《一名物理学家的教育历程》

李政道：Tsung-DaoLee（1926年11月25日—），美籍华裔物理学家，出生于中国上海。1957年，他31岁时与杨振宁一起，因发现弱作用中宇称不守恒而获得诺贝尔物理学奖。他们的这项发现，由吴健雄的实验证实。李政道和杨振宁是最早获诺贝尔奖的华人。中国的骄傲 杨振宁(ChenNingYang1922～)美籍华人，理论物理学家，1922年10月1日生于安徽省合肥县（含合肥市）。若贝尔物理奖获得者中国的骄傲 丁肇中：祖籍山东日照县；1936年出生於美国密西根州安阿堡（AnnArbor）；父亲是丁观海，母他在台北读中学，在密西根大学读大学本科与研究院，於1962年获博士学位；主要从事高能实验物理、基本粒子物理、量子电动力学、γ辐射与物质的相互作用等方面的研究。他最杰出的贡献是在1974年，与里希特各自独立地发现了J/ψ粒子。为此，他们共同获得了1976年诺贝尔物理学奖。中国的骄傲 “鞠躬尽瘁，死而后已”“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”“了却君王天下事，赢得生前身后名”“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”“横眉冷对千夫指，俯首甘为孺子牛”人生是一种过程，是一种亲历的过程。一切美妙尽在过程之中。 一名物理学家的教育历程作者：加来道雄 多维空间0维：没有长宽高，单纯的一个点，如奇点。一维：只有长度二维：平面世界只有长宽三维：长宽高立体世界我们肉眼亲身感觉到看到的世界三维空间是点的位置由三个坐标决定的空间。四维：是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又加了一条时间轴，而这条时间的轴是一条虚数值的轴。根据阿尔伯特·爱因斯坦相对论所说：我们生活中所面对的三维空间加上时间构成所谓四维空间。一维是线，二维是面，三维是静态空间，四维是动态空间（因为有了时间）。 【背景资料】一、作者介绍     加来道雄，美籍日裔物理学家，毕业于美国哈佛大学，获加利福尼亚大学伯克利分校哲学博士学位，后任纽约市立大学城市学院理论物理学教授。主要著作有《超越爱因斯坦》（与特雷纳合著）《量子场论》《超弦导论》。 二、相关知识     为了更好地理解课文，我们需要了解一些相关的理论物理学知识：     （1）统一场论     根据现代物理学知识，将我们的宇宙结合起来的力有四种：引力、电磁力、强核力和弱核力。物理学家运用量子力学，已经把后三种力统一起来（美籍华裔物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出杨——米尔斯场理论，解决了这一问题，被称为“标准模型”。但是这一理论因为计算繁复无比而让人头疼），但是引力仍然游离在外。爱因斯坦毕终生之力想寻求四种力的统一，建立一个大一统的理论，最终也没有实现。 统一场论 （2）高维空间     现代理论物理学认为，统一四种力的前景，在于高维空间（如十维或更高）理论的确立。比如对于古人来讲，风暴是怎样产生的，风暴会袭击什么地方，什么时候袭来，什么时候结束，他们是一无所知的，因为他们生活在平坦的大地上，只能靠肉眼从近似于二维平面的角度来观察，即使有简单的预报，也都是靠经验来推测的。现在有了气象卫星，从太空这样三维角度观察地球，在地面上看来神秘莫测的风暴被看得一清二楚，可以精准地预报风暴的动向。同样，理论物理学家认为，传统的四维（空间三维加上时间）理论太“小”，不能解释宇宙中的四种力。