宇宙的未來(lái)教案_第1頁(yè)
宇宙的未來(lái)教案_第2頁(yè)
宇宙的未來(lái)教案_第3頁(yè)
宇宙的未來(lái)教案_第4頁(yè)
宇宙的未來(lái)教案_第5頁(yè)
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《宇宙的未來(lái)》解讀與探究預(yù)習(xí)提示本文是被譽(yù)為當(dāng)代愛(ài)因斯坦的英國(guó)科學(xué)家霍金1991年1月在劍橋大學(xué)的講演。這篇講演,從古代巫師的預(yù)言,談到近代世界末日預(yù)言和宗教預(yù)言,再過(guò)渡到對(duì)宇宙未來(lái)的討論,主要探討了宇宙未來(lái)的兩種命運(yùn):一是繼續(xù)膨脹下去,一是收縮以至于坍縮成一個(gè)奇點(diǎn)。膨脹還是收縮,取決于宇宙的平均密度。由于現(xiàn)在只能對(duì)星系和星系團(tuán)等明物質(zhì)和星系與星系團(tuán)內(nèi)的暗物質(zhì)的量進(jìn)行分析,而對(duì)星系和星系團(tuán)之外廣大空間中有無(wú)附加的暗物質(zhì)目前還不能判斷,因此,對(duì)宇宙現(xiàn)在的平均密度無(wú)法確切估算,對(duì)宇宙的未來(lái)也只能如同巫師“兩方下賭注”,不能有肯定的科學(xué)結(jié)論。這篇文章涉及許多深?yuàn)W的科學(xué)知識(shí),又是翻譯文字,讀起來(lái)有一定困難。建議你采用如下的學(xué)習(xí)方法:(1)抓住開(kāi)頭結(jié)尾,把握文章結(jié)構(gòu)。課文雖然難度大,但只要抓住開(kāi)頭與結(jié)尾,文章結(jié)構(gòu)層次便豁然開(kāi)朗。課文起筆開(kāi)門(mén)見(jiàn)山,指出本文中心是預(yù)言宇宙未來(lái),對(duì)此作者感到非常困難但又滿(mǎn)懷信心。為什么如此矛盾?全文緊緊圍繞這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)討論。結(jié)尾則是歸結(jié)全文,指出文章從三個(gè)方面進(jìn)行了分析論證。我們只要依據(jù)作者的上述提示順藤摸瓜,對(duì)于文章的內(nèi)容便不難理解。(2)認(rèn)真推敲文字,準(zhǔn)確理解語(yǔ)意。課文有許多科學(xué)術(shù)語(yǔ),對(duì)于正確理解內(nèi)容關(guān)涉甚大,例如“非常大的尺度”“暗物質(zhì)”“大擠壓”“微波背景輻射”“黑洞”“人擇原理”“暴漲理論”等,要結(jié)合語(yǔ)境弄明內(nèi)涵。課文還有許多精警的語(yǔ)句,含義深刻,還有許多的語(yǔ)句在幽默風(fēng)趣,自我調(diào)侃中表達(dá)了豐富的哲理,這些地方要一一琢磨。課文是翻譯文字,與漢語(yǔ)比較,在句子結(jié)構(gòu)、語(yǔ)言風(fēng)格上區(qū)別較大,理解起來(lái)有一定難度,閱讀時(shí)更要細(xì)致辨析,避免誤讀。課文解讀(1)這篇講演的主題是宇宙的未來(lái),或者不如說(shuō),科學(xué)家認(rèn)為將來(lái)是什么樣子的。預(yù)言將來(lái)當(dāng)然是非常困難的。我曾經(jīng)起過(guò)一個(gè)念頭,要寫(xiě)一本題為《昨天之明天:未來(lái)歷史》的書(shū)。它會(huì)是一部對(duì)未來(lái)預(yù)言的歷史,幾乎所有這些預(yù)言都是大錯(cuò)特錯(cuò)的。但是盡管有這些失敗,科學(xué)家仍然認(rèn)為他們能預(yù)言未來(lái)。(2)在非常早的時(shí)代,預(yù)言未來(lái)是先知或者女巫的職責(zé)。這些通常是被毒藥或火山隙溢出的氣體弄得精神恍惚的女人。周?chē)哪翈煱阉齻兊闹湔Z(yǔ)翻譯出來(lái),而真正的技巧在于解釋。古希臘的德勒菲的著名巫師以模棱兩可而臭名昭著。當(dāng)這些斯巴達(dá)人問(wèn)道,在波斯人攻擊希臘時(shí)會(huì)發(fā)生什么時(shí),這巫師回答道:要么斯巴達(dá)①會(huì)被消滅,要么其國(guó)王會(huì)被殺害。(①斯巴達(dá):古希臘城堡中除雅典之外的最大城堡,位于希臘半島南部的拉哥尼亞平原。)我想這些牧師盤(pán)算,如果這些最終都沒(méi)有發(fā)生,則斯巴達(dá)就會(huì)對(duì)阿波羅太陽(yáng)神①如此之感恩戴德,以至忽視其巫師作錯(cuò)預(yù)言的這個(gè)事實(shí)。(①阿波羅太陽(yáng)神:阿波羅是希臘奧林珀斯十二主神之一,是宙斯與黑暗女神勒托的兒子。阿波羅是光明之神,也稱(chēng)真理之神。)事實(shí)上,國(guó)王在捍衛(wèi)特莫皮拉隘道①的一次拯救斯巴達(dá)并最終擊敗波斯人的行動(dòng)中喪生了。(①特莫皮拉隘道:一般譯作“溫泉關(guān)”。公元前480年,波斯國(guó)王薛西斯一世率領(lǐng)大軍50多萬(wàn)、戰(zhàn)艦千艘,越過(guò)達(dá)達(dá)尼爾海峽,水陸兩路進(jìn)犯希臘。斯巴達(dá)國(guó)王列奧尼達(dá)斯率領(lǐng)300名斯巴達(dá)士兵在溫泉關(guān)頑強(qiáng)抵抗波斯軍,雖然全部戰(zhàn)死,但成功阻慢波斯大軍前進(jìn),結(jié)果最后希臘戰(zhàn)勝了波斯。)(3)另一次事件,利迪亞①的國(guó)王克羅修斯②,這位世界上最富裕的人有一次問(wèn)道:如果他侵略波斯的話(huà)會(huì)發(fā)生什么。(①利迪亞:一般譯作“呂底亞”,小亞細(xì)亞西部的奴隸制國(guó)家,在今土耳其境內(nèi)。②克羅修斯:一般譯作“克羅伊斯”,呂底亞的末代國(guó)王,約公元前560年—前546年在位。公元前546年,波斯國(guó)王居魯士攻破其首都薩狄斯,被俘。據(jù)說(shuō)他是古代的巨富之一,他的名字已成為“富豪”的同義語(yǔ)。)其回答是:一個(gè)偉大的王國(guó)將會(huì)崩潰。克羅修斯以為這是指波斯帝國(guó),殊不知正是他自己的王國(guó)要陷落,而他自己的下場(chǎng)是活活地在柴堆上受火刑。(4)近代的末日預(yù)言者為了避免尷尬①,不為世界的末日設(shè)定日期。(①尷尬:ɡānɡà,處于進(jìn)退兩難的境地。)這些日期使股票市場(chǎng)下瀉。雖然它使我百思不解,為何世界的終結(jié)會(huì)使人愿意用股票來(lái)?yè)Q錢(qián),假定你在世界末日什么也帶不走的話(huà)。(5)迄今為止,所有為世界末日設(shè)定的日期都無(wú)聲無(wú)息地過(guò)去了。但是這些預(yù)言家經(jīng)常為他們顯然的失敗找借口解釋。例如,第七日回歸的創(chuàng)建者威廉·米勒①預(yù)言,耶穌的第二次到來(lái)會(huì)在1843年3月21日至1844年3月21日間發(fā)生。(①威廉·米勒:1782—1849年,美國(guó)紐約州農(nóng)民,近代基督復(fù)臨運(yùn)動(dòng)的創(chuàng)始人。從1831年起開(kāi)始傳道,根據(jù)《但以理書(shū)》的某些章節(jié)推算出基督將于1843年或1844年3月21日第二次降臨,贏得了成千上萬(wàn)的追隨者。預(yù)言雖然失敗,但該派仍堅(jiān)持教義,并于1863年成立了基督復(fù)臨安息日會(huì)。)