课程名称： 从爱因斯坦到霍金的宇宙

英文名称：The universe from A.Einstein to S.W.Hawking

【课程编号】GEN04503	【所属模块】 数理基础与科学素养
【学分数】 2	【适用专业】 理工文史农医各科
【学时数】 32	【开设学期（春季、秋季、夏季小学期）】 春季
【已开设次数】 20多次	【建议选课人数】 300-400 需要助教
【授课教师姓名】 赵峥	【授课教师职称】 教授，博导
【授课教师联系方式】 zhaoz43@hotmail.com
【开课单位】物理学系
【先修课要求】 无

一、课程简介

本课程是一个适应面较宽的科普讲座，多年来在北师大、中科院研究生院、北京工业大学、北京交通大学及北京外国语大学作为跨专业的校际选修课深受研究生和本科生的欢迎。

本课程主要介绍物理学和天文学发展的不平凡历程和一些最新成果，特别是有关相对论、黑洞和宇宙演化的知识。本讲座收集了许多科学家的珍闻趣事，介绍了一些重大科学发现的曲折过程。希望广大听众能在轻松、愉快的的情况下听完本讲座，并有所收益。讲座中列举了许多事例来说明: 历史上，青年是科学发现和科技创新的主力军。希望有志于科学研究和科技创新的年青人能从讲座中得到一些启发，增强自己的研究和创新能力。

为了使听众看清人类在自然界的位置，看清今天的科学在人类历史上的地位，本讲座特别介绍了地球上文明的起源和进步，介绍了自然科学的诞生和发展。本讲座以哥白尼、伽利略、牛顿和爱因斯坦的贡献为主线，来描述自然科学的重大成就和重要思想。以霍金和彭若斯的贡献为核心，来阐述当代的时空理论，介绍相对论研究的前沿和最新成果。

主讲人力图使物理思想的介绍具有趣味性，同时把科学史揉到其中。使学生能在避开繁杂的数学计算、较为轻松的情况下，掌握深奥理论的主要思想，了解科学发现和科技创新的曲折历程, 学到科学研究和科技创新的方法。

 

二、课程目标

通过本课程的学习

1、使学生了解自然科学和人类文明发展的过程；

2、了解物理学与天文学的科研前沿；

3、提高学生的科学素养，帮助他们树立正确的宇宙观和世界观；

4、提高学生的学习兴趣，提高创新能力。

 

三、教学内容和学时分配

（一）总论（或绪论、概论等） 2 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：介绍什么是物理学和自然科学，简介物理学发展史，介绍本课程内容和目标

教学要求：了解上述内容

课前学习要求：无

重点、难点：无

其它教学环节：无

（二）第一章 爱因斯坦和量子论与相对论的诞生 3 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：相对论诞生前的物理学；爱因斯坦的丰收年；相对论的创建历程；狭义相对论的内容

教学要求：了解爱因斯坦的成才之路，了解狭义相对论的基础原理和主要内容

课前学习要求：无

重点、难点：大致理解狭义相对论的基础原理和主要内容

其它教学环节：读参考书

（三）第二章 探索无穷小---激动人心的量子物理 3 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：原子物理学的发展；人才特别快车；矩阵力学与波动力学；关于量子论的学术论战；波粒二象性简介

教学要求：了解量子论的建立历程，理解波粒二象性，了解量子论如何在争论中发展

课前学习要求：无

重点、难点：理解波粒二象性

其它教学环节：读参考书

（四）第三章 放射性与原子弹 3学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：中子的发现过程；裂变与链式反应；原子弹与氢弹的研制；核能的和平利用；反应堆与托卡马克

教学要求：了解裂变与聚变的初步原理，了解核物理发展的艰辛历程，和平利用核能的现状与前景

课前学习要求：无

重点、难点：原子弹与氢弹的物理原理；和平利用核能的前景

其它教学环节：读参考书

（五）第四章 探索宇宙的历程 3 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：从中心火到地心说；哥白尼与日心说；伽利略与土星的光环；开普勒的苦难历程与伟大发现；牛顿与万有引力

教学要求：了解人类对宇宙的认识历程、探索的艰辛和付出的代价

课前学习要求：无

重点、难点：开普勒三定律与万有引力定律的发现

其它教学环节：读参考书

（六）第五章 弯曲的时空---广义相对论 3 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：狭义相对论的困难；等效原理；非欧几何简介；广义相对论的基本内容和实验验证；相对论的进展

教学要求：了解非欧几何和广义相对论建立的艰苦历程，简单理解弯曲的时空

课前学习要求：无

重点、难点：对弯曲时空的理解

其它教学环节：读参考书

（七）第六章 白矮星、中子星与黑洞 3 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：恒星演化的历程；白矮星与中子星；超新星爆发；对黑洞的早期认识

教学要求：了解恒星演化的历程、形成黑洞的可能性，知道什么是白矮星、中子星和黑洞，知道超新星爆发

课前学习要求：无

重点、难点：恒星演化历程，黑洞简介

其它教学环节：读参考书

（八）第七章 霍金与黑洞 3 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：黑洞的“激发态”；霍金简介；黑洞的温度和热辐射；真空的边界效应与热效应；师大课题组对黑洞的研究；信息疑难与霍金打赌

教学要求：了解霍金的成才之路和科研成就，了解黑洞的热性质，关于黑洞的信息疑难等争论，了解我校师生在这一领域的工作

课前学习要求： 无

重点、难点：了解黑洞的量子效应与热效应

其它教学环节：读参考书

（九）第八章 星空与太阳系 3 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：太阳和月球；八颗行星及卫星；小行星与彗星；星空巡礼；星系与星系团

教学要求：了解我们的太阳系，了解如何认识星空，了解星系与星系团

课前学习要求：无

重点、难点：太阳系中的行星、卫星、小行星与彗星

其它教学环节：读参考书

（十）第九章 膨胀的宇宙、时空隧道与时间机器 3 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：膨胀的宇宙；关于大爆炸宇宙的错误观念；时空隧道；时间机器

教学要求：了解膨胀宇宙模型及其观测证据，澄清流行的对大爆炸宇宙模型的错误认识，了解什么是时空隧道，了解制造时间机器的可能性

课前学习要求：无

重点、难点：了解宇宙学红移不是多普勒效应，听懂什么是时间隧道和时间机器

其它教学环节：读参考书

（十一）第十章 人类文明的诞生与演化 3 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：海洋文明与大河文明；探索人类的童年；人类文明的进步

教学要求：介绍人类探索文明起源的历程，介绍东西方文明的诞生和发展，了解中华民族对人类文明发展的重大贡献，了解中国青年肩负的历史使命

课前学习要求：无

重点、难点：人类文明的起源，东西方文明的相互影响

其它教学环节：读参考书

 

四、教材与学习资源

参考教材：《物理学与人类文明十六讲》，高等教育出版社，赵峥

《时间简史》，湖南科技出版社，霍金

《探求宇宙的秘密》，北京师范大学出版社，赵峥

《相对论百问》，北京师范大学出版社，赵峥

《物含妙理总探寻》，清华大学出版社，赵峥

视频： 赵峥 教育部精品公开课“从爱因斯坦到霍金的宇宙”（12课时）

赵峥 学术视频 “从爱因斯坦到霍金的宇宙” （30课时）

 

五、教学策略与方法建议

 

 

六、考核方式

平时小测验

期末写学习收获

 

 

 

【编写日期】：2014.11.28