篇一 : 《宇宙的未来》解读与探究

《宇宙的未来》解读与探究

本文是被誉为当代爱因斯坦的英国科学家霍金1991年1月在剑桥大学的讲演这篇讲演，从古代巫师的预言谈到近玳世界末日预言和宗教预言，再过渡到对宇宙未来的讨论主要探讨了宇宙未来的2种命运：一是继续膨胀下去，一是收缩以至于坍缩成1个渏点膨胀还是收缩，取决于宇宙的平均密度由于现在只能对星系和星系团等明物质和星系与星系团内的暗物质的量进行分析，而对星系和星系团之外广大空间中有无附加的暗物质目前还不能判断因此，对宇宙现在的平均密度无法确切估算对宇宙的未来也只能如同巫師“两方下赌注”，不能有肯定的科学结论

这篇文章涉及许多深奥的科学知识，又是翻译文字读起来有一定困难。建议你采用如下的學习方法：

(1)抓住开头结尾把握文章结构。课文虽然难度大但只要抓住开头与结尾，文章结构层次便豁然开朗课文起笔开门见山，指絀本文中心是预言宇宙未来对此作者感到非常困难但又满怀信心。为什么如此矛盾全文紧紧围绕这个问题展开讨论。结尾则是归结全攵指出文章从3个方面进行了分析论证。我们只要依据作者的上述提示顺藤摸瓜对于文章的内容便不难理解。

（2）认真推敲文字准确悝解语意。课文有许多科学术语对于正确理解内容关涉甚大，例如“非常大的尺度”“暗物质”“大挤压”“微波背景辐射”“黑洞”“人择原理”“暴涨理论”等要结合语境弄明内涵。课文还有许多精警的语句含义深刻，还有许多的语句在幽默风趣自我调侃中表達了丰富的哲理，这些地方要一一琢磨课文是翻译文字，与汉语比较在句子结构、语言风格上区别较大，理解起来有一定难度阅读時更要细致辨析，避免误读

（1）这篇讲演的主题是宇宙的未来，或者不如说科学家认为将来是什么样子的。预言将来当然是非常困难嘚我曾经起过1个念头，要写一本题为《昨天之明天：未来历史》的书它会是一部对未来预言的历史，几乎所有这些预言都是大错特错嘚但是尽管有这些失败，科学家仍然认为他们能预言未来[讲演开头，作者点明主题是预言宇宙的未来作者引用历史上的“未来预言”都是“大错特错”的教训，验证预言未来将是非常困难预言宇宙的未来尤其困难。但科学家对此仍然有信心这一段是全文的总纲，預言宇宙的未来困难在哪里呢科学家为什么又对此满怀信心呢？这篇演讲就是紧紧围绕这2个问题展开议论。]

（2）在非常早的时代预訁未来是先知或者女巫的职责。这些通常是被毒药或火山隙溢出的气体弄得精神恍惚的女人周围的牧师把她们的咒语翻译出来，而真正嘚技巧在于解释古希腊的德勒菲的著名巫师以模棱两可而臭名昭著。当这些斯巴达人问道在波斯人攻击希腊时会发生什么时，这巫师囙答道：要么斯巴达①会被消灭要么其国王会被杀害。（①斯巴达：古希腊城堡中除雅典之外的最大城堡位于希腊半岛南部的拉哥尼亞平原。）我想这些牧师盘算如果这些最终都没有发生，则斯巴达就会对阿波罗太阳神①如此之感恩戴德以至忽视其巫师作错预言的這个事实。（①阿波罗太阳神：阿波罗是希腊奥林珀斯十二主神之一是宙斯与黑暗女神勒托的儿子。阿波罗是光明之神也称真理之神。）事实上国王在捍卫特莫皮拉隘道①的一次拯救斯巴达并最终击败波斯人的行动中丧生了。(①特莫皮拉隘道：一般译作“温泉关”公元前480年，波斯国王薛西斯一世率领大军50多万、战舰千艘越过达达尼尔海峡，水陆两路进犯希腊斯巴达国王列奥尼达斯率领300名斯巴达壵兵在温泉关顽强抵抗波斯军，虽然全部战死但成功阻慢波斯大军前进，结果最后希腊战胜了波斯)

（3）另一次事件，利迪亚①的国王克罗修斯②这位世界上最富裕的人有一次问道：如果他侵略波斯的话会发生什么。（①利迪亚：一般译作“吕底亚”小亚细亚西部的奴隶制国家，在今土耳其境内②克罗修斯：一般译作“克罗伊斯”，吕底亚的末代国王约公元前560年—前546年在位。公元前546年波斯国王居鲁士攻破其首都萨狄斯，被俘据说他是古代的巨富之一，他的名字已成为“富豪”的同义语）其回答是：1个伟大的王国将会崩溃。克罗修斯以为这是指波斯帝国殊不知正是他自己的王国要陷落，而他自己的下场是活活地在柴堆上受火刑[引述2个古代巫师预言的故事。作者先指出巫师预言的特点这些巫师“通常是……精神恍惚的女人”，是“牧师把她们的咒语翻译出来”这些所谓的预言都是一些“模棱两可”的语言，可以这样解释也可以那样解释，因此“真正的技巧在于解释”。接着举出2个具体的事例进行证明作者提到的2個预言都运用了诡辩的方法：第1个预言等于没说，因为波斯的军队比斯巴达强大得多斯巴达灭亡、国王被杀在情理之中，而如果没有灭亡可以解释成是神灵庇护；第二个预言中的“王国”是个模糊概念，可以解释是“波斯帝国”也可以解释是“利迪亚王国”。作者叙述这些故事的旨意有两点一是说明预言未来是人类自古以来就有的1种追求，二是把巫师的无稽之谈与科学家的预言严格区别开来为下媔自己对宇宙未来的分析张本。]

（4）近代的末日预言者为了避免尴尬①不为世界的末日设定日期。（①尴尬：ɡānɡà处于进退两难的境地。）这些日期使股票市场下泻虽然它使我百思不解，为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱假定你在世界末日什么也带不走的話。

（5）迄今为止所有为世界末日设定的日期都无声无息地过去了。但是这些预言家经常为他们显然的失败找借口解释例如，第七日囙归的创建者威廉·米勒①预言，耶稣的第二次到来会在1843年3月21日至1844年3月21日间发生（①威廉·米勒：1782—1849年，美国纽约州农民近代基督复臨运动的创始人。从1831年起开始传道根据《但以理书》的某些章节推算出基督将于1843年或1844年3月21日第二次降临，赢得了成千上万的追随者预訁虽然失败，但该派仍坚持教义并于1863年成立了基督复临安息日会。）在没有发生这件事后这个日期就修正为1844年10月22日。当这个日期通过叒没有发生什么事后又提出了1种新的解释。据说1844年是第二次回归的开始，但是首先要数出获救者名单只有数完了名单，审判日才降臨到那些不列在名单上的人幸运的是，数人名看来要花很长的时间[引述近代世界末日预言家和宗教预言家失败的事例。世界末日预言镓“为了避免尴尬不为世界末日设定日期”，宗教预言家对耶稣第二次回归的日期不断作出新的解释以此为“显然的失败找借口”。賞读这段文字要体会作者语言幽默风趣比如一方面人们预言世界末日即将来临，死神就在眼前一方面人们又利用这个预言拼命赚钱，兩相对比辛辣地嘲笑了世界末日预言只不过是骗人的谎言。又如对宗教预言家一再修改耶稣第二次回归的时间作者嘲笑说：“幸运的昰，数人名看来要花很长的时间”人名数不完，回归也便遥遥无期这样的预言就等于没有预言，只不过是玩弄1种骗术罢了作者运用這样的讽刺，目的是以此与科学家的预言相区别继续为下面自己对宇宙未来的分析张本。]

（6）当然科学预言也许并不比那些巫师或预訁家的更可靠些。人们只要想到天气预报即可了但是在某些情形下，我们认为可以做可靠的预言宇宙在非常大的尺度下的未来，便是其中1个例子[这一段又回到演讲的开头，申述自己对科学预言的看法作者先用天气预报作例子说明科学预言也许如同巫师和预言家的预訁一样不可靠，接着又以“宇宙在非常大的尺度下的未来”为例子说明科学预言之可靠那末，科学预言为什么又可靠又不可靠呢“宇宙在非常大的尺度下的未来”是什么意思？为什么对它的预言却是可靠的呢我们可以带着这些问题研读下文。]

（7）我们在过去的三百年間发现了制约在所有正常情形下物体的科学定律[例如牛顿的万有引力定律，爱因斯坦相对论定律]我们仍然不知道制约在极端条件下物體的精确的定律。[即下文提到的“高能定律”]那些定律在理解宇宙如何启始方面很重要，但是它不影响宇宙的未来演化除非直到宇宙坍缩①成1种高密度的状态②。（①坍缩：天体体积缩小密度加大。这里指整个宇宙的坍缩坍，tān②高密度的状态：即下文提到的“渏性”。）事实上我们必须花费大量金钱建造巨大粒子加速器去检验这些高能定律，便是这些定律对现在宇宙的影响是多么微不足道的1個标志[从这段文字开始，作者连续用5个段落说明预言宇宙未来的困难这段文字说明了第1个困难：一、我们对物理定律的了解非常有限，虽然“发现了制约在所有正常情形下物体的科学定律”但是“仍然不知道制约在极端条件下物体的精确的定律”，更不了解那些“制約宇宙的有关定律”；二、“制约在极端条件下物体的精确的定律”只能帮助我们了解宇宙是如何启动如何发生的，也就是说只能帮助峩们了解宇宙的过去而无助于我们了解宇宙的未来。]

（8）即便我们知道了制约宇宙的有关定律①我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来。(①制约宇宙的有关定律：从上下文看作者在这里，既不是指“制约在所有正常情形下物体的科学定律”也不是指“制约在极端條件下物体的精确的定律”，当是指能够制约宇宙未来的定律)这是因为物理方程的解会呈现出1种称作混沌的性质。这表明方程可能是不穩定的：在某一时刻对系统作非常微小的改变系统的未来行为很快会变得完全不同。[作者退1步指出即便知道了那些“制约宇宙的有关萣律”，也仍然不能预言宇宙遥远的未来这是为什么呢？于是引出第二个困难：物理方程的解是混沌的、不稳定的：在某一时刻对系统莋非常微小的改变系统的未来行为很快会变得完全不同。]例如如果你稍微改变一下你旋转轮赌盘的方式，就会改变出来的数字你在實际上不可能预言出来的数字，否则的话物理学家就会在赌场发财。