在沒(méi)有發(fā)生這件事后,這個(gè)日期就修正為1844年10月22日。當(dāng)這個(gè)日期通過(guò)又沒(méi)有發(fā)生什么事后,又提出了一種新的解釋。據(jù)說(shuō),1844年是第二次回歸的開(kāi)始,但是首先要數(shù)出獲救者名單。只有數(shù)完了名單,審判日才降臨到那些不列在名單上的人。幸運(yùn)的是,數(shù)人名看來(lái)要花很長(zhǎng)的時(shí)間。(6)當(dāng)然,科學(xué)預(yù)言也許并不比那些巫師或預(yù)言家的更可靠些。人們只要想到天氣預(yù)報(bào)就可以了。但是在某些情形下,我們認(rèn)為可以做可靠的預(yù)言。宇宙在非常大的尺度下的未來(lái),便是其中一個(gè)例子。(7)我們?cè)谶^(guò)去的三百年間發(fā)現(xiàn)了制約在所有正常情形下物體的科學(xué)定律。我們?nèi)匀徊恢乐萍s在極端條件下物體的精確的定律。那些定律在理解宇宙如何啟始方面很重要,但是它不影響宇宙的未來(lái)演化,除非直到宇宙坍縮①成一種高密度的狀態(tài)②。(①坍縮:天體體積縮小,密度加大。這里指整個(gè)宇宙的坍縮。坍,tān。②高密度的狀態(tài):即下文提到的“奇性”。)事實(shí)上,我們必須花費(fèi)大量金錢(qián)建造巨大粒子加速器去檢驗(yàn)這些高能定律,便是這些定律對(duì)現(xiàn)在宇宙的影響是多么微不足道的一個(gè)標(biāo)志。(8)即便我們知道了制約宇宙的有關(guān)定律①,我們?nèi)匀徊荒芾盟鼈內(nèi)ヮA(yù)言遙遠(yuǎn)的未來(lái)。(①制約宇宙的有關(guān)定律:從上下文看,作者在這里,既不是指“制約在所有正常情形下物體的科學(xué)定律”,也不是指“制約在極端條件下物體的精確的定律”,當(dāng)是指能夠制約宇宙未來(lái)的定律。)這是因?yàn)槲锢矸匠痰慕鈺?huì)呈現(xiàn)出一種稱(chēng)作混沌的性質(zhì)。這表明方程可能是不穩(wěn)定的:在某一時(shí)刻對(duì)系統(tǒng)作非常微小的改變,系統(tǒng)的未來(lái)行為很快會(huì)變得完全不同。例如,如果你稍微改變一下你旋轉(zhuǎn)輪賭盤(pán)的方式,就會(huì)改變出來(lái)的數(shù)字,你在實(shí)際上不可能預(yù)言出來(lái)的數(shù)字,否則的話(huà),物理學(xué)家就會(huì)在賭場(chǎng)發(fā)財(cái)。(9)在不穩(wěn)定或混沌的系統(tǒng)中,一般地存在一個(gè)時(shí)間尺度,初始狀態(tài)下的小改變?cè)谶@個(gè)時(shí)間尺度將增長(zhǎng)到兩倍。在地球大氣的情形下,這個(gè)時(shí)間尺度是5天的數(shù)量級(jí),大約為空氣繞地球吹一圈的時(shí)間。人們可以在5天之內(nèi)作相當(dāng)準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào),但是要做更長(zhǎng)遠(yuǎn)得多的天氣預(yù)報(bào),就既需要大氣現(xiàn)狀的準(zhǔn)確知識(shí),又需要一種不可逾越的復(fù)雜計(jì)算。我們除了給出季度平均值以外,沒(méi)有辦法對(duì)6個(gè)月以后作具體的天氣預(yù)報(bào)。(10)我們還知道制約化學(xué)和生物的基本定律,這樣在原則上,我們應(yīng)能確定大腦如何工作。但是制約大腦的方程幾乎肯定具有混沌行為,初始態(tài)的非常小的改變會(huì)導(dǎo)致非常不同的結(jié)果。這樣,盡管我們知道制約人類(lèi)行為的方程,但在實(shí)際上我們不能預(yù)言它??茖W(xué)不能預(yù)言人類(lèi)社會(huì)的未來(lái)或者甚至它有沒(méi)有未來(lái)。其危險(xiǎn)在于,我們毀壞或消滅環(huán)境的能力的增長(zhǎng)比利用這種能力的智慧的增長(zhǎng)快得大多了。(11)宇宙的其他地方對(duì)于地球上發(fā)生的任何事物根本不在乎。繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的行星的運(yùn)動(dòng)似乎最終會(huì)變成混沌,盡管其時(shí)間尺度很長(zhǎng)。這表明隨著時(shí)間流逝,任何預(yù)言的誤差將越來(lái)越大。在一段時(shí)間之后,就不可能預(yù)言運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)。我們能相當(dāng)?shù)乜隙ǎ厍蛟谙喈?dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)和金星相撞。但是我們不能肯定,在軌道上的微小擾動(dòng)會(huì)不會(huì)積累起來(lái),引起在十幾億年后發(fā)生這種碰撞。太陽(yáng)和其他恒星繞著銀河系的運(yùn)動(dòng),以及銀河系繞著其局部星系團(tuán)的運(yùn)動(dòng)也是混沌的。我們觀測(cè)到,其他星系正離開(kāi)我們運(yùn)動(dòng)而去,而且它們離開(kāi)我們?cè)竭h(yuǎn),就離開(kāi)得越快。這意味著我們周?chē)挠钪嬲谂蛎洠翰煌窍甸g的距離隨時(shí)間而增加①。(①我們觀察到……:這幾個(gè)句子,作者用通俗的語(yǔ)言闡述了根據(jù)光譜紅移現(xiàn)象推斷出來(lái)的宇宙膨脹的理論。美國(guó)天文學(xué)家斯萊弗通過(guò)對(duì)恒星光譜的研究,于1912年發(fā)現(xiàn)它們的光譜線(xiàn)普遍存在著向紅端移動(dòng)的現(xiàn)象,進(jìn)一步觀察又發(fā)現(xiàn),除個(gè)別例外,幾乎所有的河外星系的光譜都有紅移現(xiàn)象。按照多普勒效應(yīng)解釋?zhuān)@就意味著這些星系都在遠(yuǎn)離地球而去。1929年,哈勃考察了斯萊弗的工作,提出了著名的哈勃定律:星系的紅移量與它們離地球的距離成正比。哈勃定律證明了宇宙正在整體退移或者說(shuō)整體膨脹。)(12)我們觀察到的從外空間來(lái)的微波輻射背景①給出這種膨脹是平滑而非混沌的證據(jù)。(①微波輻射背景:一般稱(chēng)作“宇宙微波背景輻射”,即來(lái)自宇宙空間背景上的各個(gè)方向同性的微波輻射,是宇宙之初“大爆炸”的余熱,溫度比開(kāi)氏絕對(duì)零度高2.7度,即-2700C,習(xí)慣上稱(chēng)為3K輻射。1965年美國(guó)科學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜因共同發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射而獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。)你只要把你的電視調(diào)到一個(gè)空的頻道就能實(shí)際觀測(cè)到這個(gè)輻射。你在屏幕上看到的斑點(diǎn)的小部分是由太陽(yáng)系外的微波引起的。這就是從微波爐得到的同類(lèi)的輻射,但是要更微弱得多,它只能把食物加熱到絕對(duì)溫度①度,所以不能用來(lái)溫?zé)崮愕耐赓u(mài)比薩②。