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《黑洞旅行》教學(xué)設(shè)計 教案教學(xué)設(shè)計

發(fā)布時間:2016-10-8編輯:互聯(lián)網(wǎng)

(一)

   ①作者采用“稍微輕率的語氣”表達(dá)了什么觀點(diǎn)?

   [提示] 勾畫1-3段的關(guān)鍵語句,而后整合。

   “現(xiàn)在黑洞已在事實上被說成是科學(xué)的現(xiàn)實,而非科學(xué)的幻想。”

   ……預(yù)言黑洞必然存在的。

   “科學(xué)幻想家他們?yōu)槟忝枋鋈绻阏娴牡舻揭活w黑洞中去將會發(fā)生什么。” “我要非常遺憾地告訴未來的星系旅行家們,這個場景是行不通的。” 

   總結(jié):黑洞確實存在,黑洞旅行有可能,但目前行不通。

   

   空間可旅行 開篇點(diǎn)題

   科學(xué)現(xiàn)實:黑洞確存在(1-4) 引人入勝

   目前行不通 (引入下文)

   

   其科學(xué)根據(jù)是什么?

    約翰米歇爾的引力對光線的不自洽理論:米歇爾推論道,也許可能有這樣的一顆恒星,它的質(zhì)量足夠大而尺度足夠小,這樣它的逃逸速度就比光速還大。因為從該恒星表面發(fā)出的光會被恒星的引力場拉曳回去,所以它不能到達(dá)我們這里,因此我們不能看到這顆恒星。然而,我們可以根據(jù)它的引力場作用到附近物體上的效應(yīng)檢測到它的存在。 

    根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論推導(dǎo)出來的引力對光線的自洽理論認(rèn)為:如果太陽被收縮到只有幾英里的尺度,從太陽表面發(fā)出的光線不能逃逸出來,它被太陽的引力場拉曳回去。根據(jù)相對論,沒有東西可以比光旅行得更快,這樣就存在一個任何東西都不能逃逸的區(qū)域。這個區(qū)域就叫做黑洞。

   ②霍金認(rèn)為該理論的可能性在于:

   太陽具有現(xiàn)有的尺度是因為它是熱的。它正在把氫燃燒成氦,(如同一顆受控的氫彈。)這個過程中釋放出的熱量產(chǎn)生了壓力,這種壓力使太陽能抵抗得住自身引力的吸引,(正是這種引力使得太陽尺度變小。)

   太陽之所以現(xiàn)在還沒有成為黑洞,是因為它自身的燃料尚未耗盡。

   然而,具有比太陽更大質(zhì)量的恒星會更迅速地耗盡其燃料。在燃料用盡后就開始失去熱量并且收縮。如果它們質(zhì)量比大約太陽質(zhì)量的兩倍還小,就最終會停止收縮,并且趨向于一種穩(wěn)定的狀態(tài)。  最后形成白矮星或中子星(這已經(jīng)得到了科學(xué)的驗證)。

   ※ 簡介白矮星、中子星、超新星。

   質(zhì)量比大約太陽質(zhì)量兩倍更大的恒星不能穩(wěn)定成為一顆白矮星或中子星。在某種情形下,該恒星可以爆炸,并拋出足夠的質(zhì)量,使余下的質(zhì)量低于這個極限。但是總有例外,則形成黑洞。

   恒星耗盡燃料 層層剝繭

   科學(xué)剖析:黑洞能形成(5-13) 深入淺出

   引力造成恒星坍塌 (生動幽默)

   

   “物理定律是時間對稱的。”根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論,既然存在黑洞,那就應(yīng)該存在白洞,“它允許人往一顆黑洞落進(jìn)再從一顆白洞跑出來。” 但是,“最為微小的擾動,譬如講空間飛船的存在都會把這個‘蟲洞’,或者從該黑洞到該白洞的通道消滅。該空間飛船會被無限強(qiáng)大的力量撕得粉碎。” (這正如同躲藏在大桶里從尼亞加拉瀑布漂下去一樣。)

   

   (二)

   ③ 作者根據(jù)量子力學(xué)的不確定性原理又推導(dǎo)出了一個什么結(jié)論?

   “山窮水盡”(黑洞是“旅行者有去無歸的國度”)之時,作者又通過量子力學(xué)的不確定性原理使之“柳暗花明”。

   霍金指出:以上理論是建立在愛因斯坦廣義相對論的基礎(chǔ)之上的,它不可能完全正確。于是引入量子力學(xué)的不確定性原理:“粒子不能同時把位置和速度都很好地定義。你把一顆粒子的位置測量得越精確,則對它的速度就測量得越不精確,反之亦然。”

   并據(jù)此得出結(jié)論:粒子和輻射可以逃逸,對于那些落入黑洞的物體(還可能包括空間飛船),會出發(fā)到它們自身的微小的嬰兒宇宙中去。嬰兒宇宙與宇宙中我們的區(qū)域分叉后又重新連接。 即:“另外一個黑洞形成并隨后蒸發(fā)掉。落進(jìn)一個黑洞的粒子會作為從另一個黑洞發(fā)射的粒子而出現(xiàn),反之亦然。”

   

   (三)本文的推理思路:

   約翰米歇爾的引力對光線的不自洽理論 黑洞理論

   黑洞存在的可能性

   廣義相對論下的引力光線效應(yīng)之自洽理論 黑洞的形成、白洞

   (愛因斯坦) 

   -→ 量子力學(xué)的不確定性原理 (逃逸--嬰兒宇宙) 

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