少年物理學(xué)家養(yǎng)成記

張興華

物理學(xué)是用最基本、最普遍的規(guī)律或原理來(lái)描述客觀世界的學(xué)科。大自然是復(fù)雜而美麗的，物理學(xué)家在試圖理解它的時(shí)候，首先把那些分散注意力的因素去掉，將物理世界吸引我們注意力的那部分描述出來(lái)，這樣的理論通常具有普適性（普遍適用于同類對(duì)象或事物的觀念、制度和規(guī)律）。

例如，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋將所有經(jīng)典電磁理論歸納為4個(gè)簡(jiǎn)單的方程，用這套方程組可以理解發(fā)電、磁鐵、化學(xué)元素的結(jié)合等現(xiàn)象，也可以利用這些原理來(lái)做無(wú)線電和光的通信。

我是如何喜歡上物理學(xué)的呢？現(xiàn)在回想起來(lái)，應(yīng)該是我從小就對(duì)很多事物都感興趣、充滿好奇心。

小時(shí)候，我看到人類登陸月球的照片和電視上月球的天空是黑色的，我問(wèn)爸爸、媽媽為什么月亮上總是黑天呢？爸爸、媽媽說(shuō)，因?yàn)樵铝辽蠜]有空氣。但是，藍(lán)天、白云和水為什么有這么豐富的顏色？為什么像金屬這樣導(dǎo)電的物體會(huì)有光澤，而有顏色的東西沒那么有光澤，透明物體又基本上都是絕緣的呢？

后來(lái)通過(guò)學(xué)習(xí)，我才知道，這些是光和物質(zhì)的相互作用，也是物理學(xué)最關(guān)注的內(nèi)容。在《光學(xué)》課上我了解到瑞利散射，即光與空氣分子發(fā)生了散射。太陽(yáng)光像一群小球與空氣中的分子不斷發(fā)生碰撞，改變了傳播方向，因而，我們?cè)诟鱾€(gè)角度看到的都是明亮的天空。如果沒有空氣中的分子把光碰撞得到處都是，我們看到的還是黑色的天空。

物理學(xué)是有胸懷的學(xué)科，生活中每一個(gè)有趣的現(xiàn)象和問(wèn)題都是值得被尊重和關(guān)注的，不存在“純粹的物理學(xué)”和“某些高尚的物理學(xué)”。

物理學(xué)家愛因斯坦帶給人類的不僅僅是相對(duì)論，他從身邊有趣的現(xiàn)象出發(fā)建立了布朗運(yùn)動(dòng)的理論。1827年，蘇格蘭植物學(xué)家羅伯特·布朗發(fā)現(xiàn)水中的花粉會(huì)不停地做不規(guī)則的曲線運(yùn)動(dòng)，即布朗運(yùn)動(dòng)。起初，有些人認(rèn)為，花粉做布朗運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樗鼈兪腔畹奈镔|(zhì)，也有人認(rèn)為是熱或電等外界因素引起的。1905年，愛因斯坦指出，花粉的布朗運(yùn)動(dòng)是由無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子的碰撞導(dǎo)致的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，并給出了著名的“愛因斯坦關(guān)系”。1908年，法國(guó)物理學(xué)家佩蘭通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了愛因斯坦的理論。此后，科學(xué)界才認(rèn)識(shí)到，分子是真實(shí)存在的。

由此可見，物理學(xué)就在我們身邊，在每個(gè)讓我們癡迷的現(xiàn)象中。

如何成為一名物理學(xué)家呢？也許有些青少年朋友擔(dān)心自己不適合做科研，認(rèn)為做科研太難了。但是，我想跟青少年朋友說(shuō)，在對(duì)未知世界的探索中，我們都保持著謙卑，用自己現(xiàn)有的力量去搏斗大的“對(duì)手”。

熱愛物理能讓我們擁有一雙注視世界的眼睛和一顆熱愛生活的心。只要對(duì)身邊的事物充滿興趣，保持探索世界的好奇心，不要放過(guò)發(fā)生在身邊的有趣問(wèn)題，收集每一次解決問(wèn)題的靈感，樂(lè)于向朋友們分享自己的成果，你就是一位少年物理學(xué)家了！

花粉的布朗運(yùn)動(dòng)不是活的物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，那么由很多活性的物質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)是什么樣子的呢？這個(gè)領(lǐng)域就是物理學(xué)的前沿之一：活性物質(zhì)。飛翔的鳥群、水里的魚群、擁擠的人群都是典型的活性物質(zhì)。

有朋友會(huì)問(wèn)：“這些還是物理學(xué)嗎？”當(dāng)然是。2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者意大利物理學(xué)家帕里西就是研究椋（liáng）鳥群飛行集體行為的專家。他的實(shí)驗(yàn)課題包括：鳥群怎么一起轉(zhuǎn)向而又不相互碰撞，鳥群的速度和加速度是如何分配的等等。

如果你也對(duì)身邊的這些現(xiàn)象感興趣，不妨先好好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的物理學(xué)知識(shí)，將來(lái)才有機(jī)會(huì)去看更豐富、迷人的世界。

（責(zé)任編輯 / 高琳? 美術(shù)編輯 / 周游）