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沙发
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发表于 2013-8-11 23:28:40
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《一名物理学家的教育历程》课文解读
湖南省双峰县第一中学 谢立凡
童年的两件趣事极大地丰富了我对世界的理解力，并且引导我走上成为一个理论物理学家的历程。
这是课文第一段，也是课文的第一部分，开门见山，直接点题，同时概括中心，领起全文。它告诉我们，本文叙述的内容是童年的两件趣事；叙述的目的是为了说明它怎样地“丰富了我对世界的理解力”，“引导我走上理论物理学家的历程”。由此读者自然会想，这是两件什么样的动人心魄的趣事？为什么对作者的一生能产生如此巨大的影响？
记得那时我的父母亲不时带我去旧金山游览著名的日本茶园。我蹲在那里的一个小池边，为慢慢畅游在水底睡莲之中五彩斑斓的鲤鱼所陶醉。这是我最快乐的童年记忆之一。[读完此段文字，禁不住顿生疑窦：蹲在池边观看水中游鱼，谁没有经历过？这极其平常的过目即忘的小游戏，“乐趣”在何处？怎么会令作者“陶醉”，以至成为他“最快乐的记忆”？这与他成为“理论物理学家”又有什么必然的关联呢？这一连串的问号，吸引着读者急欲阅读下文。这篇文章，没有任何夸饰的语言，全用平实的文字激起读者阅读的兴致，这大巧若拙的笔法，正如王安石所说：“看似寻常最奇崛、成如容易却艰辛。”]
在那静静的时刻，我充满了无限的遐想。我常常给自己提出一些只有小孩儿才问的傻乎乎的问题，比如水池中的鲤鱼怎样观察它们周围的世界。我想，它们的世界一定奇妙无比！[这真是一个奇妙无比的问题！创造性的思维就在这种奇思妙想之中。读着这篇文章，不能不激起我们的反思，我们蹲在池边，有过类似的遐想吗？有没有提出过类似的问题呢？由此也更深刻地体会到古人说过的一句话：学贵有疑。疑，是学之始，思之端。于不疑处见疑，方是进焉。]
鲤鱼们的一生就在这浅浅的水池中度过。它们相信它们的“宇宙”就由阴暗的池水和睡莲构成。它们大部分时间在池底漫游，因此它们只模糊地意识到在水面之上存在有另一个外部世界。我的世界的本质超过了它们的理解能力。我喜欢坐在距离鲤鱼仅仅几厘米的地方，然而，我们之间却如距深渊。鲤鱼和我生活在两个截然不同的宇宙之中，从不进入对方的世界，我们之间被水面这一薄薄的“栅栏”分隔开来。[在这段文字里，作者具体叙述自己遐想着“鲤鱼怎样观察它们周围的世界”，说明鲤鱼生活的局限性。在鲤鱼面前客观上存在着两个互相隔绝的世界，但是鲤鱼只能生存在水池中的世界，不能进入“我”（即人类）所生存的世界。]
我曾想：在水底的鱼群中可能有一些鲤鱼“科学家”。我想这些鲤鱼“科学家”会对那些提出在睡莲之外还存在有另外一个平行世界的鱼冷嘲热讽。他们认为，惟一真实存在的事物就是鱼儿们看得见摸得着的。水池就是一切。水池之外看不见的世界没有科学意义。[作者想象鲤鱼由于生存环境的局限而带来的认识上的局限，只承认那个“看得见摸得着”的水池中的世界，不承认那个“看不见”的“另外一个平行世界”。]
有一次．我遇到了一场暴雨。我注意到成千上万的小雨滴轰击在池水的表面。池水表面变得混乱，水中的睡莲在汹涌不息的水波冲刷下摇摆不定。在躲避风雨之时，我想弄清楚周围发生的一切将会以怎样的形式呈现在鲤鱼们的眼中。在它们看来，睡莲似乎是自己在运动，没有任何东西冲刷它们。因为就像我们看不见我们周围的空气和空间一样，鲤鱼们也看不见它们赖以生存的水，它们为睡莲自己能够运动而困惑不解。[这段文字进一步说明，鲤鱼不仅看不见“另外一个平行世界”，即便对水池中的世界也有许多的东西看不见，例如“就像我们看不见我们周围的空气和空间一样，鲤鱼们也看不见它们赖以生存的水”；因此对水池世界中的许多现象就无法作出合理的解释，例如为什么“睡莲自己能够运动”？它们对此会“困惑不解”。]
