物理“三宗罪”

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  What’s the matter?
  带着疑问,记者通过网络和校园实地访问,调查采访了部分高一和高二的同学。除了个别学霸大神表示“这都不是事儿”或者笑而不语外,记者所到之处,果然“收获”了满满的吐槽声:
  ——上课好像都听懂了,做题全不会,成绩单下来全是泪,别提了!
  ——外语一样的术语,天书一样的符号和算式,这课还敢再枯燥一点吗?催眠效果倒是不错。
  ——感觉物理就是一帮患有强迫症的死硬理性派钻牛角尖钻出来的学问,学会这玩意跟学会茴香豆的茴有四种写法有区别么?
  ——没选报物理是因为我暗恋的那个女生说,像谢耳朵那样的物理男都是高智商低情商的奇葩。
  ……
  通过整理归纳,记者发现,同学们的槽点虽然五花八门,但有三个方面的抱怨特别集中——物理君啊,快来直视大家对你所犯“三宗罪”的控诉:
  太抽象!
  @禹粒子(江山中学):其实我不是天生物理黑,相反,从小到大都还蛮热爱科学的。初中时,我也没觉得物理有多难,那时候的物理基本上都是从身边熟悉的日常现象出发,探寻它们背后的“道理”,学起来常常会有一种揭开谜底的快感。然而,上高中以后,我感觉物理课上讲的东西越来越“没样子”了。什么动量冲量,匀加速匀减速,分子势能,还有什么电场磁场……天了噜,我努力去试图想象和理解这些无比抽象的概念,最后却往往还是似懂非懂,有种深深的无力感。
  @砍竹子的小菇凉(萧山中学):“忽略摩擦力”“匀速直线运动”……我所做的物理题目似乎永远建立在这些所谓的假设条件之上。每次做题时间久了,我感觉自己就像悬浮在空中一样,玄玄乎乎的,非常不真实。比如“无限光滑的平面”,“无限光滑”到底是多光滑啊?再比如“没有形状与大小的质点”,形状和大小都没了,这东西还能存在吗?这不是玩虚的吗?这些脑洞开得太大,我想象力太弱跟不上啊!
  第二宗“罪”
  套路
  @逗号(余杭第二高级中学):有时候从一堆草稿纸中抬起头来,会瞬间恍惚,不知道自己究竟是在做物理题还是数学题。真的,现在动不动就是乏味的公式、计算,难道不知道“多一个公式就会少一半读者”的道理么……相比之下初中《科学》的物理部分真像一本“趣味科普书”啊。
  @吃着火锅唱着歌(嘉兴高级中学):做物理题没劲透了,无非是用这个公式来套,或者用那个公式来套,套来套去,真是满满的“套路”。说好的“自然之美”呢?说好的“创造性思维”呢?有时候我真心认为,物理干脆改名叫作“公式学”算了。
  第三宗“罪”
  刷来刷去
  门在哪里?
  @叶子江(浙江传媒学院实验中学):我大概不算很聪明,所以相信勤能补拙。以往的经验和学长的教诲都告诉我,有困难,多刷题。这条“定律”在英语、化学甚至数学等科目上都帮助过我,可偏在物理这门课上好像失效了。我很努力地刷了很多题,做完也都认真地对照答案和解题思路。总以为熟能生巧,然而并没有什么用,遇到新题依然一头雾水。我愿意更努力,可是到底该怎么努力才有用呢?我有点茫然。
  @追风少年(乐清中学):我承认我最终没选报物理的原因比较功利。很多事实似乎都在表明,物理并不是一门分数与用功程度成正比的课程,并不像其他课程只要足够努力就会收获高分,它似乎更像是“聪明人的游戏”,门口好像有一道高高的“智商门槛”,你够不到就是够不到。我有信心去和那些“大神”们拼天赋、拼“悟性”吗?这个真没有。
  见招拆招/
  物理达人陪审团
  第一回合:物理真的太抽象吗
  张翰:
  别怕“抽象”,它只是为了帮你看见这个世界
  的简单
  当你在物理这个大坑里苦苦挣扎的时候,有没有想过这样一个问题:物理到底是什么?