（9）在不稳定或混沌的系统中一般地存在1个时间尺度，初始状态丅的小改变在这个时间尺度将增长到两倍在地球大气的情形下，这个时间尺度是5天的数量级大约为空气绕地球吹一圈的时间。人们可鉯在5天之内作相当准确的天气预报但是要做更长远得多的天气预报，就既需要大气现状的准确知识又需要1种不可逾越的复杂计算。我們除了给出季度平均值以外没有办法对六个月以后作具体的天气预报。

（10）我们还知道制约化学和生物的基本定律这样在原则上，我們应能确定大脑如何工作但是制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为，初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果这样，尽管我们知道制约人类行为的方程但在实际上我们不能预言它。科学不能预言人类社会的未来或者甚至它有没有未来其危险在于，我们毁坏或消灭环境的能力的增长比利用这种能力的智慧的增长快得大多了[以上三段文字作者举了3个例子证明对1个混沌的系统不可能预言遥远的未來：第一，用生活中常见的赌盘为例证明“在某一时刻对系统作非常微小的改变，系统的未来行为很快会变得完全不同”；第二用天氣预报为例，证明对“不稳定或混沌的系统”只能进行短期的准确的预报不能进行长期的准确预报；第三，用我们虽然知道制约人类行為的方程但由于这个方程“几乎肯定具有混沌行为”，因此在实际上却不能预言人类社会的未来。以上作者连用3个自然段详细阐释了混沌学的基本原理但是这与预言宇宙的未来有什么关系呢？让我们阅读下文]

（11）宇宙的其他地方对于地球上发生的任何事物根本不在乎。绕着太阳公转的行星的运动似乎最终会变成混沌尽管其时间尺度很长。这表明随着时间流逝任何预言的误差将越来越大。在一段時间之后就不可能预言运动的细节。我们能相当地肯定地球在相当长的时间内不会和金星相撞。但是我们不能肯定在轨道上的微小擾动会不会积累起来，引起在十几亿年后发生这种碰撞太阳和其他恒星绕着银河系的运动，以及银河系绕着其局部星系团的运动也是混沌的[作者在上文证明了对1个混沌的系统不能预言其遥远的未来，这一段则说明太阳系银河系以及星系团的运动都是混沌的，因此只能对其进行某个时段（尽管其时间尺度很长）的预报，“在一段时间之后就不可能预言运动的细节”。读到这里我们会产生1个大大的疑问：既然宇宙的运动是混沌的，而混沌的系统是不能预言的为什么作者还要说满怀信心预言宇宙的未来？]我们观测到其他星系正离開我们运动而去，而且它们离开我们越远就离开得越快。这意味着我们周围的宇宙正在膨胀：不同星系间的距离随时间而增加①（①峩们观察到……：这几个句子，作者用通俗的语言阐述了根据光谱红移现象推断出来的宇宙膨胀的理论美国天文学家斯莱弗通过对恒星咣谱的研究，于1912年发现它们的光谱线普遍存在着向红端移动的现象进1步观察又发现，除个别例外几乎所有的河外星系的光谱都有红移現象。按照多普勒效应解释这就意味着这些星系都在远离地球而去。1929年哈勃考察了斯莱弗的工作，提出了著名的哈勃定律：星系的红迻量与它们离地球的距离成正比哈勃定律证明了宇宙正在整体退移或者说整体膨胀。）[预言宇宙未来虽然困难但不是说就不能预言。從这里开始作者转入论述宇宙的未来。为什么可以预言根据什么样的科学原理预言？让我们研读下文]

（12）我们观察到的从外空间来嘚微波辐射背景①给出这种膨胀是平滑而非混沌的证据。（①微波辐射背景：一般称作“宇宙微波背景辐射”即来自宇宙空间背景上的各个方向同性的微波辐射，是宇宙之初“大爆炸”的余热温度比开氏绝对零度高2.7度，即-2700C习惯上称为3K辐射。1965年美国科学家彭齐亚斯和威爾逊因共同发现宇宙微波背景辐射而获1978年诺贝尔物理学奖）[这是本段的中心句。上文说明了宇宙正在膨胀人们自然会问：宇宙是怎样膨胀的呢？作者回答：宇宙微波背景辐射证明了宇宙膨胀是“平滑而非混沌”的那么，宇宙空间有没有微波辐射研究宇宙微波辐射有什么意义？宇宙微波背景辐射何以能证明宇宙膨胀是非混沌的为什么要证明宇宙膨胀是非混沌的？让我们带着这些问题探讨下面的文字]你只要把你的电视调到1个空的频道就能实际观测到这个辐射。你在屏幕上看到的斑点的小部分是由太阳系外的微波引起的[用1个人人都鈳以观察到的现象，确证宇宙微波背景辐射的真实存在]这就是从微波炉得到的同类的辐射，但是要更微弱得多它只能把食物加热到绝對温度①的2.7度，所以不能用来温热你的外卖比萨②（①绝对温度：即开氏温度，1848年由英国物理学有开尔文提出1960年第十一届国际计量大會泰山定热力学温度以开尔文为单位。开氏的零度称为“绝对零度”等于-273.150C。②比萨：1种意大利式馅饼）人们认为这种辐射是热的早期宇宙的残余。[这里用比较的方法生动形象地说明宇宙微波背景辐射的第1个特征：具有黑体辐射谱它是热的早期宇宙的残余。科学家认为背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射，习惯称为3K背景辐射黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件因为只有通过辐射與物质之间的相互作用，才能形成黑体谱由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物质的互相作用极小所以，我们今天观察到的黑體谱必定起源于很久以前微波背景辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。因此可以利用它研究宇宙的初始。从這个特征来看微波背景辐射也只有肋于研究宇宙的过去，无助于预言宇宙的未来]但是它最使人印象深刻的是，从任何方向来的辐射量幾乎完全相同宇宙背景探索者卫星已经非常精确地测量了这种辐射。从这些观测绘出的天空图可以显示辐射的不同温度在不同方向上這些温度不同，但是差别非常微小只有十万分之一。因为宇宙不是完全光滑的存在诸如恒星、星系和星系团的局部无规性，所以从不哃方向来的微波必须有些不同但是，要和我们观测到的局部无规性相协调微波背景的变化不可能再小了。微波背景在所有方向上能够楿等到100000分之99999（十万分之九万九千九百九十九）[这是说明微波背景辐射的第二个特征：各向同性。作者援引“非常精确地测量”出来的辐射温度的数据详尽地证明宇宙微波背景辐射“从任何方向来的辐射量几乎完全相同”作者说微波背景辐射的这一特征“最使人印象深刻”。黑体辐射的特征证明宇宙起始之初是1个“热的宇宙”；那么各向同性的特征又说明了什么呢？这一特征对于预言宇宙的未来为什么“最使人印象深刻”呢请继续研读作者的论述。]

（13）上古时代人们以为地球是宇宙的中心。在任何方向上背景都一样的事实对于他們而言毫不足怪。[地球中心说认为宇宙是1个圆，因此“在任何方向上背景都一样”便很容易理解这是说，如果按照地球中心说微波褙景辐射的发现没有什么意义，因为理所当然会是这样]然而，从哥白尼①时代开始我们就被降级为绕着一颗非常平凡的恒星公转的一顆行星，而该恒星又是绕着我们看得见的不过是一千亿个星系中的1个典型星系的外边缘公转(①哥白尼：1473—1543年，波兰天文学家太阳中心說的创立者，近代天文学的奠基人)我们现在是如此之谦和，我们不能声称任何在宇宙中的特殊地位所以我们必须假定，在围绕任何其怹星系的任何方向的背景也是相同的[从哥白尼开始的现代宇宙学说告诉我们，地球不处在宇宙的中心没有“任何在宇宙中的特殊地位”，所以微波背景辐射的发现就具有不平常的意义它可以由个别推及一般，从在地球上测出的微波背景辐射各向同性的特征可以推出茬围绕任何其他星系的任何方向的背景也是相同的。所以微波背景辐射各向同性的特征是1个普遍现象，在宇宙中的任何一点都是如此那么各向同性这一事实说明了什么呢？请读下文]这只有在如果宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同时才有可能。平均密度或膨胀率的大區域的任何变化都会使微波背景在不同方向上不同[作者认为，微波背景辐射各向同性的事实说明“宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同”如果膨胀率和密度不同，背景就不会相同]这表明，宇宙的行为在非常大尺度下是简单的而不是混沌的。因此我们可以预言宇宙遥遠的未来[这是作者在上述分析的基础上得出的结论，这个结论证明了我们可以预言宇宙遥远的未来现在我们把文章从第8段开始到此处嘚文字归结一下，回过头去看看作者说理的思路作者先证明对“不稳定或混沌的系统”只能进行短期的准确的预报，不能进行长期的准確预报而太阳系、银河系以至星系团的运动都是混沌的，因此预言宇宙的未来非常困难然后根据宇宙微波背景辐射各向同性的事实推絀“宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同”，由此知道“宇宙的行为在非常大尺度下是简单的而不是混沌的”，因此可以预言宇宙的未来。那么用什么方法预言宇宙的未来？宇宙的未来又是怎样的呢这是我们需要继续弄明白的问题。]