当他们超越四维而在更高维（如十维或更高）中寻求统一这四种力时，就能得到一种简单、漂亮的解决模型（科学家认为宇宙应该是简单、合谐的）。 “虫洞”模型 高维空间理论认为，宇宙大爆炸后10-43秒，十维宇宙分解成四维宇宙和六维宇宙，四维宇宙暴胀，经过近一百五十亿年，演变成今天我们生活的宇宙。大爆炸后10-35秒，大统一力分开。但是高维空间理论很难在实验室中得到证实，因为要模拟当时的环境，需要的能量太大，根本无法做到，所以现在高维空间理论只能是“理论”。 刨根究底撒手人寰湮没惊诧栅栏畏葸不前五彩斑斓目眩鄙视冷嘲热讽杜撰怪诞字词掌握（páo）（huán）（yán）（chà）（zhà）（xǐ）（lán）（xuàn）（bǐ）（fěng）（zhuàn）（dàn） 注意下列字词后裔yì：已经死去的人的子孙。湮yān没：①埋没。②一种粒子与其反粒子相遇时，会同时消失而转化为另一种粒子的现象。如电子和正电子相遇会转化为一对方向相反、能量相等的光子。畏葸xǐ：畏惧；害怕。自鸣得意:鸣：表示，以为。自以为了不起，表示很得意。人寰huán：人间；世间。浩瀚：①形容水势盛大。②形容广大；繁多。 在所不辞：决不推辞（多用在冒险犯难）。刨根究底：比喻追究底细。同“刨根问底”。 说明顺序：时间空间逻辑 题记阐发式诠释题目式点明题旨式总领全文式设喻寓理式 有关题记的研讨学习在正文开始之前，作者引用了爱因斯坦的一段话，原文的意思大家都能理解，我们也知道叫做题记，现在同学们也喜欢用题记来点缀自己的作文，在这里我们结合课文来谈谈题记的写法和作用。课文中引用题记的作用？作者一开始引用爱因斯坦的科学观，旨在提示下文是在介绍有关科学的观点。在写作过程中能够巧妙贴切地书写题记，不仅开宗明义，给阅卷人耳目一新的感觉，而且能先声夺人，具有韵味深远、包蕴题旨等特点，从而达到“浓缩言语动人心，未成曲调式先有情”的最佳效果，成为应试作文中得分的亮点。 作文中的题记有哪些种类、有何作用呢？写题记可以采用阐发话题式、诠释题目旨式、设喻寓理式等几种形式。1.阐发话题式：就是用简练的语言对所给话题材料加以概括浓缩，并找到一个最佳切入点以深层阐述。吉林一考生的满分作文《漫谈“感情”“认知”》的题记是：“同是对‘修墙’‘防盗’的戏预见，却产生‘聪明’或‘被怀疑’的结果。‘感情’竟能如此地左右着‘认知’，心的小舟啊，在文化的河流中求索。”这个题记通过材料的简单解，将“感情”与“认知”二者的关系诠释得非常明白，也点明了作者的态度和议论的中心。 2.诠释题目式：所拟题目一般都具有深刻性特点，运用题记形式对题目进行巧妙而又全面的诠释。云南一考生的满分作文《与你同行》的题记是：“他们一路同行，一个汲着水，一负着火，形影相随。在他们携手共进时，就产生了智慧。”这个题记形象而深刻地对“与你同行”这个题目进行了解释，言简意赅，表明了考生对感情和理智关系的认识。 3.点明题旨式：在题记里用最简约的文字，告知阅卷人写作本文的用意，展示出立意和主旨。河南一考生的满分作文《认识美丽》的题记是：“请别以为哪个最漂亮，哪个就是您的孩子。”作者以童话的形式写作高考作文，以拟人的手法，讲述了“乌鸦送饭”“迟来的午饭”“政治课”三个小故事，而“请别以为哪个最漂亮，哪个就是您的孩子”。这个题记就十分直白地表达了对“感情亲疏与对事物的认知”二者关系的看法，十分切合题目意。 4.总领全文式：所写题记从大处着眼，从总体上对全文加以总领和驾驭，使阅人对所写文章有一个完整而又清晰的认识。山西一考生的满分作文《眼睛》的题记是：“距离没了，心更近了，认识深了。”这句话对全文来说具有提纲挈邻的任用，正文就是围绕题记展开。 5.