加来道雄《一名物理学家的教育历程》赏析及相关人物素材整理

1、一名物理学家的教育历程加来道雄我想知道上帝怎样创造了这个世界，对这样或那样的具体现象我不太感兴趣。我想知道世界的内在规律，其余则是细枝末节。爱因斯坦童年的两件趣事极大地丰富了我对世界的理解力，并且引导我走上成为一个理论物理学家的历程。记得那时我的父母不时带我去旧金山游览著名的日本茶园。我蹲在那里的一个小池边，为慢慢畅游在水底睡莲之中五彩斑斓的鲤鱼所陶醉。这是我最快乐的童年记忆之一。在那静静的时刻，我充满了无限的遐想。我常常给自己提一些只有小孩才问的问题，比如水池中鲤鱼怎样观察它们周围的世界。我想，它们的世界一定奇妙无比！鲤鱼们的一生就在这浅浅的水池中度过。它们相信它们的“宇宙”就由阴暗的池水和

2、睡莲构成。它们大部分时间在池底漫游，因此它们只模糊地意识到在水面之上存在有另一个外部世界。我的世界的本质超过了它们的理解能力。我喜欢坐在距离鲤鱼仅仅几十厘米的地方，然而，我们之间却如距深渊。鲤鱼和我生活在两个截然不同的宇宙之中，从来不进入对方的世界，我们之间被水面这一薄薄的“栅栏”分隔开来。我曾想：在水底的鱼群中可能有一些鲤鱼“科学家”。我想这个鲤鱼“科学家”会对那些提出在睡莲之外还存在有另外一个平行世界的鱼冷嘲热讽。他们认为，唯一真实存在的事物就是鱼儿们看得见摸得着的。水池就是一切。水池之外看不见的世界没有科学意义。有一次，我遇到了一场暴雨。我注意到成千上万的小雨滴轰击在池水的表面。池水变得

3、混乱，水中的睡莲在汹涌不息的水波冲刷下摇摆不定。在躲避风雨之时，我想弄清楚周围发生的一切将会以怎样的形式呈现在鲤鱼们的眼中。在它们看来，睡莲似乎是自己在运动，没有任何东西冲刷它们。因为就像我们看不见我们周围的空气和空间一样，鲤鱼们也看不见它们赖以生存的水，它们为睡莲自己能够运动而困惑不解。我想，鲤鱼“科学家们”将会聪明地杜撰某种虚构的东西它被称为“力”，来掩盖自己的无知。由于不能理解在看不见的水面上存在的水波，它们将得出这样一个结论：睡莲之所以能够不被触摸而运动，是因为有一种看不见的神秘力在对它起作用。它们可能给这种错觉起一个高深莫测的名称（如超距作用，或没有任何接触睡莲即会运动的能力）。我曾

4、想，如果在池水中抓出一个鲤鱼“科学家”，事情将会怎么样呢？放回池水之前，它可能随着我的查看而狂乱挣扎。那么别的鲤鱼又将怎样看待这件事呢？对于它们而言，这确实是一件可怖的事情。它们第一次意识到有一位鲤鱼“科学家”从它们的宇宙中消失了。就那么简简单单，没有留下任何踪迹。不管在它们的宇宙中怎么寻找，就是没有这条丢失的鲤鱼的踪影。然而，就那么几秒钟，当我把它放回池水之后，这位鲤鱼“科学家”便突然冒了出来。对于别的鲤鱼而言，这真是一个奇迹。待神智镇定之后，这位鲤鱼“科学家”就会讲述一个真正令它们惊诧不已的传奇故事。它说：“突然之间，不知怎的我就被拉出了咱们的宇宙（池水），投进了一个冥冥世界，那里有令人目

5、眩的强光和我从未见过的奇形怪状的物体。最奇怪的是那个抓住我的生物竟然一点也不像鱼。更使我震惊的是，无论如何也看不到它的鳍，但是没有鳍它还是能够运动。我感觉到熟悉的自然规律不再适合于这个冥冥世界。随后，我发现自己突然又被扔回了咱们的世界。”（当然，这个到宇宙之外一游的故事对于鲤鱼是怪诞的，大多数鱼都认为这完全是胡说八道。）我常想，我们就像自鸣得意地在池中游动的鲤鱼。我们的一生就在我们自己的“池子”里度过，以为我们的宇宙只包含那些看得见摸得着的事物。就像鲤鱼一样，我们认为宇宙之中只包含有熟悉可见的东西。我们自以为是地拒绝承认就在我们的宇宙跟前存在有别的平行宇宙或多维空间，而这些都超出了我们的理解力

