量子化學(xué)，那么重要又神奇的學(xué)科，我們卻對(duì)它知之頗多。
每次它都由于難懂而上熱搜，也因而愈加無人“敢去懂”。這成為量子化學(xué)科普之路上的一大困局。
明天出爐的2022年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)，再一次頒給了量子化學(xué)領(lǐng)域的研究者：阿蘭·阿斯佩、約翰·弗朗西斯·克勞澤和安東·塞林格。回看近一個(gè)世紀(jì)的諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)，我們發(fā)覺量子力學(xué)已經(jīng)成為諾獎(jiǎng)的得獎(jiǎng)熱點(diǎn)領(lǐng)域。
哪些是“量子”？量子化學(xué)究竟研究些哪些？
先讓我們來瞧瞧下邊這張化學(xué)世界的版圖吧。
【截圖來自視頻TheMapof】
精典數(shù)學(xué)學(xué)的聲光電磁力熱知識(shí)體系龐大又建立，是兒子必學(xué)的，市面上的數(shù)學(xué)學(xué)繪本幾乎都在花式輪番介紹這塊基礎(chǔ)知識(shí)。
然而，精典數(shù)學(xué)學(xué)只是現(xiàn)代數(shù)學(xué)科學(xué)版圖上的一塊舊世界拼圖，即使能應(yīng)用于宏觀世界，可到了比原子還小的微觀世界，就雙眼一抹黑了。
量子化學(xué)學(xué)和相對(duì)論，是現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)新世界的版圖，與精典數(shù)學(xué)學(xué)的基本概念完全不同，能解釋微觀和宏觀世界，簡(jiǎn)直神奇又誘人。事實(shí)上，現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)的誕生已然在科學(xué)界掀起了波瀾壯麗的認(rèn)知革命。
【經(jīng)典數(shù)學(xué)學(xué)與量子化學(xué)學(xué)的基本概念差別之一：
能量的連續(xù)性與量子化。
圖片來自TheAtlas】
量子化學(xué)學(xué)早已發(fā)展了整整一個(gè)世紀(jì)，相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)滿地開花。例如我們熟知的核能、芯片、納米科技、互聯(lián)網(wǎng)、激光、核磁……你能想象的、亟需高精尖人才的新技術(shù)領(lǐng)域，幾乎都構(gòu)建在量子化學(xué)的基礎(chǔ)研究之上。
隨著國(guó)家對(duì)創(chuàng)新人才的需求越來越急迫，院校對(duì)優(yōu)秀中學(xué)生的選拔時(shí)間也不斷往前提。
培養(yǎng)數(shù)學(xué)尖端人才提早到小學(xué)階段，主要有兩個(gè)誘因：
第一，好多勸退我們的復(fù)雜公式和反常識(shí)概念，對(duì)于世界觀仍未成形的兒子卻很容易想像和接受。
第二，前沿學(xué)科構(gòu)建在繁雜、融會(huì)貫通的知識(shí)體系之上，早入門，早培養(yǎng)興趣，才有機(jī)會(huì)成為專業(yè)人才。
所以說，都2022年了，給小孩做現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)的啟蒙，十分重要，但是宜早不宜晚。推特創(chuàng)始人扎克伯格連襁褓中的兒子都沒放過。
然而，兒子學(xué)習(xí)量子化學(xué)的途徑卻甚少。網(wǎng)上對(duì)量子化學(xué)的介紹大多是碎片化的，小孩理解上去很困難；科普量子化學(xué)的圖書好多都是以文字為主的成人書，女兒也很難看下去。
接出來介紹的這套《量子化學(xué)，好玩好懂！》是專為中學(xué)生構(gòu)建的量子化學(xué)動(dòng)漫，它以量子化學(xué)的發(fā)展史為主要內(nèi)容，順帶介紹了整個(gè)化學(xué)世界的版圖，填補(bǔ)了大部份中學(xué)生化學(xué)讀物的知識(shí)體系缺位。
想幫兒子打開現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)的房門、探索新世界、著眼于未來的父母，這套書一定要入手。
《量子化學(xué)，好玩好懂！》
上海科學(xué)技術(shù)出版社
?
