Objetivos docentes
1. Lea las predicciones sobre el futuro del universo descritas en el artículo, estimulando así el interés en la exploración del universo.
2. Cultivar la capacidad de pensamiento científico y el entusiasmo por amar y discutir la ciencia.
3. Sienta la afinidad y la relajación que aporta el humor y la viveza del lenguaje hablado.
Puntos importantes y difíciles en la enseñanza
1. Extrae los puntos principales de este artículo y mejora tu capacidad de generalización.
2. Explora la connotación de este artículo y mejora tus habilidades analíticas.
3. Percibir y comprender con precisión frases importantes del texto.
Proceso de enseñanza
Introducción de nuevas lecciones
1. Sobre el autor
Stephen. Hawking es uno de los grandes hombres de renombre internacional de este siglo. Tiene ahora 60 años. Nació en el aniversario de la muerte de Galileo. Es profesor del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de la Universidad de Cambridge. Relatista general y cosmólogo contemporáneo. En la década de 1970, él y Penrose demostraron el famoso teorema de la singularidad, por el que ganaron conjuntamente el Premio Wolf de Física en 1988. Por lo tanto, es conocido como el pensador científico más famoso del mundo y el físico teórico más destacado después de Einstein. También demostró el teorema del área de los agujeros negros. El puesto que ocupa es el de profesor lucasiano. Un doctor en matemáticas que ostentaba varios títulos honoríficos y era miembro de la Royal Society, estuvo confinado en una silla de ruedas debido a la enfermedad de Lou Gehrig. Durante 20 años, convirtió su discapacidad en una ventaja, superando su discapacidad y convirtiéndose en una supernova en la física internacional. comunidad No podía escribir y ni siquiera hablar con claridad, pero superó la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, el Big Bang y otras teorías y entró en la "danza geométrica" de la creación del universo. , sus pensamientos viajaron brillantemente a través de la inmensidad del tiempo y el espacio y resolvieron los misterios del universo.
El profesor Hawking es también un novelista de divulgación científica moderna. Su obra representativa es "Una breve historia del tiempo" escrita en. 1988. Esta es una excelente novela de ciencia astronómica. El autor tiene una rica imaginación, ideas maravillosas, un lenguaje hermoso y palabras exquisitas. Lo que es aún más sorprendente es que los cambios en el futuro son tan mágicos y maravillosos. de 25 millones de copias y ha sido traducida a una película de 1992 del mismo nombre que costó 3,5 millones de libras. Hawking cree firmemente que las ideas básicas sobre el origen del universo y la vida pueden expresarse sin matemáticas, y el mundo debería hacerlo. Ser capaz de comprender sus profundas e inescrutables teorías a través del medio audiovisual del cine. Este libro trata sobre la exploración de la naturaleza del tiempo y el universo. Un libro popular de vanguardia, es la obra clásica contemporánea más importante sobre el pensamiento científico. del universo. Ha cambiado el concepto que la humanidad tiene del universo. "Una breve historia del tiempo" ha causado grandes repercusiones en todo el mundo desde su publicación. Es un libro emblemático para lectores que expresan más con palabras que con ecuaciones. Está escrito por una persona que ha tocado y contribuido al pensamiento humano. Esta es una obra de búsqueda infinita del conocimiento y una exploración incesante del misterio de la naturaleza del espacio y el tiempo. Preocupaciones e investigaciones occidentales sobre el universo
Las antiguas teorías cosmológicas chinas incluyen la teoría de Huntian, la teoría de Gaitian, la teoría de Xuanye, etc. Se dice que "el cielo es como el pollo de un pollo, el cuerpo celeste es redondo como un bolita, y la tierra es como un huevo de gallina, vive sola en el cielo, el cielo es grande y la tierra es pequeña." Hay agua en el cielo y el cielo cubre la tierra, como un caparazón envuelto en amarillo. El cielo y la tierra se basan cada uno en el Qi y flotan sobre el agua. "("Notas de Zhang Heng sobre la esfera armilar") La teoría de cubrir el cielo sostiene que "el cielo es como una tapa y la tierra cubre el disco" ("Libro de registros astronómicos de Jin"). El cielo y la tierra Tienen forma de cúpula, como una cúpula esférica concéntrica, a ocho metros de distancia. Miles de millas Xuan Ye dijo: "El cielo no tiene calidad. Mirándolo, es infinitamente alto y los ojos están extremadamente claros, así es. azul." "("Libro de registros astronómicos de Jin") significa que "el cielo" no es una "cúpula celeste" sólida, sino que está lleno de gas sin fin, y el sol, la luna y las estrellas flotan en este gas.