6、。如果我们的科学家发明像力这样一些概念，那仅仅是因为他们不能用眼见演出充满于我们周围空间的不可看见的各种振动。一些科学家鄙视更高维数世界的说法，是因为他们不能在实验室里便利地验证它。（我们宇宙或许是无数个平行宇宙中的一个。每一个宇宙通过无穷多的蛀洞连通两个是空域的隧道跟其他宇宙相连。在这些蛀洞之间旅行是可能的，但可能性又微乎其微。）此后，我一直对存在高维世界的可能极感兴趣。像许多孩子一样，我贪婪地阅读这样一类历险故事，其中讲述的是时间旅行者进入别的多维空间，探索我们看不见的平行宇宙，在那里能很容易使通常的物理定律不再起作用。我长大后想知道，是否在百慕大三角洲神秘失踪的船只进入了一个空间漏洞，我

7、对阿西莫夫的基地系列惊叹不已，书中超维空间旅行的发现导致了一个银河帝国的兴起。童年时的第二件事也给我留下深刻的印象。我八岁时曾听过一个故事，此后它一直留在我的脑海里。记得我的中学老师给班里讲了一个已故伟大科学家的故事。他们及其崇敬地讲到他，称他是整个人类历史上最伟大的科学家。他们说很少有人能够理解他的思想，但是他的发现却改变了整个世界和我们周围的一切。我不理解他们想告诉我们的许多东西，但是最使我对此人感兴趣的是他未能完成自己的伟大发现就撒手人寰。他们说他多年潜心于这个理论，但是他死之后，他的未完成的论文仍然摆放在他自己的办公桌上。我被这个故事迷住了。对于一个孩子，这是很神秘的。他未完成的工作是

8、什么？他桌上论文的内容是什么？什么问题可能会如此难以解决而又非常重要，值得如此伟大的科学家把他的有生之年花费在这种研究之中？由于好奇，我就决定学习我能学到的关于爱因斯坦的一切以及他未完成的理论。我记得，我花了好多时间静静阅读我能找到的关于这个伟人和他的理论的每一本书。这种记忆到现在仍然温暖如春。我读完当地图书馆的书之后，就开始在全市搜寻图书馆和书店，急切地查找有关线索。不久我就知道这个故事比任何神秘谋杀故事更加激动人心，也比我想象的任何事情都重要。我决定要对这一秘密刨根究底，纵然因此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。不久，我就知道爱因斯坦未完成的论文就是他企图构造的所谓的统一场论。这个理论

9、能解释所有的自然规律，从细小的原子到浩瀚的星系。然而，作为一个孩子，我却不能理解，畅游在茶园池中的鲤鱼和爱因斯坦桌上未完成的论文可能存在着某种联系。对于用更高的维数可能是解决统一场论的关键这一点我不理解。后来，在高中阶段，我看完了许多地方图书馆中这方面的书，并且常常造访斯坦福大学的物理学图书馆。在那里，我发现爱因斯坦的工作使一种称为反物质的新型物质称为可能。这种物质的作用形式与普通物质一样，但与普通物质接触之后它们将会湮没，并且猛然释放出能量。我也知道科学家已经建造了一些大型仪器，或者说是“原子对撞机”，这种仪器可以在实验室里产生微量的这种奇异物质，即反物质。年轻人的一个优点就是不会由于世俗的

10、约束而畏葸不前，而这种约束对于大多数成年人而言通常似乎又很难超越。没有考虑所要涉及的困难，我就开始着手建立我自己的原子对撞机。我一直研究科学文献，最后我确信能够建造一台所谓的电子感应加速器，这种加速器能把电子加速到数百万电子伏特（100万电子伏特是指电子在100万伏特的电场中被加速后所获得的能量）。首先，我购买了少量的钠22，它是一种能够自然地放射正电子（电子的反物质）的放射性物质。然后我建造了一个云室，在云室中可以看到亚原子粒子留下的踪迹。这样我就能够拍下好几百张由反物质留在云室中的精美照片。紧接着，我找遍周边地区大量的电子仓库，装配必须的硬件设备，包括好几百磅（1磅=454克）重的废品处理