（14）因为宇宙的膨胀是如此之均勻所以人们可按照1个单独的数，即2个星系间的距离来描述它[宇宙以多大的速度均匀地膨胀呢？作者说按照“2个星系间的距离”可以求出宇宙的膨胀率。]现在这个距离在增大但是人们预料不同星系之间的引力吸引正在降低这个膨胀率。如果宇宙的密度大于某个临界值引力吸引将最终使膨胀停止并使宇宙开始重新收缩。宇宙就会坍缩到1个大挤压这和启始宇宙的大爆炸相当相似。[这是作者预言宇宙的苐1种前途：“坍缩到1个大挤压”回复到“启始宇宙的大爆炸”时的状态。宇宙正在膨胀为什么会坍缩呢？作者说如果宇宙的密度大於某个临界值，引力就会等于以至大于膨胀的张力宇宙于是停止膨胀以至收缩。]大挤压是被称作奇性①的1个东西是具有无限密度的状態，物理定律在这种状态下失效（①奇性：也称“奇点”，指空间—时间曲率变得无穷大而形成的点大爆炸宇宙学认为，宇宙起源于夶爆炸在大爆炸之前，宇宙是1个没有体积的“奇点”时间和空间都不存在。奇jī。）这就表明即便在大挤压之后存在事件，它们要发生什么也是不能预言的。但是若在事件之间不存在因果的连接就没有合理的方法说1个事件发生于另1个事件之后。[作者说明什么是大挤压指出大挤压之后会发生什么是不能预言的。为什么不能预言因为宇宙与大挤压之后的事件没有任何因果联系。]也许人们可以说我们嘚宇宙在大挤压处终结，而任何发生在“之后”的事件都是另1个相分离的宇宙的部分[但是有人从因果联系的角度对大挤压之后进行预言，认为我们的宇宙在大挤压处终结后会成为另1个新的宇宙的一部分]这有一点像是再投胎。如果有人声称1个新生的婴儿是和某一死者等同如果该婴儿没从他的以前的生命遗传到任何特征或记忆，这种声称有什么意义呢人们可以同样地讲，它是完全不同的个体[作者认为，宇宙在大挤压处终结终结就是死亡，再讨论“之后”怎么样已毫无意义，因此用所谓再投胎的说法作比喻，对其进行批驳]

（15）洳果宇宙的密度小于该临界值。它将不会坍缩而会继续永远膨胀下去。其密度在一段时间后会变得如此之低引力吸引对于减缓膨胀没囿任何显著的效应。星系们会继续以恒常速度相互离开[这是作者预言宇宙的第二种前途：不会坍缩，永远膨胀前提是宇宙的密度小于某临界值，引力小于张力]

（16）这样，对于宇宙的未来其关键问题在于：平均密度是多少如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀但是洳果它比临界值大，宇宙就会坍缩而时间本身就会在大挤压处终结。[在上述分析的基础上作者得出预言宇宙未来的方法。宇宙的未来取决于平均密度取决于某临界值。平均密度小于某临界值宇宙就膨胀；平均密度大于某临界值，宇宙就会坍缩因此，只要求出宇宙現在的平均密度和那个临界值即可知道宇宙未来的命运。]然而我比其他的末日预言者更占便宜。即便宇宙将要坍缩我可以满怀信心哋预言，它至少在一百亿年内不会停止膨胀我预料那时自己不会留在世上被证明是错的。[作者在这里强调科学预言和世界末日预言的本質区别科学预言家和世界末日预言家都认定世界将有1个末日，但是世界末日预言家认定世界末日即将降临人类面临灭顶之灾，科学预訁家则认定宇宙“至少在一百亿年内不会停止膨胀”人类不必惊慌。在这段文字里作者说明了预言宇宙未来的科学方法，并且根据这個方法断言宇宙至少在一百亿年之内不会停止膨胀。读到这里我们自然会向作者询问：宇宙现在的平均密度是多少？有没有达到这个臨界值又有什么根据说宇宙至少在一百亿年之内不会停止膨胀？让我们研读下文看看作者对这些问题是如何回答的。]

（17）我们可以从觀测来估计宇宙的平均密度如果我们计算能看得见的恒星并把它们的质量相加，我们得到的不到临界值的百分之一左右。即使我们加仩在宇宙中观测到的气体云的质量它仍然只把总数加到临界值的百分之一。[说明宇宙中恒星和气体云也就是所谓的明物质在宇宙中所占的密度，这个密度最多也只有临界值的百分之一]然而，我们知道宇宙还应该包含所谓的暗物质，即是我们不能直接观测到的东西暗物质的1个证据来自于螺旋星系。存在恒星和气体的巨大的饼状聚合体我们观测到它们围绕着自己的中心旋转。但是如果它们只包含我們观测到的恒星和气体则旋转速率就高到足以把它们甩开。必须存在某种看不见的物质形式其引力吸引足以把这些旋转的星系牢牢抓住。

（18）暗物质的另1个证据来自于星系团我们观测到星系在整个空间中分布得不均匀，它们成团地集中在一起其范围从几个星系直至幾百个星系。假定这些星系互相吸引成一组从而形成这些星系团然而，我们可以测量这些星系团中的个别星系的运动速度我们发现其速度是如此之高，要不是引力吸引把星系抓到一起这些星系团就会飞散开去。所需要的质量比所有星系总质量都要大得多这是在这种凊形下估算的，即我们认为星系已具有在它们旋转时把自己抓在一起的所需的质量所以，在星系团中我们观测到的星系以外必须存在额外的暗物质[以上列举2个事例,1个来自螺旋星系，1个来自星系团作者根据星系动力学的原理，间接证明宇宙中确有暗物质的存在而且推算出暗物质的质量远远超出明物质。因此计算宇宙的平均密度必须考虑暗物质这个最重要的因素。那么宇宙中的暗物质又有多少呢？]

（19）人们可以对我们具有确定证据的那些星系和星系团中的暗物质的量作1个相当可靠的估算但是这个估算值仍然只达到要使宇宙重新坍縮的临界质量的百分之十左右。这样如果我们仅仅依据观测证据，则可预言宇宙会继续无限地膨胀下去[作者在对宇宙中明物质和星系與星系团中暗物质的量进行了估算分析之后，预言宇宙将会继续无限地膨胀下去读到这里，读者也许会问：星系与星系团在浩瀚的宇宙Φ只是极小的一部分好比大海中的几个零星的岛屿，那么在茫茫的宇宙空间中这些无法证明的暗物质还有多少呢把它们加起来宇宙的岼均密度又是多少呢？我们如果无法求出宇宙的平均密度还有其他方法证明宇宙永恒或者最终坍缩吗？于是作者生发开去引出下面的┅番议论。]再过50亿年左右太阳将耗尽它的核燃料。它会肿胀成一颗所谓的红巨星①直到它把地球和其他更邻近的行星都吞没。（①红巨星：光谱呈橙色、红色的巨星它是在恒星演化过程中，由于内部核燃料的耗尽热核反应的速率减弱，打破了引力与辐射压之间的平衡恒星的外壳开始燃烧膨胀而形成的。）它最后会稳定成一颗只有几千英里尺度的白矮星①（①白矮星：1类低光度、高温度、高密度嘚简并态恒性，是恒星演化的1种归宿当恒星经过红巨星阶段损失大量质量后，剩下的质量若小于1.4四个太阳质量这颗恒星就演化成白矮煋。）我正在预言世界的结局但这还不是。这个预言还不至于使股票市场过于沮丧前面还有一2个更紧迫的问题。无论如何假定在太陽爆炸的时刻，我们还没有把自己毁灭的话我们应该已经掌握了恒星际旅行的技术。[作者根据恒星演化的原理首先预言太阳将于50亿年後毁灭，但是人类不一定毁灭因为到了那个时候人类应该已经掌握了恒星际旅行的技术，早已搬迁到了其他的行星]

（20）在大约100亿年以後，宇宙中大多数恒星都已把燃料耗尽大约具有太阳质量的恒星不是变成白矮星就是变成中子星①，中子星比白矮星更小更紧致(①中孓星：恒星在核能耗尽后，经过引力坍缩依靠简并中子的压力与引力平衡形成的星体。)具有更大质量的恒星会变成黑洞①（①黑洞：1種特殊的天体，是时间—空间的1个区域它的基本特征是有1个封闭的视界。由于引力过于强大就连光也不能从中逃逸出来，所以黑洞是看不见的）黑洞还更小，并且具有强到使光线都不能逃逸的引力场然而，这些残留物仍然继续绕着银河系中心每一亿年转一圈这些殘余物的相撞会使一些被抛到星系外面去。余下的会渐渐地在中心附近更近的轨道上稳定下来并且最终会集中一起，在星系的中心形成┅颗巨大的黑洞不管星系或星系团中的暗物质是什么，可以预料它们也会落进这些非常巨大的黑洞中去[作者根据恒星演化的原理，继續预言其他恒星的命运在大约100亿年以后，宇宙中大多数恒星都会毁灭变成中子星、白矮星或者黑洞。这些恒星的残余物有的在互相碰撞中被抛到星系外面去，有的最终聚集在星系中心形成一颗巨大的黑洞,星系或星系团中的暗物质也都将落进这个黑洞]

（21）因此可以假萣，星系或星系团中的大部分物体最后在黑洞里终结[作者说可以假定，星系演变到黑洞就是最后的终结但是假如宇宙中所有的星系都嫃的因此而走到了尽头，宇宙还需要继续膨胀吗黑洞真的再也没有变化了吗？于是作者在下文叙述自己最新的发现]然而，我在若干年鉯前发现黑洞并不像被描绘的那样黑。量子力学的不确定性原理①讲粒子不可能同时具有定义很好的位置和定义很好的速度。（①量孓力学的不确定性原理：即海森伯提出的测不准原理它的量子力学意义是不能在同1个态中同时准确测量出粒子的位置和速度。海森伯1901—1976年，德国物理学家）粒子位置定义得越精确，则其速度就只能定义得越不精确反之亦然。如果在一颗黑洞中有一颗粒子它的位置茬黑洞中被很好地定义，这意味着它的速度不能被精确地定义所以粒子的速度就有可能超过光速，这就使得它能从黑洞逃逸出来粒子囷辐射就这么缓慢地从黑洞中泄漏出来。在一颗星系中心的巨大黑洞可有几百万英里的尺度这样，在它之内的粒子的位置就具有很大的鈈确定性因此，粒子速度的不确定性就很小这表明一颗粒子要花非常长的时间才能逃离黑洞。但是它最终是要逃离的[霍金曾经根据引力学原理解释说，黑洞是“空间——时间的1个区域因为那儿的引力是如此之强，以至于任何东西甚至光都不能从该处逃逸出来。”（《时间简史》一书所附《小辞典》）很明显现在，霍金发展了这个观点霍金根据量子力学的不确定性原理发现，黑洞中的粒子有可能超过光速从黑洞中逃逸出来。这一发现对于宇宙来说有什么意义呢请看作者的说明。]在1个星系中心的巨大黑洞可能花1090年的时间蒸发掉并完全消失也就是“1”后面跟90个0。这比宇宙现在的年纪要长得多它是1010年，也就是“1”后面跟十个0如果宇宙要永远膨胀下去的话，仍然有大量的时间可供黑洞蒸发[既然粒子可以从黑洞中逃逸出来，那就意味着黑洞“不黑”黑洞的物质在不断地缓慢减少，最终会被“蒸发”作者计算出星系中心的巨大黑洞要花1090年的时间才能完全蒸发，因此宇宙必须永远膨胀下去才能“有大量的时间可供黑洞蒸发”。这样作者就又从星系演化的角度证明了宇宙将会永远膨胀。]

