| “霍金”三联想——《宇宙的未来》助读参考 |
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四川省金堂中学 童华池 《宇宙的未来》是当代最负盛名的理论物理学家——英国的史蒂芬•霍金1991年1月在英国剑桥大学的一次演讲。人民教育出版社编辑出版的现行高中语文“实验课本”和“试验课本”均选用了这篇演讲稿。面对这篇专业性很强而难于理解的课文，笔者很自然地生发了与霍金，与课文有关的三个方面的联想。 一、霍金与高士其 霍金是一位伟大的科学家。人们对他的敬重，不仅在于他在理论物理方面的巨大贡献，还在于他对人类的这些贡献，是在身患绝症，全身瘫痪的情况下作出来的。一见到霍金的名字，不禁使人想到了高士其。 对于现在的青少年来说，高士其的名字很可能是陌生的，但对于上世纪五六十年代的青少年来说，高士其可是一个响当当的名字。“高士其”三个字频频出现在报刊电台和中小学的课本上，如果要说偶像，高士其可是那个时代许多青少年心目中的偶像。 霍金与高士其，两人何其相似乃尔！ 其一，他们都是科学家。 其二，他们都是身患绝症，全身瘫痪的科学家。 1927年，高士其入芝加哥大学医学研究院攻读细菌学，次年，在实验时不慎，受甲型脑炎病毒感染，留下严重后遗症，后来病情不断加重，造成全身瘫痪。那一年，高士其23岁。 1962年，霍金从英国牛津大学毕业到剑桥大学读研究生，也是在“次年”，体检时，被确诊患上了 “肌萎缩性脊髓索硬化”这一无法治愈的疾病，后来，身体每况愈下，以致全身瘫痪。那一年，霍金才21岁。 其三，他们的科学研究，都是在身体致残以后，在常人难以想象的极为艰难的情况进行的。 高士其致残后，他仍以超人的毅力，坚持学完了细菌学博士研究生的全部课程。回国后，他的工作的重心转到了科普创作上。他的手瘫痪后，笔握不住了，甚至连说话也困难，即使在这种情况下，他仍然坚持创作。他先打好腹稿，然后艰难地发出模糊的喉音‘嗯嗯、喔喔’，一个字一个字地口述，由秘书、妻子和护士记录整理。有时为了弄清一个字，往往要反复哼二十几遍，记下一段话，要用半天时间…… 霍金致残并瘫痪后，再也无法用自己的声音表述他的思想，只能借助3个手指操纵按钮输入要说的话，再经由语言合成器发出声音，他的演讲，就是采用这样一种常人无法想象的困难方式进行的。平常，霍金看书必须依赖翻书页的机器，读文献时需要请人将每一页都摊在大桌子上，然后驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读；写作则是以平均一分钟输入10个单词的“慢”速度进行…… 最终，他们都取得了令人瞩目的成就。 诚然，学习《宇宙的未来》，我们要学习霍金的先进理论，而霍金的精神，“霍金们”的精神，同样是需要我们好好学习的。 二、霍金与爱因斯坦 一提到霍金，不能不想到爱因斯坦，这是因为：他们同是20世纪最伟大的物理学家，霍金还被誉为当代的爱因斯坦。 爱因斯坦一生中最重要的贡献是创立了相对论。 1905年发表狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系（特定观察）而变化。 1915年发表广义相对论。这个理论解释了引力作用和加速度作用没有差别的原因。他还解释了引力是如何和时空弯曲联系起来的，利用数学，爱因斯坦指出物体使周围空间、时间弯曲，在物体具有很大的相对质量（例如一颗恒星）时，这种弯曲可使从它旁边经过的任何其它事物，即使是光线，改变路径。 霍金是当今世界上继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家。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。他的科普著作《时间简史》将最艰深的理论问题与大众最普遍的兴趣结合起来，在世界上的发行量已超过2000万册，成为世界上最畅销的科普读物。新书《果壳里的宇宙》获得2002年度安万特科学图书奖。该奖项是世界最知名的科普图书奖之一。这本书是一本图文并茂的科普著作，主题是宇宙学，涉及广义相对论、量子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论、超引力等诸多前沿概念。 去年8月，霍金第二次来到中国，新华社记者就霍金在学术界的地位以及他对整个天体物理学等做出的贡献，采访了北京师范大学天文学系何香涛教授。