《宇宙的未来》PPT精品课件.ppt

东汉高诱东汉高诱淮南子淮南子原道训原道训注注四方上下曰宇，四方上下曰宇，古往今来曰宙。古往今来曰宙。 宇宙（宇宙（UniverseUniverse）是由空间、时间、）是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体。是一切空物质和能量所构成的统一体。是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。宇宙根据间的所有物质、能量和事件。宇宙根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200200亿年。亿年。 轮椅上的勇士轮椅上的勇士20072007年年4 4月，霍金在飞机上体验零重力月，霍金在飞机上体验零重力奥巴马为霍金颁发总统自由勋章奥巴马为霍金颁发总统自由勋章19851985年霍金中国行年霍金中国行20022002年霍金中国行年霍金中国行 20062006年霍金中国行年霍金中国行 素材积累素材积累: :霍金名言霍金名言 1、如果一个人没有梦想，无异于死掉。、如果一个人没有梦想，无异于死掉。 2、无论命运有多坏，人总应有所作为，有生、无论命运有多坏，人总应有所作为，有生命就有希望。命就有希望。 3、身体和精神是不能同时残障的。、身体和精神是不能同时残障的。 4、上帝既造就天才，也造就傻瓜，这不取决、上帝既造就天才，也造就傻瓜，这不取决于天赋，完全是个人努力程度不同的结果。于天赋，完全是个人努力程度不同的结果。 作者介绍：作者介绍： 本文是史蒂芬本文是史蒂芬霍金霍金19911991年年1 1月在剑桥大学的一月在剑桥大学的一次演讲录。这篇演讲，从古代巫师的预言，谈到近代次演讲录。这篇演讲，从古代巫师的预言，谈到近代宗教的预言，然后过渡到自己对宇宙未来的预言，结宗教的预言，然后过渡到自己对宇宙未来的预言，结构严谨，重点突出。作者运用天体物理学理论，对宇构严谨，重点突出。作者运用天体物理学理论，对宇宙未来作出了宙未来作出了两种预测两种预测，一是一是继续膨胀下去继续膨胀下去；二是二是收收缩以至坍缩成一个点。缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是收缩，取决于是膨胀还是收缩，取决于宇宙宇宙的平均密度。的平均密度。“如果它比临界值小，宇宙就将永远膨如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀。但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩，而时间胀。但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩，而时间就会在大挤压处终结。就会在大挤压处终结。”可可“现在密度似乎非常接近现在密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度临界密度”，所以两所以两种结果都有可能。种结果都有可能。在螺旋星系和星系团中应该存在有某种看不见的暗在螺旋星系和星系团中应该存在有某种看不见的暗物质，它的引力吸引足以把高速旋转的星系牢牢抓住，物质，它的引力吸引足以把高速旋转的星系牢牢抓住，不至于使这些星系或星系团飞散开去。不至于使这些星系或星系团飞散开去。 1、霍金对宇宙未来的预言主要有以下一些观点：、霍金对宇宙未来的预言主要有以下一些观点：宇宙的膨胀和坍缩与宇宙的平均密度有关，如果平宇宙的膨胀和坍缩与宇宙的平均密度有关，如果平均密度小于某个临界值，它就会永远膨胀。如果平均均密度小于某个临界值，它就会永远膨胀。如果平均密度大于临界值，宇宙就会坍缩，时间本身就会终密度大于临界值，宇宙就会坍缩，时间本身就会终结。结。 如果宇宙继续膨胀下去，五十亿年后，太阳将耗尽如果宇宙继续膨胀下去，五十亿年后，太阳将耗尽它的核燃料，变成一颗白矮星。在大约一百亿年后，它的核燃料，变成一颗白矮星。在大约一百亿年后，具有太阳质量的恒星将变成白矮星或中子星，具有更具有太阳质量的恒星将变成白矮星或中子星，具有更大质量的恒星会变成黑洞。大质量的恒星会变成黑洞。