13 * 宇宙的未来教案推荐

13.*宇宙的未来

教学目标

1.了解作者,积累有关语言。 2.理清思路与作者的观点。

教学重点

理清思路与作者的观点。

教学时间：1课时

教学内容与步骤

一、情景激趣

㈠创设情景。

从古到今，人们对于宇宙的猜测和探索从来也没有停止过。如屈原在《天问》里就发出了一系列的探问：“遂古之初，谁传道之?上下未形，何由考之?……九天之际，安放安属?隅隈多有，谁知其数?天何所沓?十二焉分?日月安属?列星安陈?出自汤谷，次于蒙汜，自明及晦，所行几里?”中国古代的宇宙学有浑天说、盖天说、宣夜说等，西方有日心说、地心说等。然而直到20世纪诞生现代宇宙学，人们对宇宙的认识才有了根本性的突破（参见“有关资料”部分）。本文作者是当代著名的理论物理学家，他以“宇宙的未来”这样玄而又玄的话题在剑桥大学作讲演，对我们认识宇宙有哪些启示呢?

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。

霍金的中国学生吴忠超教授这样介绍史蒂芬·霍金：在相对论和引力论领域，霍金是继爱因斯坦之后最伟大的代表人物。他的第一项工作是和彭罗斯一起证明了广义相对论的奇性定理；第二项工作是创立了黑洞物理理论，其中有黑洞的无毛定理和黑洞视界面积增加定理；第三项工作是研究极早期宇宙和宇宙的创生，其量子宇宙学使人们单独地从科学定律即能预言出宇宙中的一切。而他所有这些成就都是在他患卢伽雷病(肌肉萎缩性侧面硬化病)后的40年间所做的。在科学史上有许多残疾科学家，但是像霍金这样残疾到这种程度的则绝无仅有——21岁就患病，几十年被禁锢在特制的轮椅上，全身只有三个手指能活动，不能讲话，与人交谈要靠计算机合成语言，有了新的想法也只能通过三个手指“敲击”进语言合成器里保存……可就是这样一个重度残疾的人，却把研究的目标直指浩瀚的宇宙。

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。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

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的畅销书。霍金被确诊患病已三十多年，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。

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。

二、介绍作者

霍金的中国学生吴忠超教授这样介绍史蒂芬·霍金：在相对论和引力论领域，霍金是继爱因斯坦之后最伟大的代表人物。他的第一项工作是和彭罗斯一起证明了广义相对论的奇性定理；第二项工作是创立了黑洞物理理论，其中有黑洞的无毛定理和黑洞视界面积增加定理；第三项工作是研究极早期宇宙和宇宙的创生，其量子宇宙学使人们单独地从科学定律即能预言出宇宙中的一切。而他所有这些成就都是在他患卢伽雷病(肌肉萎缩性侧面硬化病)后的40年间所做的。在科学史上有许多残疾科学家，但是像霍金这样残疾到这种程度的则绝无仅有——21岁就患病，几十年被禁锢在特制的轮椅上，全身只有三个手指能活动，不能讲话，与人交谈要靠计算机合成语言，有了新的想法也只能通过三个手指“敲击”进语言合成器里保存……可就是这样一个重度残疾的人，却把研究的目标直指浩瀚的宇宙。

㈡提出目标。

本节课我们学习的共性目标是：

1.了解作者,积累有关语言。 2.理清思路与作者的观点。

请同学们结合课文内容、你自己的学习或思想状况自主设定一个学习目标：

二、探索生趣

㈠阅读指导：速读课文,用序号（一，二……）标出意义段落，用序号（1，2……）标出段内层次，用“~”标出作者的观点。

在阅读过程中把握下列加点字的读音：

恍huǎng惚

尴尬gāngà

坍tān缩

迄qì今

沮jǔ丧

告罄（qìng ）臭名昭zhāo著

模棱léng两可

在阅读过程中积累下列词语:

