宇宙中的局部运动也许会出现混沌状态,但宇宙在大尺度 上是可以预测的。宇宙正在膨胀,其他星系正在离我们远去。 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。” 现在,宇宙中星系之间的距离在增大,“但是人们预料星 系之间的引力吸引正在降低这个膨胀率。如果宇宙的密度大于 某个临界值,引力吸引将最终使膨胀停止并使宇宙开始重新收 缩。宇宙就会坍缩到一个大挤压 大挤压”和“大爆炸 前的状态一样,“是具有无限密度的状态,物理定律在这种状 态下失效 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。” 计算宇宙的平均密度并不容易。“如果我们计算能看得见 的恒星并把它们的质量相加,我们得到的,不到临界值的百分 之一左右。”即使加上“气体云的质量”,临界值最多是百分 之一。但是,我们能不能据此得出宇宙将永远膨胀下去的结论 呢?还不能。因为宇宙中还有许多暗物质。根据现在的观测研 究,将这些暗物质估算在内,“仍然只达到要使宇宙重新坍缩 的临界质量的百分之十左右。这样,如果我们仅仅依据观测证 据,则可预言宇宙会继续无限地膨胀下去。”这样,“在大约 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。 霍金对黑洞的解释是:“空间一时间的一个区域,因为那 儿的引力是如此之强,以至于任何东西,甚至光都不能从该处 逃逸出来。”(《时间简史》一书所附《小辞典》)但是,也 许“黑洞并不像被描绘的那样黑”,根据量子力学的测不准原 理,如果黑洞中有一颗粒子的位置是确定的,那么它的速度就 有可能超过光速“逃离黑洞
g6 宇宙中的局部运动也许会出现混沌状态，但宇宙在大尺度 上是可以预测的。宇宙正在膨胀，其他星系正在离我们远去。 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。” 现在，宇宙中星系之间的距离在增大，“但是人们预料星 系之间的引力吸引正在降低这个膨胀率。如果宇宙的密度大于 某个临界值，引力吸引将最终使膨胀停止并使宇宙开始重新收 缩。宇宙就会坍缩到一个大挤压。”“大挤压”和“大爆炸” 前的状态一样，“是具有无限密度的状态，物理定律在这种状 态下失效。” 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。” 计算宇宙的平均密度并不容易。“如果我们计算能看得见 的恒星并把它们的质量相加，我们得到的，不到临界值的百分 之一左右。”即使加上“气体云的质量”，临界值最多是百分 之一。但是，我们能不能据此得出宇宙将永远膨胀下去的结论 呢？还不能。因为宇宙中还有许多暗物质。根据现在的观测研 究，将这些暗物质估算在内，“仍然只达到要使宇宙重新坍缩 的临界质量的百分之十左右。这样，如果我们仅仅依据观测证 据，则可预言宇宙会继续无限地膨胀下去。”这样，“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。 霍金对黑洞的解释是：“空间—时间的一个区域，因为那 儿的引力是如此之强，以至于任何东西，甚至光都不能从该处 逃逸出来。”（《时间简史》一书所附《小辞典》）但是，也 许“黑洞并不像被描绘的那样黑”，根据量子力学的测不准原 理，如果黑洞中有一颗粒子的位置是确定的，那么它的速度就 有可能超过光速“逃离黑洞
我们不能相信已有的确定证据,是因为还有别的理论在探 讨宇宙的奥秘。人择原理和暴涨理论就是其中的两种。 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。” 三、演讲的特点 1.生动的导引 这篇科技论文是演讲辞,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一 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 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
g6 我们不能相信已有的确定证据，是因为还有别的理论在探 讨宇宙的奥秘。人择原理和暴涨理论就是其中的两种。 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。” 三、演讲的特点 1．生动的导引 这篇科技论文是演讲辞，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
