時(shí)間：2023-06-01 09:31:14
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇著名物理學(xué)家，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：物理學(xué)；人文文化
物理學(xué)是一門最基本的自然學(xué)科，它是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)基本運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科，所以人們往往認(rèn)為物理學(xué)只是包含一些枯燥的理論公式，而忽視了物理學(xué)中包含的人文因素諸如人文哲學(xué)思想、美學(xué)、道德等方面。實(shí)際上，物理學(xué)在產(chǎn)生、形成、發(fā)展的過程中，人們不是為了物理學(xué)而研究物理學(xué)，而是為了有助于人類、社會以及個體人的發(fā)展而研究物理學(xué)，所有這些都涉及到了人與人的關(guān)系、人與自然的關(guān)系，這些關(guān)系中都蘊(yùn)含著豐富的人文文化。
著名物理學(xué)家吳健雄曾指出：為了避免出現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展中的危機(jī)，當(dāng)前一個刻不容緩的問題是消除現(xiàn)代文化中兩種文化，即科學(xué)文化和人文文化之間的隔閡，而加強(qiáng)這兩方面的聯(lián)系。沒有比大學(xué)更加適合的場所了。只有當(dāng)兩種文化的隔閡在大學(xué)園里加以彌合之后，我們才能對世界給出連貫而令人信服的描述。所以我們有必要去討論科學(xué)文化中的人文思想。
下面從文化角度去剖析物理學(xué)中的人文思想，主要有以下幾方面：
1 物理學(xué)中的唯物辯證法思想
物理學(xué)在古代被稱為自然哲學(xué)，物理學(xué)作為一門精密的學(xué)科進(jìn)行研究是從1687年牛頓發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》開始的。隨著學(xué)科的發(fā)展與不斷完善，物理學(xué)才從哲學(xué)中分化出來，形成獨(dú)立的學(xué)科，但物理文化中蘊(yùn)含的哲學(xué)思想是不會被分離的。
1.1 實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)
物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)既是建立物理理論的基礎(chǔ)又是檢驗(yàn)物理理論真理性的方法。楊振寧教授說“物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為本的學(xué)科”，物理學(xué)上很多理論都是通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)論證的結(jié)果，體現(xiàn)了唯物辯證法的認(rèn)識論觀點(diǎn)——實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 物質(zhì)是普遍聯(lián)系的
物理發(fā)展史上，很多地方體現(xiàn)了物質(zhì)是普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)。比如人們曾經(jīng)把電和磁孤立起來，物理學(xué)家奧斯特接受自然力統(tǒng)一的哲學(xué)思想。堅(jiān)信電和磁之間存在某種潛在聯(lián)系，經(jīng)過多年研究，終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，并由此開創(chuàng)了電磁學(xué)的新紀(jì)元。把電和磁聯(lián)系了起來，這正體現(xiàn)了唯物辯證法的特征——物質(zhì)是普遍聯(lián)系的。
1.3 事物發(fā)展過程中的“否定之否定”規(guī)律
人們對物理現(xiàn)象及其本質(zhì)的認(rèn)識是不斷地發(fā)展和完善起來的，每一種理論的建立過程都體現(xiàn)了“實(shí)驗(yàn)(事實(shí))——理論假設(shè)——實(shí)驗(yàn)(新的事實(shí))——修正理論”，遵循著辯證唯物主義中的“否定之否定”規(guī)律。比如在整個光學(xué)的發(fā)展史中對光本質(zhì)這個問題的認(rèn)識，先是牛頓的微粒說；再是惠更斯的彈性波動說；接著麥克斯韋提出電磁波動說；到20世紀(jì)愛因斯坦提出光量子說。最終人們認(rèn)識到光具有波粒二象性，人類對光本性的認(rèn)識就正是遵循著“否定之否定”認(rèn)識規(guī)律的反映。
1.4 主要矛盾與次要矛盾的辯證關(guān)系
物理學(xué)中為了方便研究問題，經(jīng)常抓住物體的主要特征，忽略物體的次要特征，而抽想出一些理想模型。如“質(zhì)點(diǎn)”這個理想模型保留了實(shí)際物體的質(zhì)量和存在的位置，而忽略了物體本身的大小形狀，體現(xiàn)出辯證唯物主義中的“主要矛盾與次要矛盾之間的辯證關(guān)系”。
1.5 運(yùn)動的相對性和時(shí)空的相對性
近代物理學(xué)的一大理論—愛因斯坦的相對論中涉及的哲學(xué)問題很多。最突出的就是相對運(yùn)動和相對的時(shí)空觀念。相對論指出：相對性原理的本質(zhì)在于運(yùn)動的相對性這一事實(shí)，而不存在絕對運(yùn)動。相對論否定了絕對運(yùn)動的存在，就否定了絕對時(shí)空的概念。它通過不變的光速把時(shí)間和空間聯(lián)合為一個整體，由洛倫茲變換建立起各個慣性系之間的時(shí)空關(guān)系。
可見，不論是物理文化知識本身，還是物理文化形成、發(fā)展的過程都蘊(yùn)含著豐富的哲學(xué)思維方法，對人類的自然觀和哲學(xué)思想有重大的影響。
2 物理學(xué)中的美學(xué)文化
2.1 物理理論的美學(xué)特征
2.1.1 簡單深刻美
在一個藝術(shù)家眼里簡單是一種美。自然現(xiàn)象錯綜復(fù)雜，物理學(xué)則力求用簡單的方程或定律去概括自然規(guī)律，但其反映的內(nèi)在規(guī)律確是非常深刻的。如能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律反映了各種不同形式的能量的轉(zhuǎn)化，牛頓的三大定律更是概括了宏觀低速條件下各種機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律，麥克斯韋電磁方程組將復(fù)雜的電磁現(xiàn)象統(tǒng)一其中，愛因斯坦相對論中的基本原理簡單凝練，但其中內(nèi)涵確是豐富而深刻的。
2.1.2 對稱守恒美
對稱是自然界中廣泛存在的也是人們很樂于接受的一種美學(xué)形式，物理學(xué)在對自然的表述中處處顯現(xiàn)出了這種對稱的美：引力和斥力，“電生磁”與“磁生電”，粒子與反粒子，物質(zhì)與反物質(zhì)、圓孔或單縫衍射圖樣的對稱、無限長直導(dǎo)線周圍磁場的軸對稱等等。物理定律對某種規(guī)范變換的不變性、守恒性更是貫穿于整個物理學(xué)的一種對稱形式，物理學(xué)中有許多守恒定律如：動量守恒、機(jī)械能守恒等等。實(shí)際上，對稱性已經(jīng)成為當(dāng)代物理學(xué)家研究物理理論的一種方法。
2.1.3 統(tǒng)一和諧美
物理理論的和諧統(tǒng)一美實(shí)際上是自然界和諧統(tǒng)一美的理論形態(tài)。如麥克斯韋電磁場理論把電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一了起來，量子力學(xué)把波動性和粒子性統(tǒng)一了起來，愛因斯坦的相對論把時(shí)間、空間、物質(zhì)和運(yùn)動統(tǒng)一起來，把經(jīng)典物理學(xué)都包容在他的理論框架之內(nèi)，創(chuàng)造了程度更高范圍更大的和諧統(tǒng)一理論。
2.2 物理學(xué)家與美學(xué)思想
世界著名物理學(xué)家狄拉克認(rèn)為：讓一個方程具有美感要比符合實(shí)驗(yàn)更為重要。法國科學(xué)家彭加勒曾說：“科學(xué)家研究自然，是因?yàn)樗麖闹心艿玫綐啡ぃ阅艿玫綐啡ぃ且驗(yàn)樗馈薄Ｖ锢韺W(xué)家楊振寧曾經(jīng)說過：“物理學(xué)的原理有它的結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)有它的美跟妙的地方，而各個物理學(xué)工作者對于這個結(jié)構(gòu)的不同的美跟妙的地方的感受，有不同的了解，因?yàn)榇蠹矣胁煌母惺埽悦恳粋€工作者會發(fā)展他自己獨(dú)特的研究方向跟研究方法，形成他自己的風(fēng)格。”
許多著名的物理學(xué)家都有感知美的奇異本領(lǐng)，美學(xué)思想在許多物理學(xué)家創(chuàng)立與評價(jià)物理學(xué)理論時(shí)起著重大的啟發(fā)與指導(dǎo)作用。追溯人類科學(xué)源頭，科學(xué)美始終被作為一種人文理想而追求，成為科學(xué)家們獻(xiàn)身科學(xué)、潛心研究的直接動力之一。
3 物理學(xué)中的科學(xué)道德精神
3.1 對未知的好奇與探索精神
好奇心是一種情感，是一種人文精神，也是最重要的科學(xué)精神。科學(xué)進(jìn)步的真正動力是許多物理學(xué)家對了解未知事物的欲望。牛頓看到蘋果落地，就去想蘋果為什么會從樹上掉下來，從而想到了萬有引力；阿基米德從浴桶洗澡中得到啟示，發(fā)現(xiàn)水面上升與他身體侵入部分體積之間的內(nèi)在聯(lián)系，找到了鑒別金質(zhì)王冠是否摻假的方法，產(chǎn)生阿基米德原理，發(fā)現(xiàn)浮力定律等。這種對未知的好奇與探索精神，對物理學(xué)的發(fā)展與人類的文明有很重要的作用。
3.2 實(shí)事求是、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神
實(shí)事求是認(rèn)知的基礎(chǔ)，而創(chuàng)新則是科學(xué)精神的核心。20世紀(jì)物理學(xué)的革命告訴我們：科學(xué)的發(fā)展道路上科學(xué)家要創(chuàng)立一種新理論的時(shí)候，都必須要有敢于向已有的舊理論、舊思想提出質(zhì)疑的勇氣。例如：伽利略正是因?yàn)閷喞锸慷嗟隆傲κ钱a(chǎn)生物體運(yùn)動的原因”的懷疑，才建立了正確的力和運(yùn)動的關(guān)系。以至于后來的牛頓運(yùn)動定律的產(chǎn)生。著名物理學(xué)家楊振寧和李政道正是因?yàn)槊翡J的覺察到了從未被人懷疑過的宇稱守恒定律的適用范圍，大膽提出了弱相互作用中宇稱不守恒的論斷，才使物理學(xué)理論有了一個突破性的進(jìn)展。
3.3 合作與寬容精神
1、海倫凱勒，她是美國著名的女作家，教育家，慈善家，社會活動家。在出生十九個月時(shí)因患急性胃充血，腦充血而被奪去視力和聽力。然而卻在86年無光、無聲的世界里，先后完成了14本著作，并她致力于為殘疾人造福，建立了許多慈善機(jī)構(gòu)。
2、張海迪，在1960年時(shí)五歲的她因?yàn)榛技顾柩芰鰧?dǎo)致高位截癱，但卻自學(xué)完成了小學(xué)、中學(xué)和大學(xué)，并學(xué)習(xí)針灸，在當(dāng)?shù)匦嗅t(yī)。
