《宇宙的未來》問題探究與探究思路.docx

1、宇宙的未來問題探究與探究思路問題探究在科學(xué)研究和科學(xué)發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域中有一個很特別的理論，叫做“佯謬”。 佯謬?yán)碚撜J(rèn)為，科學(xué)發(fā)展的歷史證明，原有理論體系內(nèi)部可能存在著 邏輯矛盾，佯謬就是暴露出原有理論體系的非科學(xué)性和局限性。它能 誘發(fā)人們對舊理論的深層思考，并極大激勵和啟迪人們開始探索一個 新的科學(xué)領(lǐng)域。每一個佯謬的提出和解決往往孕育著新理論的誕生， 昭示著一場深刻的科學(xué)革命的到來?？梢哉f，佯謬是推進(jìn)科學(xué)發(fā)展的 一個強(qiáng)大動力。最有名的例子是愛因斯坦的追光佯謬。愛因斯坦在1895年上中學(xué)時從科普讀物中知道光是高速前進(jìn)的 電磁波，馬上就提出一個“理想實(shí)驗(yàn)”：“假設(shè)一個人能以光的速度和光 波一起跑，會看到什

2、么現(xiàn)象呢？既然光是電場和磁場的不停振蕩，交 互變化而推動向前的波，難道那時會看到只是在振蕩著的電磁波而不 是向前傳播嗎？這可能嗎？ ”愛因斯坦實(shí)際上是提出一個“追光佯謬”。 愛因斯坦當(dāng)時只有16歲。后來愛因斯坦帶著這個問題學(xué)習(xí)、思考和 研究了 10年，終于1905年提出了“狹義相對論”，解決了這一佯謬。 愛因斯坦在一次回憶中這樣寫道：“經(jīng)過十年的沉思之后，我從一個 悖論中得到了這樣的原理，這個悖論是我在16歲就已經(jīng)無意中想到 了 ：如果我以光速度c（真空中的速度）追隨一條光線運(yùn)動，那么我 就應(yīng)當(dāng)看到，這樣一條光線就好像一個在空間里振蕩著而停滯不前的 電磁場。可是，無論是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，還是根據(jù)麥克斯

3、韋方程，看來都不 會有這樣的事情。從一開始，在我直覺地看來就很清楚，從這樣一個 觀察者的觀點(diǎn)來判斷，一切都應(yīng)當(dāng)像一個相對于地球是靜止的觀察者 所看到的那樣按照同樣的一些定律進(jìn)行。因此，第一個觀察者怎樣會 知道或者能夠判明他是處于均勻的快速運(yùn)動之中呢？ ”這個離奇佯謬， 既能一針見血地暴露出經(jīng)典物理學(xué)的局限性和非科學(xué)性，同時在這個 佯謬中隱約潛藏著狹義相對論的兩個基本假設(shè)，即光速不變原理（在 任何慣性參考系內(nèi)真空中的光速是不變的）和相對性原理（物理學(xué)的 規(guī)律在任何慣性參考系內(nèi)都是一樣的）。從經(jīng)典物理學(xué)中牛頓力學(xué)與麥克斯韋電磁場理論之間內(nèi)部邏輯 矛盾出發(fā)，并將這一矛盾形象化為一個“追光理想實(shí)驗(yàn)”,

4、這一思想猶 如當(dāng)年伽利略反駁亞里士多德關(guān)于物體重下落速度快的假說那樣絕 妙。愛因斯坦就這樣借助佯謬的武器，揭露原有舊理論體系的邏輯矛 盾，從理論上徹底推翻經(jīng)典物理的時空觀，創(chuàng)立嶄新的相對論時空觀。 難怪有人說，愛因斯坦不是靠“盲目”地做實(shí)驗(yàn)，而是溫文爾雅地拿著 理性的佯謬，敲開真理之門。從愛因斯坦的事例看出，佯謬對科學(xué)研究和科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有非常重 要的意義，它是開拓創(chuàng)新的重要途徑。我們在平時的學(xué)習(xí)中，要學(xué)會 運(yùn)用佯謬?yán)碚摚粩嗵岣咦约喊l(fā)現(xiàn)矛盾和問題的能力，培養(yǎng)和提高自 己的創(chuàng)新意識?，F(xiàn)在，請同學(xué)們再品讀課文宇宙的未來，說說霍金在探討宇 宙未來的過程中，哪些地方運(yùn)用了佯謬?yán)碚?？你運(yùn)用這一理論，又從

5、課文中發(fā)現(xiàn)了哪些佯謬？探究思路：佯謬并不神秘，佯謬就是暴露原有科學(xué)理論中潛在的矛盾，弄清 楚原來的基本概念中出錯在什么地方，從而找到解決問題的辦法。正 如毛澤東在反對黨八股一文中所說：“什么叫問題？問題就是事 物的矛盾。哪里有沒有解決的矛盾，哪里就有問題?！币虼?，發(fā)現(xiàn)矛 盾就是發(fā)現(xiàn)問題，這是創(chuàng)新的前提；是不是善于發(fā)現(xiàn)矛盾和問題，是 有沒有創(chuàng)新意識的一個最重要的標(biāo)志。是我們在學(xué)習(xí)的過程務(wù)必自覺 地注意培養(yǎng)和提高的最重要的能力。通過這次探討，希望大家對這個 問題高度注意。對于第一個問題，課文中的例子有：對暗物質(zhì)的確認(rèn)。假如星系 和星團(tuán)中沒有暗物質(zhì)，那末由星系動力學(xué)推知，高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心 力，就會

6、把星球中的星球拋開，星系團(tuán)也會飛散開去，但是現(xiàn)在星球 被牢牢抓住，星系團(tuán)也緊緊綁在一起，作者正是從這矛盾現(xiàn)象中斷定 其中必有暗物質(zhì)。又如黑洞，如果根據(jù)引力學(xué)原理斷定，它是星體運(yùn) 動的最后終結(jié)，那末就會與量子力學(xué)的不確定性原理相矛盾，作者正 是通過這個佯謬的研究，對黑洞提出了全新的見解。對于第二個問題，我們也可以提出這樣的問題。假如說宇宙的平 均密度真的如作者所說是一個恒值，起始于宇宙大爆炸的初始密度, 那末由于宇宙一直在不停地膨脹，空間在不斷地增大，所以為了保持 平均密度不變，宇宙就必須不斷地產(chǎn)生新的物質(zhì)。這物質(zhì)來自何處？ 唯一的解釋是只能來自宇宙大爆炸的“奇點(diǎn)”。由此可以推知，只要宇 宙膨脹沒有停止，這個奇點(diǎn)（殘?。?yīng)當(dāng)仍然存在。但是，它存在何 處？又如，根據(jù)宇宙大爆炸理論，宇宙在不停地膨脹，既有膨脹，宇 宙就在不停地拓展自己的空間，這空間來自何處？是不是宇宙之外還 有一個外空間？假如有這個