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物理这座房子

 堪寻 2022-01-01
文/张虎岗
法国科学家庞加莱说:“物理学是从一系列事实、公式和法则建立起来的,就像房子是用砖砌成的一样,但是,如果把一系列事实、公式和法则就看成物理学,那就犹如把一堆砖看成房子一样。不,物理学比组成它的事实、公式和法则要深刻得多!”
我对这段的话的理解是:组成物理这间“房子”的除了物理概念、公式以外,还有贯穿在物理概念的来源、物理规律发现过程的中的科学方法与科学思维,以及与之相伴的科学精神、科学态度。

科学方法与科学思维思维往往隐藏在知识的表层之下,需要有心人挖掘才能寻到。
有个孩子在学过一段时间物理,经历了背诵概念、运算解题的折磨后,很迷茫地问我:“学习物理有什么用?“
我说:“没用!”
听到这个意料之外的答案,孩子一下子有了兴趣。大约是她以往听到的答案大多是说“物理有多么重要”“不学好物理就考不上好学校”之类的话太多了。
我顿了顿,接着说:“你背不背得过欧姆定律、会不会画电路图对你的生活也许看上去没有什么影响。除非将来当一个物理老师,否则无论是交朋友、找工作,绝对不会有人让你先背一遍欧姆定律、牛顿第一定律,来测试你有没有资格做他的朋友或者是否胜任这份工作。从这个角度来看,学物理真的没有用。”
看着孩子点头认同的样子,我又慢慢吐出了两个字:“然而”。
稍微长点心的人就知道,“然而”后面的话才是重要的。
“然而,学物理真的没有用吗?当你探寻物理知识的过程中,你会学到很多思维方法,比如控制变量法可以教给你怎么正确地分析问题,转换法告诉你怎么把不好解释的事说得浅显易懂,理想实验可以告诉你怎么合理地得用推理,还有摩擦力、惯性、热机、电等等知识,告诉你看待问题要一分为二。从这个意义上说,能说学物理是没有用的吗?”
当然有用!物理学不仅以其概念、原理和规律的知识揭示了自然界基本运动形式的诸多真理,而且还在建立这种知识体系的过程中凝练和升华了科学的思想方法,如观察、假说、实验验证、控制变量、理想化方法等物理学科的基本科学研究方法,以及比较、分类、抽象、推理、等效、类比、概括、分析、综合、归纳、演绎、对称等基本的科学方法逻辑思维方法。这些方法对物理学的发展、其它学科的发展、生产和技术领域具有普遍的指导作用,并且潜移默化地影响着每个学过物理的人看待事物、分析问题的思维方式。
除了科学思维,在物理学探索物理的过程中还彰显着科学精神。
在伦敦一家科学档案馆里,陈列着一本奇特的日记。在日记的第一页上写着:“对!必须转磁为电。”在以后的十年间,每一天的日记上除了写有日期之外,只写着同样一个词:“No”。直到1831年10月17日的一页,它的主人才记下了另一个相反的词:“Yes”。这本日记的主人就是英国科学家法拉第,这本日记真实地记录了科学史上一个伟大发现的艰辛历程。
原来,自从1820年奥斯特发现“电能生磁”的实验后,许多科学家的激情仿佛一夜之间被点燃了。他们纷纷设想,既然电能产生磁,那么磁能不能产生电呢?为了找到这个问题的答案,包括法拉第在内的众多科学家进行了千百次的实验,但都以失败告终。在别人气馁时,法拉第并没有灰心,仍在不懈地探究。终于有一天,在他收拾实验器材时,不经意地从线圈中收起一根磁铁时,惊喜地发现和线圈相连的电流计上的指针竟然摆动了一下――磁终于产生了电。
有人说,法拉第是在偶然情况下发现磁生电的,没有什么了不起。但是请仔细想一想,如果法拉第没有不畏艰辛、契而不舍追求真理的科学精神,幸运之神又怎么会降临到他头上呢?
学习物理,还能培育科学态度。
历史上,很多物理学家根据理性的分析和科学的思考对未知现象做出过预言。牛顿通过用万有引力的理论计算曾大胆预言——地球因自转会在赤道附近隆起,在两极附近变平,是一个扁球体。1735年,法国科学院派了两支探险队,分赴赤道地区和高纬度地区测量地球的准确形状,返回时报告了与牛顿预言相符的结果。对此,哲学家伏尔泰不以为然,他嘲笑探险队道:“你们历经千难万险,远涉蛮荒为了发现牛顿在家里就知道的情况!”
真的如伏尔泰所说,探险队的工作毫无意义?
当然不是!
物理学是一门以实验为基础的科学,物理结论是否正确需要实验来验证。
在物理世界里,实验才是终极法官。
下期周二见:3终极法官

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