諾貝爾獎獲得者的問題思考

龐啟帆

一天早上，著名的物理學家、諾貝爾獎獲得者歐內斯特·盧瑟福接到了一位同事的電話。同事說他準備給一個學生的物理答卷零分，而這名學生卻聲稱他應該得到滿分。于是，師生倆決定找一位不偏不倚的裁判，結果選中了盧瑟福。整份試卷只有一道題。試題如下：“如何用氣壓計測定一棟大樓的高度？”學生的答案是：“把氣壓計拿到樓頂，用一根長繩系住氣壓計，將氣壓計垂到地面，然后提上來，測量繩子放下的長度，該長度便是大樓的高度。”

這位學生的確有充分的理由得滿分，因為他的回答嚴絲合縫準確無誤。但另一方面，如果給滿分，無疑表明他在物理學方面能力突出，但這個答案并不能證實這一點。如何裁決呢？思慮良久，盧瑟福建議讓學生再試一次，給他6分鐘時間，必須用物理學方面的知識來回答這個問題。5分鐘過去了，學生什么也沒寫。盧瑟福問他是否想放棄，他回答說，他有好幾個答案，正在想哪個是最好的。盧瑟福對自己干擾他的思考表示抱歉并請他繼續。在接下來的一分鐘里，他迅速寫出了如下答案：“將氣壓計拿到樓頂的邊緣，松開手，讓其自由落下，用秒表記錄氣壓計降落到地面的時間，然后運用自由落體公式（高度=0.5×重力加速度×時間的平方），計算出大樓的高度。”

看了學生的答案，盧瑟福問同事是否還堅持剛才的意見。同事哈哈一笑，然后夸贊學生做得非常出色，并且給了他滿分的成績。當盧瑟福正要離開同事的辦公室時，突然想起那個學生說過他還有好幾種其他的答案，便好奇地問他那幾個答案是什么。學生答道：“借助氣壓計測量大樓的高度，有許多種方法。例如，在一個陽光燦爛的日子，把氣壓計拿到戶外，測量出氣壓計的高度和其陰影的長度，以及大樓所投射出的陰影的長度，通過運用簡單的比例法，就可以算出大樓的高度。”

“好極了”，盧瑟福說，“其他的方法呢？”

學生微微一笑，答道：“還有一種經典的方法，你也許會喜歡用。方法是：拿上氣壓計，開始爬樓梯，并在墻上依次標出氣壓計的長度，記住你一共作了多少個記號。這種方法簡言之就是用氣壓計當尺子去量大樓的高度。”

“很直接的一種方法。”盧瑟福笑道。

“當然，還有一種更為復雜的方法，你可以把氣壓計系在繩子的一端，讓它像鐘擺一樣擺動，分別測算在地面和在樓頂上的重力加速度g。理論上，根據這兩個g的差值就可以計算出建筑物的高度。”

“根據同樣的方法，把氣壓計拿到樓頂，用一根長繩系住氣壓計，將氣壓計放下，接近地面，然后讓其如鐘擺一樣擺動，根據擺動周期便可以計算出大樓的高度。”

“總之，”他總結道：“還有許多的方法可以解決這個問題。”

“或許最好的一種方法是，帶上氣壓計到大樓地下室，去敲大樓看門人的門。看門人開門后，你就對他說‘先生，我這兒有一個很好的氣壓計，如果您能告訴我這棟大樓的高度，氣壓計就歸你了。”

說到這，盧瑟福問那個學生，他是否真的不知道這個問題的最常規的方法。他回答說他是知道的，但他說從中學到大學，老師們總是試圖教他怎樣去思考，對此他實在感到很膩煩。

這個學生的名字叫尼爾斯·玻爾。多年后，他獲得了諾貝爾物理學獎。

（趙麗娟摘自《山東青年》2017年第4期）endprint