  还记得小时候老爸带我散步时讲过的一句话:“你看眼前的这棵树,它在汉语里叫柏树,而在其他国家,这棵树有别的名字。所以,名字并不重要,重要的是它的本质。”虽然当时懵懂,但我的头脑里第一次有了“本质”这个概念。
  我们每个人都曾描述过周遭的事物。我们可以用文学的方式,也可以用绘画的方式……无论哪一种方式,其实都在不同程度地做着“简化”。因为真实世界的万事万物都是極其复杂的,再详尽的文字都不可能面面俱到,再细腻的画笔也不可能纤毫毕现,如果一丝细节都不肯舍弃的话,实际上我们就无法对任何事物做出描摹。
  比方说我们想知道一个箱子有多大,很简单吧?但实际上,这箱子的每个面都不可能是一个严格的矩形,它的表面也并不平整,和地面之间的静摩擦力以及空气压力会导致它轻微形变,还有温度变化带来的热胀冷缩……当你计算它的体积时,其实是把这个箱子简化成了一个只有长宽高三个维度的长方体,而对它的材质、大气压力、环境温度等等忽略不计;如果不这样做,“求体积”这件事将变得困难无比,甚至成了“不可能完成的任务”。
  这个方法,就叫“抽象”。所以,关键是先不要被“抽象”这个词吓住——它要做的并不是把简单的事情弄复杂,而是恰恰相反。它给你一双“慧眼”,透过纷繁复杂的表象,看到一个简洁、清爽的世界。
  这就是物理,它用化繁为简的方式来看待和描述世界,探究事物的本质和内在规律。我相信,如果你也能学会用这样的眼光来看问题,学起物理来一定会轻松得多,也饶有兴趣得多。
  陈峰:
  打开那扇具体与抽象之间的“任意门”
  我还清晰地记得,小学常识老师在给我们上“水的蒸发”这一课时,一走进教室,二话不说,拿起一冷一热两块湿抹布就往黑板上擦。瞬间,我就被吸引住了……从此,我每天都很期待上常识课,这种兴趣和好奇心一直保持到初中科学课、高中物理课,然后延续至今。
  物理抽象吗?确实,它需要从具体现象中归纳出原理、规律。但同时,这些看似“虚头巴脑”的原理、规律,又实实在在地存在于具体的万事万物之中——你可以在各种眼花缭乱的现象背后找到它,可以通过观测和实验去验证它,更可以在工作和生活中应用它。   比如美剧《生活大爆炸》里,那几个有些“宅”的理科男,就运用所学的物理知识,让自己的生活变得多姿多彩。再如《神探伽利略》中那位汤川学教授,更是通过物理公式计算,将一个个犯罪分子绳之于法!
  我真心觉得,学物理,千万不能一头扎进课本和习题册里出不来,而应该带着对世界满满的好奇心,养成将理论知识与自己的日常经验联系起来的习惯,最终你会找到并且打开那扇连接具体与抽象的“任意门”,而物理君那张“高冷”的脸也将变得可亲可近。
  第二回合:物理真的全是套路吗
  柯赵轲:
  套路?拜托,咱们玩的是“反套路”!
  以前如果有人问我怎么学物理,我会立刻回答:读题,思考,计算,得出答案。那时,我就是个典型的“套路党”——物理在我眼里,无非就是运用公式解开难题的过程。
  直到有一天,我偶然在网上看到一个问题:“一滴水从很高的地方以自由落体方式掉下来,会砸死人吗?”我第一反应是,这人是来搞笑的吧,没见过下雨吗?可是看到下面一帮物理大牛的讨论,我发现,原来,在一定的条件下,一滴水还真能砸死人!
  后来又看到了一些千奇百怪的“另类”问题,比如“绿巨人浩克跳起来会砸坏地面吗?”“一把扫帚如何做到直立不倒?”“人能拉动卡车吗?”……这些居然都能通过物理计算得到验证,令人脑洞大开,好玩极了。我开始意识到,物理其实是“反套路”的。
  我开始学着自己推导每一个公式,认真地理解和思考它们是怎么来的、意义何在。我一次次体会到,这些看似简单的公式中,隐含着许多极为大胆的创新理念,它们本身就是对前人观点、传统观念、经验常识等等“老套路”的挑战甚至颠覆。比如自由落体公式,否定了物体下落速度与自身轻重有关的错误直觉。再比如那个简洁到连普通中学生都能完成计算的狭义相对论公式,更是几乎完全改变了人类看待整个世界的角度和方式!