En Occidente Los antiguos griegos también tenían varias teorías sobre el universo. Alrededor del año 600 a. C., el antiguo filósofo griego Tales que vivía en Mileto creía que la tierra era un disco que flotaba en un vasto océano. El cielo es una esfera que rodea la tierra. , con las estrellas en la capa interior y el sol y la luna en la capa exterior.
Pitágoras creía que la Tierra, la Luna, el Sol, los planetas y las estrellas giraban en esferas concéntricas alrededor del centro. Ptolomeo resumió los logros astronómicos de la antigua Grecia y escribió el Almagesto. Creía que la Tierra era esférica, estacionaria y que estaba en el centro del universo. Creó la "teoría geocéntrica" y gobernó Occidente. comunidad astronómica durante 1.400 años Pasaron más de cien años hasta que el astrónomo polaco Copérnico publicó "Sobre las revoluciones de los cuerpos celestes" en el siglo XVI y fundó la teoría heliocéntrica. En el siglo XVII, el físico y astrónomo italiano Galileo construyó él mismo un telescopio astronómico que abrió los horizontes astronómicos de la gente. El astrónomo alemán Kepler propuso las tres leyes del movimiento planetario. El físico británico Newton utilizó el principio de gravedad en mecánica para explicar las leyes del movimiento planetario de Kepler y fundó la mecánica celeste.
3. Introducción a la teoría del Big Bang:
La teoría más influyente de la cosmología moderna es la cosmología del Big Bang. La cosmología del Big Bang cree que la temperatura del universo primitivo era extremadamente alta (más de 10 mil millones de grados) y la densidad de la materia era extremadamente alta. Allí, la materia se comprime en una singularidad donde el tiempo y el espacio no tienen sentido. Hace unos 20 mil millones de años se produjo una "explosión", la temperatura se enfrió gradualmente y se formaron varios sistemas estelares, que es el universo que podemos observar hoy.
Poco a poco se fue formando la teoría del Big Bang. A principios del siglo XX, la teoría de la relatividad de Einstein cambió la forma en que los científicos estudiaban el universo. En 1927, el astrónomo belga Lemaître fue el primero en proponer un modelo de universo dinámico, que creía que el universo se formó a partir de la división y expansión continua de un "átomo primitivo". Especuló: si la masa de materia en el universo es menor que un cierto valor crítico, el universo continuará expandiéndose y se convertirá en un "universo abierto"; de lo contrario, colapsará y se convertirá en un "universo cerrado". En 1948, Gamow, físico estadounidense nacido en Rusia, desarrolló esta teoría y propuso la teoría del "Big Bang".
La teoría del Big Bang está respaldada por las siguientes observaciones astronómicas.
(1) Las líneas espectrales de las galaxias extragalácticas están sistemáticamente desplazadas al rojo (se trata en el texto). En 1917, el astrónomo estadounidense Sir River descubrió que las líneas espectrales de las galaxias extragalácticas se movían sistemáticamente hacia el extremo rojo, indicando que estos objetos distantes se alejaban de nosotros. En 1929, el astrónomo estadounidense Hubble descubrió que casi todas las galaxias tienen corrimientos al rojo. Cuanto más lejos está una galaxia, mayor es su corrimiento al rojo. Esta relación lineal entre el corrimiento al rojo y la distancia se llama ley de Hubble.
(2) En varios cuerpos celestes, la densidad del helio es similar, mayoritariamente del 30%. Según la teoría del Big Bang, la temperatura del universo primitivo era muy alta, por lo que la eficiencia de producción de helio también era muy alta.
(3) Se determina que las edades de varios cuerpos celestes son inferiores a 20 mil millones de años.
(4) El descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas (tratada en el texto).
4 respuestas a los agujeros negros
¿Qué es exactamente un agujero negro? Los agujeros negros se forman cuando una estrella supergigante con una masa extremadamente grande colapsa. El núcleo de la estrella se contrae muy rápidamente bajo la influencia de su propio peso y libera una fuerte explosión de energía. Si el material del núcleo es lo suficientemente grande, el colapso continuará indefinidamente. , se forma un agujero negro. Bajo la enorme presión de la gravedad, el material que queda tiene una densidad inimaginablemente alta. Debido a que la masa de los agujeros negros es muy grande, tienen un fuerte campo gravitacional. Ni siquiera la luz puede escapar de su palma. Por eso se le llama agujero negro. No se puede ver nada dentro de sus límites.
