【正文】 重新坍縮的臨界質量的百分之十左右，而這個密度恰好符合人擇原理的要求，據(jù)此宇宙會繼續(xù)無限地膨脹下去。但是根據(jù)暴漲宇宙理論分析，宇宙在星系和星系團之外的廣大空間中還應該包含有足夠的附加暗物質，使得宇宙的平均密度“似乎非常接近于把坍縮和無限膨脹區(qū)分開來的臨界密度”，這樣宇宙最終可能坍縮，宇宙現(xiàn)在正處在是繼續(xù)膨脹還是開始坍縮這樣一個危險的鋒口上。 ]所以我正是繼承那些巫師或預言者的良好傳統(tǒng)，兩方下賭注，以保萬無一失。 [這是作者的最后結論。宇宙是繼續(xù)膨脹還是可能收縮，因為對宇宙中星系和星系 團之外的暗物質沒有辦法計算，所以無法確定宇宙現(xiàn)有的平均密度。在這個問題沒有研究清楚之前，科學家也不得不像巫師或近代世界末日預言家一樣“兩方下賭注，以保萬無一失”。作者用這種幽默的語言自我解嘲，以示科學的無奈。 ] 特色鑒賞 （ 1）層層推進，步步深化。作者選擇預言宇宙未來這個高深課題，因此，起筆就開門見山，指出預言未來非常困難，但是又對此滿懷信心。為什么困難？作者反復舉例論證了對一個混沌的系統(tǒng)只能進行短期的預報，不能預報遙遠的未來，而宇宙在恒星、星系和星系團這樣的尺度下是一個混沌的系統(tǒng)，因此要預言宇宙的未來非常 困難。但又為什么滿懷信心？作者運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單的、非混沌的，因此對于宇宙的未來可以預言。怎么預言呢？于是，作者把他的研究推向深入，指出宇宙的命運取決于宇宙的平均密度。 如果宇宙的密度大于某個臨界值，引力吸引將最終使膨脹停止并使宇宙開始重新收縮。如果宇宙的密度小于該臨界值。它將不會坍縮，而會繼續(xù)永遠膨脹下去。 宇宙現(xiàn)在的平均密度是多少呢？作者通過詳盡的分析、推算，指出宇宙中星系、星系團等明物質和星系、星系團中的暗物質的量在宇宙中的密度只有臨界密度的十分之一。但是，宇宙 在星系和星系團之外還有廣大的空間，那里有沒有附加的暗物質呢？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，星系和星系團之外的空間中不會再有附加的暗物質，因此宇宙將會無限地膨脹下去。根據(jù)暴漲理論，宇宙中還存在附加的暗物質，而且足可以使宇宙的平均密度達到臨界密度，因此宇宙現(xiàn)在正處在膨脹和收縮的鋒口，最終將會坍縮。作者的論證就這樣步步推進，環(huán)環(huán)相扣，一直把我們引向問題的終極。 （ 2）科學論證，超凡絕塵。對于一個復雜的處于混沌狀態(tài)的事物要預言它的未來，我們都 知道其中的困難，最常見的是天氣預報，即便預報三四天的情況，也不能確保絕對準確 ,何況宇宙呢？但是作者卻透過重重迷霧和種種假象，發(fā)現(xiàn)了宇宙這個最復雜最混沌的事物在非常大的尺度下最簡單最單一的非混沌的本質。這樣 ,他向我們揭示了一個真理，最復雜的事物原來是最簡單的，最混沌的事物原來是最單純的，因而宇宙的未來也是可以預言的。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面前，宇宙中還有什么秘密不能揭開！這也許就是這篇文章所以扣人心弦的主要原因。 這篇文章所以動人，還在于作者論證具 體問題時所表現(xiàn)出來的敏捷的思維和嚴謹?shù)耐评?。例如對于宇宙中的暗物質，眼睛看不見，儀器測不到，怎么斷定它的有無？作者巧妙地利用旋轉運動向心引力的原理，不僅斷定它必有，而且計算出來它的量！對于黑洞，密度很大，引力強到連光線都不能逃逸出來，因此，根據(jù)引力學原理，科學家認定星系演變到黑洞就是最后的終結。但是作者卻別出心裁地根據(jù)量子力學的不確定性原理發(fā)現(xiàn)，黑洞沒有走到盡頭，黑洞中有的粒子可以超過光速逃逸出來，從而導致黑洞最終會被蒸發(fā)。這樣敏捷地解決問題的方法，在課文中還有許多，他使人感到無論多么困難的問題，作者都能手 到擒來，迎刃而解。此外，作者分析問題時，那種嚴密的推理也讓人驚嘆不已?，F(xiàn)在讓我們再來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論。