喬喬的物理花園

前言

“如果是男孩，小名叫鐘鐘。如果是女孩，小名叫喬喬。大名都叫鐘喬，你覺得怎么樣？”28歲的鐘子丹挽著已經(jīng)到了臨產(chǎn)日的妻子在產(chǎn)科門前的花園小徑里慢慢地散步，探討式地回答著妻子剛剛提出的問題。    “行啊，就聽你的。那你趕快抽空去買幾盤嬰兒早教的光盤，休產(chǎn)假的時候我沒事和女兒聽聽。人都說教育要從胎教做起，孩子才不會輸在起跑線上。我們都已經(jīng)晚了九個月了。”喬靚認(rèn)真地建議。    “別聽那些沒有科學(xué)根據(jù)的所謂‘據(jù)說’，和‘人家說’之類的偽科學(xué)知識。誒，你怎么知道是女兒？”    “因為我喜歡女孩兒啊。我喜歡什么，就一定能得到什么。”喬靚揚(yáng)起頭，俏皮地說。“喂，你怎么知道人家說的就是偽科學(xué)？你是搞物理的，又不是搞兒童教育研究的。人家說這個結(jié)論是科學(xué)家研究得出的結(jié)論?！?   “所以我才說它是偽科學(xué)理論。因為這種傳言經(jīng)常打著‘科學(xué)家研究得出的結(jié)論’這類旗號?？茖W(xué)研究的基本過程和科學(xué)結(jié)論的確定是有一定規(guī)律的，是科學(xué)界在長期研究發(fā)展中形成的規(guī)范，這類規(guī)范雖然還在慢慢完善，但現(xiàn)有部分已經(jīng)被普遍認(rèn)同。你說的那些傳言和這個基本共識都不搭調(diào)，必然是反科學(xué)或是偽科學(xué)的結(jié)論，不需要同行業(yè)的專家就能鑒定它們的性質(zhì)。任何一    ……    “從和小學(xué)生打交道寫起，寫到非科學(xué)專業(yè)大學(xué)生的程度？那可得寫好多層次啦。”    “不用吧？我想大致有三個層次就夠了。第一層挑一些日常生活中的科學(xué)現(xiàn)象作介紹。這部分內(nèi)容深淺程度可以覆蓋從小學(xué)生到中學(xué)生這個范圍。第二層講一些需要大學(xué)生或其他成人讀者群思考的東西，包括現(xiàn)代物理中顛覆傳統(tǒng)思維的知識，比如相對論，量子物理。第三層介紹科學(xué)思維，科學(xué)方法和科學(xué)成果的基本誕生過程……”    “哎吆，我肚子開始疼了。”喬靚突然呻吟。    “那咱們趕緊回病房等著吧?！辩娮拥ぞo張起來。    “喬靚家屬，生了！是個女孩兒，母女平安。”護(hù)士高喊。    “喬喬！”鐘子丹心里一聲歡呼。

內(nèi)容概要

　　核電站為什么會爆炸？宇宙是炸出來的？你對彩虹了解多少？如果孩子們問出這樣的問題，作為父母，你是否能胸有成竹地作出解答？在這個據(jù)說是科學(xué)與信息大爆炸的年代，流言也比任何時候傳得都快，面對形形色色的都市傳說，你有辦法鑒定真?zhèn)螁?？最重要的是，科學(xué)，這個詞到底意味著什么？
　　從富有童趣的“造一片云”開始，旅美物理學(xué)博士躍鋼用輕松的語調(diào)帶著您層層深入，探尋物理世界那些你知道或不知道的事實和原理，最終接近科學(xué)思維的核心。

