右归胶囊的功效怎么样:人教版普高课标实验教科书语文必修3教师用书 第四单元

第四单元

单元说明

　　这个单元学习科普文章。学习这个单元，要注意以下几个方面。

　　一、科学精神

　　在语文课上学习科普文章，并非以学习最新的科学知识和科学方法为主要目的，而是要得到科学精神的熏陶。

　　科学精神指的是科学主体在长期的科学活动中所陶冶和积淀的价值观念、思维方式和行为准则等的总和，一般认为包括求实精神、创新精神、怀疑精神、批判精神、宽容精神等几个方面，说到底是实事求是的精神。

　　我们谈论科学精神，首先，要理解实事求是的科学精神是科学家从复杂多变的客观世界中，怀疑探求，积累资料，去伪存真，最终获得科学结论的基础。其次，要认识到科学是推动人类进步的永恒的探索过程，科学精神又是科学进步的精神动力。有了这种精神，人类才不会因循守旧，停滞不前，不会把科学探索变成短期的功利性行为，而迷失在物欲之中。其三，实践是检验真理的惟一标准，这形象地说明了科学精神的真谛。科学结论的检验，不以人的意志为转移，都必须通过事实来获得验证。历史上无数科学战胜权势的例子，就是最好的证明。其四，我们要实现现代化，并不是简单地提高物质文明，更重要的是提高全民素质。因此，弘扬科学精神，就要反对伪科学，破除迷信，这有着广泛的现实意义和深远的历史意义。

　　具体而言，对本单元文章，我们要从以下两点入手：首先我们要关注科学探索的过程。如《动物游戏之谜》，“生物世界有一条普遍的规律，就是尽可能节省能量”，但是动物们为什么消耗能量去游戏，科学家们提出了各种各样的假说，文章展现了科学家探索的过程，并介绍了他们的科学思想和方法。文章动人之处并不在于最终得出结论，而在于其中传达出的多种可能性，开人眼界、发人深思，引发读者的阅读兴趣和求知欲。其二要关注科学探索过程中的人。如《一名物理学家的教育过程》，作者从小就对金鱼的世界感到好奇，由此产生对多维空间的好奇心，开始向往爱因斯坦的理论，并且付诸实验。真正的科学家追求真理、探索未知都是非功利的，科学探索是他们人生的最大乐趣，因此他们的人格魅力才彰显出来。

　　二、人文内涵

　　在科学活动之外，人类还有广泛的社会生活。所以，科普文章不仅弘扬科学精神，也要表现人文精神。科学活动不是孤立的探索过程，其中也显现出科学家追求真善美的精神和他们高尚的人生观和价值观。同时，科学精神和人文精神是互相交融、紧密联系的，是人类精神文明的有机组成部分。科学家追求真理、为科学奉献的精神，以及关注人类、关注环保等思想，是科学精神和人文精神共同的体现，不能生硬地区分开来。如《宇宙的边疆》，作者在讲解宇宙的构成，也不断地表达了对人类世界的思考。探索宇宙的激情和对人类的关怀结合在一起，使这篇文章超出简单的科学知识介绍层面，升华到更高的精神层面。阅读时一定要引导学生注意体会。

　　三、阅读方法

　　学习语文，要关注对学生情感态度价值观方面的熏陶，但不能忽视语文能力的培养，过程与方法、知识与能力方面的训练也是同等重要的。

　　科普文章一般归属于说明文范畴，因此，我们可以结合说明文的阅读方法，来学习本单元的文章。要注意以下几个方面：

　　1．把握对象

　　把握对象，指的是把握说明对象的特征或本质。阅读说明文，要学会从说明对象的形态、性质、结构、功用、制作方法、发展变化等方面去领会课文是怎样具体说明事物特征的。如何把握事物的特征呢?首先是从语句、语段中找出事物的特征。其次是从文章中概括、提炼出事物的特征。如《宇宙的边疆》，可以通过逐段归纳概括的方法，总结出宇宙的特征。

　　2．理清思路

　　理清思路，指的是弄清楚说明的条理和说明的顺序。常见的说明顺序有：时间顺序，如《一个物理学家的教育过程》；空间顺序，如《宇宙的边疆》；逻辑顺序，如《动物游戏之谜》。

　　3．说明方法

　　阅读鉴赏第四单元说明文常用的方法主要有：下定义、举例子、打比方、列数据、分类别、作比较、画图表、摹状貌等。此外，文艺性说明文还常用拟人、讲故事等方法。这些知识不必要求学生死记硬背，只要他们能在具体的学习中有所了解即可。

　　4．体会语言

　　首先是体会说明语言的准确性，这是说明文主要的语言特点。科学不容许含混不清，准确的语言才能反映说明对象的真实面貌。具体来说，说明文的语言必须准确无误，不能有漏洞有歧义；概念表述要清楚；不能以偏概全，更不能似是而非；恰如其分地使用修饰和限制的词语等。

　　其次要体会说明文语言平实、简明的特点。平实是清楚明白，不事雕饰；简洁是指简练、明确，不啰唆，不含糊。如《动物游戏之谜》中“游戏的实践性强，能产生直接的效果反馈，对锻炼动物的速度、敏捷、隐蔽、争斗、利用环境等能力很有效”。每个词语都不能删除，否则就会丢失某方面的信息，可以说这里作者用最简捷的文字把意思说明白了。

　　课文研讨

　　一、整体把握

　　1．结构

　　科学研究的思维过程一般是：提出问题──分析问题──解决问题。课文就遵循了这样的思路安排结构。课文的结构形式是“总—分—总”，先总结归纳，然后分项述说，最后再总结归纳；在内容上，先提出动物的各种游戏行为，引发读者的思考：动物为什么要进行游戏?然后分述各种假说，提供给读者对比思考，最后总结。

　　科学思维过程：

　　提出问题分析问题?解决问题

　　2．语言

　　科普文章的语言，很注重准确、全面，避免含糊、偏颇。注意下面语句中加点的词语，体会课文语言的特点。“战斗游戏时，动物亲密地厮打，看似战斗激烈，其实极有分寸，它们配合默契，绝不会引起伤害。”“厮打”表现动物战斗游戏的“激烈”和动物行为的特点；“游戏行为使得动物从小就能熟悉未来生活中要掌握的各种‘技能’，例如追逐、躲藏、搏斗等等，熟悉未来动物社会中将要结成的各种关系。”动物成年后，一般要脱离父母，自寻伙伴，所以用“结成”而不说“形成”，语义上有细微差别。“通过自得其乐的游戏，使动物紧张的自然竞争生活得到某种调剂和补偿，使它们在生理上、心理上容易保持平衡，从而得到一定的自我安抚，自我保护。”“调剂和补偿”表明动物游戏的本质，两者是互相补充的，单说任何一方面都是不完全的。“游戏向动物提供了大量机会，使它们能把自身的各种天赋技能和复杂的自然环境、社会环境巧妙地结合起来，因而无论对幼小动物还是成年动物，游戏都是一种十分重要的学习行为。”“提供”使“游戏”具有施动者的地位，使之超出个体行为的范畴，成为共性的事物。这样的例子在课文中还有很多，可以引导学生深入体会。

　　3．人文内涵

　　傲慢地生活在地球上的人类曾认为，只有人类才是有智慧的生命体，而其他动物不过是受制于条件反射、具有生理反应的简单生命。只有人类才会思考、才会有超出生理反应以外的各种行为。现在动物学家注意到动物具有游戏的天性，虽然还没有确定的答案，但是承认动物在游戏，承认动物具有一定的智力潜能、创造性和多样的交流方式，承认动物也是具有智慧的生命体，这本身就是认识上的进步。这种进步带来的影响是巨大而深远的，在生命伦理和生态环境等多领域具有重要意义。人类将因此重新定义动物，重新审视和动物的关系，进而重新认识自己。

　　二、问题探究

　　1．作者说“动物在游戏行为中”，表现出超出估计的“智力潜能、自我克制能力、创造性、想象力、狡猾、计谋、丰富多彩的通信方式”，你能从课文中找出相应的例证吗?

　　智力潜能：动物们的游戏，“与人类儿童的游戏行为有着相似特征”，这说明动物在游戏中蕴含着智慧。具体如给黑猩猩棍子，它会用棍子做各种游戏，等等。

　　自我克制能力：“（战斗游戏）看似激烈，其实极有分寸，它们配合默契，绝不会引起伤害。”“动物严格地自我控制，使游戏不会发展成真的战斗。”

　　创造性和想象力：北极熊玩棍子或石头；野象“踢”草球等。

　　狡猾、计谋：叶猴在树上互相推搡，攻守嬉闹。

　　丰富多彩的通信方式：动物群体的游戏活动，必定有各种形式的交流通信方式，才能保证游戏的组织、进行。如北极渡鸦排队滑雪，没有沟通是不可能井然有序的。

　　动物游戏中必然包含以上所说的各种能力，是综合性的能力，并不是说一种游戏只包含一种能力。

　　2．课文为什么没有确定的结论?

　　第一，动物游戏行为是非常复杂的，不同动物的游戏可能有不同的原因，人类对动物了解得还不多，现在提出的各种假说都有其合理性，也有其局限性。必须深入研究，才能解开动物游戏之谜。

　　第二、科学注重求实，即使作者倾向于某种假说，也要经过实验的证明，不能贸然下结论。

　　第三、包容性是科学精神的重要内涵。作者列举各种假说，其本意就有这方面的含义。让各种观点在宽松、包容的学术氛围中自由碰撞、融合，最终才能辨伪存真，求得真理。

　　关于练习

　　一动物为什么游戏，着实令人迷惑。课文里提供了几种假说，请你总结一下。你对每种假说的认同度如何，请用“★”号表示(最高为五星)，并说明理由。

　　设题意图：让学生整体把握课文主要内容，并能得出自己的认识。

　　参考答案：

　　假说

　　根据

　　结论

　　你的认同度

　　演习说

　　黑猩猩掌中戏水的游戏

　　游戏行为使得动物从小就能熟悉未来生活中要掌握的各种“技能”──游戏是生活的演习。

　　此项根据学生自主认识

　　自娱说

　　河马玩浮叶，渡鸦滑雪梯

　　通过自得其乐的游戏，使动物紧张的自然竞争生活得到某种调剂和补偿，使它们在生理上、心理上容易保持平衡，从而得到一定的自我安抚，自我保护。

　　学习说

　　黑猩猩玩棍子、动物“捉迷藏”和追逐游戏

　　游戏向动物提供了大量机会，使它们能把自身的各种天赋技能和复杂的自然环境、社会环境巧妙地结合起来，因而无论对幼小动物还是成年动物，游戏都是一种十分重要的学习行为。

　　锻炼说

　　羱羊奔跑跳跃、北极熊夏季进行的各种游戏

　　动物通过游戏来锻炼自己的身体和生存能力。

　　二阅读科普文章，不能只是被动地接受相关的知识，还应该自己去探索、补充。归纳课文中列举的动物游戏的种类、特征以及事例，并补充有关资料或自己观察发现的事例。

　　设题意图：培养学生对文本的归纳能力，以及扩展学习的意识。

　　参考答案：

　　单独游戏：无需伙伴，动物个体可以独自进行。马驹常常欢快地连续扬起前蹄，轻盈地蹦跳；黑猩猩掌中戏水；河马玩浮叶……

　　战斗游戏：由两个以上的个体参加，是一种社会行为。叶猴在树上互相推挤；北极熊摔跤……

　　操纵事物游戏：表现动物支配环境的能力。北极熊玩棍或石头；野象“踢”草球……(各种类并不是并列的，而是有交叉，比如此项中的动物游戏行为也可以看作“单独游戏”)