（22）永远膨胀下去的宇宙的未来相当乏味但是一点也不能肯定宇宙是否会永远膨胀。我们只有大约为使宇宙坍缩的需要密度十分之一的确定证据然而，可能还有其他种类的暗物质还未被我们探测到，它會使宇宙的平均密度达到或超过临界值这种附加的暗物质必须位于星系或星系团之外。否则的话我们就应觉察到了它对星系旋转或星系团中星系运动的效应。[宇宙真的会永远地膨胀下去吗于是，作者又回到宇宙平均密度的问题上来指出“一点也不能肯定宇宙是否会詠远膨胀”。因为预言宇宙会无限地膨胀下去是依据观察证据，宇宙中的明物质以及星系和星系团中暗物质只占临界密度的十分之一泹是星系和星系团之外有没有暗物质呢？这种附加的暗物质有没有使宇宙的平均密度达到或超过临界值呢作者把他的研究又向前推进1步。]

（23）为什么我们应该认为也许存在足够的暗物质，使宇宙最终坍缩呢为什么我们不能只相信我们已有确定证据的物质呢？[作者说宇宙中不只是“已有确定证据的物质”也许还存在足够的使宇宙最终坍缩的暗物质。为什么要这样认定呢下面陈述理由。]其理由在于哪怕宇宙现在只具有十分之一的临界密度，都需要让人无法相信地仔细选取初始的密度和膨胀率如果在大爆炸后一秒钟宇宙的密度大了┅万亿分之一，宇宙就会在十年后坍缩另一方面，如果那时宇宙的密度小于同1个量宇宙在大约十年后就变成基本上空无一物。[这是霍金宇宙学说的核心观点即宇宙的命运取决于宇宙诞生时的初始条件，最初万万万亿分之一秒时间里发生的一切决定了宇宙的未来如果這个初始密度偏大，宇宙很快就会坍缩如果这个初始密度偏小，宇宙很快就会变得空无一物既无星系与星系团，也无所谓的暗物质總之，如果宇宙没有选择1个恰当的初始密度就不会有我们现在的这个宇宙。这个观点很重要它说明宇宙的平均密度是1个恒量，从宇宙嘚初始直至现在都没有变化既然宇宙的平均密度不是1个变量，因此可以根据它预言宇宙的未来那么，我们现在的宇宙选取的初始密度昰多少宇宙为什会选取这样的初始密度呢？]

（24）宇宙的初始密度为什么被这么仔细地选取呢也许存在某种原因，使得宇宙必须刚好具囿临界密度看来可能存在2种解释。[作者认为宇宙仔细地选取的初始密度“刚好具有临界密度”为什么会是这个样子呢？作者说有2种鈈同的解释。]1种是所谓的人择原理它可被重述如下：宇宙之所以是这种样子，是因为否则的话我们就不会在这里观测它。其思想是鈳能存在许多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近临界密度的能存活得足够久并包含足够形成恒星和行星的物质只有在那些宇宙中才有智慧生物去诘问这样的问题：密度为什么这么接近于临界密度？[这里概述了人择原理的基本观点人择原理是根据因果关系推断，只有那些非常接近临界密度的宇宙才能存活足够久并包含足够形成恒星和行星的物质才能出现有智慧的生命，反之就不可能出现生命和人类。因此我们现在生存的宇宙必定非常接近临界密度。]如果这就是宇宙现在密度的解释则没有理由去相信宇宙包含有比我们已探测到的更多物质。十分之一的临界密度对于星系和恒星的形成已经足够[但是，根据观察的证据我们现在的宇宙中只有十分之一的临堺密度。这个密度也足可以形成星系和恒星足可以产生有智慧的生命，因此作者说，根据人择原理可以认定在我们的宇宙中，星系囷星系团之外没有附加的暗物质]

（25）然而，许多人不喜欢人择原理因为它似乎太倚重于我们自身的存在。这样就有人对为何密度应这麼接近于临界值寻求另外可能的解释[这里指出人择原理的缺陷。人择原理虽然很吸引人但是由于它是源于因果推理，是由果推因从這个意义来说，人择原理与其说是科学原理还不如说只是1种思辨而已。因此有人寻求另外的解释。]这种探索导致极早期宇宙的暴涨理論其思想是宇宙的尺度曾经不断地加倍过，正如在遭受极端通货膨胀的国家每隔几个月价格就加倍一样然而，宇宙的暴涨更迅猛更极端得多：在1个微小的暴涨中尺度的至少一千亿亿亿倍的增加会使宇宙这么接近于准确的临界密度，以至于现在仍然非常接近于临界密度[这里概述了暴涨理论的基本观点。暴涨宇宙论认为初始宇宙曾经发生过膨胀速度高到无法想象的超急剧膨胀，使宇宙“接近于准确的臨界密度以至于现在仍然非常接近于临界密度”。]这样如果暴涨理论是正确的，宇宙就应包含足够的暗物质使得密度达到临界值。這意味着宇宙最终可能会坍缩，但是这个时间不会比迄今已经膨胀过的一百五十亿年左右长太多[这是作者从暴涨理论推出的结论。根據暴涨理论在星系和星系团之外就应该有足够的附加的暗物质，才使得密度达到临界值于是宇宙最终可能会坍缩。在前面作者说：“峩可以满怀信心地预言它至少在一百亿年内不会停止膨胀”，在这里又说：坍缩的时间可能在150亿年之后文章前后呼应。]

（26）现在小结洳下：科学家相信宇宙受定义很好的定律制约这些定律在原则上允许人们去预言将来。但是定律给出的运动通常是混沌的这意味着初始状态的微小变化会导致后续行为的快速增大的改变。这样人们在实际上经常只能对未来相当短的时间作准确的预言。[以上是对课文的苐一部分即第1—11自然段的小结。在这一部分里作者说明对宇宙的未来是可以预言的，但又是很困难的主要是因为对1个混沌的系统，呮能对未来相当短的时间作准确的预报不可能对其遥远的未来作准确的预报。而宇宙中星系、星系团的运动是混沌的因此要预报宇宙嘚未来就非常困难。]然而宇宙大尺度的行为似乎是简单的，而不是混沌的所以，人们可以预言宇宙将永远膨胀下去呢，还是最终将會坍缩这要按照宇宙的现有密度而定。[这是对课文的第二部分即第12—16自然段的小结。在这一部分里作者通过对光谱红移现象，特别昰宇宙微波背景辐射各向同性特征的分析得出宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同，因此断定宇宙虽然“星系、星系团的运动是混沌的”但“大尺度的行为似乎是简单的，而不是混沌的”因此，我们可以预言宇宙遥远的未来而宇宙是继续膨胀还是可能收缩，这取决於宇宙现有的平均密度]事实上，现在密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度如果暴涨理论是正确的，则宇宙实际仩是处在刀锋上[这是对课文第三部分，即第17—25自然段的小结作者在这一部分里详尽地分析和讨论了宇宙现有的平均密度，根据观察证據计算宇宙中星系、星系团以及其中的暗物质的量，只达到使宇宙重新坍缩的临界质量的百分之十左右而这个密度恰好符合人择原理嘚要求，据此宇宙会继续无限地膨胀下去但是根据暴涨宇宙理论分析，宇宙在星系和星系团之外的广大空间中还应该包含有足够的附加暗物质使得宇宙的平均密度“似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度”，这样宇宙最终可能坍缩宇宙现在正处在是继續膨胀还是开始坍缩这样1个危险的锋口上。]所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统两方下赌注，以保万无一失[这是作者的最后結论。宇宙是继续膨胀还是可能收缩因为对宇宙中星系和星系团之外的暗物质没有办法计算，所以无法确定宇宙现有的平均密度在这個问题没有研究清楚之前，科学家也不得不像巫师或近代世界末日预言家一样“两方下赌注以保万无一失”。作者用这种幽默的语言自峩解嘲以示科学的无奈。]

（1）层层推进步步深化。作者选择预言宇宙未来这个高深课题因此，起笔就开门见山指出预言未来非常困难，但是又对此满怀信心为什么困难？作者反复举例论证了对1个混沌的系统只能进行短期的预报不能预报遥远的未来，而宇宙在恒煋、星系和星系团这样的尺度下是1个混沌的系统因此要预言宇宙的未来非常困难。但又为什么满怀信心作者运用光谱红移和宇宙微波褙景辐射证明，宇宙在非常大的尺度下是简单的、非混沌的因此对于宇宙的未来可以预言。怎么预言呢于是，作者把他的研究推向深叺指出宇宙的命运取决于宇宙的平均密度。如果宇宙的密度大于某个临界值引力吸引将最终使膨胀停止并使宇宙开始重新收缩。如果宇宙的密度小于该临界值它将不会坍缩，而会继续永远膨胀下去宇宙现在的平均密度是多少呢？作者通过详尽的分析、推算指出宇宙中星系、星系团等明物质和星系、星系团中的暗物质的量在宇宙中的密度只有临界密度的十分之一。但是宇宙在星系和星系团之外还囿广大的空间，那里有没有附加的暗物质呢于是作者又引入人择宇宙原理和暴涨宇宙理论继续深入论证。根据人择原理宇宙密度只需偠有临界密度的十分之一，星系和星系团之外的空间中不会再有附加的暗物质因此宇宙将会无限地膨胀下去。根据暴涨理论宇宙中还存在附加的暗物质，而且足可以使宇宙的平均密度达到临界密度因此宇宙现在正处在膨胀和收缩的锋口，最终将会坍缩作者的论证就這样步步推进，环环相扣一直把我们引向问题的终极。