黑洞中粒子的速度有可能超过光速逃出黑洞，只黑洞中粒子的速度有可能超过光速逃出黑洞，只要有足够长的时间，巨大的黑洞也可以要有足够长的时间，巨大的黑洞也可以“蒸发蒸发”掉。掉。在星系或星系团之外，应该存在有足够的暗物质，在星系或星系团之外，应该存在有足够的暗物质，这些暗物质能使密度达到临界值，从而可能会使宇这些暗物质能使密度达到临界值，从而可能会使宇宙最终坍缩。但这个时间肯定在一百五十亿年之后。宙最终坍缩。但这个时间肯定在一百五十亿年之后。明确：本文讲的是宇宙的未来问题，预明确：本文讲的是宇宙的未来问题，预测了两种结局：或膨胀，或收缩。测了两种结局：或膨胀，或收缩。2 2、用一句话简要地说出本文的内容：、用一句话简要地说出本文的内容：宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和膨胀区分开来宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和膨胀区分开来的临界点上，所以两种可能都会发生。的临界点上，所以两种可能都会发生。3、提炼本文要点：、提炼本文要点：科学家有信心预言未来。科学家有信心预言未来。巫师的预言模棱两可，宗教的预言屡测屡败。巫师的预言模棱两可，宗教的预言屡测屡败。物理方程、制约大脑的方程具有混沌性，因此我们物理方程、制约大脑的方程具有混沌性，因此我们不能预言人类；而宇宙的行为在非常大尺度下却是简不能预言人类；而宇宙的行为在非常大尺度下却是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来。未来。宇宙的未来有两种可能，一是继续膨胀下去，二是宇宙的未来有两种可能，一是继续膨胀下去，二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩，取决于宇收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩，取决于宇宙的平均密度。宙的平均密度。梳理结构梳理结构1-61-6：科学家有信心预言未来科学家有信心预言未来7-117-11： 再分析阻碍预言的东西再分析阻碍预言的东西12-1312-13：指出可预言的科学指出可预言的科学依据依据14-2114-21：描绘宇宙未来具体景象描绘宇宙未来具体景象22-2522-25：影响预言的不确定因素影响预言的不确定因素2626：最后对全文进行小结最后对全文进行小结 明确：明确：“对宇宙未来的预言，其关键问题在于对宇宙未来的预言，其关键问题在于：平均密度是多少。：平均密度是多少。” 5.5.作者讲演的题目是作者讲演的题目是“宇宙的未来宇宙的未来”，却先讲了许多，却先讲了许多历史故事，这起到了什么作用历史故事，这起到了什么作用? ?你认为这是你认为这是“跑题跑题”了还是与话题有关联了还是与话题有关联? ?明确：明确：如同中国古代说书人先讲一段别的故事如同中国古代说书人先讲一段别的故事以引起正题一样，这篇讲演先从古代的先知和以引起正题一样，这篇讲演先从古代的先知和女巫谈起，以引起听众的兴趣，起到了女巫谈起，以引起听众的兴趣，起到了引出话引出话题题的作用。作者敢于讽刺那些古代预言家，正的作用。作者敢于讽刺那些古代预言家，正是代表科学界表明了是代表科学界表明了一种自信，一种自信，因为科学的预因为科学的预言是建立在科学研究基础之上的，是可以用言是建立在科学研究基础之上的，是可以用科科学原理学原理加以说明的。所以说，加以说明的。所以说，“讲史讲史”是是为了为了“衬今衬今”，不是不是“跑题跑题”，而是与话题相关的。，而是与话题相关的。(1).(1).我们只了解正常情况下物体的科学定律，不我们只了解正常情况下物体的科学定律，不知道制约在极端条件下的精确定律，故不能预言知道制约在极端条件下的精确定律，故不能预言宇宙的未来。宇宙的未来。（7-87-8）(2).(2).我们受到时间尺度的制约，故不能预言宇我们受到时间尺度的制约，故不能预言宇宙的未来。宙的未来。（9 9）(3).(3).我们毁坏和消灭环境能力的增长比利用这我们毁坏和消灭环境能力的增长比利用这种能力的智慧的增长快得多，故不能预言宇宙种能力的智慧的增长快得多，故不能预言宇宙的未来。