3、霍金，他在21歲時(shí)患上肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥，全身癱瘓，不能言語，手部只有三根手指可以活動，后來成為英國劍橋大學(xué)著名物理學(xué)家，主要研究領(lǐng)域是宇宙論和黑洞，證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理，提出了黑洞蒸發(fā)理論和無邊界的霍金宇宙模型，是現(xiàn)代最偉大的物理學(xué)家之一，也是20世紀(jì)享有國際盛譽(yù)的偉人之一。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
最能描寫霍金堅(jiān)韌不拔的一句名言為：當(dāng)你面臨著夭折的可能性，你就會意識到，生命是寶貴的，你有大量的事情要做。
斯蒂芬威廉霍金：生于1942年1月8日，死于2018年3月14日。英國著名物理學(xué)家和宇宙學(xué)家。肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥患者，全身癱瘓，不能發(fā)音。霍金的主要研究領(lǐng)域是宇宙論和黑洞，證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理，提出了黑洞蒸發(fā)現(xiàn)象和無邊界的霍金宇宙模型，在統(tǒng)一20世紀(jì)物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)理論，愛因斯坦創(chuàng)立的相對論和普朗克創(chuàng)立的量子力學(xué)方面走出了重要一步。
霍金是繼牛頓和愛因斯坦之后最杰出的物理學(xué)家之一，被世人譽(yù)為宇宙之王。2017年4月，霍金接受采訪表示，他比以前更加堅(jiān)定地認(rèn)為人類應(yīng)該在2117年之前離開地球。
2018年3月14日，斯蒂芬霍金去世，享年76歲，他的骨灰被安放在倫敦的威斯敏斯特教堂內(nèi)，與牛頓和達(dá)爾文為鄰。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
美國北卡羅來納大學(xué)教堂山分校物理學(xué)家提出一種新的宇宙形成模式，宇宙可能在不斷膨脹和收縮。這一理論向宇宙大爆炸理論發(fā)起挑戰(zhàn)，并解決了一個棘手的現(xiàn)代物理學(xué)難題。
北卡羅來納大學(xué)文學(xué)和科學(xué)院著名物理學(xué)教授保羅.法拉姆頓博士和路易斯.J.羅賓及研究生羅伊斯.鮑姆共同提出了一個循環(huán)模式，這個循環(huán)模式有四個關(guān)鍵部分：膨脹、逆轉(zhuǎn)、收縮和反彈。在膨脹階段，暗物質(zhì)（引發(fā)宇宙加速膨脹的未知能量）不停的推進(jìn)，直到所有物質(zhì)分裂成任何東西都無法連接的碎片。黑洞中釋放出來的所有東西都被分裂成了原子。然后在膨脹結(jié)束前的一瞬間轉(zhuǎn)入逆向階段。
逆向階段，在一次逆大爆炸過程中，碎片沒有再重新粘合在一起，而是每一個碎片分裂和個自收縮。這些碎片形成了無數(shù)個獨(dú)立的宇宙，這些宇宙收縮，然后反彈，以類似于大爆炸的方式再次向外部膨脹。其中的一塊碎片就形成了我們現(xiàn)在這個宇宙。
法拉姆頓說，“這個循環(huán)進(jìn)行了無數(shù)次，從而令我們無從了解確切的開始或者結(jié)束時(shí)間。因此在這種循環(huán)中不存在宇宙大爆炸。”
《物理評論快報(bào)》雜志將在下一期中刊登闡述這一模式的論文。法拉姆頓說，宇宙學(xué)家二十世紀(jì)三十年代首次提出沒有開始或者結(jié)束的宇宙振蕩模式來取代大爆炸理論。但因振蕩理論無法與包括熱力學(xué)第二定律在內(nèi)的物理學(xué)吻合，這一理論最終被遺棄。
熱力學(xué)第二定律說熵不可能消失。但是假如熵在一個振蕩到下一個振蕩的過程中增加的話，宇宙每個循環(huán)之后就會變得更大。法拉姆頓說，“宇宙就可能像混雪球一樣越混越大。每一次振蕩的時(shí)間同時(shí)也會持續(xù)更長。從時(shí)間上反推，我現(xiàn)在宇宙之前的振蕩時(shí)間將非常的短暫。這將不可避免地要引發(fā)宇宙大爆炸的產(chǎn)生。”
法拉姆頓和鮑姆通過假定在逆向階段所有碎片中殘留的熵都相隔太遠(yuǎn)而無法相互產(chǎn)生作用來避開大爆炸。每一個分裂碎片都成為一個獨(dú)立的宇宙，每個宇宙都可以收縮基本為空的物質(zhì)和熵。法拉姆頓說，“任何物質(zhì)的出現(xiàn)都會對收縮產(chǎn)生無法克服的困難。返回為空的觀點(diǎn)是這一新循環(huán)模式的最重要部分。”當(dāng)去年10月份他突然想到這一觀點(diǎn)的時(shí)候感到非常震驚。他說，“我突然發(fā)現(xiàn)了一個解決這個看似無法解決難題的新方法。我座在椅子上，把腿放在桌子上，半睡半醒地苦思這一問題。當(dāng)我發(fā)現(xiàn)這一非常簡單的可能性后幾乎從椅子上摔下來。”
法拉姆頓和鮑姆循環(huán)理論另一個關(guān)鍵點(diǎn)就是假定暗物質(zhì)處于一種平衡狀態(tài)（他們精確描述了暗物質(zhì)的壓力和密度）。法拉姆頓和鮑姆設(shè)想暗物質(zhì)能量平衡狀態(tài)總是小于-1.2002年物理學(xué)家保羅.斯坦哈德和尼爾.土魯克在一個類似循環(huán)模式中提出了一個和他們相反的觀點(diǎn)，他們設(shè)想暗物質(zhì)平衡狀態(tài)從來就不可能低于-1.
暗物質(zhì)負(fù)平衡狀態(tài)設(shè)想使法拉姆頓和鮑姆找到一種阻止宇宙不可逆轉(zhuǎn)膨脹的途徑，一名物理學(xué)家將之稱之為“大撕裂”。他們宇宙循環(huán)模式中的兩個設(shè)想發(fā)現(xiàn)，當(dāng)暗物質(zhì)密度與宇宙密度一致時(shí)，宇宙膨脹就會恰恰在“大撕裂”前止步。法拉姆頓說，目前正在建造的新衛(wèi)星，比如歐洲航天局普朗克（Planck）衛(wèi)星可能會收集到確定暗物質(zhì)平衡狀態(tài)的足夠信息。
如果你是一個物理只考5分的學(xué)生,你告訴別人說:“我將來要當(dāng)一名聲震寰宇的物理學(xué)家!”所有人會摸摸你的額頭問:“你沒發(fā)高燒吧?是不是燒狠了說胡話呢!”
這時(shí)候,別聽他們的,你埋頭做你的事。你知道自己不是在說胡話,因?yàn)橐呀?jīng)有人將這個“胡話”變成了活生生的現(xiàn)實(shí)。他就是錢偉長。
錢偉長是世界著名物理學(xué)家、力學(xué)家、應(yīng)用數(shù)學(xué)家等等,是中國近代力學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)奠基人之一。國際上以錢氏命名的力學(xué)和應(yīng)用科學(xué)科研成果有“錢偉長方程”、“錢偉長方法”、“圓柱殼的錢偉長方程”、“錢偉長一般方程”等等。
這樣一位在數(shù)理方面取得舉世矚目成就的科學(xué)家,所有人一定以為他是理科出身。其實(shí)完全相反。他家境比較貧寒,上大學(xué)前的人生歲月中,錢偉長一直以文史拔萃而小有名氣。
錢偉長十八歲考入清華大學(xué)歷史系時(shí),中文、歷史成績均得滿分,中文答卷讓文學(xué)大師朱自清擊節(jié)叫好,歷史答卷令歷史學(xué)家陳寅恪拍案贊嘆。然而,他的物理僅考了5分,數(shù)學(xué)、化學(xué)相加才20分。
很快日本悍然發(fā)動,他的一個重要理由是因?yàn)槿毡救擞芯嫉娘w機(jī)大炮,中國卻沒有,就算抵抗也沒用。國弱則民受欺,錢偉長與千萬同胞一樣憤怒了!他立即做出一個驚人的決定:改學(xué)物理――用先進(jìn)的科技為祖國造出精良的武器,把侵略者趕出中國!
物理考5分還想學(xué)物理,不是開玩笑嗎?當(dāng)時(shí)物理系主任是中國近代物理學(xué)奠基人吳有訓(xùn),對于錢偉長的請求他當(dāng)然一口回絕。然而錢偉長一次又一次懇求并陳述改系原因及決心,精誠終于擊開金石,吳有訓(xùn)被感動,勉強(qiáng)同意試讀一年,一年之后若成績不合格即退回原系。
這一年里,錢偉長極度刻苦,和衣而眠,聞雞起舞,很快由后進(jìn)變?yōu)橄冗M(jìn),畢業(yè)時(shí)已成物理系佼佼者,跟隨導(dǎo)師吳有訓(xùn)進(jìn)行物理學(xué)研究,為提高國防裝備提供科技支持。
當(dāng)別人稱贊他為天才時(shí),他說,我不是天才,關(guān)鍵在于刻苦和努力,生而知之者是不存在的,天才也是不存在的,所有人都是“后才”。學(xué)習(xí)求知是艱苦的,但必須有不辭辛苦、孜孜不倦的頑強(qiáng)精神,才能學(xué)到東西。
他認(rèn)為不能徹底否認(rèn)人與人的個體智力差異,但那是次要的,有多少“仲永”式的神童最后泯然眾人,那是因?yàn)樗麄冏砸詾槌诔Ｈ说纳裢挥迷倮^續(xù)刻苦。喪失了刻苦精神,最后必然歸于寂滅。反之,天資平庸而靠后天頑強(qiáng)奮發(fā),最后舉世聞名,大有人在。
“文章已滿行人耳”的白居易也不是生而能作錦繡華章,“二十以來,晝課賦,間又課詩,不遑被息矣。以至口成瘡,手肘成胝。”讀書讀得嘴里生滿瘡泡,練詩練得手肘長滿老繭。難怪日后他的詩如此深入人心:“童子解吟《長恨》曲,胡兒能唱《琶琶》篇。”直至今日,“白樂天”的詩名也是不廢江河萬古流。
“有蘭有竹有石,有節(jié)有香有骨”的鄭板橋,詩書畫三絕,尤以畫竹秀勁絕倫,“似有神助之”。其實(shí)只有鄭板橋知道,他并沒有“神助之”,而是他的“勤勉劬勞”助之:
四十年來畫竹枝,
晝間揮寫夜間思。
冗繁削盡留清瘦,
畫到生時(shí)是熟時(shí)。
請辭“國學(xué)大師”、“學(xué)界泰斗”、“國寶”三稱號的季羨林,出生貧寒農(nóng)家,但他精通12國語言,是中國唯一一位可以釋讀吐火羅語的學(xué)者,八九十歲還著書立說,擁有“東方學(xué)家”、“印度學(xué)家”、“歷史學(xué)家”、“思想家”、“翻譯家”、“作家”等等稱號……
你一定會感嘆說,真是個天才啊!是啊,這么多稱號里,一個人終其一生能夠擁有一個,就已經(jīng)算功德圓滿了,可是他卻擁有那么多。
可是當(dāng)人們都稱其為天才時(shí),他卻不以為然,他在晚年時(shí)淡淡地說:“我非常平凡,沒什么了不起。如果我有一點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)的話,我只講勤奮。”年輕時(shí)的勤奮與不倦自不必說,否則也不可能有后來的博學(xué)與成就。即使到了皓首之年,仍然“開電燈以繼晷,恒兀兀以窮年”。
時(shí)期,季羨林被扣上莫須有的罪名而受辱,自殺未遂。后來,他被“發(fā)配”在女生宿舍樓看大門,誰會想到,就在那樣的特殊時(shí)期,他完成了印度史詩《羅摩衍那》的翻譯工作。翻譯工作都是他在“地下”進(jìn)行的,因?yàn)榕卤话l(fā)現(xiàn),偷偷把史詩原文抄在小紙條上,趁沒人時(shí)拿出小紙條,躲在角落逐字逐句翻譯,就這樣,結(jié)束,一本《羅摩衍那》基本譯完。
八十多歲了,他仍是每天早晨四點(diǎn)鐘起床,并風(fēng)趣地說,別人都是聞雞起舞,我是雞聞我起舞。學(xué)術(shù)上,他沒有一點(diǎn)停步,完成了重要的著作:《糖史》及《吐火羅文〈彌勒會見記〉譯釋》。九十多歲了,該一杯清茶相伴悠游度日了吧!不,他仍舊焚膏繼晷,整理并出版了《病榻雜記》。
除了孜孜不悔地埋頭治學(xué),他把許多東西看得很淡。他喜歡并鼓勵好學(xué)的年輕人,曾寄錢給一位好學(xué)的年輕人,并說,這些錢助你讀書,都是我爬格子所得,都是干凈的。
他用朱熹的詩勉勵年輕人:
少年易老學(xué)難成,
一寸光陰不可輕。
未覺池塘春草夢,
階前梧葉已秋聲。
Anythingispossible!一切皆有可能!