我想，鲤鱼“科学家们”将会聪明地杜撰某种虚构的东西── 它被称为“力”，来掩盖自己的无知。由于不能理解在看不见的水面上存在的水波，它们将得出这样一个结论：睡莲之所以能够不被触摸而运动，是因为有一种看不见的神秘力在对它起作用。它们可能给这种错觉起一个高深莫测的名称（如超距作用，或没有任何接触睡莲即会运动的能力）。[这段文字说明，鲤鱼看不见另外的一个平行世界，看不见水池世界中的水，因而对水池世界中发生的许多现象，例如睡莲的运动，就会由于“无知”而故弄高深，作出荒谬的解释。]
我曾想，如果从池水中抓出一个鲤鱼“科学家”，事情将会怎么样呢？[以上的文字叙述了作者遐想鲤鱼怎样观察它们赖以生存的水池世界；从这一段开始，作者又突发奇想，如果让鲤鱼来到“另一个平行的世界”，即人类生存的世界，它们又会怎样地观察这个新奇的世界呢？]放回池水之前，它可能随着我的察看而狂乱挣扎。那么别的鲤鱼又将怎样看待这件事呢？对于它们而言，这确实是一件可怖的事情。它们第一次意识到有一位鲤鱼“科学家”从它们的字宙中消失了。就那么简简单单，没有留下任何踪迹。不管在它们的宇宙中怎么寻找，就是没有这条丢失的鲤鱼的踪影。然而，就那么几秒钟，当我把它放回池水之后，这位鲤鱼“科学家”便突然冒了出来。对于别的鲤鱼而言，这真是一个奇迹。[这段文字向我们暗示了两点：一是鲤鱼对“另一个平行世界”都持有一种恐惧的态度，二是鲤鱼创造了从“另一个世界”生还的奇迹，说明“另一个世界”的确存在，而且并不可怕。]
待神志镇定之后，这位鲤鱼‘科学家”就会讲述一个真正令它们惊诧不己的传奇故事。它说：“突然之间，不知怎的我就被拉出了咱们的宇宙（池水），投进了一个冥冥世界，那里有令人目眩的强光和我从未见过的奇形怪状的物体。最奇怪的是那个抓住我的生物竟然一点也不像鱼。更使我震惊的是，无论如何也看不到它的鳍，但是没有鳍它还是能够运动。我感觉到熟悉的自然规律不再适合于这个冥冥世界。随后，我发现自己突然又被扔回了咱们的世界。”（当然，这个到宇宙之外一游的故事对于鲤鱼是怪诞的，大多数鱼都认为这完全是胡说八道。）[读这段文字要抓住它的中心句：“我感觉到熟悉的自然规律不再适合于这个冥冥世界”。这说明适合这个宇宙的规律将不适合另一个宇宙。括弧内的文字强调了要鲤鱼们突破常规思维的模式，接受和承认存在“另一个世界”的理论是很困难的。]
以上文字作者叙述了他儿时在水池边的遐想。这番遐想的要点是：一、对鲤鱼来说存在着两个平行的宇宙，一个宇宙中的自然规律不适合于另一个宇宙。但是，这两个宇宙不是孤立的，“我”生存的宇宙发生的事情有可能影响鲤鱼生存的宇宙。而且当我抓起鲤鱼的时候，鲤鱼也可以从它生存的宇宙来到“我”生存的宇宙。二、鲤鱼只承认它“看得见摸得着”的宇宙，不承认它“看不见”的另一个宇宙，而且即便对自身赖以生存的宇宙，也有许多的东西鲤鱼是“看不见”，因而也是不会承认的，由于这种“无知”，所以鲤鱼对世界的认识有很大的局限，对许多现象的解释是荒谬的杜撰的。作者的上述遐想，的确新颖奇特，生动有趣，令人“快乐”而且“陶醉”，但是，又怎么能“极大地丰富”他“对世界的理解力”，引导他“走上成为一个理论物理学家的历程”呢？你如果想要“打破沙锅问到底”，那就请继续阅读下文。