  这个发现,不仅帮我加深了对物理这门课的理解,更重要的是让我意识到要有一种“反套路”的独立思考精神。比如以前我从未质疑过“标准答案”,而现在会思考“标准答案一定正确吗”“它提供的解题思路和过程是最好的吗”……你别说,还真有许多新发现。再比如有很多同学喜欢写小说,但我觉得很多小说都是千篇一律,我能不能写点不一样的呢?于是我把小说结构和力学定律相结合,用物理公式的形式写了一篇科幻小说,结果被同学们争相传看,还得了作文比赛的大奖呢。
  赵世杰:
  伟大科学家,也可能被“直觉”蒙蔽,所以……
  不少同学都会吐槽做物理题时需要计算的地方太多,甚至说“物理数学,傻傻分不清”。作为定量分析的计算,对于物理来说,当然有多重意义,这里我只谈谈它跟“套路”之间的关系。
  “套路”有很多种,比如传统的观念、旧有的理论等,而其中有一种叫“直觉”。直觉引导我们认识世界,但很多时候也会误导我们,让我们犯“想当然”的错误——甚至连科学家也未能幸免。分享两个触动过我的小故事:
  光的本质是什么?物理学家们曾经分为互不相让的两派:“粒子党”和“波动党”。法国科学家泊松属于粒子党,他通过严密的计算,发现了“波动说”的一个“大Bug”——假如光真的是一种波,那么用一张圆形不透明的小纸片去遮挡一束光,形成的圆形黑影的正中央,应该出现一个亮点!可是谁曾见过影子中央的亮点?这简直太荒谬了有木有!泊松兴高采烈地公布了这个计算……然而后来的事情我们都知道,实验表明,这个亮点确实存在。泊松原本打算用来摧毁“波动说”的武器,却成了证明其正确性的有力证据!
  接下来,伟大的爱因斯坦出场了。1915年,爱因斯坦提出广义相对论,得出“引力场方程式”。大家在解这个方程时,发现它会“导致”宇宙膨胀或收缩。爱因斯坦无法接受这样“怪异”的结论,于是动手修改方程式,人为加进了一个“宇宙常数”,以保持宇宙静止不变。若干年后,天文学家哈勃发现并且证实了宇宙正在膨胀。爱因斯坦听说后,赶紧把“宇宙常数”从方程式中去除,并且说:“这是我犯过的最大错误……”(今天的科学家又重新引入了“宇宙常数”,用以代表导致宇宙加速膨胀的“暗能量”——编者注)
  所以,幸好我们会计算。不是吗?
  第三回合:物理前面真有一道高高的“智商門槛”吗
  王弯:
  从看见树木
  到看见森林
  作为一枚通常被认为是“理科智商捉急”的文科生,觉得有资格来谈一点经验。因为我有史以来第一次挂科,就是栽在物理这门课上。那时候真是觉得使出浑身力气都入不了门,上课也用心听了,习题也认真做了,可依然如坠雾里。
  有段时间身边不少自诩为“文艺青年”的同学都在写小说,我也是其中一个。小说,包括影视作品,通常有个创作环节简称“人设”,就是在编故事之前,先设定小说里会有哪些主要人物,他们是谁,各自有着怎样的背景、身份和性格,他们间的关系是怎样的……实际上就是一个“建模”的过程——在头脑中构建出一个“真实世界”,然后人物就在这里面“活动”,故事也在这里面合情合理地发生、发展……
  一天,我忽然心血来潮,拿出一叠白纸,开始像给小说做“人设”一样,把物理课的那些知识点一个个列在上面,然后试着标出它们之间的关系……写着画着,我心里仿佛真的有一扇大门在慢慢开启。我看到的知识不再只是一个个单独的点,而是彼此关联,相互交织,组合成了一个完整的世界。
  在这个世界里,篮球飞向篮筐和月球绕着地球运转其实是一回事,自由落体的极限速度就是物体得以逃离地球的第二宇宙速度,构成我们身体的基本材料跟遥远星系一模一样,电不是一种“东西”而是一种能量,要想理解它的种种神奇首先要把力学的基本概念真正地掌握于心……
