我们的宇宙图像

节选自霍金的《时间简史》第一章

一位著名的科学家（据说是贝特郎•罗素）曾经作过一次关于天文学方面的讲演。他描述了地球如何绕着太阳运动，以及太阳又是如何绕着我们称之为星系的巨大的恒星群的中心转动。演讲结束之时，一位坐在房间后排的矮个老妇人站起来说道：“你说的这些都是废话。这个世界实际上是驮在一只大乌龟的背上的一块平板。”

这位科学家很有教养地微笑着答道：“那么这只乌龟是站在什么上面的呢？”

“你很聪明，年轻人，的确很聪明，”老妇人说，“不过，这是一只驮着一只一直驮下去的乌龟群啊！”

大部分人会觉得，把我们的宇宙喻为一个无限的乌龟塔相当荒谬，可是为什么我们自以为知道得更多一些呢？我们对宇宙了解了多少？而我们又是怎样才知道的呢？宇宙从何而来，又将向何处去？宇宙有开端吗？如果有的话，在这开端之前发生了什么？时间的本质是什么？它会有一个终结吗？在物理学上的一些最新突破，使一部分奇妙的新技术得以实现，从而对于回答这些长期以来悬而未决问题中的某些问题有所启发。也许有一天这些答案会像我们认为地球绕着太阳运动那样显而易见——当然也可能像乌龟塔那般荒唐可笑。不管怎样，唯有让时间来判断了。

早在公元前340年，希腊哲学家亚里士多德在他的《论天》一书中，就已经能够对于地球是一个圆球而不是一块平板这一论点提出两个很好的论据。第一，他认为月食是由于地球运行到太阳与月亮之间而造成的。第二，希腊人从旅行中知道，在越往南的地区看星空，北极星则显得越靠近地平线。

亚里士多德认为地球是不动的，太阳、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围绕着它转动。在公元后两世纪，这个思想被托勒密精制成一个完整的宇宙学模型。地球处于正中心，包围着它的是八个天球，这八个天球分别负载着月亮、太阳、恒星和五个当时已知的行星：水星、金星、火星、木星和土星。

1514年一位名叫尼古拉•哥白尼的教士提出了一个更简单的模型：太阳是静止地位于中心，而地球和其他行星绕着太阳作圆周运动。将近一个世纪以后，他的观念才被认真地接受。

1609年，亚里士多德——托勒密的理论才宣告死亡。那一年，伽利略用刚发明的望远镜来观测夜空。当他观测木星时，发现有几个小卫星或月亮绕着它转动。这表明不象亚里士多德和托勒密所设想的，并不是所有的东西都必须直接围绕着地球转。同时，开普勒修正了哥白尼理论，认为行星不是沿圆周而是沿椭圆（椭圆是被拉长的圆）运动，从而使预言最终和观察相互一致了。

1687年伊萨克•牛顿爵士出版了他的《数学的自然哲学原理》，这部也许是有史以来物理科学上最重要的单独的著作。在这本书中，牛顿不但提出物体如何在空间和时间中运动的理论，并且发展了为分析这些运动所需的复杂的数学。此外，牛顿提出了万有引力定律，根据这定律，宇宙中的任一物体都被另外物体所吸引，物体质量越大，相互距离越近，则相互之间的吸引力越大。这也就是使物体落到地面上的力。牛顿继而指出，根据他的定律，引力使月亮沿着椭圆轨道绕着地球运行，而地球和其他行星沿着椭圆轨道绕着太阳公转。

科学的终极目的在于提供一个简单的理论去描述整个宇宙。然而，大部分科学家遵循的方法是将这问题分成两部分。首先，是一些告诉我们宇宙如何随时间变化的定律；第二，关于宇宙初始状态的问题。有些人认为科学只应过问第一部分，他们认为初始状态的问题应是形而上学或宗教的范畴。他们会说，全能的上帝可以随心所欲地启动这个宇宙。也许是这样。但是，倘若那样，他也可以使宇宙以完全任意的方式演化。可是，看起来他选择宇宙以一种非常规则的、按照一定规律的方式演化。所以，看来可以同样合理地假定，也存在着制约初始状态的定律。 毕全功于一役地设计一种能描述整个宇宙的理论，看来是非常困难的。

【名著简介】

《时间简史》是斯蒂芬·威廉·霍金的科普著作。

霍金出生于英国牛津，是现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。

霍金曾先后在牛津大学和剑桥大学学习，23岁获得理论物理学博士学位。32岁在《自然》杂志上发表论文，阐述了自己的新发现——黑洞是有辐射的。该论文被称为“物理学史上最深刻的论文之一”。

霍金21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症（卢伽雷氏症），全身瘫痪，不能言语，手部只有三根手指可以活动。作为享誉全球的物理家，霍金横跨物理学界，宇宙学界，写作出书，拍电影，广告和纪录片，出版音乐专辑。

霍金虽然因为疾病已不能发声，但在52岁时，他利用电子发声器献声，和英国大神级迷幻摇滚乐团Pink Floyd合作录制了摇滚作品“Keep Talking”。

在歌中，霍金通过电子语音合成器说了这么两段话：

“千百年来，人类像动物一样生活。但突然我们的想象力被释放了出来，那就是我们学会了讲话。”