(①絕對(duì)溫度:即開(kāi)氏溫度,1848年由英國(guó)物理學(xué)有開(kāi)爾文提出,1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)泰山定熱力學(xué)溫度以開(kāi)爾文為單位。開(kāi)氏的零度稱(chēng)為“絕對(duì)零度”0C。②比薩:一種意大利式餡餅。)人們認(rèn)為這種輻射是熱的早期宇宙的殘余。但是它最使人印象深刻的是,從任何方向來(lái)的輻射量幾乎完全相同。宇宙背景探索者衛(wèi)星已經(jīng)非常精確地測(cè)量了這種輻射。從這些觀測(cè)繪出的天空?qǐng)D可以顯示輻射的不同溫度。在不同方向上這些溫度不同,但是差別非常微小,只有十萬(wàn)分之一。因?yàn)橛钪娌皇峭耆饣?,存在諸如恒星、星系和星系團(tuán)的局部無(wú)規(guī)性,所以從不同方向來(lái)的微波必須有些不同。但是,要和我們觀測(cè)到的局部無(wú)規(guī)性相協(xié)調(diào),微波背景的變化不可能再小了。微波背景在所有方向上能夠相等到100000分之99999(十萬(wàn)分之九萬(wàn)九千九百九十九)。(13)上古時(shí)代,人們以為地球是宇宙的中心。在任何方向上背景都一樣的事實(shí),對(duì)于他們而言毫不足怪。然而,從哥白尼①時(shí)代開(kāi)始,我們就被降級(jí)為繞著一顆非常平凡的恒星公轉(zhuǎn)的一顆行星,而該恒星又是繞著我們看得見(jiàn)的不過(guò)是一千億個(gè)星系中的一個(gè)典型星系的外邊緣公轉(zhuǎn)。(①哥白尼:1473—1543年,波蘭天文學(xué)家,太陽(yáng)中心說(shuō)的創(chuàng)立者,近代天文學(xué)的奠基人。)我們現(xiàn)在是如此之謙和,我們不能聲稱(chēng)任何在宇宙中的特殊地位。所以我們必須假定,在圍繞任何其他星系的任何方向的背景也是相同的。這只有在如果宇宙的平均密度以及膨脹率處處相同時(shí)才有可能。平均密度或膨脹率的大區(qū)域的任何變化都會(huì)使微波背景在不同方向上不同。這表明,宇宙的行為在非常大尺度下是簡(jiǎn)單的,而不是混沌的。因此我們可以預(yù)言宇宙遙遠(yuǎn)的未來(lái)。(14)因?yàn)橛钪娴呐蛎浭侨绱酥鶆?,所以人們可按照一個(gè)單獨(dú)的數(shù),即兩個(gè)星系間的距離來(lái)描述它。現(xiàn)在這個(gè)距離在增大,但是人們預(yù)料不同星系之間的引力吸引正在降低這個(gè)膨脹率。如果宇宙的密度大于某個(gè)臨界值,引力吸引將最終使膨脹停止并使宇宙開(kāi)始重新收縮。宇宙就會(huì)坍縮到一個(gè)大擠壓,這和啟始宇宙的大爆炸相當(dāng)相似。大擠壓是被稱(chēng)作奇性①的一個(gè)東西,是具有無(wú)限密度的狀態(tài),物理定律在這種狀態(tài)下失效。(①奇性:也稱(chēng)“奇點(diǎn)”,指空間—時(shí)間曲率變得無(wú)窮大而形成的點(diǎn)。大爆炸宇宙學(xué)認(rèn)為,宇宙起源于大爆炸,在大爆炸之前,宇宙是一個(gè)沒(méi)有體積的“奇點(diǎn)”,時(shí)間和空間都不存在。奇,jī。)這就表明即便在大擠壓之后存在事件,它們要發(fā)生什么也是不能預(yù)言的。但是若在事件之間不存在因果的連接,就沒(méi)有合理的方法說(shuō)一個(gè)事件發(fā)生于另一個(gè)事件之后。也許人們可以說(shuō),我們的宇宙在大擠壓處終結(jié),而任何發(fā)生在“之后”的事件都是另一個(gè)相分離的宇宙的部分。這有一點(diǎn)像是再投胎。如果有人聲稱(chēng)一個(gè)新生的嬰兒是和某一死者等同,如果該嬰兒沒(méi)從他的以前的生命遺傳到任何特征或記憶,這種聲稱(chēng)有什么意義呢?人們可以同樣地講,它是完全不同的個(gè)體。(15)如果宇宙的密度小于該臨界值。它將不會(huì)坍縮,而會(huì)繼續(xù)永遠(yuǎn)膨脹下去。其密度在一段時(shí)間后會(huì)變得如此之低,引力吸引對(duì)于減緩膨脹沒(méi)有任何顯著的效應(yīng)。星系們會(huì)繼續(xù)以恒常速度相互離開(kāi)。(16)這樣,對(duì)于宇宙的未來(lái)其關(guān)鍵問(wèn)題在于:平均密度是多少?如果它比臨界值小,宇宙就將永遠(yuǎn)膨脹。但是如果它比臨界值大,宇宙就會(huì)坍縮,而時(shí)間本身就會(huì)在大擠壓處終結(jié)。然而,我比其他的末日預(yù)言者更占便宜。即便宇宙將要坍縮,我可以滿(mǎn)懷信心地預(yù)言,它至少在一百億年內(nèi)不會(huì)停止膨脹。我預(yù)料那時(shí)自己不會(huì)留在世上被證明是錯(cuò)的。(17)我們可以從觀測(cè)來(lái)估計(jì)宇宙的平均密度。如果我們計(jì)算能看得見(jiàn)的恒星并把它們的質(zhì)量相加,我們得到的,不到臨界值的百分之一左右。即使我們加上在宇宙中觀測(cè)到的氣體云的質(zhì)量,它仍然只把總數(shù)加到臨界值的百分之一。然而,我們知道,宇宙還應(yīng)該包含所謂的暗物質(zhì),即是我們不能直接觀測(cè)到的東西。暗物質(zhì)的一個(gè)證據(jù)來(lái)自于螺旋星系。存在恒星和氣體的巨大的餅狀聚合體。我們觀測(cè)到它們圍繞著自己的中心旋轉(zhuǎn)。但是如果它們只包含我們觀測(cè)到的恒星和氣體,則旋轉(zhuǎn)速率就高到足以把它們甩開(kāi)。必須存在某種看不見(jiàn)的物質(zhì)形式,其引力吸引足以把這些旋轉(zhuǎn)的星系牢牢抓住。(18)暗物質(zhì)的另一個(gè)證據(jù)來(lái)自于星系團(tuán)。我們觀測(cè)到星系在整個(gè)空間中分布得不均勻,它們成團(tuán)地集中在一起,其范圍從幾個(gè)星系直至幾百個(gè)星系。假定這些星系互相吸引成一組從而形成這些星系團(tuán)。然而,我們可以測(cè)量這些星系團(tuán)中的個(gè)別星系的運(yùn)動(dòng)速度。我們發(fā)現(xiàn)其速度是如此之高,要不是引力吸引把星系抓到一起,這些星系團(tuán)就會(huì)飛散開(kāi)去。所需要的質(zhì)量比所有星系總質(zhì)量都要大得多。這是在這種情形下估算的,即我們認(rèn)為星系已具有在它們旋轉(zhuǎn)時(shí)把自己抓在一起的所需的質(zhì)量。所以,在星系團(tuán)中我們觀測(cè)到的星系以外必須存在額外的暗物質(zhì)。(19)人們可以對(duì)我們具有確定證據(jù)的那些星系和星系團(tuán)中的暗物質(zhì)的量作一個(gè)相當(dāng)可靠的估算。但是這個(gè)估算值仍然只達(dá)到要使宇宙重新坍縮的臨界質(zhì)量的百分之十左右。這樣,如果我們僅僅依據(jù)觀測(cè)證據(jù),則可預(yù)言宇宙會(huì)繼續(xù)無(wú)限地膨脹下去。再過(guò)50億年左右,太陽(yáng)將耗盡它的核燃料。它會(huì)腫脹成一顆所謂的紅巨星①,直到它把地球和其他更鄰近的行星都吞沒(méi)。(①紅巨星:光譜呈橙色、紅色的巨星。它是在恒星演化過(guò)程中,由于內(nèi)部核燃料的耗盡,熱核反應(yīng)的速率減弱,打破了引力與輻射壓之間的平衡,恒星的外殼開(kāi)始燃燒膨脹而形成的。)