  从此面对物理,我开始有了豁然开朗、融会贯通的感觉,成绩单也越变越好看了。就像得到了一张地图,清楚了自己身在何处,就不容易迷路,也更容易找对方向。   陈峰:
  好奇心是跨越门槛的动力
  其实我不同意所谓“大神”就可以轻松搞定物理,除了传说中极个别的“天才”之外,我见到的几乎所有“物理达人”也都是要付出努力去刻苦钻研的。
  但努力鉆研跟努力刷题还是不一样。后者是冲着考试和分数去的,而前者是出于兴趣和追求。对我来说,这种兴趣来自对于“未知”的好奇。
  我在香港科技大学上的第一节大学物理课上,白发苍苍的老先生突然抛来一个问题:“你们知道为什么要学习物理吗?”同学们个个呈现出“问号脸”,老教授慢悠悠地讲道:“一个人走到苹果树下,看到头顶上有一只红彤彤的大苹果摇摇欲坠。文学家会挥笔写诗,哲学家会驻足深思,生物学家会判断品种,地理学家会分析土壤和降水,化学家会思考苹果酸的化学式和用处……唯有物理学家因为知道万有引力定律,立即快步走开,成功躲开掉下来的大苹果,然后趁着其他人抱头痛哭的时候,气定神闲地捡起来吃掉它。”整个教室里哄堂大笑。这虽然只是个笑话,但却道出了我为何会喜欢物理的根本原因——它具有魔法般的预知能力。
  比如:在真空环境中,从10米高处放下一个小球,它将会在1.4秒后落地。
  只要知道若干参数,我们就能够准确地预言将有什么事发生。于是我们可以预报每一次日食、月食和流星雨的发生时间,可以利用公式计算发现一颗“新”的行星(海王星),可以把飞行器送到我们想要它前往的地方,可以在地球上制造出远超太阳中心的高温,可以让每个人打开手机就能知道自己身处何方……
  刘慈欣的科幻小说《三体》之所以如此吸引人,就是因为小说中的情节并非泛于空想,而是根据相应的物理学原理得出的。书中描绘的“三体世界”“水滴”“面壁者”“黑暗森林”,说不定真的会在哪一天成为现实!
  物理预言了许多我们难以想象的神奇存在(比如2016年引力波的发现验证了爱因斯坦100年前的预言),更预知了我们生活的变化,社会的发展,以及整个世界的走向。如果你对未知和未来充满好奇,怎能不爱上这门课?
  唯有热爱,而不是对分数的追求,才是帮助你跨越一道道门槛、探险奇妙物理世界的持续不断的动力来源。
  王建薇:
  不是聪明人才能学好物理,而是学物理让人更聪明
  复旦大学曾对核物理专业的毕业生去向做过一次调查,结果发现只有不到十分之一的学生毕业后从事与核物理有关的工作,其余的毕业生纷纷改行。对此,很多人都说这是“物理系的失败”。我所任教班级的部分学生、家长,也或多或少表露过“学习物理好像没什么用”的看法。但我的观点恰恰相反。
  我认识不少本科学了四年物理专业后改行或转专业继续深造的同学,当他们面临着新专业、新领域时,即便是大学里读物理读得很艰苦的那些同学,也普遍感到“So easy”,而且都发展得挺不错的。因为4年的物理专业训练使他们具备了良好的素质,为今后的发展打下了坚实基础,于是即便是去了不同的领域,也能够很快适应。有时候,“无用之用,方为大用”。
  其实很多高中生也已经意识到这一点了。我在我的学生中做过“你学习物理是为了什么”的问卷调查,结果蛮令我意外的——有21.1%的同学表示今后想从事与物理相关的职业,而多达76.1% 的学生都觉得,通过学习物理而凝炼成的思想、方法和能力,将会对今后的发展大有裨益。
  我觉得很欣慰。真的,与其说是“聪明人才能学好物理”,不如说是“学物理让人变得更聪明”。
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