我是分割線
?
天空為何是白色的，彩虹為何有五彩，煤焦為何燒熱會(huì)紅腫……這些看似簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象背后，隱藏著一把把打開原子世界的鎖匙，動(dòng)漫的主人公、小學(xué)生鄭小多和跟班兔子Mix將帶著我們一一探求。
【鄭小多和他的愛犬Mix】
書中有兩條主要故事線，視察法國(guó)核子研究中心的鄭小多，在被神奇光線照射后擁有了穿越時(shí)空的驚人能力，他一邊不停地穿越到科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)或則理論推理的關(guān)鍵時(shí)刻，與科學(xué)家們一起舉辦高能思索，一邊研究自己忽然能穿越的緣由，并挫敗了壞人破壞量子化學(xué)學(xué)發(fā)展的陰謀。
【眾多搞笑穿越中的一次】
01
循序漸進(jìn)
?
為了捋清量子熱學(xué)的發(fā)展史，我們跟隨小多，穿越回了兩千多年前……
超級(jí)愛笑的古埃及哲學(xué)家德謨克利特猜想所有物質(zhì)都由原子構(gòu)成，而當(dāng)時(shí)人們以為構(gòu)成世界的基本元素是水、火、土；
兩千年以后，色覺的道爾頓提出了新的原子論，設(shè)計(jì)了宛如念咒一樣的原子符號(hào)；
19世紀(jì)，一年才理發(fā)一次的門捷列夫夢(mèng)見了元素周期表，發(fā)覺原子構(gòu)成的規(guī)律；
步入20世紀(jì)，自稱為美女的玻爾繪出了電子沿軌道圍繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)的原子模型，但他覺得原子核不可分割；
原子模型構(gòu)建后，拆解原子、了解原子世界的規(guī)律，找尋世界的本源的歷程，才即將拉開帷幕……
?
?
在生物學(xué)課堂上，小多一邊聽著女同學(xué)敏書講起囊螢映雪的故事，一邊開啟了一個(gè)腦洞：螢火蟲的光會(huì)不會(huì)把燈籠點(diǎn)著呢？（其實(shí)，秉持著科普的宗旨，后來敏書告訴了我們?yōu)楹挝灮鹣x不會(huì)自燃）
想著想著，小多忽然穿越到1989年普朗克的實(shí)驗(yàn)室。普朗克聽小多問起螢火蟲發(fā)光的原理，一臉懵，不過還是趁勢(shì)講起了自己對(duì)光的研究。
普朗克的宋體幅射實(shí)驗(yàn)為量子熱學(xué)奠定了基礎(chǔ)。并且動(dòng)漫中沒有直接闡述宋體，而是先讓普朗克借由一塊白色的煤焦會(huì)燒紅的現(xiàn)象，講解了哪些是幅射，也就是氣溫上升，物質(zhì)會(huì)發(fā)出電磁波，其中一部份是可見光。只有了解幅射，就能明白宋體幅射實(shí)驗(yàn)是如何回事。
普朗克的第二堂課發(fā)生在一個(gè)宿營(yíng)的清晨，小多看見了五顏五色的煙花，想起光的波長(zhǎng)與物體顏色的關(guān)系，又穿越回1900年普朗克的實(shí)驗(yàn)室，聽他講解宋體幅射。借由這個(gè)知名的思想實(shí)驗(yàn)，普朗克提出光的能量不是連續(xù)、而是一份一份發(fā)射的。這就是量子論的基礎(chǔ)。
后來，普朗克還給小多上了第三堂課，解釋量子論是哪些意思。在他之前，人們覺得能量是連續(xù)的，而普朗克則覺得物體吸收能量后放出的光的能量是不連續(xù)的、可計(jì)量的，可以分成一份份的量子。
三次不同場(chǎng)景下的穿越，構(gòu)成一種循序漸進(jìn)的講解形式，既不拘謹(jǐn)，又讓理論顯得容易理解。既幫小讀者預(yù)習(xí)了一些學(xué)校數(shù)學(xué)課堂上會(huì)接觸到的知識(shí)，又講清楚了量子論的關(guān)鍵概念。
02
邏輯清晰
?
