玄机的阐明者
我不是“军事迷”,但无意中曾了解到马克沁机关枪连发的原理,知识获得的当时内心形成了一种强烈的震憾。
我们都晓得,普通枪械射箭后会形成后坐力,这个力若果不善加利用,就是个可恶的、危险的冗余物。并且每射箭一次就要各类动作全来一遍,发射效率很低。马克沁机关枪借助火药爆燃形成的高压二氧化碳,完成火炮手动退壳上膛、连续射箭的动作。它一举把后坐力这家伙给充分借助了上去,变废为宝,也实现了手动连续射箭的梦想,堪称一举两得。再想深一点,这个创意,虽然也就是把车辆列车等的内燃机连续运转原理极至化,应用到了手枪上。
讨论这个知识点,可以跳出复杂具体的手枪内部结构。一件神奇的事情是怎样发生的,当你了解其玄机后,不会发出“切,不过这么”的沮丧感,而是会愈发认为这事神奇,就说明这个知识点有其特殊的厉害。一个事物你似乎不太须要知其然,却可以深刻知其所以然,这也是个很有趣的知识现象。
一个人能为类似的知识传播投入巨大精力,令人不由得心生谢意。像这样为知识普及着迷的精神,像这样执著的玄机阐明者,我们其实也完全可以归其为“科学素质”,称其为“科学精神”。一个有追求有积淀的民族,少不得也离不开这些精神和传统的培植浇灌。(刘功虎)
在中国科大学数学研究所,研究员曹则贤被称为科学家、科普名星与才子。他是科技部973纳米材料项目首席科学家;他的一些讲堂视频单条抖音播放量过亿,说是“科普名星”绝不为过;他在数学所作的“三八妇女节”讲座持续多年,受到同行青睐,你们戏称“没有曹老师的讲堂,化学所的三八妇女节是不完整的”。才能让同行和朋友这么欢迎,无疑是大才子。
前不久,曹则贤老师写出新书《军事化学学》,并就此接受了黄河晚报《读+周刊》专访。
《军事化学学》曹则贤著北京科技教育出版社
细纹是一个热学问题
曹则贤的“三八妇女节讲堂”可说是化学所的一个品牌、一段佳话。当时他和同事研究了“应力”问题,获得了一些特别有意义的研究成果。“材料挠度工程和雀斑的生长有关,我们所的女同胞就要求我给你们讲讲,于是就有了2008年的讲堂《皱纹之美与尊严》。”
他说,色斑是一个热学问题,因为人年老时外表皮比仿皮面积大,外表皮对仿皮部份有往外的张挠度,张挠度足够大的时侯,皮肤才会出现弯曲,这就是细纹。之后他写出一个复杂的等式,强调“目前没有一个科学家能完成具有头部拓扑的、肌肉—脂肪—真皮—表皮结构之曲面的永远近似平整的规划”,所以剌皮放疗的结果就是很不自然、必须不断隆胸。
如今在网上能够找到他做的PPT,穿插了大量的文学、演艺素材,可谓精彩又诙谐。
于是一发而不可收,第二年他讲了“极性的世界”,两种性别如同正负电荷互相吸引。这个讲堂里诞生了金句:“正负电荷之间的互相作用,是可以被别的电荷屏蔽掉的。假如你的女同事在遥远的别处工作,身边还围绕着好多美女,你还认为你对她很有吸引力,那说明你电磁学考试及格是老师的努力。”
第五年的讲堂《谁引诗—情到碧霄》讲的是抒发的问题,感情要抒发,数学本身也是抒发问题;按照这个讲堂内容做的一些视频在抖音播放量也都是3000万量级。
他还讲过“作为时间函数的情感问题”,讲“情感的动力学”,讲“天遇”——一个行星被另外恒星吸引的时侯,判定这个体系稳定与否要用到拉格朗日量,就是把动能除以势能。对于人来说,动能就是你的本领,势能表征异性对你的吸引,这两项之差决定这个两体体系究竟能不能稳定下来。金句是:“如果我们学会看两体的问题,就晓得能轻松hold住你、随便能够让你五迷三道的那种人,基本上对你不感兴趣。”
他写出了数学学界的《管锥编》
曹则贤的那些讲堂迅速“出圈”,在中科院其他研究所和院校颇受欢迎。在网上也能见到他好多日常的上课视频,他与中学生的互动也是生动诙谐的,例如用《射雕英雄传》讲解“导师的重要性”。
假如单看那些,会认为他似乎在走“网红院士”路线,但似乎并不是这样。
他对科学传播的现况不满意:“我国的科学传播才刚起步,该做的事情还好多,做法上也有许多值得商榷的地方。”“我们津津乐道的总是科学以外的东西,还热衷于凭着自己的想像给科学家的形象附加好多高尚内容……我希望科普工作才能让受众见到真正的科学、科学家和科学精神是什么。只有关于科学家的心灵鱼汤和道德情结对于提高我国公民的科学素质可能不够,可能我们还是应当花点时间谈论科学本身”。