设喻寓理式：比喻具有化抽象为具体、变单调为生动的特点，而在具体和生动的设喻中蕴涵着深刻而又独到的见解。浙江一考生的满分作文《我心依旧》的题记是，“鱼说：你看不见我流泪，因为我在水里水说：我能感觉你流泪，因为你在我心里。”这两句话采用比喻的形式，富有哲理，寓意深刻，让人过目不忘。 童年青年（成年）鲤鱼世界的幻想爱因斯坦的故事实验（理论物理学家）文章结构：（想像）（理论） 结构思路一.（1段）全文总括：记叙了作者在童年的两件趣事，以及作者是如何由这两件趣事来激发自己的科学兴趣的。二.（2~11段）由对鲤鱼世界的遐想，推知人类认识的局限性。1.幻想鲤鱼“科学家”研究的局限性。2.推知人类对多维空间研究的局限性。三.（12~18段）对爱因斯坦未竟事业的向往与学习研究。1.探究爱因斯坦未完成的理论。2.建立自己的原子对撞机。 四．本文的基本内容①人人都对自然感到好奇，都以自己喜爱的形式寻求自然的“谜底”，但是大多数人一般直接探寻自然本身，而作者却由人的观察角度，反思人类对宇宙的认知。看似作者少年时的思维超出同龄人，其实只是他充分发挥了自己的想像力，并且保持了这样奇特的想像力，由此奠定了他对高维空间理论探究的基础。 ②作者少年时接触到爱因斯坦的“未竟事业”，激发了他的探究兴趣。他之所以感到“激动人心”，是因为他把爱因斯坦的理论当成一个“侦探故事”来阅读、探究，这非常符合少年的心理。另外，“我决定要对这一秘密刨根问底”，也表现了他有毅力有恒心的性格，这是成为科学家的基本素质。 ③高中时代，本应“在棒球场或篮球场玩耍”，享受青春年华，但作者却“找遍周边地区大量的电子仓库，装配必需的硬件设备”，在“学校的足球场中缠绕22英里长的铜线”，自己动手建设实验室，验证爱因斯坦理论，探究反物质。作者进行这样艰苦枯燥的工作，体现了他对科学的热爱，以及踏实的性格，显露出一个科学工作者的潜能。由①②到③，我们可以清楚地看到作者的“教育历程”和“教育内容”。 CERN的大型强子对撞机大型强子对撞机隧道内的冷磁体 五、重点、难点的学习与目标完成过程1．【提问】本文在材料处理上有什么特点？【明确】本文布局谋篇重点突出，详略得当。在整体上，作者并没有从童年到小学到初中到高中，按时间顺序叙事，而是通过童年的两件趣事和高中时建立实验室的事例，突出他成长为一名“物理学家”的“教育历程”，并不旁及其他成长的经验；在局部上，如高中阶段，作者看了许多统一场理论方面的书，并常常去斯坦福大学的物理图书馆，相关的理论书籍是怎样启发、引导他研究的，这里肯定有许多精彩的故事，但是作者只是一笔带过，重点放在制造“自己的原子对撞机”上，其中具体的数据叙述得很详尽，让人体会到作者严谨、踏实的性格，以及内在的成为物理学家所需要的基本素质。 2．【提问】本文体现了怎样的科学精神？【明确】本文三个主要部分，并不是简单地叙述成长的故事，而是具有深刻的科学精神内涵，可以从中看到哪些方面的“教育”对成为优秀科学家最为重要。     （1）想像力：科学是需要想像力的，想像力能带来创造力。作者正是从对鲤鱼世界的想像中，认识到人类观察空间的局限性，间接感悟到高维空间存在的可能。由感性的想像上升到理性的创造，体现了创新意识和探索精神。     （2）乐趣：科学不应该是枯燥的，而是应该充满乐趣的。探寻自然的奥秘，对真正的科学工作者来说，是和自然做的近似于捉迷藏的“游戏”，也是人生的“境界”。“游戏”使他们乐此不疲，充满激情，不受外界的诱惑和干扰；而“境界”使他们不顾功利，不畏强权，只求真理。 （3）实验精神：丁肇中说过：“现代学术的基础就是实地的探察，就是我们现在所谓的实验。”