它最后會(huì)穩(wěn)定成一顆只有幾千英里尺度的白矮星①。(①白矮星:一類(lèi)低光度、高溫度、高密度的簡(jiǎn)并態(tài)恒性,是恒星演化的一種歸宿。當(dāng)恒星經(jīng)過(guò)紅巨星階段損失大量質(zhì)量后,剩下的質(zhì)量若小于1.44個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量,這顆恒星就演化成白矮星。)我正在預(yù)言世界的結(jié)局,但這還不是。這個(gè)預(yù)言還不至于使股票市場(chǎng)過(guò)于沮喪。前面還有一兩個(gè)更緊迫的問(wèn)題。無(wú)論如何,假定在太陽(yáng)爆炸的時(shí)刻,我們還沒(méi)有把自己毀滅的話(huà),我們應(yīng)該已經(jīng)掌握了恒星際旅行的技術(shù)。(20)在大約100億年以后,宇宙中大多數(shù)恒星都已把燃料耗盡。大約具有太陽(yáng)質(zhì)量的恒星不是變成白矮星就是變成中子星①,中子星比白矮星更小更緊致。(①中子星:恒星在核能耗盡后,經(jīng)過(guò)引力坍縮,依靠簡(jiǎn)并中子的壓力與引力平衡形成的星體。)具有更大質(zhì)量的恒星會(huì)變成黑洞①。(①黑洞:一種特殊的天體,是時(shí)間—空間的一個(gè)區(qū)域。它的基本特征是有一個(gè)封閉的視界。由于引力過(guò)于強(qiáng)大,就連光也不能從中逃逸出來(lái),所以黑洞是看不見(jiàn)的。)黑洞還更小,并且具有強(qiáng)到使光線(xiàn)都不能逃逸的引力場(chǎng)。然而,這些殘留物仍然繼續(xù)繞著銀河系中心每一億年轉(zhuǎn)一圈。這些殘余物的相撞會(huì)使一些被拋到星系外面去。余下的會(huì)漸漸地在中心附近更近的軌道上穩(wěn)定下來(lái),并且最終會(huì)集中一起,在星系的中心形成一顆巨大的黑洞。不管星系或星系團(tuán)中的暗物質(zhì)是什么,可以預(yù)料它們也會(huì)落進(jìn)這些非常巨大的黑洞中去。(21)因此可以假定,星系或星系團(tuán)中的大部分物體最后在黑洞里終結(jié)。然而,我在若干年以前發(fā)現(xiàn),黑洞并不像被描繪的那樣黑。量子力學(xué)的不確定性原理①講,粒子不可能同時(shí)具有定義很好的位置和定義很好的速度。(①量子力學(xué)的不確定性原理:即海森伯提出的測(cè)不準(zhǔn)原理。它的量子力學(xué)意義是不能在同一個(gè)態(tài)中同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量出粒子的位置和速度。海森伯,1901—1976年,德國(guó)物理學(xué)家。)粒子位置定義得越精確,則其速度就只能定義得越不精確,反之亦然。如果在一顆黑洞中有一顆粒子,它的位置在黑洞中被很好地定義,這意味著它的速度不能被精確地定義。所以粒子的速度就有可能超過(guò)光速,這就使得它能從黑洞逃逸出來(lái),粒子和輻射就這么緩慢地從黑洞中泄漏出來(lái)。在一顆星系中心的巨大黑洞可有幾百萬(wàn)英里的尺度。這樣,在它之內(nèi)的粒子的位置就具有很大的不確定性。因此,粒子速度的不確定性就很小,這表明一顆粒子要花非常長(zhǎng)的時(shí)間才能逃離黑洞。但是它最終是要逃離的。在一個(gè)星系中心的巨大黑洞可能花1090年的時(shí)間蒸發(fā)掉并完全消失,也就是“1”后面跟90個(gè)0。這比宇宙現(xiàn)在的年齡要長(zhǎng)得多,它是1010年,也就是“1”后面跟10個(gè)0。如果宇宙要永遠(yuǎn)膨脹下去的話(huà),仍然有大量的時(shí)間可供黑洞蒸發(fā)。(22)永遠(yuǎn)膨脹下去的宇宙的未來(lái)相當(dāng)乏味。但是一點(diǎn)也不能肯定宇宙是否會(huì)永遠(yuǎn)膨脹。我們只有大約為使宇宙坍縮的需要密度十分之一的確定證據(jù)。然而,可能還有其他種類(lèi)的暗物質(zhì),還未被我們探測(cè)到,它會(huì)使宇宙的平均密度達(dá)到或超過(guò)臨界值,這種附加的暗物質(zhì)必須位于星系或星系團(tuán)之外。否則的話(huà),我們就應(yīng)覺(jué)察到了它對(duì)星系旋轉(zhuǎn)或星系團(tuán)中星系運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)。(23)為什么我們應(yīng)該認(rèn)為,也許存在足夠的暗物質(zhì),使宇宙最終坍縮呢?為什么我們不能只相信我們已有確定證據(jù)的物質(zhì)呢?其理由在于,哪怕宇宙現(xiàn)在只具有十分之一的臨界密度,都需要不可思議地仔細(xì)選取初始的密度和膨脹率。如果在大爆炸后一秒鐘宇宙的密度大了一萬(wàn)億分之一,宇宙就會(huì)在十年后坍縮。另一方面,如果那時(shí)宇宙的密度小于同一個(gè)量,宇宙在大約十年后就變成基本上空無(wú)一物。(24)宇宙的初始密度為什么被這么仔細(xì)地選取呢?也許存在某種原因,使得宇宙必須剛好具有臨界密度??磥?lái)可能存在兩種解釋。一種是所謂的人擇原理,它可被重述如下:宇宙之所以是這種樣子,是因?yàn)榉駝t的話(huà),我們就不會(huì)在這里觀測(cè)它。其思想是,可能存在許多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近臨界密度的能存活得足夠久并包含足夠形成恒星和行星的物質(zhì)。只有在那些宇宙中才有智慧生物去詰問(wèn)這樣的問(wèn)題:密度為什么這么接近于臨界密度?如果這就是宇宙現(xiàn)在密度的解釋?zhuān)瑒t沒(méi)有理由去相信宇宙包含有比我們已探測(cè)到的更多物質(zhì)。十分之一的臨界密度對(duì)于星系和恒星的形成已經(jīng)足夠。(25)然而,許多人不喜歡人擇原理,因?yàn)樗坪跆兄赜谖覀冏陨淼拇嬖?。這樣就有人對(duì)為何密度應(yīng)這么接近于臨界值尋求另外可能的解釋。這種探索導(dǎo)致極早期宇宙的暴漲理論。其思想是宇宙的尺度曾經(jīng)不斷地加倍過(guò),正如在遭受極端通貨膨脹的國(guó)家每隔幾個(gè)月價(jià)格就加倍一樣。然而,宇宙的暴漲更迅猛更極端得多:在一個(gè)微小的暴漲中尺度的至少一千億億億倍的增加,會(huì)使宇宙這么接近于準(zhǔn)確的臨界密度,以至于現(xiàn)在仍然非常接近于臨界密度。這樣,如果暴漲理論是正確的,宇宙就應(yīng)包含足夠的暗物質(zhì),使得密度達(dá)到臨界值。這意味著,宇宙最終可能會(huì)坍縮,但是這個(gè)時(shí)間不會(huì)比迄今已經(jīng)膨脹過(guò)的一百五十億年左右長(zhǎng)太多。(26)現(xiàn)在小結(jié)如下:科學(xué)家相信宇宙受定義很好的定律制約,這些定律在原則上允許人們?nèi)ヮA(yù)言將來(lái)。但是定律給出的運(yùn)動(dòng)通常是混沌的。這意味著初始狀態(tài)的微小變化會(huì)導(dǎo)致后續(xù)行為的快速增大的改變。這樣,人們?cè)趯?shí)際上經(jīng)常只能對(duì)未來(lái)相當(dāng)短的時(shí)間作準(zhǔn)確的預(yù)言。然而,宇宙大尺度的行為似乎是簡(jiǎn)單的,而不是混沌的。