11、钢，在我的车间建造一个2.3百万电子伏特的电子感应加速器，这个加速器完全有能力产生一束反电子。为了产生电子感应加速器所必需的巨大磁场，我说服我的父母亲让他们帮助我在我读高中的那个学校的足球场中缠绕22英里（1英里=1.61千米）长的铜线。我们把整整一个圣诞假日花费在这条50码（1码=0.91米）长的线路上，缠绕和安装笨重的线圈，这种线圈将使高能电子的运动路径发生弯曲。当最后建成时，这个300磅重、6千瓦的电子感应加速器耗掉了我屋子中所产生的每一点能量。当我接通它后，通常总是烧断每一根保险丝，屋子变得漆黑一团。在屋子周期性陷入黑暗的同时，妈妈常常在摇头。（我想，妈妈对于他不能有一个在棒球场或篮球

12、场玩耍、反而有一个在汽车间建造一架巨大的电子仪器的儿子而困惑不解。）使我感到欣慰的是，仪器成功产生了比地磁场强两万多倍的磁场，而这正是加速一束电子所必需的。会造飞船的超弦理论奠基人、理论物理和环境学权威、科普书籍作家加来道雄加来道雄（Michio Kaku）博士，全世界著名的理论物理学家，超弦理论的奠基人。而超弦理论则是解开当年爱因斯坦冥思苦想却不得其解的“万物至理”的一把钥匙。加来道雄从小的偶像便是爱因斯坦，他秉持爱因斯坦探寻“所有事物的原理”的精神，被誉为“爱因斯坦第二”。什么是超炫理论？弦理论（以及它的升级版超弦理论）主要试图解决表面上的不兼容的两个主要物理学理论量子力学和广义相对论并欲

13、创造的描述整个宇宙的“万物理论”。然而这项理论非常难测试，并需要对我们所描绘的宇宙进行一些调整，也即宇宙一定存在比我们所知的四维空间更多的时空维度。科学家认为这些隐藏的维度可能卷起到非常小以至于我们没有发现它们。超弦理论可以解决和黑洞、平行宇宙、多维空间等相关的问题，有助于我们深入了解宇宙为何存在。1947年的美国，第二次世界大战刚刚结束。人们的生活逐渐走上正轨，因为战争而受到影响的科学探索也纷纷回到正轨。这一年的1月24日，加来道雄出生在加利福尼亚州圣何塞一个日本移民家庭。“我的祖父年轻时来到美国，他当时是为了参加旧金山大地震的救援工作，后来就留在了这里。”自小就生活在两种文化当中，这让加来

14、道雄有了比同龄人更多的思考机会：“这件事为什么是这样的？在美国我们怎么处理？在日本又会有什么不同？”童年时他的父母时不时地带他去旧金山游览著名的日本茶园，当大人们饮茶的时候，他就蹲在那里的小池塘边上看着睡莲下五彩斑斓的鲤鱼，想着：“水里的鲤鱼该怎样观察它们周边的世界？它们的看法应该和我们的不同吧？那么，它们的世界一定是奇妙无比！”这个长着东方面孔的小朋友逐渐爱上了思考，他的游戏不是捉迷藏或者其他什么，而是国际象棋。对爱因斯坦的热爱让他从一个普通学生变成物理天才。童年时对很多事情的好奇让加来道雄成为一个“问题儿童”，而他上初中时偶然发生的一件事更是让他对物理沉迷不已。“我的老师在班上给我们讲故事

15、，提到了一个物理学家。”加来道雄回忆说：“他极其崇敬地提到这个物理学家的名字，称他是整个人类历史上最伟大的学者，他的发现改变了整个世界和我们周围的一切。但是却很少人能够理解他的思想。”这个物理学家就是爱因斯坦。老师最后提到“爱因斯坦还没来得及完成一个最伟大的发现就撒手人寰”，“尚未完成的论文就放在自己的办公桌上”。这种结局引起了加来道雄的好奇心，这位大物理学家没有完成的工作到底是什么？什么问题会如此难以解决却又如此重要？出于好奇心，加来道雄开始学习他能够学到的关于爱因斯坦的一切。超弦理论的提出让整个物理学观点发生翻天覆地的变化。加来道雄在图书馆、实验室以及他能够找到爱因斯坦所有著作的地方奔波，

