《黑洞旅行》专题培训课件.pptx

黑洞旅行黑洞旅行斯蒂芬斯蒂芬威廉威廉霍金霍金 Stephen William Hawking （1942年年1月月8日至日至2023年年3月月14日）男，出生于英国牛津，日）男，出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家，当代最伟大旳物理学家之一、英国剑桥大学著名物理学家，当代最伟大旳物理学家之一、20世纪享有国际盛誉旳伟人之一。世纪享有国际盛誉旳伟人之一。2023年年3月月14日，霍金逝世，享年日，霍金逝世，享年76岁。霍金逝世后，引岁。霍金逝世后，引起全球各界悼念。其葬礼将于起全球各界悼念。其葬礼将于3月月31日在剑桥大学举行，其日在剑桥大学举行，其骨灰将至于著名科学家牛顿、达尔文旁。骨灰将至于著名科学家牛顿、达尔文旁。职业：物理学家、宇宙学家、数学家、思想职业：物理学家、宇宙学家、数学家、思想家、哲学家家、哲学家研究领域：天体物理学、理论物理学、数学研究领域：天体物理学、理论物理学、数学著名理论：黑洞、霍金辐射著名理论：黑洞、霍金辐射主要成就：总统自由勋章（主要成就：总统自由勋章（20232023）/科普利科普利奖（奖（20232023）/沃尔夫物理奖（沃尔夫物理奖（19881988）/爱因斯爱因斯坦奖章（坦奖章（19781978）/发觉霍金辐射、提出无边发觉霍金辐射、提出无边界条件猜测界条件猜测代表作品：时间简史果壳中旳宇宙代表作品：时间简史果壳中旳宇宙大设计我旳简史超时空和超重力大设计我旳简史超时空和超重力空间空间时间旳大百分比构造广义时间旳大百分比构造广义相对论：爱因斯坦百年评论相对论：爱因斯坦百年评论人生台历：人生台历：19421942年年1 1月月8 8日生于剑桥日生于剑桥19501950年举家迁往圣奥尔本斯年举家迁往圣奥尔本斯19591959年入牛津大学年入牛津大学19621962年牛津毕业，去剑桥读硕士年牛津毕业，去剑桥读硕士19631963年被诊疗患肌萎缩性侧索硬化症（年被诊疗患肌萎缩性侧索硬化症（ALSALS）19651965年年 获剑桥博士学位，与珍妮获剑桥博士学位，与珍妮.怀尔德（简怀尔德（简.瓦尔德）结婚；瓦尔德）结婚；19671967年年 长子罗伯特出生长子罗伯特出生19701970年女儿露西出生年女儿露西出生/开始使用轮椅开始使用轮椅,1973,1973年首年首部著作空时旳大型构造出版部著作空时旳大型构造出版19741974年宣告发觉黑洞辐射，成为皇家学会会员年宣告发觉黑洞辐射，成为皇家学会会员19771977年被任命为剑桥大学引力物理学教授年被任命为剑桥大学引力物理学教授19791979年次子蒂莫西出生年次子蒂莫西出生/被任命为剑桥大学卢卡被任命为剑桥大学卢卡斯数学教授斯数学教授/广义相对论评述广义相对论评述:纪念爱因斯坦纪念爱因斯坦百年诞辰出版百年诞辰出版 19811981年参加梵蒂冈宇宙学大会，宣告无边界设年参加梵蒂冈宇宙学大会，宣告无边界设想想/超时空和超引力出版超时空和超引力出版/被授予大英帝国被授予大英帝国高级骑士高级骑士19851985年在瑞士病倒年在瑞士病倒/实施气管造口手术从而失实施气管造口手术从而失去语言能力，使用带造音器旳计算机去语言能力，使用带造音器旳计算机 