的未来。 （10）(4).(4).我们不能肯定星球在轨道上的微小扰我们不能肯定星球在轨道上的微小扰动长期积累会产生怎样的变化，故不能预动长期积累会产生怎样的变化，故不能预言宇宙的未来言宇宙的未来 （1111）6. 作者认为，科学家预言宇宙的未作者认为，科学家预言宇宙的未 来，必须摆脱哪些思想局限？来，必须摆脱哪些思想局限？1. 1. 我们观察到的从外空间各个方向来的微波幅射背景我们观察到的从外空间各个方向来的微波幅射背景的温度极其接近，这表明宇宙的膨胀是平滑而非混沌的温度极其接近，这表明宇宙的膨胀是平滑而非混沌的。的。（12段段）2. 2. 我们根据地球在太阳系中的地位以及其所属的我们根据地球在太阳系中的地位以及其所属的星系中的地位，推断出任何其他星系的任何背景亦星系中的地位，推断出任何其他星系的任何背景亦相同，故可确定在大尺度下宇宙的行为是简单的，相同，故可确定在大尺度下宇宙的行为是简单的，可以预言可以预言 。 （1313段）段）7 7、作者认为科学家可以预言宇宙的未来的、作者认为科学家可以预言宇宙的未来的根据是什么？根据是什么？ 大爆炸形成宇宙的膨胀。如果大爆炸形成宇宙的膨胀。如果宇宙的密度大于某宇宙的密度大于某个临界值个临界值，吸引力将最终使膨胀停止并使宇宙开始重，吸引力将最终使膨胀停止并使宇宙开始重新收缩，最终宇宙就会坍缩到一个具有无限密度的奇新收缩，最终宇宙就会坍缩到一个具有无限密度的奇性的大挤压，时间本身就会在大挤压处终结。大挤压性的大挤压，时间本身就会在大挤压处终结。大挤压之后的存在是不能预言的。之后的存在是不能预言的。 如如宇宙密度小于该临界值宇宙密度小于该临界值，宇宙就不会坍缩，宇宙就不会坍缩，它会继续永远膨胀下去，星系们会继续以恒常速度它会继续永远膨胀下去，星系们会继续以恒常速度相互离开。现在的宇宙正在膨胀相互离开。现在的宇宙正在膨胀 , ,至少在至少在100100亿年亿年内不会停止。内不会停止。（1419） 在大约在大约100100亿年以后，宇宙中大多数恒星都已亿年以后，宇宙中大多数恒星都已把燃料耗尽，似太阳质量的恒星，不是变成白矮星把燃料耗尽，似太阳质量的恒星，不是变成白矮星就是就是变成中子星，具有更大质量的恒星会变成黑洞。变成中子星，具有更大质量的恒星会变成黑洞。这些宇宙残留物继续绕着银河系中心每这些宇宙残留物继续绕着银河系中心每100100亿年转一亿年转一圈，它们互相碰撞，使一些被抛到星系外面去，余圈，它们互相碰撞，使一些被抛到星系外面去，余下的会渐渐在中心附近稳定下来，最终汇聚在一起，下的会渐渐在中心附近稳定下来，最终汇聚在一起，形成一个巨大的黑洞。最后这个黑洞可能在形成一个巨大的黑洞。最后这个黑洞可能在1010的的9090次方年的时间蒸发掉（次方年的时间蒸发掉（ 202121）有两个有两个 一是可能存在当前我们未知的暗物质，它一是可能存在当前我们未知的暗物质，它们会影响大爆炸后一秒钟内宇宙的初始密度，们会影响大爆炸后一秒钟内宇宙的初始密度，从而影响对宇宙最终坍缩时间的确定（从而影响对宇宙最终坍缩时间的确定（2222、2323）二是对宇宙的初始密度的确定有着不同的认识：二是对宇宙的初始密度的确定有着不同的认识：一是按照人择原理去确定，一是按照暴涨理论一是按照人择原理去确定，一是按照暴涨理论去确定。二者有较大差距（去确定。二者有较大差距（24-25）8、在对宇宙的未来的预言中，存在哪些不确、在对宇宙的未来的预言中，存在哪些不确定的因素？定的因素？细细读课文读课文 品味语言品味语言 运用了许多风趣幽默的语言，使得这样一篇旨在说明科学道理的运用了许多风趣幽默的语言，使得这样一篇旨在说明科学道理的学术演讲，让人能够在一种轻松愉快的气氛中认真听下去。学术演讲，让人能够在一种轻松愉快的气氛中认真听下去。 1“1“例如，如果你稍微改变一下你旋转轮赌盘的方式，就会改例如，如果你稍微改变一下你旋转轮赌盘的方式，就会改变出来的数字。你在实际上不可能预言出来的数字，否则的话，物变出来的数字。你在实际上不可能预言出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财。