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量子化学研究者再获诺奖!别让女儿错过这门神奇又重要的学科

更新时间:2023-09-25 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

量子化学,那么重要又神奇的学科,我们却对它知之颇多。d7f物理好资源网(原物理ok网)

每次它都由于难懂而上热搜,也因而愈加无人“敢去懂”。这成为量子化学科普之路上的一大困局。d7f物理好资源网(原物理ok网)

明天出炉的2022年诺贝尔化学学奖,再一次颁给了量子化学领域的研究者:阿兰·阿斯佩、约翰·弗朗西斯·克劳泽和安东·塞林格。回看近一个世纪的诺贝尔化学学奖,我们发觉量子力学已经成为诺奖的得奖热点领域。d7f物理好资源网(原物理ok网)

哪些是“量子”?量子化学究竟研究些哪些?d7f物理好资源网(原物理ok网)

先让我们来瞧瞧下边这张化学世界的版图吧。d7f物理好资源网(原物理ok网)

【截图来自视频TheMapof】d7f物理好资源网(原物理ok网)

精典数学学的声光电磁力热知识体系庞大又建立,是儿子必学的,市面上的数学学绘本几乎都在花式轮番介绍这块基础知识。d7f物理好资源网(原物理ok网)

然而,精典数学学只是现代数学科学版图上的一块旧世界拼图,即使能应用于宏观世界,可到了比原子还小的微观世界,就双眼一抹黑了。d7f物理好资源网(原物理ok网)

量子化学学和相对论,是现代数学学新世界的版图,与精典数学学的基本概念完全不同,能解释微观和宏观世界,简直神奇又诱人。事实上,现代数学学的诞生已然在科学界掀起了波澜壮丽的认知革命。d7f物理好资源网(原物理ok网)

【经典数学学与量子化学学的基本概念差别之一:d7f物理好资源网(原物理ok网)

能量的连续性与量子化。d7f物理好资源网(原物理ok网)

图片来自TheAtlas】d7f物理好资源网(原物理ok网)

量子化学学早已发展了整整一个世纪,相关应用已经满地开花。例如我们熟知的核能、芯片、纳米科技、互联网、激光、核磁……你能想象的、亟需高精尖人才的新技术领域,几乎都构建在量子化学的基础研究之上。d7f物理好资源网(原物理ok网)

随着国家对创新人才的需求越来越急迫,院校对优秀中学生的选拔时间也不断往前提。d7f物理好资源网(原物理ok网)

培养数学尖端人才提早到小学阶段,主要有两个诱因:d7f物理好资源网(原物理ok网)

第一,好多劝退我们的复杂公式和反常识概念,对于世界观仍未成形的儿子却很容易想像和接受。d7f物理好资源网(原物理ok网)

第二,前沿学科构建在繁杂、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。d7f物理好资源网(原物理ok网)

所以说,都2022年了,给小孩做现代数学学的启蒙,十分重要,但是宜早不宜晚。推特创始人扎克伯格连襁褓中的儿子都没放过。d7f物理好资源网(原物理ok网)

然而,儿子学习量子化学的途径却甚少。网上对量子化学的介绍大多是碎片化的,小孩理解上去很困难;科普量子化学的图书好多都是以文字为主的成人书,女儿也很难看下去。d7f物理好资源网(原物理ok网)

接出来介绍的这套《量子化学,好玩好懂!》是专为中学生构建的量子化学动漫,它以量子化学的发展史为主要内容,顺带介绍了整个化学世界的版图,填补了大部份中学生化学读物的知识体系缺位。d7f物理好资源网(原物理ok网)

想帮儿子打开现代数学学的房门、探索新世界、着眼于未来的父母,这套书一定要入手。d7f物理好资源网(原物理ok网)

《量子化学,好玩好懂!》d7f物理好资源网(原物理ok网)

上海科学技术出版社d7f物理好资源网(原物理ok网)

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我是分割线d7f物理好资源网(原物理ok网)

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天空为何是白色的,彩虹为何有五彩,煤焦为何烧热会红肿……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锁匙,动漫的主人公、小学生郑小多和跟班兔子Mix将带着我们一一探求。d7f物理好资源网(原物理ok网)

【郑小多和他的爱犬Mix】d7f物理好资源网(原物理ok网)

书中有两条主要故事线,视察法国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则理论推理的关键时刻,与科学家们一起举办高能思索,一边研究自己忽然能穿越的缘由,并挫败了坏人破坏量子化学学发展的阴谋。d7f物理好资源网(原物理ok网)