16、不久之后他就发现吸引自己的那个故事比任何小说中都要更加激动人心，也比他所能想到的任何事情都更重要，他决定对这一秘密刨根问底。为了实现这个目标，他立志成为一名理论物理学家。他在高中时期就看完了图书馆里所有关于“统一场论”的书籍，后来他进入哈佛大学然后又获得加州大学伯克利分校物理学博士学位。其间他明白了爱因斯坦的主要课题，就是将“广义相对论”和“量子场论”完美地结合起来。但是，爱因斯坦这位大科学家花了40年也没有完成这个工作。在爱因斯坦的计算中，广义相对论和量子场论互相间并不自洽，所以如果想要统一二者必须要有一个更大的理论框架才行。更多的物理学家沿着爱因斯坦的足迹前行，加来道雄是其中之一。1984

17、年，他和其他几名科学家提出了“超弦理论”，称“原本我们认为构成物质的粒子并不存在，存在的只是弦在超级空间中的运动。”“各种不同的粒子只不过是弦的不同震动模式而已。”“自然界所发生的一切相互作用包括物质和能量，都可以用弦的分裂和结合来理解。”在超弦理论下，爱因斯坦曾经研究的两个课题被完美结合，没有任何漏洞。整个物理学发生了翻天覆地的变化，我们过去所学到的很多东西变成了错误。加来道雄成了超弦理论的奠基人，更多年轻的物理学家们开始投入到这个新的研究领域中来。对他来说对普通人进行科学普及和做理论研究同样重要。作为国际知名的物理学家，加来道雄把自己的工作不仅定位在科学研究方面，也重视科学普及。他出版了包

18、括超越时空、平行宇宙、超越爱因斯坦和不可思议的物理等科普书籍，让更多的读者了解并且爱上物理。在书中，加来道雄并不像是个学问高超的物理教授，而更像一个科幻爱好者。他在不可思议的物理中引用了很多经典动画片以及科幻影片，包括星际迷航以及飞侠哥顿等，然后再从中引导出背后的物理学知识。例如力场会不会在未来的某一天真正产生？我们什么时候可以利用虫洞做跨越星际的旅行？人工智能要通过什么样的方式实现？永动机到底存不存在？这本书一上市就流行全美，科克斯书评将其看做“一部货真价实的力作，高超地从亚原子结构到宇宙定律的一切进行了可靠描述”。而他的另外一部畅销作品超越空间则被纽约时报和华盛顿邮报选为年度最佳科普图书。

19、除了通过书籍做科普工作之外，他同时也是电视节目的常客，曾经是“夜线”、“赖利金脱口秀”以及“六十分钟”的座上宾。他还数度出现在美国公共电视的纪录片中，并且为 BBC、TechTV、SciFi、Channel等频道制作专题。他做科学节目的解说能力超强，任何乍看起来玄妙无比的理论他都可以用浅显的语言解释清楚，而且其声音中还有一种很能打动人的深邃感。今天我说课的篇目是一名物理学家的教育历程，我将从说教材、说教学目标、说教法学法等几个方面展开，现在开始我的试讲。一、说教材本文是一篇略读课文，在必修第3册的第四单元，是本册的最后一篇课文。文章分三块主体内容，百分之百地叙写了作者童年及高中阶段的生活之趣之

20、思之行。文章标题中的“教育”，严格意义上说是作者的自我教育。由于内容充满生活味，文中涉及的一些原本深奥的理论物理学问题，也变得可感可知。这篇文章的特殊之处在于一篇叙述“历程”的文章，却一反常态地选取三件最有代表性的事进行叙写，借以表达文章主旨，揭示“教育历程”的要素，对学生很有启示。二、教学目标及重难点：根据新课程标准，以及刚刚对教材的分析、学生实际情况的了解，我确定了如下教学目标：1、知识与能力：引导学生从生活出发，了解科学、认识科学。2、过程与方法：培养目标引导学生以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵。3、情感态度和价值观：德育渗透目标引导学生体会科学精神。重点、难点：高维空间对普

