《物理的妙趣》:苏格拉底的空头支票

    “如果有人用你的名字开出5塔拉(古代希腊货币单位)的支票,你如何让这支票变成无效呢?”苏格拉底向史特莱谢德斯发问。

  史特莱谢德斯不慌不忙地回答:“在开支票的人写字的时候,我站在他身后,利用玻璃把阳光集中到支票上,让支票上的字全融掉,一个字也看不见,就可以了。”

  这个记载在希腊哲学家亚里士多德喜剧中的情节,在后人看来无疑昭示着另一种科学意味:那个时代,人们已经懂得透镜聚焦的道理——在亚里士多德时代,希腊人用一种表面涂蜡的板子写字,所以晒了太阳后,支票上的字会融掉。

  另一个相关的故事是用冰做透镜生火。威尔诺的小说《哈德拉斯船长的旅行》里,旅行者在零下48摄氏度的寒冷环境里丢失了打火石而无法取暖。克劳·波尼博士说:“真倒霉,我们连望远镜都没带来。如果有望远镜的话,我们可以把镜片拆下来取火。”大家望着强烈的阳光,无奈地感叹。忽然,船长有了主意,用冰块做一个透镜!一干人等提着斧子到冰山上,挖出一块直径约30厘米的冰块,然后用斧子和小刀,把冰块打磨成表面光滑的透镜。阳光相当强烈,博士利用冰透镜把焦点对准易燃的药剂,几秒钟之后,药剂燃烧起来。

  这两个小故事都和光线折射的原理相关。在工具发达的现代社会中,人们几乎不再需要这样的小技巧来生存,而其中传达的科学语言,以更生动的形式在娱乐我们的生活。据说,魔术表演里的很多节目——比如,盛在盘子上的会眨眼会说话的“人头”——就是利用了光线的反射和折射,来“欺骗”观众的眼睛。

  对于很多出生在上世纪七八十年代的中国人而言,万花筒大概是童年{zh0}玩的玩具之一。一个小小的圆筒,两头是透明的玻璃。把眼睛贴近玻璃,便能看到里面五彩斑斓的世界,稍稍转动一下,便呈现出万变的花色。为什么每一次都不一样?父母无法给出解释,或者不愿意告诉孩子这里面的科学道理,便哄孩子:这是孙悟空变的!

  在中学物理课上,很多孩子才知道,是光线的反射造就了万花筒。在小小圆筒的内部,是三块长方形镜子构成的密闭空间,几块细碎的小玻璃被封在其中,如此简单的结构,却能带来无穷多的变化。假设有20块小彩色玻璃在一个万花筒里,每分钟转动10次,看完所有的花样需要多久?这个问题,俄罗斯科学家贝列里门计算过,答案是5000亿年以上。

  万花筒是孩子的玩具,成人也需要类似的娱乐。在1900年举办的巴黎万国博览会上,一个类似万花筒的玻璃迷宫受到大家的喜爱。它由一间六角型的大房间构成,六面墙壁都是光滑的大镜子,房间的每个角落,都有和天花板的雕刻成为一体的柱子。所以游客一走进房间,就会看到无数的房间和柱子,以及房间和柱子间无数的自己,就好像跑进了一大群和自己一模一样的人当中。根据科学家计算,这六面镜子经过一次反射后,会出现6个房间;经过两次反射,就增加了12个房间;经过三次反射,又增加18个房间。这样,经过多次反射后,总共会出现468个房间。

  这仅仅是光的物理性质,而来自生活的物理,其实有更多的“好玩”。试想一下,往一个装满水的酒杯中投入大头针——当然,你得小心翼翼,不要让针溅出水花并落到杯子外面。一枚、两枚、三枚……杯子里到底能装下多少大头针?

  实验的结果是,往酒杯里投入的大头针数量到了200、300、400,仍没有一滴水溢出来,酒杯边缘部分的水有一点凸起,而水面则有相当大的凸起。若计算一枚大头针的体积,与水面凸起部分相比,前者只是后者的几百分之一而已。因此,就是在装满水的酒杯里投入数百枚大头针,水也不可能溢出来。而且酒杯越大,能容纳的大头针越多。有人做过实验,在直径9厘米、装满水的酒杯里,投入1000枚大头针,依然没有水溢出。看来,这并非什么具有神奇功能的“无底”酒杯,在这里,物理学不再是常人无法理解的,或者是使人敬而远之的。它显现出了使人感到亲切的、既威力无穷又生动活泼的新面貌。

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