這套書在講解理論時(shí)，不忘常常點(diǎn)題，讓小讀者了解各個(gè)科學(xué)家與量子熱學(xué)是哪些關(guān)系。這樣，盡管采用了從生活場(chǎng)景中隨機(jī)穿越這樣的敘事方式，仍然能確保兒子對(duì)每一個(gè)數(shù)學(xué)理論的提出者和理論的實(shí)際應(yīng)用有清晰深刻的理解和記憶。
例如，小多在拍攝夜空時(shí)，用了一臺(tái)名為“愛因斯坦”的數(shù)碼單反，小多父親強(qiáng)調(diào)，數(shù)碼單反正是基于愛因斯坦發(fā)覺的光電效應(yīng)原理制造下來的。
很快，小多就利用一個(gè)抓手穿越回1905年的德國(guó)專利局，聽愛因斯坦解釋光電效應(yīng)。在大部份人都覺得光是波的時(shí)侯，愛因斯坦基于普朗克的理論，提出光子假說，光是運(yùn)動(dòng)的粒子流而不是波。
沿著愛因斯坦這條線索，動(dòng)漫中還順便介紹了相對(duì)論量子物理屬于什么專業(yè)，并說明了相對(duì)論其實(shí)不是量子熱學(xué)，并且與量子熱學(xué)相輔相成，同為現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)的兩大支柱。
03
科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)
?
這套書在編撰上還有兩個(gè)特別優(yōu)秀的特征：
第一，為了防止小讀者忘掉之前講的內(nèi)容，會(huì)特地梳理之前的知識(shí)發(fā)展路徑和邏輯脈絡(luò)。例如泡利在講解不相容原理時(shí)，先總結(jié)了科學(xué)家們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)史，之后再講解自己提出的原理與原子結(jié)構(gòu)有哪些關(guān)系。
這樣的“理論進(jìn)化圖譜”中，科學(xué)家、知識(shí)點(diǎn)、原理插圖順著時(shí)間線加快，串起一次次興奮人心的突破，是一種清晰高效的總結(jié)式學(xué)習(xí)。
第二，書中會(huì)如實(shí)還原真實(shí)史籍的圖片和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景圖，一方面培養(yǎng)了兒子的科學(xué)觀念，另一方面充分詮釋了量子化學(xué)研究的美與神奇。
量子化學(xué)發(fā)展史這條故事線索的高潮是，在玻爾的約請(qǐng)下，小多和敏書穿越回1927年，出席了英國(guó)赫爾辛基的索爾維大會(huì)。
在這場(chǎng)大會(huì)上，玻爾總結(jié)了量子熱學(xué)的研究成果，集合泡利的不相容原理，薛定諤的波動(dòng)多項(xiàng)式，海森堡不確定性原理等等，提出了“量子熱學(xué)的赫爾辛基解釋”，還和愛因斯坦之間發(fā)生了知名的爭(zhēng)辯“上帝擲色子嗎”，愛因斯坦遵守精典化學(xué)學(xué)的思路，覺得所有自然現(xiàn)象都必須用因果律來說明，而玻爾等科學(xué)家則覺得原子世界只能通過機(jī)率來研究和解釋。
至此，精典化學(xué)學(xué)主導(dǎo)下的世界觀早已被徹底顛覆了，量子熱學(xué)的世界觀，殺害了上帝，促使了信息科學(xué)革命，打開了懸疑小說新的想像空間，也對(duì)世界的本源和規(guī)律提出了越來越多無法解釋的問題，真堪稱是一場(chǎng)史詩級(jí)的科學(xué)革命。
?
?