尴尬：①处境困境不好处理。②（神色、态度）不自然。

感恩戴德：感激别人的恩德。（有时含讽刺意味）

臭名昭著：坏名声人人都知道。

微不足道：指意义、价值等小得不值一提。

㈡课堂探索：

探索结构

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方法指导：探究结构，要求找出作者的思路，概括简明而有逻辑性，并体现篇章的整体性与构思的巧妙性。要指导学生根据文体特征、文中表现思路的语句或词语，探讨课文结构，归结落层次大意，并从整体上理解课文。

1. 本文的结构：

提出论题

比较论述：巫师预言、宗教预言、科学预言

主体论述：宇宙具有混沌性，但在非常大的尺度下的未来是可以语言的；预言宇宙未来的关键在于宇宙的平均密度

结论：尚难定论

2. 本文的结构有何妙处？

作者先从古代的巫术和近代的宗教预言谈起，引出话题，说明从科学的角度谈论宇宙的未来是非常严肃的事，科学有别于宗教的地方是它的求实精神。探讨宇宙是继续膨胀还是有可能收缩是这篇讲演的主体部分，计算宇宙的密度又是这一主体部分的关键，有关宇宙中物质密度临界值的探讨，则把问题引向深入。最后，介绍两种新的理论──人择原理和暴涨理论，则体现了科学界最新的探索。作者从可见物质谈到暗物质，从成熟的理论谈到科学的假说，把问题讲得透彻明白。最后没有作出一个明确的预言，恰恰说明了他严谨的科学态度。

3.本课的结构对你的写作有何借鉴作用?

探索内容

1.作者是怎样探讨“宇宙的未来”的?

明确:作者先从古代的巫术和近代的宗教预言谈起，引出话题，说明从科学的角度谈论宇宙的未来是非常严肃的事，科学有别于宗教的地方是它的求实精神。探讨宇宙是继续膨胀还是有可能收缩是这篇讲演的主体部分，计算宇宙的密度又是这一主体部分的关键，有关宇宙中物质密度临界值的探讨，则把问题引向深入。最后，介绍两种新的理论──人择原理和暴涨理论，则体现了科学界最新的探索。作者从可见物质谈到暗物质，从成熟的理论谈到科学的假说，把问题讲得透彻明白。最后没有作出一个明确的预言，恰恰说明了他严谨的科学态度。

2.怎样理解本文的一些相关论述?

明确:这是一篇科学讲演，涉及较为复杂的背景知识。这些知识和讲演的主题是密切相关的，如果不作必要的交代，讲演的内容就会显得抽象和单薄。如，谈到天气预报、大脑工作原理都具有混沌性质，来反衬宇宙在大尺度上是“平滑而非混沌”的；如，谈到恒星的死亡(归宿)引出黑洞，为宇宙中暗物质的存在寻找理论支持；如，谈到现存宇宙对初始密度的极度敏感，引出了“人择原理”等等。这些相关的论述，或从对立面凸显观点，或从纵深面强化观点，使论证丰富多彩。

探索语言

1.这篇讲演在语言上具有怎样的特点?

明确:讲演是面对面的交流，这种交流又是单向度的，如果不注意讲演的语言艺术，就达不到最佳的表达效果。这篇讲演，除了推理严谨外，语言幽默也是其突出的特点。幽默的语言创造出一种轻松愉快的气氛，更具有亲和力，使所阐发的事理更容易为听众接受。如，谈到轮赌盘的旋转具有混沌性质，作者说即使是物理学家也不能计算出它“出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财”，这就生动地说明了

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什么是混沌现象；如，文章最后一句话：“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。”兼有讽刺与幽默，对宇宙未来命运的判断采取了审慎态度。

2.完成课后第二题:

二、举出文中几个语言幽默风趣的例子加以分析，体会霍金这位科学大师的演说风格。

明确：除了“课文研讨”中举过的例子，课文中还有许多风趣幽默的话语。如，说古代女巫“通常是被毒药或火山隙溢出的气体弄得精神恍惚的女人”，叙述生动，语言夸张而带有讽刺意味，把女巫需要借助神秘力量来作“预言”的特点揭露无遗。如，讽刺近代宗教预言家时说“幸运的是，数人名看来要花很长的时间”，委婉地道出这些“末日预言者”的尴尬与无奈。如，在反思世界末日会使股票下跌时说：“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。”有力地讽刺了有关世界末日的预言给人们精神上造成的恐慌。如，“我比其他的末日预言者更占便宜。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”，以庆幸自己会逃脱干系的自嘲式的幽默，传达出宇宙“至少在一百亿年内不会停止膨胀”的重要信息。

探索主旨

方法指导：指导学生精读课文，通过抓文章中表现主旨的语句（主要表现为抒情或议论的语句），或体现主旨的内容。在旁边批注作者表达的主旨或表达主旨的方式对自己的启发作用。

1.归结主旨

方法指导：精读课文，并与同学商讨，通过理解表现主旨的语句，结合本文背景、作者写作意图归结出本文的主旨：

针对宇宙的未来会怎样而探讨了宇宙中物质的密度问题，因而宇宙的未来尚难定论。

梳理观点：

明确：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。

2.本文的主旨在文中是如何体现的？

归结：文章的开头，作者提出论题，即预言宇宙的未来，接着从古代巫师的预言谈到近代宗教的预言，并指出了他们预言的症结所在。在此基础上，作者讨论了在科学依据的基础上的未来宇宙的命运，这是文章的主体部分。作者认为宇宙未来有两种命运的存在，而它们取决于宇宙的平均密度。因而宇宙的未来尚难定论。

3.本文主旨有何深刻、新颖之处？

归结：

4.本文主旨对你有何启示？

㈣自由探究

回顾本文学习目标和课文内容，探究自己尚未掌握的内容；根据自己的兴趣，探究自己感兴趣而尚未解决的问题：

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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”?

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。”

5.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。”

三、总结固趣

㈠自主归结。

1.归结应掌握的基础知识：

2.归结应积累的思想材料：

3.归结应形成的能力：

4.归结应掌握的学习方法：

5.归结学习的作用：

⑴学了本课对积累语文基础知识的有何作用？对学习写作有何作用？对提高阅读能力与掌握阅读技巧有何作用？

⑵本文有哪些思想或作者及文中的人物有哪些思想品质或生活态度值得我们学习借鉴？我们如何用现代观念来审视这些思想行为或生活态度使之成为我们的行为指南？

㈡自主反思

1.反思学习效果

⑴本课哪些学习目标已经达成？哪些还似是而非？哪些尚未达成？

⑵对于掌握得似是而非、尚未达成的目标应怎样弥补？

2.反思学习态度

学习本课你的学习态度怎样？如果学习态度不够积极，是什么原因造成的？应怎样改进？如果学习态度积极，是由于什么原因？将来如何保持积极的学习态度？

3.反思学习方法

学习本课你运用的学习方法是否恰当？为什么？学习本课你学了新的学习方法了吗？如果学到了，那是什么方法？你将怎样运用于将来的学习中？

㈡学习体验

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1.学习本课能引起你对社会生活的哪些联想？

2. 学了本课你在思想情感上有何体验？

㈢老师总结。

四、布置作业

趣味教学资料

1．霍金的贡献

1985年霍金丧失语言能力，表达思想唯一的工具是一台电脑声音合成器。他用仅能活动的几个手指操纵一个特制的鼠标器在电脑屏幕上选择字母、单词来造句，然后通过电脑播放声音，通常制造一个句子要5、6分钟，为了合成一个小时的录音演讲要准备10天。1988年写成科普著作《时间简史》，至1995年10月该书发行量已超过2500万册，译成几十种语言，中译本也已出版。