所以,人們可以預(yù)言,宇宙將永遠(yuǎn)膨脹下去呢,還是最終將會(huì)坍縮。這要按照宇宙的現(xiàn)有密度而定。事實(shí)上,現(xiàn)在密度似乎非常接近于把坍縮和無(wú)限膨脹區(qū)分開(kāi)來(lái)的臨界密度。如果暴漲理論是正確的,則宇宙實(shí)際上是處在刀鋒上。所以我正是繼承那些巫師或預(yù)言者的良好傳統(tǒng),兩方下賭注,以保萬(wàn)無(wú)一失。特色鑒賞(1)層層推進(jìn),步步深化。作者選擇預(yù)言宇宙未來(lái)這個(gè)高深課題,因此,起筆就開(kāi)門(mén)見(jiàn)山,指出預(yù)言未來(lái)非常困難,但是又對(duì)此滿(mǎn)懷信心。為什么困難?作者反復(fù)舉例論證了對(duì)一個(gè)混沌的系統(tǒng)只能進(jìn)行短期的預(yù)報(bào),不能預(yù)報(bào)遙遠(yuǎn)的未來(lái),而宇宙在恒星、星系和星系團(tuán)這樣的尺度下是一個(gè)混沌的系統(tǒng),因此要預(yù)言宇宙的未來(lái)非常困難。但又為什么滿(mǎn)懷信心?作者運(yùn)用光譜紅移和宇宙微波背景輻射證明,宇宙在非常大的尺度下是簡(jiǎn)單的、非混沌的,因此對(duì)于宇宙的未來(lái)可以預(yù)言。怎么預(yù)言呢?于是,作者把他的研究推向深入,指出宇宙的命運(yùn)取決于宇宙的平均密度。如果宇宙的密度大于某個(gè)臨界值,引力吸引將最終使膨脹停止并使宇宙開(kāi)始重新收縮。如果宇宙的密度小于該臨界值。它將不會(huì)坍縮,而會(huì)繼續(xù)永遠(yuǎn)膨脹下去。宇宙現(xiàn)在的平均密度是多少呢?作者通過(guò)詳盡的分析、推算,指出宇宙中星系、星系團(tuán)等明物質(zhì)和星系、星系團(tuán)中的暗物質(zhì)的量在宇宙中的密度只有臨界密度的十分之一。但是,宇宙在星系和星系團(tuán)之外還有廣大的空間,那里有沒(méi)有附加的暗物質(zhì)呢?于是作者又引入人擇宇宙原理和暴漲宇宙理論繼續(xù)深入論證。根據(jù)人擇原理,宇宙密度只需要有臨界密度的十分之一,星系和星系團(tuán)之外的空間中不會(huì)再有附加的暗物質(zhì),因此宇宙將會(huì)無(wú)限地膨脹下去。根據(jù)暴漲理論,宇宙中還存在附加的暗物質(zhì),而且足可以使宇宙的平均密度達(dá)到臨界密度,因此宇宙現(xiàn)在正處在膨脹和收縮的鋒口,最終將會(huì)坍縮。作者的論證就這樣步步推進(jìn),環(huán)環(huán)相扣,一直把我們引向問(wèn)題的終極。(2)科學(xué)論證,超凡絕塵。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的處于混沌狀態(tài)的事物要預(yù)言它的未來(lái),我們都知道其中的困難,最常見(jiàn)的是天氣預(yù)報(bào),即便預(yù)報(bào)三四天的情況,也不能確保絕對(duì)準(zhǔn)確,何況宇宙呢?但是作者卻透過(guò)重重迷霧和種種假象,發(fā)現(xiàn)了宇宙這個(gè)最復(fù)雜最混沌的事物在非常大的尺度下最簡(jiǎn)單最單一的非混沌的本質(zhì)。這樣,他向我們揭示了一個(gè)真理,最復(fù)雜的事物原來(lái)是最簡(jiǎn)單的,最混沌的事物原來(lái)是最單純的,因而宇宙的未來(lái)也是可以預(yù)言的。作者這種超凡的智慧和思維能力給了我們巨大的啟示,他使我們相信,在具有如此偉大智慧的人類(lèi)面前,宇宙中還有什么秘密不能揭開(kāi)!這也許就是這篇文章所以扣人心弦的主要原因。這篇文章所以動(dòng)人,還在于作者論證具體問(wèn)題時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的敏捷的思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评?。例如?duì)于宇宙中的暗物質(zhì),眼睛看不見(jiàn),儀器測(cè)不到,怎么斷定它的有無(wú)?作者巧妙地利用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)向心引力的原理,不僅斷定它必有,而且計(jì)算出來(lái)它的量!對(duì)于黑洞,密度很大,引力強(qiáng)到連光線(xiàn)都不能逃逸出來(lái),因此,根據(jù)引力學(xué)原理,科學(xué)家認(rèn)定星系演變到黑洞就是最后的終結(jié)。但是作者卻別出心裁地根據(jù)量子力學(xué)的不確定性原理發(fā)現(xiàn),黑洞沒(méi)有走到盡頭,黑洞中有的粒子可以超過(guò)光速逃逸出來(lái),從而導(dǎo)致黑洞最終會(huì)被蒸發(fā)。這樣敏捷地解決問(wèn)題的方法,在課文中還有許多,他使人感到無(wú)論多么困難的問(wèn)題,作者都能手到擒來(lái),迎刃而解。此外,作者分析問(wèn)題時(shí),那種嚴(yán)密的推理也讓人驚嘆不已?,F(xiàn)在讓我們?cè)賮?lái)看看作者是如何根據(jù)微波背景輻射推出宇宙在非常大的尺度下是平滑而非混沌的結(jié)論。作者先引用微波輻射的資料,指出它的兩個(gè)特征:一是黑體輻射譜,二是各向同性。但是,在地球上測(cè)得的這個(gè)微波輻射有什么意義呢?作者對(duì)此進(jìn)行了精辟的分析和推理。按照地心學(xué)說(shuō),地球處于宇宙的中心,這個(gè)發(fā)現(xiàn)則沒(méi)有什么意義,因?yàn)槔硭?dāng)然應(yīng)當(dāng)這樣。但是近代宇宙學(xué)告訴我們,地球不處在宇宙中心,地球只是宇宙中非常普通的一個(gè)點(diǎn),因此就可以由個(gè)別推及一般,既然在地球這個(gè)點(diǎn)測(cè)得宇宙微波輻射是各向同性,那末在宇宙其他任何地方的那個(gè)點(diǎn)測(cè)得的微波輻射也應(yīng)當(dāng)同樣是各向同性,這就是說(shuō),“在圍繞任何其他星系的任何方向的背景也是相同的”。為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢?作者合乎邏輯地推理分析,指出它只能是“宇宙的平均密度以及膨脹率處處相同”才可能出現(xiàn),又由于微波背景輻射“是熱的早期宇宙的殘余”,來(lái)自宇宙大爆炸的初期,于是得出結(jié)論:宇宙的行為在非常大尺度下是簡(jiǎn)單的,而不是混沌的。你看,這里的推理是多么地嚴(yán)密而又周詳!可以說(shuō),文章通篇都是這樣的推理。讀這篇課文,我們不僅學(xué)到許多的科學(xué)知識(shí),仿佛走進(jìn)了知識(shí)的殿堂,更能學(xué)到許多的科學(xué)思維和科學(xué)論證的方法,仿佛步入了思維的王國(guó),享受到無(wú)窮的樂(lè)趣。問(wèn)題探究在科學(xué)研究和科學(xué)發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域中有一個(gè)很特別的理論,叫做“佯謬”。佯謬?yán)碚撜J(rèn)為,科學(xué)發(fā)展的歷史證明,原有理論體系內(nèi)部可能存在著邏輯矛盾,佯謬就是暴露出原有理論體系的非科學(xué)性和局限性。