《科学的责任》教案

科学的责任

一、教学要求

1.要求能疏通文意，掌握本文的主题。

2.从深层次理解科学对于人类社会的正反作用，深入认识科学的责任。

二、学习要点

1.题解关键词

科学，责任，原子弹，灾难

2.内容提示

文章记录了1945年8月6日美国在日本广岛投下原子弹后，海森堡与周围的德国原子物理学家所进行的关于自身责任的对话，并由此推及对科学的责任的广泛探讨。

三、作者生平

海森堡(1901-1976)，德国著名物理学家，量子力学奠基人之一，“哥本哈根学派”

代表性人物。1932年获诺贝尔物理学奖。他的《量子论的物理学基础》是量子力学领域的一部经典著作。

（一）生平简介

海森堡，W．K．(Werner Karl Heisenberg 1901-1976)德国理论物理学家，量子力学第一种有效形式(矩阵力学)的创建者。

1901年12月5日生于维尔兹堡，出身于一位教古希腊语言的中学教师家庭，从小就受到家庭在古代文学方面的熏陶。1920年中学毕业，进慕尼黑大学学习理论物理学，他在慕尼黑大学时，在索末菲(Sommerfeld)指导下学习理论物理学。1923年在那里获得哲学博士学位。然后，他到哥廷根大学深造，成为玻恩教授和希尔伯特教授的学生，备受玻恩教授赏识。据玻恩回忆：“海森堡是我所能想象的最敏锐和最有能力的合作者”，“要跟上年青人，这对我一个上了年纪的人来说是很困难的”。1924年，海森堡开始在哥廷根大学讲课。两年后成为哥本哈根大学的讲师。在那里，由洛克菲勒基金发给薪水，在N.玻尔的指导下进行研究。1927年，年仅26岁的海森堡回到德国担任莱比锡大学的理论物理学教授，一直到1941年。1941年至1945年间，他在德国柏林大学担任物理学教授兼任凯泽·威廉(Kaiser-wihelm)物理学研究所所长。1946年他再度到哥廷根大学担任物理学教授并兼任哥廷根的普朗克物理学研究所所长，一直到1958年。在此期间，1955至1956年还兼任圣安德勒斯大学革福特(Gifford)讲座讲师，1955年成为英国皇家学会会员。1958年至1970年，在德国慕尼黑担任物理学与天体物理学的普朗克研究所所长兼慕尼黑大学教授。1970年以后成为上述研究所的荣誉退休所长。

1932年度的诺贝尔物理学奖金于1933年授予海森堡，因为他创立了量子力学(矩阵力学)。它导致了氢的同素异形形式的发现。此外，他还获得许多其他方面的奖励。

1976年2月1日海森堡教授与世长辞，终年75岁。

（二）科学成就

海森堡在物理学中的主要成就是和别的学者一起创立了量子力学，发现了测不准原

理，第一个提出基本粒子中的同位旋概念。

海森堡于1925年七月在德国《物理学杂志》上发表第一篇关于矩阵力学的论文，题目是《关于运动学和动力学的量子力学解释》。海森堡认为量子力学的问题不能直接用不可观测的轨道来表述，应该采用跃迁几率这类可以观测的量来描述。接着，海森堡就和玻恩、约尔丹(1902-)一起进行研究，创立了量子力学的一种表达方式——矩阵力学。

1927年海森堡首先提出了测不准原理，他在《原子核物理学》一书中提出：“有两个参数：微观粒子的位置和速度，可以确定该微观粒子的运动。不过，任何时候也不可能同时准确地了解这两个参数。任何时候也不可能同时了解：微观粒子处于何处，以多大的速度和向哪个方向运动。如果进行实验测量，如精确地测定粒子在特定时刻所处的位置，那么运动即遭到破坏，以致以后不可能重新找到该粒子。反之，如果精确地测出它的速度，那么它的位置图象就完全模糊不清。”后来海森堡还提出，不但坐标和动量，而且方位角和角动量、能量和时间等也都是成对的测不准量。

为了表彰他在科学上的重大贡献——建立量子力学，海森堡获得1932年诺贝尔物理学奖，并获得马克斯·普朗克奖章。

海森堡从1930年起作了长期而系统的理论和实验研究，证实了中子和中子、质子和质子、质子和中子之间的相互作用力都是相同的，是一种特殊的核力。从这个事实出发，海森堡认为质子和中子实际上是同一种粒子的两种量子状态，只是内部坐标不同，这种内部坐标被称为同位旋。