Nothingisimpossible !沒有不可能!
1923年莫特進(jìn)入劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),1927年獲得碩士學(xué)位.莫特早期研究原子碰撞理論,并與馬塞(H.S.W.Massey)在1933年聯(lián)名出版了權(quán)威的《原子碰撞理論》一書,書中討論了帶電粒子的“莫特散射”.后來莫特轉(zhuǎn)入固體物理學(xué)的研究,1936年莫特和瓊斯(H.Jones)合著了《金屬與合金性質(zhì)的理論》,1940年和格尼(R.W.Gurney)合著了《離子晶體中電子過程》,對現(xiàn)代固體物理學(xué)的形成和發(fā)展有重要的影響.第二次世界大戰(zhàn)后,莫特等人研究了晶體缺陷及其對力學(xué)性質(zhì)的影響.20世紀(jì)60年代起,莫特致力于發(fā)展無序體系及非晶態(tài)物質(zhì)的電子理論研究,有力地推進(jìn)了非晶態(tài)物質(zhì)研究的進(jìn)展.1971年莫特和戴維斯(B.A.Davis)合著了《非晶態(tài)物質(zhì)的電子過程》.莫特因?qū)Υ判耘c不規(guī)則系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)所作研究的貢獻(xiàn),于1977年與安德遜(Philip Warren Anderson,1923-)、范弗萊克(John Hasbrouck Van Vleck,1899-1980)一起因?qū)Υ判院蜔o序系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性研究,共獲諾貝爾物理學(xué)獎.
莫特從20世紀(jì)50年代開始研究無序體系物質(zhì).他在安德遜局域化理論的啟發(fā)下,深入探索了非晶態(tài)體系中的電子過程,使安德遜局域化理論更加完善,并使之得到了廣泛的應(yīng)用.他把能帶理論用于非晶態(tài)物質(zhì),描述了這類物質(zhì)中的電子行為,成功地解釋了它們的導(dǎo)電特性.他首先注意到:在晶態(tài)體系中銳利的能帶邊完全是由于原子排列的同期性引起的;而非晶態(tài)體系,則是由于原子排列的無序性使能帶拖著一個“尾巴”,呈現(xiàn)出一些分立的能級,因此電子只能局限在材料中某個確定的位置.他進(jìn)一步指出:每個能帶都有著延展態(tài)和局域態(tài)的明確分界處.在安德遜局域化出現(xiàn)之前的一剎那,電導(dǎo)率為一常數(shù),這個常數(shù)稱為“最小金屬態(tài)電導(dǎo)率”.莫特給出了分別相應(yīng)于高溫和低溫情況的兩個簡潔的電導(dǎo)率公式.他把電導(dǎo)率的微觀圖景看成溫度T的函數(shù),描述了電導(dǎo)率決定于費(fèi)米能級和遷移率邊界的相對位置,從而導(dǎo)致了他后來的兩項(xiàng)最重要的貢獻(xiàn):最小金屬電導(dǎo)率和T1/4跳躍.差不多在同一時(shí)期,科恩、弗里茨斯克和奧費(fèi)辛斯基對這一理論也做出了各自的貢獻(xiàn).因此,后來人們把他們的理論稱為“Mott-CFO(莫特-科弗奧)模型”.這個模型是非晶態(tài)體系中電子能態(tài)的最基本的模型.莫特開拓了作為固體物理新領(lǐng)域的非晶態(tài)物質(zhì)電子過程的研究,被譽(yù)為這個新的分支學(xué)科的奠基人.
莫特自1954年起在英國最著名的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任主任,直到1971年.卡文迪什實(shí)驗(yàn)室是以英國物理學(xué)家和化學(xué)家卡文迪什(Henry Cavendish)命名的.卡文迪什實(shí)驗(yàn)室(Cavendish Laboratory)相當(dāng)于英國劍橋大學(xué)(University of Cambridge)的物理系.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),卡文迪許實(shí)驗(yàn)室從1874年至1989年一共產(chǎn)生了28位諾貝爾獎得主.
從卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的科研成就,我們似乎不難看出諾維爾?弗朗西斯?莫特獲得諾貝爾物理學(xué)獎的必然.這里列舉幾任主任的科學(xué)成就.
第一任主任是著名物理學(xué)家麥克斯韋(James Clerk Maxwell)(1831-1879)負(fù)責(zé)籌建這所實(shí)驗(yàn)室.1874年實(shí)驗(yàn)室建成后他擔(dān)任第一任實(shí)驗(yàn)室主任,直到他1879年因病去世. 按照麥克斯韋的主張,物理教學(xué)在系統(tǒng)講授的同時(shí),還輔以表演實(shí)驗(yàn),并要求學(xué)生自己動手.表演實(shí)驗(yàn)要求結(jié)構(gòu)簡單,學(xué)生易于掌握.麥克斯韋說過:“這些實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值,往往與儀器的復(fù)雜性成反比,學(xué)生用自制儀器,雖然經(jīng)常出毛病,但他們卻會比用仔細(xì)調(diào)整好的儀器學(xué)到更多的東西.學(xué)生用仔細(xì)調(diào)整好的儀器易產(chǎn)生依賴而不敢拆成零件.”從那時(shí)起,使用自制儀器就形成了卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的傳統(tǒng).
第二任主任是瑞利(James William Rayleigh, 1842-1919).他因在氣體密度的研究中發(fā)現(xiàn)氬而獲1904 年度的諾貝爾物理學(xué)獎.瑞利在聲學(xué)和電學(xué)方面很有造詣.在他的主持下,卡文迪什實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)地開設(shè)了學(xué)生實(shí)驗(yàn).1884年,瑞利因被選為皇家學(xué)院教授而辭職.
第三任主任是年僅28歲的J.J.湯姆遜(J.J.Thomson,1856-1940).他因通過氣體電傳導(dǎo)性的研究,測出電子的電荷與質(zhì)量的比值獲1906年度的諾貝爾物理獎.湯姆遜對卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)有卓越貢獻(xiàn).在他的建議下,從1895年開始,卡文迪什實(shí)驗(yàn)室實(shí)行吸收外校及國外的大學(xué)畢業(yè)生當(dāng)研究生的制度,建立了一整套培養(yǎng)研究生的管理體制,樹立了良好的學(xué)風(fēng).
第四任主任是湯姆遜的學(xué)生盧瑟福(Ernest Rutherford,1871-1937).盧瑟福是一位成績卓著的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,是原子核物理學(xué)的開創(chuàng)者.他因在揭示原子奧秘方面做出的卓越貢獻(xiàn)獲1908年度的諾貝爾化學(xué)獎.
1937年盧瑟福去世,由W.L.布拉格(William Lawrence Bragg)繼任實(shí)驗(yàn)室第五任主任.W.L.布拉格與其父W.H.布拉格(William Henry Bragg)因在X線衍射分析晶體結(jié)構(gòu)方面的成就共獲1915年度的諾貝爾物理學(xué)獎.