作者簡介

　　在國防科大完成了本科學(xué)業(yè)，隨后考入中國原子能科學(xué)研究院讀碩士學(xué)位，進(jìn)而留學(xué)美國馬薩諸塞州立大學(xué)盧維爾分校（University
of Massachusetts
Lowell）物理系，于1993獲原子核物理學(xué)博士學(xué)位。下過鄉(xiāng)，曾在北京大學(xué)技術(shù)物理系教書。目前在一家美國公司任高級工程師。謹(jǐn)祈盼以一己之力為中國大眾的科學(xué)普及奉獻(xiàn)一絲薄力。

書籍目錄

序：生男孩叫鐘鐘，生女孩叫喬喬
第一篇　花園里聞香的喬喬
　爸爸送你一瓶白云
　“喬”老師“氣”釋冷暖
　“乞雨”背后的科學(xué)巧合
　喬喬學(xué)騎車
　水，是藍(lán)色的
　陳其擂打天藍(lán)夕彤
　只屬于你的那一條彩虹
　四兩真能撥千斤
　敗也共振，成也共振
　斑斕冷暖大氣層
　最短的飛機(jī)航線
　一葉扁舟恨橫流
　瑞雪乘風(fēng)冰乘水
第二篇　花園里徜徉的喬喬
　伊朗在做什么？
　上善若水聚變能
　啊，我的太陽！
　宇宙是炸出來的？
　五“光”十色的輻射家譜
　玲玲的“冤家”
　身在輻射中和輻射在身中
　“邂逅”穆勒教授
第三篇　花園里沉思的喬喬
　喬喬得罪了莊子
　喬喬的“極端”推論
　喬喬素描相對論
　“廣義”下彎曲的天地
　包容宏觀世界的微觀世界
第四篇　花園里寫生的喬喬
　喬其并肩，做科學(xué)的辯護(hù)士
　玲玲釋統(tǒng)計誤差，喬其話科學(xué)方法
　物理花園里的婚禮