它能誘發(fā)人們對(duì)舊理論的深層思考,并極大激勵(lì)和啟迪人們開(kāi)始探索一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域。每一個(gè)佯謬的提出和解決往往孕育著新理論的誕生,昭示著一場(chǎng)深刻的科學(xué)革命的到來(lái)??梢哉f(shuō),佯謬是推進(jìn)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)強(qiáng)大動(dòng)力。最有名的例子是愛(ài)因斯坦的追光佯謬。愛(ài)因斯坦在1895年上中學(xué)時(shí)從科普讀物中知道光是高速前進(jìn)的電磁波,馬上就提出一個(gè)“理想實(shí)驗(yàn)”:“假設(shè)一個(gè)人能以光的速度和光波一起跑,會(huì)看到什么現(xiàn)象呢?既然光是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的不停振蕩,交互變化而推動(dòng)向前的波,難道那時(shí)會(huì)看到只是在振蕩著的電磁波而不是向前傳播嗎?這可能嗎?”愛(ài)因斯坦實(shí)際上是提出一個(gè)“追光佯謬”。愛(ài)因斯坦當(dāng)時(shí)只有16歲。后來(lái)愛(ài)因斯坦帶著這個(gè)問(wèn)題學(xué)習(xí)、思考和研究了10年,終于1905年提出了“狹義相對(duì)論”,解決了這一佯謬。愛(ài)因斯坦在一次回憶中這樣寫(xiě)道:“經(jīng)過(guò)十年的沉思之后,我從一個(gè)悖論中得到了這樣的原理,這個(gè)悖論是我在16歲就已經(jīng)無(wú)意中想到了:如果我以光速度c(真空中的速度)追隨一條光線(xiàn)運(yùn)動(dòng),那么我就應(yīng)當(dāng)看到,這樣一條光線(xiàn)就好像一個(gè)在空間里振蕩著而停滯不前的電磁場(chǎng)??墒?,無(wú)論是依據(jù)經(jīng)驗(yàn),還是根據(jù)麥克斯韋方程,看來(lái)都不會(huì)有這樣的事情。從一開(kāi)始,在我直覺(jué)地看來(lái)就很清楚,從這樣一個(gè)觀察者的觀點(diǎn)來(lái)判斷,一切都應(yīng)當(dāng)像一個(gè)相對(duì)于地球是靜止的觀察者所看到的那樣按照同樣的一些定律進(jìn)行。因此,第一個(gè)觀察者怎樣會(huì)知道或者能夠判明他是處于均勻的快速運(yùn)動(dòng)之中呢?”這個(gè)離奇佯謬,既能一針見(jiàn)血地暴露出經(jīng)典物理學(xué)的局限性和非科學(xué)性,同時(shí)在這個(gè)佯謬中隱約潛藏著狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè),即光速不變?cè)恚ㄔ谌魏螒T性參考系內(nèi)真空中的光速是不變的)和相對(duì)性原理(物理學(xué)的規(guī)律在任何慣性參考系內(nèi)都是一樣的)。從經(jīng)典物理學(xué)中牛頓力學(xué)與麥克斯韋電磁場(chǎng)理論之間內(nèi)部邏輯矛盾出發(fā),并將這一矛盾形象化為一個(gè)“追光理想實(shí)驗(yàn)”,這一思想猶如當(dāng)年伽利略反駁亞里士多德關(guān)于物體重下落速度快的假說(shuō)那樣絕妙。愛(ài)因斯坦就這樣借助佯謬的武器,揭露原有舊理論體系的邏輯矛盾,從理論上徹底推翻經(jīng)典物理的時(shí)空觀,創(chuàng)立嶄新的相對(duì)論時(shí)空觀。難怪有人說(shuō),愛(ài)因斯坦不是靠“盲目”地做實(shí)驗(yàn),而是溫文爾雅地拿著理性的佯謬,敲開(kāi)真理之門(mén)。從愛(ài)因斯坦的事例看出,佯謬對(duì)科學(xué)研究和科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有非常重要的意義,它是開(kāi)拓創(chuàng)新的重要途徑。我們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)中,要學(xué)會(huì)運(yùn)用佯謬?yán)碚?,不斷提高自己發(fā)現(xiàn)矛盾和問(wèn)題的能力,培養(yǎng)和提高自己的創(chuàng)新意識(shí)。現(xiàn)在,請(qǐng)同學(xué)們?cè)倨纷x課文《宇宙的未來(lái)》,說(shuō)說(shuō)霍金在探討宇宙未來(lái)的過(guò)程中,哪些地方運(yùn)用了佯謬?yán)碚??你運(yùn)用這一理論,又從課文中發(fā)現(xiàn)了哪些佯謬?探究思路:佯謬并不神秘,佯謬就是暴露原有科學(xué)理論中潛在的矛盾,弄清楚原來(lái)的基本概念中出錯(cuò)在什么地方,從而找到解決問(wèn)題的辦法。正如毛澤東在《反對(duì)黨八股》一文中所說(shuō):“什么叫問(wèn)題?問(wèn)題就是事物的矛盾。哪里有沒(méi)有解決的矛盾,哪里就有問(wèn)題?!币虼?,發(fā)現(xiàn)矛盾就是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,這是創(chuàng)新的前提;是不是善于發(fā)現(xiàn)矛盾和問(wèn)題,是有沒(méi)有創(chuàng)新意識(shí)的一個(gè)最重要的標(biāo)志。是我們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程務(wù)必自覺(jué)地注意培養(yǎng)和提高的最重要的能力。通過(guò)這次探討,希望大家對(duì)這個(gè)問(wèn)題高度注意。對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題,課文中的例子有:對(duì)暗物質(zhì)的確認(rèn)。假如星系和星團(tuán)中沒(méi)有暗物質(zhì),那末由星系動(dòng)力學(xué)推知,高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力,就會(huì)把星球中的星球拋開(kāi),星系團(tuán)也會(huì)飛散開(kāi)去,但是現(xiàn)在星球被牢牢抓住,星系團(tuán)也緊緊綁在一起,作者正是從這矛盾現(xiàn)象中斷定其中必有暗物質(zhì)。又如黑洞,如果根據(jù)引力學(xué)原理斷定,它是星體運(yùn)動(dòng)的最后終結(jié),那末就會(huì)與量子力學(xué)的不確定性原理相矛盾,作者正是通過(guò)這個(gè)佯謬的研究,對(duì)黑洞提出了全新的見(jiàn)解。對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題,我們也可以提出這樣的問(wèn)題。假如說(shuō)宇宙的平均密度真的如作者所說(shuō)是一個(gè)恒值,起始于宇宙大爆炸的初始密度,那末由于宇宙一直在不停地膨脹,空間在不斷地增大,所以為了保持平均密度不變,宇宙就必須不斷地產(chǎn)生新的物質(zhì)。這物質(zhì)來(lái)自何處?唯一的解釋是只能來(lái)自宇宙大爆炸的“奇點(diǎn)”。由此可以推知,只要宇宙膨脹沒(méi)有停止,這個(gè)奇點(diǎn)(殘?。?yīng)當(dāng)仍然存在。但是,它存在何處?