3个月前恰逢值班,偶遇P和Y,3个文科男生不知怎么的从王守仁龙场悟道聊到佛祖菩提树下七天成佛,从古希腊神话新旧更迭的多神论聊到万物之源的一神论,从通古斯大爆炸聊到时间膨胀效应,从二向箔的降维打击到电子双缝干涉实验。
海神 波塞冬 poseidonposeidon
着实难以置信,凭着残喘殆尽的初中物理知识,几个百无聊赖的人硬生生地聊到凌晨。谈论的内容自是浅薄愚陋,无需多言,重要的是激起了我们仨对量子论的一点儿兴趣,毕竟从高中文理分科之后,物理如冰川世纪的猛犸巨象,只有骸骨才能证明它曾经存在过。
一直想再深入了解量子力学,恰逢近日,在读一本科普读物《上帝掷骰子吗》,内容涵括量子论的诞生到发展,读了两百余页,毫不夸张得说,作者总是营造出“华山论剑”式的巅峰对决,英杰辈出,风华绝代,剑意横肆,荡气回肠,多次惹得我热泪盈眶,汹涌澎湃的激情重燃了我对物理沉寂已久的热爱。
这些天才人物的粉墨登场、经典理论的摧毁与重建、信仰的忠贞和坍塌等都一次次推动历史的车轮,他们之间学术学识的交锋碰撞,一次次会议的碰面,就是一场场“神仙打架”的全明星聚会,一个个不经意的试验,碰撞的火花就能引爆让物理届思想颤抖的蘑菇云。
第五届索尔维会议 物理届全明星
必须承认,即使是科普读物,我阅读依然存在障碍,但毫不影响这本书的价值,不影响量子力学给我的启迪和震撼。此间感触良多,不一一赘言,日后再表。
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书中经常穿插科学家的趣闻轶事,增加科普读物的趣味性。其中有一则,让我感受到震惊,一个欺骗了我几十年关于“数学之王”阿基米德的故事。对了,阿基米德就是那个“给我一个支点,能撬动地球”的男人。
初中物理书在浮力一课,通常会把阿基米德量皇冠的故事作为科学趣谈,以鼓励学生在日常中要善于观察。
老师也当场用铁块浸入水里做了实验,接受九年义务制教育的我对此深信不疑,从来没有怀疑这个故事的合理性,理所当然的认为这就是浮力原理。然而稍加计算,这个故事顿时漏洞骤显。
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漏洞一:希腊时代的王冠就是“桂冠”,也就是奥运会上用橄榄枝围成一圈戴在头上的那种“花环”,从考古实物来说,最大的王冠重714g,直径18.5cm,,为了方便计算,我们假设王冠重1kg,直径20cm,纯金的比重是19.3g/cm3,所以1kg的金子实际体积为51.8cm3,假设掺了30%的银子,则实际体积为64.6cm3,把王冠和纯金放在尽可能窄的桶里,王冠造成0.206cm的水位上涨,纯金则是0.165cm,相比之下,差距只有0.041cm,就是0.4mm。
橄榄枝金冠
4毫米!
不要说阿基米德时代,就算是现代的中学里,要精准的测量出这个差值都相当困难,如果再考虑到水的张力、水中的气泡等都能轻易地造成同等误差,所以这种方法基本难以发挥作用。况且如果王冠再轻一点、掺的银子再少一点,桶再大一点,差值都微乎其微了。
漏洞二:这个本来是颂扬阿基米德天才的故事,然而最糟糕的是这个故事并没有用到他伟大的发现——浮力定律。在称皇冠这个故事当中,阿基米德其实只证明了一件事,即相同材质、相同重量的物体所排开水的体积相同,并不能证明它所受到的浮力等于它所排开水的重量,用这个故事根本不能说明浮力的内容,而是“密度”问题。
我们先回顾一下浮力定律是说放在液体中的物体受到向上的浮力,其大小等于物体所排开的液体重量。
当然当时希腊没有这种提秤
如果非要在当时的条件下利用浮力原理进行有效鉴定,倒是有一个方法。用提秤,把王冠和纯金放在水中去称量,因为王冠的体积大,受到的浮力相对大,所以在水中,王冠就会比显得比金子轻,提秤的这端就会翘起,而且两者之间差距12.8g,这个数据明显可以被测量出的。最关键的是,这才利用到阿基米德伟大的发现——浮力定律。
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很容易联想到约400年后的“曹冲称象”,即以舟称物,同样利用了船体吃水深度与承载对应、等量置换、化整为零等概念,与船排开水的重量即浮力定律似无直接关联。
曹冲的哥哥的夫人 甄宓
探究历史的真实性并不是否定他们的卓越贡献,只是揭去过度神化的面纱,力图挖掘历史的本来面目,就像牛顿的苹果、瓦特的壶盖、爱因斯坦的小板凳一样,一直都被津津乐道,在小中学课堂里已经成为了耳熟能详的经典。要辩证地看待这些“传奇的故事”,无论是过去,还是现在,人类往往善于造神,比如为了神话“科学伟人”牛顿,隐藏了他常年从事炼金术和异端信仰……
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回到阿基米德浮力的故事,让我有些启示:
一是要“不唯书,不唯上,只唯实”。太多的理所应当让我们失去主动思考的能力,16年前,小学生聂利偶然发现蜜蜂不靠双翅振动依然可发出嗡嗡声音,并撰写出科学小论文《蜜蜂并不是靠翅膀振动发声》,同年获第十八届全国青少年“科技创新大赛”银奖。
这件事一直让我印象深刻,蜜蜂发声靠双翅振动,这不是理所应当的吗?小学生聂利却敢去怀疑,着实让人钦佩。有些时候稍微深入思考,就能发现阿基米德量皇冠的故事无法成立,运用的不过是初中知识而已,嘴上说“尽信书,不如无书”,却从来没有对“公理、定律”怀疑过。
二是“开卷有益,多多益善”。工作忙了,看书少了,即使看书,也不太愿意跨出舒适区,离开所学专业,啃一些其他领域的“硬骨头”,这样会让思维僵化,知识三维构架就难以均衡构建。
多年来,学界一直有人致力于“打通学科壁垒”,即在不同学科知识之间寻找联结点,建立起有意义的联系,并将这种联系作用于更广阔的学习领域,让知识成网络状,以促进对多种能力的综合运用。所以看书需要跨界,跨度大一点,超越时空、身份、文化等边界的限制,知识能力的综合运用和多向思维的迁移往往能产生新的引爆点,看起来转瞬即逝、不可捉摸,其实是多年积累、理所应当。
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