作者先引用微波輻射的資料，指出它的兩個特征：一是黑體輻射譜，二是各向同性。但是，在地球上測得的這個微波輻射有什么意義呢？作者對此進行了精辟的分析和推理。按照地心學說，地球處于宇宙的中心，這個發(fā)現(xiàn)則沒有什么意義，因為理所當然應當這樣。但是近代宇宙學告訴我們，地球不處在宇宙中心，地球只是宇宙中非常普通的一個點，因此就可以由個別推及一般，既然在地球這個點測 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點測得的微波輻射也應當同樣是各向同性，這就是說，“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”，來自宇宙大爆炸的初期，于是得出結論：宇宙的行為在非常大尺度下是簡單的，而不是混沌的。你看，這里的推理是多么地嚴密而又周詳！可以說，文章通篇都是這樣的推理。讀這篇課文，我們不僅學到許多的科學知識，仿佛走進了知識 的殿堂，更能學到許多的科學思維和科學論證的方法，仿佛步入了思維的王國，享受到無窮的樂趣。 問題探究 在科學研究和科學發(fā)現(xiàn)領域中有一個很特別的理論，叫做“佯謬”。佯謬理論認為，科學發(fā)展的歷史證明，原有理論體系內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性和局限性。它能誘發(fā)人們對舊理論的深層思考，并極大激勵和啟迪人們開始探索一個新的科學領域。每一個佯謬的提出和解決往往孕育著新理論的誕生，昭示著一場深刻的科學革命的到來?？梢哉f，佯謬是推進科學發(fā)展的一個強大動力。最有名的例子是愛因斯坦的追光佯謬。 愛 因斯坦在 1895年上中學時從科普讀物中知道光是高速前進的電磁波，馬上就提出一個“理想實驗”：“假設一個人能以光的速度和光波一起跑，會看到什么現(xiàn)象呢？既然光是電場和磁場的不停振蕩，交互變化而推動向前的波，難道那時會看到只是在振蕩著的電磁波而不是向前傳播嗎？這可能嗎？”愛因斯坦實際上是提出一個“追光佯謬”。愛因斯坦當時只有 16歲。后來愛因斯坦帶著這個問題學習、思考和研究了 10年，終于 1905年提出了“狹義相對論”，解決了這一佯謬。愛因斯坦在一次回憶中這樣寫道：“經過十年的沉思之后，我從一個悖論中得到了這樣的原 理，這個悖論是我在 16 歲就已經無意中想到了：如果我以光速度 c（真空中的速度）追隨一條光線運動，那么我就應當看到，這樣一條光線就好像一個在空間里振蕩著而停滯不前的電磁場?？墒牵瑹o論是依據(jù)經驗，還是根據(jù)麥克斯韋方程，看來都不會有這樣的事情。從一開始，在我直覺地看來就很清楚，從這樣一個觀察者的觀點來判斷，一切都應當像一個相對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行。因此，第一個觀察者怎樣會知道或者能夠判明他是處于均勻的快速運動之中呢？”這個離奇佯謬，既能一針見血地暴露出經典物理學的局限性和非科學性， 同時在這個佯謬中隱約潛藏著狹義相對論的兩個基本假設，即光速不變原理（在任何慣性參考系內真空中的光速是不變的）和相對性原理（物理學的規(guī)律在任何慣性參考系內都是一樣的）。 從經典物理學中牛頓力學與麥克斯韋電磁場理論之間內部邏輯矛盾出發(fā)，并將這一矛盾形象化為一個“追光理想實驗”，這一思想猶如當年伽利略反駁亞里士多德關于物體重下落速度快的假說那樣絕妙。愛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典物理的時空觀，創(chuàng)立嶄新的相對論時空觀。難怪有人說，愛因斯坦不是靠“盲目”地做實驗，而是 溫文爾雅地拿著理性的佯謬，敲開真理之門。 從愛因斯坦的事例看出，佯謬對科學研究和科學發(fā)現(xiàn)具有非常重要的意義，它是開拓創(chuàng)新的重要途徑。我們在平時的學習中，要學會運用佯謬理論，不斷提高自己發(fā)現(xiàn)矛盾和問題的能力，培養(yǎng)和提高自己的創(chuàng)新意識。 現(xiàn)在，請同學們再品讀課文《宇宙的未來》，說說霍金在探討宇宙未來的過程中，哪些地方運用了佯謬理論？你運用這一理論，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理論中潛在的矛盾，弄清楚原來的基本概念中出錯在什么地方，從而找到解決問題的辦法。