●解题指导 设计此题,是为了让学生透过生动的比喻,来理解作 者所要说明的科学道理。 1.我们目前还不知道“制约宇宙的有关定律”。即使知 道了,它的“物理方程的解”也会出现混沌性质,不可能有确 解 2.“宇宙在大挤压处终结”,终结就是死亡,再讨论时 空问题,或者再问“在这‘之后’的事件”,已毫无意义。 二、设计此题,是为了让学生提炼出作者所论证的一些观 点及论据。 宇宙中存在暗物质的证据有两个 个来自于螺旋星 系”,如果没有暗物质的引力作用,这些旋转的星系早就被甩 开了。“另一个证据来自于星系团”,这些星系团“成团地集 中在一起”,其中个别星系运动速度非常高,若不是存在暗物 质,“这些星系团就会飞散开去”。 作者在说明现在的宇宙密度可能就在临界状态时,列举了 两种假说。一是“人择原理”:可能存在多个宇宙,只有那些 接近临界密度的宇宙,才有我们这些“智慧生物”去问这个问 题。二是“暴涨理论”:宇宙可能从一个微小的尺度暴涨到我 们现在的临界状态。 三、设计此题,是为了让学生注意文章幽默的语言风格 体会演讲辞的特点。文章中幽默的话语,除了“课文说明”中 提到的一段,还有很多,如,说古代的女巫“通常是被毒药或 火山隙溢出的气体弄得精神恍惚的女人”,说明她们作预言需 要借助于神秘的力量,语言夸张而带有讽刺意味:同样,在讽 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”,将“末日预言者”的尴尬处境含蓄幽默地揭露出来 句“否则的话,物理学家就会在赌场发财”,将“轮赌盘 的不确定性和“制约宇宙的有关定律”的物理方程的解具有混
g6 ●解题指导 一、设计此题，是为了让学生透过生动的比喻，来理解作 者所要说明的科学道理。 1．我们目前还不知道“制约宇宙的有关定律”。即使知 道了，它的“物理方程的解”也会出现混沌性质，不可能有确 解。 2．“宇宙在大挤压处终结”，终结就是死亡，再讨论时 空问题，或者再问“在这‘之后’的事件”，已毫无意义。 二、设计此题，是为了让学生提炼出作者所论证的一些观 点及论据。 宇宙中存在暗物质的证据有两个。“一个来自于螺旋星 系”，如果没有暗物质的引力作用，这些旋转的星系早就被甩 开了。“另一个证据来自于星系团”，这些星系团“成团地集 中在一起”，其中个别星系运动速度非常高，若不是存在暗物 质，“这些星系团就会飞散开去”。 作者在说明现在的宇宙密度可能就在临界状态时，列举了 两种假说。一是“人择原理”：可能存在多个宇宙，只有那些 接近临界密度的宇宙，才有我们这些“智慧生物”去问这个问 题。二是“暴涨理论”：宇宙可能从一个微小的尺度暴涨到我 们现在的临界状态。 三、设计此题，是为了让学生注意文章幽默的语言风格， 体会演讲辞的特点。文章中幽默的话语，除了“课文说明”中 提到的一段，还有很多，如，说古代的女巫“通常是被毒药或 火山隙溢出的气体弄得精神恍惚的女人”，说明她们作预言需 要借助于神秘的力量，语言夸张而带有讽刺意味；同样，在讽 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”，将“末日预言者”的尴尬处境含蓄幽默地揭露出来； 一句“否则的话，物理学家就会在赌场发财”，将“轮赌盘” 的不确定性和“制约宇宙的有关定律”的物理方程的解具有混
沌性质一语说透,妙趣横生。另外尚有:“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”;“无论如何,假定在太阳爆炸的时刻,我们还没有把自 己毁灭的话,我们应该已经掌握了恒星际旅行的技术。”;“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。”等等 ●教学建议 本课用三课时自读。 这篇课文涉及的科学知识比较深,但也不难懂。在教学中 教师可参考“课文说明”及“有关资料”部分,帮助学生读懂 课文。在此基础上,找出课文的重点难点,结合完成课后练习, 加深对课文的理解, 课文的主体部分,论述了宇宙中物质密度问题,这是课文 的重点,从理解上来说,也是难点。宇宙中物质的密度,决定 了引力的大小。物质密度大,引力就大;物质密度小,引力就 小。物质密度的大小,如果超过了一个临界值,就会发生质的 变化。依据大爆炸宇宙学,宇宙的未来只有两种命运:继续膨 胀或坍缩。目前的观测表明宇宙“至少在一百亿年内不会停止 膨胀”,但由于宇宙中存在着许多暗物质,也许还存在一些我 们尚不十分明了的原因,在遥远的未来,它会不会坍缩,还是 一个未解之谜。 在教学中,可以请物理学习好的学生或爱好天文的学生 结合自己的学习或知识,就课文内容作一些引申发挥。现在, 宇航、天文观测等科学研究都具有世界性,经常有一些有关的 报道。有条件的地方可组织参观一次科技馆或天文馆。 ●有关资料 作者简介(麦克丹尼尔) 斯蒂芬·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