【众多搞笑穿越中的一次】d7f物理好资源网(原物理ok网)

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循序渐进d7f物理好资源网(原物理ok网)

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为了捋清量子热学的发展史,我们跟随小多,穿越回了两千多年前……d7f物理好资源网(原物理ok网)

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超级爱笑的古埃及哲学家德谟克利特猜想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;d7f物理好资源网(原物理ok网)

两千年以后,色觉的道尔顿提出了新的原子论,设计了宛如念咒一样的原子符号;d7f物理好资源网(原物理ok网)

19世纪,一年才理发一次的门捷列夫梦见了元素周期表,发觉原子构成的规律;d7f物理好资源网(原物理ok网)

步入20世纪,自称为美女的玻尔绘出了电子沿轨道围绕原子核转动的原子模型,但他觉得原子核不可分割;d7f物理好资源网(原物理ok网)

原子模型构建后,拆解原子、了解原子世界的规律,找寻世界的本源的历程,才即将拉开帷幕……d7f物理好资源网(原物理ok网)

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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?(其实,秉持着科普的宗旨,后来敏书告诉了我们为何萤火虫不会自燃)d7f物理好资源网(原物理ok网)

想着想着,小多忽然穿越到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,不过还是趁势讲起了自己对光的研究。d7f物理好资源网(原物理ok网)

普朗克的宋体幅射实验为量子热学奠定了基础。并且动漫中没有直接阐述宋体,而是先让普朗克借由一块白色的煤焦会烧红的现象,讲解了哪些是幅射,也就是气温上升,物质会发出电磁波,其中一部份是可见光。只有了解幅射,就能明白宋体幅射实验是如何回事。d7f物理好资源网(原物理ok网)

普朗克的第二堂课发生在一个宿营的清晨,小多看见了五颜五色的烟花,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,听他讲解宋体幅射。借由这个知名的思想实验,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。d7f物理好资源网(原物理ok网)

后来,普朗克还给小多上了第三堂课,解释量子论是哪些意思。在他之前,人们觉得能量是连续的,而普朗克则觉得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。d7f物理好资源网(原物理ok网)

三次不同场景下的穿越,构成一种循序渐进的讲解形式,既不拘谨,又让理论显得容易理解。既帮小读者预习了一些学校数学课堂上会接触到的知识,又讲清楚了量子论的关键概念。d7f物理好资源网(原物理ok网)

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逻辑清晰d7f物理好资源网(原物理ok网)

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这套书在讲解理论时,不忘常常点题,让小读者了解各个科学家与量子热学是哪些关系。这样,尽管采用了从生活场景中随机穿越这样的叙事方式,仍然能确保儿子对每一个数学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。d7f物理好资源网(原物理ok网)

例如,小多在拍摄夜空时,用了一台名为“爱因斯坦”的数码单反,小多父亲强调,数码单反正是基于爱因斯坦发觉的光电效应原理制造下来的。d7f物理好资源网(原物理ok网)

很快,小多就利用一个抓手穿越回1905年的德国专利局,听爱因斯坦解释光电效应。在大部份人都觉得光是波的时侯,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。d7f物理好资源网(原物理ok网)

沿着爱因斯坦这条线索,动漫中还顺便介绍了相对论量子物理属于什么专业,并说明了相对论其实不是量子热学,并且与量子热学相辅相成,同为现代数学学的两大支柱。d7f物理好资源网(原物理ok网)

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科学严谨d7f物理好资源网(原物理ok网)

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这套书在编撰上还有两个特别优秀的特征:d7f物理好资源网(原物理ok网)

第一,为了防止小读者忘掉之前讲的内容,会特地梳理之前的知识发展路径和逻辑脉络。例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,之后再讲解自己提出的原理与原子结构有哪些关系。d7f物理好资源网(原物理ok网)

这样的“理论进化图谱”中,科学家、知识点、原理插图顺着时间线加快,串起一次次兴奋人心的突破,是一种清晰高效的总结式学习。d7f物理好资源网(原物理ok网)

第二,书中会如实还原真实史籍的图片和实验场景图,一方面培养了儿子的科学观念,另一方面充分诠释了量子化学研究的美与神奇。d7f物理好资源网(原物理ok网)

量子化学发展史这条故事线索的高潮是,在玻尔的约请下,小多和敏书穿越回1927年,出席了英国赫尔辛基的索尔维大会。d7f物理好资源网(原物理ok网)

