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高中语文《宇宙的未来》知识点精讲

全册精讲+→ 班班通教学系统 2022-04-10

1 林教头风雪山神庙

2 装在套子里的人

3* 边 城

4 归去来兮辞 并序

5 滕王阁序

6.逍遥游

7.陈情表

8.咬文嚼字

9.说木叶

10.谈中国诗

11.中国建筑的特征

12.作为生物的社会

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知识点总结

作者霍金 被誉为当代的爱因斯坦,是英 国理论物理学家,在大爆炸、黑洞等宇宙学理论上取得了举世瞩目的成就。他的科普著作《时间简史》极大地增进了人们对宇宙的认识。

永远膨胀下去的宇宙的未来相当乏味。但是一点也不能肯定宇宙是否会永远膨胀。我们只有大约为使宇宙坍缩的需要密度十分之一的确定证据。然而,可能还有其他种类的暗物质,还未被我们探测到,它会使宇宙的平均密度达到或超过临界值。这种附加的暗物质必须位于星系或星系团之外。否则的话,我们就觉察到了它对星系旋转或星系团中星系运动的效应。

  为什么我们应该认为,也许存在足够的暗物质,使宇宙最终坍缩呢?为什么我们不能只相信我们已有确定证据的物质呢?其理由在于,哪怕宇宙现在只具有十分之一的临界密度,都需要不可思议地仔细选取初始的密度和膨胀率。如果在大爆炸后一秒钟宇宙的密度大了一万分之一,宇宙就会在十年后坍缩。另一方面,如果那时宇宙的密度小了同一个量,宇宙在大约十年后就变成基本上空无一物。

  宇宙的初始密度为什么被这么仔细地选取呢?也许存在某种原因,使得宇宙必须刚好具有临界密度。看来可能存在两种解释。一种是所谓的人择原理,它可被重述如下:宇宙之所以是这种样子,是因为否则的话,我们就不会在这里观测它。其思想是,可能存在许多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近临界密度的能存活得足够久并包含足够形成恒星和行星的物质。只有在那些宇宙中才有智慧生物去诘问这样的问题:密度为什么这么接近于临界密度?如果这就是宇宙现在密度的解释,则没有理由去相信宇宙包含有比我们已探测到的更多物质。十分之一的临界密度对于星系和恒星的形成已经足够。

  然而,许多人不喜欢人择原理,因为它似乎太倚重于我们自身的存在。这样就有人对为何密度应这么接近于临界值寻求另外可能的解释。这种探索导致极早期宇宙的暴涨理论。其思想是宇宙的尺度曾经不断地加倍过,正如在遭受极端通货膨胀的国家每隔几个月价格就加倍一样。然而,宇宙的暴涨更迅猛更极端得多:在一个微小的暴涨中尺度的至少一千亿亿亿倍的增加,会使宇宙这么接近于准确的临界密度,以至于现在仍然非常接近于临界密度。这样,如果暴涨理论是正确的,宇宙就应包含足够的暗物质,使得密度达到临界值。这意味着,宇宙最终可能会坍缩,但是这个时间不会比迄今已经膨胀过的一百五十亿年左右长太多。

  ——霍金《宇宙的未来》节选

易错点:


练习题:

  1、对宇宙“临界密度”作用的理解,不正确的一项是(      )

  A.宇宙密度的临界值很重要,大于它或者小于它最终都会导致宇宙膨胀而产生大爆炸。

  B.为何宇宙必须刚好具有临界密度,人择原理和暴涨理论都是两种可能的解释。

  C.如果宇宙的平均密度超过临界密度那么宇宙就会坍缩。

  D.如果宇宙的密度小于临界密度,它就不会坍缩而会永远膨胀下去。

  2、对“人择理论”的理解,正确的一项是(       )

  A.人择原理的提出是人们通过对宇宙的观测从而得出的理论。

  B.人择理论者认为只有那些有智慧生物的宇宙,因为密度接近于临界密度,所以才得以“存活”。

  C.人择原理实际上就是对宇宙密度的人为确定,因此宇宙密度也可以任意改变。

  D.人择原理实际上就是从现行的宇宙状况出发去认识宇宙的临界密度,其思想即“存在就是合理的”。

  3、下列说法不符合文意的一项是(      )

  A.暴涨理论反对人择理论那种对人们自身存在的过分倚重,而对宇宙的临界密度寻求另外可能的解释。

  B.根据暴涨理论,宇宙的密度就是在一次次迅猛、极端的暴涨中接近于准确的临界密度。

  C. 如果暴涨理论是正确的,那么在星系和星系团之外可能存在着其他种类的暗物质。

  D.现在的宇宙“安然无恙”既没膨胀也没坍缩,处于一种“稳定状态”。

  4、根据文中提供的信息,下列推论正确的一项是(        )

  A.不能肯定宇宙是否会永远膨胀,也不能肯定宇宙最终会坍缩。

  B.根据人择原理,宇宙当中有许多的暗物质,只是人们还没有探测到或者没有去定义它们。

  C.暴涨可以使宇宙的密度突然达到临界状态,也可以突然大于临界状态,这就意味着宇宙最终可能会坍缩。

  D.可以预言,再过一百五十亿年宇宙的某一次暴涨将使宇宙坍缩。

  《未来的宇宙》


  宇宙的未来课后练习题答案解析

  1、A(“最终都会导致宇宙膨胀而产生大爆炸”小于它会膨胀,大于它怎会坍缩。)

