《物理是一种文化》

日期:2011-11-27 16:06 点击数:13588 

物理是一种文化

中国科学院  郝伯林

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郝伯林先生是中国科学院理论物理所原所长,中科院院士,第三世界科学院院士,他的研究方向是理论物理、计算物理、非线性物理等。但郝院士非常关心物理教育,“在感情上始终是中学物理教师中的一员”。在首届两岸四地中学物理教学研究会上,作了这一著名的报告。文章来源——物理青蓝网               

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我没有中学物理教师的经验但是我有当中学生学物理的经历,中学物理是现在社会每一个人,每一个家庭都回避不了的。有一部分人献身于物理教育事业,在感情上我始终是这一支队伍的一员。

物理是一种文化,文化不是一下子就有的,文化是和历史联系着的,需要积累,需要沉积,所以今天我说不了很多新东西,就和各位一起回顾一些事情。 

首先是物理这个词,在19世纪末20世纪初,刚从西方传进来的时候,怎么翻译有不同的看法,那个时候已经把metaphysics翻译成形而上学了,所以有人就把物理翻译成形而下学,后来是从日本把他们的翻译借回来了,叫做物理,这个词非常之好,我觉得它的内容要比physics精辟的多,日本人把它叫做物理,是根据庄子的话“天地有大美而不言,四时有明法而不议,万物有成理而不说,夫圣人者缘天地之美,万物之理。”所以各位钻研物理、教授物理的人,就是这样的圣人!

物含妙理总堪寻,各位如果有机会到北京的颐和园去,到韩云殿,就是最高的那个宫殿,但是你下来的时候不要走中线下来,你要走右侧那条道下来,那个地方有一个铜庭,从铜庭下来以后,出口的地方有一副对联,但是我小的时候这个地方不是这样的,原来这里有一堵红墙,而这个铜庭在红墙的里面,你要从红墙的门出来,一回首,看到红墙的两面有这一副对联,后来他们又重新修了。我觉得这是我们的一个特色或者是问题,我们对许多老古董保存爱护的不够,把许多老古董破坏了,然后花钱修许多假古董。当然再过几百年,假古董也会被人们当做真古董看待。

