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小学生能听懂相对论吗

来源:科技日报2019-05-24 09:21

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  帕克教授和3名小学生一起做“谷仓悖论”的科学小实验。记者 李钊摄

  记者 李 钊

  5月的北京骄阳似火,热热闹闹的全国科技周暨北京科技周正在军事博物馆里举行。22日上午,就在军博地下一层的报告厅里,一堂别开生面的物理公开课吸引了上百位小学生的目光。

  刚从美国圣马丁大学来到中国北华航天工业学院任教的斯蒂芬·帕克教授正在给这些六年级的小朋友讲狭义相对论呢。大家肯定要疑惑了,小学生听得懂相对论吗?是呀,这么高深的理论,不都是大学理论物理学的教授、学生们才会讨论的吗?

  可神奇的帕克教授就是化不可能为可能,给来自北京市首都师范大学附属实验学校的100多位六年级学生上了一堂生动的狭义相对论课程。帕克教授非常风趣,他高高胖胖,还留着一脸大胡子,长得很像圣诞老人。

  帕克一上台就大声跟小朋友们打招呼,“你们好吗?”得到热情回应后,他又说,“我嗓门很大,如果你们愿意,我就不用话筒了,可以吗?”小朋友们又积极响应。

  要知道,在一个200人的大厅里,不用麦克风,扯着嗓子喊一堂物理公开课,需要多大的体力精力,而且帕克来华才3天,时差还没有完全倒过来。但是为了更好地给孩子们传达物理知识,他愿意牺牲一下嗓子,解放自己的双手,更好地进行展示。

  帕克的相对论课程,从小学数学的经典问题:相对速度开始。一个人在车厢外观察高铁上的乘客,测算高铁上乘客对于观察者的相对速度。一开始是简单的叠加,就是高铁运行速度加上乘客在车厢里行进的速度;后来到了光速以后,就不再是简单叠加了,因为爱因斯坦判断,世界上有质量的物体速度不可能超过光速。所以即使高铁以光速前行,火车上的人再怎么走,他最多还只能是光速。这个常规问题一下子就吸引起了所有小朋友的兴趣。

  紧接着是一猫一狗的时空旅行:假定一只猫和一条狗同时出生,这只猫在地球上不动,那条小狗坐着太空飞船去旅行。那么这条狗从外太空返回地球后,谁更年轻?从猫和狗不同的主体来计算,竟然会得出两个完全相反的结论。

  然后是横杆穿过谷仓的实验演示,3个小朋友上台参与,帕克也拖着胖胖的身体,在台上来回穿梭、飞奔;再加上北华航天工业学院两位老师的帮助,帕克又做了发声网球和衣架硬币的小实验,这让从来没有听过相对论阐释的小学生和我们这些“大学生”们听得如痴如醉。

  一堂课50分钟很快过去,下面开始了问答环节。小朋友们的问题也很有意思:

  “假如汽车跑到光速,那它会发生什么变化?”

  “如果我像小狗一样持续奔跑,会不会延长寿命?”

  “如果运动速度超过光速,我们是不是就可以进行时空旅行了?”

  ……

  帕克一一给出了耐心的解答,台上台下的大人小孩都很高兴。我高三学的文科,已经有18年没有碰过物理了,可当天的这堂物理课还是让我感到妙趣横生,“多普勒效应”“时间膨胀”“尺度收缩”等科学概念都在一个个小实验中得到体现验证。我跟帕克有一个共同的感觉,这堂课让所有参与的人都收获了快乐,不管相对论听懂了多少,至少他们其中的很大一部分人都对物理产生了兴趣,开始愿意去探索时空旅行、引力波这些有意思的话题。

  Science is fun, Science is cool(科学很有趣,科学很酷炫)。物理教学不应该只有冷冰冰的公式和计算,像帕克这样的大学教授给小学生们做高深理论的科普,同样是物理教学的一种有益尝试。非常期待下一次还有机会上帕克大叔的物理公开课。

  帕克教授的这堂公开课是“2019全国科技活动周外国专家科学讲堂”活动内容的一部分,由科学技术部国外人才研究中心主办,共有6名科学家从世界各地赶到北京,来到军博给中小学生们讲授6节风格各异的科学公开课。

  小朋友们大多都是第一次参加这种科学公开课,他们感到非常新奇有趣,而且非常积极踊跃地参与互动,脑科学、声学、光学、建筑学、空气动力学和理论物理等内容丰富的课程让大家获益匪浅,最重要的是开启了孩子们对于科学的兴趣,对于知识的渴望,我想,这恐怕也是科技周最重要的意义之一了吧。(科技日报北京5月23日电)

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