El "agujero negro", como su nombre indica, es un agujero de tono negro. Su gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz que emite puede escapar. Incluso la luz que entra desde el exterior es como entrar en un pozo sin fondo. Pero, ¿cómo llegan a esta situación las estrellas colapsadas masivamente? Imagine un objeto en la superficie de una estrella que colapsa. Se condensa a medida que la estrella colapsa. Sigue moviéndose hacia el centro y su gravedad se vuelve cada vez más fuerte. (La gravedad de un cuerpo celeste es mayor cuanto más cerca está del centro) y cuanto más se encoge la estrella, mayor es la velocidad necesaria para salir de su superficie. Cuando la estrella colapsa a la velocidad de la luz, casi nada puede escapar. Cuando colapsa a la velocidad de la luz y no puede escapar, es imposible que ningún objeto salga del agujero negro. Cuando la estrella colapsa a este estado, el radio del agujero negro se llama "radio de Schwarzschild". Suponiendo que la Tierra también colapse de esta manera, el radio de Schwarzschild de la Tierra en ese momento será de un centímetro de ancho. Pero las estrellas no tienen que condensarse hasta tal punto para formar una superficie ineludible. Cuanto mayor es la masa, menor es la densidad de la materia dentro de su radio de Schwarzschild.
Si la masa es 100 millones de veces la del sol, la densidad del agua alcanzará el radio de Schwarzschild cuando se reduzca.
Un agujero negro es un abismo que nunca volverá, pero cuando te acerques a un agujero negro, debido al retraso del tiempo, sucederán muchas cosas maravillosas. Según su sistema de cronometraje, el viajero del agujero negro recorre el mundo del suceso sólo durante un breve periodo de tiempo, pero para los observadores distantes el resultado es exactamente el contrario. Vio que cuanto más se acercaba al mundo, más delgada se volvía la figura del astronauta y más lento se acercaba al mundo. El cohete está infinitamente cerca del mundo de los acontecimientos, pero nunca podrá alcanzarlo. La gente del exterior también ve el mundo de la misma manera. El colapso se vuelve cada vez más lento y la forma se vuelve más borrosa. La estrella colapsada parece congelarse gradualmente, por lo que este fenómeno anteriormente se llamaba "condensación de estrellas colapsadas". El límite estático se denomina "límite estático". Y cuando el colapso se acerca al mundo de eventos, la luz de las estrellas se atenúa rápidamente. Para una estrella diez veces más masiva que el Sol, todo desaparecerá en cuatro millonésimas de segundo en el momento en que se congele. Por tanto, no tenemos forma de saber cómo se forman los agujeros negros. Sin embargo, la curvatura del espacio-tiempo alrededor de un agujero negro tiene un impacto especial en la esperanza de vida humana. El tiempo avanza lentamente a su alrededor. Quizás esto pueda usarse como un mecanismo de cambio de tiempo. Aventurarse con valentía hasta el fin del mundo puede conducir a la inmortalidad. Pero en el borde de un agujero negro se requiere una gran aceleración. Cuanto más te acercas al agujero negro, mayor es la aceleración requerida y mayor el retraso.
Teóricamente, no hay límite para la masa de un agujero negro. En teoría, es posible que cualquier cantidad de masa forme un agujero negro si se comprime a una densidad suficientemente alta. Creemos que la mayoría de los agujeros negros que realmente existen se crearon cuando murieron estrellas masivas, por lo que creemos que esos agujeros negros son tan pesados como esas estrellas masivas. La masa típica de un agujero negro estelar es casi diez veces mayor que la del Sol, o 10^(30) kilogramos. Los astrónomos también creen que muchas galaxias tienen agujeros negros masivos en sus centros. Su masa es aproximadamente un millón de veces la del Sol, o 10^(36) kilogramos.
5. Análisis de fuentes
Ju: frustración; ambigüedad p> Comprensión general
1. ¿Cuáles son los puntos principales del texto?
①Los científicos confían en predecir el futuro.
②Las predicciones de los magos son ambiguas y las predicciones de las religiones han fallado repetidamente.
③Las ecuaciones físicas y las ecuaciones que gobiernan el cerebro son caóticas, por lo que no podemos predecir los seres humanos, pero el comportamiento del universo es simple a escalas muy grandes, no caótico, por lo que podemos predecir el futuro lejano del futuro del universo.
④ Hay dos posibilidades para el futuro del universo. Una es continuar expandiéndose y la otra es reducirse e incluso colapsar hasta cierto punto. Que se expanda o colapse depende de la densidad promedio del universo.
⑤La densidad actual del universo está muy cerca del punto crítico que distingue colapso y expansión, por lo que ocurrirán ambas posibilidades.