　　自己补充的资料或事例部分：略。

　　三关于人类从事体育活动、艺术活动的目的，现在有种种理论，莫衷一是。请搜集资料，看看专家们是怎么说的。

　　设题意图：人类的体育活动、艺术活动，有学者认为就是起源于“游戏”，由动物游戏行为联系扩展到人类的体育艺术等活动，让学生认识动物和人类都是有智慧的生命体；引导学生进行跨学科学习。不必要求深入，能有一些了解即可。

　　参考答案：略。

　　教学建议

　　一、科普说明文的教学，不仅要注意说明文文体的特点，还要注意科普文自身的特点。

　　二、学习科普文，让学生了解有关知识，当然是教学内容之一，但不要成为科学知识课，重点是语文方面的学习，培养学生的语文能力。

　　三、科普文中也蕴含着丰富的人文内涵，要注意对学生情感态度价值观方面的正确引导。同时提倡学生多阅读科普书籍，观看科普方面的影视，培养学生科学意识。

　　四、注意将科学与学生的生活联系起来，增加科普文学习的乐趣，避免枯燥的知识讲解。

　　五、关于课文所提到的“生物世界有一条普遍的规律，就是尽可能节省能量”，可参考王义炯《动物的节能术》(《动物谋生术》，江苏教育出版社1998年版)一文。

　　有关资料

　　一、作者简介

　　周立明，国际行为分析协会会员，曾任少年儿童出版社副总编辑。

　　二、动物的游戏（库宝善）

　　人类社会越来越现代化，科学技术日新月异，令人目不暇接，称之到了“知识爆炸”的时代也毫不为过。由此而来的是生活的快节奏，学习和工作的竞争也越来越激烈。这种竞争一直波及到了儿童，加之中国几千年来形成的望子成龙的传统观念，使作父母的把一切希望都寄托在孩子身上，实现自己未能实现的理想。祖孙三代4、2、1的局面，使12只眼睛都盯在了孩子身上，真是走路怕摔着，吃饭怕噎着，干活怕累着，要星星不敢摘月亮，要吃什么跑遍全城也要买来。这种过分保护、溺爱及过早地灌输知识会得到什么结果呢?乐观者说孩子越来越聪明，越来越早熟，将来能更好适应现代化的要求；悲观者则认为豆芽菜式的孩子将来经不起风浪，小皇帝太多了很难凝聚成统一力量，将来谁去当兵，谁去干那些艰苦创业性工作……。对孩子本身来说，是幸福还是……在此不想多发议论，还是让我们来看看动物世界的孩子们吧，也许会得到某种启迪。

　　玩耍，按原意来说应该是从觅食、自卫和各种约束的活动中解放出来，使肉体和精神充分放松的行为。但对野生动物来说这种机会真是太少了。例外的只是一些幼崽，围绕在母亲身边戏闹、玩耍。因为有母亲守在旁边至少不用愁吃，不用担心敌人攻击等等。这和人类一样，儿童时代好玩耍，一到成年则越来越少(赌钱之类应不在此例，因为不能达到身心放松之目的)。设身处地想一想，一点也不奇怪，成年食草类动物，为维持其庞大身躯，不得不去寻找、嚼食大量食物。一头大象每日要吃200～300公斤树叶和青草，为此24小时中就要花费12～14小时。熊猫食竹，牛羊食草每每要跑几公里到十几公里；食肉动物也并不轻松，它们的食物是活的、能自动避开，并非肚子一饿立刻就可以到手，有时一周也吃不上一顿，加上它们自己也要躲避人类和更强悍的猛兽，有时还会生病，也有年老体衰，为满足食欲经常要处于精神和肉体极度紧张状态。所以不管哪类动物，在这个弱肉强食的野生动物世界里，真正能放松的时间是极为有限的。

　　动物，其幼年时代的游戏，除了单纯玩耍目的之外，与其将来生活(这里主要是指觅食、繁殖和护身)是密切相关的。在人类社会有一种世界各国共通的儿童游戏：“医生瞧病”。大人们回忆起来，恐怕都会有这种经历，“过家家”，“医生瞧病”。在现实生活中，患者躺在床上，满脸严肃聚精会神的医生，站在旁边轻轻触摸病人腹部，叩打胸背……。患者中不少女性，医生则多为男性。孩子们看到这种情境也自然会加以模仿，其中还包含有一种潜意识，朦朦胧胧的要接触同龄异性的愿望；这是生物界的一种共性，人和动物要组成社会并维持这个社会，必须具有的一种本性，因此儿童时代就会产生这种性的欲望。而真正生活当中又除了医生这种工作之外，公然触摸异性躯体是会受社会舆论谴责的。

　　动物世界与人类社会不同，根本不存在这种限制。小动物们则是经常看到父母间、成年的同类之间公开的交配，这就像争斗、吃食一样极为平常，所以也就试着照样模仿。春季的动物园里，或乡间看到的羊群、牛群，不时看到有些小猴子、小山羊追在异性小动物后面，趴在背上，腰部拼命向前顶，真像成年动物交尾一样，但是看到它们那种无邪的样子，知道是在游戏。不用说，这并非生理上的性行为，只不过是模仿父辈性行为的一种游戏。这与人间的孩子们所做的“医生瞧病”游戏是一样的。只不过后者是受人类社会所制约，一定程度上受到压抑后变相的性游戏，而动物幼崽则是与实际性行为直接联系了起来。这对动物长大后的生活是有极大益处的，小时的游戏长大后则要成为现实。如果不知模仿从小就进行隔离饲养，失去与小伙伴共同游戏的机会，等到长大后则非常不幸。如猴子，母亲死了，人工喂养长大，这样的猴子就再也不能回猴山了，特别是性生活显得非常困难。尽管能表现出性欲，但不知道该如何做，结果行为变得异常。肉食性动物如虎、狮子，经常见到亲子间玩耍的场面，虽为猛兽但看到其兴高采烈的样子也颇为有趣。小老虎或狮子追着咬父母的尾巴，而尾巴就像一只活的小动物那样甩来甩去，逗得小家伙又蹦又跳，又滚又闹，不时跃起，用前肢捕捉。高兴时可以玩上一个多小时，累得小老虎或小狮子呼呼直喘。这样的游戏与长大后真正的捕猎很相似：看定猎物、俯身潜行、悄悄接近、猛然大吼一声跃起，利爪如钩、大口如盆、牙排利刃、尾似钢鞭，试想在这种凶猛的冲击下有何种猎物能幸免于难呢?有时看到有的小老虎在前方潜伏，一只则迎面走来，突然前者跳出，两只小虎便争斗起来，煞有介事打得不可开交，过一会儿可能会交换一下所扮演的角色，这一只伏卧，另一只走来，一场闹剧就又开始了。这些亲子之戏、兄弟之耍，到长大成熟后也就变成真实的生活了。联想到儿童们的追逐嬉闹，骑着人装的马打仗，也许就是人类争斗欲望的一种雏型。肥胖粗笨、憨态可掬的大熊猫，玩起来却很灵活：攀杠、钻圈、踏球、爬山、滑梯，逗得游客哄笑不止，流连忘返，但这些对其长大后起什么作用呢，目前正在研究大熊猫的生态习性，相信将来会得到答案的。

　　成年兽类几乎没有时间游戏，是说其主要精力用于找寻食物，防止敌人攻击，到了生殖季节还要为争夺配偶而与雄性同伴进行激烈格斗。但仔细观察，还是可以看到它们戏耍的场面。有人曾见到过黑猩猩在表演“滑稽戏”和“雨中舞”。两只雄性同伴，彼此搔首弄姿，像人一样大声嘻笑；天下雨了，这些“男子汉”在雨中发疯似的奔跑转圈、撅断树枝、拔掉青草，雄赳赳作示威状；而这时的雌猩猩则带着幼猩猩们躲在周围的树丛内，围观眼前发生的这场闹剧。难道这只是玩耍吗?还是出于对自然现象的一种恐惧感而故意作出的姿态?其真正含义不得而知。如果野生动物被关进了动物园，情况就变了。在自然状态下的野生动物世界里，它们经常处于高度紧张状态，会出现一些莫名其妙的冲动；关进动物园，丧失了紧张感，不必担心外敌的突袭，肚子饿了准会有人送吃的，发情期用不着争斗新娘就送上门。这样一来，它们的所有时间几乎都变成了自由时问，但是所过的也就只限于槛中生活了。和人间一样，虽有余暇但不能干自己所喜欢干的事情：滑雪、溜冰、观剧或看电影，只能在这种受限制的条件下来打发自己多余的精力了。长此以往，有些动物精神就会出问题，就像人类患神经症一样，出现一些奇奇怪怪的行为，一种在野生状态下看不到的玩“耍”。黑猩猩所演出的闹剧，也许就是这样发明出来的：早晨，饲养员送来了食物，还没等吃完，游客就进园了，越聚越多，它们会突然摇晃起庞大的身躯，像大相扑运动员那样直立站起，拍手打胸，在众人围观下也许会突然将手中拿的食物，如桔子、香蕉等抛了出去，打游客一个措手不及，引起一片喧哗一阵骚动，哄然大笑会招引来更多观众，将黑猩猩或大猩猩栅栏挤得风雨不透。有人还会再次将手中桔子、香蕉、巧克力等抛向它们，于是刚才的一幕可能又会重演，这是一种戏耍，但仔细看来大猩猩或黑猩猩的行为似乎显得有点奇怪。这也可能是猩猩们一种解闷的方式，借此来打发自己的余暇。但是，这样的消遣法，有时会将猩猩的精神和行为引向歧途。桔子、香蕉扔完了，它们可能会抓起粪便抛洒，这样一来就要乱套了，客人可能再也笑不起来了，满头满脸臭气哄哄，新衣新帽沾满污秽，其狼狈之状可想而知。猩猩这种恶作剧在各动物园并不罕见，人少时还好，人越多越来劲，俗称人来疯，在猩猩眼里也许这才够开心。有时还能见到猩猩们在运动场内的池子里洗手，玩水，突然会将水泼向人群，瞬间的惊愕之后又是一阵哄笑。水还算是干净东西，有时犯坏，蹲下身子不知干什么，突然用手把尿洒向游客。动物有时也会拿东西玩耍，在猴山放一面小镜子，勇气十足的年轻猴子首先拿起来，左照右照，近看远看不知道这是什么东西，看到自己的影像倒觉得挺有意思，一会儿举起来，一会儿放下去，招来群猴看热闹，有时把镜子摔碎，一只猴抢一片躲到角落去玩，高兴了甚至可以玩上一天。最后传到猴王手里，它把这件不寻常之物托在手里看了又看，面部毫无表情；若把一条口袋扔给大猩猩，它们左看看右看看，张开口袋往里瞧，把头伸进袋子，套住头摇晃两手，玩一会儿就嗤地将袋子撕破，扯成几片，拿了浸在水里洗，就像妇女在河边洗衣服一样，这里边到底有什么含义谁也猜不透，看来洗得还很认真，显示极大乐趣。在大象栏内放几根木头，可以看到它们用木头来玩耍，先是用脚踏，一看踏不坏，就用鼻子卷起来，一会儿搬到这一会儿搬到那儿，或者高高举起摔到地上，再举再摔。狼圈、狐圈周围是铁栅栏，基础是水泥，但中间应留出一块空地，这类野兽的兴趣是挖洞，这里挖一个那里挖一个，有时还用刚挖出的土将原先的洞填起来。挖洞，这在野生状态时是为了作窝，繁殖后代，但现在挖好后并不是为了住，仅仅是为了游戏，借以发泄过剩的精力。大猩猩小时候很愿意找饲养员玩，拉着手跑，非让抱一抱，逗逗闹闹，但这只能在小时候，最多是其体重与人差不多时，等长到二百多公斤了可就要小心了，这东西力大无穷有时不知深浅，一掌下去就会把饲养员打个鼻青脸肿。