霍金十三、四岁时已下定决心要从事物理学和天文学的研究。十七岁那年，他考到了自然科学的奖学金，顺利入读牛津大学。学士毕业后他转到剑桥大学攻读博士，研究宇宙学。不久他发现自己患上了会导致肌肉萎缩的卢伽雷病。由于医生对此病束手无策，起初他打算放弃从事研究的理想，但后来病情恶化的速度减慢了，他便重拾心情，排除万难，从挫折中站起来，勇敢地面对这次的不幸，继续醉心研究。

七十年代，他和彭罗斯证明了著名的奇性定理，并在1988年共同获得沃尔夫物理奖。他还证明了黑洞的面积不会随时间减少。1973年，他发现黑洞辐射的温度和其质量成反比，即黑洞会因为辐射而变小，但温度却会升高，最终会发生爆炸而消失。

八十年代，他开始研究量子宇宙论。这时他的行动已经出现问题，后来由于得了肺炎而接受穿气管手术，使他从此再不能说话。现在他全身瘫痪，要靠电动轮椅代替双脚，不但说话和写字要靠计算机和语言合成器帮忙，连阅读也要别人替他把每页纸摊平在桌上，让他驱动着轮椅逐页去看。

霍金一生贡献于理论物理学的研究，被誉为当今最杰出的科学家之一。他的著作包括《时间简史》及《黑洞与婴儿宇宙以及相关文章》。虽然大家都觉得他非常不幸，但他在科学上的成就却是在他在病发后获得的。他凭着坚毅不屈的意志，战胜了疾病，创造了一个奇迹，也证明了残疾并非成功的障碍。他对生命的热爱和对科学研究的热诚，是值得年轻一代学习的。

2．霍金：人类将来最好离开地球

一个月前，被誉为“当代爱因斯坦”的英国理论物理学家霍金通过美国雅虎公司的“雅虎问答”，公开在网上提出了一个长期萦绕他心中的疑问：“在一个政治、社会和自然环境都很混乱的世界里，人类如何走过下一个100年呢？

霍金的问题提出后，立即引发了一场互联网风暴。一个月来，共有2.5万人在网上给出了他们深思熟虑的答案。对于一位享誉世界的宇宙科学家来说，上网提出“人类命运”的问题很不寻常，而人们更期待的是这位天才科学家对这个问题的解答。

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第二天，霍金终于给出了自己的答案，他用人们熟悉的电子声音回答道：“我不知道这个问题的答案。这就是我为什么要问这个问题的原因。”从而给这场轰轰烈烈的讨论浇了一盆冷水。尽管如此，霍金还是表示，人类的未来取决于是否能在宇宙找到“新家”。

霍金坦率地承认，即使像他这样一个科学家也被这个问题难住了。在4分钟的回答中，霍金展开了一个初学者手册，讲述了对人类的威胁在不断变化，从破坏性的小行星影响、核战争，到气候变化和肆虐的转基因病毒等。

霍金指出，从长期来看，如果人们能离开他们叫做“家”的地球，扩展到宇宙，改变并占领太阳周围的行星以及其它恒星周围的行星，人类才能继续存在下去。如果不能做到这一点，大概人类最好的出路是使用基因技术与“人类族类”进行基因修补，使人类不再倾向于打仗。

霍金的三联想——宇宙的未来

《宇宙的未来》是当代最负盛名的理论物理学家——英国的史蒂芬•霍金1991年1月在英国剑桥大学的一次演讲。人民教育出版社编辑出版的现行高中语文“实验课本”和“试验课本”均选用了这篇演讲稿。面对这篇专业性很强而难于理解的课文，笔者很自然地生发了与霍金，与课文有关的三个方面的联想。

一、霍金与高士其

霍金是一位伟大的科学家。人们对他的敬重，不仅在于他在理论物理方面的巨大贡献，还在于他对人类的这些贡献，是在身患绝症，全身瘫痪的情况下作出来的。一见到霍金的名字，不禁使人想到了高士其。

对于现在的青少年来说，高士其的名字很可能是陌生的，但对于上世纪五六十年代的青少年来说，高士其可是一个响当当的名字。“高士其”三个字频频出现在报刊电台和中小学的课本上，如果要说偶像，高士其可是那个时代许多青少年心目中的偶像。

