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一代天骄波尔兹曼(Boltzmann)与统计物理(12)

已有 4677 次阅读 2013-11-3 21:37 |系统分类:科普集锦| 统计

继续讲原子的故事之前,我想提一个科学教育故事。是有些含义的。

一位物理老师,带着一个呆头呆脑的学生来到一位以公平著称的教授面前,满面怒容,说麻烦你评评理,物理考试,满分20。我给他0分。他还不太满意,说不给满分不行!

教授奇怪,一看题:如何用气压计测量校园里一个楼顶的高度。就说,刚讲过气压计原理,题出的不错。

那呆子的答案:用一根绳子把楼顶那个气压计吊起来,一直放到地面。然后再吊上上去。量一下绳子滑动的长度,就是楼顶的高度。

物理老师说,虽然没要求做法,俺这是物理题,要用所学的物理知识答题。

教授说,有道理。不然折腾半天上完大学,还是个建筑工。给你个机会吧。五分钟,找个物理方法。

呆子沉默了4分多钟。教授:不行吧,算了吧,零就零分吧。

呆子:我有很多办法。正在想用哪个最好。

教授:给你时间,慢慢道来。

呆子说用个石头把那个气压计打掉,准确测量它落到地面的时间t楼房的高度就是 $h=\frac{1}{2}gt^2$ g是重力加速度)。教授心想,呆是呆,还真是物理。老师说好吧,虽不能用石头砸,也不是我要的答案,给他15分吧。

呆子:为什么不给20?

教授:说说你还有什么答案?

呆子:可以把气压计立在阳光下,测量它的高度G和它阴影的长度Y,然后测量楼房阴影的长度X,楼房的高度是 $h=\frac{G}{Y}X$

教授往上翻翻眼皮,不耐烦地提醒道:这招用得着气压计吗?竹竿不更好吗?

呆子: 还有个更巧的方法。把气压计绑在绳子的一端做成单摆,摆长为l。测量它的摆动周期T,可以算出摆动地点的重力加速度 $g=\left (\frac{2\pi }{T} \right )^{2}l$ 。在地面测一次加速度,在楼顶再测一次。用地面和楼顶两个加速度的差值,加上万有引力公式,可以算出楼顶的高度。

教授:这个用秤砣不是更好吗?

呆子:有个更基本的方法。用气压计当量度尺,从楼梯往上爬,在墙上一步一步量上去,可以量出楼的高度。这个您喜欢吧。。。

教授实在受不了啦:。。。

呆子:最省事的方法如下,拿下气压计,送给楼下的管理员当礼物,他会告诉你楼房的高度。

教授又哭又笑,说你这呆子,老师刚教过气压与高度的关系,你没明白吗?

呆子:都明白。

教授:那你装什么傻?

呆子:。。。我讨厌大学。讨厌教授们强迫我如何思考。对不起。。。

那个楼房是今日的波尔学院(Niels Bohr Institute)。那呆子便是后来的波圣人(Bohr)。

学生波尔(Bohr)

 

今年是波圣人(Bohr)的原子模型诞辰100周年。这个微小到千万分之一毫米的小太阳系,小则小矣,却光芒万丈,照亮了人类新一个世纪。大家可去看看哥本哈根大学波尔学院今年做的纪念视频,看看波圣人当年的英姿,奋斗的旧地、手稿等。

波圣人的小太阳系。中间蓝点是原子核。

 

大器晚成在那时欧洲物理界不能成立。除了欧洲的天时地利、时势造英雄的因素外,那前赴后继的青年天才科学家,是欧洲扎实和稳重的科学教育体系的骄傲。它造就了一批批雄心大志,知识扎实、目光敏锐、无拘无束思维活跃的年轻人。波圣人28岁提出他的原子模型。1922年37岁时得诺奖,比爱卿(Einstein)晚一年。其它例子多不胜举。话说回来,诺奖也只是一叶而已。爱卿如果只靠二十多岁时搞的比东岳泰山还重不知多少倍的布朗运动分析、狭义相对论和广义相对论是得不来诺奖的。

 

 

 



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