“实用性阅读与交流”学习任务群品读霍金《果壳中的宇宙》

张林

导 语

实用性阅读包括消息、通讯、新闻评论、科普文章、演讲词、书信、调查报告等文体，旨在引导“学生在语文实践活动中，通过倾听、阅读、观察，获取、整合有价值的信息，根据具体交际情境和交流对象，清楚得体表达，有效传递信息，满足家庭生活、学校生活、社会生活交流沟通需要”。这里我们从科普文章这一体裁着手，以霍金《果壳中的宇宙》为例，理解实用性文本，多角度观察社会生活。

作品选读

【选段一】

宇宙的情景也是一样。当宇宙尺度很大，正如它今天这样时，骰子被投掷的次数极为巨大，其平均结果就会得出某种可预见的东西。这就是为何对于大系统经典定律有效的原因。但是，当宇宙尺度非常微小时，正如它在邻近大爆炸的时刻，投掷骰子的次数很少，而不确定性原理则非常重要。

因为宇宙不停地滚动骰子，看看下一步还会发生什么，它就不像人们以为的那样仅仅存在一个历史。相反地，宇宙应该拥有所有可能的历史，每种历史各有其概率。宇宙必须有这样的一种历史，伯利兹囊括了奥林匹克运动会的所有金牌，虽然也许其概率很小。

宇宙具有多重历史的思想听起来像是科学幻想，但是它现在被当作科学事实而广被接受。我们现在从事的是把爱因斯坦的广义相对论和费恩曼的多重历史的思想合并成一个完备的统一理论，该理论将描述在宇宙中发生的一切事物。如果我们知道宇宙的历史是如何开始的话，这个统一理论就使我们能够计算宇宙将如何发展。

（选自第三章“果壳中的宇宙”）

◆赏析

作者运用拟人的修辞手法，将宇宙人格化，以投掷骰子的方式，判断预测未来发生的几率，浅显生动地写出宇宙发生的不确定性。作者笔下有极强的幽默感和趣味性，用许多看似戏谑的词句引导着我们进行猜测和推想，将艰涩难懂的科学知识描述得通俗却不失深刻。

【选段二】

我们似乎可以无限继续下去，发现在越来越小的尺度下的结构。然而，这个序列存在一个极限，如同俄罗斯套娃，一个娃娃内部套有更小的娃娃。

最终，人们达到最小的娃娃，它再也不能被拆开了。物理学中最小的娃娃是所谓的普朗克长度。为了探测更短的距离需要这么高能的粒子，这些粒子处于黑洞之中。我们不能准确知道M理论中的基本普朗克长度是多少，但是它可能小到一毫米除以一亿亿亿亿。我们不准备建造一个可探测那么小距离的粒子加速器。

然而，正如在第二章和第三章中解釋的，在M理论的数学模型网络中，时空具有十维或十一维。人们直到最近还认为6个或7个额外维全都被卷曲得非常微小。它们就像人的头发。如果你透过放大镜来看头发，就能看到它的粗细，但用肉眼就只能看到一根线，只有长度而没有其他维。时空可能是类似的，它在人体、原子甚至核物理的尺度下显得是四维的，并且几乎是平坦的。另一方面，如果我们用极高能粒子探测非常短的距离，我们应该看到时空是十维或者十一维的。

如果所有附加的维都非常小，观察到它们则是非常困难的。然而，最近有人提议一个或者更多的额外维也许较大，或者甚至是无限的。这个思想具有巨大的优势（至少对于像我这样的实证主义者而言），下一代粒子加速器或者引力的短距离的敏感测量也许可以检验这种思想。这类观测要么可以证伪此理论，要么在实验上证实了其他维的存在。

