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量子化學,好玩好懂!
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量子化學,那么重要又神奇的學科,我們卻對它知之頗多。
量子化學和化學有哪些區別?它究竟研究些哪些?
先讓我們來瞧瞧下邊這張化學世界的版圖吧。
【截圖來自視頻TheMapof】
精典數學學的聲光電磁力熱知識體系龐大又建立,是兒子必學的,市面上的數學學繪本幾乎都在花式輪番介紹這塊基礎知識。
然而,精典數學學只是現代數學科學版圖上的一塊舊世界拼圖,即使能應用于宏觀世界,可到了比原子還小的微觀世界,就雙眼一抹黑了。
量子化學學和相對論,是現代數學學新世界的版圖,與精典數學學的基本概念完全不同,能解釋微觀和宏觀世界,簡直神奇又誘人。事實上,現代數學學的誕生已然在科學界掀起了波瀾壯麗的認知革命。
【經典數學學與量子化學學的基本概念差別之一:能量的連續性與量子化。圖片來自TheAtlas】
量子化學學早已發展了整整一個世紀,相關應用已經滿地開花。例如我們熟知的核能、芯片、納米科技、互聯網、激光、核磁……你能想象的、亟需高精尖人才的新技術領域,幾乎都構建在量子化學的基礎研究之上。
隨著國家對創新人才的需求越來越急迫,院校對優秀中學生的選拔時間也不斷往前提。
培養數學尖端人才提早到小學階段,主要有兩個誘因:
第一,好多勸退我們的復雜公式和反常識概念,對于世界觀仍未成形的兒子卻很容易想像和接受。
第二量子物理屬于什么專業,前沿學科構建在繁雜、融會貫通的知識體系之上,早入門,早培養興趣,才有機會成為專業人才。
所以說,都2022年了,給小孩做現代數學學的啟蒙,十分重要,但是宜早不宜晚。推特創始人扎克伯格連襁褓中的兒子都沒放過。
然而,兒子學習量子化學的途徑卻甚少。網上對量子化學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,好玩好懂!》是專為中學生構建的量子化學動漫,它以量子化學的發展史為主要內容,順帶介紹了整個化學世界的版圖,填補了大部份中學生化學讀物的知識體系缺位。
想幫兒子打開現代數學學的房門、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,好玩好懂!》
上海科學技術出版社
贈品視頻課云盤提取:
提取碼:1hb5
天空為何是白色的,彩虹為何有五彩,煤焦為何燒熱會紅腫……這些看似簡單的自然現象背后,隱藏著一把把打開原子世界的鎖匙,動漫的主人公、小學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空的驚人能力,他一邊不停地穿越到科學家的實驗現場或則理論推理的關鍵時刻,與科學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學發展的陰謀。
【眾多搞笑穿越中的一次】
為了捋清量子熱學的發展史,我們跟隨小多,穿越回了兩千多年前……
超級愛笑的古埃及哲學家德謨克利特猜想所有物質都由原子構成,而當時人們以為構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,設計了宛如念咒一樣的原子符號;
9世紀,一年才理發一次的門捷列夫夢見了元素周期表,發覺原子構成的規律;
步入20世紀,自稱為美女的玻爾繪出了電子沿軌道圍繞原子核轉動的原子模型,但他覺得原子核不可分割;
原子模型構建后,拆解原子、了解原子世界的規律,找尋世界的本源的歷程,才即將拉開帷幕……
在生物學課堂上,小多一邊聽著女同學敏書講起囊螢映雪的故事,一邊開啟了一個腦洞:螢火蟲的光會不會把燈籠點著呢?(其實,秉持著科普的宗旨,后來敏書告訴了我們為何螢火蟲不會自燃)
想著想著,小多忽然穿越到1989年普朗克的實驗室。普朗克聽小多問起螢火蟲發光的原理,一臉懵,不過還是趁勢講起了自己對光的研究。
普朗克的宋體幅射實驗為量子熱學奠定了基礎。并且動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燒紅的現象,講解了哪些是幅射,也就是氣溫上升,物質會發出電磁波,其中一部份是可見光。只有了解幅射,就能明白宋體幅射實驗是如何回事。
普朗克的第二堂課發生在一個宿營的清晨,小多看見了五顏五色的煙花,想起光的波長與物體顏色的關系,又穿越回1900年普朗克的實驗室,聽他講解宋體幅射。借由這個知名的思想實驗,普朗克提出光的能量不是連續、而是一份一份發射的。這就是量子論的基礎。
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的、可計量的,可以分成一份份的量子。
