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读书:物质的微观结构
学校是中考考场,因为要保证监控图像的质量,北校区的网络中断了几日:(也好专心来读张维善教授的“物质的微观结构”,张长李短的,凡事都有个来龙去脉。

英国著名科学专栏作家布赖恩.阿普尔亚德在其《理解现在---科学与现代人的灵魂》一书中有这样一段话:“1609年,伽利略使用一架望远镜观看月亮,这一时刻,对世界的意义如此之大,以至于人们将它与耶稣的诞生相提并论,因为…自这一时刻,人类生活中的不可能成为可能。”

据此,阿普尔亚德认为,现代科学始于1609年,到现在只有400多年的历史。但是,科学,包括物理学,就在这400年内经历了飞速的发展。

物理学是探讨物质结构和运动基本规律的科学。
在我们的物理教学中,是仅仅告诉学生有关物质观的具体内容,还是应该把前辈科学家在探索物质结构的征程中,怎样思考,怎样实验,怎样归纳,怎样推理等科学方法论内容也一并展现给学生呢?!
科学文化素养不仅是科学文化知识,它还有其更高的层次,这就是科学方法、科学意识和科学精神。

从历史的角度去观察物理学的产生和发展,才能深刻理解它的现状,而不是只把知识裹以糖衣,以尽量使学深更易于吞咽。物理学的发展,是由一次次重大思想突破和方法论的进步所结晶出来的。

现象,非到观察时不成其为现象

著名物理学家派斯在《一个时代的神话》一书中,曾回忆道与爱因斯坦在午餐前的散步中所发生的一件事情:“想必那事1950年前后,我们走到一个地方,爱因斯坦突然站住了,他转向我并问我是不是果真相信月亮只有当我们注视它时才存在…”

派斯还引用了波尔的一句话:“一个电子是一个粒子还是一列波?在量子力学中,这个问题时没有意义的。人们应该问:一个电子或其他客体是表现得像一个粒子呢,还是像一列波?这个问题是可以回答的,但只有当你指定了自己用来注视 电子的仪器装置时才能回答。

据说有一天,德谟克利特从地上抓起一块泥土,对他的学生说:“我发现伟大的原理就隐藏在我手里的这块天然的泥土中。”他把泥土弄成细末,并说道:“由于我的手指太粗糙,所以无法把泥土粉末弄成细末。但是,我们应该料想到,只要有合适的工具,便能把它们分割成更小的细微粒。而且这些被分割出来的细末可以被分割成更微小的微粒。现在若问我能不能没完没了地分割下去,我的回答是不能!因为迟早我们会得到一个不可再行分割的泥土微粒,我给他取名为原子。”

当看到学生们惊奇目光后,他又说道:“你们觉得很难接受,是不是?你们看见远处那片树林了吗?由这里望去,像是一堵密不透风的绿墙,当走进一看,穿过它并不费事,它表面上是一堵坚硬的绿墙。其实是树干和枝叶编织成的疏网。”

注释:原子atom一词源于希腊文,直译是“不可分割的”东西,北大首任校长严复先生翻译为“莫破尘”,而胡适翻译为“莫可破”

1811年,意大利科学家阿佛加德罗又引入了分支的概念。他指出不管是化合物还是元素,它们一般都不是直接由不可分的原子组成,而是由几个原子相结合的分子构成的。

十九世纪后半期,物理学家们在研究稀薄气体的放电现象时发现,当放电管内的气体足够稀薄时,阴极就发射出一种射线…剑桥大学卡文迪许实验室主任约.汤姆逊教授之1890年起,开始了对阴极射线的专心研究,并于1897年发现阴极射线是带负电的粒子,后来被称为电子。

当时汤姆逊何以“极不情愿公开”呢?这首先是因为人们几乎是刚刚确立原子是不可再分割的微小粒子的观念,而且著名物理学家伦琴就不承认能发现“比原子更小的物体”。他甚至禁止他的学生和同事们谈论汤姆逊的所谓电子...

对于以伦琴为代表的这种观点,爱因斯坦指出,电子虽然是“经典电动力学王国中的外乡人”没,但却不能剥夺电子在物理学中的“公民权”。因为爱因斯坦依稀感到:电子,这个来自尚未被认识的世界的客人,是会讲出那个世界的什么事情和它们说遵守的规律来的。

当然伦琴也不是认为,大自然的图画已经描绘得尽善尽美了,他自己所发现的射线称为“X”射线就意味着承认还有未知。然而他做梦也没有想到,伦琴射线就是来自原子的深处,由那些在他看来是没有必要和未被证明的电子所产生的。

早在电子被发现之前,思想奔放的人就试图猜测过原子的结构。成功测量光压存在的物理学家列别捷夫还在1887上大学时就在日记中写道:“每个原子…都是一个完整的太阳系,即是由不同原子行星组成的,他们以不同的速度绕中心行星旋转,或以某种别的方式作特有的周期运动。”

联系到24年后卢瑟福提出的原子行星模型,我们不能不看到,自觉地力量有时真是惊人。
1904年,日本理论物理学家长岗半太郎提出了“土星式的原子模型”,他让电子充当土星的环,与列别捷夫日记中的话不同,人们不能再把这归类于幻想出来的原子模型了。

G.P.汤姆逊是1897年发现电子的J.J.汤姆逊的儿子,他在阿贝丁大学的实验室进行精细的实验时,成功地为电子行为的波动画面拍了照…就这样个,老子发现了作为粒子的电子,而儿子发下了电子的波动性

为什么在宏观世界的经典物理学中,物质的波动性并不重要,而是在微观世界的物理学中,它又从“一只丑小鸭”变成“一只漂亮的白天鹅”了呢?这一切都是因为微观世界“太精细”了,或者说“太娇嫩”了!
安徒生写过这样一个童话:有一个少女夜间叫开了某国的城门,自称是另一国的公主,要求借宿一夜,该国国王正想为太子找一个公主为妻,就在他的床上放了一粒豌豆,然后在上面铺上了12层的羽毛褥子,第二天清晨,少女诉说,她身下有一粒豌豆,所以一夜也未睡好觉。国王立即明白她是真正的公主,因为只有公主的皮肤才这样娇嫩。 微观世界的现象就和安徒生童话中那个公主感知那粒豌豆一样!

现象,非到观察时不成为现象。

On this day..

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