04
奇趣詼諧
?
讀者跟隨小多，不僅在課堂念書了各類生物學(xué)和化學(xué)學(xué)知識(shí)，還常常被喜歡種花的父親普及動(dòng)物學(xué)知識(shí)，例如青椒和香蕉的親屬關(guān)系比同樣長(zhǎng)在地里的胡芋頭和蘆筍更近，例如菠菜和蒲公英是屬于同一科的動(dòng)物。看完只想說，奇怪的知識(shí)又降低了！
小多的穿越之旅也帶來了好多有趣的bug風(fēng)波：
例如，牛頓意外翻了幾頁小多帶在頭上的自己的傳記，震驚了；
例如，貪吃的兔子Mix咬了一口湯姆孫的獼猴桃干布丁原子模型；
再例如，由于主動(dòng)提起狹義相對(duì)論，小多被愛因斯坦當(dāng)作了腹中的小絳蟲；
最夸張的是，小多和托馬斯·楊一起穿越到康普頓的實(shí)驗(yàn)室，楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)否認(rèn)了光是波，而康普頓用X射線照射石墨，證明光只能是粒子，當(dāng)兩位本不應(yīng)相熟的科學(xué)家深陷無法協(xié)調(diào)的難堪窘境時(shí)，小多提出自己已經(jīng)熟知的概念“波粒二象性”，立即被兩位科學(xué)家一起奉為神童……
05
疑案故事
?
從第三本書開始，小多穿越的觸發(fā)機(jī)制逐步清晰，故事中的反派也出現(xiàn)了，她們趁機(jī)和小多一起穿越，預(yù)謀殺害他看到的化學(xué)學(xué)家，企圖抹殺量子熱學(xué)，回到精典化學(xué)學(xué)的世界。
小多和好同學(xué)敏書、小狗Mix一邊探案，一邊學(xué)習(xí)，最終在父親的幫助下，擊敗了反派大boss。
索爾維大會(huì)以后，量子熱學(xué)的概念顯得愈發(fā)復(fù)雜，這時(shí)，第二條故事線索就將所有的理論串聯(lián)了上去，情節(jié)緊張、疑案叢生，讓小讀者們有新的動(dòng)力繼續(xù)“追劇”，大大提高了這套書的可讀性。
06
拓展應(yīng)用
?
據(jù)悉，作者還介紹了好多與量子熱學(xué)相關(guān)的應(yīng)用和交叉學(xué)科，例如原子彈的發(fā)明、量子計(jì)算機(jī)、激光、納米科技、黑洞、反物質(zhì)等等，幫助小讀者充分理解量子熱學(xué)在科技發(fā)展歷程中的重要性。在高精尖人才極其稀缺的明天，說不定就能為未來的職業(yè)播下一顆夢(mèng)想的種子。
07
緊貼生活
?
這套動(dòng)漫除了畫風(fēng)萌趣惡搞，但是生活氣息爆棚，很容易讓小讀者有代入感。
小多吃了父親做的地瓜餅，正在公廁拉腹部，卻忽然穿越，不幸地在愛因斯坦的專利局拉成一具僵尸，臉色死灰，還在努力學(xué)習(xí)狹義相對(duì)論，讓人忍俊不禁；
小多在中學(xué)和爭(zhēng)強(qiáng)好勝又聰明伶利的敏書總愛攀比誰懂得多，最后吵得過分投入，被老師統(tǒng)統(tǒng)送進(jìn)過道罰跪；
愛搗亂又傲嬌的老饕哥哥是小多和敏書的秘密情報(bào)販子，常常借此騙吃騙喝……
書中人物個(gè)性鮮明，對(duì)話精怪有趣，與高中生的腦回路精準(zhǔn)同步量子物理屬于什么專業(yè)，見到兒子噴飯。
《量子化學(xué)，好玩好懂！》全五冊(cè)
?
?
訂購五冊(cè)套裝，將額外附贈(zèng)化學(xué)視頻課+精致科學(xué)家書簽！