與黑洞有關(guān)的四次“豪”賭，霍金逢賭必輸
1997年，霍金同美國物理學(xué)家約翰?普雷斯基爾打賭時(shí)堅(jiān)持自己的“黑洞悖論”，黑洞會摧毀它們吞噬的一切信息，后者則認(rèn)為黑洞不可能使其內(nèi)部物質(zhì)的信息喪失，賭注則是一本《棒球百年全書》。霍金于2004年7月21日當(dāng)眾表示輸?shù)袅诉@場科學(xué)史上著名的賭賽，并送給普雷斯基爾一套棒球百科全書。
在歷史上關(guān)于黑洞的著名打賭已經(jīng)有了四次。第一次是已故的諾貝爾獎獲得者錢德拉和索恩關(guān)于旋轉(zhuǎn)黑洞的穩(wěn)定性問題打的賭。結(jié)果是索恩贏了。于是索恩要錢德拉訂購了《聽眾》雜志。第二次是1975年關(guān)于天蝎座X-1（X指X射線源，1代表天蝎座中最亮的星）是否包含黑洞打的賭。霍金說，他對黑洞做了很多研究，如果發(fā)現(xiàn)天蝎座X-1中不存在黑洞，一切關(guān)注黑洞存在的研究都將是徒勞。在這種情況下，索恩不得不為他訂購4年的《私家偵探》雜志。后來，人們積累了越來越多天蝎座X-1中存在黑洞的觀測證據(jù)，這些發(fā)現(xiàn)證明霍金實(shí)際上錯了。霍金也只好認(rèn)輸，國索恩訂閱了1年的《閣樓》雜志。第三次打賭是在1991年，霍金又與索恩、普雷斯基爾賭上了，這次賭的是裸奇點(diǎn)是否存在。霍金認(rèn)為奇點(diǎn)只存在于黑洞圍繞的時(shí)空奇點(diǎn)。1997年2月5日，霍金承認(rèn)，在特殊的情況下裸奇點(diǎn)是可以形成的，結(jié)果輸給了索恩和普雷斯基爾兩件可以用來“遮蔽”的T恤衫，上面寫著“自然界憎恨裸奇點(diǎn)”。第四次打賭也就是前面敘述過的霍金與普雷斯基爾關(guān)于黑洞是否會摧外來信息的賭。有關(guān)黑洞的四次“豪”賭，霍金參加了三次，次次皆輸。
霍金“賭性”難改
霍金新理論認(rèn)為黑洞不是吞噬一切的惡魔。1975年，霍金以數(shù)學(xué)計(jì)算的方法證明黑洞由于質(zhì)量巨大，進(jìn)入其邊界的（也即所謂“活動水平線”的物體）都會被其吞噬而永遠(yuǎn)無法逃逸。黑洞形成后，就開始向外輻射能量，最終將因?yàn)橘|(zhì)量喪失殆盡而消失。然而在這種所謂的“霍金輻射”中并不包含黑洞中有關(guān)物質(zhì)的任何信息。一旦黑洞消失，所有信息也將全部喪失。換言之，人類永遠(yuǎn)不可能知道黑洞里面是什么樣子。這便是所謂的“黑洞悖論”。而該理論與量子物理學(xué)的理論背道而馳。量子物理中認(rèn)為類似黑洞這樣質(zhì)量巨大物體的信息是不可能完全喪失的。當(dāng)時(shí)霍金認(rèn)為，可能是黑洞強(qiáng)大的引力場打破了量子物理定律。
霍金在2004年7月21日于都柏林舉行的“第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會”上提出了新的理論。面對世界各國著名的物理學(xué)家，他說，30年來，自己一直在思考不同形狀、體積各異的黑洞在無數(shù)年后會出現(xiàn)何種變化。他通過計(jì)算證明，黑洞內(nèi)部最初的信息量與最終的信息量相等。他說：“黑洞里面不會發(fā)展出新宇宙。黑洞只是看上去處在形成之中。后來，它就會向外輻射其吞噬的物質(zhì)的所有信息。不過，這些信息已經(jīng)被黑洞撕碎、打破和重整了。”
霍金還向來自50個國家的約800名科學(xué)家說：“黑洞里面不會發(fā)展出新宇宙，這和我以前的想法相反。這些信息仍存在我們宇宙里。我很抱歉讓科幻小說迷失望，可是既然這些信息保存下來，就不可能利用黑洞前往其他宇宙。”
霍金的“新黑洞”理論不再和現(xiàn)有量子理論矛盾
次原子理論擁護(hù)者堅(jiān)持物質(zhì)不滅定律，也就是物質(zhì)會改變形式，可是絕不會消滅，在這種情況下，物體如何能夠完全消失在黑洞里，絲毫不留任何痕跡？而形成整個現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)的量子理論宣稱所有信息都會以某種形式保存下來。而霍金以前的黑洞理論則認(rèn)為，黑洞會吞噬物質(zhì)及其相關(guān)信息。因此，老的黑洞理論和現(xiàn)存的量子理論相矛盾。斯坦福大學(xué)理論學(xué)家蘇斯坎曾經(jīng)說，霍金原來的理論會導(dǎo)致大部分量子量論瓦解。霍金自己也曾經(jīng)為兩種理論之間的矛盾而苦惱，然而，他這次大膽提出的新理論終于結(jié)束了糾纏了他30年的苦惱。
黑洞是太空里的某些看不見的星體，那里的引力大得驚人，包括光在內(nèi)的一切東西都難以逃逸出來。過去，宇宙學(xué)家一直認(rèn)為，對于宇宙來說，黑洞純粹是一種破壞力量，現(xiàn)在霍金最新理論說明，黑洞在星系形成過程中扮演了重要建設(shè)角色。霍金現(xiàn)在所說的黑洞不同于傳統(tǒng)的黑洞，它沒有將里面的一切隱藏起來。反之，在經(jīng)過長時(shí)間輻射后，它們最終會將里面的信息釋放出來。這個新理論將使有關(guān)黑洞的理論研究進(jìn)入新的階段，科學(xué)家們也許有一天能夠真根據(jù)地揭開黑洞的秘密了。
關(guān)鍵詞：物理文化；起源；物理教育
1 物理文化研究對制定物理教育目標(biāo)的啟示
物理教育本身就是一種廣義的文化活動，物理教育不能不重視物理學(xué)的文化價(jià)值。物理教育活動中，學(xué)生僅僅了解物理學(xué)知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的；還應(yīng)該了解物理學(xué)在人類文化發(fā)展和社會生產(chǎn)力發(fā)展中的作用；也應(yīng)讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理學(xué)過程中，形成和掌握科學(xué)的價(jià)值觀、科學(xué)思維方式，接受物理文化全方位的熏陶。
物理教學(xué)是一個龐大的體系，我認(rèn)為至少可以分為3種類型：為研究物理而學(xué)物理；為應(yīng)用而學(xué)物理；為提高文化素養(yǎng)而學(xué)物理。即為物理而物理，為應(yīng)用而物理，為文化而物理。這就構(gòu)成了物理教學(xué)目的多樣性或者說物理學(xué)習(xí)的多功能性問題。
物理教學(xué)的目的，諾貝爾物理學(xué)獎獲得者費(fèi)曼有非常深刻而全面的觀點(diǎn)。他認(rèn)為學(xué)習(xí)物理有5方面的理由：第一是為了學(xué)會怎樣動手做測量和計(jì)算，及其知識在各方面的應(yīng)用；第二是培養(yǎng)科學(xué)家，他們不僅致力于工業(yè)的發(fā)展，而且貢獻(xiàn)于人類知識的進(jìn)步；第三認(rèn)識自然界的美妙，感受世界穩(wěn)定的實(shí)在；第四是學(xué)習(xí)怎樣由未知進(jìn)到已知的科學(xué)求知方法；第五是通過嘗試和糾錯，學(xué)會一種有普遍意義的自由探索和創(chuàng)造精神。費(fèi)曼在他的《費(fèi)曼物理學(xué)講義》的結(jié)束語中這樣寫道：“我講授的主要目的，不是為你們參加考試做準(zhǔn)備――甚至不是為你們服務(wù)于工業(yè)或軍事做準(zhǔn)備，我最想做的是給出對于這個奇妙世界的一些欣賞，以及物理學(xué)家看待這個世界的方式，我相信這是現(xiàn)今時(shí)代里真正文化的主要部分。也許你們將不僅對這種文化有欣賞，甚至也可能你們會加入到人類理智已經(jīng)開始的這場偉大的探險(xiǎn)中去。”
2 物理文化研究對學(xué)生發(fā)展的啟示
從文化的視角來看，物理教育與物理文化是密不可分的。物理文化的世代相傳主要依靠物理教育。
物理文化通過3個途徑實(shí)現(xiàn)對青少年的培養(yǎng)：一是借助作為文化結(jié)晶的文字讀物（物理教材、教參書、科學(xué)期刊、物理學(xué)家傳記、科普讀物等），向青少年傳播物理文化。二是通過作為物理文化“活”的載體的物理教師，系統(tǒng)地講述物理學(xué)發(fā)展歷史、知識體系、物理學(xué)的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)、杰出物理學(xué)家的思維方式，工作方法，個性特征等，青少年對進(jìn)行物理文化的熏陶。三是借助自然物理環(huán)境和人工物理環(huán)境引導(dǎo)學(xué)生感悟物理、熱愛物理。物理文化教育可以在下幾個方面實(shí)現(xiàn)對青少年的培養(yǎng)，促進(jìn)他們的發(fā)展。
2.1 有助于形成科學(xué)探索精神
物理文化是當(dāng)代人類文化的主流文化之一，是領(lǐng)引社會進(jìn)步的重要力量。物理文化是科技文化的基礎(chǔ)，對青少年的培養(yǎng)具有不可替代作用。 它是戰(zhàn)勝一切偽科學(xué)的認(rèn)識論基礎(chǔ)。物理學(xué)習(xí)活動有助于破出封建迷信，激發(fā)好奇心，求知欲，培養(yǎng)人的探索精神。
愛因斯坦在其《自述》一文中，對自己觀念的變化和好奇心有過精彩的描述：“盡管我是完全沒有的（猶太人）雙親的兒子，我還是深深地信仰著宗教，但是這種信仰在我12歲那年突然終止。由于讀了通俗的科學(xué)書籍，我很快相信《圣經(jīng)》里故事有許多不可能是真實(shí)的，其結(jié)果就是一種真正狂熱的自由思想，。這種經(jīng)驗(yàn)引起我對所有權(quán)威的懷疑。我很清楚少年時(shí)代的天堂就這樣失去了，這是使我自己從“僅僅作為個人”的桎梏中，從那種被愿望和原始感情所支配的生活中解放出來的第一個嘗試。在我們之外有一個巨大的世界，它離開我們?nèi)祟惇?dú)立地存在，它像偉大而永恒之迷，然而至少部分地是我們的觀察和思維所能及的。”從愛因斯坦的典型經(jīng)歷中，我們看到學(xué)習(xí)物理對消除迷信，建立批判意識的深刻作用。我們不難推想經(jīng)過系統(tǒng)的物理學(xué)習(xí)的人群，比起沒有接觸這種文化的人群來，更具有抵御迷信和偽科學(xué)的能力。
好奇心是人的天性，人類生活在大自然中，總是力圖了解自身和所處的外部世界，渴望使心中的疑團(tuán)得以解釋。古人對自然的奧秘發(fā)出過多少質(zhì)樸的發(fā)問：天體是怎樣運(yùn)行的？熱現(xiàn)象的本質(zhì)是什么？電、磁是怎么產(chǎn)生的？光的本質(zhì)是什么？物質(zhì)是怎樣構(gòu)成的？正是自然界美妙而復(fù)雜的現(xiàn)象，激發(fā)了一代又一代物理學(xué)家的好奇心，促使他們?nèi)ヌ剿髯匀滑F(xiàn)象背后的本質(zhì)，而物理學(xué)的每一個科學(xué)概念的產(chǎn)生都充滿了探索和創(chuàng)新，還包括對已有錯誤觀念的批判。物理學(xué)作為人類認(rèn)識自然的偉大成果，無論其內(nèi)容、方法和結(jié)構(gòu)都是人類創(chuàng)造智慧的集中體現(xiàn)，物理學(xué)形成和發(fā)展的過程，就是一個探索和創(chuàng)新的過程，其閃耀著科學(xué)探索之光。我們的物理文化教育是在課堂上再現(xiàn)科學(xué)探索的過程，因而有助于培養(yǎng)人的科學(xué)探索精神。
2.2 有助于科學(xué)的認(rèn)知與思維訓(xùn)練
物理學(xué)知識具有解釋物質(zhì)世界的認(rèn)知功能，他幫助人們科學(xué)地認(rèn)識和理解物質(zhì)世界的規(guī)律，開闊人們的認(rèn)識視野，提高人們與自然和諧相處的能力。
物理學(xué)方法是發(fā)明創(chuàng)造的思維武器，也是開發(fā)創(chuàng)造思維的理論指導(dǎo)。著名物理學(xué)家都非常重視科學(xué)方法的研究和應(yīng)用，物理學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)往往是從方法論上打開缺口，突破前人的思想方法的局限，進(jìn)而獲得成功的。物理學(xué)是包含科學(xué)方法最多豐富的學(xué)科，在通用科學(xué)方法300種中，物理學(xué)中包含170 多種，物理學(xué)是具有方法論性質(zhì)的學(xué)科。例如，物理教學(xué)的理想的教學(xué)模式是：創(chuàng)設(shè)問題情景（通過實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象描述）―分析問題―找出解決問題的出發(fā)點(diǎn)（建立概念或提出系統(tǒng)參數(shù)）―找出解決問題的可能的途徑―從最佳途徑出發(fā)建立數(shù)學(xué)模型―求解數(shù)學(xué)模型―討論命題的物理意義和可能的技術(shù)應(yīng)用。這一過程就是研究復(fù)雜問題的全過程，是解決復(fù)雜問題的基本方法。許多重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)從方法論的角度看和解決一個物理問題完全一樣。
