量子力学再获诺贝尔物理学奖!这套书让孩子在幽默阅读中打开科学思维
虽然许多量子实验着眼于非常非常小的东西,比如电子和光子,但量子现象就发生在我们周围,在各个尺度上都发挥着作用。但我们不太容易在较大的物体上发现它们。这就会给人一种错误的印象,认为量子现象很离奇,或者是另一个世界的东西。
经典物理学的声光电磁力热知识体系庞大又完善,是孩子必学的,市面上的物理学绘本几乎都在花式轮番介绍这块基础知识。
但是,经典物理学只是现代物理科学版图上的一块旧世界拼图,虽然能应用于宏观世界,可到了比原子还小的微观世界,就两眼一抹黑了。
量子物理学和相对论,是现代物理学新世界的版图,与经典物理学的基本概念完全不同,能解释微观和宏观世界,简直神奇又迷人。事实上,现代物理学的诞生已经在科学界掀起了波澜壮阔的认知。
量子物理学已经发展了整整一个世纪,相关应用早已遍地开花。比如我们熟知的核能、芯片、纳米科技、互联网、激光、核磁你能想像的、亟需高精尖人才的新技术领域,几乎都建立在量子物理的基础研究之上。
第二,前沿学科建立在庞杂、融会贯通的知识体系之上,早入门,早培养兴趣,才有机会成为专业人才。
所以说,都2022年了,给孩子做现代物理学的启蒙,非常重要,而且宜早不宜晚。脸书创始人扎克伯格连襁褓中的闺女都没放过。
但是,孩子学习量子物理的途径却很少。网上对量子物理的介绍大多是碎片化的,孩子理解起来很困难;科普量子物理的图书很多都是以文字为主的书,孩子也很难看下去。
今天小雅妈给大家推荐《量子物理,好玩好懂!》全5册,是专为小学生打造的量子物理漫画,它以量子物理的发展史为主要内容,汇集了现代物理学领域39位科学巨匠,48个里程碑式物理学大发现,顺带介绍了整个物理世界的版图,弥补了大部分小学生物理读物的知识体系缺失。
想帮孩子打开现代物理学的大门、探索新世界、着眼于未来的家长,这套书小雅妈推荐大家一定要入手。
天空为什么是蓝色的,彩虹为什么有七色,煤炭为什么烧热会发红这些看似简单的自然现象背后,隐藏着一把把打开原子世界的钥匙,漫画的主人公、小学生郑小多和跟班小狗Mix将带着我们一一探索。
书中有两条主要故事线,参观欧洲核子研究中心的郑小多,在被神奇光线照射后拥有了穿越时空的惊人能力,他一边不停地穿越到科学家的实验现场或者理论推理的关键时刻,与科学家们一起开展高能思考,一边研究自己突然能穿越的原因,并挫败了坏人破坏量子物理学发展的阴谋。
超级爱笑的古希腊哲学家德谟克利特猜测所有物质都由原子构成,而当时人们以为构成世界的基本元素是水、火、土;
进入20世纪,自诩为帅哥的玻尔绘出了电子沿轨道围绕原子核转动的原子模型,但他认为原子核不可分割;
在生物学课堂上,小多一边听着女同学敏书讲起囊萤映雪的故事,一边开启了一个脑洞:萤火虫的光会不会把灯笼点着呢?(当然,秉承着科普的宗旨,后来敏书告诉了我们为什么萤火虫不会着火)
想着想着,小多突然穿越到1989年普朗克的实验室。普朗克听小多问起萤火虫发光的原理,一脸懵,不过还是顺势讲起了自己对光的研究。
普朗克的黑体辐射实验为量子力学奠定了基础。但是漫画中没有直接探讨黑体,而是先让普朗克借由一块黑色的煤炭会烧红的现象,讲解了什么是辐射,也就是温度上升,物质会发出电磁波,其中一部分是可见光。只有了解辐射,才能明白黑体辐射实验是怎么回事。
普朗克的第二堂课发生在一个露营的夜晚,小多看到了五颜六色的烟花,想起光的波长与物体颜色的关系,又穿越回1900年普朗克的实验室,听他讲解黑体辐射。借由这个著名的思想实验,普朗克提出光的能量不是连续、而是一份一份发射的。这就是量子论的基础。