我常想，我们就像自鸣得意地在池中游动的鲤鱼。[作者由鱼及人，展开相似联想。]我们的一生就在我们自己的“池子”里度过，以为我们宇宙只包含那些看得见摸得着的事物。就像鲤鱼一样，我们认为宇宙之中只包含有熟悉可见的东西。我们自以为是地拒绝承认就在我们的宇宙跟前存在有别的平行宇宙或多维空间①，而这些都超出了我们的理解力。（①多维空间：一般认为我们所处的宇宙是由长、高、宽三维空间加上时间，即四维空间。现在理论物理学界有人认为，我们宇宙的空间超过四维，如十维空间、十二维空间等，其他多出的维蜷缩得微小，以现有的科学手段观察不到。统一场理论数学模式支持高维空间。）[作者从两个方面揭示人对宇宙的理解和鲤鱼极其相似。鲤鱼只承认自己赖以生存的宇宙，拒绝“存在有别的平行宇宙”，人也是这样，“自以为是地拒绝承认就在我们的宇宙跟前存在有别的平行宇宙或多维空间”；鲤鱼认为自己的宇宙中只包含“那些看得见摸得着的事物”，人也是这样，“认为宇宙之中只包含有熟悉可见的东西”。]如果我们的科学家发明像力这样一些概念，那仅仅是因为他们不能用眼检验出充满于我们周围空间的不可看见的各种振动。一些科学家鄙视更高维数世界的说法①，是因为他们不能在实验室里便利地验证它。（①更高维数世界的说法：现代理论物理学认为，统一四种力即引力、电磁力、强核力、弱核力的前景，在于高维空间，如十维或更高理论的确立。比如对于古人来讲，风暴是怎样产生的，风暴会袭击什么地方，什么时候袭来，什么时候结束，他们是一无所知的，因为他们生活在平坦的大地上，只能靠肉眼从近似于二维平面的角度来观察，即使有简单的预报，也都是靠经验来推测的。现在有了气象卫星，从太空这样三维角度观察地球，在地面上看来神秘莫测的风暴被看得一清二楚，可以精准地预报风暴的动向。同样，理论物理学家认为，传统的四维理论太“小”，不能解释宇宙中的四种力。当他们超越四维而在更高维中寻求统一这四种力时，就能得到一种简单、漂亮的解决模型，科学家认为宇宙应该是简单、和谐的。高维空间理论认为，宇宙大爆炸后10-43秒，十维宇宙分解成四维宇宙和六维宇宙，四维宇宙暴胀，经过近一百五十亿年，演变成今天我们生活的宇宙。大爆炸后10-35秒，大统一力分开。但是高维空间理论很难在实验室中得到证实，因为要模拟当时的环境，需要的能量太大，根本无法做到，所以现在高维空间理论只能是“理论”。）[由于人与鲤鱼一样只相信一个“看得见摸得着”的宇宙，所以人类的认识也就有很大的局限：科学家相信力的科学概念，但是它无法解释“不可看见的各种振动”（暗物质）；科学家坚持用实验来验证科学结论，但是更高维数世界无法用实验来验证。]
作者在这段文字通过相似联想告诉我们，原来童年的遐想中，蕴含了现代物理学中一门很深奥的学问，即高维空间或者统一场的理论。这便揭示了童年的遐想与后来“成为一个理论物理学家”的某种内在的联系。
此后，我一直对存在高维世界的可能极感兴趣。像许多孩子一样，我贪婪地阅读这样一类历险故事，其中讲述的是时间旅行者进入别的多维空间，探索我们看不见的平行宇宙，在那里能很容易使通常的物理定律不再起作用。我长大后想知道，是否在百慕大三角①神秘消失的船只进入了一个空间漏洞，我对阿西莫夫的《基地》系列②惊叹不已，书中超维空间旅行的发现导致了一个银河帝国的兴起。（①百慕大三角：亦称魔鬼三角区和丧命地狱。指北起百慕大，西到美国佛罗里达州的迈阿密，南至波多黎各的一个三角形海域，面积约40万平方英里。从1945年开始，据说已有50多只船和20多架飞机在此处神秘失踪。②《基地》系列，阿西莫夫所著描写银河帝国兴衰的科幻小说系列，包括前传《基地前奏》《迈向基地》，三部曲《基地》《基地与帝国》《第二基地》，续集《基地边缘》《基地与地球》。）[这段文字写由于童年的遐想而激发起来的对科幻小说的极大兴趣。]
以上是课文的第二部分，写童年的遐想。作者在童年总爱“提出一些只有小孩儿才问的傻乎乎的问题”，而这“傻乎乎的问题”中，其实蕴含着现代物理科学中最深奥的课题，正是这些问题吸引着自己对于高维空间及相关科幻小说的浓厚兴趣。读完这一部分，我们在开头提出的疑问终于冰释，明白了作者童年在水池边观赏游鱼与他后来成为理论物理学家之间的某种内在的联系。但是，我们仍然会提出新的疑问，童年的遐想对人的一生虽然有着重大的影响，但它毕竟是天真的、幼稚的，与现实存在着很大的差距。是什么使作者将童年的遐想变为了现实，从而最终地引导他“走上成为一个理论物理学家的历程”呢？为此，作者又向我们讲述他童年的第二件趣事。