21、通人来说，是很难想像的。所以，教学重点是文章内容，而不是相关的科学知识。相关知识教师有所了解，能帮助教学课文即可，不必教授给学生。三、说教法学法新课标指出教师是学生学习的组织者和引导者。因此，在设计本课教学时，力求突出教师为主导，学生为主体的特征。充分做到让学生更多的接触文本。把发现，体验，感悟，交流的权利还给学生。因此，在教学中我采取的教学方法有:朗读法、自主探究法、讨论法。学法主要采用：重视自学指导、小组讨论、查找资料等方式激励学生全面主动参与学习。四、说教学过程（一）导入成为一位科学家是无数有志青年的梦想，对物理的探究更是许多年轻的学子孜孜以求的，我们来看一下加来道雄的成长道路，或许能得

22、到一些启发。今天就让我们一起走进这课。（板书课题作者）（二）整体感知文章的题目是“一名物理学家的教育历程”，因此，叙述的顺序主要是历时性的。但是，作者开头就说“童年的两件趣事极大地丰富了我对世界的理解力，并且引导我走上成为一个理论物理学家的历程。”而“童年的两件趣事”作为文章的主要内容，又是共时性的叙述。这样的结构安排，使文章既脉络清楚，又重点突出。我将带领同学们一起来整理文章结构，结构如下：童年青年 （成年）鲤鱼世界的幻想（想像）实验（理论物理学家）爱因斯坦故事（理论）（三）深入探究因本篇是略读课文，所以我将把课堂留给学生，以小组讨论的方式，通过几个探究性的问题，我加以引导，让学生通过小组合

23、作探究讨论的方式来理解本文。问题探究一：文章重在反映作者成长为一名“物理学家”的“教育历程”，想一想，为什么作者不按从童年到小学、初中、高中的时间顺序叙事？思路点拨：作者写作此文的主要宗旨在于告诉读者如何才能成为一名物理学家。在作者看来，他的经历中三个方面的成长是最最关键的：（1）童年时期的两件趣事（由观察小池中的鲤鱼而想象水池中鲤鱼“科学家”的一系列思维活动，培养了想象力和对事物研究的兴趣；由对爱因斯坦的崇拜到决心完成爱因斯坦未竟的事业）；（2）高中阶段看了许多书后建立实验室制造“自己的原子对撞机”的情况和体验。作者这样安排行文，既让读者看到了作者从小开始的成长历程，让读者明白了一个物理科学

24、家成长过程中最有说服力的“成长因素”。如果一味按童年到小学到初中到高中的顺序叙事，最有价值的内容必将被冲淡，标题中的“教育”意义也难以得到突出。问题探究二：作者开篇引用爱因斯坦的话，用意何在？提示：爱因斯坦这句话，表明了他研究理论物理的目标和意义，作者加以引用，既表示对爱因斯坦科学探索精神的崇敬和对爱因斯坦探索宇宙的意义的理解，也表明他一生求索的目标以及他对自己探索宇宙本质的意义的认识。问题探究三：作者说，丰富自己对这个世界的理解力并引导自己走上理论物理研究而且最终成为理论物理学家的，是“童年的两件趣事”。请用简练的语言概括这两件“趣事”，并回答：（1）你觉得这两件“趣事”有趣吗？（2）作者认为这两件事情有趣的根本原因是什么？（3）你从加来道雄走上理论物理研究之路的经历中受到什么启发？提示：两件趣事，一是对鲤鱼世界的遐想，一是对爱因斯坦未竟事业的向往。一件事是否有趣，不取决于事情本身，而取决于一个人对事情的情感与态度。作者自小喜欢思考问题，尤其喜欢透过现象去深入思考事物的本质，所以，对于鲤鱼在水中游这种现象，对于老师讲的一个探索宇宙本质的科学家的故事，他便表现出了特别的兴趣。也许，在一般人看来，这两件事都极其平常。这说明，兴趣是最好的老师，要想在某个领域有所成就，首先必须对这个领域的事物有着特别浓厚的兴趣。问题探究四：作者能有所成就，除了他“想知道世界的内在规律”的求索精神外