“没有必要这样的冷漠，所有我们需要做的是确定我们在保持交流。”

这两段话突出表现了在霍金心中，人与人之间交流是无比重要的，交流是一切的起点。

2018年3月14日，霍金逝世，享年76岁。霍金逝世后，引发全球各界悼念。

《时间简史》是一部讲述宇宙奥秘的科普读物。霍金对“时间简史”的解释是“从大爆炸到黑洞”，意思是假定时间（和空间）是由宇宙大爆炸开始，演化到黑洞结束。

《时间简史》的主要内容可概括为以下几个方面：时间起始点——宇宙大爆炸奇点。时间终结——黑洞。宇宙的起源和命运。物理学的统一——终极理论。

霍金在该书中用自己全新的物理理论回答了有关宇宙的基本问题。在具体写作时，他放弃了所有数学的理论公式，将关于宇宙的起源和生命的基本理念首次用简明、易懂的语言介绍给一般读者，致力于让更多的人去了解自己生存的宇宙，该书因此成为将高深的理论物理通俗化的科普范本。

【学科知识】

             宇宙大爆炸

宇宙大爆炸论认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。

1927年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。

1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。

大爆炸开始时：约150亿年前，体积无限小，密度无限大，温度无限高，时空曲率无限大的点，称为奇点。

大爆炸后10^-43秒（普朗克时间）：宇宙已经冷却到引力可以分离出来，开始独立存在，存在传递引力相互作用的引力子。宇宙中的其他力（强、弱相互作用和电磁相互作用）仍为一体。

大爆炸后10^-35秒秒：宇宙发生暴涨，暴涨仅持续了10^-33秒，在此瞬间，宇宙经历了100次加倍（2¹⁰⁰），得到的尺度是先前尺度的10³⁰倍。

大爆炸后10^-12秒秒：约10¹⁵度，粒子期，质子和中子及其反粒子形成，玻色子、中微子、电子、夸克以及胶子稳定下来。宇宙变得足够冷。

大爆炸后0.01秒：约1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。

大爆炸后0.1秒后：约300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。

大爆炸后1秒后：约100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。

大爆炸后10秒后：约30亿度，核时期，氢、氦类稳定原子核（化学元素）形成。

大爆炸后10¹¹秒（10⁴年），物质期。在宇宙早期历史中，光主宰着各能量形式。

大爆炸后30万年后：约3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。

【阅读练习】

1.文章开头讲了一个故事，这样开头有什么好处？你在那篇文章中见过这种开头方式？

2.关于宇宙，霍金在文章中引述了哪些观点？分别是谁提出的？

3. 读了这篇文章后，你明白了什么？面对茫茫的宇宙，你还有哪些问题？

【作文技巧】

               引用故事开头法

介绍科学知识的文章，往往比较枯燥，如何吸引读者看下去，增加阅读趣味，提升阅读效率，开篇非常重要。一般来说，采用故事的方式，作为行文的引子，渲染气氛，引出内容，是一种非常实用的开头方法。霍金写《时间简史》，开篇就讲了一个故事，老妇人嘲笑科学家，认为地球是乌龟驮着，事实真是这样吗？一代代科学家和哲人是如何探索宇宙的奥秘？我们心中要哪些疑惑，分别作了怎样的探索，霍金由一个故事引出对宇宙图像的说明，让读者从一个有趣的故事中，切入到宇宙的探索，用一个通俗的故事把读者带入到宏大深奥的宇宙学说中，从中可以看出科学家霍金在写作《时间简史》时的良苦用心。

　　运用故事开篇，一般有三种情况：

一、完整地讲述一个故事。《我们的宇宙图像》就具体地记叙了一个“乌龟驮地球”的故事，时间地点，人物事件，经过结果，都交代得一清二楚。讲的是“故事”，重点在对宇宙的思考，与题目、与下文都有直接关系。

　　二、先概括故事再具体叙述，突出特点加深印象，为行文做好充分铺垫。

　　三、先写故事的某一部分，然后在行文中不断补充。如《沙漠的奇怪现象》的开篇，就概述了晋法显、唐玄奘两位僧人关于沙漠的两个传说。前说沙漠是“恶鬼”和“火风”之所，后者说沙漠是“流沙”和“迷路”之所，从而将沙漠这种自然现象说得恐怖可怕，既使人产生畏惧之感，又给从增加探究之趣，也为下文的科学解释作了准备。

运用故事开篇要注意两点：

一是所写故事要与正文内容有一定的关系，或铺垫，或衬托，或引渡，或对照。

二是文字要节简，能概述则概述，放笔有度，收笔要快，以免偏移重点，冲淡了主题。

【我要尝试】

    请围绕着“求知与读书”为话题写一篇文章，注意运用故事开头法。

【教材链接】

人教版《语文》九上：求知与读书好读书读好书

人教版《思品》九上：了解祖国　爱我中华

人教版《美术》九上：中国美术的辉煌历程与文化价值