　　由以上可以看出动物与人间的游玩有许多相似之处，都是在幼儿期、儿童期玩耍时间多，越大越少，这是因为小时无忧无虑一切依赖父母；长大一切要靠自己，精神紧张、任务繁重，毫无玩耍的余暇。动物园里的动物与野生状态不同，时间有余，所以应该研究增加些什么科目进行训练更为合适，忽略了这点有时动物可能会产生神经症，有的则陷于极度紧张，最终会招致躯体疾病。由此想到人问，如何减轻儿童负担，恢复童年的天真，在游戏、玩耍、娱乐当中训练孩子们的才能，培养起有益的兴趣；过保护方式，强迫性灌输，禁锢式生活，放纵任性等等对孩子们的身心健康可能不会有益处。

　　(选自《动物与人行为探秘》，北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社1992年版)

　　三、动物的通讯方法（丁运联）

　　群居动物个体之问总要互通信息，在这方面它们和人类相似。比如青年人在车厢里看到拄拐杖的老人上车，他起立让座，老年人见到青年人的礼貌行为点头表示谢意，坐了下来；路上流氓行凶，受害人大声呼救，热心肠的人立刻奔上前去，边跑边喊救人，坏人听到有人呼应，一溜烟地跑了。被害人的求助，行路人的申援，行凶者的逃跑，都是听到声音，看到现象，才产生这些动作的。至于我们嗅到或触摸到什么，也会和听到或看到一样产生行为。由此可知行为的产生首先要获得信息。我们接收信息要通过眼、耳、鼻、皮肤、舌等器官。这些器官我们叫做感觉器官，简称感官。人和人之间的通讯依靠感官，动物也是如此。

　　动物感官机能的原理虽和人类相同，但是有的构造却很特殊，着生的部位也不一样。比如昆虫的复眼里有几千只小眼睛；蛾子的触角还能当鼻子使用；蝗虫的听觉器官不长在头上，却生在腿上；鱼类的皮肤不像人类是裸露的，它有层鳞片覆盖着，身体两侧的鳞片上有侧线，接受水的波动，这就是鱼的感觉器官。动物的这些感觉器官有的比人的还要灵敏得多。

　　姿态和色彩

　　动物接受信息多数来自眼睛，比较容易被眼睛接受的刺激是姿态。

　　蜜蜂能用跳舞的方式通知同伴一块儿去采蜜，跳舞的特殊意义为对方所“理解”。这个秘密是被一位奥地利生物学家弗里茨揭露的。他通过长期耐心的观察和精心设计的实验才搞清楚的。

　　图1蜜蜂的圆圈舞（左）和轮摆舞（右）

　　弗里茨把盛有糖溶液的碟子放在临近蜂巢的地方，工蜂终于发现了这只碟子。一小时内成百只工蜂蜂拥而至。弗里茨给最先光顾的工蜂背上点了一点红颜料。为了搞清楚回去的工蜂干了些什么，他制做了一只配有玻璃的蜂巢。他发现点了红颜料的工蜂回巢之后，做一种有规律的飞舞。弗里茨把这种舞蹈叫做圆圈舞(图1)。巢里其他工蜂立即围上来，表现出非常兴奋的样子。围观的工蜂不久也开始模仿着跳起来，接着工蜂群由发现食物的蜂子带领直飞盛糖碟子的所在地，有时不由那只工蜂领路也会飞到目的地。

　　弗里茨继续观察研究，又知道工蜂还会跳一种他命名的轮摆舞。工蜂跳这种舞时先直线前进，腹部前后扭摆，在空中划一个半圆，回到原来出发点。第二次向前进时，换一个方向，左右交替进行，路线像“8”字形(图1)。其他的工蜂见到时，也会像跳圆圈舞时那样，先围观，后模仿，接着就出动。

　　工蜂为什么要跳两种不同的舞?这个问题还是由这位科学家经过实验寻到答案的。原来不同的舞蹈都和食物的来源以及蜂巢的距离有关。当蜜源离蜂巢不远，回来的工蜂跳圆圈舞；蜜源距离蜂巢在100米以外，工蜂改跳轮摆舞。如果蜜源距巢350～700米，他发现轮摆舞的速率会发生改变。如蜜源距巢350米，工蜂跳15回完整的轮摆舞花30秒时间，而在700米距离，用同样时间只跳11回。

　　在没有发现食物的工蜂陪伴下，其他工蜂群出动采食时，怎样知道朝哪个方向飞呢?

　　图2蜜蜂指示方位的方法

　　他从实验中又找到了答案。先假定太阳的方位和采食的行为有关联。他把食物放在蜂巢和太阳之间，使三者成一直线排列。回来的工蜂把每趟起舞出发时成直线飞舞的一段与这条直线重合。他又把食物放在太阳和蜂巢连结线的右方成45°的地方，那么回来的工蜂也向右调整起舞出发时的直线方向，使它与食物和蜂巢的连结线的夹角也成45°。在蜜蜂的舞蹈中所发出的信息，如果变成人类的语言，就是一句话：“飞向太阳偏右45°方向!”(图2)。

　　图3大灰雁的姿态

　　动物行为学家经过充分研究大灰雁的各种行为之后，把它们通过姿态所反映的信息给翻译出来了。在图3中：

　　一、表示警惕，二、在一定距离之外恐吓对方，三、全力以赴地开始攻击，四、处于攻击和退却的矛盾之中，五、在攻击和退却之间略有踌躇，六、防御，七、服输，八、怯生，九、接近未来的配偶。

　　哺乳动物所表现的各种姿态我们就更加熟悉了。当看到一只猫耸起背脊上的毛，弓着腰，这是向你表示敌意的一种姿态。一条狗摇曳着竖起的尾巴向你跑来，你也一定明白这是表示欢迎。至于动物界中最聪明的黑猩猩，彼此交往的信息系统就更加发达了，而且还有类似人类感情的雏形。试看图4，它们通过面部表情的各种变化来传递信息的手段是多么接近人类。

　　图4黑猩猩的各种面部表情神态

　　色彩也能成为信息，被眼接受。浅而鲜明的颜色往往是雄鸟，因为它作为信息易被雌鸟发现。同时，同种的其他雄鸟也易于发现这种“不要接近，以免发生冲突”的信息。还有的动物身体的色泽在繁殖时期能够改变，借以引起异性的注意。

　　声音和语言

　　昆虫用各种方法发声。知了在腹部有气室和鼓膜，腹部肌肉的张弛使气室里的空气振动鼓膜而吱吱地叫个不停；蝗虫、蚱蜢用后肢摩擦翅膀唱歌；蟋蟀用双翅相互擦击，唧唧呜叫。

　　鸟类的发声并不像有些人所想象的那样，有声带起作用，或者是鸟舌在起作用。鸟类的啼啭是通过鸣管发声的，鸣管是气管特化的一种发声器官。不过鸟类也用其他方法发声。如松鸡用翅膀敲木头，啄木鸟用喙啄树干，作为声音通讯的方法。

　　哺乳类一般用呼气来振动喉间声带发声，但也有例外。如水狸鼠用尾巴拍打水面发出警报。蝙蝠会发出频率很高的、人耳听不见的超声波作为食物定位和自己避开障碍物的凭借。

　　动物能发出不同的声音。有的我们也能分辨。为此，在我们的词汇里才出现“虎啸”“狼嗥(ｈáｏ)”“马嘶”“咩咩(ｍｉē羊叫)”“呦呦(ｙōｕ鹿鸣)”“狺狺(ｙíｎ犬吠)”“咪咪(猫叫)”“喔喔(鸡叫)”等词组。可是劝君切莫过于自信，人类能听得到的动物声音的范围相当狭小，刚才提到的蝙蝠，它发出的高频率声波我们就听不到；低频率的、过于细小的我们也听不到。虽然耳不济事，却可借助声波摄谱仪，录下图谱以供研究。

　　一种动物在不同情况下会发出高低疾徐不同的声音。在日常生活中，我们看到，狗在摇尾乞食时发出的哼声和它处于紧张状态引颈张口、鬣毛直竖时的吠声完全不同；雌猫和雄猫在发情期的对叫和两只雄猫捉对厮打时的呼叫也完全不同。

　　一些科学家还相信，多种动物能用某些含有一定意义的声音信号进行交往。打野鸭子的猎人会吹一种哨音，招来野鸭就是这个道理。

　　动物界中最聪明的黑猩猩能利用各种各样的叫声交流各种信息。当看到树上结着美味的果子，它就大声呼啸，通知同伙，附近群中的成员也会闻声而至。当它遭受攻击，会发出疼痛或惊吓的号叫，此时母亲或是同伴就赶去救援。黑猩猩的一种“ｗｕｒɑ…ɑ…ɑ…”的叫声，令人感到毛骨悚然。一有这种呼叫声，它们的同类就会快速奔向出事地点。黑猩猩还能准确无误地判断是谁在发出信号，它们正是利用这种啸叫，以保持分散着的本群成员之间的联系。

　　海豚不仅在水里发声而且可以把喷气孔伸出水面发声。它们发出各种各样的声音：尖叫声、吱吱声、唿哨声、嘶哑声、呼喊声等。如果这些声音集中于一个海洋水族馆，使你听来有震耳欲聋之感。它在水下发出的“卡塔”声能起回声定位的作用。饲养的海豚还能模仿人的声音。在美国夏威夷群岛的水族馆里，观众可以听到宽吻海豚把头探出水面说：“yes，ok!”

　　动物有没有语言?海豚发出类似人类说话的声音是不是语言?科学家花了不少时间，做了许多努力，可是结果却令人大失所望。海豚只能随着人重复一二个没有意思的音节，至多也只能模仿人的个别单词，就像宽吻海豚发出英语的“是的，好!”一样。海豚同其他动物一样，不能进行抽象思维，没有近似人类的真正语言。

　　读者此时或许会在脑海里泛起鹦鹉学舌的情景。受过训练的鹦鹉，一见客人进门，开口喊道：“客来倒茶!”看来鹦鹉会说话，其实它发出类似人的语言的声音是一种条件反射。在鹦鹉的大脑皮层里不存在类似人的思维过程。这种条件反射属于索食性的条件反射，是在鹦鹉出生以后经过训练，或是在经验中逐步形成的。饲养员在有人进门时教鹦鹉说“客来倒茶”，以此作为喂食的信号。经过反复训练，次数多了，人的出现，发出“客来倒茶”的声音就和进食联系起来了。以后一旦有人出现，鹦鹉叫客来倒茶，变成了它索食的信号。这种条件反射不是天生就有的，也不是一经建立就终身不变，它需要有食物这个条件加以巩固，否则，日子久了，这种索食性条件反射就会逐渐消失。

　　气味和触感

　　动物的嗅觉和触觉也能在社会行为中起作用。

　　蚂蚁会施放一种叫做外激素的分泌物到体外，撒布在所经过的道路上，虽然数量极微，但它的同伴却能依靠极其灵敏的嗅觉，跟踪前进，直到找到施放外激素的蚂蚁发现食物的地方为止。跟踪的蚂蚁也能在原路上施放自己所分泌的激素，加浓这种气味，借此招引更多的同伴共同搬运食物。

　　这些小动物依靠同族具有的特殊气味辨别同族和异族。一只误入异族巢穴的蚂蚁，因气味有别而被发觉，此后的命运就很悲惨了。

　　小小蚂蚁身上通讯设备可不少，它头上的一对触角也负担这项任务。在搬运食物的道路上，蚁群来去匆匆，只见它们照面时，总是双方碰一碰触角。这种通过触角传递的信息和其他信息系统相辅相成，使得小小蚂蚁能运用群体的力量，完成远远超过它们体力的大事。

　　图5羚羊用香腺的分泌物作信号

　　家犬在不熟悉的路上，老是边走边嗅，它跑上一段路，跷起后腿撒点尿在路边，或是墙角，或是树根上。原来这也是一种运用气味跟同伴进行通讯的方法。许多种哺乳动物会在它们相会或者将遭遇敌手的地方涂上有气味的标记。如棕熊在树干上擦背，或像狗一样撒尿。雄性的羚羊在眼眶的前角长有香腺，当它要在一定地点做标记时，就把眼角在附近的短树枝上刮一下，使香腺的分泌物留下来，以后便于同伴或者自己能够辨认路线(图5)。