童年时的第二件事也给我留下深刻的印象。我八岁时曾听过一个故事，此后它一直留在我的脑海里。记得我的中学老师给班里讲了一个已故伟大科学家的故事。他们极其崇敬地讲到他，称他是整个人类历史上最伟大的科学家。他们说很少有人能够理解他的思想，但是他的发现却改变了整个世界和我们周围的一切。我不理解他们想告诉我们的许多东西，但是最使我对此人感兴趣的是他未能完成自己的伟大发现就撒手人寰。他们说他多年潜心于这个理论，但是他死之后，他的未完成的论文仍然摆放在自己的办公桌上。[从下文知道这个伟大的科学家就是爱因斯坦，“他的未完成的论文”就是关于统一场论的论文。]
我被这个故事迷住了。对于一个孩子，这是很神秘的。他未完成的工作是什么？他桌上论文的内容是什么？什么问题可能会如此难以解决而又非常重要，值得如此伟大的科学家把他的有生之年花费在这种研究之中？由于好奇，我就决定学习我能学到的关于爱因斯坦的一切以及他的未完成的理论。我记得，我花了好多时间静静阅读我能够找到的关于这个伟人和他的理论的每一本书。这种记忆到现在仍然温暖如春。我读完当地图书馆的书之后，就开始在全市搜寻图书馆和书店．急切地查找有关线索。不久我就知道这个故事比任何的神秘谋杀故事更加激动人心，也比我曾想像的任何事情都重要。我决定要对这一秘密刨根究底，纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。[这段文字说明促成自己最终走上成为一个理论物理学家的历程的是爱因斯坦，是爱因斯坦的对科学的执着的探索精神和崇高的献身精神。理论物理学家的工作是抽象、枯燥的，受实验条件的限制，自己的学说很难得到实验的证明，甚至可能到死也得不到成就。这样的人必须耐得住寂寞，耐得住名利的诱惑，必须有奉献精神。那些急功近利的科学家是不屑于从事这一工作的；但是，作者在爱因斯坦的感召之下，决心对这一“神秘”理论“刨根究底”，即使一辈子事业无成、功名无望，也义无反顾，“在所不辞”。这“在所不辞”四个字力如千钧，表明了作者坚定不移的决心。]
不久，我就知道爱因斯坦桌上未完成的论文就是他企图构造的所谓的统一场论①。（①统一场论：根据现代物理学知识，将我们的宇宙结合起来的力有四种：引力、电磁力、强核力和弱核力。爱因斯坦毕终生之力想寻求四种力的统一，建立一个大一统的理论，最终也没有实现。现在，美籍华裔物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出杨一米尔斯场理论，运用量子力学，已经把后三种力统一起来，被称为“标准模型”。但是这一理论因为计算繁复无比而让人头疼，引力仍然游离在外。）这个理论能解释所有的自然规律，从细小的原子到浩瀚的星系。然而，作为一个孩子，我却不能理解，畅游在茶园池水中的鲤鱼和爱因斯坦桌上未完成的论文可能存在着某种联系。对于用更高的维数可能是解决统一场论的关键这一点我不理解。[作者用这段文字归结了对童年两件趣事的叙述。]
以上是文章的第三部分写童年的第二件趣事，即爱因斯坦对自己的深刻影响，促成自己决心成为一名理论物理学家。童年的两件趣事，说明了自己为什么会成为一名理论物理学家，那么作者这一人生的历程是怎样走过来的呢？请你继续阅读下文。