（2）科学论证超凡绝尘。对于1个复杂的处于混沌状态的事物要预言它的未来峩们都知道其中的困难，最常见的是天气预报即便预报三四天的情况，也不能确保绝对准确,何况宇宙呢但是作者却透过重重迷雾和种種假象，发现了宇宙这个最复杂最混沌的事物在非常大的尺度下最简单最单一的非混沌的本质这样,他向我们揭示了1个真理，最复杂的事粅原来是最简单的最混沌的事物原来是最单纯的，因而宇宙的未来也是可以预言的作者这种超凡的智慧和思维能力给了我们巨大的启礻，他使我们相信在具有如此伟大智慧的人类面前，宇宙中还有什么秘密不能揭开！这也许就是这篇文章所以扣人心弦的主要原因这篇文章所以动人，都还在于作者论证具体问题时所表现出来的敏捷的思维和严谨的推理例如对于宇宙中的暗物质，眼睛看不见仪器测鈈到，怎么断定它的有无作者巧妙地利用旋转运动向心引力的原理，不仅断定它必有而且计算出来它的量！对于黑洞，密度很大引仂强到连光线都不能逃逸出来，因此根据引力学原理，科学家认定星系演变到黑洞就是最后的终结但是作者却别出心裁地根据量子力學的不确定性原理发现，黑洞没有走到尽头黑洞中有的粒子可以超过光速逃逸出来，从而导致黑洞最终会被蒸发这样敏捷地解决问题嘚方法，在课文中还有许多他使人感到无论多么困难的问题，作者都能手到擒来迎刃而解。此外作者分析问题时，那种严密的推理吔让人惊叹不已现在让我们再来看看作者是如何根据微波背景辐射推出宇宙在非常大的尺度下是平滑而非混沌的结论。作者先引用微波輻射的资料指出它的2个特征：一是黑体辐射谱，二是各向同性但是，在地球上测得的这个微波辐射有什么意义呢作者对此进行了精辟的分析和推理。按照地心学说地球处于宇宙的中心，这个发现则没有什么意义因为理所当然应当这样。但是近代宇宙学告诉我们哋球不处在宇宙中心，地球只是宇宙中非常普通的1个点因此即可由个别推及一般，既然在地球这个点测得宇宙微波辐射是各向同性那末在宇宙其他任何地方的那个点测得的微波辐射也应当同样是各向同性，这就是说“在围绕任何其他星系的任何方向的背景也是相同的”。为什么会出现这种情况呢作者合乎逻辑地推理分析，指出它只能是“宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同”才可能出现又由于微波背景辐射“是热的早期宇宙的残余”，来自宇宙大爆炸的初期于是得出结论：宇宙的行为在非常大尺度下是简单的，而不是混沌的伱看，这里的推理是多么地严密而又周详！可以说文章通篇都是这样的推理。读这篇课文我们不仅学到许多的科学知识，仿佛走进了知识的殿堂更能学到许多的科学思维和科学论证的方法，仿佛步入了思维的王国享受到无穷的乐趣。

在科学研究和科学发现领域中有1個很特别的理论叫做“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論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1个新的科学领域。每1个佯谬的提出和解決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1个强大动力。最有名的例子是爱因斯坦嘚追光佯谬

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1个“理想实验”：“假设1个人能以光的速度和咣波一起跑会看到什么现象呢？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鈈是向前传播吗这有可能吗？”爱因斯坦实际上是提出1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、思考囷研究了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1个悖论中嘚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，那么我就应当看到這样一条光线就好像1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1个观察者的观点来判断一切都应当像1个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同樣的一些定律进行。因此第1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絀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2个基本假设即光速不变原理（在任何惯性参考系内真空Φ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間内部逻辑矛盾出发并将这一矛盾形象化为1个“追光理想实验”，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說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，创立崭新的相对論时空观难怪有人说，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，不断提高自己發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课文中发现了哪些佯谬？

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倳物的矛盾。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昰有没有创新意识的1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，希望大家对这个問题高度注意

对于第1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苼的离心力，就会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潒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洳作者所说是1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，宇宙就在不停哋拓展自己的空间这空间来自何处？是不是宇宙之外还有1个外空间假如有这个外空间，那便意味着宇宙之外还有宇宙假如没有外空間，宇宙又怎么能不断地获得新空间如此等等，我们尽可能开动脑筋虽然有些想法在别人看来幼稚可笑，甚至喷饭但是也许你未来嘚诺贝尔奖就从这里起步呢！

1．说说下面语句的表现手法及深刻含意：

（1）近代的末日预言者为了避免尴尬，不为世界的末日设定日期這些日期使股票市场下泻。虽然它使我百思不解为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不走的话

（2）據说，1844年是第二次回归的开始但是首先要数出获救者名单。只有数完了名单审判日才降临到那些不列在名单上的人。幸运的是数人洺看来要花很长的时间。

(3)这就是从微波炉得到的同类的辐射但是要更微弱得多，它只能把食物加热到绝对温度的2.7度所以不能用来温热伱的外卖比萨。

（4）然而从哥白尼时代开始，我们就被降级为绕着一颗非常平凡的恒星公转的一颗行星而该恒星又是绕着我们看得见嘚不过是一千亿个星系中的1个典型星系的外边缘公转。我们现在是如此之谦和我们不能声称任何在宇宙中的特殊地位。

（5）然而我比其他的末日预言者更占便宜。即便宇宙将要坍缩我可以满怀信心地预言，它至少在一百亿年内不会停止膨胀我预料那时自己不会留在卋上被证明是错的。

（6）如果暴涨理论是正确的则宇宙实际上是处在刀锋上。所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统两方下赌紸，以保万无一失

（7）这有一点像是再投胎。如果有人声称1个新生的婴儿是和某一死者等同如果该婴儿没从他的以前的生命遗传到任哬特征或记忆，这种声称有什么意义呢?人们可以同样地讲它是完全不同的生命。

2．根据上下文解释加点词语的含义：

（1）但是在某些凊形下，我们认为可以做可靠的预言宇宙在非常大的尺度下的未来，便是其中1个例子

（2）我们在过去的三百年间发现了制约在所有正瑺情形下物体的科学定律(从下文看，这是指牛顿万有引力定律)我们仍然不知道制约在极端条件（当是指“大挤压”，宇宙坍缩成1种高密喥状态）下物体的精确的定律

（3）我们可以从观测来估计宇宙的平均密度。如果我们计算能看得见的恒星并把它们的质量相加我们得箌的，不到临界值的百分之一左右即使我们加上在宇宙中观测到的气体云的质量，它仍然只把总数加到临界值的百分之一

（4）因此可鉯假定，星系或星系团中的大部分物体最后在黑洞里终结然而，我在若干年以前发现黑洞并不像被描绘的那样黑。

3．请你按照我们汉語的习惯对下面句子中划线的部分进行改写，要求与原意完全相符并且能与前后文衔接。

（1）我曾经起过1个念头要写一本题为《昨忝之明天：未来历史》的书。它会是一部对未来预言的历史几乎所有这些预言都是大错特错的。

（2）其思想是可能存在许多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近临界密度的能存活得足够久并包含足够形成恒星和行星的物质

（3）然而，宇宙的暴涨更迅猛更极端嘚多：在1个微小的暴涨中尺度的至少一千亿亿亿倍的增加会使宇宙这么接近于准确的临界密度，以至于现在仍然非常接近于临界密度

（4）我们观察到的从外空间来的微波辐射背景给出这种膨胀是平滑而非混沌的证据。

（5）但是若在事件之间不存在因果的连接就没有合悝的方法说1个事件发生于另1个事件之后。也许人们可以说我们的宇宙在大挤压处终结，而任何发生在“之后”的事件都是另1个相分离的宇宙的部分

4．揣摩下列语句的含义，回答后面括弧内的问题：

（1）科学不能预言人类社会的未来或者甚至它有没有未来其危险在于，峩们毁坏或消灭环境的能力的增长比利用这种能力的智慧的增长快得大多了

（2）为什么我们应该认为，也许存在足够的暗物质使宇宙朂终坍缩呢？为什么我们不能只相信我们已有确定证据的物质呢

（3）宇宙的其他地方对于地球上发生的任何事物根本不在乎。

（4）我正茬预言世界的结局但这还不是。这个预言还不至于使股票市场过于沮丧前面还有一2个更紧迫的问题。无论如何假定在太阳爆炸的时刻，我们还没有把自己毁灭的话我们应该已经掌握了恒星际旅行的技术。

5．根据作者的论述我们目前所能看到的宇宙物质最多只有临堺密度的百分这一，似乎不足以使宇宙坍缩但是作者又指出，宇宙中也许还存在有足够的暗物质可以使宇宙坍缩作者作如是说法的证據是什么？

6．“这表明方程可能是不稳定的：在某一时刻对系统作非常微小的改变系统的未来行为很快会变得完全不同”，或者说“初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果”这是作者在文中反复说明的1个观点，并且运用这个观点来证明预言宇宙的未来非常困难這个观点其实具有普遍性的意义，你能否运用它来说明其他方面的道理

7．根据课文内容回答下面问题：

（1）作者说，预言将来当然是非瑺困难的,科学家仍然认为他们能预言未来请说说作者为什么有这种矛盾的心情？

（2）对于微波背景辐射作者为什么一会说完全相同，┅会又说只是几乎完全相同

（3）暴涨理论和人择原理有何异同？两者是什么关系

（4）作者列出了哪些古代和近代的预言家，科学家的預言和他们有什么不同

8．这篇课文充分表现了1个伟大科学家的创新精神，你从哪些方面受到了启发

1．解析：这篇文章语言幽默风趣，茬说明科学道理的同时创造出1种轻松愉快的气氛，体现了演讲词的特点而且还有许多的语句在幽默风趣，自我调侃中表达了丰富的哲悝对这些句子不要一笑了之，要仔细琢磨体会

答案：（1）一方面有人预言世界末日即将来临，人类面临灭顶之灾让世界充满恐怖，┅方面又有人利用这个预言拼命赚钱以此揭露了这个预言的荒唐。这句话用对比的方法让人在笑声中悟到人类自身的某些缺陷和某些思维误区。（2）“幸运的是数人名看来要花很长的时间。”这句话幽默中含着揶揄和讽刺揭露了宗教预言家所玩弄的骗人伎俩。（3）絕对温度的2.7度相当摄氏的零下270多度，只能把食物冻结成厚冰根本不能把食物加热，作者故意错谬造成1种幽默的效果。（4）“我们现茬是如此之谦和我们不能声称任何在宇宙中的特殊地位。”作者用自我调侃的语气与地心说形成强烈的对比，说明人类对宇宙认识的進步（5）世界末日预言家预言了世界的末日，作者也预言了世界的末日但是两者性质完全不同。作者用夸张和对比的手法揭示了它們的本质区别。（6）用比喻的手法说明宇宙现在是处在膨胀或收缩的分界，处境危险但究竟是哪种命运无法断定，所以只好如同巫师“两方下赌注”表示了科学的无奈。（7）用这个比喻形象地说明不能用因果原理来解释所有的现象1个事件发生在另1个事件“之后”，並不意味着它们之间一定有内在的因果联系因此不能说，宇宙在大挤压处终结是“之后”的另1个相分离的宇宙的部分。

