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素養提升

作品選讀

【選段一】

從廣義相對論找到一些更合理的時空，它們允許旅行到過去。其中之一即是旋轉黑洞的內部。另外一種是包含兩根快速相互滑過的宇宙弦的時空。顧名思義，宇宙弦是弦狀的物體，它具有長度，但是截面很微小。實際上，它們更像在巨大張力下的橡皮筋，其張力大約為一億億億噸。把一根宇宙弦系到地球上，就會把地球在三十分之一秒的時間里從每小時0英里加速到每小時60英里。宇宙弦初聽起來像是純粹的科學幻想物，但有理由相信，在早期宇宙中，那種對稱破缺機制可以形成宇宙弦。因為宇宙弦具有巨大的張力，而且可以從任何形態起始，所以它們一旦伸展開來，就會加速到非常高的速度。

哥德爾解和宇宙弦時空一開始就這么扭曲，使得總能旅行到過去。上帝也許創生過一個如此卷曲的宇宙，但是我們沒有理由相信他會這樣做。微波背景和氫元素豐度的觀測表明，早期宇宙并沒有允許時間旅行所必需的這一類曲率。如果無邊界設想是正確的，從理論的基礎上也能導出這個結論。這樣問題就變成：如果宇宙初始就沒有時間旅行必需的曲率，我們能否隨后把時空的局部區域卷曲到這種程度，直至允許時間旅行？

快速恒星際或星系際旅行是一個密切相關的，也是科學幻想作家關心的問題。根據相對論，沒有東西比光運動得更快。因此，如果向我們最近鄰的恒星——半人馬座ɑ——發送航天飛船，由于它在大約4光年那么遠，所以我們預料至少要等待8年的時間，旅行者們才能回來報告他們的發現。如果要去銀河系中心探險，那么至少要十萬年才能返回。

（節選自霍金《時間簡史》，有刪改）

賞析

這一選段從理論探討到實際應用，為讀者介紹了時間旅行和快速太空旅行。作者首先提出了時間旅行的可能性，然后引入了兩種理論上可能允許時間旅行的時空結構：旋轉黑洞和包含宇宙弦的時空。接著，解釋了宇宙弦的性質和可能的形成機制，然后討論了這些極端條件下時間旅行的理論可能性。最后轉向實際問題，探討如何在現實宇宙中實現快速旅行。

文中提到了多個高級物理概念，如“廣義相對論”“旋轉黑洞”“宇宙弦”“哥德爾解”“無邊界設想”等，作者將復雜的物理概念以相對易于理解的方式呈現了出來。

【選段二】

說起生命現象，我們想到的通常是一些相對比較大、比較復雜的生命體，比如說一棵樹，一匹馬，或者一個人。但是要想研究生命體的基本性質，如果你試圖從這些復雜的有機系統入手，那恐怕會徒勞無功，就像你沒法通過汽車之類的復雜機械研究無機物的結構。

同樣地，分析復雜生命體（例如人體）的時候，我們也必須先將它分解成獨立的器官，例如大腦、心臟和胃，然后再將這些器官拆分成生物性質均勻的原材料，這些材料有一個共同的名字：組織。從某種意義上說，各種組織形成復雜生命體的原理類似我們用物理性質均勻的各種物質制造機械裝置。

所以要解開生命之謎，我們要做的不僅僅是研究組織如何組成復雜生命體，還得進一步探查各種各樣的原子如何形成組織，進而組成每一個活生生的生命。如果你認為生物性質均勻的活組織跟其他物理性質均勻的普通物質差不多，那就錯得太離譜了。事實上，隨便挑一種組織（無論它是皮膚組織、肌肉組織還是腦組織），用顯微鏡觀察一下你就會發現，每種組織都由大量獨立單位構成，這些小單位的性質大體上決定了組織的整體特性。這些生命體的基本結構單元通常被稱為“細胞”，你也可以叫它“生物原子”（即“不可分割之物”），因為單個的細胞是保持特定組織特性的最小單位。

比如說，如果將肌肉組織切成只有半個細胞的一小塊，它就會失去肌肉的收縮特性，這就像只剩半個鎂原子的“金屬片”也不再是鎂金屬，其實它已經變成了一小塊碳！構成組織的細胞尺寸很小（平均直徑只有百分之一毫米）。我們熟悉的任何動植物都由極大量獨立細胞組成。比如說，成年人的身體包含了幾百萬億個細胞！

（節選自喬治·伽莫夫《從一到無窮大》，有刪改）

賞析

選段以通俗易懂的語言、生動的比喻和嚴謹的邏輯，有效地普及了生命科學的基礎知識，同時弘揚了探索未知、嚴謹求實的科學精神，對于提升大家的科學素養、激發對生命科學的興趣具有積極意義。

選段開篇通過對比生命現象與無機物結構的研究難度，巧妙引入主題，使讀者能快速聚焦于生命科學研究的特殊性和挑戰性。作者運用“汽車之類的復雜機械”作為類比，將抽象的科學概念具體化。作者強調，要解開生命之謎，必須深入到細胞層面，展現出了對科學真理的執著追求。

鏈 接

《時間簡史》是一部由英國著名物理學家斯蒂芬·霍金撰寫的科普著作，首次出版于1988年。霍金以通俗易懂的語言、簡潔生動的方式，向讀者介紹了現代物理學中的基本概念和前沿問題。全書分為十二章，涵蓋了從大爆炸理論到黑洞奇點的廣泛話題。

《時間簡史》從宏觀的宇宙大爆炸理論講起，探討了黑洞、時間旅行的可能性等神秘而令人著迷的主題，也從微觀角度闡述了量子力學等理論。霍金以其獨特的視角和生動的語言，使得復雜的物理概念變得易于理解，吸引了大量非專業讀者的興趣，帶領讀者探索宇宙的奧秘，思考時間和空間的本質。此外，書中提出的許多理論和觀點也激發了科學家們進一步研究的熱情，在科普界產生了深遠的影響。

讀書筆記

時空探秘

李 林

在浩瀚的宇宙中，時間如同一條無形的河流，流淌著無盡的奧秘。斯蒂芬·霍金的《時間簡史》猶如一艘智慧之舟，帶領我穿越了時空的長河，探索那些令人驚嘆的自然法則和宇宙之謎。

作者以通俗易懂的語言，將復雜的物理學概念娓娓道來。從大爆炸到黑洞，從時間的單向性到量子力學的不確定性，我仿佛親眼目睹了宇宙的誕生與演化，感受到了時間的流轉。

閱讀過程中，我被作者的深邃思想和嚴謹態度所折服。他不僅擁有廣博的知識，更有著對科學的無限熱愛和執著追求。他用生動的比喻和形象的描述，讓我領略到了科學的魅力。這本書不僅讓我了解了宇宙的奧秘，更激發了我對人類未來和科學發展的無限遐想。我相信，在未來的日子里，科學家們會繼續解開更多的宇宙之謎，為我們揭示更多關于時間和空間的真相。

讀完《時間簡史》，面對浩瀚的宇宙和無盡的時間，我開始思考生命的意義和價值。我將以更加敬畏的心態去面對這個世界，珍惜每一刻的時光，努力汲取知識的力量。

【四川瀘縣二中實驗學校】