　　课文研讨

　　一、整体把握

　　1．文体特点

　　课文是一部电视片的解说词，具有以下几个特点：

　　(1)解说词要根据解说对象的特点，有明确的主题和说明重点，不能面面俱到，要突出事物的主要方面，抓住事物的关键，即使是拓展性内容，也不能游离解说的主题。如课文解说的对象是宇宙，那么就要紧扣宇宙的组成来介绍，不能随意生发其他问题。

　　(2)解说词补充和增加解说对象的相关信息，主要是知识和情理的扩展，使读者接受到画面和实物本身无法传递和难以表达的涵义。如课文中对光年基本概念的介绍(知识扩展)，将宇宙比做大海，激发读者对宇宙的想象(情理扩展)。

　　(3)解说词是一个有机的整体，但各个部分又有相对的独立性。课文从宇宙整体到星系的组成再到太阳系，虽然每个部分紧密相联，但又各有侧重，各有中心。

　　2．说明顺序

　　解说词具有一定的视觉性，随着摄影镜头由大尺度空间到小尺度空间，缓缓推进。就我们的阅读来说，课文已经脱离了电视视觉画面(还能感觉到电视画面对文字的影响，如“我们现在已经回到了我们的后院”等介绍性词语)，独立成篇，从说明顺序上看，采取的是空间顺序：

　　这样的说明顺序，好处在于：

　　(1)虽然我们生活在宇宙中，但是我们跳出宇宙之外，将它作为纯客观的说明对象来解说，这样能够更清晰、直观地介绍。

　　(2)空间尺度由大到小，让读者从整体上有所了解之后，再深入局部了解细微，这样顺序清楚，层次分明，符合读者的思维习惯。

　　(3)由广阔的宇宙，穿过无尽的空间，最终回到人类的家园，这是探索和发现的过程，表现了人类对宇宙的敬仰和“掌握我们自己的命运”的热情。“人类的未来取决于我们对这个宇宙的了解程度”，由宇宙再反观地球，就是人类的未来之路，说明的顺序和作者的思想达到某种契合。

　　3．议论与抒情

　　课文补充了许多相关知识，但是更突出的，是作者抒发自己的思想感情，其中有大段的议论和抒情。如开始的三段文字和结尾的两段文字，强烈的议论和抒情色彩，融说理和抒情为一体，而且和说明性的文字配合自然，传达了作者对宇宙和人类的认识。语段中的议论和抒情也是随处可见的，如“假如我们被随意搁置在宇宙之中，我们附着或旁落在一个行星上的机会只有1033分之一。在日常生活当中，这样的机会是‘令人羡慕的’。可见天体是多么宝贵。”等。

　　二、问题探究

　　1．人类认识宇宙，是从地球开始的，为什么作者的解说，不沿着人类认识发展的轨迹进行呢?

　　当然，按人类对宇宙认识的历程来介绍，也未尝不可。课文的介绍顺序，是符合宇宙演化规律的，先有宇宙，次有星系，再有恒星，再有行星，这样介绍便于知识的梳理；其二，这是电视片的解说词，由摄影的角度来看，先整体后局部便于把握，而先局部后整体，表述上容易混乱，视觉画面也不好协调。

　　宇宙的边疆2．作者对宇宙有怎样的认识?

　　宇宙辽阔无垠，神秘莫测。而人类生活的地球，只是宇宙中的沧海一粟，“它的存在可能仅仅对我们有意义”。宇宙不因为地球及生活在地球上的人类而存在，而人类的未来，却取决于对宇宙的了解程度。

　　3．作者对人类有怎样的认识?

　　人类在宇宙中是渺小的，“只不过是晨窗中飞扬的一粒尘埃”；人类关心的大多数问题，对宇宙来说更是微不足道、毫无意义；但是人类又是勇敢、光荣的，他们以渺小的身躯，来探索广阔的宇宙，人类在渺小之中迸发出宇宙般的伟大。

　　4．课文中有大段的议论和抒情，是否干扰了对宇宙的说明?

　　作为电视片的解说词，不仅要让观众了解宇宙的客观构成和相关知识，还要表达人类对宇宙的主观认识和人类探索宇宙的意义，这样才能感染观众，激发他们对宇宙的兴趣。所以，议论和抒情不仅没有干扰介绍，反而使介绍更具科学意蕴和人文内涵。

　　关于练习

　　一本文是一部大型电视片的解说词。说说作者是按照什么顺序做介绍的，并归纳一下每个部分的主要内容。

　　设题意图：让学生了解课文的主要内容和结构。

　　参考答案：

　　作者是按照空间顺序，由大尺度空间向小尺度空间推进介绍的。第一部分介绍宇宙并说明人类探索宇宙的意义；第二部分介绍星系；第三部分介绍恒星；第四部分介绍行星和太阳系；最后回归到人类的家园。

　　二作者不仅介绍相关的宇宙知识，还发表自己的见解。结合上下文，说说你对下列句子的理解。

　　1．从宏观来看，人类所关心的大多数问题都可以说是无关紧要的，甚至是微不足道的。

　　2．这些探索活动提醒我们：好奇是人类的天性，理解是一种乐趣，知识是生存的先决条件。

　　3．我们探索宇宙的时候，既要勇于怀疑，又要富于想象。想象经常能够把我们带领到崭新的境界，没有想象，我们就到处碰壁。怀疑可以使我们摆脱幻想，还可以检验我们的推测。

　　4．因为宇宙中的大部分是空的。唯一典型的地方在广袤、寒冷的宇宙真空之中，在星际空间永恒的黑夜里。

　　5．宇宙汪洋茫无际涯，范围之大，难以想象，而这个星球仅是其中之一，完全淹没于宇宙汪洋之中，它的存在可能仅仅对我们有意义。

　　6．我们这个世界人才济济，人们勤学好问。我们的时代以知识为荣，我们是很幸运的。人类是宇宙的产物，现在暂时居住在叫做“地球”的星球上。

　　设题意图：让学生品味语言，理解议论和抒情在文章中的作用。

　　参考答案：

　　1．人类对宇宙来说，是渺小甚至微不足道的。

　　2．人类对宇宙的探索是本能的，是人类拥有智慧而必须承担的责任，也是人类拥有未来的希望。

　　3．人类探索宇宙所需要的勇气和素质。

　　4．宇宙大部分是虚空(当然不是绝对的真空)，所以人类能生活在一个固体的星球上，是非常幸运的。

　　5．宇宙广阔无垠，地球只是其中的沧海一粟，人类更是渺小。人类对宇宙的存在也许毫无意义。

　　6．虽然人类是渺小的，但人类也是伟大的。人类以知识、智慧和勇气证明了自己存在的价值。

　　三作者带领我们遨游宇宙后说：“人类返回家园的长途旅行已经开始”。那么，请你做解说员，向大家介绍一下地球的情况。

　　设题意图：扩展学习内容，让学生了解地球，了解人类。培养他们珍爱地球环境，珍惜美好生活的意识。

　　参考答案：略。

　　教学建议

　　一、以前教材中没有出现过解说词，但是在日常生活中，我们经常接触到各类解说词，可以让学生联系实际，了解解说词的特点；也可以找来其他科学电视片，结合视觉画面，让学生全面地感受解说词的特点。

　　二、课文中有许多精辟的议论和热烈的情感抒发，要让学生借此了解作者对宇宙和人类的思考，并引发他们自己的思考。

　　三、从古代运用天文方法确定耕作时间，到现代对宇宙形成演变的种种假设，对宇宙的探索，已经成为人类生活的一部分。宇宙从何而来，向何而去，人类从何而来，向何而去，这些基本问题不仅具有科学意义，而且具有哲学的意味。可以让学生了解一些有关宇宙的基础知识，扩展他们的思维层次和文化素养。

　　四、有条件的话，阅读《宇宙》全书，也可以观看相关的电视片，比如“探索(discovery)”之类的作品。

　　有关资料

　　一、作者简介

　　卡尔·萨根(CarlSagan，1934—1996)，美国人，曾任美国康奈尔大学行星研究中心主任，被称为“大众天文学家”和“公众科学家”。他以对科学的热忱和个人巨大的影响力，引导几代年轻人走上探索科学之路。他对人类将无人航天器发送到太空起过重要的作用，在行星科学、生命的起源、外星智能的探索方面也有诸多成就。他主持过电视科学节目，出版了大量科普文章和书籍，其《伊甸园的飞龙》曾获得普利策奖，电视系列节目《宇宙》在全世界取得热烈反响。主要作品还有《宇宙联接》《宇宙》《布鲁卡的脑》《被遗忘前辈的阴影》《暗淡蓝点》《数以十亿计的星球》等。

　　二、宇宙日历（卡尔·萨根）

　　你在过去幽暗的时光深渊里，还看得见其余的影子吗？

　　威廉·莎士比亚

　　《暴风雨》

　　地球形成的年代是很悠久的，而人类出现的时间还不算长。每个人生活中的重大事件以年、月、日计算，我们的一生以数十年记载，我们的家谱以世纪划分，而整个有记载的历史则用千年来计量。在人类出现以前已有了相当长的一段历史，这段历史时期延续了几个纪代，而我们对这段历史的了解可以说是寥寥无几。产生这种情况，一方面是由于没有文字记载，另一方面则因了解这个无限遥远的历史时期有着一定的实际困难。

　　远古时期某些事件的年代，现在我们已经能够测定了。利用地质分层和使用放射性元素可以确定考古学、古生物学和地质学上发生的重要事件的年代。天体物理学的理论为确定行星表面、星体和银河系的年代提供了数据。同时也能估测出非常事件(即大爆炸)到现在的大略时间。大爆炸可能是宇宙的开端。现代宇宙的所有物质和能量都陷入了这场大爆炸。我们也可以说，这是一场大中断，就在这场间断中，有关宇宙早期历史资料全被毁灭了，但大爆炸确实是我们有记载的最早的一次大事件。

　　据我所知，表达宇宙年表最有效的方法，是设想把宇宙的150亿年时间(或者至少是自大爆炸后的具体时间)压缩成一年的时间。这样地球历史上的每十亿年，就相当于这种宇宙年的24天左右，宇宙年的每秒钟表示地球绕太阳运行475公转。我这里介绍三种宇宙年表：12月份前的日期表，12月份的月历和新年除夕夜晚的明细考察表。按这个换算法，现代和历代史书上的大事件都必须一秒钟一秒钟地列举记载。这样就能把我们学过的时间间隔较长的历史大事件表列出来。在人类生活史上，有许多重要事件可能发生在不同的时期，正如一种同样瑰丽的地毯，可能是在不同时期织成一样，如在4月6日或9月16日的上午10点零2分和10点零3分之间。但我们这里详细记载的只是宇宙年最后一天的日志，于是就不会发生时间重叠的情况了。这个年代和当前最通用的史料相符，但某些内容还不完全可靠。例如，假若最终证实了植物原是在奥陶纪而不是在志留纪移植陆地，或者证实环节蠕虫的出现早于表中所说的前寒武纪，这完全可能，不足为奇。

　　此外，很明显要在表3中，于宇宙年最后十秒钟时间内，把所有重大事件逐一列进去也是不可能的。我没有详尽地提到美国、法国、俄国和中国的革命，以及其他重大历史事件，关于这一点，我希望能够得到谅解。

　　可以意料，这样的年表、月历和日志的设计仍很简陋。在此宇宙年里，9月初地球还没从星际物质中冷凝形成，恐龙仅出现在圣诞节前夜，开花植物首次出现在12月28日，男人和女人的起源发生在除夕晚上十点半。所有人类有记载的历史都排在12月31日的最后十秒钟内。从中世纪的衰落到现在仅是一秒多时间。可正是由于我这样精心的安排，第一个宇宙年恰好结束。虽然人类在宇宙年里所占的时间短暂，但意义非凡。当然，在第二宇宙年的开端，地球上或其附近将要发生什么变化，这完全取决于人类的科学水平以及人的智慧聪颖的头脑了。