在这场大会上,玻尔总结了量子热学的研究成果,集合泡利的不相容原理,薛定谔的波动多项式,海森堡不确定性原理等等,提出了“量子热学的赫尔辛基解释”,还和爱因斯坦之间发生了知名的争辩“上帝掷色子吗”,爱因斯坦遵守精典化学学的思路,觉得所有自然现象都必须用因果律来说明,而玻尔等科学家则觉得原子世界只能通过机率来研究和解释。d7f物理好资源网(原物理ok网)

至此,精典化学学主导下的世界观早已被彻底颠覆了,量子热学的世界观,杀害了上帝,促使了信息科学革命,打开了悬疑小说新的想像空间,也对世界的本源和规律提出了越来越多无法解释的问题,真堪称是一场史诗级的科学革命。d7f物理好资源网(原物理ok网)

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奇趣诙谐d7f物理好资源网(原物理ok网)

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读者跟随小多,不仅在课堂念书了各类生物学和化学学知识,还常常被喜欢种花的父亲普及动物学知识,例如青椒和香蕉的亲属关系比同样长在地里的胡芋头和芦笋更近,例如菠菜和蒲公英是属于同一科的动物。看完只想说,奇怪的知识又降低了!d7f物理好资源网(原物理ok网)

小多的穿越之旅也带来了好多有趣的bug风波:d7f物理好资源网(原物理ok网)

例如,牛顿意外翻了几页小多带在头上的自己的传记,震惊了;d7f物理好资源网(原物理ok网)

例如,贪吃的兔子Mix咬了一口汤姆孙的猕猴桃干布丁原子模型;d7f物理好资源网(原物理ok网)

再例如,由于主动提起狭义相对论,小多被爱因斯坦当作了腹中的小绦虫;d7f物理好资源网(原物理ok网)

最夸张的是,小多和托马斯·杨一起穿越到康普顿的实验室,杨用双缝干涉实验否认了光是波,而康普顿用X射线照射石墨,证明光只能是粒子,当两位本不应相熟的科学家深陷无法协调的难堪窘境时,小多提出自己已经熟知的概念“波粒二象性”,立即被两位科学家一起奉为神童……d7f物理好资源网(原物理ok网)

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疑案故事d7f物理好资源网(原物理ok网)

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从第三本书开始,小多穿越的触发机制逐步清晰,故事中的反派也出现了,她们趁机和小多一起穿越,预谋杀害他看到的化学学家,企图抹杀量子热学,回到精典化学学的世界。d7f物理好资源网(原物理ok网)

小多和好同学敏书、小狗Mix一边探案,一边学习,最终在父亲的帮助下,击败了反派大boss。d7f物理好资源网(原物理ok网)

索尔维大会以后,量子热学的概念显得愈发复杂,这时,第二条故事线索就将所有的理论串联了上去,情节紧张、疑案丛生,让小读者们有新的动力继续“追剧”,大大提高了这套书的可读性。d7f物理好资源网(原物理ok网)

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拓展应用d7f物理好资源网(原物理ok网)

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据悉,作者还介绍了好多与量子热学相关的应用和交叉学科,例如原子弹的发明、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热学在科技发展历程中的重要性。在高精尖人才极其稀缺的明天,说不定就能为未来的职业播下一颗梦想的种子。d7f物理好资源网(原物理ok网)

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紧贴生活d7f物理好资源网(原物理ok网)

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这套动漫除了画风萌趣恶搞,但是生活气息爆棚,很容易让小读者有代入感。d7f物理好资源网(原物理ok网)

小多吃了父亲做的地瓜饼,正在公厕拉腹部,却忽然穿越,不幸地在爱因斯坦的专利局拉成一具僵尸,脸色死灰,还在努力学习狭义相对论,让人忍俊不禁;d7f物理好资源网(原物理ok网)

小多在中学和争强好胜又聪明伶利的敏书总爱攀比谁懂得多,最后吵得过分投入,被老师统统送进过道罚跪;d7f物理好资源网(原物理ok网)

爱捣乱又傲娇的老饕哥哥是小多和敏书的秘密情报贩子,常常借此骗吃骗喝……d7f物理好资源网(原物理ok网)

书中人物个性鲜明,对话精怪有趣,与高中生的脑回路精准同步量子物理属于什么专业,见到儿子喷饭。d7f物理好资源网(原物理ok网)

《量子化学,好玩好懂!》全五册d7f物理好资源网(原物理ok网)

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