必修宇宙的未来优秀PPT.ppt
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1、必修宇宙的未来你现在浏览的是第一页,共37页 提炼本文要点,增强概括能力;提炼本文要点,增强概括能力;感受科学精神,增进科学素养;感受科学精神,增进科学素养;【教学目的】jiaoxuemudijiaoxuemudi你现在浏览的是第二页,共37页 中国是最早进行天文观测的国家之一,中国是最早进行天文观测的国家之一,在殷商甲骨文里,就有许多天文观测记录。在殷商甲骨文里,就有许多天文观测记录。汉语汉语“宇宙宇宙”一词出现较早。战国时期的尸一词出现较早。战国时期的尸佼在他的著作尸子中就说:佼在他的著作尸子中就说:“上下四方上下四方曰宇,往古来今曰宙。曰宇,往古来今曰宙。”东汉的高诱在淮南东汉的高诱在淮
2、南子子原道训注中也说:原道训注中也说:“四方上下曰宇,四方上下曰宇,古往今来曰宙。古往今来曰宙。”中国古代的宇宙学说,有浑天说、盖天中国古代的宇宙学说,有浑天说、盖天说、宣夜说等。浑天说认为,说、宣夜说等。浑天说认为,“浑天如鸡浑天如鸡【阅读导言】yuedudaoyanyuedudaoyan你现在浏览的是第三页,共37页子,天体圆如弹丸,地如鸡子中黄,孤居于子,天体圆如弹丸,地如鸡子中黄,孤居于天内,天大而地小。天表里有水,天之包地,天内,天大而地小。天表里有水,天之包地,犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮。犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮。”(张衡浑仪注张衡浑仪注)盖天说认为,盖天说认
3、为,“天似盖笠,天似盖笠,地法覆盘地法覆盘”(晋书晋书天文志天文志),天地都,天地都是穹形的,如同一个同心的球穹,相距八是穹形的,如同一个同心的球穹,相距八万里。宣夜说认为,万里。宣夜说认为,“天了无质,仰而瞻之,天了无质,仰而瞻之,高远无极。高远无极。”(晋书晋书天文志天文志)就是说就是说“天天”不是一个固体的不是一个固体的“天穹天穹”,不过充满了无边,不过充满了无边无际的气体,日月星辰都在这气体中浮动。无际的气体,日月星辰都在这气体中浮动。你现在浏览的是第四页,共37页 在西方,古希腊人也有多种宇宙学说。公元前在西方,古希腊人也有多种宇宙学说。公元前600600年左右,住在米利都的古希腊哲
4、学家泰利斯认为年左右,住在米利都的古希腊哲学家泰利斯认为地球是一个圆盘,漂浮在一片汪洋中。他的弟子阿那地球是一个圆盘,漂浮在一片汪洋中。他的弟子阿那克西曼德认为天空是包围地球的一个球层,恒星在内克西曼德认为天空是包围地球的一个球层,恒星在内层,太阳和月亮在外层。毕达哥拉斯认为,地球、月层,太阳和月亮在外层。毕达哥拉斯认为,地球、月亮、太阳、行星和恒星都在一个同心球上围绕中央火亮、太阳、行星和恒星都在一个同心球上围绕中央火旋转。托勒密总结了古希腊的天文学成就,著天文旋转。托勒密总结了古希腊的天文学成就,著天文学大成,认为地为球形,静止不动,处于宇宙的中学大成,认为地为球形,静止不动,处于宇宙的中
5、心,其他天体围绕地球运行,创立了心,其他天体围绕地球运行,创立了“地心说地心说”,统治西方天文学界一千四百多年,直到波兰天文统治西方天文学界一千四百多年,直到波兰天文学家哥白尼在学家哥白尼在1616世纪发表天体运行论,创立世纪发表天体运行论,创立日心说。日心说。1717世纪,意大利物理学家和天文学家伽世纪,意大利物理学家和天文学家伽利略亲手制造利略亲手制造你现在浏览的是第五页,共37页天文望远镜,开拓了人们的天文视野。德国天文学家天文望远镜,开拓了人们的天文视野。德国天文学家开普勒提出了行星运动的三大定律,英国物理学家牛开普勒提出了行星运动的三大定律,英国物理学家牛顿用力学的引力原理解释开普勒