愛因斯坦認(rèn)為：“如果青年人通過體操和走路訓(xùn)練了他的肌肉和體力的耐久性，以后能適應(yīng)體力勞動。思想的訓(xùn)練以及智力和手藝方面的技能鍛煉也類似這樣。”物理知識和物理方法是提升學(xué)生思維能力的基礎(chǔ)，因此，物理教學(xué)把隱藏在物理學(xué)中的科學(xué)方法發(fā)掘出來，加強(qiáng)科學(xué)方法的學(xué)習(xí)和思維訓(xùn)練，有助于學(xué)生思維能力的發(fā)展。
2.3 有助于進(jìn)行物理學(xué)美的熏陶
自然界是豐富多彩的，它充滿了各種各樣的美妙的現(xiàn)象，人們在對自然的審視中獲得了美的感受和體驗(yàn)，因而創(chuàng)造了藝術(shù)美、文學(xué)美、建筑美、服飾美等等。作為自然界理性思維成果的物理學(xué)也存在美，學(xué)習(xí)物理文化同樣有審美價(jià)值。
對于物理學(xué)的美的概括不太容易，但是如和諧、優(yōu)雅、一致、簡單、對稱、新奇等都與物理學(xué)之美有關(guān)，物理學(xué)之美還表現(xiàn)在發(fā)展和變化之中，著名物理學(xué)家楊振寧認(rèn)為，物理學(xué)的美包括3個方面：現(xiàn)象之美，理論描述之美，理論結(jié)構(gòu)之美。
現(xiàn)象美有自然現(xiàn)象之美，也有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之美 ，當(dāng)我們觀察到彩虹現(xiàn)象時(shí)無疑我們會說“美極了”，彩色的干涉條紋，優(yōu)雅的激光束，奇妙的原子光譜，會給人們以美感。再如超導(dǎo)現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)現(xiàn)同有電流而不帶電池的線圈中，長年累月地流動電流，可以想象發(fā)現(xiàn)者是多么驚訝。
理論描述之美，在物理理論中隨處可見，例如對質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動慣性的描述，深刻地揭示了運(yùn)動規(guī)律的一個側(cè)面，解開了物體運(yùn)動的原因之謎；再如熱力學(xué)第一、第二定律對自然界基本性質(zhì)――能量轉(zhuǎn)換和熱力學(xué)過程自發(fā)運(yùn)動方向給出了很美的理論描述；再如原子結(jié)構(gòu)的行星模型，把微觀世界的結(jié)構(gòu)與宏觀世界進(jìn)行美妙的類比；再如放射性元素按指數(shù)規(guī)律的衰變的描述，精確到難以置信的地步。
關(guān)鍵詞：物理學(xué)史；主動性；物理教學(xué)
中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2013）30-211-01
物理學(xué)是人類社會實(shí)踐的產(chǎn)物。它的每一個基本概念、基本定律和基本理論，都有一個萌芽，形成和發(fā)展演化的曲折過程。但是，在大量的物理教科書中，人類對物理學(xué)認(rèn)識的歷史痕跡被擦拭殆盡，物理學(xué)家們的曲折頑強(qiáng)的創(chuàng)作過程常常被物理學(xué)理論嚴(yán)格、精美的邏輯體系的面紗遮蓋起來，學(xué)生只能通過具體的物理定律或公式前面所注有的科學(xué)家的名字，模糊地了解那一段歷史。物理學(xué)史是人類對自然界中各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識史，它體現(xiàn)了人類探索和逐步認(rèn)識世界的現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)、特性、規(guī)律和本質(zhì)的歷程。物理學(xué)史的課程資源可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解和掌握物理學(xué)知識、發(fā)展獨(dú)立思考的能力、學(xué)習(xí)科學(xué)方法、進(jìn)行科學(xué)思維的訓(xùn)練等，有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。
一、物理學(xué)史知識的滲入有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
著名物理學(xué)家愛因斯坦說過：“興趣是打開科學(xué)大門的導(dǎo)師。”只有當(dāng)學(xué)生對學(xué)習(xí)有了興趣，才能表現(xiàn)出學(xué)習(xí)的自覺性、主動性，才能積極主動去克服學(xué)習(xí)中遇到的困難。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們在教學(xué)中，通過對物理學(xué)史的回顧，通過了解物理學(xué)家的生平、各學(xué)派間的爭端以及尚未解開的物理課題等使學(xué)生消除對物理知識來源的神秘感，來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，感知物理學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)思維方法，不斷提高自身的思維能力，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。例如：在講牛頓第一定律的時(shí)候如果只講一個斜面實(shí)驗(yàn)得出物體在不受外力作用時(shí)將保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)。學(xué)生記得太抽象太枯燥，但如果你將亞里士多德推物體就運(yùn)動不推就停止得出的力是維持物體運(yùn)動狀態(tài)的原因這個觀點(diǎn)提出，伽利略又加以反駁，在光滑的木板上小車失去推力以后還會繼續(xù)運(yùn)動，得出力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。再介紹伽利略斜塔實(shí)驗(yàn)時(shí)大鐵球、小鐵球同時(shí)下落，加上牛頓管中羽毛與鐵片同時(shí)下落的實(shí)驗(yàn)，說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。學(xué)生聽得非常入神，再介紹牛頓將伽利略的觀點(diǎn)總結(jié)推廣成不受力時(shí)將保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，加上了靜止的情況。引牛頓的一句話：“如果說我比別人看得遠(yuǎn)一點(diǎn)，是因?yàn)槲艺驹诹司奕说募绨蛏稀！币雠ｎD第一定律的得出過程，給學(xué)生增加了很大的學(xué)習(xí)興趣，再加上前人在探索實(shí)驗(yàn)過程中的認(rèn)真求實(shí)精神非常值得學(xué)生學(xué)習(xí)。學(xué)生有了學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)才會更加主動，遇到問題時(shí)解決問題才更加有了信心，也使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，不斷提高自己的科學(xué)素養(yǎng)，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。
二、物理學(xué)史知識的滲入有助于增強(qiáng)學(xué)生對物理知識的全面理解和掌握
物理規(guī)律是反映了物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律。在進(jìn)行物理教學(xué)時(shí)，教師為了讓學(xué)生最有效地掌握好物理規(guī)律，應(yīng)使其對物理規(guī)律的建立過程有一定的了解，這就需要教師經(jīng)常把物理學(xué)史知識滲透到物理教學(xué)之中。這是由于物理學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展是具有連續(xù)性的，后人的研究工作總是以前人的研究成果為基礎(chǔ)，重要的物理規(guī)律都是經(jīng)歷了艱難和曲折的歷史發(fā)展過程的。教師讓學(xué)生了解這些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，會對學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律、形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和作風(fēng)產(chǎn)生重大的影響。例如在講述開普勒三定律時(shí)，教師可以給學(xué)生介紹當(dāng)時(shí)的社會背景：16世紀(jì)以后的歐洲，航海、戰(zhàn)爭和工業(yè)的發(fā)展，推動了人類對天體的觀測和研究。波蘭的天文學(xué)家哥白尼對天象進(jìn)行了長期的觀測，獲得了大量的觀測資料，在對這些觀測資料進(jìn)行了整理和分析后，提出了“日心說”的理論體系，了統(tǒng)治天文學(xué)領(lǐng)域一千多年的托勒密“地心說”體系，打開了自然科學(xué)的大門。繼哥白尼之后，丹麥天文學(xué)家第谷以他驚人的毅力和畢生的精力對行星的運(yùn)動進(jìn)行了精確的觀測，并采集到大量的觀測數(shù)據(jù)，這為他的學(xué)生開普勒的進(jìn)一步研究打下了良好的基礎(chǔ)。開普勒有著豐富的想象力和杰出的數(shù)學(xué)才能，在整理和研究第谷所觀測到的數(shù)據(jù)中總結(jié)出了開普勒三定律。在回顧歷史的過程中，教師將行星運(yùn)動規(guī)律內(nèi)容跟物理學(xué)史聯(lián)系起來，讓學(xué)生知道定律的來龍去脈，可以讓其得到一個能夠反映事物之間相互聯(lián)系的、完整的認(rèn)識，給定律增加豐富的內(nèi)涵，從而有助于學(xué)生對定律的內(nèi)涵和外延的理解與掌握。
三、物理學(xué)史知識的滲入有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思想方法
物理學(xué)之所以被人們公認(rèn)為一門重要的科學(xué)，不僅僅在于它對客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，還因?yàn)樗诎l(fā)展、成長的過程中，形成了一整套獨(dú)特而卓有成效的思想方法體系。例如，觀察和實(shí)驗(yàn)、類比和聯(lián)想、猜測和試探、分析和綜合、科學(xué)假設(shè)方法等等。物理學(xué)史中有大量生動事例說明科學(xué)大師們熟練而巧妙地運(yùn)用這些方法取得重要成果的過程。利用這些事例，可以對學(xué)生進(jìn)行具體的科學(xué)方法的教育。比如在講授“牛頓第一定律”時(shí)，介紹伽利略的一個理想實(shí)驗(yàn)。然而，為了讓學(xué)生能夠在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)更快地掌握系統(tǒng)的物理知識，教材往往把教學(xué)內(nèi)容按定義、定理、推論、例題的順序編寫，這樣雖利于學(xué)生記憶知識，應(yīng)用知識解題，但無法讓學(xué)生了解到知識產(chǎn)生的過程，不能從思想深處接受這些知識。物理學(xué)史的知識的滲入可以彌補(bǔ)這方面的不足。物理學(xué)史能告訴我們物理學(xué)思想的邏輯行程和歷史行程，它的滲入不僅有助于學(xué)生了解各概念、定理、定律的來龍去脈，而且有助于學(xué)生逐步掌握正確的科學(xué)思維方法。
1.道爾頓的原子模型
1803年，英國著名化學(xué)家、物理學(xué)家道爾頓（圖1）提出了自己的原子模型（如圖2所示）.他認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的基本粒子，它們是堅(jiān)實(shí)的、不可再分的實(shí)心球.道爾頓剛開始提出他的原子模型時(shí)，很多人都不相信，因?yàn)楦緹o法看到的東西怎么能相信它是存在的呢？但是通過各種化學(xué)和物理實(shí)驗(yàn)，人們不得不認(rèn)可原子存在的事實(shí).道爾頓用自己的原子模型解釋了當(dāng)時(shí)許多眾所周知的化學(xué)反應(yīng).