后来,普朗克还给小多上了第三堂课,解释量子论是什么意思。在他之前,人们认为能量是连续的,而普朗克则认为物体吸收能量后放出的光的能量是不连续的、可计量的,可以分成一份份的量子。
三次不同场景下的穿越,构成一种循序渐进的讲解方式,既不生硬,又让理论变得容易理解。既帮小读者预习了一些中学物理课堂上会接触到的知识,又讲清楚了量子论的关键概念。
这套书在讲解理论时,不忘经常点题,让小读者了解各个科学家与量子力学是什么关系。这样,即便采用了从生活场景中随机穿越这样的叙事方法,依旧能确保孩子对每一个物理理论的提出者和理论的实际应用有清晰深刻的理解和记忆。
比如,小多在拍摄夜空时,用了一台名为爱因斯坦的数码相机,小多爸爸指出,数码相机正是基于爱因斯坦发现的光电效应原理制造出来的。
很快,小多就借助一个契机穿越回1905年的瑞士专利局,听爱因斯坦解释光电效应。在大部分人都认为光是波的时候,爱因斯坦基于普朗克的理论,提出光子假说,光是运动的粒子流而不是波。
顺着爱因斯坦这条线索,漫画中还顺便介绍了相对论,并说明了相对论虽然不是量子力学,但是与量子力学相辅相成,同为现代物理学的两大支柱。
第一,为了避免小读者忘记之前讲的内容,会特地梳理之前的知识发展路径和逻辑脉络。比如泡利在讲解不相容原理时,先总结了科学家们对原子结构的认识史,然后再讲解自己提出的原理与原子结构有什么关系。
这样的理论进化图谱中,科学家、知识点、原理插图沿着时间线推进,串起一次次激动人心的突破,是一种清晰高效的总结式学习。
第二,书中会如实还原真实史料的图片和实验场景图,一方面培养了孩子的科学观念,另一方面充分展现了量子物理研究的美与神奇。
量子物理发展史这条故事线索的是,在玻尔的邀请下,小多和敏书穿越回1927年,参加了比利时布鲁塞尔的索尔维会议。
在这场会议上,玻尔总结了量子力学的研究成果,集合泡利的不相容原理,薛定谔的波动方程,海森堡不确定性原理等等,提出了量子力学的哥本哈根解释,还和爱因斯坦之间发生了著名的争论上帝掷骰子吗,爱因斯坦遵循经典物理学的思路,认为所有自然现象都必须用因果律来说明,而玻尔等科学家则认为原子世界只能通过概率来研究和解释。
至此,经典物理学主导下的世界观已经被彻底颠覆了,量子力学的世界观,杀死了上帝,推动了信息科学,打开了科幻小说新的想象空间,也对世界的本源和规律提出了越来越多难以解释的问题,真可谓是一场史诗级的科学。
读者跟着小多,除了在课堂上学了各种生物学和物理学知识,还经常被喜欢种菜的爷爷普及植物学知识,比如土豆和番茄的亲属关系比同样长在地里的胡萝卜和洋葱更近,比如生菜和蒲公英是属于同一科的植物。看完只想说,奇怪的知识又增加了!
最夸张的是,小多和托马斯杨一起穿越到康普顿的实验室,杨用双缝干涉实验证实了光是波,而康普顿用X射线照射石墨,证明光只能是粒子,当两位本不应谋面的科学家陷入难以协调的尴尬境地时,小多提出自己早已熟知的概念波粒二象性,立刻被两位科学家一起奉为神童
此外,作者还介绍了很多与量子力学相关的应用和交叉学科,比如的发明、量子计算机、激光、纳米科技、黑洞、反物质等等,帮助小读者充分理解量子力学在科技发展历程中的重要性。在高精尖人才极度稀缺的今天,说不定还能为未来的职业播下一颗梦想的种子。
小多吃了奶奶做的土豆饼,正在厕所拉肚子,却突然穿越,不幸地在爱因斯坦的专利局拉成一具僵尸,面色死灰,还在努力学习狭义相对论,让人忍俊不禁;
小多在学校和争强好胜又聪明伶利的敏书总爱攀比谁懂得多,最后吵得过于投入,被老师统统送进走廊罚站;
中国科学院理论物理研究所李淼教授的趣味领读视频课,介绍科学家们不为人知的小故事,让物理更加触而可及。
印有个性鲜明、特色十足的科学巨匠漫画形象,无论是夹在书里,还是放在手边,都能随时复习他们的重要成就,回味那些金句良言。