6、的行星运动定律,创顿用力学的引力原理解释开普勒的行星运动定律,创立了天体力学。立了天体力学。现代宇宙学最有影响的学说是大爆炸宇宙学。大现代宇宙学最有影响的学说是大爆炸宇宙学。大爆炸宇宙学认为,宇宙早期温度极高爆炸宇宙学认为,宇宙早期温度极高(在在100100亿度以上亿度以上),物质密度极大。在那里,物质被压缩成一个奇点,物质密度极大。在那里,物质被压缩成一个奇点,时间和空间都毫无意义。大约时间和空间都毫无意义。大约200200亿年前,发生亿年前,发生“爆爆炸炸”,温度逐渐冷却,形成各种各样的恒星体系,温度逐渐冷却,形成各种各样的恒星体系,也就是我们今天所能观测到的宇宙。也就是我们今天所能观测到
7、的宇宙。你现在浏览的是第六页,共37页 宇宙大爆炸学说是逐渐形成的。宇宙大爆炸学说是逐渐形成的。2020世纪初,爱世纪初,爱因斯坦的相对论改变了科学家研究宇宙的方法。因斯坦的相对论改变了科学家研究宇宙的方法。19271927年,比利时天文学家勒梅特第一个提出了动态年,比利时天文学家勒梅特第一个提出了动态宇宙模型,认为宇宙是从一种宇宙模型,认为宇宙是从一种“原始原子原始原子”不断分不断分裂、膨胀形成的。他推测:如果宇宙中物质的质裂、膨胀形成的。他推测:如果宇宙中物质的质量小于某个临界值,宇宙就会继续膨胀下去,成量小于某个临界值,宇宙就会继续膨胀下去,成为为“开放的宇宙开放的宇宙”;反之,就会坍缩
8、,成为;反之,就会坍缩,成为“闭合闭合的宇宙的宇宙”。19481948年,出生在俄国的美籍物理学家年,出生在俄国的美籍物理学家伽莫夫发展了这一理论,提出了伽莫夫发展了这一理论,提出了“大爆炸大爆炸”学说。学说。你现在浏览的是第七页,共37页 斯蒂芬斯蒂芬霍金是继阿尔伯特霍金是继阿尔伯特爱因斯坦之后爱因斯坦之后最杰出的物理学家。霍金最杰出的物理学家。霍金19421942年出生于英国牛年出生于英国牛津,先后就读于牛津大学和剑桥大学,学习数津,先后就读于牛津大学和剑桥大学,学习数学、物理学和宇宙学。学、物理学和宇宙学。19631963年,霍金经诊断得年,霍金经诊断得了肌萎缩性侧索硬化症。这种病会引起
9、肌肉萎了肌萎缩性侧索硬化症。这种病会引起肌肉萎缩,导致瘫痪;说话会越来越困难,直至完全缩,导致瘫痪;说话会越来越困难,直至完全丧失语言能力;患者通常因并发肺炎或窒息而丧失语言能力;患者通常因并发肺炎或窒息而死亡。不过,患者的思维能力包括记忆能力不死亡。不过,患者的思维能力包括记忆能力不受影响。医生告诉霍金他最多只能活两年。在受影响。医生告诉霍金他最多只能活两年。在【文章作者】wenzhangzuozhewenzhangzuozhe你现在浏览的是第八页,共37页经历了一段短暂的失望和沮丧后,霍金又开始了经历了一段短暂的失望和沮丧后,霍金又开始了他的宇宙学研究。霍金后来在相对论、他的宇宙学研究。霍
10、金后来在相对论、“大爆炸大爆炸”和黑洞等领域取得了突出的研究成果。霍金和黑洞等领域取得了突出的研究成果。霍金19881988年出年出版的宇宙学著作时间简史:从大爆炸到黑洞,是版的宇宙学著作时间简史:从大爆炸到黑洞,是一部里程碑式的畅销书。霍金被确诊患病已一部里程碑式的畅销书。霍金被确诊患病已3030多年,多年,但他仍孜孜于宇宙起源的理论研究,仍在为大统一理但他仍孜孜于宇宙起源的理论研究,仍在为大统一理论而耕耘不已。霍金现任剑桥大学卢卡斯数学教授,论而耕耘不已。霍金现任剑桥大学卢卡斯数学教授,这也是牛顿爵士曾担任过的职位。这也是牛顿爵士曾担任过的职位。(选自斯蒂芬选自斯蒂芬霍金:伟大的物理学家,