2. ¿Cuál es la estructura de este discurso?
Este discurso comienza desde las profecías de los magos antiguos hasta las profecías de las religiones modernas, y luego pasa a mis propias predicciones sobre el futuro del universo. Tiene una estructura rigurosa y puntos clave destacados. El autor utiliza la teoría de la astrofísica para hacer dos predicciones sobre el futuro del universo. Una es que continuará expandiéndose y la otra es que se encogerá e incluso colapsará hasta convertirse en un punto. Que se expanda o se contraiga depende de la densidad media del universo. "Si es menor que el valor crítico, el universo se expandirá para siempre. Pero si es mayor que el valor crítico, el universo colapsará y el tiempo terminará en el Big Crunch. Pero ahora la densidad parece estar muy cerca de combinar colapso y "La expansión infinita distingue la densidad crítica", por lo que ambos resultados son posibles.
Exploración de contenidos
1. ¿Por qué dice el autor en el párrafo 8 que "incluso si conocemos las leyes relevantes que gobiernan el universo, todavía no podemos usarlas para predecir el futuro lejano"? ¿Por qué el párrafo 10 dice "Aunque conocemos las ecuaciones que gobiernan el comportamiento humano, en realidad no podemos predecirlas"?
Claramente: “Debido a que las soluciones de las ecuaciones físicas exhibirán una propiedad llamada caos”, “las ecuaciones pueden ser inestables” de manera similar, “las ecuaciones que gobiernan el cerebro casi con seguridad tienen un comportamiento caótico, inicialmente muy pequeño; Los cambios de estado pueden conducir a resultados muy diferentes".
2. ¿Por qué la ciencia “no puede predecir el futuro de la sociedad humana” pero “puede predecir el futuro lejano del universo”?
Claro: Porque el primero es caótico e incierto; y "el comportamiento del universo es simple a escalas muy grandes, en lugar de caótico, por lo que podemos predecir el futuro lejano del universo".
3. ¿En qué se diferencian las predicciones del autor sobre el futuro del universo de las predicciones hechas por magos y profetas religiosos sobre el futuro de la sociedad humana?
Claramente: el primero tiene base científica y es una especulación y predicción científica utilizando la teoría astrofísica, mientras que el segundo no tiene base científica alguna. ——De hecho, a partir del tema anterior, podemos saber que el futuro de la sociedad humana es simplemente imposible de predecir, porque las ecuaciones son caóticas, por lo que las predicciones de magos y profetas religiosos sobre la sociedad humana están destinadas a ser absurdas.
4. Para predecir el futuro del universo, la clave es entender ¿qué problemas hay en el universo?
Claro: "La cuestión clave a la hora de predecir el futuro del universo es: cuál es la densidad media."
5. ¿Cómo cree el autor que será el futuro del universo?
Claro: Hay dos posibilidades: "Si es menor que el valor crítico, el universo se expandirá para siempre, pero si es mayor que el valor crítico, el universo colapsará".
6. Según el autor, la cantidad de materia que podemos ver actualmente en el universo es como máximo el uno por ciento del "valor crítico", lo que no parece ser suficiente para provocar el colapso del universo. Sin embargo, el autor también señala que "puede haber suficiente materia oscura como para provocar que el universo colapse finalmente". ¿Cuál es la evidencia de la existencia de materia oscura en el universo? ¿Qué dos hipótesis cita el autor para indicar que la densidad actual del universo puede estar en un estado crítico?
Claramente: “Una evidencia de la existencia de materia oscura en el universo proviene de galaxias espirales”, “Debe existir alguna forma invisible de materia cuya atracción gravitacional sea suficiente para mantener firmemente estas galaxias en rotación” ;" Otra evidencia proviene de los cúmulos de galaxias: "Si la atracción gravitacional no hubiera mantenido unidas a las galaxias, estos cúmulos se habrían separado... Por lo tanto, debe haber materia oscura adicional más allá de las galaxias que observamos en los cúmulos. " Para explicar que la densidad actual del universo puede estar en un estado crítico, el autor enumeró dos hipótesis: "una es el llamado principio antrópico" y la otra es "la teoría de la inflación del universo primitivo".