　　表1十二月份前的日期表

　　大事件

　　时间

　　大爆炸

　　银河系形成

　　太阳系产生

　　地球诞生

　　地球上生命出现（大约）

　　地球上已知的最古老岩层形成

　　最早古化石（细菌和蓝绿藻）时代

　　性别出现（微生物首创了性别）（大约）

　　最古老的光合植物化石

　　真核细胞（最早的有细胞核的细胞）繁盛

　　1月1日

　　5月1日

　　9月9日

　　9月14日

　　9月25日

　　10月2日

　　10月9日

　　11月1日

　　11月12日

　　11月15日

　　表2宇宙年12月份月历

　　星期日

　　星期一

　　星期二

　　星期三

　　星期四

　　星期五

　　星期六

　　1地球上对生物有重大意义的大气层的含氧量开始增加。

　　2

　　3

　　4

　　5火星上频繁的火山活动以及运河形成。

　　6

　　7

　　8

　　9

　　10

　　11

　　12

　　13

　　14

　　15

　　16原始蠕虫出现

　　17前寒武纪结束，古生代和寒武纪开始。无脊椎动物兴盛。

　　。18原始海洋浮游动物出现。三叶虫繁盛。

　　19奥陶纪。第一条鱼，第一个脊椎动物。

　　20志留纪。原始维管植物。植物开始移植陆地。

　　21泥盆纪开始。原始昆虫。动物开始移植陆地。

　　22第一个两栖动物。原始飞行昆虫。

　　23石炭纪。原始树林。原始爬虫类。

　　24二迭纪开始。原始恐龙。

　　25古生代结束。中生代开始。

　　26三迭纪。原始哺乳动物。

　　27侏罗纪。始祖鸟出现。

　　28白垩纪。原始开花植物。恐龙灭种。

　　29中生代结束，新生代和第三纪开始。原始鲸目动物。原始灵长目动物。

　　30灵长目动物大脑额叶的早期进化。原始类人猿。高级哺乳动物繁盛。

　　31上新世结束。第四世（更新世，全新世）。原始人。

　　表3宇宙年12月31日日志

　　大事件

　　时间

　　森林古猿①和拉玛猿②问世。它们很可能是类人猿和人的祖先。

　　原始人类出现

　　广泛使用石器

　　北京猿人学会用火

　　新冰河期开始

　　航海者定居大洋洲

　　欧洲的大批洞穴壁画

　　发明农业

　　新石器时代的文化（细石文化）；城市国家③

　　塞姆人、希伯来人④和埃及的古王国；天文学的发现

　　发明字母表；阿卡德帝国⑤

　　巴比伦的汉谟拉比法典；埃及中古王国时期

　　青铜冶炼；迈锡尼文化⑥；特洛伊战争⑦；哈拉帕文化⑧；指南针的发明

　　铁的冶炼；亚速帝国兴起；犹太王国；腓尼基人兴建迦太基

　　印度的阿育王，中国的秦朝；雅典；佛教诞生

　　欧几里得几何学；阿基米德物理学；托勒密天文学；罗马帝国；耶稣基督诞生

　　印度算术中发明零和小数；罗马城陷落；穆斯林远征

　　玛雅人文化；中国的宋朝；拜占庭帝国；蒙古入侵；十字军远征

　　欧洲文艺复兴时期；西欧和中国明朝的航海者发现新航路；科学试验法出现

　　科学技术广泛发展；全球文明出现；人种自行毁灭方式探测；宇宙飞船的星球探索和研究地球外的智力

　　大约下午1点30分

　　大约下午10点30分

　　下午11点

　　下午11点46分

　　下午11点56分

　　下午11点58分

　　下午11点59分

　　下午11点59分20秒

　　下午11点59分35秒

　　下午11点59分50秒

　　下午11点59分51秒

　　下午11点59分52秒

　　下午11点59分53秒

　　下午11点59分54秒

　　下午11点59分55秒

　　下午11点59分56秒

　　下午11点59分57秒

　　下午11点59分58秒

　　下午11点59分59秒

　　现在：元旦第一秒

　　（选自《伊甸园的飞龙》，吕桂译，河北人民出版社1982年版）

　　①森林古猿：古生物学上把欧洲和非洲发现的古猿化石定名为槲猿，过去译为“森林古猿”。本书中全用过去译名。

　　②拉玛猿（Ramapithecus）：在印度发现的一种古猿化石。现在较普遍的看法，认为拉玛猿是人类的早期祖先；森林古猿是继续向猿方向发展的类型。

　　③城市国家：公元前3000年代前半期，在苏美尔地区形成的一些奴隶制国家。

　　④希伯来人：即犹太人。

　　⑤阿卡德帝国：公元前3000年代初，游牧的塞姆人部落建立的阿卡德王国（约公元前2371—2191年）。

　　⑥迈锡尼文化：迈锡尼是古代南希腊的一个重要文化中心。迈锡尼人从北部进入希腊半岛，在这儿建立了自己的奴隶制国家和创立了迈锡尼文化。迈锡尼文化的一个重大创造就是发明了自己的文字。

　　⑦特洛伊战争：古希腊人与特洛伊人之间的十年战争。

　　⑧哈拉帕文化：近五十年来在印度河流域发现很多城市文化遗址，称为哈拉帕文化。

　　三、宇宙诞生之争（蒂姆·雷德福）

　　当今世界上两位研究宇宙的大师在时间的开始与延续问题上相持不下。数学家和物理学家们正在阅读两篇论文，这两篇论文在为什么宇宙可能永远没有终点的问题上各执一词。

　　一方是坐在轮椅上的宇宙学家斯蒂芬·霍金(他可能是仍然在世的最著名的科学家)及其剑桥大学的同事尼尔·图罗克，他们在将由《物理快报》发表的论文中提出的论点是最初万万万亿分之一秒时间里发生的一切可能决定了宇宙永恒不灭的本质。

　　另一方是俄罗斯物理学家安德烈·林德(他是膨胀理论的泰斗之一，试图解释在最初的一刹那时间里发生的事情)，他在已发表的论文中说，霍金和图罗克理解错了，因为类似于我们所处的这个砰然一声就诞生的宇宙时时刻刻都在出现，因此试图找到时间的开始或终止是毫无意义的。

　　这一争论的实质是个重大问题。所有证据都表明我们的宇宙有一个开始，而且这种开始包括空间和时间这两方面。我们的宇宙150亿年来一直在膨胀。那么，存在着早于我们的宇宙诞生时刻“之前”的宇宙吗?宇宙膨胀会终止吗?

　　天文学家们一再提出的假设认为，我们的宇宙密度还不足以使其自身的扩张停下来。再过数十亿年之后，所有星系都将会衰颓，但是尚有余烬的星系残骸还将永恒飘荡，彼此间的距离越来越远。霍金在其最新写就的论文中检验了爱因斯坦的某些思想，并利用纯理论得出同样的结论：我们宇宙的未来是由其诞生时的条件决定的。

　　天文学家马丁·里斯教授最近说：“他们声称以某种比其他关于这些问题的设想更自然的方式建立了低密度宇宙理论的模型。这是一个变异理论，利用了霍金早些时候提出的某些思想。”他还说，林德认为霍金和图罗克的理论模型没有给出正确的宇宙密度。“他们的理论已受到天文学泰斗林德的抨击”。

　　这两种论点都以名为宇宙膨胀的瞬间为论据。在宇宙膨胀的瞬间，宇宙砰地一声从无到有诞生了，并以比光速快得多的速度自我膨胀。这种膨胀是一种反引力。但是这种论点认为，由于引力是负能量，所以这种反引力肯定代表正能量。爱因斯坦的理论认为，物质只不过是冻结的能量，因此，所有恒星及星系在这种膨胀瞬间都因为其固有的能量而出现塌缩。

　　宇宙膨胀问题已经让天文学家们着迷了17年之久。它会形成一个在扩张和崩溃之间实现临界平衡的宇宙吗?或者会形成一个具有“负曲线”和无限未来的宇宙吗?马丁·里斯教授说：“这正是林德以及霍金和图罗克试图要弄明白的问题。他们都在想方设法得出不同的膨胀结果，使我们能够推导出最终统一的但是拥有负曲线的宇宙。霍金一图罗克论文中的新东西将证明，你也能够更自然地做到这一点。”

　　霍金提出的新论点，意味着哲学家现在不得不考虑时间有始无终的问题。这可能是更令人头痛的问题。

　　马丁·里斯教授说：“林德对他所称的永恒膨胀笃信不疑。一旦某个宇宙运转起来，它就会持续膨胀，并不断滋生新的大爆炸。林德提出的反对意见之一是，他认为霍金所说的起源大爆炸根本就不存在。如果发生一次大爆炸，那么就会引发无数次大爆炸。如果是这种情况的话，霍金所关心的初始条件就会消失在比我们所能料想到的更深的宇宙史迷雾中。”

　　（选自《大家知识随笔》，李绍明译，中国文学出版社2000年版）

　　四、《宇宙的边疆》后半部分

　　跟许多其他的发现一样，人类发现了地球是一个小星球。那是在古代的近东地区，在被一些人称为公元前3世纪的时代，在当时最大的城市──埃及的亚历山大发现的。在这个城市里住着一个名叫埃拉托斯尼的人，当时一个最羡慕他的人称他“贝塔(β)”──希腊文的第二个字母。这是因为，他说埃拉托斯尼是世界上第一个无所不知的人。但是埃拉托斯尼显然几乎在所有的领域里都是“阿尔法(α)”(希腊文的第一个字母)。他是一个天文学家、历史学家、地理学家、哲学家、诗人、戏剧批评家和数学家。他的著作从《天文学》到《痛解论》，样样都有。他还是亚历山大市图书馆的馆长。有一天，他从该馆的一本手抄本里读到下面一段话：在南部边疆西因前哨靠近尼罗河第一大瀑布的地方，在6月21日正午，直立的长竿在地面上没有投下阴影。在夏至那天──一年当中白昼最长的一天，接近中午的时候，圣堂圆柱的阴影越来越短，最后在正午消失掉。这时太阳从头顶上直射下来，在一口深井的井水里可以看到太阳的倒影。

　　上述的观察是很容易为人们所忽略的。长竿、阴影、井里的倒影、太阳的位置──日常生活中这样简单的事情有什么重要的意义呢?但埃拉托斯尼是一个科学家，他当即想到做一个实验，实地观察一下亚历山大的直立长竿是否在6月21日正午会在地面上投下阴影。结果他们的实验证实：长竿在地面上投下了阴影。

　　埃拉托斯尼自我思忖：为什么在西因的长竿不投下阴影，而同一时刻在北边的亚历山大的长竿却投下明显的阴影呢?假设在一幅古埃及的地图上有两根等长的垂竿，一根直立在亚历山大，另一根直立在西因。假定在某一个特定的时刻两根长竿都没有在地面上投下阴影，这一点很容易理解──只要地球是扁平的。这时候，太阳在头顶上直射。如果两根长竿在地面上投下等长的阴影的话，在扁平的地球上也说得通：这个时候太阳光线以同样的角度斜射在这两根长竿上。但是在同一时刻，在西因没有阴影，而在亚历山大却有明显的阴影，这究竟是怎么一回事呢?