理学家就会在赌场发财。” ” 明确：用这个比喻生动地说明了明确：用这个比喻生动地说明了“即使我们知道即使我们知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来去预言遥远的未来”。 明确：用这个比喻形象地说明宇宙在大挤明确：用这个比喻形象地说明宇宙在大挤压处终结后，并不是任何发生在之后的事压处终结后，并不是任何发生在之后的事件都是另一个相分离的宇宙的部分。件都是另一个相分离的宇宙的部分。3. 文章最后一句话：文章最后一句话：“所以我正是继承所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统，两方下那些巫师或预言者的良好传统，两方下赌注，以保万无一失。赌注，以保万无一失。”明确：兼有讽刺与幽默，对宇宙未来命明确：兼有讽刺与幽默，对宇宙未来命运的判断采取了审慎态度。运的判断采取了审慎态度。例例3 3 说古代女巫说古代女巫“通常是被毒药或火山隙通常是被毒药或火山隙溢出的气体弄得精神恍惚的女人溢出的气体弄得精神恍惚的女人”，明确：叙述生动，语言夸张而带有讽刺意明确：叙述生动，语言夸张而带有讽刺意味，把女巫需要借助神秘力量来作味，把女巫需要借助神秘力量来作“预言预言”的特点揭露无遗。的特点揭露无遗。例例4 4 讽刺近代宗教预言家时说讽刺近代宗教预言家时说“幸运的是，幸运的是，数人名看来要花很长的时间数人名看来要花很长的时间”。明确：委婉地道出这些明确：委婉地道出这些“末日预言者末日预言者”的尴的尴尬与无奈。尬与无奈。例例5 5 在反思世界末日会使股票下跌时说：在反思世界末日会使股票下跌时说：“虽然它使我百思不解，为何世界的终结会虽然它使我百思不解，为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不走的话。什么也带不走的话。”明确：有力地讽刺了有关世界末日的预言明确：有力地讽刺了有关世界末日的预言给人们精神上造成的恐慌。给人们精神上造成的恐慌。例例6 “6 “我比其他的末日预言者更占便宜。即我比其他的末日预言者更占便宜。即便宇宙将要坍缩，我可以满怀信心地预言，它便宇宙将要坍缩，我可以满怀信心地预言，它至少在一百亿年内不会停止膨胀。我预料那时至少在一百亿年内不会停止膨胀。我预料那时自己不会留在世上被证明是错的自己不会留在世上被证明是错的”。明确：以庆幸自己会逃脱干系的自嘲式的幽明确：以庆幸自己会逃脱干系的自嘲式的幽默，传达出宇宙默，传达出宇宙“至少在一百亿年内不会停至少在一百亿年内不会停止膨胀止膨胀”的重要信息。的重要信息。论证方法 1.对比论证 在与巫术的对比中，更显出了科学的求实精神。2.比喻论证 比喻的方式将深奥的理论说得通俗易懂。3.推理论证 这是美国这是美国宇航局海宇航局海盗号环绕盗号环绕器拍摄的器拍摄的火星全球火星全球照片。图照片。图中可以清中可以清晰地看到晰地看到巨大的巨大的“水手水手谷谷”。水。水手谷长约手谷长约40004000公里，公里，深度约深度约8 8公公里里火星表面火星表面火星表面的景色。这是由着陆在火星表面火星表面的景色。这是由着陆在火星表面的探路者号探测器拍摄的。远处可见名为的探路者号探测器拍摄的。远处可见名为“双子峰双子峰”的火星山峰的火星山峰这是位于北天天龙星座的行星状星云这是位于北天天龙星座的行星状星云 NGC 6543NGC 6543，俗称俗称“猫眼星云猫眼星云”。距地球约。距地球约30003000光年光年沙漏星沙漏星云云”MyMyCn18Cn18距距地球约地球约80008000光光年。它年。它是一个是一个年轻的年轻的行星状行星状星云星云这是著名的这是著名的“指环星云指环星云”M57M57。这个行星状星。这个行星状星云的直径约是云的直径约是1 1光年，距地球约光年，距地球约10001000光年，位光年，位于天琴座于天琴座这是距地球约这是距地球约30003000光年的光年的“蛋形星蛋形星云云” 。其。其中央的恒星与太阳类似，它成为一颗红巨星还中央的恒星与太阳类似，它成为一颗红巨星还不到一百年不到一百年这是著名的这是著名的“蟹状星云蟹状星云”。“蟹状星云蟹状星云”是一是一颗颗10541054年爆发的超新星的遗迹，距地球约年爆发的超新星的遗迹，距地球约65006500光年光年