美国人的科幻内参（二）：《公平硬币》《黑色伊甸园》《火星救援》
小说《公平硬币》封面
《公平硬币》
(Fair coin, 作者E.C.Myers)
应用年级：9年级~ 10年级
这篇小说深入到理论物理和量子论，其中的主题通常是高中学生非常着迷的。虽然故事中涉及的概念很复杂，但它提供了一个恰到好处的语境，可以讨论这些理论及其应用潜力，这对学生非常具有吸引力。
1. 在P130，吉娜提到时间悖论的概念，这个概念涉及时间旅行的理论可能性问题。请解释时间悖论。有什么理论可以提供解决这个悖论的途径？
2. 在讨论平行宇宙的可能性时，吉娜说，“多重宇宙不是科学幻想，而是正儿八经的理论。（P132）”然后她接着说，这个理论是量子力学的一部分。请说明平行宇宙或多重宇宙的科学理论。
3. “薛定谔的猫”是在说明物理学的什么理论？为什么这个理论难以证实、也难以证伪？它与处在小说情节核心位置的理论物理是什么关系？
4. 什么是“公平硬币”理论？它与量子物理学是什么关系？请自己动手做一做公平硬币实验，记录实验结果。（哥伦比亚大学为此活动设计了一份精彩的实验指南，详情见http://tinyurl.com/l2c79）
5. 请对弦论做初步调研。该理论的核心概念是什么？（P133）你认为弦论在小说的情节设计中是否重要？占什么地位？请说明。
6. 在P137页，伊福莱姆开玩笑说，他没有放射性。而吉娜回答说，“你怎么知道呢？你有盖格计数器吗？”放射性是什么引起的？盖格计数器的工作原理是怎样的？
7. 多重分身（doppleganger）是什么？它跟多重宇宙理论之间是什么关系？
8. 小说中的人物是如何在平行宇宙之间穿梭旅行的，其具体机制是什么？从理论上说，像“公平硬币”那样的物体可能存在吗？请说明。
9. 在P184，佐伊发表议论：“俗话说，‘任何过于先进的技术都与魔法无异’。”请说出一种你认为非常具有“魔法”感的技术来，并解释其科学原理。
10.“模拟（anologue）”这个词在小说中是如何使用的？请研究这个词的词源。它最早是何时开始使用的？它当时是用来描述什么的？它在其他科学分支里面是如何使用的？
量子物理学
与教学标准的相关性（略）
《量子硬币》（Quantum Coin，E.C.Myers著）
《一无所有》（The Dispossessed，Ursula Le Guin 著）
《实践效应》（The Practice Effect，David Brin 著）
《诸神自身》（The Gods Themselves，Isaac Asimov 著）
《时间线》（Timeline，Michael Crichton 著）
《兽之数》（The Number of the Beast，Robert Heinlein 著）
《时间简史》 （A Brief History of Time, 1991 导演：Errol Morris）
小说《黑色伊甸园》封面
《黑色伊甸园》
(Dark Eden, 作者Chris Beckett)
应用年级：9年级~ 10年级
一男一女两个宇航员被困外星球，几代人之后，他们存活下来的后代及其所创建的社会，即“大家庭”，他们的生活如何呢？《黑色伊甸园》就讲述了他们的故事。小说的年轻主人公约翰试图跨越高山，寻找新的土地，而“大家庭”的领袖们依然等待着来自地球的救援，不敢离开最初的着陆点，他们之间的冲突引发了小说的高潮。本书适合探讨一些跟生物学和化学有关的问题。
1. 根据书中对星球“伊甸园”的描写，需要什么技术才能把载人航天器送到这么远的空间？（参见P68，P83-84，以及P130-131的口述历史对最初着陆的描述）若要实现银河系之外的空间旅行，工程师们会面对哪些困难？你认为我们离这种技术还有多远？
2. 伊甸园星球上没有太阳，因此没有光和热的来源。那么，是什么使得这颗星球适合人类居住呢？
3. 要能支持人类生命，大气层中必须具备哪些元素？请设计一个构想，可以科学地解释伊甸园星球上这些元素存在的理由。
4. 伊甸园上最初的殖民者必须以乱伦的方式来繁殖后代，否则就会面临灭绝（P85-87）。乱伦繁殖会出现什么样的基因后果？这些后果在相继的世代中会增加还是减少？请在对伊甸园居民的描述中,找到这些复杂情况的具体例子。
5. 伊甸园居民没有传统的手表或者日历。为什么没有？他们如何计算、标记时间？从科学角度看，为什么他们这样做是有道理的？
6. 请详查P48上关于树木的描写。因为没有光合作用，植物用什么做能源？这种方式怎样为伊甸园居民提供了光和热的资源？
7. 根据对树木的描写：它们的汁液以及“树桩糖”的可食用结晶体（P48-51），请设想一下伊甸园星球上有哪些化学元素？它们发生着哪些化学反应过程？
8. 伊甸园星球上的动物跟地球上的动物有什么相似之处？又有什么不同之处？它们具有什么样的适应性，从而可以在无光的条件下生存？选一种动物来具体、深入地说明其生物过程，并与其相应的地球物种进行对照，比较异同。
9. 找出伊甸园上的各种光源，同时，请比较生物荧光（bioluminescence）、磷光（phosphorescence）、冷光（luminescence）和光致发光（photoluminescence）。根据小说中的描写，伊甸园上是哪一种发光过程在起作用？为什么？