“科学发展的历史告诉我们，新的知识只能通过实地实验而得到，不是由自我检讨或哲理的清谈就可求到的。”（《应有格物致知精神》）有了想像力，有了乐趣，那只是成为科学家的最基础的因素，不去踏踏实实地做实验，就不能得到基本数据，假说就不能确立。一味地空想，不去做基础工作，不可能达到真理的彼岸。作者从事的高维空间理论，虽然还停留在纸面上，但是科学家们已经在做许多基础的实验工作，努力使理论得到证明。即使如科学家霍金靠睿智的头脑创建黑洞理论，也要有数学和天体物理学的实验基础，也不是空想出来的。 3．【提问】“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的？【明确】主要有以下几点：（1）“水池之外看不见的世界没有科学意义。”（2）“它们为睡莲自己能够运动而困惑不解”——它们以神秘的“力”来掩盖自己的无知。（3）“鲤鱼科学家”的“消失”和“重现”——它们认为是“奇迹”，是“可怖的事情”，而不肯去探究原因。（4）“鲤鱼科学”的“传奇故事”，真实地证明另一个世界的存在，而它们却认为“胡说八道”，荒谬绝伦，违背它们的“自然规律”。 4．【提问】作者想通过“鲤鱼科学家”对世界的认识说明什么？【明确】说明“自以为是”的人类和“鲤鱼科学家”有相似之处。（1）人类“一生就在我们自己的‘池子’里度过”，只要“超出我们的理解力”的自然存在，他们就“拒绝承认”。（2）“科学家发明像力这样一些概念……”，是因为他们只愿意承认“那些看得见摸得着的事物”，不肯改变思考问题的方式。（3）“不能在实验室里便利地验证”的理论，他们就加以“鄙视”，表现出思想上的保守和固执。 5．【提问】课文中阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两小段内容，对“教育历程”的叙述有什么作用？【明确】课文的重点是童年趣事和建立实验室，这些事例已经把“教育历程”完整地勾画出来。而夹杂在其中的两个小事例，主要起补充和衔接的作用。历险故事加深作者对高维空间的想像，激发兴趣；而阅读统一场理论书籍，既表现高中阶段作者求知的热情，也衔接起由理论到实验的探究过程。 6．【提问】作者说“我决定要对这一问题刨根问底，纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。”在作者心中“理论物理学家”应该是怎样的人？【明确】理论物理学家的工作是抽象、枯燥的，受实验条件的限制，自己的学说很难得到实验的证明，甚至可能到死也得不到成就。这样的人必须耐得住寂寞，必须有奉献精神。“在所不辞”意味着“理论物理学家”道路的艰辛。 7．【提问】作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义？【明确】科学是建立在基础实验之上的，科学理论要经过实验的检验才能得到论证。实验不是简单的操作，要有理论指导，要有实验的设计，要有策划组织能力，要有耐力和恒心等等，实验考验的是实验者的综合能力。而我们当前存在的问题是，重视理论，轻视基础实验，表现为动手能力和实践能力差，思想上浮躁，急功近利。对教育而言，重知识，轻能力的现象很普遍。这些都是一名理论物理学家重视实验给我们现实生活的启迪。 赏经典句我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。——牛顿 A=X+Y+ZA代表成功，X代表艰苦的劳动，Y代表正确的方法，Z代表少说空话。--爱因斯坦常常有同学问我做物理工作成功的要素是什么？我想要素可以归纳为三个P：Perception,Persistence,andPower。