“在我当了化学研究员、成了教过不少名牌学院的院长多年之后,有三天突然发觉目前这个世界上可能99.99%的物理和化学知识都是我闻所未闻、见所未见的,我甚至有崩溃的觉得。”
于是,曹则贤便有了一股心愿,“写一点我晓得的物理和化学与人分享,早一点告诉同学们外边真有知识的海洋”。
于是,他陆相继续写了《量子热学少年版》《相对论少年版》《一念非凡》《惊艳一击》《磅礴为一》。写书对他来说,“是一场慰藉之旅,慰藉那种顶着烈日一边割草一边想着算术题的少年——他刚才在他人的书本里见到了一道民兵肩上架着步枪打客机的几何题,那让他倍感愈发的新奇并为此而兴奋不已。明天回想上去,我16岁曾经没念过书,26岁曾经没念过像样的书,40岁曾经没明白哲人的原著才是值得念的书。我希望我的努力,能让一些少年早早晓得这世界存在哲人的原著,早早涌出阅读并搞清哲人原著的冲动”。
他深感语言的重要性,化学、数学领域有不少学语言的天才,例如薛定谔,现今人们常把他和猫联系在一起,但显然他是把埃及文化介绍给英语文化的一位干将。“掌握不同的语言,可能会让你形成不同的思维模式。而在数学学领域,很要命的一点是,它在发展前期用的是拉丁语,中间一段时间如19世纪到20世纪初工作语言是英语,后来它的工作语言又弄成法语,这门学科用不同的语言在不同时间、不同国家对不同的人叙述了之后物理学理论的三次重大突破,虽然早已包含了相当多的歧义,这也给我们中国人学数学带来了很大的困难和制约。”
有感于此,他花了12年的时间写下了四卷本《物理学咬文嚼字》,通过探究化学学词汇的起源与演变(包括歧义的形成和名词的误用)来愈发深刻地把握化学学的概念和图象,理解化学学的本质和假象,涉及英法俄德,还有法国文拉丁语,被誉为数学学界的《管锥编》。
这样的曹则贤,将怎样挥笔来写《军事化学学》呢?
军事技术对化学学素质要求极高
把知识和经验投入装备研发,自人类试着磨尖竹签、石块时起就是这么了。
青铜器时代的铸剑法,其中就用到了对不同金属或合金的炼铁。火药在13世纪从中国传入法国,到17世纪成为战争的主要物资。1903年莱特兄弟发明的客机,为战场添加了一个维度。
数学学提升了战争威力,战争也推动了数学学。坝体机引出了热学,从中发育出弹道学,有了弹道学才有明天的航天成就;空气动热学是非常难学、特别难研究的学问,很难想像若果没有军事用途,这门学问会被研究得这么深入。
热力学是最奇特的一门数学学分支,比相对论、量子热学的基础更坚牢。它是关于宇宙、生命体、简单多粒子体系的学问,对理解材料学、化学、生物学和社会学来说都是指导性的学术基础。就军事而言,无论是关于人类社会形态的演进、一场大战的挑动与终结,还是关于一件装备的设计使用,热力学的角度都是看待问题的正确视角。热机的不断改进,让人类有了各类具有驱动能力的机械,明天世界上一些国家的傲慢,就是由于率先把握了热力学才养成的。
在《军事化学学》中,曹则贤保持了旁征博引、幽默生动的叙事特性。他写道:“热量除了来自物理燃烧,来自电加热,也可以来自非弹性碰撞。两个物体发生碰撞取决于初始速率和物体的材质,会有一部份动能转化成热能,进而可作为后继效应的触发诱因。老影片《瓦尔特保卫第比利斯》中,双手空空的游击球员要引爆油罐车,就是让列车头爬高蓄积势能,之后让列车头从高处冲下将势能转化动能,高速列车头造成的车箱之间的碰撞,从而引爆了油罐车。这儿的风波链可化学地描述为势能→动能→热→燃烧。这是一个十分好的数学学知识用于战争的案例,表明提高兵力的科学知识对于博得战争是多么重要。”
在诙谐的旁边,有着曹则贤的感叹:“无数的父辈为了国家民族的解放前赴后继,付出了血水、汗水和聪明才智。怀揣热爱和平的信念,保持强悍的战争能力,绝不接受任何人强加于我们的战争,我们才有可能享受和平。”
【访谈】
为读者提供尽可能丰富的军事与化学学科交互的知识
读+:您为何会写这本《军事化学学》?