正如毛澤東 在《反對黨八股》一文中所說：“什么叫問題？問題就是事物的矛盾。哪里有沒有解決的矛盾，哪里就有問題。”因此，發(fā)現(xiàn)矛盾就是發(fā)現(xiàn)問題，這是創(chuàng)新的前提；是不是善于發(fā)現(xiàn)矛盾和問題，是有沒有創(chuàng)新意識的一個最重要的標志。是我們在學習的過程務必自覺地注意培養(yǎng)和提高的最重要的能力。通過這次探討，希望大家對這個問題高度注意。 對于第一個問題，課文中的例子有：對暗物質的確認。假如星系和星團中沒有暗物質，那末由星系動力學推知，高速旋轉產生的離心力，就會把星球中的星球拋開，星系團也會飛散開去，但是現(xiàn)在星球被牢牢抓住，星系團也緊緊綁在 一起，作者正是從這矛盾現(xiàn)象中斷定其中必有暗物質。又如黑洞，如果根據(jù)引力學原理斷定，它是星體運動的最后終結，那末就會與量子力學的不確定性原理相矛盾，作者正是通過這個佯謬的研究，對黑洞提出了全新的見解。 對于第二個問題，我們也可以提出這樣的問題。假如說宇宙的平均密度真的如作者所說是一個恒值，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生新的物質。這物質來自何處？唯一的解釋是只能來自宇宙大爆炸的“奇點”。由此可以推知，只要宇宙膨脹沒有停止 ，這個奇點（殘?。斎匀淮嬖?。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，這空間來自何處？是不是宇宙之外還有一個外空間？假如有這個外空間，那便意味著宇宙之外還有宇宙，假如沒有外空間，宇宙又怎么能不斷地獲得新空間？如此等等，我們盡可能開動腦筋，雖然有些想法在 別人看來幼稚可笑，甚至噴飯，但是也許你未來的諾貝爾獎就從這里起步呢！ 訓練提高 1．說說下面語句的表現(xiàn)手法及深刻含意： （ 1）近代的末日預言者為了避免尷尬，不為世界的末日設定日期。這些日期使股票 市場下瀉。雖然它使我百思不解，為何世界的終結會使人愿意用股票來換錢，假定你在世界末日什么也帶不走的話。 （ 2）據(jù)說， 1844年是第二次回歸的開始，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。幸運的是，數(shù)人名看來要花很長的時間。 (3)這就是從微波爐得到的同類的輻射，但是要更微弱得多，它只能把食物加熱到絕對溫度的 ，所以不能用來溫熱你的外賣比薩。 （ 4）然而，從哥白尼時代開始，我們就被降級為繞著一顆非常平凡的恒星公轉的一顆行星，而該恒星又是繞著我們看得見的不過是一千億個 星系中的一個典型星系的外邊緣公轉。我們現(xiàn)在是如此之謙和，我們不能聲稱任何在宇宙中的特殊地位。 （ 5）然而，我比其他的末日預言者更占便宜。即便宇宙將要坍縮，我可以滿懷信心地預言，它至少在一百億年內不會停止膨脹。我預料那時自己不會留在世上被證明是錯的。 （ 6）如果暴漲理論是正確的，則宇宙實際上是處在刀鋒上。所以我正是繼承那些巫師或預言者的良好傳統(tǒng)，兩方下賭注，以保萬無一失。 （ 7）這有一點像是再投胎。如果有人聲稱一個新生的嬰兒是和某一死者等同，如果該嬰兒沒從他的以前的生命遺傳到任何特征或記憶，這種聲稱有什么意義 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，解釋加點詞語的含義： （ 1）但是在某些情形下，我們認為可以做可靠的預言。宇宙在非常大的尺度下的未來，便是其中一個例子。 （ 2）我們在過去的三百年間發(fā)現(xiàn)了制約在所有正常情形下物體的科學定律 (從下文看，這是指牛頓萬有引力定律 )。我們仍然不知道制約在極端條件（當是指“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）我們可以從觀測來估計宇宙的平均密度。如果我們計算能看得見的恒星并把它們的質量相加，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到的氣體云的質量，它仍然只把總數(shù)加到臨界值的百分之一。 （ 4）因此可