2.湯姆生的原子模型
1906年度諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、英國著名物理學(xué)家湯姆生（圖3），他在物理學(xué)上最重要的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了電子.19世紀(jì)末，物理學(xué)界對陰極射線究竟是什么東西的研究達(dá)到了，有些科學(xué)家認(rèn)為陰極射線是一種電磁波，有些科學(xué)家則認(rèn)為它是一種帶電的粒子流.為了弄清這個問題，湯姆生進(jìn)行了刻苦的研究.他利用廢舊材料研制實(shí)驗(yàn)儀器，終于在1897設(shè)計(jì)出一個巧妙的實(shí)驗(yàn)，證明了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成的.他通過實(shí)驗(yàn)和理論推算，得出組成陰極射線的粒子的質(zhì)量約為氫原子質(zhì)量的1/1840，湯姆生把組成陰極射線的微粒叫做“電子”.電子的發(fā)現(xiàn)被科學(xué)家稱為19世紀(jì)和20世紀(jì)之交的三大發(fā)現(xiàn)之一，湯姆生也被譽(yù)為“電子之父”.
電子的發(fā)現(xiàn)打破了原子絕對不可再分的神話，揭示了原子也是有結(jié)構(gòu)的，由此人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識進(jìn)入了一個嶄新的階段.
湯姆生發(fā)現(xiàn)電子后，提出了自己的原子模型（如圖4所示）：他認(rèn)為在原子中質(zhì)子是均勻分布的，而電子則到處鑲嵌著，電子鑲嵌的樣子就好像是棗糕里鑲嵌著的葡萄干一樣，所以這個模型也被人們叫做“葡萄干模型”或者“棗糕模型”.
湯姆生的原子模型雖然無法說明原子間發(fā)生的所有化學(xué)反應(yīng)，但卻很好地說明了陽離子和陰離子產(chǎn)生的原因，以及放射性元素中產(chǎn)生β射線的原因.
3.盧瑟福的原子模型
1911年英國物理學(xué)家盧瑟福（圖5）做了著名的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想證實(shí)湯姆生原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆生原子模型的有力證據(jù).在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型.
圖6是這個實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖.在一個鉛盒里放有少量的放射性元素釙（Po），它發(fā)出的α射線從鉛盒的小孔射出，形成一束很細(xì)的射線射到金箔上.當(dāng)α粒子穿過金箔后，射到熒光屏上產(chǎn)生一個個的閃光點(diǎn)，這些閃光點(diǎn)可用顯微鏡來觀察.為了避免α粒子和空氣中的原子碰撞而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，整個裝置放在一個抽成真空的容器內(nèi)，帶有熒光屏的顯微鏡能夠圍繞金箔在一個圓周上移動.
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°而被反彈回來，這就是α粒子的散射現(xiàn)象.
發(fā)生極少數(shù)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象是出乎意料的.根據(jù)湯姆生模型的計(jì)算，α粒子穿過金箔后偏離原來方向的角度是很小的，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量不到α粒子的1/7400，α粒子碰到它，就像飛行著的子彈碰到一粒塵埃一樣，運(yùn)動方向不會發(fā)生明顯的改變.正電荷又是均勻分布的，α粒子穿過原子時(shí)，它受到原子內(nèi)部兩側(cè)正電荷的斥力大部分相互抵消，α粒子偏轉(zhuǎn)的力就不會很大.然而事實(shí)卻出現(xiàn)了極少數(shù)α粒子大角度偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.盧瑟福后來回憶說：“這是我一生中從未有的最難以置信的事，它好比你對一張紙發(fā)射出一發(fā)炮彈，結(jié)果被反彈回來而打到自己身上……”
盧瑟福對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了分析，認(rèn)為只有原子的幾乎全部質(zhì)量和正電荷都集中在原子中心的一個很小的區(qū)域，才有可能出現(xiàn)α粒子的大角度散射.由此，盧瑟福在1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核（nucleus），原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn).根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，可以估算出原子核的直徑約為10-15m～10-14m，原子直徑大約是10-10m，所以原子核的直徑大約是原子直徑的萬分之一，原子核的體積只相當(dāng)于原子體積的萬億分之一，如果把原子比做一個乒乓球，那么原子核只有針尖般大小.
由于他的原子模型是通過非常嚴(yán)密的科學(xué)實(shí)驗(yàn)得出來的，因此直到今天仍然受到人們的重視.后人發(fā)現(xiàn)盧瑟福的原子模型還是有許多缺陷：它違背了力學(xué)理論和電磁學(xué)理論，因?yàn)樗荒芎芎玫亟忉寧ж?fù)電的電子圍繞帶正電的原子核旋轉(zhuǎn)而不被吸引到原子核里的原因.
4.波爾的原子模型及電子云模型
1922年度諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、丹麥物理學(xué)家波爾（圖7）于1913年提出了自己的原子結(jié)構(gòu)模型（圖8）：他認(rèn)為在原子的內(nèi)部，電子環(huán)繞原子核做軌道運(yùn)動，外層軌道比內(nèi)層軌道可以容納更多的電子；核外層軌道的電子數(shù)決定了元素的化學(xué)性質(zhì).如果外層軌道的電子落入內(nèi)層軌道，將釋放出一個帶固定能量的光子.玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型很好地解釋了氫原子的結(jié)構(gòu)問題.
“時(shí)間旅行”，僅僅是一個夢嗎？
從地球出發(fā)，載人向宇宙深處尋找“人類的第二家園”，是非常困難的。在很短的時(shí)間內(nèi)幾乎難以做到。霍金說：“困難是肯定的，但人類必須具備這種探索意識，我們可以花30年在月球上建立基地，花50年到達(dá)火星，花 200年探索系外行星等。”
霍金在新著《大設(shè)計(jì)》中，首次否定上帝創(chuàng)造宇宙的認(rèn)識。“上帝在宇宙中沒有位置，我們身處的宇宙，只不過是自發(fā)地從無到有出現(xiàn)的許多宇宙中的一個。”霍金闡述，“假設(shè)宇宙中真有上帝存在的話，其實(shí)也只是一部關(guān)于科學(xué)的法律書，并非一個你提出要求就幫助你滿足的神。”
霍金不承認(rèn)上帝，他認(rèn)為物理上的時(shí)空挪轉(zhuǎn)比上帝更無限。首先他把時(shí)間看成第四維。任何物體都有特定的長度、寬度和高度，但除此以外還有另外一種“度”，這個度就是時(shí)間。而“時(shí)間旅行”就意味著要穿過第四維時(shí)空。
要理解這個概念并不難，就拿開汽車來打比方吧。直進(jìn)是第一維度，轉(zhuǎn)左或轉(zhuǎn)右是第二維度，在山路上爬上爬下帶來高度的變化，就是第三維度。但穿越第四維度時(shí)間，怎樣才能實(shí)現(xiàn)？俄羅斯物理學(xué)家認(rèn)為：歐洲的大型強(qiáng)子對撞機(jī)，可用來幫助進(jìn)行“時(shí)間旅行”。但啟動這種超級功能，只會發(fā)生在對撞機(jī)能量滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)。現(xiàn)在僅僅是一種設(shè)想。
大家都知道，關(guān)于“時(shí)間旅行”的科幻電影，離不開一個能耗極高的巨型機(jī)器，這臺機(jī)器能打開一個穿越第四維時(shí)空的通道，也就是“時(shí)間隧道”。一個改寫時(shí)間的勇敢旅行者，或許有些莽撞，但他完全可以踏進(jìn)“時(shí)間隧道”前往下一個未知的時(shí)代……這個概念，現(xiàn)在已不屬于空想，而有些“腳踏實(shí)地”，因?yàn)樵谝恍┪锢韺W(xué)家的計(jì)算中不斷出現(xiàn)。
很多物理學(xué)家在為進(jìn)入“時(shí)間隧道”做著努力，并為此設(shè)定了一個新名詞――“蟲洞”。他們的基本認(rèn)識是：任何物質(zhì)都不是徹底平滑沒有空隙的，如果近距離看，一樣會發(fā)現(xiàn)上面有小洞和裂痕，這是一個基本的物理法則，就連時(shí)間也是如此。
蟲洞，就是一些細(xì)小的通道，也可以說是穿越時(shí)空的“捷徑”。它們在整個量子世界中不斷地形成、消失、再形成連接。在最小的刻度下――比分子甚至原子都小，我們來到一個稱為量子泡沫的地方，這便是蟲洞存在之處。但這些真實(shí)存在的“時(shí)空隧道”，只有10的負(fù)33次方厘米大小。可這么小，人類根本不可能借此通行呀！
有些科學(xué)家認(rèn)為，人類可以截獲這樣一個蟲洞，然后將它擴(kuò)大數(shù)億億億倍，足以讓一個人、甚至是一艘太空船從中通過，只要有足夠的能源和超前的科技，或許還可以在宇宙中制造出巨大的蟲洞來。
按照理論物理學(xué)的解釋，蟲洞是連接不同時(shí)間和空間的隧道，它的入口可能只有一粒塵埃那樣大，也完全可以有一座房子、一顆行星，甚至有一顆恒星大。
到目前為止，這僅僅是一種不斷升級的設(shè)想，或許很難實(shí)現(xiàn)。但如果真的可行，那將是一項(xiàng)非常了不起的創(chuàng)舉，它的一端在距離地球不遠(yuǎn)的地方，另一端則位于一顆離我們無比遙遠(yuǎn)的行星附近。
“時(shí)間機(jī)器”，漸行漸近的科學(xué)構(gòu)想
如果說，早些時(shí)候“時(shí)間旅行”還被認(rèn)為是科幻小說里的幻想，今天，它已突然成為理論物理學(xué)家最寵愛的項(xiàng)目。在20世紀(jì)以前的科學(xué)界，“時(shí)間旅行”一度被認(rèn)為是歪理邪說；但21世紀(jì)來臨后，完全不同了。加利福尼亞技術(shù)學(xué)院著名物理學(xué)家基普？索恩曾在他的演講中說道：“時(shí)間旅行曾是作家的專屬領(lǐng)域，嚴(yán)肅的科學(xué)家像躲避瘟疫一樣避開它。可如今，在嚴(yán)肅的科學(xué)期刊中，可以經(jīng)常看到優(yōu)秀理論物理學(xué)家撰寫的對時(shí)間旅行的分析文章。”