7. Dé tres ejemplos para analizar el efecto de expresión del lenguaje del habla en este artículo.
Claro: Por ejemplo: ①"...Estas fechas hacen que el mercado de valores baje. Aunque me hace preguntarme por qué el fin del mundo haría que la gente estuviera dispuesta a cambiar acciones por dinero, suponiendo que haya nada que llevarte al fin del mundo si te vas ". Esta frase hace que la gente se dé cuenta de algunos de los defectos y malentendidos del ser humano a través de la risa. ②" Se dice que 1844 fue el comienzo del segundo regreso, pero primero hubo que contar la lista de personas rescatadas. Sólo después de contar la lista, llegó el Día del Juicio para aquellos que no estaban en la lista. Afortunadamente, Parece que tomará mucho tiempo ". Esta frase contiene burla e ironía en su humor, exponiendo el absurdo de los profetas religiosos y mostrando la vergüenza y la ridiculez de la otra parte que ha fracasado repetidamente pero ha encontrado formas de justificarse. ③ "Si la teoría de la inflación es correcta, entonces el universo está en realidad al filo de la navaja. Así que estoy heredando la buena tradición de esos magos o profetas, haciendo apuestas en ambos lados para estar seguro. El público sabe lo que el autor está haciendo". ciencia Las profecías son completamente diferentes a las de los magos, pero el autor se redujo deliberadamente a los de su especie. En primer lugar, explicó que tenía dos predicciones y, en segundo lugar, se aprovechó de la situación y las ridiculizó. Este tipo de expresión inteligente no sólo genera una atmósfera relajada y agradable, sino que también aumenta en gran medida la afinidad entre uno mismo y el público.
8. ¿Cuáles son las principales opiniones de Hawking sobre la predicción del futuro del universo?
Claramente: (1) La expansión y el colapso del universo están relacionados con la densidad promedio del universo. Si la densidad promedio es menor que un cierto valor crítico, se expandirá para siempre. Si la densidad media fuera mayor que un valor crítico, el universo colapsaría y el tiempo mismo se acabaría.
(2) Debería haber algún tipo de materia oscura invisible en las galaxias espirales y los cúmulos de galaxias. Su atracción gravitacional es suficiente para agarrar firmemente las galaxias que giran rápidamente y evitar que estas galaxias o cúmulos de galaxias colapsen. .
(3) Si el universo continúa expandiéndose, en cinco mil millones de años, el sol agotará su combustible nuclear y se convertirá en una estrella enana blanca.
En unos 10 mil millones de años, las estrellas con masa solar se convertirán en enanas blancas o estrellas de neutrones, y las estrellas con mayor masa se convertirán en agujeros negros.
(4) La velocidad de las partículas en un agujero negro puede exceder la velocidad de la luz y escapar del agujero negro. Mientras haya tiempo suficiente, un enorme agujero negro también puede "evaporarse".
(5) Debería haber suficiente materia oscura fuera de las galaxias o cúmulos de galaxias, lo que puede llevar la densidad a un valor crítico, lo que eventualmente puede provocar el colapso del universo. Pero esta vez debe ser 15 mil millones de años después.
Análisis de características
¿Cuáles son las características de este discurso?
1. Orientación vívida
Este artículo científico es un discurso y tiene las características de un discurso. Predecir el futuro del universo es un tema científico serio. Pero si solo hablas de cosas, fácilmente puede volverse aburrido. El discurso debe despertar el interés de la audiencia. El orador comenzó hablando sobre la brujería antigua y las profecías religiosas modernas, lo que no sólo aumentó el interés sino que también profundizó el tema del discurso, a diferencia de la brujería, también mostró el espíritu científico y realista.
2. Razonamiento riguroso
Como discurso científico, su objetivo final es convencer a la gente. El razonamiento riguroso de este artículo aumenta su persuasión. Aunque el universo es complejo, se puede describir a gran escala. La densidad del universo es clave para su destino, pero determinarla es difícil. El orador habló detallada y claramente sobre los temas, desde la materia visible hasta la materia oscura, desde las teorías maduras hasta las hipótesis científicas. El hecho de no hacer una predicción clara también ilustra la actitud científica rigurosa del hablante.
3. Lenguaje humorístico
El habla es una comunicación cara a cara. Este tipo de comunicación es unidireccional si no se presta atención al arte del lenguaje. No lograrás el mejor efecto de expresión. El lenguaje humorístico de este discurso crea una atmósfera relajada y agradable, haciendo que los temas discutidos sean más accesibles para la audiencia. Por ejemplo, hay un párrafo en el artículo que dice: "Tengo una ventaja sobre otros profetas del fin del mundo. Incluso si el universo está a punto de colapsar, puedo predecir con confianza que no dejará de expandirse durante al menos 10 mil millones de años. "Being Proved Wrong in the World" expresa su humor al revelar su psicología "egoísta", al tiempo que transmite un mensaje importante: el universo "no dejará de expandirse hasta dentro de al menos 10 mil millones de años". "
Ejercicios después de clase
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