Perception--眼光，看准了什么东西，就要抓住不放；Persistence--坚持，看对了就要坚持；Power--力量，有了力量能够闯过关，遇到困难你要闯下去。--杨振宁 我没有特殊天赋，我只是极为好奇。整个科学只不过是每日思考的精练。想象力比只是更重要。我没有什么特别的才能，不过喜欢刨根问底地追究题罢了。在我审视我自己和我的思维方式时，我的结论是：在吸收有益的知识方面，奇思玄想的天赋对我而言，比我的才能更重要。——爱因斯坦 认识自己也好,不认识自己也好,只要我们心中有希望,脚下有路,那就走下去吧.为认识自己毕竟需要一个过程,也要付出代价,不劳而获的事毕竟更多的是出于幻想. 同步训练 1.下列各组词语中，加点字的注音没有错误的一项是（）A.遐想（xìá）怪诞（yán）踪迹（zōnɡ）B.杜撰（zhuàn）浩瀚（hàn）畏葸（sī）C.偏裨（pí）便利（pián）贪婪（lán）D.湮没（mò）目眩（xuàn）可怖（bù）解析：A.“诞”应读“dàn”；B.“葸”应读“xǐ”；C.“便”应读“biàn”。答案：D 2.下列各组词语中，没有错别字的一项是（）A.漫游五彩斑滥杜撰困惑不解B.企图高深莫则湮没惊诧不已C.遐想微乎其微震惊冷嘲热讽D.浩瀚自鸣得意神密撒手人寰解析：A.滥—斓；B.则—测；D.密—秘。答案：C 3.选出下列词语解释有误的一组（）A.遐想：胡思乱想。五彩斑斓：形容色彩繁多艳丽，十分好看。五彩，各种色彩；斑斓，灿烂多彩。B.杜撰：没有根据地编造；虚构。自鸣得意：自己以为非常得意。鸣，表示，认为。C.浩瀚：（书）广大；繁多。微乎其微：形容非常小或非常少。微，细小。D.畏葸：畏惧。冷嘲热讽：尖酸、辛辣地嘲笑和讽刺。贬义。冷，冷酷，尖刻。嘲，讥笑。热，炽热，引申为辛辣。解析：A.遐想：悠远地思索或想象。答案：A 4.依次填入下列句中横线处的词语，恰当的一组是（）（1）我蹲在那里的一个小池边，为慢慢____________在水底睡莲之中五彩斑斓的鲤鱼所陶醉。（2）我_________在十里花市，无比惬意。（3）他独自在江边____________，好像有什么心事。A.徘徊畅游徜徉B.畅游徜徉徘徊C.徜徉徘徊畅游D.畅游徘徊徜徉解析：畅游：①尽情地游览；②畅快地游泳。徜徉：闲游；安闲自在地步行。徘徊：①在一个地方来回地走；②比喻犹豫不决。答案：B 5.下列句中加点的熟语，运用不正确的一项是（）A.已经到了这种地步，还有什么办法？一不做，二不休，我是打算拼一拼了。B.早在30年代，他就因创作长篇小说《梦之音》而名噪一时，成为京派作家的后起之秀。C.他最近出版了一本文不加点、几乎没有注释的旧体诗集子，这样的书，读起来确实累人。D.当时你就没看出来，他已经是腊月里的萝卜——冻（动）了心，否则怎么会有今天这样的美事。解析：C项望文生义。答案：C 6.下面句中标点符号使用有误的一项是（）A.我想,鲤鱼“科学家们”将会聪明地杜撰某种虚构的东西——它被称为“力”，来掩盖自己的无知。B.由于不能理解在看不见的水面上存在的水波，它们将得出这样一个结论：睡莲之所以能够不被触摸而运动，是因为有一种看不见的神秘力在对它起作用。C.他未完成的工作是什么？他桌上论文的内容是什么？什么问题可能会如此难以解决而又非常重要，值得如此伟大的科学家把他的有生之年花费在这种研究之中？D.我们把整整一个圣诞假日花费在这条50码长的线路上（1码＝0.91米），缠绕和安装笨重的线圈。解析：D项括号应在“50码”后。答案：D 7.下列句子没有语病的一项是（）A.就像鲤鱼一样，我们认为宇宙之中只包含有熟悉可见的东西。B.