高中人教版 (新课标)13 *宇宙的未来集体备课课件ppt

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一、重点剖析　     作者是按照怎样的思路来探讨“宇宙的未来”的?答案    作者先从古代的巫师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,科学区别于巫师宗教的地方正是它的求实精神。然后探讨宇宙是继续永远膨胀还是有可能坍缩,这是这篇讲演的主体部分。这部分内容的关键所在是计算宇宙的平均密度。之后,介绍两种新的理论——人择原理和暴涨理论,展现科学界最新的探索。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。文章最后,作者没有作出一个明确的预言,只说宇宙是永远膨胀还是可能坍缩取 决于宇宙的现有密度,说明了作者严谨的科学态度。　
　     霍金对宇宙未来的预言主要有哪些观点?请简要概括。答案    (1)宇宙的膨胀和坍缩与宇宙的平均密度有关,如果平均密度小于临界值, 宇宙就会永远膨胀;如果平均密度大于临界值,宇宙就会坍缩。(2)在螺旋星系和星系团中应该存在某种看不见的暗物质,它的引力足以把高速 旋转的星系牢牢抓住,使这些星系团不至于飞散开去。(3)如果宇宙继续无限地膨胀下去,再过五十亿年左右,太阳将耗尽它的核燃料,变 成一颗红巨星。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,也许存在足够的暗物质,这些暗物质能使宇宙的平均密 度达到或超过临界值,从而可能会使宇宙最终坍缩。但这个时间肯定在一百五十 亿年之后。
　     作者认为科学家预言宇宙的未来必须摆脱哪些思想局限?在对宇宙的未来的预测中,存在哪些不确定的因素?答案    (1)必须摆脱的思想局限有四个方面:第一方面是认为我们只发现了制约 在所有正常情形下物体的科学定律,不知道制约在极端条件下物体的精确的定律,所以不能预言宇宙的未来;第二方面是认为我们受到时间尺度的制约,所以不 能预言宇宙的未来;第三方面是认为我们毁坏或消灭环境的能力的增长比利用这 种能力的智慧的增长快得太多了,所以不能预言宇宙的未来;第四方面是认为我 们不能肯定星球在轨道上的微小扰动积累起来会产生怎样的变化,所以不能预言 宇宙的未来。(2)不确定的因素有:①可能存在当前还未被我们探测到的其他种类的暗物质,它 们会影响大爆炸后一秒钟内宇宙的初始密度,从而影响对宇宙最终坍缩时间的确 定;②对宇宙的初始密度的确定有着不同的认识,一种是按照人择原理去确定,一 种是按照暴涨理论去确定,二者有较大差距。
　     为什么科学“不能预言人类社会的未来或者甚至它有没有未来”,却“可以预言宇宙遥远的未来”?作者认为科学家可以预言宇宙遥远的未来的依 据是什么?答案    (1)人类社会的未来是混沌的、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。(2)预言的根据:一是我们观察到的从外空间各个方向来的微波辐射背景的温度 极其接近,这表明宇宙的膨胀是平滑而非混沌的;二是我们根据地球在太阳系中 的地位以及太阳在其所属的星系中的地位,推断出围绕任何其他星系的任何方向 的背景也是相同的,由此可以确定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。
二、写法赏析1.层层推进,步步深入作者选择了预言宇宙未来这个高深课题,开门见山,开篇就指出预言未来非常困 难,但是又对此满怀信心。为什么困难?作者反复举例论证了对一个混沌的系统 只能进行短期的预报,不能预言遥远的未来,而宇宙在恒星、星系和星系团这样的尺度下是一个混沌的系统,因此要预言宇宙的未来非常困难。为什么又满怀信 心?作者运用宇宙微波背景辐射证明,宇宙的行为在非常大尺度下是简单的、非 混沌的,因此可以预言宇宙遥远的未来。怎么预言呢?作者把他的研究推向深入, 指出宇宙的命运取决于宇宙的平均密度。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。如果宇宙的密度小于该临界值, 它将不会坍缩,而会继续永远膨胀下去。宇宙现在的平均密度是多少呢?作者通
