新书简介 新书推荐

“极化”的大道至简:这样给少年写物理书

《六极物理》

孙喜

2020年09月09日 03:00

刘兵
《 中华读书报 》( 2020年08月26日 16 版)

在一般人的心目中,在基础教育的各个科学分支学科里,物理学似乎是最为难学的学科(或者至少是之一)。之所以会如此,有不同的说法和解释,例如,有人认为物理学所用的数学较多,而数学也是被许多人认为是难学的学科之一。就像在《简明不列颠百科全书》中的“物理学”条目中所说的,物理学,是“一门基础自然科学,它研究物质的结构以及自然界各基本组分间的相互作用等根本问题。通过实验考察和理论探索,以最概括的方式把各种无联系的物理现象,用经济而又精确的数学语言表达为各种物理学原理或定律”。

但即使这样的理由成立,恐怕也只是关于物理学难学的答案的一部分而已。其实,更重要的是,我们今天在基础教育阶段所学的物理,实际上是源于在16-17世纪欧洲科学革命诞生的现代物理(这样的说法包括了从牛顿的“经典物理”到20世纪的量子力学和相对论),其特有的思维方式,与人们在日常生活中所习惯了的生活经验有着相当的不一致之处。因为同样在在《简明不列颠百科全书》中的“物理学”条目中,还提到:“无论所采用的方法在细节上有什么不同,物理学家总是试图用逐次逼近法把没有解决的问题变得易于处理:先研究简化的即理想化的情况以确定其主要效应,然后再深入具体事物的细节。”

这里的关键在于“理想化”,也即与古代人们对物理现象的研究和解释有所不同,在现代物理中,这样的理想化经常表现为理想模型,而理想模型则作为联结物理学理论与经验事实的中介。也就是说,在今天的基础教育中的物理教学所涉及的主要内容,基本上是理想模型性质的。正是这种理想模型与现实原型的差异,成为学生们感觉在学习和理解物理学时会遇到困难的重要原因。

但是,物理学在当下的科学知识系统中,又具有着极其特殊的作用。它已经成为诸多科学学科和技术的支撑性的基础知识。正是在这种既不那么好学又极其重要的矛盾中,在物理学教育中最基本的手段——教材编写上的创新,便尤其有意义。当然,在已经有了为数众多的各种物理学教材和普及读物的前提下,要做出明显有意义、有价值,而且言之成理并更有利于学习者理解和掌握物理学的有新意的教材,并不是一件很容易的事情。

在最近出版的这本名为《六极物理》的普及性读物中,作者正是抓住了最能反映物理学之理想化特征的极端条件作为切入点,从“极快、极大、极重、极小、极热和极冷”这“六极”,将现有的物理学进行“拆解”,按照将环境参数调到极限来让物理学的现象变得更加明显的思路,重新组织起对物理学知识的叙述。在极快篇中,讲解在接近光速的高速下适用的狭义相对论;在极大篇中,讲述大尺度的物理学和宇宙学知识;在极重篇中,讲述爱因斯坦的广义相对论;在极小篇中,介绍原子层次的微观世界;在极热篇中,讲解在极高温度下的物理现象及其重要性;在极冷篇中,讲解在接近绝对零度条件下迷人的物理现象,例如超导体。

在对知识的讲解中,历来有按照历史的发展逻辑和事后重新构建的逻辑来叙述的不同方式,每种方式也都有各自的优点和劣势。而在事后重新构建的叙述逻辑也不只一种,同样每种也都有其自身的优势。像作者这种从极端条件作为叙述分类的作法,优点更在于可以更直接地提示读者理解物理学思维的特殊性,即对那种理想化的极端情形的思考,进而再推论到更一般的情况,这对于实现教育目标中对科学之本质(实质上是现代科学之本质)的理解,尤其有意义。

当然,作者也并非陷在极端中“不食人间烟火”,而只是把这种极端作为框架的分类,在具体的解说中,也还会常常回到人间现实条件下的实际问题。不过,在这样的框架下“回到人间”,对读者的理解而言,很可能就已经消除了一部分“困难”。


]]>

2020年09月09日 10:57
627
量化绩效考核真的有效吗?