喬喬的物理花園

  

1.編輯推薦

  《喬喬的物理花園》的作者躍鋼,博客上自稱“剛老”,是一位擁有兩個女兒的父親。剛老是我國文化大革命后的第一批大學生,后來到美國拿了原子核物理學博士學位。對于“想要以一己之力為中國大眾的科學普及奉獻一絲薄力”的剛老來說,讓古老的文字靜靜流淌,營養(yǎng)世人的心靈,是向他自己曾經(jīng)歷過的那個傳統(tǒng)的閱讀時代致敬,也是對于書籍(知識)改變命運的認可,更是以身教的方式,給自己的女兒們上的一節(jié)好課。
 
 

2.內(nèi)容簡介

  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,作為父母的你能胸有成竹地作出解答嗎?在這個據(jù)說是科學、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,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,最終接近科學思維的核心。

3.作者簡介

  躍鋼,在國防科技大學完成了本科學業(yè),隨后考入中國原子能科學研究院讀碩士學位,進而留學美國馬薩諸塞大學盧維爾分校(University of Massachusetts Lowell)物理系,于1993年獲原子核物理專業(yè)博士學位。下過鄉(xiāng),曾在北京大學技術物理系教書。目前在一家美國公司任高級工程師。謹祈盼以一己之力為中國大眾的科學普及奉獻一絲薄力。

4.精彩書摘

  第一篇花園里聞香的喬喬
  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,當愛人告別我要去遠方,紗巾為你遮擋一路風塵。"喬靚輕輕地哼著小曲,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,癡癡地看著藍天中的白云。
  "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。"
  喬靚停下手里的活計,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的天空里,看起來柔如白絮。云的一端團團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。"
  "為什么爸爸能摘?。?quot;
  "爸爸是物理高手啊,沒準兒就有辦法呢。"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。
  "爸爸,爸爸,媽媽說你能摘下天上那條小狗。你幫我摘下來吧。"
  "什么小狗?"鐘子丹腰里扎著圍裙,正在灶上忙活著喬喬愛吃的回鍋肉。
  "就是那條小狗云。"喬喬拉著爸爸的圍裙就要往陽臺上走。
  "你女兒讓你摘云呢。"喬靚一臉俏皮。
  "又是你給我出的題吧?"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。"
  "你真能摘?。?quot;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。
  "當然。不過嚴格地說不是摘云,是‘做’云。一會兒你就知道了。"
  一家人吃完午飯,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。
  "爸爸,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。
  "爸爸給你做云啊,呵呵。"鐘子丹邊說,便又從書桌的抽屜里翻出一根氣針。
  "不是做云,是摘云,從天上摘下來。"孩子的認真常常有難以逾越的高度。
  "喬喬,天上的云太遠了,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去。氣針的出氣端在瓶塞的底部露了出來。
  "我也來看看。"喬靚放下手里的活,也湊了過來。
  "哎,那你順便帶半碗水過來。"鐘子丹回應妻子。
  鐘子丹接過喬靚的碗,把水倒進酒瓶里,用軟木塞把酒瓶口蓋緊。接著把氣筒的膠皮管接到氣針上。"準備好了嗎?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。"
  "不會有危險吧?"看著鐘子丹的架勢,喬靚有些擔心,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。"鐘子丹開始向瓶子里充氣。只打了不到十下,瓶塞"嘭"的一聲跳了起來。從瓶口望進去,酒瓶里云霧繚繞。
  "喔,太棒了!爸爸你真行。"喬喬高興得跳了起來,"這云和電影里孫猴子騰云駕霧的云一樣。"
  "對,看我們喬喬,聯(lián)想能力真強。人走到云里看到的云就是這樣一絲一縷的。"鐘子丹夸女兒。
  "爸爸,我拿去給玲玲看看吧?"喬喬要向鄰居家的小伙伴炫耀了。
  "去吧,早點回來。"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。快快樂樂能學多少東西啊。給我講講你做的這云和天上的云是一個道理嗎?"
  "一個道理。"鐘子丹伸出手來抱了抱妻子,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。當壓力到達一定程度,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。"
  "那天上的云哪兒來的壓力?"喬靚找到了疑點。
  "這就要透過現(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。"
  "另外,"鐘子丹接著說,"當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。"
  喬靚被逗得咯咯直笑:"美得你。這道理女兒可聽不懂。"
  "不急不急,現(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,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擇時地把這些事給她說清楚了。"
  "另外,我再給你補點額外內(nèi)容。"鐘子丹低頭想了想,"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志量。一個系統(tǒng)的溫度越高,意味著系統(tǒng)中蘊藏的能量越大。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。
  "得了,你把我爸當喬喬了?"
  "差不多,都說人越老越和孩子一樣。沒準也會讓老爺子驚奇高興一陣子呢。"
  "茅臺酒瓶子不透明,造了云也看不清爽。"
  "哦,那倒是。"鐘子丹氣餒。
  "乞雨"背后的科學巧合
  "爸爸,外面下雨了。"喬喬躺在床上,眼皮沉沉的,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化到了讓人專心領悟的境地。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。"
  "真的?"喬喬興奮,"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。"
  "下雨的故事?嗯,我得想想。"鐘子丹開始沉思,"好吧,我給你講一個我的老師給我講的故事。"
  "哪個老師,是黃爺爺嗎?"
  "對,就是他。"
  "黃爺爺那么嚴肅的人還會講故事啊。"喬喬好奇了。
  鐘子丹笑了起來,孩子們有著常常被成年人忽略的敏銳的觀察力,"黃爺爺是嚴肅,但嚴肅人也有嚴肅人的故事啊。"
  "行,你講吧,我聽著呢。"
  "黃爺爺說他小的時候,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?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。
  "禱告有點像請求,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。"然后伸出小手,刮爸爸的鼻子,"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。黃爺爺是多嚴謹?shù)囊粋€人吶。"
  "那就是碰巧了。"喬喬堅定地說,"反正不是禱告的結(jié)果。"
  "說得對,喬喬,當然不是禱告的結(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。"乞雨是迷信活動。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,有一定的科學道理。這里面的關鍵就是農(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。"
  "哈哈,這故事好玩兒。那,那些人不就更迷信了?他們準以為是老天爺聽了他們的祈禱,發(fā)慈悲降雨了呢。"喬喬有點擔心地說。
  "對,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,才讓好多人明白了其中的道理。"
  "那為什么水汽會飄在天空里,不落下來。"
  "那是因為空氣有浮力,一些比空氣輕的東西就會浮在空氣里。"
  "那怎么比誰輕誰重???"
  "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。"
  "水也有浮力。我游泳的時候就能感覺到水的浮力。"小孩子的思維發(fā)散開來了。
  "對,水是液體,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。"
  "爸爸,你這話太繞口了,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。"
  "那你受到的浮力就是被擠走那部分水的重量。"
  "那為什么?"
  "因為那部分被擠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。"
  "沒事,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,那時候你當面問他還知道什么故事。黃爺爺喜歡你,沒準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地搜尋著,不遠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蘇中植被的味道,透過眼前的窗欞絲絲縷縷飄進來,沁人脾肺。
  伴隨著孩子長大和呵護早春中萌芽的這些花草一樣,需要付出無比細致的努力,甚至有時候需要細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。