景辐射证明了宇宙的膨胀大体上“是平滑的而非混沌的”；反过来说，如果宇宙的膨胀率和平均密度不是“处处相同”，各个方向上的宇宙微波背景辐射就不会如此一致，这表明，“宇宙的行为在非常大尺度下是简单的，而不是混沌的”。也就是说我们可以预言宇宙遥远的未来。

第四部分（第14—16段）：

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通过第14、15两段的正反分析指出预言宇宙的未来，“关键问题在于：平均密度是多少?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，而时间本身就会在大挤压处终结”。

第14段打了一个比方：“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，它是完全不同的个体。”它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。

第五部分（第17—25段）：

第17—21段解释宇宙可能会永远地膨胀下去。

第17—18段说明计算恒星加上气体云及暗物质的质量来推测宇宙的密度，它依然会继续膨胀下去。

第19—21段分析如果继续膨胀，宇宙最终的结果是，“在大约一百亿年以后，宇宙中大多数恒星都已把燃料耗尽”，走向灭亡。因它们的质量的不同，或者变成白矮星，或者变成中子星，或者变成黑洞。

第22—25段指出另一种可能，宇宙会收缩。

第22—23段指出宇宙会收缩，也许存在足够的暗物质，同时宇宙的初始密度和膨胀率也不可预知。

第23—25段分析了使宇宙刚好有临界密度的两种可能，一是人择原理。因为我们在观测它，所以宇宙处于临界密度，因为只有处于临界密度的星球才能让我们活下来。二是大爆炸原理。爆炸会使宇宙达到临界点，然后坍缩。

第六部分（第26段）：

总结全文宇宙是继续膨胀还是可能收缩，这取决于宇宙现有密度。在对这个问题没研究清楚之前，科学家也不得不认为“宇宙实际上是处在刀锋上”，所以要继承巫师或预言家的传统，“两方下赌注，以保万无一失。”

“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。”这段话幽默风趣，听众明知作者作的是科学的预言，和巫师他们完全不同，可作者却有意将自己降为他们的同类，一是说明自己恰好也有两种预测，二是顺势又对他们进行嘲讽。这种智慧的表达既带来了轻松愉悦的气氛，又大大增加了自己与听众的亲和力。

整合感悟

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，而时间本身就会在大挤压处终结。”可“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”，所以两种结果都有可能。

疑难探究

1.作者在第8段中为什么说“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”? 参考答案：“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”。

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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”? 参考答案：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? 参考答案：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，是科学预言；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? 参考答案：“对宇宙未来的预言，其关键问题在于：平均密度是多少。

三、技巧鉴赏

1.生动的导引

这篇科技论文是演讲词，具有演讲的特点。预言宇宙的未来，虽然是一个严肃的科学话题。但如果就事论事，很容易枯燥乏味。演讲需要激起听众的兴趣。演讲者从古代的巫术和近代的宗教预言谈起，既增加了趣味性，又深化了讲演的主题——在与巫术的对比中，更显出了科学的求实精神。

2.严谨的推理

作为一篇科学演讲，其最终目的是让人信服。本文严谨的推理，增强了说服力。宇宙虽然复杂，但它在大尺度上又是可以描述的。宇宙的密度是决定其命运的关键，然而，确定这一点非常不易。演讲者从可见物质谈到暗物质，从成熟的理论谈到科学假说，把问题讲得透彻明白。没有作出一个明确的预言，也说明了演讲者严谨的科学态度。

3.幽默的语言

演讲是面对面的交流，这种交流是单向的，如果不注意演讲的语言艺术，就达不到最佳的表达效果。

这篇演讲语言幽默，创造出一种轻松愉快的气氛，使所论述的问题更易于为听众接受。如，文中有一段话说：“我比其他的末日预言者更占便宜。即使宇宙将要坍缩，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。”以揭示自己“自私”的心理表示幽默，同时传达出重要的信息：宇宙“至少在一百亿年内不会停止膨胀”。

四、合作探究

1.根据作者的论述，我们目前所能看到的宇宙物质最多是“临界值”的百分之一，似乎不足以使宇宙坍缩。然而作者又指出，“也许存在足够的暗物质，使宇宙最终坍缩”。宇宙中存在暗物质的证据是什么?作者又举了哪两种假说，说明现在的宇宙密度可能就在临界状态? 明确：宇宙中存在暗物质“一个证据来自于螺旋星系”，“必须存在某种看不见的物质形式，其引力吸引足以把这些旋转的星系牢牢抓住”；“另一个证据来自于星系团”，“要不是引力吸引把星系抓到一起，这些星系团就会飞散开去……所以，在星系团中我们观测到的星系以外必须存在额外的暗物质”。

作者为了说明现在的宇宙密度可能就在临界状态，列举了两种假说，“一种是所谓的人择原理”，另一种是“极早期宇宙的暴涨理论”。

2.课文中霍金对宇宙未来的预言，你怎么看? 明确：设计该题旨在引导学生独立思考，培养独立的人格，同时也培养独立的科学精神。学生可以畅所欲言，比如认为霍金的观点只是一家之言，只是一种推测，无法得到证实，他和爱因斯坦的相对论一样，虽然都很伟大，但都只是一种理论，一种思想，缺少科学的实证，因此也都没能获得需要实证的诺贝尔奖。其他科学家站在另外的角度来思考、来假设，或许会有不同的结论、不同的发现。所以青少年对霍金的观点可以学习，可以接受，但不能迷信，不能束缚自己的思维。

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