距去年末舉行的“太空講課”僅3個月,我們又迎來了天和核心艙的第二次“太空講課”。首次太空講課結束后,不少朋友反映太空課堂的實驗現象很神奇,但原理有些簡單,希望見到更深刻的內容,這也從側面表明公眾科學素質在急劇提高。第二次太空講課可以說是進階版,與小學數學課程中的科學實驗更為緊貼,也更能彰顯科學思路。
圖為神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富進行“天宮課堂”第二課講課。(視覺中國供圖)
在第二次太空講課的多個實驗中,最能說明這一點的就是平拋實驗。該實驗看似沒有哪些難度,只是輕輕往前扔個東西,具備一定化學基礎知識的朋友應當都能判定出在微重力環境下,物體肯定是緩緩往前飛行的,惟一不同的就是被拋出的冰墩墩是不規則物體,會繞著剛體轉動。
學過學校數學的同事應當記得研究運動的起點是牛頓第一定理,即慣性定理——一切物體在不受外力的作用時,總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。這個考試必考的知識點,可以說是貫串了整個化學課程學習一直。不過這么重要的知識點,你是否還記得化學老師是怎樣講的?幾乎所有的數學老師都是讓朋友們想像有一個小球,在不受力的情況下會順著一條直線仍然勻速運動下去。化學而且須要實驗作為基礎來支持的,但如此重要的牛頓第一定理居然要靠我們想像!這是由于牛頓描述的這些理想狀態在現實里壓根不存在,由于不受力的物體是不存在的,所以這不是實驗得到的定理。雖然是太空講課中的平拋實驗,也只是模擬了牛頓第一定理的現象而非牛頓第一定理本身。恐怕全省的學校數學老師就會收藏并反復為中學生播放這個實驗視頻,由于它早已比“想象”真實太多了,在化學現象的驗證方面邁出了巨大的一步。
科學研究的意義和價值也恰恰就在這兒牛頓第一定律實驗叫什么,按照科學原理設計實驗環境和預設條件,進行可靠的研究能夠收獲靠譜的數據,支持我們進一步往前研究。
再看另外幾個實驗,其中的關鍵就顯露下來了。空間站環境最大特征就是微重力。盡管重力可以說是我們現今生存的基礎,但從科學研究角度來說,在地面上重力是一個怎樣也清除不了的干擾項。油水分離和液橋實驗都能讓人直接感遭到微重力環境中物質在微觀尺度上的變化。而從無水醋酸鈉結晶實驗中,我們能看見一種材料的微觀結構是如何產生和變化的。分辨隕石和月球上的鐵,科學家靠的就是剖析結晶形式,重力是其中的關鍵變量。這么進一步講,原則上對于所有材料的微觀結構,我們都可以通過微重力環境進行剖析和檢測,無容器材料實驗柜承當的就是這項工作。從更宏觀的意義上講,這種實驗數據是建立現代文明的基礎牛頓第一定律實驗叫什么,沒有扎實的數據,一切都等于是在海灘上建房子。
對于基礎研究而言,極端環境、大裝置、自主知識產權等都是我們必需要牢牢把握在自己手中的。曾有人這樣總結:中國載人航天工程的每一個任務都是重大的技術突破,沒有任何兩次任務是重復的,實現以后立刻攻破更難的下一步,一步一個腳印地獨立自主發展!
(作者系中國科技館《榕哥烙科》科學脫口秀主持人)