　　埃拉托斯尼唯一的工具是长竿、眼睛、脚和头脑，再加上对实验的兴趣。凭着这些东西，他推断出地球的圆周长度，误差只有百分之几，这在2200年前是一个非凡的成就。他是第一个精确地测量出一个行星的大小的人。

　　他认为唯一可能的答案是：地球的表面是弧形的，而且弧度越大，阴影长度的差别就越大。因为太阳离我们如此之远，所以阳光照射到地球的时候是平行的。长竿与太阳光线的夹角不同，它们在地面上投下阴影的长度也就不同。就投在地面上的阴影长度的差别而言，亚历山大和西因之间的距离必定是它们在地面上的偏差角──约7度。也就是说，假如将长竿插入地心，它们就会在那里相交成7度角。7度相当于整个地球圆周360度的1／50。埃拉托斯尼知道亚历山大和西因之间的距离约800公里，因为他雇人步测过。800公里乘50等于4万公里：这就是地球的圆周长度如果改用英里作量度单位，亚历山大和西因之间的距离约等于500英里，那么地球周长即为：500英里×50=25000英里。。

　　根据亚历山大城阴影的长度，可以测出角A的度数。根据简单的几何公式（“两平行直线被第三条直线所截，内错角相等”），角B等于角A。于是，在测出亚历山大城阴影的长度后，埃拉托尼推算出亚历山大城和西因城在地球表面的距离（偏差角──译注）是：∠A=∠B=7°这个答案是正确的。

　　那时的地中海以航海业驰名，亚历山大是当时我们这颗行星上最大的海港。当你知道地球是一个直径不太大的星球时，难道你不想出海去探索吗？难道你不想去探索那些未被发现的国土，甚至去做环球航行吗？比埃拉托斯尼早400年的时候，一支腓尼基舰队受雇于埃及法老尼科，曾经环绕非洲一周。他们从红海起航（很可能是乘没有甲板的敞口船），顺着非洲东岸南下，再从大西洋北上，最后从地中海返航。这次史诗般的旅程花了三年的时间，相当于现代“旅行者”号宇宙飞船从地球飞往土星所需的时间。

　　在埃拉托斯尼的发现之后，勇敢而好冒险的水手多次进行过伟大的航海尝试。他们的船只很小，他们的航海仪器很不完善，他们仅根据测程仪和罗盘推算船位，并且尽可能沿着海岸航行。在陌生的大海里，他们虽然能够通过一夜又一夜地观察星座与地平线的相对位置来测定船只的纬度，但却不能够测定船只的经度。熟悉的星座对在陌生大海里的人一定是一个极大的安慰。星星是探索者的朋友，在当时就是地球远洋航船的朋友，而现在则是太空宇宙飞船的朋友。埃拉托斯尼算出地球的圆周长度之后，有些人可能尝试过环球航行，但是在麦哲伦以前，没有人获得成功。勇敢和冒险的故事在早期一定被说成是水手和航海家──世界上最讲究实际的人──拿他们的生命跟亚历山大的一个科学家的数字打赌!

　　在埃拉托斯尼时代，人们造出了地球仪，用以表示从空间看到的地球。这种地球仪在他们了如指掌的地中海地区基本上还是切合实际的，但是离开他们家乡越远，这种地球仪就变得越不符合实际。我们现在对宇宙的认识也难免遇到这种不愉快的情况。在第一世纪，亚历山大的地理学家斯特拉博写道：

　　那些试图环球航行的人，返回的时候并没有说他们曾经受到大陆的阻碍，因为大海始终是敞开的。他们之所以返回，是因为信心不足、缺乏粮食……埃拉托斯尼说过，如果广袤的大西洋不是一个障碍的话，我们可以很容易地通过海路从伊比利亚抵达印度……在温带完全有可能有一两个可居住的陆地……当然，如果(我们星球的另一部分)有人居住的话，住在那里的人跟我们是不同的，所以我们要把那里看成是另一个世界。

　　人类就是这样开始千方百计地探索其他世界的。

　　后来对地球的探索是全球性的，有到中国和波利尼西亚去的，也有从中国和波利尼西亚出发的。当然，克里斯托弗·哥伦布发现美洲及随后几个世纪的历程算是达到了高潮，因为到那个时候，从地理上探索地球的任务已告结束。哥伦布的第一次航行与埃拉托斯尼的计算最直接相关。哥伦布对自己的“印度群岛冒险计划”简直着了迷，他不打算顺着非洲海岸航行，然后向东驶抵日本、中国和印度，他决心闯入陌生的西部海洋──即像埃拉托斯尼所大胆预见的那样，“通过海路从伊比利亚抵达印度”。

　　哥伦布曾经是旧地图的行商，也是古代地理学家──其中包括埃拉托斯尼、斯特拉博和普图利米──的著作和关于他们的著作的热心读者。但是，为了推行“印度群岛冒险计划”，为了使船只和船员能够在长途航行中生存下来，地球必须比埃拉托斯尼所说的小，所以，哥伦布在计算的时候耍了个花招。正如萨拉罗卡大学的考察人员准确无误地指出的那样，从哥伦布能找到的所有书本上，他采用了最小的地球圆周长度和最大的亚洲东延范围，甚至还再加以夸大。假如哥伦布在旅途中没有遇到美洲的话，他的探险就会彻底失败。

　　现在地球已经经过彻底的探索，再也不可能发现什么新大陆或失落的土地。但是，过去我们用来探索并定居在地球最遥远的地区的技术，现在可以用来飞离我们这个行星，去进行宇宙探险，去发现其他星球的秘密。飞离地球使我们能够居高临下地对它进行观测，能够看到埃拉托斯尼测量出来的整个地球的球体及其大陆的轮廓，从而证实古代许多制图家有卓越的才华。埃拉托斯尼和亚历山大其他地理学家看到这些该会有多么高兴啊?

　　从某种意义上说，人类大约在公元前300年之后的600年时间里，在亚历山大这个城市开始了智力的冒险，这种冒险把我们引导到宇宙的海岸。但是，关于这个大理石般的光荣城市的形状以及人们的感觉，却没有任何记载可查，压制和惧怕已使人们几乎把古亚历山大遗忘得一干二净。它的居民形形色色，简直不可思议，既有马其顿和后来的罗马士兵、埃及的祭司、希腊的贵族、腓尼基的水手、犹太商人，也有来自印度和撒哈拉沙漠南部非洲的访问者。在亚历山大兴盛的大部分时期内，除了大量的奴隶以外，人们都和睦相处，互相尊重。

　　这座城市是亚历山大大帝创建并由他从前的一个侍卫建成的。亚历山大鼓励重视外来文化，提倡虚心求知。根据传说──这种传说是否真实无关宏旨──他是在红海中世界上第一个钟形潜水器里降生的。他鼓励他的将士们与波斯和印度的女子通婚，他尊重其他国家崇拜的神，他搜集异国的生物(包括替他的老师亚里士多德搜集的一头象)。为了把他的城市建成世界贸易、文化和知识的中心，他不惜工本。这座城市因为有以下这些名胜而光彩夺目：30米宽的林荫大道，优雅的建筑和雕像，亚历山大陵，还有那座大灯塔──古代世界七大奇迹之一。

　　然而，亚历山大最大的奇迹是它的图书馆及其附属的博物馆(实际上是一个纪念九位文艺女神的公共场所)。在这个传奇般的图书馆里，至今残存最多的是图书馆附属建筑“塞里皮恩”里的那个一度被人遗忘的阴湿的地下室。它的唯一残物可能就是几个腐朽的书架，但是，这个地方曾经是我们这个行星上最伟大城市的智囊和荣誉，它是世界历史上第一个真正的科学研究所。该图书馆里的学者对整个宇宙进行了研究。“宇宙”(cosmos)这个词来自希腊语，意思是“天地万物，井然有序”，从某种意义上说，它是“混沌”(chaos)的反义词。它暗示了天地万物之间的相互联系，表明了人类对错综微妙的宇宙机制的敬畏。这是一个学者云集的地方，他们在这里研究物理学、文学、医学、天文学、地理学、哲学、数学、生物学和工程学。科学和学识发展了，天才在那里茁壮成长。亚历山大图书馆是我们人类最先系统而认真地搜集世界知识的地方。

　　除了埃拉托斯尼之外，还有天文学家希帕恰斯，他绘制了星座图并估算了恒星的亮度；欧几里得，他以卓越的才能将几何学进行系统的分类，并对正在费力地解一道数学难题的国王说：“通往几何学的道路中可没有为皇家铺设的康庄大道”；色雷斯的狄俄尼斯，他给词类作了定义，他对语言学的贡献，就像欧几里得对几何学的贡献一样；赫罗菲勒斯，生理学家，他确证智力活动的中心是在脑部而不是在心脏；亚历山大的赫伦，齿轮火车和蒸汽机的发明者，《自动装置》──第一本论述机器人的专著──的作者；佩尔加的阿波洛尼厄斯，数学家，他论证了圆锥曲线的各种形式之所以称为圆锥曲线是因为它们是以不同的角度从圆锥体上切割而成的，18个世纪之后，阿波洛尼厄斯论圆锥曲线的著作终于被约翰尼斯·开普勒首次用来理解行星的运动。──椭圆、抛物线和双曲线──(我们现在知道)这些曲线是行星、彗星和恒星的运行轨迹；阿基米德，列昂那多·达·芬奇之前最伟大的力学天才；还有天文学家和地理学家托勒密，他编著了我们今天称为假科学的星占学：他的地心说统治了1500年。这个事实说明智慧并不能保证不犯大错误。在那些伟大的男子之外，还有一位伟大的女性──海帕希尔，她是数学家和天文学家，是这所图书馆最后一个名人，她的殉难与该馆建成七个世纪后的毁灭有密切关系。关于这个故事，我们后面还会谈到。

　　在亚历山大大帝之后的那些统治埃及的希腊国王们很重视学问，在几个世纪的时间里，他们始终扶植科研工作，并在图书馆里为时代的精萃保持良好的工作环境。该馆有10个研究大楼──分别用于不同学科的研究，许多喷泉和柱廊，几个植物园，一个动物园，几个解剖室，一个天文台，还有一个大餐厅。闲暇的时候，人们在厅里讨论问题。

　　这个图书馆的心脏是它的藏书。图书管理员到处搜罗世界各国的文化和文字，他们派人到国外尽可能买进图书资料。停泊在亚历山大的商船受到警察的搜查──搜查的目标不是走私货，而是图书。他们借来古书卷，誊抄之后再还给主人。虽然该馆的精确藏书数难以估计，但是收藏50万卷是完全可能的，而且全部都是纸莎草纸的手抄本。这些书都到哪里去了呢?创造这些书卷的古典文明崩溃了，连图书馆也被蓄意摧毁了。只有一小部分作品幸存下来，剩下的就是一些可怜的零零星星的碎片。这些可望而不可即的残片是多么令人心焦啊!例如，我们知道这个图书馆的书架上有一本萨摩斯天文学家阿里斯塔恰斯的著作，他论证说地球是行星之一，也是绕太阳运转的，他还论证说恒星离我们极为遥远。这些结论都是完全正确的，但是我们却等到将近2000年后才重新发现这些真理。我们对阿里斯塔恰斯这本著作损失的认识要提高10万倍，才能理解古典文明的伟大成就及其毁灭的悲剧性。

　　我们今天的科学已经远远地超过了古代科学，但是我们对历史的认识还存在着不可弥补的缺陷。试想一想，多少历史上的谜只要用亚历山大图书馆的一张借书证就可以得到解答。我们知道有一套三卷的世界史现在丢失了，作者是一个名叫彼罗萨斯的巴比伦祭司。该书第一卷论述从“创世”到“大洪水”时期，他认为这个时期是43．2万年，也就是说比《旧约全书》的年代纪还要长100倍。我很想知道书里到底写了些什么。