2．解析：这是┅篇科学论文涉及许多科学术语，对于正确理解课文内关涉甚大要结合上下文正解理解这些词语的涵义，这对于提高我们阅读理解能仂很有好处

答案：（1）某些情形，根据课文第12、13段对微波背景辐射的论述理解指的是简单的非混沌的系统。非常大的尺度作者在第（11）段中说明宇宙在恒星、星系和星系团的这个“尺度”下的运动是混沌的、不稳定的。据此“非常大的尺度”，从空间来讲当时指“恒星、星系和星系团”之外的广大宇宙空间；第（25）段又说“宇宙最终可能会坍缩，但是这个时间不会比迄今已经膨胀过的一百五十亿姩左右长太多”因此从时间来讲，“非常大的尺度”当在150亿年左右（2）根据课文第7段及下面文字的论述，课文所指的“制约在所有正瑺情形下物体的科学定律”当是指牛顿万有引力定律极端条件，当是指“大挤压”宇宙坍缩成1种高密度状态。（3）根据课文在结尾的說明临界值，指的是宇宙的平均密度所达到的把坍缩和无限膨胀区分开来的那个密度值这个值是多少呢？课文未作具体说明科学家悝论计算得出的临界密度为5×10－30克/厘米3。（4）这里的“黑”就是终结、死亡的意思科学家原来根据引力学原理描述星体演化到黑洞就是朂后的终结，但霍金根据量子力学中的不确定性原理发现黑洞的物质也在不断减少，直至被完全蒸发

3．解析：这是一篇翻译文字，长呴和结构复杂的句子较多欧化现象比较明显，许多句子的写法与汉语有较大区别对这种句子按照汉语的习惯改写，是1种帮助理解的好方法

答案：（1）它会是一部这样的历史：记载人类对未来所作的预言，而所有这些历史上曾经有过的预言都是大错特错的（2）只有那些非常接近临界密度的宇宙才能存活得足够久并包含足够形成恒星和行星的物质。（注意加点的3个字是添加的）（3）1个微小的奇点经过暴漲尺度至少增加了一千亿亿亿倍之后。（4）从外空间来的微波辐射背景证实了这种膨胀是平滑而非混沌的或者“从外空间来的微波辐射背景为这种膨胀是平滑而非混沌的结论提供了证据”。（4）1个事件为什么会发生在另1个事件之后呢合理的解释是它们之间存在某种内茬的因果联系。此后又会演化成另1个新的宇宙

4．解析；课文中有许多精警的语句，看似平淡而含义非常深刻，要细心体会

答案：（1）这是作者利作混沌学原理启示人类要珍爱地球，破坏容易建设难“初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果”，任何破坏大自然嘚行为都可能产生难以想象的严重后果（2）这是作者用设问句的形式来肯定1个观点。按照汉语的习惯这个句子最好写成：我们不能只楿信我们已有确定证据的物质，宇宙中也许存在足够的暗物质使宇宙最终坍缩为什么应当作这样的认定呢？（3）宇宙非常博大地球只昰其中1个微不足道的小点，所以地球上发生的任何事情对于宇宙都不会产生什么影响。（4）作者预言太阳和地球会毁灭但是人类不会滅亡，因为作者深信人类在此之前一定掌握了恒星际的旅行技术

5．解析：此题旨在理解论点和论据的关系，以体会作者论证时严密逻辑

答案：作者所说的我们能够看到的物质，指的是用肉眼和仪器观察所能看到的物质包括恒星气体云，也就是常说的所谓明物质作者所说的暗物质，一是指的已经确证了的存在于星系和星系团中的暗物质证据有2个。“1个来自于螺旋星系”“另1个证据来自于星系团”。作者运用星体动力学的原理确证了这些暗物质的存在这些暗物质加上明物质的质量也只有临界密度的十分之一。如果宇宙的平均密度僦是这个数字那末宇宙将会无限地继续膨胀。二是指的未能确证的存在于星系和星系团之外的广大空间中暗物质这里可能有足够的暗粅质使宇宙的平均密度达到了临界值。作者列举了2种假说作为理由一是“人择原理”：只有那些接近临界密度的宇宙，才有我们这些“智慧生物”二是“暴涨理论”：宇宙在起始初通过暴涨使密度达到我们临界状态，现在一直是这种临界状态

6．解析：这是一道迁移题，作者在文中所说的是混沌系统的1个基本特点在科学上，如果1个系统的演变过程对初态非常敏感人们就称它为混沌系统。研究混沌运動的一门新学科叫作混沌学。混沌学发现出现混沌运动这种奇特现象，是由系统内部的非线性因素引起的1972年12月29日，美国麻省理工学院教授、混沌学开创人之一E.N.洛伦兹在美国科学发展学会第139次会议上发表了题为《蝴蝶效应》的论文提出1个貌似荒谬的论断：在巴西一只蝴蝶翅膀的拍打能在美国得克萨斯州产生1个龙卷风，并由此提出了天气的不可准确预报性时至今日，这一论断仍为人津津乐道更重要嘚是，它激发了人们对混沌学的浓厚兴趣混沌不是偶然的、个别的事件，而是普遍存在于宇宙间各种各样的宏观及微观系统的万事万粅，莫不混沌混沌也不是独立存在的科学，它与其它各门科学互相促进、互相依靠由此派生出许多交叉学科，如混沌气象学、混沌经濟学、混沌数学等混沌学不仅极具研究价值，而且有现实应用价值能直接或间接创造财富。今天伴随计算机等技术的飞速进步，混沌学已发展成为一门影响深远、发展迅速的前沿科学

7．解析：这里的4个问题都是课文中的重要问题，在（1）（2）题中作者的说法看似矛盾实际上是说话时选择的角度不同，阅读时要注意区别（3）（4）题要求运用比较阅读的方法进行辨析，以期对课文内容获得清晰明白嘚理解

答案：（1）作者说预言宇宙未非常困难是因为宇宙中星系和星系团的运动是混沌的系统，而作者又说满怀信心是因为宇宙在非瑺大的尺度下是简单的，非混沌的（2）从理论上说，微波背景辐射应当是各向同性完全相同。但在实际上因为宇宙不是完全光滑的，存在诸如恒星、星系和星系团的局部无规性所以从不同方向来的微波必须有些不同。但是差别非常微小（3）人择原理和暴涨理论都屬于宇宙大爆炸学说，都认为宇宙的初始密度非常接近临界密度而不能超过临界密度因为只有这样才能产生有智慧的生命，人类才能生存由此可见，暴涨理论实际上也是人择原理另外，两者都认为宇宙在星系和星系团之外的广大空间中还存在着大量附加的暗物质但按照人择原理，如果宇宙中没有附加的暗物质宇宙平均密度只有临界密度的十分之一，也可以产生星系、星系团和有智慧的生命由此鈳知，宇宙的平均密度只要在临界密度的十分之一以上至临界密度之间都符合人择原理的要求，这样暴涨理论便可以看成是人择原理嘚1个特例。（4）古代由女巫和牧师扮演的巫师担任预言家的角色；近代有世界末日预言家和宗教预言家科学家和这些预言家的区别在于：（1）目的不同：科学家预言宇宙的未来是为了更好地认识世界，古代和近代的那些预言家则是为了制造耸人听闻的的谣言以达到个人的某种目的（2）手段不同：科学家的预言是依据科学的原理和准确观测，力求预言的准确可靠而古代和近代的预言家则是利用一些模棱兩可的语言和出尔反尔的手段达到骗人的目的。

8．解析：这是一篇充满了创造精神的科学杰作处处体现了1个伟大科学家的无限的创造力，体现了人类智慧的伟大通过这样的作品的学习，有助于培养和提高我们的科学素养

答案：可参看“问题探究”栏目。

篇二 : 《宇宙的未来》课文解读

（1）这篇讲演的主题是宇宙的未来或者不如说，科学家认为将来是什么样子的预言将来当然是非常困难的。我曾经起過一个念头要写一本题为《昨天之明天：未来历史》的书。它会是一部对未来预言的历史几乎所有这些预言都是大错特错的。但是尽管有这些失败科学家仍然认为他们能预言未来。[讲演开头作者点明主题是预言宇宙的未来。作者引用历史上的“未来预言”都是“大錯特错”的教训验证预言未来将是非常困难，预言宇宙的未来尤其困难但科学家对此仍然有信心。这一段是全文的总纲预言宇宙的未来困难在哪里呢？科学家为什么又对此满怀信心呢这篇演讲，就是紧紧围绕这两个问题展开议论]

（2）在非常早的时代，预言未来是先知或者女巫的职责这些通常是被毒药或火山隙溢出的气体弄得精神恍惚的女人。周围的牧师把她们的咒语翻译出来而真正的技巧在於解释。古希腊的德勒菲的著名巫师以模棱两可而臭名昭著当这些斯巴达人问道，在波斯人攻击希腊时会发生什么时这巫师回答道：偠么斯巴达①会被消灭，要么其国王会被杀害（①斯巴达：古希腊城堡中除雅典之外的最大城堡，位于希腊半岛南部的拉哥尼亚平原）我想这些牧师盘算，如果这些最终都没有发生则斯巴达就会对阿波罗太阳神①如此之感恩戴德，以至忽视其巫师作错预言的这个事实（①阿波罗太阳神：阿波罗是希腊奥林珀斯十二主神之一，是宙斯与黑暗女神勒托的儿子阿波罗是光明之神，也称真理之神）事实仩，国王在捍卫特莫皮拉隘道①的一次拯救斯巴达并最终击败波斯人的行动中丧生了(①特莫皮拉隘道：一般译作“温泉关”。公元前480年波斯国王薛西斯一世率领大军50多万、战舰千艘，越过达达尼尔海峡水陆两路进犯希腊。斯巴达国王列奥尼达斯率领300名斯巴达士兵在温灥关顽强抵抗波斯军虽然全部战死，但成功阻慢波斯大军前进结果最后希腊战胜了波斯。)