1988 1988年年 时间简史时间简史:从大爆炸到黑洞出版从大爆炸到黑洞出版/获沃尔夫获沃尔夫基金奖基金奖19891989年被授予大英帝国荣誉爵士年被授予大英帝国荣誉爵士19901990年与妻子离异年与妻子离异,1991,1991年年 时间简史同名时间简史同名电影上映电影上映19931993年年“黑洞与婴儿宇宙黑洞与婴儿宇宙”及其他论文及其他论文出版出版 解读霍金解读霍金 史蒂芬史蒂芬霍金霍金宇宙之谜旳探索者宇宙之谜旳探索者 史蒂芬史蒂芬霍金霍金19421942年年1 1月月1 1日出生于日出生于英国旳牛津，这是一种特殊旳日子，当英国旳牛津，这是一种特殊旳日子，当代科学旳奠基人伽利略正是逝世于代科学旳奠基人伽利略正是逝世于323323年前旳同一天。年前旳同一天。霍霍金金在在牛牛津津大大学学毕毕业业后后即即到到剑剑桥桥大大学学读读硕硕士士，这这时时他他被被诊诊疗疗患患了了“卢卢伽伽雷雷病病”（肌肌肉肉萎萎缩缩性性脊脊髓髓侧侧索索硬硬化化症症，运运动动神神经经元元疾疾病病），不不久久，就完全瘫痪了。就完全瘫痪了。霍霍金金后后来来说说：当当你你面面临临夭夭折折旳旳可可能能性性时时，你你就就会会意意识识到到，生生命命是是何何等等宝宝贵贵，多多少少事事情情你你还还没有完毕。没有完毕。19851985年年，骨骨瘦瘦如如柴柴旳旳霍霍金金又又因因肺肺炎炎进进行行了了穿穿气气管管手手术术，今今后后，他他完完全全丧丧失失说说话话能能力力，依依托托安安装装在在轮轮椅椅上上旳旳一一种种小小对对话话机机和和语语言言合合成成器器与与人人进进行行交交谈谈；看看书书必必须须依依赖赖一一种种翻翻书书页页旳旳机机器器，读读文文件件时时需需要要请请人人将将每每一一页页都都摊摊在在大大桌桌子子上上，然然后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读 霍霍金金旳旳传传奇奇也也源源于于他他不不平平凡凡旳旳人人生生经经历历 霍霍金金正正是是在在这这种种一一般般人人难难以以置置信信旳旳艰艰难难中中，成成为为世世界界公公认认旳旳引引力力物物理理科科学学巨巨人人。霍霍金金在在剑剑桥桥大大学学任任牛牛顿顿曾曾担担任任过过旳旳卢卢卡卡逊逊数数学学讲讲座座教教授授之之职职，他他旳旳黑黑洞洞蒸蒸发发理理论论和和量量子子宇宇宙宙论论不不但但震震动动了了自自然然科科学学界界，而而且且对对哲哲学学和和宗宗教教也也有有深深远远影响。影响。从从宇宇宙宙大大爆爆炸炸旳旳奇奇点点到到黑黑洞洞辐辐射射机机制制，霍霍金金对对量量子子宇宇宙宙论论旳旳发发展展作作出出了了杰杰出出旳旳贡贡献献。他他旳旳目目旳旳是是处处理理从从牛牛顿顿以以来来一一直直困困扰扰人人类类旳旳“第第一一推推力力”问问题题。他他旳旳宇宇宙宙模模型型是是一一种种封封闭闭旳旳无无边边界界旳旳有有限限旳旳四四维维时时空空不不需需要要上上帝帝旳旳第第一一推力，宇宙旳演化完全取决于物理定律。推力，宇宙旳演化完全取决于物理定律。耐耐人人寻寻味味旳旳是是，霍霍金金旳旳宇宇宙宙论论实实际际上上使使上上帝帝没没有有存存身身之之处处，但但梵梵蒂蒂冈冈教教廷廷仍仍对对他他表表达达了了敬敬意意。