g6 沌性质一语说透，妙趣横生。另外尚有：“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”；“无论如何，假定在太阳爆炸的时刻，我们还没有把自 己毁灭的话，我们应该已经掌握了恒星际旅行的技术。”；“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。”等等。 ●教学建议 本课用三课时自读。 这篇课文涉及的科学知识比较深，但也不难懂。在教学中， 教师可参考“课文说明”及“有关资料”部分，帮助学生读懂 课文。在此基础上，找出课文的重点难点，结合完成课后练习， 加深对课文的理解。 课文的主体部分，论述了宇宙中物质密度问题，这是课文 的重点，从理解上来说，也是难点。宇宙中物质的密度，决定 了引力的大小。物质密度大，引力就大；物质密度小，引力就 小。物质密度的大小，如果超过了一个临界值，就会发生质的 变化。依据大爆炸宇宙学，宇宙的未来只有两种命运：继续膨 胀或坍缩。目前的观测表明宇宙“至少在一百亿年内不会停止 膨胀”，但由于宇宙中存在着许多暗物质，也许还存在一些我 们尚不十分明了的原因，在遥远的未来，它会不会坍缩，还是 一个未解之谜。 在教学中，可以请物理学习好的学生或爱好天文的学生， 结合自己的学习或知识，就课文内容作一些引申发挥。现在， 宇航、天文观测等科学研究都具有世界性，经常有一些有关的 报道。有条件的地方可组织参观一次科技馆或天文馆。 ●有关资料 一、作者简介（麦克丹尼尔） 斯蒂芬·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。 (选自《斯蒂芬·霍金:伟大的物理学家》,世界知识出 版社1998年版,翟玉章译) 二、穷宇宙之际(吴国盛) 20世纪的天文学,由于观测手段更为先进,将人类的视野 扩展到了150亿光年的空间距离。除了传统的光学望远镜随光 学材料的改进和加工能力的提高,出现了空前大的口径外,无 线电接收技术的发展,导致了可见光之外各波段的天文观测, 射电望远镜冲破了银河系内星云尘埃等设置的光学屏障,把目 光射向了河外星系。天文学进入了全波时代。 天体物理学在20世纪发展成了天文学的主流,它最引人 注目的成就是诞生了将整个宇宙作为自己的研究对象的现代 宇宙学。以爱因斯坦的相对论为理论基础,以大尺度的天文观 测特别是河外星系的普遍红移和宇宙背景辐射为事实依据,宇 宙学展示了宇宙整体的物理特征 1.河外星系的观测与红移的发现 在浩瀚的太空中,除了有无数发光的星星外,还有弥散状 的星云。关于星云的本质长时期存在争论,一种观点认为星云 是银河系内的星际物质,另一种观点则认为,星云实际上是像
g6 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。 （选自《斯蒂芬·霍金：伟大的物理学家》，世界知识出 版社 1998 年版，翟玉章译） 二、穷宇宙之际（吴国盛） 20 世纪的天文学，由于观测手段更为先进，将人类的视野 扩展到了 150 亿光年的空间距离。除了传统的光学望远镜随光 学材料的改进和加工能力的提高，出现了空前大的口径外，无 线电接收技术的发展，导致了可见光之外各波段的天文观测， 射电望远镜冲破了银河系内星云尘埃等设置的光学屏障，把目 光射向了河外星系。天文学进入了全波时代。 天体物理学在 20 世纪发展成了天文学的主流，它最引人 注目的成就是诞生了将整个宇宙作为自己的研究对象的现代 宇宙学。以爱因斯坦的相对论为理论基础，以大尺度的天文观 测特别是河外星系的普遍红移和宇宙背景辐射为事实依据，宇 宙学展示了宇宙整体的物理特征。 1．河外星系的观测与红移的发现 在浩瀚的太空中，除了有无数发光的星星外，还有弥散状 的星云。关于星云的本质长时期存在争论，一种观点认为星云 是银河系内的星际物质，另一种观点则认为，星云实际上是像