黑洞旅行课件.ppt

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1、2022/11/20,黑洞旅行-霍金,王兴安,2022/11/20,2022/11/20,2022/11/20,2022/11/20,人生台历1942年 1月8日生于剑桥，1950年 举家迁往圣奥尔本斯1959年 入牛津大学,.。1962年 牛津毕业，去剑桥读研究生1963年 被诊断患肌萎缩性侧索硬化症（ALS）1965年 获剑桥博士学位，与珍妮.怀尔德(简.瓦尔德)结婚,;1967年 长子罗伯特出生1970年 女儿露西出生/开始使用轮椅,1973年 首部著作空时的大型结构出版1974年 宣布发现黑洞辐射，成为皇家学会会员1977年 被任命为剑桥大学引力物理学教授1979年 次子蒂莫西出生/被

2、任命为剑桥大学卢卡斯数学教授/广义相对论评述:纪念爱因斯坦百年诞辰出版 1981年 参加梵蒂冈宇宙学大会，宣布无边界构想/超时空和超引力出版/被授予大英帝国高级骑士1985年 在瑞士病倒/实行气管造口手术从而失去语言能力，使用带造音器的计算机 1988年 时间简史:从大爆炸到黑洞出版/获沃尔夫基金奖1989年 被授予大英帝国荣誉爵士1990年 与妻子离异,1991年 时间简史同名电影上映1993年 “黑洞与婴儿宇宙 ”及其他论文出版,2022/11/20,解读霍金史蒂芬霍金宇宙之谜的探索者 史蒂芬霍金1942年1月1日出生于英国的牛津，这是一个特殊的日子，现代科学的奠基人伽利略正是逝世于300

3、年前的同一天。 1996年至今，在剑桥大学工作。,2022/11/20,霍金在牛津大学毕业后即到剑桥大学读研究生，这时他被诊断患了“卢伽雷病”（肌肉萎缩性脊髓侧索硬化症，运动神经元疾病），不久，就完全瘫痪了。霍金后来说：当你面临夭折的可能性时，你就会意识到，生命是何等宝贵，多少事情你还没有完成。1985年，骨瘦如柴的霍金又因肺炎进行了穿气管手术，此后，他完全丧失说话能力，依靠安装在轮椅上的一个小对话机和语言合成器与人进行交谈；看书必须依赖一种翻书页的机器，读文献时需要请人将每一页都摊在大桌子上，然后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读 霍金的传奇也源于他不平凡的人生经历霍金正是在这种一般人难以置信

4、的艰难中，成为世界公认的引力物理科学巨人。霍金在剑桥大学任牛顿曾担任过的卢卡逊数学讲座教授之职，他的黑洞蒸发理论和量子宇宙论不仅震动了自然科学界，并且对哲学和宗教也有深远影响。从宇宙大爆炸的奇点到黑洞辐射机制，霍金对量子宇宙论的发展作出了杰出的贡献。他的目标是解决从牛顿以来一直困扰人类的“第一推力”问题。他的宇宙模型是一个封闭的无边界的有限的四维时空不需要上帝的第一推力，宇宙的演化完全取决于物理定律。,2022/11/20,耐人寻味的是，霍金的宇宙论事实上使上帝没有存身之处，但梵蒂冈教廷仍对他表示了敬意。在承认了对伽利略审判的错误之后，教廷科学院又选举霍金为该院院士。世俗的偏见和神学的权威，都

5、不能阻挡科学的透射力。霍金坚信，关于宇宙的起源和命运的基本思想可以不用数学来陈述，而且没有受过专业训练的人也能理解。他曾在通俗演讲里，生动地向听众解释“利用光速，从黑洞进去，从白洞到宇宙另一区域去作时空旅行”的设计，是有趣的科学幻想，而现实却是难以做到的简明道理。经过数年的辛勤写作和修改，于1988年4月正式出版宇宙论科普惊世著作时间简史：从大爆炸到黑洞。书中引导读者遨游外层空间奇异领域，对遥远星系、黑洞、夸克、大统一理论、“带味”粒子和“自旋”的粒子、反物质、“时间箭头”等进行探索。时间简史，至1995年10月，已用33种文字发行2500万册，如今在西方，自称受过教育的人若没有读过这本书，会

