4.13 宇宙的未来正式课件(人教版必修5)

“是先有鸡，还是先有蛋？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 4 了解作者史蒂芬·霍金1942年1月8日在英国伦敦出生，曾先后毕业于牛津大学和剑桥大学三一学院，并获剑桥大学哲学博士学位。他在轮椅上坐了40年，现在全身只有面部肌肉会动，演讲和问答只能通过语音合成器来完成。英国剑桥大学应用数学及理论物理学系教授，当代最重要的广义相对论和宇宙论家，是本世纪享有国际盛誉的伟人之一，被称为在世的最伟大的科学家，还被称为“宇宙之王”。1942年1月8日生于英国牛津的霍金刚好出生于伽利略逝世300周年纪念日之时。70年代他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理，为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。他还证明了黑洞的面积定理。霍金的生平是非常富有传奇性的，在科学成就上，他是有史以来最杰出的科学家之一。他担任的职务是剑桥大学有史以来最为崇高的教授职务，那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡逊数学教授。他拥有几个荣誉学位，是英国皇家学会会员。 了解作者他因患“渐冻症”（肌萎缩性侧索硬化症卢伽雷氏症），禁锢在一把轮椅上达40年之久，他却身残志不残，使之化为优势，克服了残废之患而成为国际物理界的超新星。他不能写，甚至口齿不清，但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”。尽管他那么无助地坐在轮椅上，他的思想却出色地遨游到广袤的时空，解开了宇宙之谜。霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才，也因为他是一个令人折服的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。他被誉为“在世的最伟大的科学家”＂另一个爱因斯坦＂"不折不扣的生活强者＂。 文章背景《时间简史》出版于1988年，《宇宙的未来》是斯蒂芬·霍金1991年在剑桥大学的一次讲演录。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。《时间简史》出版（1988年）后，剑桥的应用数学和理论物理系的气氛有了微妙的变化，不断有世界各地的报刊的记者要求访问霍金，在以后的两年时间里，电视台工作人员不时地占用大楼，他们要为这位世界上最著名的科学家拍一部有关他生活的记录片。在不同的国家用不同的语言反复讲述同一故事：霍金如何凭着自己的勇敢克服了身体的残疾成为科学的巨人和新闻媒介的英雄。一批又一批的新闻记者访问了霍金在西尔弗大街那凌乱的办公室，并和这位公众新近的英雄度过激动人心的时刻。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》。 有关宇宙学宇宙学是从整体的角度来研究宇宙的结构和演化的天文学分支学科。现代宇宙学是天文学和物理学的分支学科,它从整体角度研究宇宙的结构、运动和演化.事实上,自古以来人类对于宇宙的认识一方面依赖于观测和经验,另一方面依赖于思维和演绎推理.宇宙,按其原来的字义就是空间和时间的意思.中国古代先哲提出“四方上下曰宇,经古来今曰宙”、“天圆如张盖、地方如棋局”以及“浑天如鸡子,地如鸡中黄”等概念,古代所讨论的宇宙,不外乎大地及其周围的天空.哥白尼冲破了宗教神学的阻挠,纠正了托勒密地心说的错误,建立了日心说,引起了天文学的巨大革命.但是,哥白尼时代所指的宇宙实质上是太阳系. 问题宇宙是怎样诞生的?它从何而来?又向哪里去?斯蒂芬·霍金教授写的《时间简史》给了我们这样的回答：    　　我们现在生活的宇宙有自己的历史起点，它大约诞生于150亿年前，那时，宇宙只是一个点，不占有空间，也没有时间的概念。在这一点发生了大爆炸，时间和空间从此开始，物质开始形成。    　　最初，宇宙的温度极高，随着时间的推移，空间越来越大，温度越来越低，宇宙中的能量与物质不断发生复杂的反应，逐渐形成星系。    　　空间继续扩大、膨胀，直到今天，宇宙仍然在膨胀之中。   　大约在距今50亿年前，太阳形成。大约在距今46亿年前，地球形成。    　宇宙继续膨胀，将来也会膨胀，也许在膨胀到一定程度后，宇宙开始收缩，可能会收缩成一个点，一个不占有空间的点。到那时，时间结束。到底会不会这样，现在还说不定。    　　大爆炸之前是怎么回事，不知道。永远也无法知道。这就是大爆炸宇宙的基本理论。 有关宇宙的图片银河系 11素材积累:霍金名言1、如果一个人没有梦想，无异于死掉。2、无论命运有多坏，人总应有所作为，有生命就有希望。3、身体和精神是不能同时残障的。4、上帝既造就天才，也造就傻瓜，这不取决于天赋，完全是个人努力程度不同的结果。 12你是宇宙之王，你是泰山北斗，你是活着的爱因斯坦，你是人们心中的英雄，赋予你什么都不为过，因为命运对你实在不公。他剥夺你行走的能力，你却用思想穿越时空；他不让你站立，你却用眼睛仰望天空；他对你冷漠，你却用微笑面对死神。你不该剥夺的，都被厄运拿走了，只留下十个手指，致霍金能活动的只有两个，但对你来说，有两个指头就足够了！一个指头，那是一把锋利无比的剑，可以任意洞穿苦难、灾祸、痛苦，可以消灭一切黑暗，赢得重生。另外一个指头，用以创造，同样可以所向披靡。