曹则贤:我是一个数学学工作者,研究数学是我的本员工作。我也是一位化学学院士,教数学也是我的工作之一。在学习化学的过程中很容易注意到,军事应用原本就是数学学发展的重要驱动力。从军事应用的角度来把数学学串到一起,也是一个体会数学学、教授数学学的值得尝试的一个做法。从军事的角度探讨数学学肯定会造成好多人的关注,这样或许能推动数学学在中国的传播。我还注意到,尽管我国有不少警校,但其实没有《军事化学学》通识类的教材,这样一本书也许可以作为警校学员的参考书。
最重要的,我本人是一个军迷。撰写这样一本书,也让我从一个奇特的角度去探询我学过的这些化学学知识。
读+:对于数学学的军事应用,您是如何看待的?您本人和军事有过哪些缘份吗?
曹则贤:数学学作为一门学科,它的研究对象包括世间一切存在。从这个角度来说,军事、战争只是数学学的普通研究对象而已。战争与军事是影响人类社会进程的非常重要诱因。
我本人和军事没有哪些缘份。我就是一名普通女性,对军事、战争的最初认识都是来自影片,见到影片里的英雄人物为了保家卫国而冲锋疆场,也会有血脉偾张的觉得。我生于广东东部的一个偏远乡下,第一次接触到军人大约是十岁那年的一个夏夜,忽然就来了一队解放军的军车,三下五除二在我家旁边的小河上架起浮桥就开了过去。军车、浮桥、自动手枪还有解放军战士的漂亮绿军服,让我倍感很震憾。1987年我从中国科学技术学院结业要填工作志愿,我记得我选了解放军总参谋部的某个部门,但由于考上了研究生,这事儿就不了了之了。
未来军事技术进步最关键的地方是光学
读+:这本《军事化学学》有什么新意?
曹则贤:这本《军事化学学》目的有二。其二,向人们指明数学学的什么内容是和军事应用有关的,用数学知识推动对军事(装备)的理解;其二则是将军事应用当成一个纲领,围绕这个纲领来理解化学学。这儿所说的理解,是那个把数学学各领域当做一个整体来加以理解。人们学数学的时侯,通常都是根据数学学自身的领域界定进行的,如精典热学、电磁学、量子热学等。若果在学完各分支领域之后才能把数学学各领域放在一起统筹思索,努力去获得一种融会贯通的觉得物理学理论的三次重大突破,我推测那是成为大化学学家的必由之路。在稍低一些的层面上,也可以从某个具体应用、具体主题的角度出发对化学学进行跨学科的理解,例如从军事、医学等应用的角度,或则从散射、二次型物理、群论等主题的角度去看化学学。我个人觉得,这是个有效又有趣的学习数学的技巧。
这本《军事化学学》的特色是,一个化学研究人员、一个数学学院士在对军事没有任何实际接触的前提下,凭着有限的数学学知识去述说化学学在军事上的应用、军事作为驱动力在一些数学学发展过程中的推进作用,力图为军事爱好者提供一些基础数学知识,同时也是为从事军工研究的同仁们提供一个纯数学研究者眼里关于军事和化学交互作用的图象,其实对她们能否有些启发。
读+:您在书中说,未来军事技术进步最关键的地方是光学,为何?