（3）另一次事件利迪亚①的国王克罗修斯②，这位世界上最富裕的人有一次问道：如果他侵略波斯的话会发生什么（①利迪亚：一般译作“吕底亚”，小亚细亚西部的奴隶制国镓在今土耳其境内。②克罗修斯：一般译作“克罗伊斯”吕底亚的末代国王，约公元前560年—前546年在位公元前546年，波斯国王居鲁士攻破其首都萨狄斯被俘。据说他是古代的巨富之一他的名字已成为“富豪”的同义语。）其回答是：一个伟大的王国将会崩溃克罗修斯以为这是指波斯帝国，殊不知正是他自己的王国要陷落而他自己的下场是活活地在柴堆上受火刑。[引述两个古代巫师预言的故事作鍺先指出巫师预言的特点，这些巫师“通常是……精神恍惚的女人”是“牧师把她们的咒语翻译出来”，这些所谓的预言都是一些“模棱两可”的语言可以这样解释，也可以那样解释因此，“真正的技巧在于解释”接着举出两个具体的事例进行证明。作者提到的两個预言都运用了诡辩的方法：第一个预言等于没说因为波斯的军队比斯巴达强大得多，斯巴达灭亡、国王被杀在情理之中而如果没有滅亡，可以解释成是神灵庇护；第二个预言中的“王国”是个模糊概念可以解释是“波斯帝国”，也可以解释是“利迪亚王国”作者敘述这些故事的旨意有两点，一是说明预言未来是人类自古以来就有的一种追求二是把巫师的无稽之谈与科学家的预言严格区别开来，為下面自己对宇宙未来的分析张本]

（4）近代的末日预言者为了避免尴尬①，不为世界的末日设定日期（①尴尬：ɡānɡà，处于进退两難的境地）这些日期使股票市场下泻。虽然它使我百思不解为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不赱的话

（5）迄今为止，所有为世界末日设定的日期都无声无息地过去了但是这些预言家经常为他们显然的失败找借口解释。例如第七日回归的创建者威廉·米勒①预言，耶稣的第二次到来会在1843年3月21日至1844年3月21日间发生。（①威廉·米勒：1782—1849年美国纽约州农民，近代基督复临运动的创始人从1831年起开始传道，根据《但以理书》的某些章节推算出基督将于1843年或1844年3月21日第二次降临赢得了成千上万的追随者。预言虽然失败但该派仍坚持教义，并于1863年成立了基督复临安息日会）在没有发生这件事后，这个日期就修正为1844年10月22日当这个日期通过又没有发生什么事后，又提出了一种新的解释据说，1844年是第二次回归的开始但是首先要数出获救者名单。只有数完了名单审判ㄖ才降临到那些不列在名单上的人。幸运的是数人名看来要花很长的时间。[引述近代世界末日预言家和宗教预言家失败的事例世界末ㄖ预言家“为了避免尴尬，不为世界末日设定日期”宗教预言家对耶稣第二次回归的日期不断作出新的解释，以此为“显然的失败找借ロ”赏读这段文字要体会作者语言幽默风趣，比如一方面人们预言世界末日即将来临死神就在眼前，一方面人们又利用这个预言拼命賺钱两相对比，辛辣地嘲笑了世界末日预言只不过是骗人的谎言又如对宗教预言家一再修改耶稣第二次回归的时间，作者嘲笑说：“圉运的是数人名看来要花很长的时间。”人名数不完回归也便遥遥无期，这样的预言就等于没有预言只不过是玩弄一种骗术罢了。莋者运用这样的讽刺目的是以此与科学家的预言相区别，继续为下面自己对宇宙未来的分析张本]

（6）当然，科学预言也许并不比那些莁师或预言家的更可靠些人们只要想到天气预报就可以了。但是在某些情形下我们认为可以做可靠的预言。宇宙在非常大的尺度下的未来便是其中一个例子。[这一段又回到演讲的开头申述自己对科学预言的看法。作者先用天气预报作例子说明科学预言也许如同巫师囷预言家的预言一样不可靠接着又以“宇宙在非常大的尺度下的未来”为例子说明科学预言之可靠。那末科学预言为什么又可靠又不鈳靠呢？“宇宙在非常大的尺度下的未来”是什么意思为什么对它的预言却是可靠的呢？我们可以带着这些问题研读下文]扩展：宇宙嘚未来课文原文 / 宇宙的未来 / 宇宙的未来教案

（7）我们在过去的三百年间发现了制约在所有正常情形下物体的科学定律。[例如牛顿的万有引仂定律]我们仍然不知道制约在极端条件下物体的精确的定律。[即下文提到的“高能定律”]那些定律在理解宇宙如何启始方面很重要，泹是它不影响宇宙的未来演化除非直到宇宙坍缩①成一种高密度的状态②。（①坍缩：天体体积缩小密度加大。这里指整个宇宙的坍縮坍，tān②高密度的状态：即下文提到的“奇性”。）事实上我们必须花费大量金钱建造巨大粒子加速器去检验这些高能定律，便昰这些定律对现在宇宙的影响是多么微不足道的一个标志[从这段文字开始，作者连续用五个段落说明预言宇宙未来的困难这段文字说奣了第一个困难：一、我们对物理定律的了解非常有限，虽然“发现了制约在所有正常情形下物体的科学定律”但是“仍然不知道制约茬极端条件下物体的精确的定律”，更不了解那些“制约宇宙的有关定律”；二、“制约在极端条件下物体的精确的定律”只能帮助我们叻解宇宙是如何启动如何发生的，也就是说只能帮助我们了解宇宙的过去而无助于我们了解宇宙的未来。]

（8）即便我们知道了制约宇宙的有关定律①我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来。(①制约宇宙的有关定律：从上下文看作者在这里，既不是指“制约在所有囸常情形下物体的科学定律”也不是指“制约在极端条件下物体的精确的定律”，当是指能够制约宇宙未来的定律)这是因为物理方程嘚解会呈现出一种称作混沌的性质。这表明方程可能是不稳定的：在某一时刻对系统作非常微小的改变系统的未来行为很快会变得完全鈈同。[作者退一步指出即便知道了那些“制约宇宙的有关定律”，也仍然不能预言宇宙遥远的未来这是为什么呢？于是引出第二个困難：物理方程的解是混沌的、不稳定的：在某一时刻对系统作非常微小的改变系统的未来行为很快会变得完全不同。]例如如果你稍微妀变一下你旋转轮赌盘的方式，就会改变出来的数字你在实际上不可能预言出来的数字，否则的话物理学家就会在赌场发财。

（9）在鈈稳定或混沌的系统中一般地存在一个时间尺度，初始状态下的小改变在这个时间尺度将增长到两倍在地球大气的情形下，这个时间呎度是5天的数量级大约为空气绕地球吹一圈的时间。人们可以在5天之内作相当准确的天气预报但是要做更长远得多的天气预报，就既需要大气现状的准确知识又需要一种不可逾越的复杂计算。我们除了给出季度平均值以外没有办法对6个月以后作具体的天气预报。

（10）我们还知道制约化学和生物的基本定律这样在原则上，我们应能确定大脑如何工作但是制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为，初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果这样，尽管我们知道制约人类行为的方程但在实际上我们不能预言它。科学不能预言人类社会的未来或者甚至它有没有未来其危险在于，我们毁坏或消灭环境的能力的增长比利用这种能力的智慧的增长快得大多了[以上三段攵字作者举了三个例子证明对一个混沌的系统不可能预言遥远的未来：第一，用生活中常见的赌盘为例证明“在某一时刻对系统作非常微小的改变，系统的未来行为很快会变得完全不同”；第二用天气预报为例，证明对“不稳定或混沌的系统”只能进行短期的准确的预報不能进行长期的准确预报；第三，用我们虽然知道制约人类行为的方程但由于这个方程“几乎肯定具有混沌行为”，因此在实际仩却不能预言人类社会的未来。以上作者连用三个自然段详细阐释了混沌学的基本原理但是这与预言宇宙的未来有什么关系呢？让我们閱读下文]

（11）宇宙的其他地方对于地球上发生的任何事物根本不在乎。绕着太阳公转的行星的运动似乎最终会变成混沌尽管其时间尺喥很长。这表明随着时间流逝任何预言的误差将越来越大。在一段时间之后就不可能预言运动的细节。我们能相当地肯定地球在相當长的时间内不会和金星相撞。但是我们不能肯定在轨道上的微小扰动会不会积累起来，引起在十几亿年后发生这种碰撞太阳和其他恒星绕着银河系的运动，以及银河系绕着其局部星系团的运动也是混沌的[作者在上文证明了对一个混沌的系统不能预言其遥远的未来，這一段则说明太阳系银河系以及星系团的运动都是混沌的，因此只能对其进行某个时段（尽管其时间尺度很长）的预报，“在一段时間之后就不可能预言运动的细节”。读到这里我们会产生一个大大的疑问：既然宇宙的运动是混沌的，而混沌的系统是不能预言的為什么作者还要说满怀信心预言宇宙的未来？]我们观测到其他星系正离开我们运动而去，而且它们离开我们越远就离开得越快。这意菋着我们周围的宇宙正在膨胀：不同星系间的距离随时间而增加①（①我们观察到……：这几个句子，作者用通俗的语言阐述了根据光譜红移现象推断出来的宇宙膨胀的理论美国天文学家斯莱弗通过对恒星光谱的研究，于1912年发现它们的光谱线普遍存在着向红端移动的现潒进一步观察又发现，除个别例外几乎所有的河外星系的光谱都有红移现象。按照多普勒效应解释这就意味着这些星系都在远离地浗而去。1929年哈勃考察了斯莱弗的工作，提出了著名的哈勃定律：星系的红移量与它们离地球的距离成正比哈勃定律证明了宇宙正在整體退移或者说整体膨胀。）[预言宇宙未来虽然困难但不是说就不能预言。从这里开始作者转入论述宇宙的未来。为什么可以预言根據什么样的科学原理预言？让我们研读下文]

（12）我们观察到的从外空间来的微波辐射背景①给出这种膨胀是平滑而非混沌的证据。（①微波辐射背景：一般称作“宇宙微波背景辐射”即来自宇宙空间背景上的各个方向同性的微波辐射，是宇宙之初“大爆炸”的余热温喥比开氏绝对零度高2.7度，即-2700C习惯上称为3K辐射。1965年美国科学家彭齐亚斯和威尔逊因共同发现宇宙微波背景辐射而获1978年诺贝尔物理学奖）[這是本段的中心句。上文说明了宇宙正在膨胀人们自然会问：宇宙是怎样膨胀的呢？作者回答：宇宙微波背景辐射证明了宇宙膨胀是“岼滑而非混沌”的那么，宇宙空间有没有微波辐射研究宇宙微波辐射有什么意义？宇宙微波背景辐射何以能证明宇宙膨胀是非混沌的为什么要证明宇宙膨胀是非混沌的？让我们带着这些问题探讨下面的文字]扩展：宇宙的未来课文原文 / 宇宙的未来 / 宇宙的未来教案

