给孩子的物理启蒙课
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自序

物理是什么?《现代汉语词典》(第7版)有两条解释:一是指事物的内在规律,事物的道理;二是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。

解释之一是中国古人的看法,比如大诗人杜甫写过“高怀见物理”“细推物理须行乐”的诗句,其中的“物理”指事物的规律、道理,属于“国学”或者“中学”的范畴。

解释之二是在近代西学东渐之后,根据“物理”的传统定义生发出的新含义——物质的运动规律和基本结构,也就是我们现在说的“物理学”,算是“西学”的内容。

那么,物理包括哪些内容呢?人民教育出版社的初中物理教材就将它划分为力学、热学、声学、光学和电学五个门类。为了更好地衔接初中物理学习,我在本书中也采用初中物理教材的分类标准。作为一本物理启蒙类读物,本书讲的知识基本上不超出初中物理教材,只是讲法有所不同。

一是结合古诗讲物理。

古诗当然属于“中学”。很多古诗中描述了物理现象,这是古人在作诗时发现了物理中的诗意,而我们今天发现了诗意中的物理。我希望能够将古诗这样的“中学”与物理这样的“西学”结合起来,把物理讲得更有趣一些。

所以,我会从项羽的“力拔山兮气盖世”出发,探讨他究竟有多大力气,到底是不是力能扛鼎;从《诗经》的“蒹葭苍苍,白露为霜”谈到物态变化,露水到底是怎么形成的;从《木兰诗》的“唧唧复唧唧,木兰当户织”讲到声音的产生,振动是怎么回事;从白居易《琵琶行》的“嘈嘈切切错杂弹,大珠小珠落玉盘”说到声音的音调和音色,它们跟振动的频率和波形有什么关系。

二是结合日常讲物理。

最初的物理知识来源于人们的日常生活,比如古希腊百科全书式的大学问家亚里士多德认为“重的物体下落得比轻的物体快”,就是通过观察日常生活得出的结论(虽然这个结论后来被伽利略推翻)。

如果我们从日常生活现象入手讲物理,就会更便于小朋友理解。而小朋友的日常应该少不了奥特曼和艾莎公主。于是,我特意深入地研究了迪迦奥特曼这样身高53米、体重44000吨的宇宙英雄,到底是用什么物质做成的。我也认真地分析了艾莎公主挥手成冰的魔法,需要多大的功率支持。

小朋友的日常,还少不了写作业。那为什么写作业总觉得时间过得很慢,而玩起来就觉得时间过得很快呢?

三是结合思维讲物理。

物理是人们在不断探索自然的过程中发现的物质的规律和结构的知识总结,这个学科虽然古老,却在持续发展。比如,牛顿的经典力学在一百多年前被认为是颠扑不破的真理,但是爱因斯坦在1905年提出了颠覆性的狭义相对论,打破了牛顿的绝对时空观。

所以,我们讲物理,一方面要讲已有的物理知识,另一方面还要讲物理的思维方法。爱因斯坦为什么能够不囿于成见、大胆创新?因为他敢于思考、善于思考和乐于思考。我在本书中不光讲物理知识,也讲这些知识是如何思考得来的。比如,牛顿是怎样思考引力问题的?我尽量用小朋友能够理解的方式讲清楚牛顿的思维过程,争取在授人以鱼的同时,也授人以渔。

我希望,经过这样的努力,这本书能成为一本有趣的物理书。像杜甫写的那样,“细推物理须行乐”,谈论物理是一件开心的事情。物理不是冷冰冰的,而是活泼泼的。两千多年前,亚里士多德跟学生一边散步一边讲课,因此他们被称为“逍遥学派”。但愿这本书也能成为小朋友跟父母一边散步一边谈论的话题。

同时,我也希望,这本书是一本有料的物理书。每篇文章都讲述了基础的物理知识,并在末尾敲黑板划重点,都是考点!也“买一送一”出了测试题,考查小朋友有没有掌握该篇内容。

两年前,我给小朋友写了一本《给孩子的历史思维课》。这本书获得了科技部“2020年全国优秀科普作品”的荣誉称号。这也给了我继续写作的动力,按牛顿第二定律,它让我产生了加速度。希望这个加速度带来高能量,让这本书获得更多读者的喜爱。

两年过去了,一些事物起了变化,一些没有。比如,小朋友大了两岁,我老了两岁,我们的年龄变化了,但我们的年龄差不变。物理学也研究变与不变、守恒与不守恒。利用物理知识,既能制造出杀人的原子弹,也能制造出救人的γ刀。希望小朋友学好物理,把知识用在救人上。

我在《给孩子的历史思维课》的自序中这样写道:“我们是世界的未来,肩负着建设未来世界的重任,学会了很多的技能,就要利用这些技能来爱护别人、造福世界,而不是欺负别人。唯其如此,这个世界才会越来越美好。”

两年以后,我这个想法还是没有变,希望这个世界会越来越美好!

祝磊

2022年5月25日于北京