11、世界知识出版社霍金:伟大的物理学家,世界知识出版社19981998年版,麦克丹尼尔著,翟玉章译年版,麦克丹尼尔著,翟玉章译)【文章作者】你现在浏览的是第九页,共37页 霍金的中国学生吴忠超教授这样介绍史蒂芬霍金的中国学生吴忠超教授这样介绍史蒂芬霍金:霍金:在相对论和引力论领域,霍金是继爱因斯坦之后最伟在相对论和引力论领域,霍金是继爱因斯坦之后最伟大的代表人物。他的第一项工作是和彭罗斯一起证明大的代表人物。他的第一项工作是和彭罗斯一起证明了广义相对论的奇性定理;第二项工作是创立了黑洞了广义相对论的奇性定理;第二项工作是创立了黑洞物理理论,其中有黑洞的无毛定理和黑洞视界面积增物理理论,其中有黑洞的
12、无毛定理和黑洞视界面积增加定理;第三项工作是研究极早期宇宙和宇宙的创生,加定理;第三项工作是研究极早期宇宙和宇宙的创生,其量子宇宙学使人们单独地从科学定律即能预言出宇其量子宇宙学使人们单独地从科学定律即能预言出宇宙中的一切。而他所有这些成就都是在他患卢伽雷病宙中的一切。而他所有这些成就都是在他患卢伽雷病(肌肉萎缩性侧面硬化病肌肉萎缩性侧面硬化病)后的后的40年间所做的。在科学年间所做的。在科学史上有许多残疾科学家,但是像霍金这样残疾到这种史上有许多残疾科学家,但是像霍金这样残疾到这种程度的则绝无仅有程度的则绝无仅有21岁就患病,几十岁就患病,几十你现在浏览的是第十页,共37页年被禁锢在特制的轮
13、椅上,全身只有三个手指能活年被禁锢在特制的轮椅上,全身只有三个手指能活动,不能讲话,与人交谈要靠计算机合成语言,有动,不能讲话,与人交谈要靠计算机合成语言,有了新的想法也只能通过三个手指了新的想法也只能通过三个手指“敲击敲击”进语言合进语言合成器里保存成器里保存可就是这样一个重度残疾的人,却可就是这样一个重度残疾的人,却把研究的目标直指浩瀚的宇宙。把研究的目标直指浩瀚的宇宙。果壳中的宇宙一书中,霍金引用了莎士比果壳中的宇宙一书中,霍金引用了莎士比亚戏剧哈姆雷特里一句充满诗意的台词:亚戏剧哈姆雷特里一句充满诗意的台词:“我我即使被关在果壳里,仍自以为是无限空间之王即使被关在果壳里,仍自以为是无限
14、空间之王!”这句台词形象地道出了霍金的崇高精神追求,使人这句台词形象地道出了霍金的崇高精神追求,使人们亲眼看到了们亲眼看到了“果壳果壳”中的那个挑战命运的不屈的中的那个挑战命运的不屈的灵魂。他曾说:灵魂。他曾说:“只要有智慧和精神在,没有什么只要有智慧和精神在,没有什么能打倒自己。身体的健康固然重要能打倒自己。身体的健康固然重要你现在浏览的是第十一页,共37页心灵的健康也会给你无穷的力量。心灵的健康也会给你无穷的力量。”在少年霍金的心中,崇拜的不在少年霍金的心中,崇拜的不是歌星或球星,而是贝特朗是歌星或球星,而是贝特朗罗素,罗素,一位不知疲倦的思想家、哲学家一位不知疲倦的思想家、哲学家和科学家
15、。和科学家。霍金的朋友曾这样感慨:霍金的朋友曾这样感慨:“可可以相信,当他所热爱的东西都失以相信,当他所热爱的东西都失去时,他不仅坚强地活着,而且去时,他不仅坚强地活着,而且伟大地活着,那么他所带给我们伟大地活着,那么他所带给我们的不仅仅是科学的智慧,还有人的不仅仅是科学的智慧,还有人类最可贵的精神。类最可贵的精神。”你现在浏览的是第十二页,共37页【文章要点】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,代宗教的预言
16、,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,结构严谨,重点突出。作者运用天体物理学理论,对宇宙未来作出了两种预测,一是继续膨胀下去;对宇宙未来作出了两种预测,一是继续膨胀下去;二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是收缩,取二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是收缩,取决于宇宙的平均密度。决于宇宙的平均密度。“如果它比临界值小,宇宙如果它比临界值小,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,而时间就会在大挤压处终结。坍缩,而时间就会在大挤压处终结。”可可“现在密现在密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临