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：爸爸送你一瓶白云“我愿意摘下一朵白云，化作一塊美麗的紗巾，當(dāng)愛人告別我要去遠(yuǎn)方，紗巾為你遮擋一路風(fēng)塵?！眴天n輕輕地哼著小曲，用噴壺澆著陽臺上的花花草草。五歲的喬喬拽著媽媽的衣襟，仰著小臉，癡癡地看著藍(lán)天中的白云。第一篇花園里聞香的喬喬爸爸送你一瓶白云“媽媽，你真能摘下天上的那朵白云嗎？你看那朵云，長得像一只小狗?！眴天n停下手里的活計，瞇起眼睛，順著女兒小手指的方向望去。一朵白云孤零零地飄在湛藍(lán)的天空里，看起來柔如白絮。云的一端團(tuán)團(tuán)呼呼的真的像一個小狗的腦袋。“媽媽摘不下來天上的白云，”喬靚笑著彎腰抱起女兒，“去找爸爸，看他能不能給你摘下來?！薄盀槭裁窗职帜苷。俊薄鞍职质俏锢砀呤职?，沒準(zhǔn)兒就有辦法呢。”喬靚說著親了一下女兒的小臉蛋，然后在小屁股上一拍，喬喬順勢樂顛顛兒地跑向屋里?！鞍职?，爸爸，媽媽說你能摘下天上那條小狗。你幫我摘下來吧?！薄笆裁葱」?？”鐘子丹腰里扎著圍裙，正在灶上忙活著喬喬愛吃的回鍋肉?！熬褪悄菞l小狗云?！眴虇汤职值膰咕鸵柵_上走?！澳闩畠鹤屇阏颇??！眴天n一臉俏皮?！坝质悄憬o我出的題吧？”鐘子丹明白過來，彎腰抱起喬喬讓她看看炒鍋，“等爸爸把你愛吃的回鍋肉出了鍋，咱們吃完飯，爸爸就給你摘云?！薄澳阏婺苷?？”喬靚知道丈夫很少和女兒說不能兌現(xiàn)的話，有些詫異地問?！爱?dāng)然。不過嚴(yán)格地說不是摘云，是'做'云。一會兒你就知道了?！币患胰顺酝晡顼?，喬靚收拾碗筷。鐘子丹從壁櫥里找出一個打氣筒，從酒柜里拎出一個還剩半瓶酒的透明酒瓶，把酒瓶子舉在眼前想了想，走到廚房，把剩下的酒通通倒在了一個大碗里?！鞍职?，你干嗎呢？又沒來客人，你要喝酒啊？”到底是孩子，喬喬已經(jīng)把摘“小狗云”的事徹底忘了?！鞍职纸o你做云啊，呵呵?！辩娮拥み呎f，便又從書桌的抽屜里翻出一根氣針?！安皇亲鲈疲钦?，從天上摘下來。”孩子的認(rèn)真常常有難以逾越的高度?！皢虇蹋焐系脑铺h(yuǎn)了，爸爸夠不著。但我可以在瓶子里給你做一瓶子云出來。”鐘子丹邊說邊用錐子在酒瓶的軟木塞上從上到下穿了一個洞，然后把氣針從洞里穿了進(jìn)去。氣針的出氣端在瓶塞的底部露了出來?！拔乙瞾砜纯??！眴天n放下手里的活，也湊了過來?！鞍?，那你順便帶半碗水過來?！辩娮拥せ貞?yīng)妻子。鐘子丹接過喬靚的碗，把水倒進(jìn)酒瓶里，用軟木塞把酒瓶口蓋緊。接著把氣筒的膠皮管接到氣針上?！皽?zhǔn)備好了嗎？喬喬，一會瓶塞會爆出來，別怕，聲音不會太大，你往后站點就行?！薄安粫形ｋU吧？”看著鐘子丹的架勢，喬靚有些擔(dān)心，蹲下身子把女兒攬在了懷里。“沒事，打氣以后瓶塞會爆起來，但不會彈太高?！辩娮拥ら_始向瓶子里充氣。只打了不到十下，瓶塞“嘭”的一聲跳了起來。從瓶口望進(jìn)去，酒瓶里云霧繚繞?！班?，太棒了！爸爸你真行?！眴虇谈吲d得跳了起來，“這云和電影里孫猴子騰云駕霧的云一樣?！薄皩Γ次覀儐虇?，聯(lián)想能力真強(qiáng)。人走到云里看到的云就是這樣一絲一縷的?！辩娮拥た渑畠骸！鞍职郑夷萌ソo玲玲看看吧？”喬喬要向鄰居家的小伙伴炫耀了?！叭グ桑琰c回來。”鐘子丹給女兒助興。女兒走后，喬靚拉拉鐘子丹的手：“喬喬有你這樣的爸爸，真是幸運(yùn)?？