10.请设想地球上的一个没有阳光的生态系统。其中的生物体具有什么适应性才能在此生存？这个生态系统跟伊甸园上有何类似？有何不同？你愿意去伊甸园那样的星球生存吗？为什么？
基因学；生物荧光；光致发光；冷光；生物适应
与教学标准的相关性（略）
《伊甸之母》（Mother of Eden， Chris Beckett著）
《麻雀》（The Sparrow， Mary Doria Russell 著）
《红火星》（Red Mars，Kim Stanley Robinson 著）
《严厉的月亮》（The Moon is a Harsh Mistress，Robert Heinlein著）
《火星编年史》（The Martian Chronicles，Ray Bradbury 著）
《阿凡达》（Avatar, 2009 导演：James Cameron）
小说《火星救援》封面
《火星救援》
(The Martians, 作者Andy Weir)
应用年级：9年级~ 10年级
故事发生在近未来。宇航员马克在任务失败后被困火星，机组成员和NASA认为他已无生还可能。但马克用自己的植物学和工程学知识背景找到了生存的途径，并设法使NASA意识到他还活着，于是，一场搭救马克的冲刺开始了……
1. 本书第一章，作者描述了让马克受困火星的那次任务。请详查本章提到的技术。是什么阻碍了我们执行飞向火星的载人航行？描述这种航行任务的必要条件。将宇航员送上火星，我们距离拥有其全部技术有多远或多近？
2. 请说明马克记录时间的方式。为什么用“火星日”（Sol）而不是用“天”（day）来记录是更合理的？一个Sol时间段是多久？
3. 马克为了存活下来，必须拥有足够的资源。详查马克是怎么计算他需要多少资源的。你认为他的计算合理吗？请说明。
4. 详查马克用氢气和氧气来制作水的化学过程（P24-27）。这个过程有什么特别危险之处？马克的计算犯了什么错误（P45-47）？
5. 归纳总结马克在整个故事中用到的能源（比如：太阳能电池、放射性同位素温差发电机、离子发动机、可充电电池）。这些能源各有何优点及风险？
6. 为了生存，马克创造性地改装了他的仪器设备（比如在P258-259，及P300-301）。作家将这些与阿波罗13号登月计划的真实故事相提并论。请调研阿波罗13号及其救援所用到的工程技术。请设计一个可行的计划或模型，使用某种现成设备的零部件改装出一个具有完全不同功能的设备。“Instructables网站”或许能给你一些主意，参看电影《阿波罗13号》的这个片段获得灵感: http://tinyurl.com/A13clip
7. 说明马克试图在火星上发展农业时面临的挑战。为什么细菌在农用土壤中是必需成分？马克是怎样克服最初的那些困难的？
8. 你可能看过奥斯卡获奖影片《地心引力》，它也是一个关于宇航员在计划失败后挣扎求生并最终返回地球的故事。请阅读关于本片中的科学的相关文章（比如《华盛顿邮报》上的这一篇：http://tinyurl.com/WP-Gravity）。选择《火星任务》中你认为最有趣、最令人激动的时刻，研究其涉及的科学成分。据你研究，你认为故事中的这一片段是否具有真实发生的可能？
9. 在整个故事中，马克找到无数种方法来改装使用他的EVA宇航服，研究EVA宇航服的工程设计。这些设计是为了什么目的？EVA宇航服的制作材料是什么？科学家在设计EVA宇航服时特别困难之处有哪些？这些设计随着技术的进步，发生了怎样的改变？你可以从NASA网站的太空服设计交互页面开始你的探索：http://tinyurl.com/os2ldp9
10.请说明“彩虹号”发射失败背后的物理学原因。（P187-191）
11.请说明马克失误导致“探路者”失去动力背后的物理学原因。（P224-228）
12.为了在火星上导航，马克制作了一个家用六分仪（P288）。请解释六分仪的功能，并制作一个你自己的六分仪，测试其是否有效。
13.解释马克是如何知道火星上有一场沙尘暴的。他是怎么凭观察而知道沙尘暴的方向和速度的？为什么这些信息至关重要？
14.解释马克将水转化为火箭燃料的化学反应过程。（P335-336）
15.解释马克最后一次发射并与救援小组取得联系所涉及的物理学定律。
化学反应；工程学；物理学
与教学标准的相关性（略）
《宇航员地球生活指南》（An Astronaut’s Guide to Life on Earth，ChrisHadfield 著）
《来自火星的明信片》（Postcards from Mars，Jim Bell 著）
《星际迷航》（Tunnel in the Sky，Robert Heinlein 著）
《火星三部曲》之《红火星》（Red Mars， Kim Stanley Robinson 著）
《阿波罗13号》（Apollo 13，1995年，导演：Ron Howard）
《地心引力》（Gravity，2013，导演：Alfonso Cuarón）
（《神秘博士》就是一部极具将科幻推而广之潜质的剧集。若要了解博士的更多信息，请关注新浪微博“神秘博士中文正版小说”。）
本篇为八光分编译，作者：西夏&毛米。
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