过详尽的分析、推算,指出宇宙中星系、星系团等明物质和星系、星系团中的暗 物质的量在宇宙中的密度只有临界密度的十分之一。但是,宇宙在星系和星系团 之外还有广大的空间,那里有没有附加的暗物质呢?于是作者又引入人择原理和 暴涨理论继续深入论证。根据人择原理,宇宙密度只需要有临界密度的十分之 一,星系和星系团之外的空间中不会再有附加的暗物质,因此宇宙将会无限地膨 胀下去。根据暴涨理论,宇宙中还存在附加的暗物质,而且足可以使宇宙的平均密度达到临界密度,因此宇宙现在正处在膨胀和收缩的锋口,最终将会坍缩。作 者的论证就是这样步步推进,环环相扣,一直把我们引向问题的终极。
2.科学论证,超凡绝尘对于一个复杂的处于混沌状态的事物,要预言它的未来,我们都知道其中的困难, 最常见的是天气预报,即便预报三四天的情况,也不能确保绝对准确,更何况宇宙 呢?但是作者却透过重重迷雾和种种假象,发现了宇宙这个最复杂最混沌的事物 在非常大的尺度下最简单最单一的非混沌的本质。这样,他向我们揭示了一个真 理,最复杂的事物原来是最简单的,最混沌的事物原来是最单纯的,因而宇宙的未 来也是可以预言的。作者这种超凡的智慧和思维能力给了我们巨大的启示,他使 我们相信,在具有如此伟大智慧的人类面前,宇宙中还有什么秘密不能揭开!这也 许就是这篇文章扣人心弦的主要原因。
3.敏捷的思维,严谨的推理例如,对于宇宙中的暗物质,眼睛看不见,仪器测不到,怎么断定它的有无?作者巧 妙地利用旋转运动向心引力的原理,不仅断定它必然有,而且计算出了它的量!对 于黑洞,密度很大,引力强到连光线都不能逃逸出来。因此,根据引力学原理,科学 家认定星系演变到黑洞就是最后的终结。但是作者却别出心裁地根据量子力学 的不确定性原理发现,黑洞没有走到尽头,黑洞中有的粒子可以超过光速逃逸出 来,从而导致黑洞最终会被蒸发。这种解决问题的方法在课文中还有许多,令人 感到无论多么困难的问题,作者都能手到擒来,迎刃而解。此外,作者分析问题时的那种严密的推理也让人惊叹不已。现在让我们再来看看 作者是如何根据宇宙微波背景辐射推出宇宙在非常大的尺度下是平滑而非混沌 的结论的。作者先引用微波辐射的资料,指出它的两个特征:一是黑体辐射谱,二 是各向同性。但是,在地球上测得的这个微波辐射有什么意义呢?作者对此进行
了精辟的分析和推理。按照地心学说,地球处于宇宙的中心,这个发现则没有什么意义,因为理所当然应当这样。但是近代宇宙学告诉我们,地球不处在宇宙的 中心,地球只是宇宙中非常普通的一个点,因此就可以由个别推及一般,既然在地 球这个点测得宇宙微波辐射是各向同性,那么在宇宙其他任何地方的某个点测得 的微波辐射也应当同样是各向同性,这就是说,“在围绕任何其他星系的任何方 向的背景也是相同的”。为什么会出现这种情况呢?作者又进行了合乎逻辑的 推理分析,指出它只有在“宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同”时才可能出 现,又由于宇宙微波背景辐射是“热的早期宇宙的残余”,来自宇宙大爆炸的初 期,于是得出结论:宇宙的行为在非常大尺度下是简单的,而不是混沌的。你看,这 里的推理是多么严密而又周详!
4.讲演语言,幽默风趣讲演是面对面的交流,这种交流又是单向的,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 听众所接受。如,谈到轮赌盘的旋转具有混沌性质,作者表示即使是物理学家也 不能预测出它“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 说明了什么是混沌现象。再如,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。