| 《黑洞旅行》教学设计 |
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（一） ①作者采用“稍微轻率的语气”表达了什么观点？ [提示] 勾画1—3段的关键语句，而后整合。 “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。” 总结：黑洞确实存在，黑洞旅行有可能，但目前行不通。 空间可旅行 开篇点题 科学现实：黑洞确存在（1—4） 引人入胜 目前行不通 （引入下文） 其科学根据是什么？ 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。 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。 ②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，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。 恒星耗尽燃料 层层剥茧 科学剖析：黑洞能形成（5—13） 深入浅出 引力造成恒星坍塌 （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。） （二） ③ 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。” （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 黑洞理论 黑洞存在的可能性 广义相对论下的引力光线效应之自洽理论 黑洞的形成、白洞 （爱因斯坦） —→ 量子力学的不确定性原理 （逃逸——婴儿宇宙） |
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