源于“時(shí)間旅行”概念的推出，很多科學(xué)家正在設(shè)計(jì)各種各樣的“時(shí)間機(jī)器”。最主要的一種就是歐洲的大型強(qiáng)子對撞機(jī)，對撞機(jī)建成于2008年秋季，位于法國和瑞士交界處。科學(xué)家們試圖用接近光速的速度讓質(zhì)子束相撞。正如所料，此設(shè)備可以提供有關(guān)粒子和能量在太空運(yùn)行的新契機(jī)，以及模擬大爆炸后宇宙的再生條件。
對撞機(jī)啟動后，人們害怕形成可以吞噬地球的巨型黑洞。但是科學(xué)家們很快發(fā)表聲明說，運(yùn)行粒子對撞機(jī)可能造成的黑洞非常有限，這些黑洞要么小得用顯微鏡才能看到，要么大得可以讓人們穿越時(shí)空，僅僅能成為“時(shí)間旅行”的工具而已。
這個新奇的觀點(diǎn)，是由兩位斯捷克洛夫物理和數(shù)學(xué)研究所的博士提出的；一位叫伊麗？阿雷菲耶娃，另一位叫伊戈?duì)枺课致寰S奇。沃洛維奇說：“‘時(shí)間旅行’符合現(xiàn)論數(shù)學(xué)物理的原理。而當(dāng)高能量的粒子相撞時(shí)，就有可能使這種‘蟲洞’出現(xiàn)，甚至將‘蟲洞’有一定限度地放大。但應(yīng)該看到，依靠現(xiàn)有頂尖技術(shù)，即使能量再高，也是有極限的。這就是說，歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)未來一旦成功爆發(fā)出足夠能量，或許是促成‘時(shí)間機(jī)器’出籠的直接原因。”
科學(xué)家指出，要想造出這樣的“時(shí)間機(jī)器”，必須讓時(shí)間和空間像一個圓環(huán)一樣封閉，大型強(qiáng)子對撞機(jī)能做到這一點(diǎn)。而有關(guān)“蟲洞”或“時(shí)間隧道”的入口大小，就像建設(shè)“時(shí)間機(jī)器”的起落機(jī)場一樣，取決于它通航的時(shí)空路線和運(yùn)送規(guī)模。畢竟，運(yùn)送一個光子穿越時(shí)空與運(yùn)送一群游客穿越時(shí)空，是完全不同的。
在物理性質(zhì)方面，“蟲洞”的入口與“黑洞”的入口非常相似。完全不同的是，人被“黑洞”吸走就回不來了，而穿越“蟲洞”之后，你還可以再回來。有些科學(xué)家預(yù)測，通過穿越“蟲洞”，你可以到另一個星系或另一個宇宙，甚至你也可以回到過去。
“回到過去”，最終被否
“回到過去”，這簡直有點(diǎn)兒不可思議。新的物理理論假想是這樣的，如果“蟲洞”的兩個端口，設(shè)置的地點(diǎn)相同，但時(shí)間不同，那飛船穿越蟲洞之后，你將回到遙遠(yuǎn)的過去，或許遙遠(yuǎn)年代的恐龍還可以目睹這艘飛船的從天而降。
但是，“回到過去”的“時(shí)間旅行”，本身就存在問題――一個人通過蟲洞，可以看到他一分鐘以前的自我嗎？如果他利用蟲洞向以前的自我開槍，會發(fā)生什么事情？他現(xiàn)在已經(jīng)一命嗚呼了，那又是誰開的槍呢？這是一個說不清的悖論。有這種“時(shí)間機(jī)器”，就完全違反整個宇宙所遵循的基本規(guī)則。
回到過去的時(shí)間旅行，應(yīng)該永遠(yuǎn)不會上演。對于尋找恐龍的人來說，這會令他們大失所望；對于歷史學(xué)家而言，他們可以徹底解脫了。
其實(shí)，時(shí)間就像河流，我們每一個人仿佛被時(shí)光的流動無情地卷走。從“蟲洞”回到過去？此路顯然不通。時(shí)間就是一條直線，向前奔流，永不回頭。時(shí)光以不同速度、在不同地點(diǎn)流動，人倒是完全可以搭上前行的一班車，找到通向未來的“金鑰匙”。
“快與慢”：問題的核心所在
“時(shí)間機(jī)器”一詞，最早出現(xiàn)在1895年威爾斯的小說《時(shí)間機(jī)器》里，那時(shí)的設(shè)想只是作者的幻想，直到狹義相對論與廣義相對論相繼問世，這一設(shè)想開始有了一定的物理學(xué)根據(jù)。
1975年，美國馬里蘭州大學(xué)的卡洛爾？阿利教授制造了兩個原子鐘，將其中一個放在地面，另外一個放在飛機(jī)上在空中飛行數(shù)小時(shí)。當(dāng)機(jī)載的原子鐘回到地面時(shí)，阿利教授將兩個原子鐘進(jìn)行了對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，地面上的原子鐘比空中的慢了不到一秒的時(shí)間。再如，每一艘太空飛船內(nèi)部都有一臺運(yùn)行精確的鐘表。雖然如此精確，但每天仍會比地球快十億分之一秒左右。
100多年前，愛因斯坦最早提出了“快與慢”這一概念。他認(rèn)為，世上應(yīng)該存在讓時(shí)間慢下來的地方，以及讓時(shí)間加速的地方。霍金說，在近地球的太空范圍，越靠近地球，越會使時(shí)間變慢一些。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)會減緩時(shí)間運(yùn)行速度，就像是河的下游一樣。物體越重，對時(shí)間的阻力越大。這種驚人的事實(shí)，為通向未來的時(shí)間旅行開啟了大門。
恰恰在銀河系中心，距離地球2.6萬光年遠(yuǎn)的地方，擁有銀河系中最重的天體――一個質(zhì)量相當(dāng)于400萬個太陽的超大質(zhì)量黑洞，在自身引力作用下，它被壓縮為一個點(diǎn)。這樣的超大質(zhì)量黑洞，對時(shí)間具有顯著的影響，令時(shí)間變慢的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銀河系中的任何物體。這個超大質(zhì)量黑洞，是一臺“天生的時(shí)間機(jī)器”。
如果某個航天機(jī)構(gòu)正在控制從地球發(fā)射的探測器，他們會發(fā)現(xiàn)繞運(yùn)行軌道一圈的時(shí)間為16分鐘的地球時(shí)間。對船上的勇敢者來說，因靠近這個超大質(zhì)量物體，相對地球時(shí)間就會慢下來。在這里，引力影響遠(yuǎn)比地球引力來得更極端。機(jī)組人員的所用時(shí)間（參照地球）將會減慢一半。原本每圈要耗費(fèi)地球時(shí)間16分鐘，他們其實(shí)僅經(jīng)歷了8分鐘，因?yàn)槟抢锏臅r(shí)間走得非常慢，秒針慢騰騰的，像被什么東西拉住了。
想象一下，當(dāng)飛船及機(jī)組人員繞這個黑洞運(yùn)行5年的地球時(shí)間時(shí)，地球上已經(jīng)過去了10年。當(dāng)他們回到家鄉(xiāng)，地球上的人比他們老了5歲。所以，超大質(zhì)量黑洞，就是一臺變形的“時(shí)間機(jī)器”。
接近光速，飛向未來
以接近于光的速度飛行，可以將人類送達(dá)未來世界，走入宇宙新家園。這是科學(xué)家最大的夢想。人類先在地球上建造貨真價(jià)實(shí)的“時(shí)間機(jī)器”后，然后在里面裝載著巨量燃料，令其加速至接近于光速，在全負(fù)荷動力運(yùn)行下，無故障地駛出太陽系，最短仍需要6年時(shí)間。
由于酷似“時(shí)間機(jī)器”的飛船比較龐大和沉重，最初的加速度相對平緩。隨著時(shí)間的推移，飛船速度非常快。一年以后，到達(dá)系外行星。兩年后，它的速度將達(dá)到光速的一半，距離太陽系越來越遙遠(yuǎn)，再過兩年它可能會已經(jīng)達(dá)到光速的90%。在發(fā)射4年后，飛船距離地球48萬億公里遠(yuǎn)，這意味著飛船將開始“時(shí)間旅行”，飛船變成了“時(shí)間機(jī)器”。屆時(shí)，它的速度接近于光速，在船上待1天，相當(dāng)于在地球上待兩天。
再經(jīng)過另外兩年全負(fù)荷動力飛行，飛船將到達(dá)其最高速度――相當(dāng)于光速的99%。在這一速度下，在船上待1天，那就意味著在地球上度過1年的時(shí)間。飛船確實(shí)“飛進(jìn)”了未來世界。從理論上講，這意味著我們一生當(dāng)中可以跨越無盡的距離。
遐想一下，當(dāng)人從太空再次返回地球、走出飛船時(shí)，你也許只衰老了7歲，可是地球卻已經(jīng)過去了難以數(shù)計(jì)的萬年歷程。所以從某種意義上說，你穿越時(shí)空來到了地球的未來。
“時(shí)間機(jī)器”，或僅僅是一種偉大的夢想
“穿越時(shí)空”，前往未來是有可能性的，但目前人類文明遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個能力。一些美國科學(xué)家說，“時(shí)間機(jī)器”純粹只是一種偉大的夢想而已。打開“時(shí)間隧道”，進(jìn)入“蟲洞”，需要一顆恒星的能量，人類眼下無法辦到。
美國紐約城市大學(xué)物理學(xué)家、《多維空間》和《平行世界》一書的作者米奇奧?卡庫說：“蟲洞能通向未來，但我們必須非常謹(jǐn)慎，操作一臺‘時(shí)間機(jī)器’所需的‘汽油’，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是我們的現(xiàn)代科技所能控制的事。”
卡庫解釋稱，在時(shí)空結(jié)構(gòu)中制造出一個“蟲洞”，所需能量非常巨大，或者需要掌控負(fù)能量，這顯然都不是人類可以辦到的事情。
關(guān)鍵詞：新課標(biāo) 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 校本教程
當(dāng)前我國的高中教育正處于如火如荼的改革期，各門課程都在進(jìn)行著深刻的變革，新的教育理念提出了旨在全面提高學(xué)生素質(zhì)的三維教育目標(biāo)，即：“知識與技能目標(biāo)”，“過程與方法目標(biāo)”，“情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)”。傳統(tǒng)的高中物理教育在實(shí)現(xiàn)“知識與技能目標(biāo)”時(shí)，顯示了很強(qiáng)的優(yōu)勢，培養(yǎng)出來的學(xué)生也確實(shí)能在各項(xiàng)考試中獲得不錯的成績，但后兩個目標(biāo)卻常在教學(xué)中被很大程度地忽視，這當(dāng)然與我們現(xiàn)今提出的新課程新理念相抵觸。要實(shí)現(xiàn)后面兩個目標(biāo)，每一門課程都有各自的方法。對于物理這一科來說，把物理學(xué)史教育引入高中物理教育，無疑是當(dāng)前物理教育實(shí)現(xiàn)后兩個目標(biāo)的重要方面，具有重要的作用和意義。這是因?yàn)槲锢韺W(xué)史不僅記述了歷史上物理實(shí)驗(yàn)和理論的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展過程，更記述了物理學(xué)家的心理思維活動，反映了他們對待科學(xué)的興趣和態(tài)度，品德和情操，以及科學(xué)家在科學(xué)方法上的創(chuàng)新和思維上的突破。把物理學(xué)史引入物理教學(xué)，適當(dāng)再現(xiàn)物理概念和物理規(guī)律的形成和發(fā)展的歷史過程，讓學(xué)生體會到物理學(xué)家的學(xué)術(shù)思想、學(xué)術(shù)成就、高尚品德，無疑會深刻促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)情感方面健康成長，使學(xué)生成為德、識、才、學(xué)諸方面全面發(fā)展的創(chuàng)造型人才。我國著名物理學(xué)家錢三強(qiáng)先生很早就論述過在物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的意義：“物理學(xué)發(fā)展史是一塊蘊(yùn)藏著巨大精神財(cái)富的寶地，這塊寶地很值得我們?nèi)ラ_墾，這些精神財(cái)富很值得我們?nèi)ネ诰颉Ｈ绻覀兌寄苤匾曔@塊寶地，把寶貴的精神財(cái)富挖掘出來，從中吸取營養(yǎng)，獲得效益，我想對我國的教育事業(yè)和人才培養(yǎng)都會是大有益處的。”