  2.D(人择原理就是人们的主观认识。A项错在“通过对宇宙的观测”;B项错在“那些有智慧生物的宇宙”,没有智慧生物的宇宙也会“存活”;C项不是人为确定和改变宇宙密度)

  3、D(由最后一句话可以得出,宇宙这一百五十亿年来都是处于膨胀状态)

  4、C(A项由“我们只有大约为使宇宙坍缩的需要密度十分之一的确定证据。”“为什么我们应该认为,也许存在足够的暗物质,使宇宙最终坍缩呢?”还有最末一句话“这意味着,宇宙最终可能会坍缩,但是这个时间不会比迄今已经膨胀过的一百五十亿年左右长太多。”由此判定“也不能肯定宇宙最终会坍缩”错;B项由人择原理认为“如果这就是宇宙现在密度的解释,则没有理由去相信宇宙包含有比我们已探测到的更多物质。”可以推知人择原理者不相信“宇宙中有许多的暗物质”;D项“一百五十亿年后”说法太绝对,不准确。文中说,“不会比迄今已经膨胀过的一百五十亿年左右长太多”)

图文导学



教学设计

  【教学目标】

  一、知识教育目标

  1.了解有关宇宙学的一些知识;

  2.了解演讲稿的一些特点。

  二、能力培养目标

  1.学习举办科普讲座,以提高讲座的科学性、规范性;

  2.通过和本单元前面的课文进行比较,提高比较阅读的能力。

  三、德育渗透目标

  通过本文的学习,激发学生对宇宙奥秘的探索热情。

  四、美育渗透目标

  引导学生体会这篇讲演幽默的语言风格,提高自己的思维和语言表达能力。
 

  【重点、难点、疑点及解决办法】

  重点:

  1.了解有关宇宙学的一些知识;

  2.了解演讲稿的一些特点。

  难点:

  1.学习举办科普讲座,以提高讲座的科学性、规范性;

  2.通过和本单元前面的课文进行比较,提高比较阅读的能力。
 

  【课时安排】1课时
 

  【教学步骤】

  一、明确目标

  1.了解有关宇宙学的一些知识;

  2.了解演讲稿的一些特点。

  3.通过和本单元前面的课文进行比较,提高比较阅读的能力。

  二、整体感知

  1.导入新课

  在当今世界的自然科学领域,能够和爱因斯坦比肩的人物恐怕应当首推史蒂芬·霍金了,他不但做出了辉煌的科学成就,其坚强的意志品质也深深地感染着我们,我们今天就来学习他的一篇演说辞《宇宙的未来》(板书课题)。

  仰望灿烂的星空,我们会肃然起敬,产生无穷无尽的联想和想像。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。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?

  2.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。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。

  三、重点、难点的学习与目标达成过程

  1.感知课文,明确本文的整体写作思路。

  在讲演的开头,作者就指出,预言将来是非常困难的,预言宇宙的将来尤其困难。虽然如此,科学家对此仍然满怀信心。

  课文第2段,作者却话题一转,考察起预言的历史。提及预言,人们会不由自主地想到古代的巫术。女巫用"毒药或火山溢出的气体"把自己"弄得精神恍惚",不过是为了增加一点儿神秘色彩,"而真正的技巧在于解释"。近代宗教预言也是这样,不断用新的解释来掩饰预言的失败,如"首先要数出获救者名单"等。那么,科学家的预言是不是也像古代的预言家一样是一时的"骗术"呢?作者指出,"科学预言也许并不比那些巫师或预言家的更可靠些",比如对天气预报、对"极端条件下物体的精确的定律",以及对大脑的工作机制等,都还缺乏准确的判断。但是,"宇宙在非常大的尺度下的未来",还是可以预言的。

  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。宇宙正在高速膨胀,其他星系正在飞速离我们远去。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",因为如果宇宙的膨胀率和平均密度不均匀,来自宇宙各个方向的宇宙微波背景辐射温度就不会如此一致。"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。因此我们可以预言宇宙遥远的未来。"

  从目前的情况看,宇宙中星系之间的距离在增大,但是星系之间的引力吸引有可能降低膨胀率。"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"前的状态相似,"具有无限密度","物理定律在这种状态下失效"。

  这样,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"。

  但是,计算宇宙的平均密度并不容易。把我们现在能看到的恒星质量加起来,还不到临界值的百分之一;即使加上"气体云的质量",最多达到临界值的百分之一。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。因为宇宙中还存在许多暗物质,这些暗物质我们肉眼看不见,不能直接观测到。黑洞就是这类暗物质,它是超大恒星死亡的产物。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。"(见《时间简史》一书所附《小辞典》)我们虽然看不见黑洞的存在,但可以通过观察螺旋星系和星系团来判断它们的存在:能使大质量的星系或星系团绕之旋转的东西,其质量一定比这些星系和星系团大得多。

  作者指出,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"。于是有人择原理和暴涨理论为之说,前者假设有多个宇宙共存,而我们所能理解的只是身处其中的一个;后者认为宇宙可能采取一种非常规的方式突变,从一个微小的尺度很快达到临界状态。

  归根到底,宇宙的未来只有两种命运:继续膨胀,或可能收缩。这取决于宇宙现有的密度,所以,科学家在没有称算出宇宙的重量之前,不得不承认"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。"

  2.研读课文,讨论问题。

  (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。最后没有做出一个明确的预言,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,如果不作必要的交待,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。

  (3)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。

  布置作业

  完成"研讨与练习一、二"。


霍金去世,留下这四大预言,会实现吗?

霍金三部曲揭秘宇宙何时并如何起始?我们为何在此?为何是有非无?


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