又如,根據(jù)宇宙大爆炸理論,宇宙在不停地膨脹,既有膨脹,宇宙就在不停地拓展自己的空間,這空間來(lái)自何處?是不是宇宙之外還有一個(gè)外空間?假如有這個(gè)外空間,那便意味著宇宙之外還有宇宙,假如沒(méi)有外空間,宇宙又怎么能不斷地獲得新空間?如此等等,我們盡可能開(kāi)動(dòng)腦筋,雖然有些想法在別人看來(lái)幼稚可笑,甚至噴飯,但是也許你未來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)就從這里起步呢!訓(xùn)練提高1.說(shuō)說(shuō)下面語(yǔ)句的表現(xiàn)手法及深刻含意:(1)近代的末日預(yù)言者為了避免尷尬,不為世界的末日設(shè)定日期。這些日期使股票市場(chǎng)下瀉。雖然它使我百思不解,為何世界的終結(jié)會(huì)使人愿意用股票來(lái)?yè)Q錢(qián),假定你在世界末日什么也帶不走的話(huà)。(2)據(jù)說(shuō),1844年是第二次回歸的開(kāi)始,但是首先要數(shù)出獲救者名單。只有數(shù)完了名單,審判日才降臨到那些不列在名單上的人。幸運(yùn)的是,數(shù)人名看來(lái)要花很長(zhǎng)的時(shí)間。(3)這就是從微波爐得到的同類(lèi)的輻射,但是要更微弱得多,它只能把食物加熱到絕對(duì)溫度的2.7度,所以不能用來(lái)溫?zé)崮愕耐赓u(mài)比薩。(4)然而,從哥白尼時(shí)代開(kāi)始,我們就被降級(jí)為繞著一顆非常平凡的恒星公轉(zhuǎn)的一顆行星,而該恒星又是繞著我們看得見(jiàn)的不過(guò)是一千億個(gè)星系中的一個(gè)典型星系的外邊緣公轉(zhuǎn)。我們現(xiàn)在是如此之謙和,我們不能聲稱(chēng)任何在宇宙中的特殊地位。(5)然而,我比其他的末日預(yù)言者更占便宜。即便宇宙將要坍縮,我可以滿(mǎn)懷信心地預(yù)言,它至少在一百億年內(nèi)不會(huì)停止膨脹。我預(yù)料那時(shí)自己不會(huì)留在世上被證明是錯(cuò)的。(6)如果暴漲理論是正確的,則宇宙實(shí)際上是處在刀鋒上。所以我正是繼承那些巫師或預(yù)言者的良好傳統(tǒng),兩方下賭注,以保萬(wàn)無(wú)一失。(7)這有一點(diǎn)像是再投胎。如果有人聲稱(chēng)一個(gè)新生的嬰兒是和某一死者等同,如果該嬰兒沒(méi)從他的以前的生命遺傳到任何特征或記憶,這種聲稱(chēng)有什么意義呢?人們可以同樣地講,它是完全不同的生命。答:2.根據(jù)上下文,解釋加點(diǎn)詞語(yǔ)的含義:(1)但是在某些情形下,我們認(rèn)為可以做可靠的預(yù)言。宇宙在非常大的尺度下的未來(lái),便是其中一個(gè)例子。(2)我們?cè)谶^(guò)去的三百年間發(fā)現(xiàn)了制約在所有正常情形下物體的科學(xué)定律(從下文看,這是指牛頓萬(wàn)有引力定律)。我們?nèi)匀徊恢乐萍s在極端條件(當(dāng)是指“大擠壓”,宇宙坍縮成一種高密度狀態(tài))下物體的精確的定律。(3)我們可以從觀測(cè)來(lái)估計(jì)宇宙的平均密度。如果我們計(jì)算能看得見(jiàn)的恒星并把它們的質(zhì)量相加,我們得到的,不到臨界值的百分之一左右。即使我們加上在宇宙中觀測(cè)到的氣體云的質(zhì)量,它仍然只把總數(shù)加到臨界值的百分之一。(4)因此可以假定,星系或星系團(tuán)中的大部分物體最后在黑洞里終結(jié)。然而,我在若干年以前發(fā)現(xiàn),黑洞并不像被描繪的那樣黑。答:3.請(qǐng)你按照我們漢語(yǔ)的習(xí)慣,對(duì)下面句子中劃線(xiàn)的部分進(jìn)行改寫(xiě),要求與原意完全相符,并且能與前后文銜接。(1)我曾經(jīng)起過(guò)一個(gè)念頭,要寫(xiě)一本題為《昨天之明天:未來(lái)歷史》的書(shū)。它會(huì)是一部對(duì)未來(lái)預(yù)言的歷史,幾乎所有這些預(yù)言都是大錯(cuò)特錯(cuò)的。(2)其思想是,可能存在許多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近臨界密度的能存活得足夠久并包含足夠形成恒星和行星的物質(zhì)。(3)然而,宇宙的暴漲更迅猛更極端得多:在一個(gè)微小的暴漲中尺度的至少一千億億億倍的增加,會(huì)使宇宙這么接近于準(zhǔn)確的臨界密度,以至于現(xiàn)在仍然非常接近于臨界密度。(4)我們觀察到的從外空間來(lái)的微波輻射背景給出這種膨脹是平滑而非混沌的證據(jù)。(5)但是若在事件之間不存在因果的連接,就沒(méi)有合理的方法說(shuō)一個(gè)事件發(fā)生于另一個(gè)事件之后。也許人們可以說(shuō),我們的宇宙在大擠壓處終結(jié),而任何發(fā)生在“之后”的事件都是另一個(gè)相分離的宇宙的部分。答:4.揣摩下列語(yǔ)句的含義,回答后面括弧內(nèi)的問(wèn)題:(1)科學(xué)不能預(yù)言人類(lèi)社會(huì)的未來(lái)或者甚至它有沒(méi)有未來(lái)。其危險(xiǎn)在于,我們毀壞或消滅環(huán)境的能力的增長(zhǎng)比利用這種能力的智慧的增長(zhǎng)快得大多了。(2)為什么我們應(yīng)該認(rèn)為,也許存在足夠的暗物質(zhì),使宇宙最終坍縮呢?為什么我們不能只相信我們已有確定證據(jù)的物質(zhì)呢?(3)宇宙的其他地方對(duì)于地球上發(fā)生的任何事物根本不在乎。(4)我正在預(yù)言世界的結(jié)局,但這還不是。這個(gè)預(yù)言還不至于使股票市場(chǎng)過(guò)于沮喪。前面還有一兩個(gè)更緊迫的問(wèn)題。無(wú)論如何,假定在太陽(yáng)爆炸的時(shí)刻,我們還沒(méi)有把自己毀滅的話(huà),我們應(yīng)該已經(jīng)掌握了恒星際旅行的技術(shù)。答:5.根據(jù)作者的論述,我們目前所能看到的宇宙物質(zhì)最多只有臨界密度的百分這一,似乎不足以使宇宙坍縮,但是作者又指出,宇宙中也許還存在有足夠的暗物質(zhì)可以使宇宙坍縮。作者作如是說(shuō)法的證據(jù)是什么?答:6.“這表明方程可能是不穩(wěn)定的:在某一時(shí)刻對(duì)系統(tǒng)作非常微小的改變,系統(tǒng)的未來(lái)行為很快會(huì)變得完全不同”,或者說(shuō)“初始態(tài)的非常小的改變會(huì)導(dǎo)致非常不同的結(jié)果”,這是作者在文中反復(fù)說(shuō)明的一個(gè)觀點(diǎn),并且運(yùn)用這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)證明預(yù)言宇宙的未來(lái)非常困難。這個(gè)觀點(diǎn)其實(shí)具有普遍性的意義,你能否運(yùn)用它來(lái)說(shuō)明其他方面的道理?答:7.根據(jù)課文內(nèi)容回答下面問(wèn)題:(1)作者說(shuō),預(yù)言將來(lái)當(dāng)然是非常困難的,科學(xué)家仍然認(rèn)為他們能預(yù)言未來(lái)。請(qǐng)說(shuō)說(shuō)作者為什么有這種矛盾的心情?