由此看來，為了更好地貫徹實(shí)施素質(zhì)教育的思想，培養(yǎng)和造就創(chuàng)造型人才，增強(qiáng)物理學(xué)史教育這一薄弱環(huán)節(jié)，讓物理學(xué)史教育真正融入高中物理教育就顯得非常重要了。筆者就近年在這方面的思考，結(jié)合教學(xué)中滲透物理學(xué)史教育的體會，提出幾點(diǎn)在新課程高中物理教育中提高物理學(xué)史教育質(zhì)量的建議：
1．物理教師應(yīng)該加強(qiáng)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)自身物理學(xué)史知識的欠缺，提高自身的物理學(xué)史素養(yǎng)
在上世紀(jì)應(yīng)試教育起主導(dǎo)起作用的八、九十年代，有些師范大學(xué)雖然開設(shè)了物理學(xué)史課程，但比起那些純物理知識，比如三大力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、原子物理學(xué)等等，物理學(xué)史的學(xué)習(xí)被不同程度地忽視。這樣的大學(xué)物理教育最終導(dǎo)致了從師范大學(xué)出來的物理教師物理學(xué)史知識的欠缺。然而，眾所周知，能否發(fā)揮新課標(biāo)教材的教育功能，關(guān)鍵就在于教師。教育界有一句話說得好：“要給學(xué)生一碗水，必須自己有一桶水。”為了有效發(fā)揮物理課程中涉及物理學(xué)史部分的教育功能，物理教師自身就必須具有較高的物理學(xué)史素養(yǎng)，這就要求物理教師充分閱讀物理學(xué)史書籍，自覺地加強(qiáng)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)大學(xué)階段物理學(xué)史知識的欠缺。只有這樣，才能在掌握物理學(xué)史知識的基礎(chǔ)上，從認(rèn)識論和方法論的角度，把握物理科學(xué)的發(fā)展軌跡與規(guī)律，才能挖掘物理學(xué)史的教育功能，在物理教學(xué)中才能自如地引入物理學(xué)史知識。
2．在課堂教學(xué)中滲透物理學(xué)史教育時(shí)，要注意處理好物理學(xué)史教育與其他方面教育的三大關(guān)系
（1）要處理好物理學(xué)史教學(xué)與知識、技能教學(xué)之間的關(guān)系
在有限的課堂教學(xué)40分鐘時(shí)間內(nèi)，教師不可能將物理學(xué)史作為專門的知識來講解，只需要在講到某物理知識的時(shí)候，順便介紹一下歷史上發(fā)現(xiàn)該物理知識的相關(guān)背景；在講到某個物理規(guī)律的研究方法的時(shí)候，順便講講歷史上物理學(xué)家們的研究歷程和各位物理學(xué)家的研究思路，盡量還原當(dāng)時(shí)的研究過程，讓學(xué)生覺得好像在與物理學(xué)家們一起進(jìn)行研究，達(dá)到身臨其境的感覺。
（2）要處理好各物理學(xué)史教學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)系，適時(shí)地進(jìn)行不同內(nèi)容的講述
比如，在課堂教學(xué)中，每遇到一個新的物理學(xué)家或者某個物理人物時(shí)，都對他們做個簡單的介紹，包括他們的生平和貢獻(xiàn)；又比如在講到萬有引力一章中，對于天體運(yùn)動的研究歷程，可以著重介紹一下第谷的勤奮觀察和開普勒的嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算的故事。總之，在課堂教學(xué)中，什么時(shí)候講人物，什么時(shí)候講故事，什么時(shí)候講科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，都應(yīng)該秉著適時(shí)的原則，讓物理學(xué)史教育在課堂教學(xué)中得到自然的滲透。
(3)要處理好物理學(xué)史教育和思想品德教育及智育之間的關(guān)系
在物理學(xué)史中有很多科學(xué)家的感人事跡都可以作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神的素材，而科學(xué)家們的研究過程，不管是成功的還是不成功的，對啟迪學(xué)生的思維，發(fā)展學(xué)生智力都有很大的好處。所以物理教師在教學(xué)中應(yīng)該敏銳地抓住這些物理學(xué)史的內(nèi)容，大膽地生發(fā)開去，努力通過物理學(xué)史來進(jìn)行思想教育和智育。
教師對以上三個關(guān)系的認(rèn)識、協(xié)調(diào)與處理，既是提高物理學(xué)史教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是保證其健康發(fā)展的條件。只有真正解決好物理學(xué)史教育與其他方面教育之間的關(guān)系，才能保證物理教學(xué)質(zhì)量的全面提高，才能促進(jìn)學(xué)生思想品德、科學(xué)素質(zhì)、智力和操作技能的均衡發(fā)展，而不致走向顧此失彼、矯枉過正的偏頗境地，甚至阻礙物理學(xué)史教學(xué)的正常發(fā)展。
3．廣泛開展物理學(xué)史教學(xué)實(shí)踐研究，改進(jìn)教學(xué)方法
由于輕視物理學(xué)史教學(xué)，目前物理學(xué)史教學(xué)方法較為落后，一般僅限于講科學(xué)家故事或者是“貼德育標(biāo)簽”（即在講完故事后，加上幾句口號）的傳統(tǒng)教學(xué)方法，這顯然不符合物理學(xué)史教學(xué)目標(biāo)的要求。為此，必須引導(dǎo)廣大教師重視物理學(xué)史教育，有計(jì)劃地組織物理教師在教學(xué)實(shí)踐中大力開展物理學(xué)史教育研究，深入分析教材內(nèi)容，適當(dāng)補(bǔ)充和引入科學(xué)史料和科學(xué)研究背景，積極改進(jìn)教學(xué)方法，達(dá)到學(xué)科素質(zhì)教育的目的。目前，中學(xué)物理教材中物理學(xué)史內(nèi)容所占比例較少，其中的內(nèi)容僅限于科學(xué)家故事，或者教材僅用極其簡短的語言描述歷史上的研究背景。因此，教師應(yīng)在備課時(shí)對教材的每一節(jié)中涉及物理學(xué)史的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的分析，適當(dāng)補(bǔ)充有關(guān)科學(xué)探索的背景、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程以及方法論方面的物理學(xué)史材料，挖掘教材的教育功能。同時(shí)以現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和能力，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)科學(xué)發(fā)展的歷史，領(lǐng)會科學(xué)精神，陶冶科學(xué)情感，掌握科學(xué)思維方法，培養(yǎng)良好的科學(xué)行為。
4. 積極開設(shè)物理學(xué)史講座，并舉辦物理學(xué)史知識競賽
一般情況下，第二課堂和課外活動大都對學(xué)生有比課堂教學(xué)更大的吸引力，學(xué)生也從心理上對第二課堂和課外活動中的內(nèi)容產(chǎn)生更大的興趣，所以，教師應(yīng)該盡量利用好物理第二課堂時(shí)間，積極開設(shè)物理學(xué)史講座，講座的內(nèi)容可以很廣泛，比如科學(xué)家的傳記故事，歷史上對某某定律的實(shí)驗(yàn)研究史實(shí)等等，學(xué)生在聽這些內(nèi)容的過程中，會得到科學(xué)精神方面的教育。如果教師能配合講座，舉辦一兩次物理學(xué)史知識競賽，則更能極大地調(diào)動起學(xué)生了解物理學(xué)史、學(xué)習(xí)物理學(xué)史的熱情。
5. 在考試中滲透對物理學(xué)史知識的考察
現(xiàn)代教育理論告訴我們，好的教育評價(jià)能有效地指引教育的導(dǎo)向。為了讓學(xué)生更加重視物理知識獲得的過程，而不僅僅局限于學(xué)習(xí)教材上現(xiàn)成的物理學(xué)“終結(jié)”結(jié)果，一個有效的措施便是在物理考試中滲透少部分對物理學(xué)史的考察，這不僅促使教師在教學(xué)中加入物理學(xué)史教育，注重定律和規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過程，也使一張張物理試卷變得更加豐富，更有效地評價(jià)學(xué)生的全面素質(zhì)。
6. 積極編寫適合本校的物理學(xué)史校本教程，給學(xué)生提供充分的閱讀資源
由于現(xiàn)階段各種高中物理教材中關(guān)于物理學(xué)史的內(nèi)容比較少，而在較短的教學(xué)時(shí)間內(nèi)又不能開設(shè)專門的物理學(xué)史課程，也沒有必要讓學(xué)生閱讀專門的物理學(xué)史教材，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)物理學(xué)史。但為了給學(xué)生更充實(shí)的物理學(xué)史閱讀材料，較全面地了解所學(xué)的物理知識在歷史上的研究過程，物理教師可以針對校情和學(xué)情，分文理科自己編寫緊配教材的物理學(xué)史校本教程或物理學(xué)史讀本，并在課內(nèi)外給學(xué)生積極引導(dǎo)，必定能融文理藝術(shù)于一體，使學(xué)生的物理視野更加開闊，也使學(xué)生的素質(zhì)得到全面的協(xié)調(diào)發(fā)展，優(yōu)化學(xué)生的知識和智能結(jié)構(gòu)。
綜上所述，物理學(xué)史的教育功能是強(qiáng)大的，也是多方面的，只要我們物理教育工作者善于開發(fā)、大膽創(chuàng)新，并靈活運(yùn)用于教學(xué)活動中，就一定能讓物理學(xué)科的教育改革更為豐富，就一定會有一個“全面+特色”的物理學(xué)世界活躍于校園，使我國的高中物理教育面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來。
參考文獻(xiàn)：