炜鞓窐纺軐W(xué)多少東西啊。給我講講，你做的這云和天上的云是一個道理嗎？”“一個道理?！辩娮拥ど斐鍪謥肀Я吮拮?，表示自己的感謝，“往瓶子里充氣后，越來越多的氣體被緊緊地擠壓在水面上方的有限空間里。這部分氣體會向下壓迫水面，使得水面的水分子被緊緊地擠壓在一個很小的層次里。沖入的氣體越多，這個壓力越大，而且氣體被壓縮以后瓶子里的溫度也會升高，水分子的能量會增加。當(dāng)壓力到達(dá)一定程度，軟木塞會被氣體沖開。水面上的水分子也像彈簧一樣，在壓迫下積蓄了向上彈起的能量。當(dāng)瓶塞沖開后，壓力突然撤去，水面上的水分子就會借著這股反彈的力量釋放到空中，變成'水汽'，在瓶子里盤旋縈繞，形成了云?！薄澳翘焐系脑颇膬簛淼膲毫?？”喬靚找到了疑點?！斑@就要透過現(xiàn)象看本質(zhì)了。天上的云形成的基本道理和這個是一樣的，天上的云是因為地面的水分子升騰到高空以后，遇冷凝結(jié)成微小的水粒，這樣的水粒在局部空間達(dá)到足夠多的量，聚集在一起就形成了云。在我們剛才做的實驗中，即便不向瓶子里充氣，瓶子里的水也會蒸發(fā)到水面上面的空間中，但卻達(dá)不到足夠多的規(guī)模，另外瓶子里的溫度基本恒定，空氣中的水汽也難以冷凝成水滴，形成肉眼可見的云。所以云的形成需要兩個最基本的條件，一個是空氣中含有大量的水汽，一個是溫度變冷，水汽有凝結(jié)成水滴的外部環(huán)境。這兩個條件在我們上面所進(jìn)行的造云過程中并不自然具備。所以充氣施壓是為了制造這些成云的外部條件。”鐘子丹開始收拾散落在地上的工具，接著說：“通過充氣向瓶子里的水面施壓，使水面分子獲得足夠高的能量。瓶塞沖開后，壓力驟減，水面上會有大量水分子在短時間里迅速蒸發(fā)到空氣中。構(gòu)成形成云的第一個先決條件?！薄傲硗?，”鐘子丹接著說，“當(dāng)氣體越來越多地沖入密封的瓶子里時，瓶子里積蓄的能量就會越來越大，瓶子里的溫度也會升高。這就好像大家都往王府井百貨大樓里擠，擠進(jìn)去的人越多，大樓里積蓄的能量就越多，因為每個人都帶有能量，大樓里空間的溫度就會越高，這是我們從生活常識中就可以體會得到的事實。當(dāng)瓶塞被突然沖開后，瓶子里的氣體迅速流失，換句話說，瓶子里的能量也隨即迅速流失，溫度便會在瞬間下降許多，提供了成云的溫度條件。瓶子里的水汽因而遇冷凝結(jié)成水滴，”說到這兒，鐘子丹夸張作勢，兩手呈波動狀向外緩緩擺動，語調(diào)做作，“形成氤氳繚繞的白云?！眴天n被逗得咯咯直笑：“美得你。這道理女兒可聽不懂?！薄安患辈患保F(xiàn)在不需要和孩子講這么深的道理。只要培養(yǎng)她對這類事情的興趣就好了。等她年齡大一些，我們因勢利導(dǎo)，慢慢就把這些內(nèi)容滲透給她了。你先搞明白，我們倆就都可以擇地?fù)駮r地把這些事給她說清楚了?！薄傲硗?，我再給你補(bǔ)點額外內(nèi)容?！辩娮拥さ皖^想了想，“剛才這個小實驗包含的另一個信息是，溫度是一個能量的標(biāo)志量。一個系統(tǒng)的溫度越高，意味著系統(tǒng)中蘊(yùn)藏的能量越大。這我以前跟你說過吧？”“說過，這我知道。”“哎，我回頭用那個茅臺酒瓶子給你爸造一瓶茅臺云如何？”鐘子丹突然轉(zhuǎn)了話題?！暗昧?，你把我爸當(dāng)喬喬了？”“差不多，都說人越老越和孩子一樣。沒準(zhǔn)也會讓老爺子驚奇高興一陣子呢?！