此外，海森堡还对高能粒子的碰撞作用进行过理论研究，创立了S矩阵理论。在铁磁体理论的研究方面，海森堡也做出了一定的贡献。

海森堡以两件事著称于世：一是提出了著名的量子“测不准原理”，揭示了微观世界混沌的本性；二是他主持过希特勒的原子弹计划，但未能造出原子弹。尽管海森堡承担了德国的原子弹计划，但他并不认同希特勒。他甚至想由各国科学家之间达成默契以制止原子弹的生产。1939年夏季，海森堡访美，提到：“12个人或许仍可以达成一个相互协定以制止原子弹产生”。但遗憾的是，美、德之间已经相互不信任了。

“科学史”、“二战史”上，一直有一个“海森堡之谜”。战后，海森堡宣称自己是一位科学的英雄，凭借科学家的良知抵制并暗中挫败了希特勒研制核武器的企图。对于海森堡，一种意见认为海森堡并不想造原子弹；另一种意见认为，海森堡根本没有能力制造原子弹。

四、写作背景

第二次世界大战，是人类历史上最大的一场劫难。战前，德国人就在秘密寻找更具威力的武器。1938年，德国著名科学家奥托·汉姆和弗里茨·斯特劳斯证实了铀裂变的现象，并掌握分裂原子核的基本方法，这就为制造威力惊人的原子弹提供了条件。此时，苏联、美国、日本纷纷展开原子弹的研究，疯狂的战争使疯狂的人们开始了研制大规模杀伤性武器的疯狂竞赛。

由于盟军的强烈干扰和德国科学家内部的思想混乱和研究误差，德国未能制造出原子弹。德国研制原子弹的主要负责人海森堡事实已掌握原子弹制造的关键技术，却避开对原子弹的研究，集中力量研究反应堆和回旋器，显然有意拖延研制进程。

1938年12月，费米等人经过原子分裂试验，证明链式反应的可能性。以费米、西德拉、泰勒为首的科学家向美国总统罗斯福起草了一份研制原子弹的建议，著名科学家爱因斯坦也在建议上签了名。

1939年10月19日，美国总统罗斯福签署了研制原子弹的文件。第二年8月，一个权限极大、范围极广的原子弹研究机构成立，即众所周知的“曼哈顿工程”，由世界著名的科学家负责。其间，奥本海默为美国最终成功地制造出原子弹做出了贡献。因此，人们称奥本海默为美国的“原子弹之父”。

1945年7月16日5时30分，美国在新墨西哥州阿拉莫高多沙漠试验场成功地爆炸了世界上第一颗原子弹。奥本海默望着原子弹爆炸这一壮观但很残酷的景象，心中忽然想起一首古印度圣诗中的诗句：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威；只有一千个太阳，才能与其争辉”。

1945年8月6日，美军在广岛投下了第一颗原子弹，使广岛遭到了毁灭性的轰炸，人员伤亡惨重。据美日资料，第一颗原子弹使广岛死亡71379人，受伤68023人，所有的工业机器都遭破坏。

由于日本没有立即投降，8月9日，美军在长崎投下第二颗原子弹，并迫使日本投降。原子弹使长崎死亡35000人，受伤60000人，失踪5000人，68.3%的工厂被摧毁。

而在德国战败后，被盟军俘获的著名物理学家冯·魏茨泽克在听说美国用原子弹轰炸广岛后，对其他人说：“我之所以没有制成，首先是我们中的大部分人并不真正想搞……如果我们希望德国获胜，我们不会造不出来”。

在原子弹发明后不久，爱因斯坦曾说过，“除了我们的思维方式外，一切都改变了”。

五、课文讲解

1. 课文分析

文章采取的是经典的对话体，首先以叙事开头，为后文的对话引入事由，设置背景；其次，对话不是以封闭式的相互证明的方式进行，而是在多个问题上，对话双方的不同观点进行了激烈的碰撞，直至结束也未让各自的观点达成惯常所见的统一，从而使整个对话具有可以不断延展的开放性特点。最后，对话用的不是日常口语，而是科学语体，虽然直白浅易，但逻辑严密，具有很强的思辨色彩。

在文中，海森堡意识到了科学的不恰当运用对人类造成的巨大危害。他和弗里德利希首先认识到：尽管原子弹的制造利用了科学的成果，但科学家对科学发展所做出的贡献并不是犯罪。现在的任务不是因噎废食，阻止科学的发展，而是促使科学朝着正确的目标发展。具体说来，应如何保证科学前进的正确目标呢？两位科学家从科学家个人的责任和世界秩序两方面讨论了其可能性。弗里德利希区分了发现者和发明者的概念，发现者不能预知其贡献的实践后果，因而不为将其发现运用到实践中的后果负责；而发明者是可以预知实践后果的，他们应该为实践结果负责任。据此，他对发明原子弹的美国科学家提出了谴责。弗里德利希提出了“世界政府”的设想，海德堡则对于寄希望于美国作为超级大国维护世界秩序表示了失望，对于科学家的选择持保留态度。显然，科学的责任是一个有待人们广泛关注并深入探讨的话题。

那么什么是负责任的科学研究呢？