　　古人懂得宇宙的历史已经很长了，他们试图了解它的遥远的过去。我们现在知道宇宙远比我们所想像的要古老得多，我们已经考察了宇宙空间，知道我们住在一个模糊星系的最遥远的角落里，住在一粒环绕着一颗平凡的恒星的尘埃上。如果我们是无限的空间里的一小点的话，我们在无限的时间里也占据了一瞬间。我们现在知道我们的宇宙──或者至少它的最近的化身──大约有150亿年或200亿年的历史了。这就是所谓的“大爆炸”以来的时间。在宇宙的开初是不存在星系、恒星或行星的。也没有生命或文明。当时的宇宙只不过是一个充满整个太空的均匀的辐射火球。从大爆炸时的混沌过渡到我们现在开始认识的宇宙，是我们有幸瞥见的物质和能量的最可怕的转化。在我们发现其他更聪明的智能生物之前，我们现在的人类就是最引人注目的转化结果──大爆炸的远代子孙。我们的使命是了解并进一步转化诞生我们的宇宙。

14一名物理学家的教育历程

　　课文研讨

　　一、整体把握

　　1．文章特点

　　（1）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。结构如图：

　　（2）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象力，并且保持了这样奇特的想象力，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”。

　　（3）详略

　　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．科学精神

　　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）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，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。

　　二、问题探究

　　1．“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的？

　　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”。

　　2．作者想通过“鲤鱼科学家”对世界的认识说明什么？

　　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。

　　3．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？

　　课文的重点是童年趣事和建立实验室，这三个事例已经把“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象，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。

　　4．作者说“我决定要对这一秘密刨根问底，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？

　　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。

　　5．作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义？

　　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。

　　关于练习

　　一、你是否对自然界有过好奇之心？是否也因此产生了对科学的兴趣？阅读课文，看看对鲤鱼世界的遐想和对爱因斯坦未竟事业的向往，是怎样启迪作者走上科学探索道路的？

　　设题意图：让学生了解文章主要内容。

　　参考答案：

　　对鲤鱼世界的遐想，使作者感悟到人类观察角度的局限，激发探究未知世界的热情；对爱因斯坦未竟事业的向往，使作者产生对统一场理论的兴趣，好像“侦探”一样急于找到“故事”的线索和结局。由此，作者开始阅读相关书籍，建立自己的实验室，走上了科学探索的道路。

　　二、苏轼说过：“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”物理学家的理论也许过于艰深，但是其中的道理，和日常生活的体验是相通的。文章所讲述的鲤鱼的故事，给了你怎样的启发？你是否也有过类似的奇思妙想呢？

　　设题意图：引导学生把科学和生活联系起来，激发他们探究科学的热情。

　　参考答案：

　　站在地球上观察，我们觉得地球是平面的，但是在高空，我们就可以看到地球的曲面。这与鲤鱼们观察它们的宇宙，看到的是幽暗的水体是类似的。

　　三、作者关于鲤鱼“科学家”的幻想十分有趣，如果我们以动物的眼光来观察人类，是不是也很有意思呢？假如有一位动物（狗、猫、鸡、燕子等）“科学家”，专门研究人类的某些行为，它写了一篇“科普文”：人类行为之谜。你替这位动物“科学家”做一回代笔人怎么样？

　　设题意图：引导学生换向思维。狗、猫、鸡、燕子等动物都是生活在人类身边的动物，它们可以说对人类很“熟悉”；可联系《动物游戏之谜》，扩展学习内容。

　　参考答案：略。

　　教学建议

　　一、教学这篇课文，要以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵，引导学生体会科学精神。

　　二、高维空间对普通人来说，是很难想象的。所以，教学重点是文章内容，而不是相关的科学知识。相关知识教师有所了解，能帮助教学课文即可，不必教授给学生。

　　三、“研讨与练习”的二、三两题都是开放题，要引导学生从生活出发，了解科学、认识科学。

　　有关资料

　　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。

　　（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、和谐的）。

　　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150亿年，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”。

　　三、与课文相关的章节（加来道雄）

　　面向第五维

　　由于家境贫寒，我的父母担忧我将不能把自己的实验和教育继续下去。幸运的是，我为我的各种科学计划争取助学金的行动引起了原子科学家泰勒（EdwardTeller）的注意。他的妻子慷慨地安排我接受四年的奖学金去哈佛大学学习，允许我在那里实现自己的梦想。

　　具有讽刺意味的是，尽管我在哈佛开始了自己在理论物理方面的正规教育，但也正是在这里我对更高维数的兴趣消失殆尽。像别的物理工作者一样，我开始严格而又全面地学习与每一种自然力所对应的高等数学，这些自然力彼此之间是完全孤立的。我仍然记得给我的电动力学老师解题，然后我又问他如果空间在更高的维数中弯曲，那么答案可能会是怎样。他以一种奇异的方式看着我，好像我有点疯狂似的。像比我先来的人一样，我不久就学会把孩提时代关于更高维数空间的念头搁置一边。我被告知：超维空间不是一个合适的严肃研究课题。

　　我从来就不满足于对物理学的这种支离破碎的处理，思绪常要飘回到茶园中鲤鱼的身上。虽然我们常用的电磁场方程在19世纪就被麦克斯韦发现，他的这一工作十分完美，但方程好像相当随意。我觉得物理学家们（像鲤鱼那样）发明的这些“力”，实际上掩盖了我们对物体怎样能够不彼此接触而运动这一问题的无知。

　　通过学习，我知道19世纪有一场大争论，就是光怎样在真空中传播。（事实上，从恒星上发出的光可以通过外部空无一物的空间毫不费力地传播好几万亿千米。）实验也毫无疑问证明了光是一种波。但是，如果光是波的话，那就需要一些使它发生“波动”的媒质。声波需要空气，水波需要水，而在真空中却没有可以使光波动的东西，人们对此深感疑惑。没有使光波动的媒质，它怎能成为波呢？于是，物理学家们就捏造出一种所谓的以太物质，这种物质作为光的媒质而充满整个真空的空间。然而，实验却无可辩驳证明了“以太”并不存在。令人惊奇的是，直到如今，物理学家对这一难题仍然没有作出真正的回答，但数十年来，我们却对这样的思想习以为常：即使没有什么媒质，光照样可以在真空中传播。──作者注。

　　后来,当我成为加利福尼亚大学伯克利分校的物理学研究生后,我非常意外地发现有一个变通的办法,尽管这个办法会引起人们的争论，但是它可以解释光怎么能在真空中传播。这个变通的理论十分古怪，因此当我偶然间发现它之后十分震惊。这种震惊与许多美国人乍闻肯尼迪（JohnKennedy）总统被枪杀的感觉颇为相似。他们能永远记住他们听到这一惊闻的那一刻正在干什么，正在和谁说话。当我们第一次偶然遇到卡鲁查-克莱因（Kaluza-Klein）理论时，我们这些物理学家也深感震惊。因为这一理论被认为是一种不成熟的推测，因而从不在研究生课程上讲述。于是，留给年轻物理工作者们的只是在有关读物中偶然地去发现它。

　　这个变通的理论给光作了一个最为简单的解释：它实际上是一种第五维（或如神秘主义者通常所说的那个第四维）上的振动。如果光能通过真空传播，那是因为真空本身在振动，因为“真空”实际上存在于四维的空间和一维的时间之中。加上第五维之后，引力和光就能以惊人简单的方式统一起来。回顾我童年时代在茶园的体验，我突然意识到这就是我梦寐以求的数学理论。

　　然而，老的卡鲁查-克莱因理论有许多困难和技术问题，这就使得它半个多世纪来一直被束之高阁。可是，过去10年中这一切都发生了变化。这一理论的更高层次的翻版，如超引力理论，特别是超弦理论，已经最终消除了该理论的不自洽性。突然之间，更高维数的理论正在世界各地的实验室中被竞相检验。世界上许多头面物理学家现在相信，在普通的四维时空之外存在有更高的维数。这一思想事实上已经成为科学研究的热点。的确，许多理论物理学家现在认为更高的维数是导致某种无所不包理论的关键步骤，这个理论──超维空间理论──将把许多自然规律统一起来。

　　如果这被证明是正确的，那么未来的科学史家们可能会很好地记下：20世纪科学一大观念性革命就是懂得了超维空间可能是解开自然和宇宙奥秘的关键。

　　这种富于启发性的概念导致这方面的科学研究纷至沓来：世界各国主要研究所的理论物理学家们写出了好几千篇探索超维空间性质的学术论文。《核物理》和《物理快报》这两种重要的科学杂志中登载着大量这方面理论分析的文章。已经举办了两百多次国际物理学会议来探索高维数的重要性。

　　不幸的是，在验证我们的宇宙存在于更高的维数中方面，实验与理论还相差甚远。然而，这个理论现在已经作为现代理论物理学一个合法分支而牢固地确立起来。例如，爱因斯坦度过他生命最后时光的普林斯顿高等研究院（我在那里写成了本书）现在是一个研究高维时空的活跃的中心。

　　1979年诺贝尔物理学奖得主温伯格（StevenWeinberg）最近在评述理论物理似乎变得越来越像科幻小说时，对这一观念革命作了总结。

　　我们何以不能看见高维？

　　这种革命性的思想初看起来似乎很奇怪，因为我们理所当然地认为我们天天生活在三维世界之中。已故物理学家帕格尔斯（HeinzPagels）曾说过：“我们物理世界的一个特点如此显而易见，以至于大多数人从未怀疑过空间是三维的这一事实。”几乎是出于本能，我们知道任何一个物体可以用它的长、宽、高来描述。通过给出三个数字，我们就可以在空间确定一个位置。如果我们想在纽约请某人吃饭，我们就说：“在第42街和第1大道拐角处那座大楼的24层楼见面。”头两个数字给我们确定的是街的拐角处，第三个数字则描述离地面的高度。

　　飞行员也可用三个数字来确定他们的精确位置，这三个数字是他们的高度和在坐标网格或地图上确定其位置的两个坐标。事实上，通过精确测定这三个数字，就可以把世界上从我们的鼻子尖到可见宇宙中的每一点都准确地定出位置。甚至婴儿也懂得这一点。婴儿实验已经证明，他们将爬到峭壁的边缘，看看边缘的对面，然后就又爬了回来。另外，他们也本能地懂得“左”“右”“向前”“向后”“向上”“向下”。这样直观的三维概念从童年开始就牢固扎根于我们的脑海之中。

　　爱因斯坦扩展了这一概念，把时间作为第四维包括进来。例如，请某人吃饭，我们必须讲明中午12点30分在曼哈顿见，即为了详述一个事件，我们必须对它的第四维──事件发生的时间加以描述。

　　当代科学家对爱因斯坦第四维概念以外的东西产生了兴趣。流行的科学兴趣集中于第五维（在时间和三维空间之外的那个空间维度）和五维以外的东西。（为了避免混淆，在本书中，我们屈从于习惯的说法，把第四维称为长、宽、高之外的空间维。物理学家实际上把它当做第五维，但是我将遵从历史的惯例。我们把时间称为第四时间维。）

　　我们如何看见第四空间维呢？

　　问题是我们不能看见。高维空间是不可能用眼睛观察的，因此再努力也没用。著名德国物理学家亥姆霍兹（HermannvonHelmholtz）把人们不能“看见”第四维和盲人不能想象颜色的概念相提并论。无论我们怎么滔滔不绝为盲人描述“红”颜色，但是用语言总是不能确切地把丰富的颜色告知盲人。甚至已经对高维空间做了多年研究的有经验的数学家和理论物理学家也承认，他们不能形象化地描述高维空间，而是退到了数学方程的世界中。尽管数学家、物理学家和计算机专家在解多维空间的方程时并没有什么困难，人类发现还是无法想象他们自己这个宇宙之外的宇宙。