薄懊┡_酒瓶子不透明，造了云也看不清爽?！薄芭?，那倒是?！辩娮拥怵H?！捌蛴辍北澈蟮目茖W(xué)巧合“爸爸，外面下雨了?！眴虇烫稍诖采希燮こ脸恋?，輕聲地和爸爸說。外面剛剛開始發(fā)出水滴擊打陽臺的“噼噼啪啪”的聲音。春雨乍到，并不急于一下子沖破夜的寧靜，像是踩著有節(jié)奏的步伐，溫柔地牽引著人們開始從冬季中漸漸蘇醒的熱情。點點滴滴的雨聲反倒把夜的寧靜強(qiáng)化到了讓人專心領(lǐng)悟的境地。聆聽著窗外的雨聲，望著朦朧夜燈籠罩中女兒稚嫩的小臉，鐘子丹心里突然充滿了柔情蜜意，“今天爸爸多陪喬喬一會兒，你睡著了我再走?！薄罢娴模俊眴虇膛d奮，“你不備課去了？”“等你睡著我再去。今天想聽什么故事？”“那就講一個下雨的故事吧?！薄跋掠甑墓适拢苦?，我得想想?！辩娮拥ら_始沉思，“好吧，我給你講一個我的老師給我講的故事?！薄澳膫€老師，是黃爺爺嗎？”“對，就是他?！薄包S爺爺那么嚴(yán)肅的人還會講故事啊?！眴虇毯闷媪恕ｇ娮拥ばα似饋?，孩子們有著常常被成年人忽略的敏銳的觀察力，“黃爺爺是嚴(yán)肅，但嚴(yán)肅人也有嚴(yán)肅人的故事啊?！薄靶校阒v吧，我聽著呢?！薄包S爺爺說他小的時候，有些年景干旱，農(nóng)民的莊稼長不好，大家很著急。因為他們?nèi)狈茖W(xué)知識，所以覺得天旱是因為得罪了老天爺。因此在大旱之年，農(nóng)民們都要組織求雨活動，祈求老天爺原諒自己的過錯，降雨解旱。這類活動的過程通常是把當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民集中起來，做一些類似禱告的儀式……”“什么叫禱告？”喬喬喃喃地問?！岸\告有點像請求，但比較正式，像一個儀式。儀式結(jié)束后，農(nóng)民們列隊浩浩蕩蕩地在附近像游行似地走幾圈。黃爺爺告訴我，他小的時候覺得好玩，也會去參加這樣一些活動。有時候，游行結(jié)束后不久，天真的下雨了！”“我不信，”喬喬憨憨地笑了，“爸爸騙我呢?！比缓笊斐鲂∈郑伟职值谋亲?，“你這是宣傳迷信！”鐘子丹呵呵笑了起來，逗女兒：“這是黃爺爺告訴我的呀。黃爺爺是多嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊粋€人吶?！薄澳蔷褪桥銮闪??！眴虇虉远ǖ卣f，“反正不是禱告的結(jié)果。”“說得對，喬喬，當(dāng)然不是禱告的結(jié)果。但有的時候也不完全是巧合。”喬喬瞪大了眼睛，表情透著詫異，等爸爸接著往下說?！捌蛴晔敲孕呕顒?。但黃爺爺故事里發(fā)生的事，有時候，注意，爸爸說的是'有時候'，也不完全是巧合，至少在促成雨水早降上，有一定的科學(xué)道理。這里面的關(guān)鍵就是農(nóng)民們的游行。有些時候，天空里已經(jīng)充滿了足夠多的水汽，但這些水汽并不一定能形成足夠重的雨點落下來。它們?nèi)狈σ环N附著物，無法凝聚成足夠大的水滴。而農(nóng)民的乞雨活動碰巧提供了這個外界條件。黃爺爺小時候的路基本上都是土路。一大群人在土路上走，會蕩起滾滾黃塵，這些塵埃會扶搖直上，升入高空。高空寒冷，水分子遇到這些溫度較低的塵粒，便以它們?yōu)楹诵?，凝結(jié)成了足夠大的水滴，大到空氣承受不了它們的重量，就落下來形成了一場莊稼急需的甘雨?！薄肮?，這故事好玩兒。那，那些人不就更迷信了？他們準(zhǔn)以為是老天爺聽了他們的祈禱，發(fā)慈悲降雨了呢。”