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小學生能聽懂相對論嗎

來源﹕科技日報2019-05-24 09:21

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  帕克教授和3名小學生一起做“榖倉悖論”的科學小實驗。記者 李釗攝

  記者 李 釗

  5月的北京驕陽似火﹐熱熱鬧鬧的全國科技周暨北京科技周正在軍事博物館裡舉行。22日上午﹐就在軍博地下一層的報告廳裡﹐一堂別開生面的物理公開課吸引了上百位小學生的目光。

  剛從美國聖馬丁大學來到中國北華航天工業學院任教的斯蒂芬‧帕克教授正在給這些六年級的小朋友講狹義相對論呢。大家肯定要疑惑了﹐小學生聽得懂相對論嗎﹖是呀﹐這麼高深的理論﹐不都是大學理論物理學的教授﹑學生們才會討論的嗎﹖

  可神奇的帕克教授就是化不可能為可能﹐給來自北京市首都師範大學附屬實驗學校的100多位六年級學生上了一堂生動的狹義相對論課程。帕克教授非常風趣﹐他高高胖胖﹐還留著一臉大鬍子﹐長得很像聖誕老人。

  帕克一上臺就大聲跟小朋友們打招呼﹐“你們好嗎﹖”得到熱情回應後﹐他又說﹐“我嗓門很大﹐如果你們願意﹐我就不用話筒了﹐可以嗎﹖”小朋友們又積極響應。

  要知道﹐在一個200人的大廳裡﹐不用麥克風﹐扯著嗓子喊一堂物理公開課﹐需要多大的體力精力﹐而且帕克來華才3天﹐時差還沒有完全倒過來。但是為了更好地給孩子們傳達物理知識﹐他願意犧牲一下嗓子﹐解放自己的雙手﹐更好地進行展示。

  帕克的相對論課程﹐從小學數學的經典問題﹕相對速度開始。一個人在車廂外觀察高鐵上的乘客﹐測算高鐵上乘客對於觀察者的相對速度。一開始是簡單的疊加﹐就是高鐵運行速度加上乘客在車廂裡行進的速度﹔後來到了光速以後﹐就不再是簡單疊加了﹐因為愛因斯坦判斷﹐世界上有質量的物體速度不可能超過光速。所以即使高鐵以光速前行﹐火車上的人再怎麼走﹐他最多還祗能是光速。這個常規問題一下子就吸引起了所有小朋友的興趣。

  緊接著是一貓一狗的時空旅行﹕假定一隻貓和一條狗同時出生﹐這隻貓在地球上不動﹐那條小狗坐著太空飛船去旅行。那麼這條狗從外太空返回地球後﹐誰更年輕﹖從貓和狗不同的主體來計算﹐竟然會得出兩個完全相反的結論。

  然後是橫杆穿過榖倉的實驗演示﹐3個小朋友上臺參與﹐帕克也拖著胖胖的身體﹐在臺上來回穿梭﹑飛奔﹔再加上北華航天工業學院兩位老師的幫助﹐帕克又做了發聲網球和衣架硬幣的小實驗﹐這讓從來沒有聽過相對論闡釋的小學生和我們這些“大學生”們聽得如痴如醉。

  一堂課50分鐘很快過去﹐下面開始了問答環節。小朋友們的問題也很有意思﹕

  “假如汽車跑到光速﹐那它會發生什麼變化﹖”

  “如果我像小狗一樣持續奔跑﹐會不會延長壽命﹖”

  “如果運動速度超過光速﹐我們是不是就可以進行時空旅行了﹖”

  ……

  帕克一一給出了耐心的解答﹐臺上臺下的大人小孩都很高興。我高三學的文科﹐已經有18年沒有碰過物理了﹐可當天的這堂物理課還是讓我感到妙趣橫生﹐“多普勒效應”“時間膨脹”“尺度收縮”等科學概念都在一個個小實驗中得到體現驗證。我跟帕克有一個共同的感覺﹐這堂課讓所有參與的人都收穫了快樂﹐不管相對論聽懂了多少﹐至少他們其中的很大一部分人都對物理產生了興趣﹐開始願意去探索時空旅行﹑引力波這些有意思的話題。

  Science is fun, Science is cool(科學很有趣﹐科學很酷炫)。物理教學不應該祗有冷冰冰的公式和計算﹐像帕克這樣的大學教授給小學生們做高深理論的科普﹐同樣是物理教學的一種有益嘗試。非常期待下一次還有機會上帕克大叔的物理公開課。

  帕克教授的這堂公開課是“2019全國科技活動周外國專家科學講堂”活動內容的一部分﹐由科學技術部國外人才研究中心主辦﹐共有6名科學家從世界各地趕到北京﹐來到軍博給中小學生們講授6節風格各異的科學公開課。

  小朋友們大多都是第一次參加這種科學公開課﹐他們感到非常新奇有趣﹐而且非常積極踴躍地參與互動﹐腦科學﹑聲學﹑光學﹑建築學﹑空氣動力學和理論物理等內容豐富的課程讓大家獲益匪淺﹐最重要的是開啟了孩子們對於科學的興趣﹐對於知識的渴望﹐我想﹐這恐怕也是科技周最重要的意義之一了吧。(科技日報北京5月23日電)

[ 責編﹕肖春芳 ]
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