　　我们充其量只能利用各种数学技巧来一睹高维客体的影子；这些技巧是由数学家兼神秘主义者欣顿（CharlesHinton）在20世纪伊始构想出来的。其他数学家，如布朗大学数学系主任班乔夫（ThomasBanchoff）已经写出一个计算机程序，它能把高维客体投影到二维平面即计算机显示屏上，而让我们来操纵它。就像古希腊哲学家柏拉图（Plato）所说的那样，我们像穴居者一样抱怨只能看到洞外丰富生活的朦胧而灰暗的影子，班乔夫的计算机程序也只能让我们瞥见高维客体的影子。（事实上，由于进化的原因，我们不可能目睹更高的维数。我们的大脑已经进化到能在三维之中处理大量的紧急事件。我们能即刻认出跳跃的狮子或突袭的大象，并作出反应。事实上，那些能较好地看出物体在三维空间中如何运动、旋转、扭曲的人，与那些不能看出这些运动的人相比，具有明显的生存优势。遗憾的是，人类并没有需要把握在四个空间维度中运动的生存压力。能够看见第四空间维当然无助于人们抵御剑齿虎的突袭。狮子和老虎不会通过第四维来袭击我们。）

　　自然规律在高维中更简单

　　芝加哥大学著名的费米研究所的理论物理学教授弗罗因德（PaterFreund），是喜欢用高维宇宙的性质来愉悦听众的一个物理学家。他是超维空间理论的早期工作者之一，当时这一理论与主流物理学相比被认为是奇谈怪论。他和一小部分科学家孤立地对高维科学研究了多年。而现在这门学科已经变成一个时髦而又合法的科研分支。使他高兴的是，他早期的兴趣最终得到了回报。

　　弗罗因德与传统的那种狭隘、顽固、不修边幅的科学家形象极不相符。相反，他文雅、口齿伶俐而又富于教养。他善于诡谲而顽皮地笑，他的笑使那些非科学家人士为突破性科学发现的迷人故事而倾倒。他会随意写上满满一黑板方程式，或者与别人在鸡尾酒会上开点无伤大雅的玩笑。他说话时带着浓重而明显的罗马尼亚口音，拥有生动迷人地解释那些极为神秘复杂的物理概念的绝技。

　　弗罗因德通常会提醒我们，科学家们已用怀疑的眼光来评述更高的维数，因为它们既不能被测量也没有特殊的用途。然而，当今的科学家却逐步意识到，任何一种三维理论都“太小”，不足以描述控制我们宇宙的力。

　　像弗罗因德强调的那样，过去10年中贯穿于物理学的基本主题是：自然规律在高维空间表述时会变得更为简单和优美。高维空间是自然规律的天然栖息地。光和引力的定律在高维时空中找到了一种天然表述。统一自然规律的关键步骤是增加时空的维数，从而能合理安排越来越多的力。在更高维中，我们有足够的“空间”来统一所有已知的物理力。

　　在解释为什么更高的维数正在激发起科学世界的想象力时，弗罗因德用了下列类比：“想想地球上跑得最快的动物中的猎豹，它皮毛光滑而又美丽，在非洲的热带草原上漫游。在它的天然栖息地，猎豹是一种了不起的动物，简直是一件艺术品，它的奔跑速度或奔跑动作的优美简直无与伦比。现在，”他继续说道：

　　想想被捕获并且投进动物园简陋笼子里的猎豹吧。它已失去了原有的优雅和美丽，为了我们的娱乐而被安排去展出。我们只看到笼子里神情绝望而不是原来那种优雅和精力充沛的猎豹。猎豹可与物理规律相提并论，物理规律就其本身而言是优美的。物理规律的天然栖息地就是高维时空。然而，我们只能测量那些被拆散且放在笼子里展出的物理规律，这个笼子就是我们的三维实验室。我们只能看到已经被剥夺了优雅和美丽的猎豹。

　　几十年来，物理学家们想知道为什么四种自然力以如此支离破碎的形式出现──为什么在笼子里的这些“猎豹”看起来神情如此绝望和可怜。弗罗因德注意到，四种力看起来似乎大不相同的基本原因，是我们一直在观察“笼子里的猎豹”。对于物理规律而言，我们的三维实验室是一个无能的动物笼子。但是，当我们在高维时空（它是物理规律的天然栖息地）中表述物理规律时，我们就看到了它们名副其实的显赫和有力，物理规律就变得简单而富有生命力。现在这场席卷物理学的革命，就是认识到了猎豹天然栖息地也许正是超维空间。

　　为了阐明如何加进一个较高的维数就能使事情变得简单，试想古罗马人是怎样打那些大仗的。伟大的罗马战争常常包含了许多较小的战场，它一定伴随着来自四面八方的谣言和误传，把事情弄得混乱不堪。战争在多个前线进行，罗马的将军们却常常盲目指挥。罗马人往往是靠暴力而不是靠优美的战略赢得战争的胜利。那就是为什么战争的首要原则是占领高地──即上升进入二维战场上方的第三维。在可看到战场全景的巨大山丘的有利地位上，战争的喧嚣突然变小了。换句话说，从第三维（即从山丘的顶部）来观察，较小战场的混乱结合成了一幅首尾连贯的单一画面。

　　这个原理──自然规律在高维中表达时可以变得较为简单──的另一个应用，是爱因斯坦狭义相对论背后的中心思想。爱因斯坦揭示了时间是第四维，证明了在四维理论中时间和空间能够便利地统一起来。这进而必然导致所有用时间和空间来测量的物理量的统一，比如质量和能量。他还发现了质量和能量统一的精确数学表达式：E=mc2，这就是所有科学方程式中最为著名的质能公式。高维理论绝不仅仅是一个学术理论，因为爱因斯坦理论最简单的结果乃是原子弹，它改变了人类的命运。在这一意义上，引入高维已成为人类历史中至关重要的科学发现之一。──作者原注。

　　为了鉴赏这个统一的巨大威力，现在我们来描述四种基本力，强调它们如何不同，如何在高维中给出这四种力的统一表述。过去两千多年来，科学家们发现我们宇宙中的一切现象能够被归结为四种力，它们从一开始就彼此互不相似。

　　电磁力

　　电磁力以多种形式存在，它包括电、磁和光本身。电磁力照亮我们的城市，可使收音机和电唱机发出的音乐充满整个空间，可用电视给我们以娱乐，用电器来减少家务劳动，用微波炉烘烤食物，用雷达跟踪飞机和进行空间侦察，用电厂发电。最近，电磁力已被用于电子计算机（这使办公室、家庭、学校、军队大为改观）和激光（这对于通信、外科手术、光盘、五角大楼高级武器系统，甚至于售货台的付款机有重大意义）。在某种意义上，地球上多半的国民生产总值（它代表着人类积累的财富）都依赖于电磁力。

　　强核力

　　强核力为恒星燃烧提供能量，它使群星争辉，产生哺育生命的太阳光。如果强核力突然消失，太阳将一团漆黑，地球上一切生命将会灭亡。事实上，一些科学家认为恐龙灭绝于6500万年前的原因，是一次彗星撞击的碎屑来到高空大气层之中，使地球暗淡无光，引起整个地球温度骤然下降。具有讽刺意味的是，也正是强核力可以一天之间收回它赠予的生命。如果不限制氢弹爆发，强核力就有可能在一天之内结束地球上所有的生命。

　　弱核力

　　弱核力控制某些形式的放射性衰变。因为放射性材料在衰变或分裂时发出热，弱核力使地球内部深处的放射性岩石变热。这种热又偶尔会使火山把熔岩猛烈地喷向地球表面。弱核力和电磁力还被用来治疗严重的疾病：放射性碘被用来杀死甲状腺肿瘤和抑制某些种类的癌。放射性衰变力也能致死：它在三英里岛和切尔诺贝利造成严重破坏；它也产生放射性废料──核武器生产和商用核电厂的必然的副产品，这些废料都有可能贻害几百万年。

　　引力

　　引力使地球和行星在各自的轨道上运动，引力也约束整个星系。如果没有地球的引力，地球的自转将使我们像布娃娃一样被抛进太空。我们用以呼吸的空气将快速地扩散到太空中，从而使我们窒息或使地球上无法存在生命。没有太阳的引力，包括地球在内的所有行星将被从太阳系扔到寒冷的太空深处，那里阳光不足，生命无法赖以生存。事实上，没有引力，太阳本身也将爆炸。太阳是引力和核力精确平衡作用的结果，引力企图挤碎太阳，核力却又想把太阳分开。没有引力，太阳将会像千百万亿颗氢弹那样轰然起爆。

　　现在理论物理的主要挑战是把这四种力统一成一种力。从爱因斯坦开始，20世纪的许多物理学巨人已经寻求，但苦于找不到这样一种统一方案。然而，爱因斯坦一生最后30年没有找到的答案可能就在于超维空间。

　　寻求统一

　　爱因斯坦曾说：“自然呈现给我们的仅仅是狮子的尾巴。尽管因为狮子身躯庞大而不能立即展现其自身，我也不会怀疑长着这条尾巴的那头狮子之存在。”如果爱因斯坦是正确的话，那么可能这四种力就是“狮子的尾巴”，而“狮子”本身就是高维时空。这种思想已经激起人们向往有一天宇宙中的物理规律可以用一个方程来阐释，而这些规律造成的结果则由充满着图表的书籍布满了图书馆的墙壁。

　　对于宇宙的这一革命性前瞻的核心，就是认识到更高维的几何可能是统一宇宙中物理规律的最终源泉。简言之，尽管宇宙中的物质和把物质束缚在一起的力以一种使人困惑不解和变化无穷的复杂形式出现，但是它们可能只是超空间上的不同振动而已。然而，这一概念与科学家们的传统思想相抵触，他们把空间和时间视为一个被动的舞台，而恒星和原子是其上面的主角。对于科学家而言，可见的物质宇宙似乎比空无一物而又不能运动的时空这种不可见宇宙舞台更加丰富和变化多端。从历史的角度看，粒子物理方面几乎所有的科学努力以及大量的政府基金都被投入到诸如“夸克”和“胶子”等亚原子粒子的性质上，而不是领悟其几何本质。现在，科学家们正在意识到时间和空间这些“无用”概念可能是大自然之美与简单性的最终源头。

　　有一种把光解释为在第五维中的振动的新型引力理论，按提出该理论的两位科学家的姓氏被命名为卡鲁查-克莱因理论，它是有关高维空间的第一个理论。把它延拓到N维空间（这里N代表任何整数）之后，原先看起来很笨拙的这个亚原子粒子理论便戏剧性地呈现出一种惊人的对称性。然而，原先的卡鲁查-克莱因理论不能决定N的准确值，在描述所有的亚原子粒子时也存在一些技术问题。这个理论更为先进的叙述，即所谓的超引力理论也有问题。近来，在理论上的兴趣是由物理学家格林（MichaelGreen）和施瓦茨（JohnSchwarz）在1984年引发的，他们证明了卡鲁查-克莱因理论的最新翻版，即所谓的超弦理论的自洽性，这个理论假设所有的物质都由细小的振动弦组成。令人吃惊的是，超弦理论预言了时空的精确维数：十维。①

　　十维空间的优点是可以给四种基本力提供“足够的地盘”。此外，我们有一种简单的物理绘景来解释由大型原子对撞机产生的亚原子粒子的杂乱的混合物。过去30年中，物理学家们已经仔细编排和研究了轰击原子中的电子和质子所产生的几百种亚原子粒子。像昆虫捕捉者耐心地给大量昆虫品种命名一样，物理学家时常被这些亚原子粒子的多样性和复杂性所困惑。今天，这令人糊涂的一大堆亚原子粒子可以被解释为只是超空间理论中的振动而已。

　　①弗罗因德被问及我们何时能够看见这些高维时，他报以一笑。我们不能看见这些高维，乃因为它们“蜷缩”成非常小的球，这些球无法被检测到。按照卡鲁查-克莱因理论，这些蜷缩维的大小叫做普朗克长度4，相当于质子的万亿亿分之一，小到用我们最大的原子对撞机也无法探测的地步。高能物理学家曾经指望造价110亿美元的超导超级对撞机（简称SSC）能够间接揭示超维空间的某些线索，但SSC于1993年10月被美国国会所否决。──作者原注。