6、被人看不起。医生曾诊断身患绝症的霍金只能活两年，他之所以能支持到今天并取得卓越成就，最主要的是他具有强烈的使命感和极其坚强的意志。霍金的一生，是人类意志力的记录，是科学精神创造的奇迹。,2022/11/20,1.字音梦寐以求 轻率 回溯 逃逸 拉曳畸变 譬如 迄今系 ( x) 系 数 系统 量 (ling) 胆量 气量 ( j) 系鞋带 系上扣儿 (ling) 估量 思量处 (ch) 处分 处变不惊 率 (l) 圆周率 比率 (ch) 好处 用处 (shui) 轻率 率领2.字形 憾 遗憾 憾事 估（g） 估计 估量 撼 震撼 撼天动地 沽 (g) 沽酒 沽名钓誉(买) 怙 (h si) 怙恶

7、不悛 怙恃(依靠) 畸(j) 畸形 犄(j) 犄角(桌角) 牛犄(牛角) 掎(j) 掎(拖住,牵住)角之势,2022/11/20,3.词义(1) 释 义不可思议：不可想象，不能理解。梦寐以求：睡梦中都想着寻找，形容迫切地希望着。自给自足：依靠自己的劳动满足自己的需要。 不可低估：不能过低估计事物的价值。轻率：（说话做事）随随便便，没有经过慎重考虑。不自洽：不和谐，不恰切，偏离事理。 回溯：向上追溯。(2)辨 义 不可思议：不可想象，不能理解。 不可理喻：形容愚蠢蛮横，不讲道理。 效应：物理的或化学的作用产生的效果。 效能：事物所产生的有利的作用。,2022/11/20,开展活动阅读黑洞旅行，参

8、照示例，自主设计几个问题，向同学征询答案。例“尽管我在这里采用了稍微轻率的语气，这篇讲演却是基于可靠的科学作根据。” “但是，由于它不能和量子力学的不确定性原理合并，所以我们知道它不可能完全正确。”问题：作者采用“稍微轻率的语气”表达了什么观点？其科学根据是什么？作者根据量子力学的不确定性原理又推导出了一个什么结论？,2022/11/20,1、说说自己所了解的黑洞。2、阅读文本并圈划例题中的有关语句，找出关键信息，如理论依据，黑洞演变过程等。了解其在行文及推理中的作用。3、讨论例题答案，进而体会霍金严密的科学推理。 提示 例题是黑洞旅行中提示推理过程的两句话，解决了这两个问题，就能把握文本的思

9、路和主要思想，应组织学生解决之。,2022/11/20,四、信息整合与分析,2022/11/20,（一）作者采用“稍微轻率的语气”表达了什么观点？,“现在黑洞已在事实上被说成是科学的现实，而非科学的幻想。” 预言黑洞必然存在的。 “科学幻想家他们为你描述如果你真的掉到一颗黑洞中去将会发生什么。” “我要非常遗憾地告诉未来的星系旅行家们，这个场景是行不通的。” “现在黑洞已在事实上被说成是科学的现实，而非科学的幻想。” 预言黑洞必然存在的。 “科学幻想家他们为你描述如果你真的掉到一颗黑洞中去将会发生什么。” “我要非常遗憾地告诉未来的星系旅行家们，这个场景是行不通的。”,提示 勾画13段的关键语

10、句，而后整合。,2022/11/20,总结：黑洞确实存在，黑洞旅行有可能，但目前行不通。,科学现实：黑洞确存在（14）,空间可旅行目前行不通,开篇点题，引人入胜（引起下文）,其科学根据是什么？,2022/11/20,1、约翰米歇尔的引力对光线的不自洽理论：米歇尔推论道，也许可能有这样的一颗恒星，它的质量足够大而尺度足够小，这样它的逃逸速度就比光速还大。因为从该恒星表面发出的光会被恒星的引力场拉曳回去，所以它不能到达我们这里，因此我们不能看到这颗恒星。然而，我们可以根据它的引力场作用到附近物体上的效应检测到它的存在。,2、根据爱因斯坦的广义相对论推导出来的引力对光线的自洽理论认为：如果太阳被收缩

11、到只有几英里的尺度，从太阳表面发出的光线不能逃逸出来，它被太阳的引力场拉曳回去。根据相对论，没有东西可以比光旅行得更快，这样就存在一个任何东西都不能逃逸的区域。这个区域就叫做黑洞。,2022/11/20,霍金认为该理论的可能性在于：太阳具有现有的尺度是因为它是热的。它正在把氢燃烧成氦，（如同一颗受控的氢弹。）这个过程中释放出的热量产生了压力，这种压力使太阳能抵抗得住自身引力的吸引，（正是这种引力使得太阳尺度变小。）太阳之所以现在还没有成为黑洞，是因为它自身的燃料尚未耗尽。然而，具有比太阳更大质量的恒星会更迅速地耗尽其燃料。在燃料用尽后就开始失去热量并且收缩。如果它们质量比大约太阳质量的两倍还小