霍金与高士其，两人何其相似乃尔！

其一，他们都是科学家。

其二，他们都是身患绝症，全身瘫痪的科学家。

1927年，高士其入芝加哥大学医学研究院攻读细菌学，次年，在实验时不慎，受甲型脑炎病毒感染，留下严重后遗症，后来病情不断加重，造成全身瘫痪。那一年，高士其23岁。

1962年，霍金从英国牛津大学毕业到剑桥大学读研究生，也是在“次年”，体检时，被确诊患上了“肌萎缩性脊髓索硬化”这一无法治愈的疾病，后来，身体每况愈下，以致全身瘫痪。那一年，霍金才21岁。

其三，他们的科学研究，都是在身体致残以后，在常人难以想象的极为艰难的情况进行的。

高士其致残后，他仍以超人的毅力，坚持学完了细菌学博士研究生的全部课程。回国后，他的工作的重心转到了科普创作上。他的手瘫痪后，笔握不住了，甚至连说话也困难，即使在这种情况下，他仍然坚持创作。他先打好腹稿，然后艰难地发出模糊的喉音‘嗯嗯、喔喔’，一个字一个字地口述，由秘书、妻子和护士记录整理。有时为了弄清一个字，往往要反复哼二十几遍，记下一段话，要用半天时间……

霍金致残并瘫痪后，再也无法用自己的声音表述他的思想，只能借助3个手指操纵按钮输入要说的话，再经由语言合成器发出声音，他的演讲，就是采用这样一种常人无法想象的困难方式进行的。平常，霍金看书必须依赖翻书页的机器，读文献时需要请人将每一页都摊在大桌子上，然后驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读；写作则是以平均一分钟输入10个单词的“慢”速度进行……

最终，他们都取得了令人瞩目的成就。

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诚然，学习《宇宙的未来》，我们要学习霍金的先进理论，而霍金的精神，“霍金们”的精神，同样是需要我们好好学习的。

二、霍金与爱因斯坦

一提到霍金，不能不想到爱因斯坦，这是因为：他们同是20世纪最伟大的物理学家，霍金还被誉为当代的爱因斯坦。

爱因斯坦一生中最重要的贡献是创立了相对论。

1905年发表狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系（特定观察）而变化。

1915年发表广义相对论。这个理论解释了引力作用和加速度作用没有差别的原因。他还解释了引力是如何和时空弯曲联系起来的，利用数学，爱因斯坦指出物体使周围空间、时间弯曲，在物体具有很大的相对质量（例如一颗恒星）时，这种弯曲可使从它旁边经过的任何其它事物，即使是光线，改变路径。

霍金是当今世界上继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家。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。他的科普著作《时间简史》将最艰深的理论问题与大众最普遍的兴趣结合起来，在世界上的发行量已超过2000万册，成为世界上最畅销的科普读物。新书《果壳里的宇宙》获得2002年度安万特科学图书奖。该奖项是世界最知名的科普图书奖之一。这本书是一本图文并茂的科普著作，主题是宇宙学，涉及广义相对论、量子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论、超引力等诸多前沿概念。

去年8月，霍金第二次来到中国，新华社记者就霍金在学术界的地位以及他对整个天体物理学等做出的贡献，采访了北京师范大学天文学系何香涛教授。何教授告诉记者：“霍金在学术上的贡献是有目共睹的，他对整个理论物理、天体物理及天文学的学术发展做出了巨大的贡献。尤其是他‘黑洞不黑’的理论纠正了许多人关于‘黑洞是黑’的观念，使人们知道它是可以蒸发的，让人们了解到宇宙的缓冲余地。”

