《宇宙的未来》问题探究与探究思路.docx

1、宇宙的未来问题探究与探究思路问题探究在科学研究和科学发现领域中有一个很特别的理论，叫做“佯谬”。 佯谬理论认为，科学发展的历史证明，原有理论体系内部可能存在着 逻辑矛盾，佯谬就是暴露出原有理论体系的非科学性和局限性。它能 诱发人们对旧理论的深层思考，并极大激励和启迪人们开始探索一个 新的科学领域。每一个佯谬的提出和解决往往孕育着新理论的诞生， 昭示着一场深刻的科学革命的到来。可以说，佯谬是推进科学发展的 一个强大动力。最有名的例子是爱因斯坦的追光佯谬。爱因斯坦在1895年上中学时从科普读物中知道光是高速前进的 电磁波，马上就提出一个“理想实验”：“假设一个人能以光的速度和光 波一起跑，会看到什

2、么现象呢？既然光是电场和磁场的不停振荡，交 互变化而推动向前的波，难道那时会看到只是在振荡着的电磁波而不 是向前传播吗？这可能吗？ ”爱因斯坦实际上是提出一个“追光佯谬”。 爱因斯坦当时只有16岁。后来爱因斯坦带着这个问题学习、思考和 研究了 10年，终于1905年提出了“狭义相对论”，解决了这一佯谬。 爱因斯坦在一次回忆中这样写道：“经过十年的沉思之后，我从一个 悖论中得到了这样的原理，这个悖论是我在16岁就已经无意中想到 了 ：如果我以光速度c（真空中的速度）追随一条光线运动，那么我 就应当看到，这样一条光线就好像一个在空间里振荡着而停滞不前的 电磁场。可是，无论是依据经验，还是根据麦克斯

3、韦方程，看来都不 会有这样的事情。从一开始，在我直觉地看来就很清楚，从这样一个 观察者的观点来判断，一切都应当像一个相对于地球是静止的观察者 所看到的那样按照同样的一些定律进行。因此，第一个观察者怎样会 知道或者能够判明他是处于均匀的快速运动之中呢？ ”这个离奇佯谬， 既能一针见血地暴露出经典物理学的局限性和非科学性，同时在这个 佯谬中隐约潜藏着狭义相对论的两个基本假设，即光速不变原理（在 任何惯性参考系内真空中的光速是不变的）和相对性原理（物理学的 规律在任何惯性参考系内都是一样的）。从经典物理学中牛顿力学与麦克斯韦电磁场理论之间内部逻辑 矛盾出发，并将这一矛盾形象化为一个“追光理想实验”,

4、这一思想犹 如当年伽利略反驳亚里士多德关于物体重下落速度快的假说那样绝 妙。爱因斯坦就这样借助佯谬的武器，揭露原有旧理论体系的逻辑矛 盾，从理论上彻底推翻经典物理的时空观，创立崭新的相对论时空观。 难怪有人说，爱因斯坦不是靠“盲目”地做实验，而是温文尔雅地拿着 理性的佯谬，敲开真理之门。从爱因斯坦的事例看出，佯谬对科学研究和科学发现具有非常重 要的意义，它是开拓创新的重要途径。我们在平时的学习中，要学会 运用佯谬理论，不断提高自己发现矛盾和问题的能力，培养和提高自 己的创新意识。现在，请同学们再品读课文宇宙的未来，说说霍金在探讨宇 宙未来的过程中，哪些地方运用了佯谬理论？你运用这一理论，又从

5、课文中发现了哪些佯谬？探究思路：佯谬并不神秘，佯谬就是暴露原有科学理论中潜在的矛盾，弄清 楚原来的基本概念中出错在什么地方，从而找到解决问题的办法。正 如毛泽东在反对党八股一文中所说：“什么叫问题？问题就是事 物的矛盾。哪里有没有解决的矛盾，哪里就有问题。”因此，发现矛 盾就是发现问题，这是创新的前提；是不是善于发现矛盾和问题，是 有没有创新意识的一个最重要的标志。是我们在学习的过程务必自觉 地注意培养和提高的最重要的能力。通过这次探讨，希望大家对这个 问题高度注意。对于第一个问题，课文中的例子有：对暗物质的确认。假如星系 和星团中没有暗物质，那末由星系动力学推知，高速旋转产生的离心 力，就会

6、把星球中的星球抛开，星系团也会飞散开去，但是现在星球 被牢牢抓住，星系团也紧紧绑在一起，作者正是从这矛盾现象中断定 其中必有暗物质。又如黑洞，如果根据引力学原理断定，它是星体运 动的最后终结，那末就会与量子力学的不确定性原理相矛盾，作者正 是通过这个佯谬的研究，对黑洞提出了全新的见解。对于第二个问题，我们也可以提出这样的问题。假如说宇宙的平 均密度真的如作者所说是一个恒值，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胀，空间在不断地增大，所以为了保持 平均密度不变，宇宙就必须不断地产生新的物质。这物质来自何处？ 唯一的解释是只能来自宇宙大爆炸的“奇点”。由此可以推知，只要宇 宙膨胀没有停止，这个奇点（残骸）应当仍然存在。但是，它存在何 处？又如，根据宇宙大爆炸理论，宇宙在不停地膨胀，既有膨胀，宇 宙就在不停地拓展自己的空间，这空间来自何处？是不是宇宙之外还 有一个外空间？假如有这个