你是智者的化身,你是人类探索宇宙的典范，你站在爱因斯坦的肩上，看得好远，而我多想站在你的肩膀上，一直看到宇宙的边缘，惊讶于生命的浩瀚。向你致敬！ 15●科技论文阅读方法：1、阅读时，采用两步走：第一步泛读，即知其大意，不求甚解。第二步精读。2、边读边画出结构上起过渡、连接作用的词、句子、段落。3、画出段落的中心句，尤其要注意段首、段尾句。4、画出文中的关键词句，如：也许、左右、可能、似乎、大概等模棱两可的词语。5、提取作者观点时,或摘录文中语句，或用自己的语言组织。 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，运用天体物理学理论，对宇宙的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。 （一）解读文本主题1：探究本文的要点和内涵，提高筛选、整合信息的能力1.快速阅读课文，能否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。 2.再次细读课文，明确作者讲了几层意思，并用自己的语言组织提炼出文意要点。明确：要点依次为：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。 3.霍金对宇宙未来的预言主要有哪些观点？明确：①宇宙的膨胀和坍缩与宇宙的平均密度有关，如果平均密度小于某个临界值，它就会永远膨胀。如果平均密度大于临界值，宇宙就会坍缩，时间本身就会终结。②在螺旋星系和星系团中应该存在有某种看不见的暗物质，它的引力吸引足以把高速旋转的星系牢牢抓住，不至于使这些星系或星系团飞散开去。 ③如果宇宙继续膨胀下去，五十亿年后，太阳将耗尽它的核燃料，最终稳定成一颗白矮星。在大约一百亿年后，大约具有太阳质量的恒星将变成白矮星或中子星，具有更大质量的恒星会变成黑洞。④黑洞中粒子的速度有可能超过光速逃出黑洞，只要有足够长的时间，巨大的黑洞也可以“蒸发”掉。⑤在星系或星系团之外，应该存在有足够的暗物质，这些暗物质能使密度达到临界值，从而可能会使宇宙最终坍缩。但这个时间应该在一百五十亿年之后。 全文可分为六部分：第一部分（第1段）：开门见山，直揭主题，总起全文：科学家有信心预言未来。第二部分（第2～5段）：写巫师、牧师、宗教狂热者等非科学家们对未来的妄测，反衬科学家观测的可靠性。第三部分（第6～10段）：说明在非常大的尺度下，科学家可以对宇宙作可靠的预言。 第四部分（第11～13段）：根据宏观上各个方向上的宇宙微波背景辐射的温度极其接近的原理，作出未来宇宙正在平滑均匀地膨胀的推测。第五部分（第14～25段）：从另一个角度说明宇宙未来是坍缩还是膨胀，要看它的密度是大于还是小于临界值，而预言宇宙的未来，关键是要弄清宇宙的平均密度是多少，这是本文探讨的核心。第六部分（第26段）：总结全文，再次阐明对宇宙未来的认识态度。 4、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”?作者认为科学家可以预测宇宙未来的依据是什么?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”。 5.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。 主题2：赏析本文生动、幽默的演讲风格1.本文在论述过程中，常常用一些生动的比喻来说明事理。下列这个比喻句说明了什么道理?“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。”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。 2.这篇文章语言幽默风趣，在说明科学道理的同时，创造出一种轻松愉快的气氛，体现了演讲词的特点。试举出三个例子，分析其表达效果。明确：例如：①“……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。”这句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。 ②“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。”这句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。 ③“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。”听众明知作者做的是科学的预言，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。 学习了本文之后，你是怎样理解广袤的宇宙的？观点交流：观点一：宇宙是无穷的，这种无穷使得人类在眼下的科技水平下还不能彻底了解自己生存的环境。预测，这是大胆的假设和小心求证的过程，是人类科技不断进步的体现。观点二：19世纪20年代开始，现代自然科学进入发展的重要阶段。揭示自然的本质越来越深入，科学知识进入到“大爆炸”阶段，人们探索宇宙的征程也进入快车道。 观点三：科学是一门“真”的学问，它的使命是要揭示自然界中的奥秘和真理。广袤的宇宙自有它的真实的状态，我们总是生活在一个需要真实，却又经常靠虚幻来感知的宇宙中。比如，从发出星光到你接受星光的若千万光年里，星星已经发生了变化，你看到的不是此时此刻的真实。广袤的宇宙深处到底怎样还有待我们去探索。