可能不是每一个人都知道陈嘉庚先生。他作为华侨领袖以新加坡为基地,曾经做的非常成功,他的成功是因为他在上个世纪初当橡胶的种子被从南美偷出来之后,他看到了这个机遇,下决心把他在南洋经营的叫做黄梨树也叫做菠萝树的砍掉改种橡胶,开展橡胶工业。他的工厂企业曾经遍布各州,第一次世界大战他的产品作为战略物资,因此他赚了很多钱。但是这个人非常关心教育,他是穷孩子出生,他一辈子花了很多钱在教育事业上,厦门大学就是他建立的,在这之前他在他的家乡集美建了集美学校,这也是各位有机会到厦门去一定要看的两个地方,一个是鼓浪屿,一个是集美,为了不占耕地不占好地,他生前就嘱咐在对着集美学校的海里面,填海填出一个小岛,叫做茂源,他就埋葬在那个地方。福建是以石刻文明,各种各样的雕刻,大家到茂源的时候,希望你们花一些时间看一下所有的各种各样的浮雕,这些浮雕里包含着陈嘉庚先生的教育思想,比方说五谷,比方说中草药,他认为一个孩子应该知道的事情他都用浮雕画在那里,在他墓碑后面有这么两句话,“海天空飞,其物理归一,天造地设,合人力而称三。”这一和三当然是非常中国味道的,不管是海里的陆地上的天上的,要统一起来认识的话,要靠物理,他们都按照同样的道理,底下这句话当然更广的,包含着中国的天人合一的思想,你要回到老子了,老子说一生二,二生三,三生万物,地法天,天法道,道法自然。归根结底还是那个客观的自然界。我们从他学到很多道理。杜甫的诗里也提到过物理,不过那个意义不大一样,“细推物理须行乐,何用浮名绊此生”。那这个物理就讲的相当广的了,是一种人生观,你若懂得事物的理以后,你就不必自寻烦恼了。淮南子里有这样的话,“耳目之察,不足以分物也”。这句话从现在来考察是相当深刻的,光靠耳听目见,还不足以把物理说清楚。那么今天我们可以告诉学生,你需要各种各样的仪器进行测量,有很多物理包含在你肉眼看不到的层次,或者非常之大,你肉眼达不到的尺度,都是要靠工具,而且光看也不行,还得靠理论思维。物理物理,他有这个理字,物理是讲道理的,这里面有大道理有小道理,各位老师比我还明白,我觉得物理学很简单,物理学只有少数几条大道理,这几条大道理是推导不出来的,证明不出来的,是从实验、实践中总结出来的,但是只要他的推论被实践检验是对着,这些道理就是成立的。物理学里也有些小道理,我们每天遇见很多,其实很多道理都是小道理,你把大道理掌握了,就把小道理说清楚了。我想我们的老师们很重要的任务就是让学生能够明白那些大道理,然后用大道理来解释周围生活中能观察到的各种事物,说清楚小道理。物理学是讲道理的学科,物理学在讲道理的过程中间,培养我们自己,培养我们的学生们寻根溯源,追求真理!物理学当然也是方法论,他训练我们怎么跟事实和数据出发,发现问题解决问题,物理学帮助我们不盲从不迷信,许多事情都要画个问号,去思考是为什么。物理学教我们心中有数,我们想得许多道理有时候可以把他看成数,可以去量,看对不对,但是我在这里特别有个感想,别把我们中学物理变成算数习题集。在大陆这种情况太严重了,在我看来,是可以有一些物理的计算题,也应当有,这些题只要基本做对的,过程中有些加减法乘除法错了,稍微扣一点。现在扣的分不得了,成为一种偏向了,其实你要启发学生们想问题,比方我这里就提了几个问题。一个是初中物理的典型问题,说一个人要照平面镜,看到自己的全身,这个平面镜最少得多高,那么画图的时候要简化,你要把眼睛长到脑门上去,镜子有你身子一半的高就可以看到全身了。但是多用点脑子想一想,有的学生还可以告诉你,用不着,还可以短一点,为什么呢?谁要你把你的镜子平行放呢?我可以把镜子歪过来一点,就是用短一点的镜子也可以看到全身,所以你要让学生想很多事,而不是一个标准答案。答得跟标准答案不一样,你跟学生说他把镜子歪一点就可以用短的镜子看到全身是错的,我要是老师我就给他加分,就说他想的多,想的比较好。比方说这样的问题,为什么在地球上没有人见过下雨的时候,那个雨有一个足球那么大,乒乓球那么大的都没有,为什么?实际上想一想就可以提出很多重要的概念来。水在固体表面为什么有的时候是水珠有时候摊开?学生就可以讨论,像下面这个问题,过去我们学物理,修铁路,铁轨要留缝,现在高铁,走起来相当平稳,没有声音,两个为什么,那个时候为什么要留缝?而现在为什么没有了?所以很多事情要启发学生问问题。实际上世界上的很多问题,连着问三个为什么,一般人就很难回答的出来了,我都很难保证别人连着问三个为什么我还能回答他。这件事情是我们教学里非常重要的。物理学是一门历史科学。其实任何一个真正的科学都是有历史的,各位都是受过高等教育的人,普通物理看一下目录,它就是一个物理学史的提纲,历史上先有的,在逻辑上也先发生,物理学的发展本身不断克服着保守跟偏见,大家可以想“热”,热素学说,带来很多问题,后来被克服了。原子和分子的存在,一直到十九世纪末,很多伟大的科学家不能接受。他们认为这也许是为说明问题来应付的,他们不相信有实质上的原子和分子存在。Ostwald就是这样的人,Ostwald是伟大的化学家,影响很大,势力很大。Boltzmann跟他的斗争大家可能知道的,Boltzmann最后在忧郁中在意大利自杀了,自杀的原因很复杂,但是跟Ostwald的斗争是最主要的,他的处境在当时的社会难以立足,Ostwald是他的前辈,Boltzmann在评论他的文章时都会把他的优点写一两页,然后在最后发表几句不同的意见。“对称或缺”曾经获得诺贝尔奖的,这些概念其实很容易教给学生,究竟是对称美还是不对称美,大家在美上有不同的概念,实际上最早知道这个世界花花绿绿,五光十色是非对称造成的,最对称的世界,没有结构,没有组织,实际上没有丰富的内容。我说远一点,邓小平说的,让一部分人先富起来。我理解这就是一种对称或缺。过去我们国家是农民当家,讲究平均分配,谁要冒尖富一点的话,别人就要闹红眼病。我们大陆有一句话叫群众有意见,群众有意见不一定就是对的,这是一种农民社会主义,这是一种能量非常低的状态,生产力也很低,大家收入也很低,过的都很穷。那个时候可以共产主义,大家平均分配,谁冒尖出来,大家就眼红。邓小平未必学过“对称或缺”,但他提出来的那句话是符合“对称或缺”的。你总得把一边穷的这种对称状态有所破坏,冒出来,底下的社会才可能变得更热闹。其实我们学相变、学各种突变都知道,他们是对称或缺,最有名的实验是热对流实验,大家可能在课堂上给学生讲过的,讲的话好讲,实验要做的话,还是需要点要求。理论上你拿两个大铜板,底下的铜板加热,上面的铜板冰镇,底下的温度高,膨胀起来,密度低,就想飘起来,上面冷,密度高,就想沉下来,但是如果你加工的非常好,各处都一样,实际上憋着一股劲,谁也动不了。这叫做绝对民主办不成事。你要有点对称或缺,这种对称或缺往往来自于平常你不注意的次要的小地方,比方说你加工铜板的时候,什么地方有一个局部缺陷,平常你无所谓,但是这个时候,那个地方的缺陷就要利用它,先飘起来,他一飘起来了就乱了套了,但是只乱很短的时间,有些地方就上来一点,有些地方就下来一点,从结构讲,他比原来高级了。这个现象在社会中也是有的,打破我们这个农民社会长期穷困的状态,一直到现在,还是有很多乱七八糟的东西在存在,其实我们知道从一种态到另一种态过度,过度中,总是有各种现象存在的。最早看出这个的是一个科学家名叫居里,这个居里是居里夫人的丈夫,他说过,“非对称创造了世界”。实际上这些概念大家想一想,具有很普

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