三次不同場景下的穿越,構成一種循序漸進的講解形式,既不拘謹,又讓理論顯得容易理解。既幫小讀者預習了一些學校數學課堂上會接觸到的知識,又講清楚了量子論的關鍵概念。
這套書在講解理論時,不忘常常點題,讓小讀者了解各個科學家與量子熱學是哪些關系。這樣,盡管采用了從生活場景中隨機穿越這樣的敘事方式,仍然能確保兒子對每一個數學理論的提出者和理論的實際應用有清晰深刻的理解和記憶。
例如,小多在拍攝夜空時,用了一臺名為“愛因斯坦”的數碼單反,小多父親強調,數碼單反正是基于愛因斯坦發覺的光電效應原理制造下來的。
很快,小多就利用一個抓手穿越回1905年的德國專利局,聽愛因斯坦解釋光電效應。在大部份人都覺得光是波的時侯,愛因斯坦基于普朗克的理論,提出光子假說,光是運動的粒子流而不是波。
沿著愛因斯坦這條線索,動漫中還順便介紹了相對論,并說明了相對論其實不是量子熱學,并且與量子熱學相輔相成,同為現代數學學的兩大支柱。
這套書在編撰上還有兩個特別優秀的特征:
第一,為了防止小讀者忘掉之前講的內容,會特地梳理之前的知識發展路徑和邏輯脈絡。例如泡利在講解不相容原理時,先總結了科學家們對原子結構的認識史,之后再講解自己提出的原理與原子結構有哪些關系。
這樣的“理論進化圖譜”中,科學家、知識點、原理插圖順著時間線加快,串起一次次興奮人心的突破,是一種清晰高效的總結式學習。
第二,書中會如實還原真實史籍的圖片和實驗場景圖,一方面培養了兒子的科學觀念,另一方面充分詮釋了量子化學研究的美與神奇。
量子化學發展史這條故事線索的高潮是,在玻爾的約請下,小多和敏書穿越回1927年,出席了英國赫爾辛基的索爾維大會。
在這場大會上,玻爾總結了量子熱學的研究成果,集合泡利的不相容原理,薛定諤的波動多項式,海森堡不確定性原理等等,提出了“量子熱學的赫爾辛基解釋”,還和愛因斯坦之間發生了知名的爭辯“上帝擲色子嗎”,愛因斯坦遵守精典化學學的思路,覺得所有自然現象都必須用因果律來說明,而玻爾等科學家則覺得原子世界只能通過機率來研究和解釋。
至此,精典化學學主導下的世界觀早已被徹底顛覆了,量子熱學的世界觀,殺害了上帝,促使了信息科學革命,打開了懸疑小說新的想像空間,也對世界的本源和規律提出了越來越多無法解釋的問題,真堪稱是一場史詩級的科學革命。
讀者跟隨小多,不僅在課堂念書了各類生物學和化學學知識,還常常被喜歡種花的父親普及動物學知識,例如青椒和香蕉的親屬關系比同樣長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物。看完只想說,奇怪的知識又降低了!
小多的穿越之旅也帶來了好多有趣的bug風波:
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;
例如量子物理屬于什么專業,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,由于主動提起狹義相對論,小多被愛因斯坦當作了腹中的小絳蟲;
最夸張的是,小多和托馬斯·楊一起穿越到康普頓的實驗室,楊用雙縫干涉實驗否認了光是波,而康普頓用X射線照射石墨,證明光只能是粒子,當兩位本不應相熟的科學家深陷無法協調的難堪窘境時,小多提出自己已經熟知的概念“波粒二象性”,立即被兩位科學家一起奉為神童……
從第三本書開始,小多穿越的觸發機制逐步清晰,故事中的反派也出現了,她們趁機和小多一起穿越,預謀殺害他看到的化學學家,企圖抹殺量子熱學,回到精典化學學的世界。
小多和好同學敏書、小狗Mix一邊探案,一邊學習,最終在父親的幫助下,擊敗了反派大boss。
索爾維大會以后,量子熱學的概念顯得愈發復雜,這時,第二條故事線索就將所有的理論串聯了上去,情節緊張、疑案叢生,讓小讀者們有新的動力繼續“追劇”,大大提高了這套書的可讀性。
據悉,作者還介紹了好多與量子熱學相關的應用和交叉學科,例如原子彈的發明、量子計算機、激光、納米科技、黑洞、反物質等等,幫助小讀者充分理解量子熱學在科技發展歷程中的重要性。在高精尖人才極其稀缺的明天,說不定就能為未來的職業播下一顆夢想的種子。
這套動漫除了畫風萌趣惡搞,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,還在努力學習狹義相對論,讓人忍俊不禁;
小多在中學和爭強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,被老師統統送進過道罰跪;
愛搗亂又傲嬌的老饕哥哥是小多和敏書的秘密情報販子,常常借此騙吃騙喝……
書中人物個性鮮明,對話精怪有趣,與高中生的腦回路精準同步,見到兒子噴飯。
《量子化學,好玩好懂!》套裝五冊
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