17、界密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度度”,所以两种结果都有可能。,所以两种结果都有可能。你现在浏览的是第十三页,共37页【文章要点】科学家有信心预言未来。科学家有信心预言未来。巫师的预言模棱巫师的预言模棱两可,宗教的预言屡测屡败。两可,宗教的预言屡测屡败。物理方程、制约大物理方程、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单的,而不是混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未来。沌的,因此我们可以预言宇宙遥远的未来。宇宙宇宙的未来有两种可能,一是继续膨胀下去
18、,二是收缩的未来有两种可能,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,取决于宇宙以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩,取决于宇宙的平均密度。的平均密度。宇宙现在的密度非常接近于把坍缩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和膨胀区分开来的临界点上,所以两种可能都会发生。生。你现在浏览的是第十四页,共37页 作者在第作者在第8 8段中为什么说段中为什么说“即使知道了制约宇即使知道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宙的有关定律,我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来的未来”?为什么第为什么第1010段又说段又说“尽管我们知道制约尽管我
19、们知道制约人类行为的方程,但在实际上我们不能预言它人类行为的方程,但在实际上我们不能预言它”?【阅读点拨】wenzhangzuozhewenzhangzuozhe “因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的性质性质”,“方程可能是不稳定的方程可能是不稳定的”;同样,;同样,“制约制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为,初始态的非常小大脑的方程几乎肯定具有混沌行为,初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果的改变会导致非常不同的结果”。你现在浏览的是第十五页,共37页 为什么科学为什么科学“不能预言人类社会的不能预言人类社会的未来未来”,却,却“可以预言宇宙遥远的未
20、来可以预言宇宙遥远的未来”?因为前者是混沌的,不确定的;而因为前者是混沌的,不确定的;而“宇宙的行为在非常大尺度下是简单的,宇宙的行为在非常大尺度下是简单的,而不是混沌的,因此我们可以预言宇宙而不是混沌的,因此我们可以预言宇宙遥远的未来遥远的未来”。你现在浏览的是第十六页,共37页 (3 3)作者对宇宙的未来的预言与巫师、)作者对宇宙的未来的预言与巫师、宗教预言家对人类社会未来的预言有何不同宗教预言家对人类社会未来的预言有何不同?前者是有科学根据的,是运用天体物理学理前者是有科学根据的,是运用天体物理学理论进行的科学推测,科学预言;而后者是没有科论进行的科学推测,科学预言;而后者是没有科学根据
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