12、，就最终会停止收缩，并且趋向于一种稳定的状态。最后形成白矮星或中子星（这已经得到了科学的验证）。简介白矮星、中子星、超新星。质量比大约太阳质量两倍更大的恒星不能稳定成为一颗白矮星或中子星。在某种情形下，该恒星可以爆炸，并抛出足够的质量，使余下的质量低于这个极限。但是总有例外，则形成黑洞。,2022/11/20,概括黑洞形成过程,2022/11/20,科学剖析：黑洞能形成（513）,恒星耗尽燃料引力造成恒星坍塌,层层剥茧，深入浅出。（生动幽默）,“物理定律是时间对称的。”根据爱因斯坦的广义相对论，既然存在黑洞，那就应该存在白洞，“它允许人往一颗黑洞落进再从一颗白洞跑出来。” 但是，“最为微小的扰

13、动，譬如讲空间飞船的存在都会把这个虫洞，或者从该黑洞到该白洞的通道消灭。该空间飞船会被无限强大的力量撕得粉碎。” （这正如同躲藏在大桶里从尼亚加拉瀑布漂下去一样。）,2022/11/20,（二） 作者根据量子力学的不确定性原理又推导出了一个什么结论？,“山穷水尽”（黑洞是“旅行者有去无归的国度”）之时，作者又通过量子力学的不确定性原理使之“柳暗花明”。,霍金指出：以上理论是建立在爱因斯坦广义相对论的基础之上的，它不可能完全正确。于是引入量子力学的不确定性原理：“粒子不能同时把位置和速度都很好地定义。你把一颗粒子的位置测量得越精确，则对它的速度就测量得越不精确，反之亦然。”并据此得出结论：粒子和

14、辐射可以逃逸，对于那些落入黑洞的物体（还可能包括空间飞船），会出发到它们自身的微小的婴儿宇宙中去。婴儿宇宙与宇宙中我们的区域分叉后又重新连接。 即：“另外一个黑洞形成并随后蒸发掉。落进一个黑洞的粒子会作为从另一个黑洞发射的粒子而出现，反之亦然。”,2022/11/20,（三）本文的推理思路：,约翰米歇尔的引力对光线的不自洽理论广义相对论下的引力对光线效应之自洽理论,黑洞理论黑洞存在的可能性黑洞的形成、白洞, 量子力学的不确定性原理 （逃逸婴儿宇宙）,2022/11/20,活动内容问题征答，进一步把握黑洞旅行的结构和文意。,活动过程一、导入新课探究发现，质疑问难，既是一种科学精神，也是一种学习方

15、法，这节课我们自行设计问题，向同学们征答。发现一个问题，比解决一个问题更重要。二、开展活动1.自主阅读，设计问题。提示 提醒学生，设计的问题可涉及文本的语言（说明方法）、结构、内容等各个方面。2.以组为单位整理问题，向其他组同学征答。 教师选择典型问题，全班征答。提示 问题征答涉及到文本的各个方面，通过本活动，应使学生对全文的思想、结构和语言有较全面的感悟。3.依据文本，用简明的语言介绍黑洞的形成。提示 可以描述性介绍，也可以下定义介绍。,2022/11/20,语言准确准确的语言是说明文的最基本要求，精确和模糊是实现准确的两极。如：第六段“地球的逃逸速度大约为每秒七英里，太阳的逃逸速度大约为每

16、秒一百英里。这两个速度都比实际炮弹的速度大，但是它们比起光速来就太小了，光速是每秒186000英里。这表明引力对光的影响甚微，光可以毫无困难地从地球或太阳逃逸。” 语句中，连用了三个数据，光速时精确数据，而太阳和地球的逃逸速度则用了“大约”一词，是模糊数据，这三个数据都体现了语言的准确性。 另外，如“米歇尔推论道，也许可能有这样的一颗恒星，它的质量足够大而尺度足够小，这样它的逃逸速度就比光速还大。”一句，“推论”一词说明该观点是根据有关理论推导而来的，并没有证据可以验证；“也许可能”强调了不确定性，如果删去，则有失准确严密,2022/11/20,用语幽默诙谐幽默诙谐是智慧的外显。本文不是数据和理论的堆砌，霍金的幽默诙谐增加了演讲的趣味性，密切了与听众的交流。如第三段：“我要非常遗憾地告诉未来的星系旅行家们，这个场景是行不通的。如果你跳进一颗黑洞，就会被撕成粉碎。然而，在某种意义上，构成你身体的粒子会继续跑到另一个宇宙中去。我不清楚，某个在黑洞中被压成意大利面条的人，如果得知他的粒子也许能存活的话，是否对他是很大的安慰。”,