何教授告诉记者：“霍金在学术上的贡献是有目共睹的，他对整个理论物理、天体物理及天文学的学术发展做出了巨大的贡献。尤其是他‘黑洞不黑’的理论纠正了许多人关于‘黑洞是黑’的观念，使人们知道它是可以蒸发的，让人们了解到宇宙的缓冲余地。” 有趣的是，《物理学世界》杂志前不久的一次调查显示，霍金的同行与公众的态度并不相同。由当今最著名的物理学家评选出的他们心中最杰出的同行中，爱因斯坦以119票排名第一，牛顿46票紧随其后，至于斯蒂芬•霍金，他与另一些杰出科学家一样只获得一票，在这份天才名单上收尾。但这并不意味着霍金与爱因斯坦相比，才能和贡献相差100多倍。当今举世公认的能与爱因斯坦相提并论的科学家并不多；就在这极为有限的科学家中，无疑，霍金是应该排在第一位的。复旦大学物理系教授苏汝铿在接受记者采访时曾说：“要我来评价，爱因斯坦提出的相对论，开辟了一个崭新的物理学时代，奠定了现代宇宙学的基础，有广义相对论，才有了后来的大爆炸理论、黑洞理论等等；而霍金则是将爱因斯坦的广义相对论运用到许多具体的领域，如大爆炸宇宙学、黑洞等，丰富了理论，作出了原创性贡献。” 三、霍金假说与他人假说 ⒈“宇宙的未来”假说与其他学科、其他领域的假说 人类自诞生以来，对事物的认识总是从混沌走向清晰，从迷信走向科学；就“科学”这一范畴来说，现今许多“真理”都是经过了从“假说”到“真说”的过程，有的过程还相当漫长。在电学领域，富兰克林用“风筝实验”证明了自己的“闪电确实是一种放电现象，与室内电火花一样”的假说，揭开了神秘的雷电之谜；在生物学领域，中国辽西发现的古鸟类和带毛恐龙的事实，使“鸟类起源于恐龙以及一些小型的兽脚类恐龙是热血动物”这样的科学假说被越来越多的人所接受——这一理论的出现被称为是古生物学上的一场革命；在地球科学领域，德国地球物理学家、气象学家阿尔弗莱德•魏格纳提出的“大陆漂移说”，后来发展成“板块构造学说”，并成为20世纪地球科学的主流……“宇宙的未来”假说正是在理论物理、天体物理及天文学的范畴内提出的，与其他各门学科，各个领域并列的一种假说。 ⒉“宇宙的未来”霍金假说与他人假说 在《宇宙的未来》里，霍金探讨了宇宙的未来的两种命运：一是继续膨胀下去，一是收缩以至于坍缩成一个点。膨胀还是收缩，取决于宇宙的平均密度。“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，而时间本身就全在大挤压处终结。 对“宇宙的未来的两种命运”的假说最重要的“理论支撑”是霍金的“黑洞不黑”的理论。霍金说：“我在若干年以前发现，黑洞并不像被描绘的那样黑。量子力学的不确定原理讲，粒子不可能同时具有定义很好的位置和定义很好的速度。粒子位置定义得越精确，则其速度就只能定义得越不精确，反之亦然。如果在一颗黑洞中有一颗粒子，它的位置在黑洞中被很好地定义，这意味着它的速度不能被精确地定义。所以粒子的速度就有可能超过光速，这就使得它能从黑洞里逸出来，粒子和辐射就这么缓慢地从黑洞中泄漏出来。” 黑洞随着时间的推移就以这种方式而耗损，直至完全被蒸发。 在霍金对外公布他的理论之前，科学界认为黑洞就是一种无底的井，它吞噬物质，使任何东西甚至光都不能逃脱。霍金的“黑洞不黑”的理论正为越越多的人所接受。霍金所言之“辐射”被命名为霍金辐射。 学习《宇宙的未来》，霍金的理论使我们眼界大开；与此同时，我们也会很自然地提出疑问：霍金的理论果真是正确的吗？“当代的爱因斯坦”为什么与诺贝尔奖无缘？ 一切科学假说都是需要验证的，霍金的假说亦是这样。据有关媒体报道，科学家们现在正在瑞士日内瓦尝试建立一个大型粒子加速碰撞器（LHC），并希望通过它来创建黑洞,也许能成功。成功后，霍金的假说将会得到间接的证明。至于“宇宙的未来”的最终结局，是无法直接验证的，一是时间太漫长，二是无论是继续膨胀还是坍缩，我们现在赖以生存的地球和太阳都将不复存在，即使人类有能力迁徙到别的星球，与整个宇宙比起来，范围也实在有限，也难逃宇宙覆亡带来的厄运，所谓的直接验证也就失去了意义。也正因为霍金的假说未能得到验证，也还由于别的原因，目前，霍金暂时与诺贝尔奖无缘。但这并不能从根本上影响霍金在世界上的学术地位。 我们学习《宇宙的未来》，当从积极的方面去思考，以期学到这位科学巨人的思想和思想方法。 相关链接：备课资料
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