(2)對(duì)于微波背景輻射,作者為什么一會(huì)說(shuō)完全相同,一會(huì)又說(shuō)只是幾乎完全相同?(3)暴漲理論和人擇原理有何異同??jī)烧呤鞘裁搓P(guān)系?(4)作者列出了哪些古代和近代的預(yù)言家,科學(xué)家的預(yù)言和他們有什么不同?答:8.這篇課文充分表現(xiàn)了一個(gè)偉大科學(xué)家的創(chuàng)新精神,你從哪些方面受到了啟發(fā)?解析與答案1.解析:這篇文章語(yǔ)言幽默風(fēng)趣,在說(shuō)明科學(xué)道理的同時(shí),創(chuàng)造出一種輕松愉快的氣氛,體現(xiàn)了演講詞的特點(diǎn),而且還有許多的語(yǔ)句在幽默風(fēng)趣,自我調(diào)侃中表達(dá)了豐富的哲理,對(duì)這些句子不要一笑了之,要仔細(xì)琢磨體會(huì)。答案:(1)一方面有人預(yù)言世界末日即將來(lái)臨,人類(lèi)面臨滅頂之災(zāi),讓世界充滿(mǎn)恐怖,一方面又有人利用這個(gè)預(yù)言拼命賺錢(qián),以此揭露了這個(gè)預(yù)言的荒唐。這句話(huà)用對(duì)比的方法,讓人在笑聲中悟到人類(lèi)自身的某些缺陷和某些思維誤區(qū)。(2)“幸運(yùn)的是,數(shù)人名看來(lái)要花很長(zhǎng)的時(shí)間?!边@句話(huà)幽默中含著揶揄和諷刺,揭露了宗教預(yù)言家所玩弄的騙人伎倆。(3)絕對(duì)溫度的2.7度,相當(dāng)攝氏的零下270多度,只能把食物凍結(jié)成厚冰,根本不能把食物加熱,作者故意錯(cuò)謬,造成一種幽默的效果。(4)“我們現(xiàn)在是如此之謙和,我們不能聲稱(chēng)任何在宇宙中的特殊地位?!弊髡哂米晕艺{(diào)侃的語(yǔ)氣,與地心說(shuō)形成強(qiáng)烈的對(duì)比,說(shuō)明人類(lèi)對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的進(jìn)步。(5)世界末日預(yù)言家預(yù)言了世界的末日,作者也預(yù)言了世界的末日,但是兩者性質(zhì)完全不同。作者用夸張和對(duì)比的手法,揭示了它們的本質(zhì)區(qū)別。(6)用比喻的手法,說(shuō)明宇宙現(xiàn)在是處在膨脹或收縮的分界,處境危險(xiǎn)。但究竟是哪種命運(yùn)無(wú)法斷定,所以只好如同巫師“兩方下賭注”,表示了科學(xué)的無(wú)奈。(7)用這個(gè)比喻形象地說(shuō)明不能用因果原理來(lái)解釋所有的現(xiàn)象,一個(gè)事件發(fā)生在另一個(gè)事件“之后”,并不意味著它們之間一定有內(nèi)在的因果聯(lián)系。因此不能說(shuō),宇宙在大擠壓處終結(jié),是

“之后”的另一個(gè)相分離的宇宙的部分。2.解析:這是一篇科學(xué)論文,涉及許多科學(xué)術(shù)語(yǔ),對(duì)于正確理解課文內(nèi)關(guān)涉甚大,要結(jié)合上下文正解理解這些詞語(yǔ)的涵義,這對(duì)于提高我們閱讀理解能力很有好處。答案:(1)某些情形,根據(jù)課文第12、13段對(duì)微波背景輻射的論述理解,指的是簡(jiǎn)單的非混沌的系統(tǒng)。非常大的尺度,作者在第(11)段中說(shuō)明宇宙在恒星、星系和星系團(tuán)的這個(gè)“尺度”下的運(yùn)動(dòng)是混沌的、不穩(wěn)定的。據(jù)此,“非常大的尺度”,從空間來(lái)講,當(dāng)時(shí)指“恒星、星系和星系團(tuán)”之外的廣大宇宙空間;第(25)段又說(shuō)“宇宙最終可能會(huì)坍縮,但是這個(gè)時(shí)間不會(huì)比迄今已經(jīng)膨脹過(guò)的一百五十億年左右長(zhǎng)太多”,因此從時(shí)間來(lái)講,“非常大的尺度”當(dāng)在150億年左右。(2)根據(jù)課文第7段及下面文字的論述,課文所指的“制約在所有正常情形下物體的科學(xué)定律”當(dāng)是指牛頓萬(wàn)有引力定律。極端條件,當(dāng)是指“大擠壓”,宇宙坍縮成一種高密度狀態(tài)。(3)根據(jù)課文在結(jié)尾的說(shuō)明,臨界值,指的是宇宙的平均密度所達(dá)到的把坍縮和無(wú)限膨脹區(qū)分開(kāi)來(lái)的那個(gè)密度值。這個(gè)值是多少呢?課文未作具體說(shuō)明,科學(xué)家理論計(jì)算得出的臨界密度為5×10-30克/厘米3。(4)這里的“黑”就是終結(jié)、死亡的意思??茖W(xué)家原來(lái)根據(jù)引力學(xué)原理描述星體演化到黑洞就是最后的終結(jié),但霍金根據(jù)量子力學(xué)中的不確定性原理發(fā)現(xiàn),黑洞的物質(zhì)也在不斷減少,直至被完全蒸發(fā)。3.解析:這是一篇翻譯文字,長(zhǎng)句和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的句子較多,歐化現(xiàn)象比較明顯,許多句子的寫(xiě)法與漢語(yǔ)有較大區(qū)別。對(duì)這種句子按照漢語(yǔ)的習(xí)慣改寫(xiě),是一種幫助理解的好方法。答案:(1)它會(huì)是一部這樣的歷史:記載人類(lèi)對(duì)未來(lái)所作的預(yù)言,而所有這些歷史上曾經(jīng)有過(guò)的預(yù)言都是大錯(cuò)特錯(cuò)的。(2)只有那些非常接近臨界密度的宇宙才能存活得足夠久并包含足夠形成恒星和行星的物質(zhì)。(注意加點(diǎn)的三個(gè)字是添加的)(3)一個(gè)微小的奇點(diǎn)經(jīng)過(guò)暴漲,尺度至少增加了一千億億億倍之后。(4)從外空間來(lái)的微波輻射背景證實(shí)了這種膨脹是平滑而非混沌的。或者“從外空間來(lái)的微波輻射背景為這種膨脹是平滑而非混沌的結(jié)論提供了證據(jù)”。(4)一個(gè)事件為什么會(huì)發(fā)生在另一個(gè)事件之后呢,合理的解釋是它們之間存在某種內(nèi)在的因果聯(lián)系。此后又會(huì)演化成另一個(gè)新的宇宙。4.解析;課文中有許多精警的語(yǔ)句,看似平淡,而含義非常深刻,要細(xì)心體會(huì)。答案:(1)這是作者利作混沌學(xué)原理啟示人類(lèi)要珍愛(ài)地球,破壞容易建設(shè)難?!俺跏紤B(tài)的非常小的改變會(huì)導(dǎo)致非常不同的結(jié)果”,任何破壞大自然的行為都可能產(chǎn)生難以想象的嚴(yán)重后果。(2)這是作者用設(shè)問(wèn)句的形式來(lái)肯定一個(gè)觀點(diǎn)。按照漢語(yǔ)的習(xí)慣,這個(gè)句子最好寫(xiě)成:我們不能只相信我們已有確定證據(jù)的物質(zhì),宇宙中也許存在足夠的暗物質(zhì)使宇宙最終坍縮,為什么應(yīng)當(dāng)作這樣的認(rèn)定呢?(3)宇宙非常博大,地球只是其中一個(gè)微不足道的小點(diǎn),所以,地球上發(fā)生的任何事情對(duì)于宇宙都不會(huì)產(chǎn)生什么影響。(4)作者預(yù)言太陽(yáng)和地球會(huì)毀滅,但是人類(lèi)

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