年轻人的一个优点就是不会不由于世俗的约束而畏葸不前。C.然而，就那么几秒钟，当我把它放回池水之后，这位鲤鱼“科学家”便突然冒了出来。对于别的鲤鱼，这真是一个奇迹。D.我不理解他们想告诉我们的许多东西，但是最使我对此人感兴趣的是他未能完成自己的伟大发现就撒手人寰。解析：A项“包含有”重复赘余；B项多重否定不当造成不合逻辑；C项搭配不完整，应为“对于别的鲤鱼而言”。答案：D 8.下列句子排序正确的一项是（）①我的世界的本质超过了它们的理解能力。②它们相信它们的“宇宙”就由阴暗的池水和睡莲构成。③鲤鱼们的一生就在这浅浅的水池中度过。④我喜欢坐在距离鲤鱼仅仅几厘米的地方，然而，我们之间却如距深渊。⑤它们大部分时间在池底漫游，因此它们只模糊地意识到在水面之上存在有另一个外部世界。A.①④③⑤②B.③②⑤①④C.①④③②⑤D.②③⑤①④解析：先说鲤鱼，再到“我”。标志性的词语有“鲤鱼们的一生”“它们……意识到……另一个外部世界”“我的世界……超过了它们的……”等。答案：B 9.作者童年的哪两件趣事极大地丰富了他对世界的理解力，并且引导他走上成为一个理论物理学家的历程？解析：本题考查筛选文中重要信息的能力。要通读全文，准确把握，这两件趣事是贯穿全文的线索。参考答案：一是对鲤鱼的遐想，二是对爱因斯坦未竟事业的向往。 10.对于爱因斯坦未竟事业，作者是如何对待的？解析：本题考查筛选、整合文中相关信息的能力。文章的后半部分写了这个事情，要在认真读文章的基础上加以高度概括。参考答案：作为一个孩子，作者就决心学习能学到的关于爱因斯坦的一切以及他的未完成的理论，并且花了好多时间静静阅读能够找到的关于这个伟人和他的理论的每一本书，决定要对这一秘密刨根究底，纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。后来，作者开始着手建立自己的原子对撞机。 11.本文在材料处理上有什么特点？解析：“一名物理学家的教育历程”可记叙的事情很多很多，本文的作者并没有面面俱到，也不是蜻蜓点水，而是选取对他影响最大、最有代表性的事件来写，很有特色。参考答案：本文布局谋篇重点突出，详略得当。在整体上，作者并没有从童年到小学到初中到高中，按时间顺序叙事，而是通过童年的两件趣事和高中时建立实验室的事例，突出他成长为一名“物理学家”的“教育历程”，并不旁及其他成长的经验；在局部上，如高中阶段，作者看了许多统一场理论方面的书，并常常去斯坦福大学的物理图书馆，相关的理论书籍是怎样启发、引导他研究的，这里肯定有许多精彩的故事，但是作者只是一笔带过，重点放在制造“自己的原子对撞机”上，其中具体的数据叙述得很详尽，让人体会到作者严谨、踏实的性格，以及内在的成为物理学家所需要的基本素质。 12.联系全文，谈一谈你认为要成为一名科学家应具备哪些优秀品质。解析：本文三个主要部分，并不是简单地叙述成长的故事，而是具有深刻的科学精神内涵，可以从中看到哪些方面的“教育”对成为优秀科学家最为重要。参考答案：（1）丰富的想象力：科学是需要想象力的，想象力能带来创造力。作者正是从对鲤鱼世界的想象中，认识到人类观察空间的局限性，间接感悟到高维空间存在的可能。由感性的想象上升到理性的创造，体现了创新意识和探索精神。（2）独立的思考能力：科学不应该是枯燥的，而应该是充满乐趣的。探寻自然的奥秘，对真正的科学工作者来说，一定要善于观察和思索，养成独立思考的能力。（3）勤奋和执著的精神：有了想象力，有了乐趣，那只是成为科学家的最基础的因素。不去踏踏实实地做实验，就不能得到基本数据，假说就不能确立。一味地空想，不去做基础工作，没有勤奋和执著的精神，不可能达到真理的彼岸。