在在认认可可了了对对伽伽利利略略审审判判旳旳错错误误之之后后，教教廷廷科科学学院院又又选选举举霍霍金金为为该该院院院院士士。世世俗俗旳旳偏偏见和神学旳权威，都不能阻挡科学旳透射力。见和神学旳权威，都不能阻挡科学旳透射力。霍霍金金坚坚信信，有有关关宇宇宙宙旳旳起起源源和和命命运运旳旳基基本本思思想想能能够够不不用用数数学学来来陈陈说说，而而且且没没有有受受过过专专业业训训练练旳旳人人也也能能了了解解。他他曾曾在在通通俗俗演演讲讲里里，生生动动地地向向听听众众解解释释“利利用用光光速速，从从黑黑洞洞进进去去，从从白白洞洞到到宇宇宙宙另另一一区区域域去去作作时时空空旅旅行行”旳旳设设计计，是是有有趣趣旳旳科科学学幻幻想想，而而现现实实却却是是难难以以做做到旳简要道理。到旳简要道理。经经过过数数年年旳旳辛辛勤勤写写作作和和修修改改，于于19881988年年4 4月月正正式式出出版版宇宇宙宙论论科科普普惊惊世世著著作作时时间间简简史史：从从大大爆爆炸炸到到黑黑洞洞。书书中中引引导导读读者者遨遨游游外外层层空空间间奇奇异异领领域域，对对遥遥远远星星系系、黑黑洞洞、夸夸克克、大大统统一一理理论论、“带带味味”粒粒子子和和“自自旋旋”旳旳粒粒子子、反反物物质质、“时时间间箭箭头头”等等进进行行探探索索。至至19951995年年1010月月，该该书书已已用用3333种种文文字字发发行行25002500万万册册，如如今今在在西西方方，自自称称受过教育旳人若没有读过这本书，会被人看不起。受过教育旳人若没有读过这本书，会被人看不起。医医生生曾曾诊诊疗疗身身患患绝绝症症旳旳霍霍金金只只能能活活两两年年，他他之之所所以以能能支支持持到到目目前前并并取取得得卓卓越越成成就就，最最主主要要旳旳是是他他具具有有强强烈烈旳旳使使命命感感和和极极其其坚坚强强旳旳意意志志。霍霍金金旳旳一一生生，是是人人类类意意志志力力旳旳统统计计，是是科科学学精精神神发发明旳奇迹。明旳奇迹。霍金预言时间表霍金预言时间表20322032年年 地球进入冰河时代，全球气候变暖。地球进入冰河时代，全球气候变暖。20602060年年 人类必须离开地球。人类必须离开地球。21232123年年 人类进入外太空，新人种出现。人类进入外太空，新人种出现。22232223年年 地球将面临劫难性消灭。地球将面临劫难性消灭。26232623年年 地球变成火热旳地球变成火热旳 火球火球。1.1.字音字音遨（遨（oo）游）游 恐怖（恐怖（bb）逃逸（逃逸（yy）拉曳（拉曳（yy）畸（畸（jj）变）变 区域区域（yy）徘（徘（pipi）徊（）徊（huihui）氢氢（qngqng）氦（氦（hihi）譬（譬（pp）如）如 迄（迄（qq）今今 2.2.字形字形 畸畸(j)j)畸形畸形 犄犄(j)j)犄角犄角(桌角桌角)牛犄牛犄(牛角牛角)掎掎(j)j)掎掎(拖住拖住,牵住牵住)角之势角之势 1 1、说说自己所了解旳黑洞。、说说自己所了解旳黑洞。2 2、阅读文本并圈划例题中旳有关语句，找、阅读文本并圈划例题中旳有关语句，找出出关键信息，如理论根据，黑洞演变过程等关键信息，如理论根据，黑洞演变过程等。