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特色課程
課程名稱： 從愛因斯坦到霍金的宇宙
英文名稱：The universe from A.Einstein to S.W.Hawking
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【課程編号】GEN04503 |
【所屬模塊】 數理基礎與科學素養 |
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【學分數】 2 |
【适用專業】 理工文史農醫各科 |
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【開設學期（春季、秋季、夏季小學期）】 春季 |
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【已開設次數】 20多次 |
【建議選課人數】 300-400 需要助教 |
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【授課教師職稱】 教授，博導 |
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【授課教師聯系方式】 zhaoz43@hotmail.com |
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【開課單位】物理學系 |
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【先修課要求】 無 |
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一、課程簡介
本課程是一個适應面較寬的科普講座，多年來在北師大、中科院研究生院、北京工業大學、北京交通大學及北京外國語大學作為跨專業的校際選修課深受研究生和本科生的歡迎。
本課程主要介紹物理學和天文學發展的不平凡曆程和一些最新成果，特别是有關相對論、黑洞和宇宙演化的知識。本講座收集了許多科學家的珍聞趣事，介紹了一些重大科學發現的曲折過程。希望廣大聽衆能在輕松、愉快的的情況下聽完本講座，并有所收益。講座中列舉了許多事例來說明: 曆史上，青年是科學發現和科技創新的主力軍。希望有志于科學研究和科技創新的年青人能從講座中得到一些啟發，增強自己的研究和創新能力。
為了使聽衆看清人類在自然界的位置，看清今天的科學在人類曆史上的地位，本講座特别介紹了地球上文明的起源和進步，介紹了自然科學的誕生和發展。本講座以哥白尼、伽利略、牛頓和愛因斯坦的貢獻為主線，來描述自然科學的重大成就和重要思想。以霍金和彭若斯的貢獻為核心，來闡述當代的時空理論，介紹相對論研究的前沿和最新成果。
主講人力圖使物理思想的介紹具有趣味性，同時把科學史揉到其中。使學生能在避開繁雜的數學計算、較為輕松的情況下，掌握深奧理論的主要思想，了解科學發現和科技創新的曲折曆程, 學到科學研究和科技創新的方法。
二、課程目标
通過本課程的學習
1、使學生了解自然科學和人類文明發展的過程；
2、了解物理學與天文學的科研前沿；
3、提高學生的科學素養，幫助他們樹立正确的宇宙觀和世界觀；
4、提高學生的學習興趣，提高創新能力。
三、教學内容和學時分配
（一）總論（或緒論、概論等） 2 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：介紹什麼是物理學和自然科學，簡介物理學發展史，介紹本課程内容和目标
教學要求：了解上述内容
課前學習要求：無
重點、難點：無
其它教學環節：無
（二）第一章 愛因斯坦和量子論與相對論的誕生 3 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：相對論誕生前的物理學；愛因斯坦的豐收年；相對論的創建曆程；狹義相對論的内容
教學要求：了解愛因斯坦的成才之路，了解狹義相對論的基礎原理和主要内容
課前學習要求：無
重點、難點：大緻理解狹義相對論的基礎原理和主要内容
其它教學環節：讀參考書
（三）第二章 探索無窮小---激動人心的量子物理 3 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：原子物理學的發展；人才特别快車；矩陣力學與波動力學；關于量子論的學術論戰；波粒二象性簡介
教學要求：了解量子論的建立曆程，理解波粒二象性，了解量子論如何在争論中發展
課前學習要求：無
重點、難點：理解波粒二象性
其它教學環節：讀參考書
（四）第三章 放射性與原子彈 3學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：中子的發現過程；裂變與鍊式反應；原子彈與氫彈的研制；核能的和平利用；反應堆與托卡馬克
教學要求：了解裂變與聚變的初步原理，了解核物理發展的艱辛曆程，和平利用核能的現狀與前景
課前學習要求：無
重點、難點：原子彈與氫彈的物理原理；和平利用核能的前景
其它教學環節：讀參考書
（五）第四章 探索宇宙的曆程 3 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：從中心火到地心說；哥白尼與日心說；伽利略與土星的光環；開普勒的苦難曆程與偉大發現；牛頓與萬有引力
教學要求：了解人類對宇宙的認識曆程、探索的艱辛和付出的代價
課前學習要求：無
重點、難點：開普勒三定律與萬有引力定律的發現
其它教學環節：讀參考書
（六）第五章 彎曲的時空---廣義相對論 3 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：狹義相對論的困難；等效原理；非歐幾何簡介；廣義相對論的基本内容和實驗驗證；相對論的進展
教學要求：了解非歐幾何和廣義相對論建立的艱苦曆程，簡單理解彎曲的時空
課前學習要求：無
重點、難點：對彎曲時空的理解
其它教學環節：讀參考書
（七）第六章 白矮星、中子星與黑洞 3 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：恒星演化的曆程；白矮星與中子星；超新星爆發；對黑洞的早期認識
教學要求：了解恒星演化的曆程、形成黑洞的可能性，知道什麼是白矮星、中子星和黑洞，知道超新星爆發
課前學習要求：無
重點、難點：恒星演化曆程，黑洞簡介
其它教學環節：讀參考書
（八）第七章 霍金與黑洞 3 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：黑洞的“激發态”；霍金簡介；黑洞的溫度和熱輻射；真空的邊界效應與熱效應；師大課題組對黑洞的研究；信息疑難與霍金打賭
教學要求：了解霍金的成才之路和科研成就，了解黑洞的熱性質，關于黑洞的信息疑難等争論，了解我校師生在這一領域的工作
課前學習要求： 無
重點、難點：了解黑洞的量子效應與熱效應
其它教學環節：讀參考書
（九）第八章 星空與太陽系 3 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：太陽和月球；八顆行星及衛星；小行星與彗星；星空巡禮；星系與星系團
教學要求：了解我們的太陽系，了解如何認識星空，了解星系與星系團
課前學習要求：無
重點、難點：太陽系中的行星、衛星、小行星與彗星
其它教學環節：讀參考書
（十）第九章 膨脹的宇宙、時空隧道與時間機器 3 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：膨脹的宇宙；關于大爆炸宇宙的錯誤觀念；時空隧道；時間機器
教學要求：了解膨脹宇宙模型及其觀測證據，澄清流行的對大爆炸宇宙模型的錯誤認識，了解什麼是時空隧道，了解制造時間機器的可能性
課前學習要求：無
重點、難點：了解宇宙學紅移不是多普勒效應，聽懂什麼是時間隧道和時間機器
其它教學環節：讀參考書
（十一）第十章 人類文明的誕生與演化 3 學時（課堂講授學時+課程實驗學時）
主要内容：海洋文明與大河文明；探索人類的童年；人類文明的進步
教學要求：介紹人類探索文明起源的曆程，介紹東西方文明的誕生和發展，了解中華民族對人類文明發展的重大貢獻，了解中國青年肩負的曆史使命
課前學習要求：無
其它教學環節：讀參考書
四、教材與學習資源
參考教材：《物理學與人類文明十六講》，高等教育出版社，趙峥
《時間簡史》，湖南科技出版社，霍金
《探求宇宙的秘密》，北京師範大學出版社，趙峥
《相對論百問》，北京師範大學出版社，趙峥
《物含妙理總探尋》，清華大學出版社，趙峥
視頻： 趙峥 教育部精品公開課“從愛因斯坦到霍金的宇宙”（12課時）
趙峥 學術視頻 “從愛因斯坦到霍金的宇宙” （30課時）
五、教學策略與方法建議
六、考核方式
平時小測驗
期末寫學習收獲
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