后来，在高中阶段，我看完了许多地方图书馆中这方面的书，并且常常造访斯坦福大学的物理学图书馆。在那里，我发现爱因斯坦的工作使一种称之为反物质①的新型物质成为可能。（①反物质：由粒子组成的称为物质，由反粒子组成的称为反物质。爱因斯坦曾经根据相对论预言过反物质的存在：“对于一个质量为m，所带电荷为e的物质，一定存在一个质量为m，所带电荷为-e的物质（即反物质）”。）这种物质的作用形式与普通物质一样，但与普通物质接触之后它们将会湮没①，并且猛然释放出能量。（①湮没：当一种基本粒子和它的反粒子相遇时，两个粒子一起消失而转化为他种基本粒子的现象。正因为如此，所以在地球上很难发现反物质。）我也知道科学家已经建造了一些大型仪器，或者说是“原子对撞机①”，这种仪器可以在实验室里产生微量的这种奇异物质，即反物质。（①原子对撞机：1931年，英国物理学家约翰·考克罗夫特和欧内斯特·沃耳顿发明了一种叫静电加速器的装置。这种装置能够产生越来越高的电压，借此把巨大的能量传递给质子。他们用带有数百万电子伏的中子，成功地分裂了锂原子核。这个静电加速器便是最先的原子对撞机。后来美国加利福尼亚大学物理学家欧内斯特·O·芳伦斯研制出更强大的回旋加速器。）[高中阶段时作者即意识到，研究统一场理论必须有“原子对撞机”，以找到“反物质”。]
年轻人的一个优点就是不会由于世俗的约束而畏葸①不前。（①畏葸：畏惧。葸，xǐ。）而这种约束对于大多数成年人而言通常似乎又很难超越。没有考虑所要涉及的困难，我就开始着手建立我自己的原子对撞机。我一直研究科学文献，最后我确信能够建造一台所谓的电子感应加速器，这种加速器能把电子加速到数百万电子伏特（100 万电子伏特是指电子在100 万伏特的电场中被加速后所获得的能量）。[此段写作者打破迷信，克服困难，着手建立自己的原子对撞机。]
首先．我购买了少量的钠22 ，它是一种能够自然地放射正电子（电子的反物质）的放射性物质。然后我建造了一个云室①，在云室中可以看到亚原子粒子②留下的踪迹。（①云室：原子核物理或基本粒子研究中观察微观粒子径迹的仪器。②亚原子粒子：原子层次下的质子、中子等粒子。）这样我就能够拍下好几百张由反物质留在云室中的精美照片。紧接着，我找遍周边地区大量的电子仓库，装配必需的硬件设备，包括好几百磅（1磅＝454 克）重的废品处理钢，在我的车间建造一个2.3 百万电子伏特的电子感应加速器，这个加速器完全有能力产生一束反电子。为了产生电子感应加速器所必需的巨大磁场，我说服我的父母亲让他们帮助我在我读高中的那个学校的足球场中缠绕22 英里（l 英里＝1. 61 千米）长的铜线。我们把整整一个圣诞假日花费在这条50 码（l 码＝0.91 米）长的线路上，缠绕和安装笨重的线圈，这种线圈将使高能电子的运动路径发生弯曲。[此段具体叙述自己建立原子对撞机所经过的艰难历程。]
当最后建成时，这个300 磅重、6 千瓦的电子感应加速器耗掉了我屋子中所产生的每一点能量。当我接通它后，通常总是烧断每一根保险丝，屋子变得漆黑一团。在屋子周期性陷入黑暗的同时，妈妈常常在摇头。（我想，妈妈对于她不能有一个在棒球场或篮球场玩要、反而有一个在汽车间建造一架巨大的电子仪器的儿子而困惑不解。）使我感到欣慰的是，仪器成功产生了比地磁场强2 万多倍的磁场，而这正是加速一束电子所必需的。[最后写自己取得的成果。文章用“妈妈摇头”这一细节，暗示自己这项科研成果的深远意义不易为常人所理解。]
课文第四部分叙述了作者作为一个理论物理学家所迈出的第一步历程，具体来说就是他建立原子对撞机的艰难过程。作者不受世俗的约束而畏葸不前，敢于超越常规的思维模式，克服各种困难，因陋就简，终于取得成功。作者的成功之路无一不处处体现了爱因斯坦的探索精神和奉献精神，无一不处处体现了童年趣事对他的深远影响。
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发表于 2013-8-11 23:27:19
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