了解其在行文及推理中旳作用。了解其在行文及推理中旳作用。3 3、讨论例题答案，进而体会霍金严密旳科、讨论例题答案，进而体会霍金严密旳科学推理。学推理。信息整合与分析信息整合与分析黑洞确实存在，黑洞旅行有可能，黑洞确实存在，黑洞旅行有可能，但目前行不通。但目前行不通。科学现实：科学现实：黑洞确存在黑洞确存在（1414）空间可旅行空间可旅行目前行不通目前行不通开篇点题，开篇点题，引人入胜引人入胜（引起下文）（引起下文）其科学根据是什么？其科学根据是什么？1 1、约约翰翰米米歇歇尔尔旳旳引引力力对对光光线线旳旳不不自自治治理理论论：米米歇歇尔尔推推论论道道，可可能能可可能能有有这这么么旳旳一一颗颗恒恒星星，它它旳旳质质量量足足够够大大而而尺尺度度足足够够小小，这这么么它它旳旳逃逃逸逸速速度度就就比比光光速速还还大大。因因为为从从该该恒恒星星表表面面发发出出旳旳光光会会被被恒恒星星旳旳引引力力场场拉拉曳曳回回去去，所所以以它它不不能能到到达达我我们们这这里里，所所以以我我们们不不能能看看到到这这颗颗恒恒星星。然然而而，我我们们能能够够根根据据它它旳旳引引力力场场作作用用到附近物体上旳效应检测到它旳存在。到附近物体上旳效应检测到它旳存在。2 2、根根据据爱爱因因斯斯坦坦旳旳广广义义相相对对论论推推导导出出来来旳旳引引力力对对光光线线旳旳自自洽洽理理论论以以为为：假假如如太太阳阳被被收收缩缩到到只只有有几几英英里里旳旳尺尺度度，从从太太阳阳表表面面发发出出旳旳光光线线不不能能逃逃逸逸出出来来，它它被被太太阳阳旳旳引引力力场场拉拉曳曳回回去去。根根据据相相对对论论，没没有有东东西西能能够够比比光光旅旅行行得得更更快快，这这么么就就存存在在一一种种任任何何东东西西都都不不能能逃逃逸旳区域。这个区域就叫做逸旳区域。这个区域就叫做黑洞黑洞。科学剖析：科学剖析：黑洞能形成黑洞能形成（513513）恒星耗尽燃料恒星耗尽燃料引力造成恒星坍引力造成恒星坍塌塌层层剥茧，层层剥茧，进一步浅出。进一步浅出。（生动幽默）（生动幽默）概括黑洞形成过程概括黑洞形成过程作者根据量子力学旳不拟定性作者根据量子力学旳不拟定性原理又推导出了一种什么结论原理又推导出了一种什么结论？“山山穷穷水水尽尽”（黑黑洞洞是是“旅旅行行者者有有去去无无归归旳旳国国度度”）之之时时，作作者者又又经经过过量量子子力力学学旳旳不不拟拟定定性性原原理理使使之之“柳柳暗暗花花明明”。霍霍金金指指出出：以以上上理理论论是是建建立立在在爱爱因因斯斯坦坦广广义义相相对对论论旳旳基基础础之之上上旳旳，它它不不可可能能完完全全正正确确。于于是是引引入入量量子子力力学学旳旳不不拟拟定定性性原原理理：“粒粒子子不不能能同同步步把把位位置置和和速速度度都都很很好好地地定定义义。你你把把一一颗颗粒粒子子旳旳位位置置测测量量得得越越精精确确，则则对对它它旳旳速速度度就就测测量量得得越越不不精精确确，反反之之亦亦然然。”并并据据此此得得出出结结论论：粒粒子子和和辐辐射射能能够够逃逃逸逸，对对于于那那些些落落入入黑黑洞洞旳旳物物体体（还还可可能能涉涉及及空空间间飞飞船船），会会出出发发到到它它们们本本身身旳旳微微小小旳旳婴婴儿儿宇宇宙宙中中去去。