大的额外维是在我们寻求终极模型或者理论中的激动人心的新进展。它们意味着我们生活在一个膜世界中，一个在高维时空中的四维面或膜。

这就和人存原理相一致。人存原理陈述道：宇宙必须适合于智慧生命。如果原子不稳定，我们便不能在此观察宇宙并诘问为何它显得是四维的。

另一方面，弯曲空间所代表的引力会弥漫到高维时空的整体中去。这意味着引力的行为和我们体验的其他力不同：因为引力发散到额外维去，它随距离减小得比我们预料的更快。如果引力更快速地减小可以延伸到天文的距离，我们就会在行星轨道上觉察到它的效应。事实上，正如在第三章中谈论到的，这些轨道会是不稳定的：行星要么会掉到太阳中去，要么会逃逸到寒冷黑暗的星际空间中去。

（选自第七章“膜的新奇世界”）

◆赏析

作者指出我们的宇宙可能是高维空间中的一个四维膜，可以用普朗克长度的高能粒子探测，或附加大的额外维，将观测的范围伸到更小的尺度。作者通过做比喻、列数据使文章通俗易懂，如以头发为喻，生动形象地推测出也许时空并非三维或四维，更可能是十维或十一维。这样深入浅出的知识科普更有说服力，更能引发读者的深思。

链 接

《果壳中的宇宙》是英国物理学家史蒂芬·威廉·霍金创作的科普著作，是《时间简史》的延伸阅读，对其中一些内容进行了深化阐释。霍金教授在前言写道：“我现在意识到，有必要撰写一本也许更容易理解的有别于《时间简史》的书。”

该书主题是宇宙学，涉及广义相对论、量子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论等诸多前沿概念。从超对称到超引力，从量子理论到M理论，从全息论到对偶论，在这个奇境里，粒子、膜和弦作十一维运动，黑洞蒸发，并且和它携带的秘密同归于尽，宇宙创生的种子只不过是一个微小的硬果。

该书大量使用彩色缤纷的插图解释宇宙学概念，变幻成超现实的奇境，给读者一种直观印象。同时霍金教授利用通俗的语言、惯有的平易幽默的风格、明晰清澈的表达，把读者带到理论物理的最前沿，引导读者见证他富有创见、充满灵感的思想，走向探索宇宙秘密的征途。霍金教授以他独特的热情，邀请读者一道作非凡的时空遨游。

读书笔记

宇宙的奥秘

◎张少卿

“我即使被关在果壳之中，仍自以为无限空间之王。”在《果壳中的宇宙》中，这句源自莎士比亚戏剧《哈姆莱特》的台词令我震撼不已，既震撼果壳般的宇宙浩渺深邃，更震撼物理学家霍金不屈的灵魂。在轮椅构筑的小小一方果壳之中，他为我们拨开宇宙星空的迷雾一角，让人类的思想触角触碰到看不见的远方。

宇宙这个巨大空间，由许多恒星、行星、银河系等极为复杂的物质而构成，而且它像一个不停膨胀的泡泡，一直到现在还不停歇，让我们忍不住去探索宇宙的起源和未来，去破译神秘的宇宙密码。

最让我感兴趣的是，时间旅行可能吗？人真的能穿越吗？曾经以为的天方夜谭，但在霍金看来，是有科学性的，因为宇宙的物质和能量能将时空弯曲变形，还有虫洞的存在。因而，我对时间旅行充满了奇妙的幻想。如果有一架时光机器，我想回到大唐盛世，一日看尽长安花；我想飞去爱因斯坦的生活中，看看他童话般的物理世界；我想飞到未来，坐着曲率驱动飞船进行星际穿越……

宇宙的果壳中，还有许多需要去探索的未知。例如，宇宙的暗物质和暗能量、相对论、量子纠缠、超导现象等。霍金以他天马行空的文字、独特的热情把我带入了五彩斑斓的奇境里。

“如果我们已经抵达终点，则人类精神将枯萎死亡。但我认为，我们将永远不会停止。”人之于宇宙洪荒，也不过沧海一粟。但霍金对厄运的挑战、对未知的勇敢追求，鼓舞我用智慧和勇气去追求自己的梦想。

【陕西西大附中浐灞中学】