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一名物理学家的
教育历程
作者:加来道雄
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2021-3-24 2
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• 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。
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统
一
场
论
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(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)。
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• 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”。
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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。
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• 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”。
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• 三.本文的基本结构
文章的题目是“一名物理学家的教育历程”,因此,叙述的顺序
主要是历时性的。但是,作者开头就说“童年的两件趣事极大地丰
富了我对世界的理解力,并且引导我走上成为一个理论物理学家的
历程。”而“童年的两件趣事”作为文章的主要内容,又是共时性
的叙述。这样的结构安排,使文章既脉络清楚,又重点突出。
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• 结构如图:
童年 青年 (成年)
鲤鱼世界的幻想 (想像)
实验 (理论物理学家)
爱因斯坦故事 (理论)
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•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。
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•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。
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•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”。
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CERN的大型强子对撞机
大型强子对撞机隧道内的冷磁体
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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。
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•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。
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•(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。
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“虫洞”模
型
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• 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”。
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• 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。
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• 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。
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• 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。
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• 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。
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同步训练
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• 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
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• 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
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•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
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•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
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•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
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•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
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•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
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•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.①④③⑤② B.③②⑤①④
C.①④③②⑤ D.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
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• 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。
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•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。
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•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。
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•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。
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