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由封底计算引出的费米问题

已有 5828 次阅读 2011-5-21 17:40 |系统分类:科研笔记

看文献,看到封底计算,一google出来了费米问题。很有意思的费米,呵呵 精灵古怪的费米
 
————————————————————以下内容为转载——————————————————

美国著名物理学家恩里科-费米有一套与众不同的思维方式。其中最突出的一项,便是他把某一个问题“化整为零”,划分成许多容易驾驭的小问题,再加以“各个击破”,最后得出正确的结论。

在芝加哥大学执教期间,费米为了更好地让学生开拓思维,提出了为世人所称道的“费米问题”。初听上去,这一类问题似乎十分抽象,甚至近乎荒诞。然而当你把一个问题分解成若干小问题,每个小问题都是不需要参考书或专家的指导帮助便可解答出来,综合这些小问题进而逐步得到准确答案,此时,你就会体会到“费米问题”的内涵是何等丰富。请看一看下面的“费米问题”。

如果你不查询任何资料,能推算出地球的周长吗?能!我们知道,纽约和洛杉矶的距离大约是3000英里,时差为3小时。3小时是一天24小时的1/8,而24小时正是地球完成一次自转所需要的时间,因此地球的周长必定是把3000英里扩大8倍,即24000英里。这个推算答案是真实可信的,地球实际周长为24902.45英里,误差仅为4%。

费米提出上述问题的目的在于向人们表明,我们可以进行科学的假设,从中得出比较接近的答案。其中的道理很简单,在一系列的计算中,错误会相对抵消。

1945年7月,世界上第一颗原子弹在美国新墨西哥州沙漠爆炸。40秒钟后,爆炸引起的滚滚气浪冲到科学家们进行观测的大本营里。第一个起身的是物理学家恩里科-费米。

在原子弹爆炸之前,费米从笔记本里扯下一张纸,将其撕成碎片。当他感受到气浪所带来的第一下波动时,马上将碎纸片举过头顶抛撒出去。它们在空中飘动,然后纷纷扬扬地落到地面,拉开的距离大约有2.3米。经过初步估算,费米宣布这颗原子弹的能量为1万吨TNT当量。后来,相关专家经过几个星期的分析研究,证实了费米当时现场估计的准确性。
虽然地球的周长和原子弹爆炸是两个毫无共同之处的问题,但是对其进行估算的方法却是一样的。同样的道理,许多更实际的问题也能得到解决。不论是关于烹调、修车,还是人际关系,毫无主见的人通常求助于参考书、顾问或专家,而有独立见解的人却不这样做,他们会凭借自己的知识和经验,进行认真的分析和合理的假设,找到解决办法。在著名的“费米问题”中还有这样的例子:

你来到自己想买的一栋房子前,看见房子旁边有一个草坪,那么要将其修剪平整到底要花多长时间呢?你当时能估算出来吗?可以!你先用每步5英尺的步伐进行丈量,发现它宽150英尺长100英尺。车库里摆着的割草机看上去与你家的差不多,不到2英尺宽。假设它割幅为1英尺,那么150英尺宽就需要150个割幅,每一个100英尺长,总长度为15000英尺。1英里约等于5000英尺,即割草机要跑约3英里。一个人推割草机每小时走2英里,所以整个工作需耗时1.5个小时。这虽然是一个很粗略的估算,但如果你打算雇一名割草工,那么这种估算在你和割草工讨论酬劳时是十分有用的。

从根本上来说,“费米问题”的科学价值不仅仅在于解决了日常生活中的许多问题,还在于提高了人的独立发现和创造发明能力。至于这种发现是像测算原子弹的威力那么至关重要,还是如同计算罐子里的硬币那样微不足道,则是无关紧要的。通过单纯查阅资料或者依赖别人去寻找问题的答案,只会使你失去唯有在独自的发现过程中所领略到的那种无与伦比的自豪和欢快,丢掉使自己树立和巩固自信心的实践经验。因此,大胆地去处理像“费米问题”一类的问题吧,这将会成为丰富我们生活的一大乐趣。

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哈哈 看到一哥们的博客上说,利用费米思路还可以算每场篮球比赛球弹出底线多少次,通过小便量算自己膀胱体积,算一下人的喷嚏对于蚊子而言相当于多少级大风之于人类,在飞机上通过地面物体的大小判断飞行高度,等等。更高级一点的,可以看看这两个例子:用微波炉和棉花糖估算光速用一张照片估算地球半径。(更多费米问题的资源请 google "Fermi question")

 

哈哈 挺有意思的



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