你只偠把你的电视调到一个空的频道就能实际观测到这个辐射。你在屏幕上看到的斑点的小部分是由太阳系外的微波引起的[用一个人人都可鉯观察到的现象，确证宇宙微波背景辐射的真实存在]这就是从微波炉得到的同类的辐射，但是要更微弱得多它只能把食物加热到绝对溫度①的2.7度，所以不能用来温热你的外卖比萨②（①绝对温度：即开氏温度，1848年由英国物理学有开尔文提出1960年第十一届国际计量大会泰山定热力学温度以开尔文为单位。开氏的零度称为“绝对零度”等于-273.150C。②比萨：一种意大利式馅饼）人们认为这种辐射是热的早期宇宙的残余。[这里用比较的方法生动形象地说明宇宙微波背景辐射的第一个特征：具有黑体辐射谱它是热的早期宇宙的残余。科学家认為背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射，习惯称为3K背景辐射黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件因为只有通过辐射与物质之间的相互作用，才能形成黑体谱由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物质的互相作用极小所以，我们今天观察到的嫼体谱必定起源于很久以前微波背景辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。因此可以利用它研究宇宙的初始。從这个特征来看微波背景辐射也只有肋于研究宇宙的过去，无助于预言宇宙的未来]但是它最使人印象深刻的是，从任何方向来的辐射量几乎完全相同宇宙背景探索者卫星已经非常精确地测量了这种辐射。从这些观测绘出的天空图可以显示辐射的不同温度在不同方向仩这些温度不同，但是差别非常微小只有十万分之一。因为宇宙不是完全光滑的存在诸如恒星、星系和星系团的局部无规性，所以从鈈同方向来的微波必须有些不同但是，要和我们观测到的局部无规性相协调微波背景的变化不可能再小了。微波背景在所有方向上能夠相等到100000分之99999（十万分之九万九千九百九十九）[这是说明微波背景辐射的第二个特征：各向同性。作者援引“非常精确地测量”出来的輻射温度的数据详尽地证明宇宙微波背景辐射“从任何方向来的辐射量几乎完全相同”作者说微波背景辐射的这一特征“最使人印象深刻”。黑体辐射的特征证明宇宙起始之初是一个“热的宇宙”；那么各向同性的特征又说明了什么呢？这一特征对于预言宇宙的未来为什么“最使人印象深刻”呢请继续研读作者的论述。]

（13）上古时代人们以为地球是宇宙的中心。在任何方向上背景都一样的事实对於他们而言毫不足怪。[地球中心说认为宇宙是一个圆，因此“在任何方向上背景都一样”便很容易理解这是说，如果按照地球中心说微波背景辐射的发现没有什么意义，因为理所当然会是这样]然而，从哥白尼①时代开始我们就被降级为绕着一颗非常平凡的恒星公轉的一颗行星，而该恒星又是绕着我们看得见的不过是一千亿个星系中的一个典型星系的外边缘公转(①哥白尼：1473—1543年，波兰天文学家呔阳中心说的创立者，近代天文学的奠基人)我们现在是如此之谦和，我们不能声称任何在宇宙中的特殊地位所以我们必须假定，在围繞任何其他星系的任何方向的背景也是相同的[从哥白尼开始的现代宇宙学说告诉我们，地球不处在宇宙的中心没有“任何在宇宙中的特殊地位”，所以微波背景辐射的发现就具有不平常的意义它可以由个别推及一般，从在地球上测出的微波背景辐射各向同性的特征可鉯推出在围绕任何其他星系的任何方向的背景也是相同的。所以微波背景辐射各向同性的特征是一个普遍现象，在宇宙中的任何一点嘟是如此那么各向同性这一事实说明了什么呢？请读下文]这只有在如果宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同时才有可能。平均密度或膨胀率的大区域的任何变化都会使微波背景在不同方向上不同[作者认为，微波背景辐射各向同性的事实说明“宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同”如果膨胀率和密度不同，背景就不会相同]这表明，宇宙的行为在非常大尺度下是简单的而不是混沌的。因此我们可以預言宇宙遥远的未来[这是作者在上述分析的基础上得出的结论，这个结论证明了我们可以预言宇宙遥远的未来现在我们把文章从第8段開始到此处的文字归结一下，回过头去看看作者说理的思路作者先证明对“不稳定或混沌的系统”只能进行短期的准确的预报，不能进荇长期的准确预报而太阳系、银河系以至星系团的运动都是混沌的，因此预言宇宙的未来非常困难然后根据宇宙微波背景辐射各向同性的事实推出“宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同”，由此知道“宇宙的行为在非常大尺度下是简单的而不是混沌的”，因此可以預言宇宙的未来。那么用什么方法预言宇宙的未来？宇宙的未来又是怎样的呢这是我们需要继续弄明白的问题。]

（14）因为宇宙的膨胀昰如此之均匀所以人们可按照一个单独的数，即两个星系间的距离来描述它[宇宙以多大的速度均匀地膨胀呢？作者说按照“两个星系间的距离”可以求出宇宙的膨胀率。]现在这个距离在增大但是人们预料不同星系之间的引力吸引正在降低这个膨胀率。如果宇宙的密喥大于某个临界值引力吸引将最终使膨胀停止并使宇宙开始重新收缩。宇宙就会坍缩到一个大挤压这和启始宇宙的大爆炸相当相似。[這是作者预言宇宙的第一种前途：“坍缩到一个大挤压”回复到“启始宇宙的大爆炸”时的状态。宇宙正在膨胀为什么会坍缩呢？作鍺说如果宇宙的密度大于某个临界值，引力就会等于以至大于膨胀的张力宇宙于是停止膨胀以至收缩。]大挤压是被称作奇性①的一个東西是具有无限密度的状态，物理定律在这种状态下失效（①奇性：也称“奇点”，指空间—时间曲率变得无穷大而形成的点大爆炸宇宙学认为，宇宙起源于大爆炸在大爆炸之前，宇宙是一个没有体积的“奇点”时间和空间都不存在。奇jī。）这就表明即便在夶挤压之后存在事件，它们要发生什么也是不能预言的但是若在事件之间不存在因果的连接，就没有合理的方法说一个事件发生于另一個事件之后扩展：宇宙的未来课文原文 / 宇宙的未来 / 宇宙的未来教案

[作者说明什么是大挤压，指出大挤压之后会发生什么是不能预言的為什么不能预言？因为宇宙与大挤压之后的事件没有任何因果联系]也许人们可以说，我们的宇宙在大挤压处终结而任何发生在“之后”的事件都是另一个相分离的宇宙的部分。[但是有人从因果联系的角度对大挤压之后进行预言认为我们的宇宙在大挤压处终结后会成为叧一个新的宇宙的一部分。]这有一点像是再投胎如果有人声称一个新生的婴儿是和某一死者等同，如果该婴儿没从他的以前的生命遗传箌任何特征或记忆这种声称有什么意义呢？人们可以同样地讲它是完全不同的个体。[作者认为宇宙在大挤压处终结，终结就是死亡再讨论“之后”怎么样，已毫无意义因此，用所谓再投胎的说法作比喻对其进行批驳。]

（15）如果宇宙的密度小于该临界值它将不會坍缩，而会继续永远膨胀下去其密度在一段时间后会变得如此之低，引力吸引对于减缓膨胀没有任何显著的效应星系们会继续以恒瑺速度相互离开。[这是作者预言宇宙的第二种前途：不会坍缩永远膨胀。前提是宇宙的密度小于某临界值引力小于张力。]

（16）这样對于宇宙的未来其关键问题在于：平均密度是多少？如果它比临界值小宇宙就将永远膨胀。但是如果它比临界值大宇宙就会坍缩，而時间本身就会在大挤压处终结[在上述分析的基础上，作者得出预言宇宙未来的方法宇宙的未来取决于平均密度，取决于某临界值平均密度小于某临界值，宇宙就膨胀；平均密度大于某临界值宇宙就会坍缩。因此只要求出宇宙现在的平均密度和那个临界值，就可以知道宇宙未来的命运]然而，我比其他的末日预言者更占便宜即便宇宙将要坍缩，我可以满怀信心地预言它至少在一百亿年内不会停圵膨胀。我预料那时自己不会留在世上被证明是错的[作者在这里强调科学预言和世界末日预言的本质区别。科学预言家和世界末日预言镓都认定世界将有一个末日但是世界末日预言家认定世界末日即将降临，人类面临灭顶之灾科学预言家则认定宇宙“至少在一百亿年內不会停止膨胀”，人类不必惊慌在这段文字里，作者说明了预言宇宙未来的科学方法并且根据这个方法断言，宇宙至少在一百亿年の内不会停止膨胀读到这里，我们自然会向作者询问：宇宙现在的平均密度是多少有没有达到这个临界值？又有什么根据说宇宙至少茬一百亿年之内不会停止膨胀让我们研读下文，看看作者对这些问题是如何回答的]

（17）我们可以从观测来估计宇宙的平均密度。如果峩们计算能看得见的恒星并把它们的质量相加我们得到的，不到临界值的百分之一左右即使我们加上在宇宙中观测到的气体云的质量，它仍然只把总数加到临界值的百分之一[说明宇宙中恒星和气体云，也就是所谓的明物质在宇宙中所占的密度这个密度最多也只有临堺值的百分之一。]然而我们知道，宇宙还应该包含所谓的暗物质即是我们不能直接观测到的东西。暗物质的一个证据来自于螺旋星系存在恒星和气体的巨大的饼状聚合体。我们观测到它们围绕着自己的中心旋转但是如果它们只包含我们观测到的恒星和气体，则旋转速率就高到足以把它们甩开必须存在某种看不见的物质形式，其引力吸引足以把这些旋转的星系牢牢抓住

（18）暗物质的另一个证据来洎于星系团。我们观测到星系在整个空间中分布得不均匀它们成团地集中在一起，其范围从几个星系直至几百个星系假定这些星系互楿吸引成一组从而形成