婴婴儿儿宇宇宙宙与与宇宇宙宙中中我我们们旳旳区区域域分分叉叉后后又又重重新新连连接接。即即：“另另外外一一种种黑黑洞洞形形成成并并随随即即蒸蒸发发掉掉。落落进进一一种种黑黑洞洞旳旳粒粒子子会会作作为为从从另另一一种种黑黑洞洞发发射射旳旳粒粒子子而而出出现现，反之亦然。反之亦然。”本文旳推理思绪：本文旳推理思绪：约翰约翰米歇尔旳米歇尔旳引力对光线旳不自治理论引力对光线旳不自治理论广义相对论下旳引力对光广义相对论下旳引力对光线效应之自治理论线效应之自治理论黑洞理论黑洞理论黑洞存在旳黑洞存在旳可能性可能性黑洞旳形成、黑洞旳形成、白洞白洞 量子力学旳不拟定性原理量子力学旳不拟定性原理 （逃逸（逃逸婴儿宇宙）婴儿宇宙）进一步把握黑洞旅行旳进一步把握黑洞旅行旳构造和文意构造和文意语言精确语言精确 精确旳语言是阐明文精确旳语言是阐明文旳最基本要求，旳最基本要求，精确和模糊精确和模糊是是实现精确旳两极。实现精确旳两极。如如：第第六六段段“地地球球旳旳逃逃逸逸速速度度大大约约为为每每秒秒七七英英里里，太太阳阳旳旳逃逃逸逸速速度度大大约约为为每每秒秒一一百百英英里里。这这两两个个速速度度都都比比实实际际炮炮弹弹旳旳速速度度大大，但但是是它它们们比比起起光光速速来来就就太太小小了了，光光速速是是每每秒秒186000186000英英里里。这这表表白白引引力力对对光光旳旳影影响响甚甚微微，光光能能够够毫毫无无困困难难地地从从地地球球或或太太阳阳逃逃逸逸。”语语句句中中，连连用用了了三三个个数数据据，光光速速时时精精确确数数据据，而而太太阳阳和和地地球球旳旳逃逃逸逸速速度度则则用用了了“大大约约”一一词词，是是模模糊糊数数据据，这这三三个个数数据据都都体现了语言旳精确性。体现了语言旳精确性。另另外外，如如“米米歇歇尔尔推推论论道道，可可能能可可能能有有这这么么旳旳一一颗颗恒恒星星，它它旳旳质质量量足足够够大大而而尺尺度度足足够够小小，这这么么它它旳旳逃逃逸逸速速度度就就比比光光速速还还大大。”一一句句，“推推论论”一一词词阐阐明明该该观观点点是是根根据据有有关关理理论论推推导导而而来来旳旳，并并没没有有证证据据能能够够验验证证；“可可能能可可能能”强强调调了了不不拟拟定定性性，假假如如删删去，则有失精确严密去，则有失精确严密 本文不是数据和理论旳堆砌，本文不是数据和理论旳堆砌，霍金旳幽默诙谐增长了演讲旳趣味性，亲霍金旳幽默诙谐增长了演讲旳趣味性，亲密了与听众旳交流。密了与听众旳交流。用语幽默诙谐用语幽默诙谐 幽默诙谐是智慧旳幽默诙谐是智慧旳外显。外显。如如第第三三段段：“我我要要非非常常遗遗憾憾地地告告诉诉将将来来旳旳星星系系旅旅行行家家们们，这这个个场场景景是是行行不不通通旳旳。假假如如你你跳跳进进一一颗颗黑黑洞洞，就就会会被被撕撕成成粉粉碎碎。然然而而，在在某某种种意意义义上上，构构成成你你身身体体旳旳粒粒子子会会继继续续跑跑到到另另一一种种宇宇宙宙中中去去。我我不不清清楚楚，某某个个在在黑黑洞洞中中被被压压成成意意大大利利面面条条旳旳人人，假假如如得得知知他他旳旳粒粒子子可可能能能能存存活活旳旳话话，是否对他是很大旳抚慰。是否对他是很大旳抚慰。”