有趣的是，《物理学世界》杂志前不久的一次调查显示，霍金的同行与公众的态度并不相同。由当今最著名的物理学家评选出的他们心中最杰出的同行中，爱因斯坦以119票排名第一，牛顿46票紧随其后，至于斯蒂芬·霍金，他与另一些杰出科学家一样只获得一票，在这份天才名单上收尾。但这并不意味着霍金与爱因斯坦相比，才能和贡献相差100多倍。当今举世公认的能与爱因斯坦相提并论的科学家并不多；就在这极为有限的科学家中，无疑，霍金是应该排在第一位的。复旦大学物理系教授苏汝铿在接受记者采访时曾说：“要我来评价，爱因斯坦提出的相对论，开辟了一个崭新的物理学时代，奠定了现代宇宙学的基础，有广义相对论，才有了后来的大爆炸理论、黑洞理论等等；而霍金则是将爱因斯坦的广义相对论运用到许多具体的领域，如大爆炸宇宙学、黑洞等，丰富了理论，作出了原创性贡献。”

三、霍金假说与他人假说

⒈“宇宙的未来”假说与其他学科、其他领域的假说

人类自诞生以来，对事物的认识总是从混沌走向清晰，从迷信走向科学；就“科学”这一范畴来说，现今许多“真理”都是经过了从“假说”到“真说”的过程，有的过程还相当漫长。在电学领域，富兰克林用“风筝实验”证明了自己的“闪电确实是一种放电现象，与室内电火花一样”的假说，揭开了神秘的雷电之谜；在生物学领域，中国辽西发现的古鸟类和带毛恐龙的事实，使“鸟类起源于恐龙以及一些小型的兽脚类恐龙是热血动物”这样的科学假说被越来越多的人所接受——这一理论的出现被称为是古生物学上的一场革命；在地球科学领域，德国地球物理学家、气象学家阿尔弗莱德·魏格纳提出的“大陆漂移说”，后来发展成“板块构造学说”，并成为20世纪地球科学的主流……“宇宙的未来”假说正是在理论物理、

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天体物理及天文学的范畴内提出的，与其他各门学科，各个领域并列的一种假说。

⒉“宇宙的未来”霍金假说与他人假说

在《宇宙的未来》里，霍金探讨了宇宙的未来的两种命运：一是继续膨胀下去，一是收缩以至于坍缩成一个点。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，而时间本身就全在大挤压处终结。

对“宇宙的未来的两种命运”的假说最重要的“理论支撑”是霍金的“黑洞不黑”的理论。霍金说：“我在若干年以前发现，黑洞并不像被描绘的那样黑。量子力学的不确定原理讲，粒子不可能同时具有定义很好的位置和定义很好的速度。粒子位置定义得越精确，则其速度就只能定义得越不精确，反之亦然。如果在一颗黑洞中有一颗粒子，它的位置在黑洞中被很好地定义，这意味着它的速度不能被精确地定义。所以粒子的速度就有可能超过光速，这就使得它能从黑洞里逸出来，粒子和辐射就这么缓慢地从黑洞中泄漏出来。”

黑洞随着时间的推移就以这种方式而耗损，直至完全被蒸发。

在霍金对外公布他的理论之前，科学界认为黑洞就是一种无底的井，它吞噬物质，使任何东西甚至光都不能逃脱。霍金的“黑洞不黑”的理论正为越来越多的人所接受。霍金所言之“辐射”被命名为霍金辐射。

学习《宇宙的未来》，霍金的理论使我们眼界大开；与此同时，我们也会很自然地提出疑问：霍金的理论果真是正确的吗？“当代的爱因斯坦”为什么与诺贝尔奖无缘？

一切科学假说都是需要验证的，霍金的假说亦是这样。据有关媒体报道，科学家们现在正在瑞士日内瓦尝试建立一个大型粒子加速碰撞器（LHC），并希望通过它来创建黑洞,也许能成功。成功后，霍金的假说将会得到间接的证明。至于“宇宙的未来”的最终结局，是无法直接验证的，一是时间太漫长，二是无论是继续膨胀还是坍缩，我们现在赖以生存的地球和太阳都将不复存在，即使人类有能力迁徙到别的星球，与整个宇宙比起来，范围也实在有限，也难逃宇宙覆亡带来的厄运，所谓的直接验证也就失去了意义。也正因为霍金的假说未能得到验证，也还由于别的原因，目前，霍金暂时与诺贝尔奖无缘。但这并不能从根本上影响霍金在世界上的学术地位。