喬喬有點擔(dān)心地說?！皩?，那個時候文化落后，沒有人能告訴他們真正的原因。所以就把愚昧一代一代傳下去了，直到碰到了現(xiàn)代科學(xué)，才讓好多人明白了其中的道理?！薄澳菫槭裁此麜h在天空里，不落下來?！薄澳鞘且驗榭諝庥懈×?，一些比空氣輕的東西就會浮在空氣里?！薄澳窃趺幢日l輕誰重啊？”“比一樣大的體積啊。比如一立方厘米的鐵就比一立方厘米的空氣重。物理上把一立方厘米某個東西的重量叫比重，就是這個意思。所以比較兩個不同物質(zhì)的重量，只要比較它們的比重就知道了?！薄八灿懈×?。我游泳的時候就能感覺到水的浮力?！毙『⒆拥乃季S發(fā)散開來了?！皩Γ且后w，空氣是氣體，氣體和液體都有浮力。而且你游泳的時候受到的浮力就是你泡在水里那部分身體所占據(jù)的那么大體積的水的重量?！薄鞍职郑氵@話太繞口了，我聽不懂。”“呵呵，那我換個說法，你游泳的時候一部分身體會浸在水里，把原來在那個地方的水給擠開了，對吧？”“嗯?！薄澳悄闶艿降母×褪潜粩D走那部分水的重量?！薄澳菫槭裁矗俊薄耙驗槟遣糠直粩D走的水原來就浮在那里'不動'啊。說明那部分水的重量和它們所受到的浮力一樣，它們才能穩(wěn)定的呆在那個地方。你進(jìn)水以后只是用你的身體取代了被擠走的那部分水而已，周圍環(huán)境并沒有變。所以所受的浮力還是那么大。據(jù)說這個道理是古希臘一個叫阿基米德的科學(xué)家在洗澡的時候感悟的。所以，你要想讓一個東西在水里受到的浮力越大，就要盡可能地擴(kuò)大體積，排開更多的水，比如輪船利用的就是這個道理。輪船是鋼鐵做的，鋼鐵的比重本來比水大，但船卻能浮在水上。就是因為我們把船體挖空了，這樣一來，船的整體只有一小部分是鋼鐵，空的地方都是空氣，那它的比重就變小了，變得比水還輕。船上裝的東西越多，船身就沉在水里越多，擠走的水就越多，受到的浮力就越大，就是這些浮力維持船不沉下去。所以輪船能裝多重的東西，常常用排水量來衡量。就是說看它最多能排開多少水，也就標(biāo)志著它在水里最多能獲得多大浮力。聽懂了嗎？”“沒全聽懂。爸爸，我是不是太笨了？”“喬喬才不笨，是太困了。我們不該在睡覺前說這么多動腦筋的話題。對不起哦，喬喬?！薄皼]事，爸爸。黃爺爺還給你講過什么故事？”“呵呵，好像就聽他講過這么一個故事。黃爺爺過幾天就要搬家了，要搬到西院院士樓去住。等他搬過去，爸爸帶你去看他，那時候你當(dāng)面問他還知道什么故事。黃爺爺喜歡你，沒準(zhǔn)就想起什么故事來給你講呢。喬喬？呵呵，睡著了。”鐘子丹慢慢地從床沿上挪開身子，躡手躡腳地走到窗前。拉開窗簾，把臉貼在玻璃上，他用目光在夜幕中沒有明確目標(biāo)地搜尋著，不遠(yuǎn)處幾座塔樓上閃閃爍爍的燈光在濛濛雨幕中顯得邊緣模糊，酷似一朵朵放射狀如焰火般的光花。地面上雨霧升騰，大概是帶起了街邊花園里復(fù)蘇中植被的味道，透過眼前的窗欞絲絲縷縷飄進(jìn)來，沁人脾肺。伴隨著孩子長大和呵護(hù)早春中萌芽的這些花草一樣，需要付出無比細(xì)致的努力，甚至有時候需要細(xì)致到對每一滴水的徹底理解。那滴水里，也許充滿了成長需要的所有養(yǎng)分。想到這兒，鐘子丹重新拉上窗簾，輕輕地退出喬喬的房間，向書房走去。

編輯推薦

《喬喬的物理花園》是由科學(xué)出版社出版的。

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