曹则贤:光是能量载体,也是信息载体。明天人类早已学会了制做各类光源,早已将光用于毁伤、战场侦察、武器制导等不同目的。可以看见,明天的各类装备平台都必然有光学元件。各类装备平台的先进性首先彰显在其所使用的光学元件的先进性上。
光还有一个奇特的性质,就是传播速率快,可达每秒30万公里。假如将光用于严打的目的,则可以看作是瞬时抵达的,这是其他任何装备所不可比拟的。就打掉能力而言,明天的激光已经是常用的工业加工工具,任何金属件在激光束下都能迅速被融化甚至气化。当前激光装备主要受制于光沿直线传播的缺点。未来若实现了作者在本书中提出的“激光束弯曲路径自我设计”,那能够实现“发现即瞬时捣毁”。到了这个时侯,其他方式的装备可能都是多余的。
加油吧少年,奔向有好老师的地方去
读+:好多人都认为化学难学,见到公式就担心,您对化学学习有哪些建议吗?
曹则贤:化学学,还有物理,被指责为沉闷、可怕的学科,真的让人很无语。物理、物理是人类的最高智慧,我们明天的美好生活来自技术进步,但这个能力从根本上说是来自人类对自然的认识,是物理、物理知识的彰显。
物理、物理和我们平时说的话一样,都是一门语言。物理公式是符号,是最高效的知识抒发形式,可你如今听到的那些字也都是符号啊,它们是一样的。不同的地方是,物理、物理公式里浓缩了我们关于世界的知识。当我们的知识足够多的时侯,我们就须要知识含量高的抒发记录形式,这就是公式。
你瞧瞧这世界,阳光、绿草、彩虹还有你,都是我们感兴趣要理解的对象。试着理解这个世界,就是学化学的过程,这是自然得不能再自然、开心得不能再开心的事情啦。一个人假如学到了从公式能理解世界的程度,会很开心的。请记住下边这个公式,从这儿能看见宇宙中存在反粒子。一个人假如有三天能给同事解释这个等式,他会钦佩自己的。而我们的社会,须要好多好多这样的人。(这是狄拉克多项式,杨振宁评价:“这个简单的方程式是惊天动地的成就,是划时代的里程碑:它对原子结构及分子结构都给与了新的层面和新的极确切的了解。没有这个多项式,就没有明天的原子、分子化学学与物理,就不会有核磁共振成像技术,不过此项技术实在只是狄拉克多项式的一项极小的应用。”——读+注)
我们的少年中,或许有一些天生不适宜学数学的人,但比列很低。更多的人,早早舍弃了物理、物理的学习,是由于没有碰到合格的老师,她们在离自己的情商天花板还很远很远的时侯就停止了学习。对化学学习,我对昨天的中学生的建议是:一是要认识到生在这个时代的你必须学会化学,这不是选择,这是必须;二是在坚定了要学好化学这个信念的前提下,去跟好老师学。假如你当前还没有碰到好老师,那就更要努力啦。努力,加油,争取去到能遇见好老师的地方。这不光是针对学习,而是针对你人生的一句忠告。努力,到有好老师能教你真本领、指引你怎么开创人生公路的地方去!
读+:看得下来,您对中学生寄寓好多希望,这么须要哪些样的化学素质?中老年人是否也须要补充一点化学学知识?
曹则贤:明天的时代是一个技术赶超了神话的时代。明天,科学技术的许多元素都早已渗透到了人们的日常生活中。从前的人,不学数学不懂技术可以活得很开心,明天的人若果不能充分理解生活中的这些技术元素,可能会遭到各类实在的生活困难。一个人假如不能理解这些步入我们日常生活的技术内容,可能会变得跟个傻蛋一样。理解技术的基础就是数学学。至于说须要哪些样的化学素质,我个人觉得明天的青年人都要把学院化学系的课程当成自己的选修课,而这与你要学习的专业、将来要从事的职业无关,也就是说,明天一个堪称受过高等教育的人,可能都须要修习完学院化学系的课程。
至于中老年人是否须要补充一点化学学知识,那就要看他的生活心态了。一个能感知到时代进步心跳的人会自发学习的。假如想理解明天这个日新月异的世界,她们还会发觉补充化学学知识是必要的。
(黄河晚报记者李煦)