我们学习《宇宙的未来》，当从积极的方面去思考，以期学到这位科学巨人的思想和思想方法。

有关背景知识

中国是最早进行天文观测的国家之一，在殷商甲骨文里，就有许多天文观测记录。汉语“宇宙”一词出现较早。战国时期的尸佼在他的著作《尸子》中就说：“上下四方曰宇，往古来今曰宙。”东汉的高诱在《淮南子·原道训》注中也说：“四方上下曰宇，古往今来曰宙。”

中国古代的宇宙学说，有浑天说、盖天说、宣夜说等。浑天说认为：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。大表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。”(《张衡浑仪注》)盖天说认为：“天似盖笠，地法覆盘。”(《晋书·天文志》)天地都是穹形的，如同一个同心的球穹。宣夜说认为：“天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀精绝，故苍苍然也。”(《晋书·天文志》)就是说“天”不是一个固体的“天穹”，不过充满了无边无际的气体，日月星辰都在这气体中浮动。

在西方，古希腊人也有多种宇宙学说。公元前600年左右，住在米利都的古希腊哲学家泰利斯认为地球是一个圆盘，漂浮在一片汪洋中。他的弟子阿那克西曼德认为天空是包围地球的一个球层，恒星在内层，太阳和月亮在外层。毕达哥拉斯认为，地球、月亮、太阳、行星和恒星都在一个同心球上围绕中央火旋转。

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托勒密总结了古希腊的天文学成就，著《天文学大成》，认为地为球形，静止不动，处于宇宙的中心，其他天体围绕地球运行，创立了“地心说”，统治西方天文学界一千四百多年，直到波兰天文学家哥白尼在16世纪发表《天体运行论》，创立日心说。17世纪，意大利物理学家和天文学家伽利略亲手制造天文望远镜，开拓了人们的天文视野。德国天文学家开普勒提出了行星运动的三大定律，英国物理学家牛顿用力学的引力原理解释开普勒的行星运动定律，创立了天体力学。

现代宇宙学最有影响的学说是大爆炸宇宙学。大爆炸宇宙学认为，宇宙早期温度极高(在100亿度以上)，物质密度极大。在那里，物质被压缩成一个奇点，时间和空间都毫无意义。大约200亿年前，发生“爆炸”，温度逐渐冷却，形成各种各样的恒星体系，也就是我们今天所能观测到的宇宙。

宇宙大爆炸学说是逐渐形成的。20世纪初，爱因斯坦的相对论改变了科学家研究宇宙的方法。1927年，比利时天文学家勒梅特第一个提出了动态宇宙模型，认为宇宙是从一种“原始原子”不断分裂、膨胀形成的。他推测：如果宇宙中物质的质量小于某个临界值，宇宙就会继续膨胀下去，成为“开放的宇宙”；反之，就会坍缩，成为“闭合的宇宙”。1948年，出生在俄国的美籍物理学家伽莫夫发展了这一理论，提出了“大爆炸”学说。

大爆炸学说得到了以下天文观测的支持。(1)河外星系有系统地谱线红移(课文中涉及)。1917年，美国天文学家斯里弗发现河外星系谱线有系统地向红端移动，表明这些遥远的天体正在离我们远去。1929年，美国天文学家哈勃发现，几乎所有的星系都有红移现象。星系距离越远，红移越大。这种红移与距离之间的线性关系，称为哈勃定律。(2)在各种不同的天体上，氦的丰度相近，大都是30％。根据大爆炸理论，早期宇宙温度很高，所以产生氦的效率也很高。(3)测定各种天体的年龄，均小于200亿年。(4)宇宙微波背景辐射的发现。

教学反思：

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