物理直觉的建立与更新

作者: 吴进远

来源: 知识分子

发布日期: 2016-10-17

本文讨论了物理直觉的建立与更新,通过神舟七号出舱活动的实例,说明了直觉在物理学习中的重要性以及需要不断修正和更新的必要性。

很多人表示,“我相信自己的直觉”,但是它能否总能引导你走上正确的道路,答案是否定的。对于学习物理的人来说,仅靠背公式或定律,是很难深入下去,大多人需要建立相应的直觉,而这种直觉又是从自然现象及实验现象观察得来。然而直觉也是需要时时修正与更新,阅读、学习科普知识,以及勤于思考来实现,能够让我们看到表象背后真实的原理。

北京时间10月17日7点30分,神舟十一号按计划将航天员景海鹏和陈冬送到天宫,今年中秋之夜,中国天宫二号空间实验室成功发射。事实上,每次的航天工程不仅为中国的航天科研事业积累了丰硕的成果与经验,而且对公众也是一个极好的科学普及教材。本文从神舟七号出舱谈起,揭示物理学领域那些我们熟知,但很可能是“错误”的直觉。

在中国的航天工程中,给笔者印象最深的是神舟七号的出舱活动,直播的画面中呈现了许多有趣的真空科学现象,当时笔者还是在玻璃壳显像管的电视机上看的这一直播。下面是神舟七号出舱活动的情况。希望大家注意观察翟志钢打开轨道舱舱门的过程。

航天员翟志钢打开舱门的过程中用了很大力量。实际上舱门在翟志钢打开一个小角度之后,随后又自己关了回去。开舱门费力,好像不难理解。

根据后来的报道,开舱门时,舱内残余压强还有1000Pa,大约是大气压的1%左右,如果舱门直径0.5米,即面积约0.2平方米,则舱门受到的总压力为200牛顿,相当于20公斤重。在失重条件下,航天员不便用力,这20公斤的力是不小的。比较难理解的是开舱门后,舱门会自己关闭这个现象。大家都会认为舱门打开之后,舱内的气体应该一下就排出去了,既然内外压强平衡了,怎么还会有那么一个神奇的力,让舱门自己关上呢?

当轨道舱内外联通之后,舱内残余的气体的确会排出去,舱内与外界环境的压强最终也会达到平衡,只不过在接近真空的情况下,这个过程相当长。我们从视频中,甚至可以看到,舱门全部打开几分钟后,仍然有些类似雪花的白色物体从轨道舱内飞出。这与我们很多人的直觉不相符合,然而,眼见为实,当我们的主观直觉无法与客观现象吻合时,需要修正更新的则是我们的直觉。

学习物理很少有人能够仅靠背公式或定律深入下去,大多需要建立相应的直觉,而这种直觉大多是对自然现象及实验现象观察得来的。在物理学中,把实验仅仅看成是验证理论的一种手段是对实验的重要性的严重低估。事实上,实验现象以及由此建立起来的直觉,是物理学继续前进与发展的重要支点。在一定的理论与实验证据的支持下,人们建立了某种直觉。

然而,当人们进一步探索建立了新的理论,找到新的实验证据后,这种直觉也应该做相应的补充修正与更新。

大部分物理直觉是我们上学的时候建立的,不过我们上学时很多直觉到现在可能需要修正与更新,因此物理直觉的更新是个终生的工作。这种更新可通过多阅读学习科普知识,勤于思考来实现。而阅读、学习科普知识也包括看航天工程的直播,就像笔者从神七直播中更新了对真空现象的直觉。

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