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科学的启蒙(1930—1949年)(一)
新闻来源:宁夏科普作家协会     作者:王晓义     发表时间:2022-10-26     阅读次数:    


20世纪上半叶,中国的新文化运动打起“科学”与“民主”的大旗,将科学知识迅速普及开来。一大批编写人员参与到科学普及工作之中,像著名的《科学》期刊便登载了大批的文章,使读者了解到一些物理学的基础知识,甚至还有一些新知识。此后,中国天文学会编纂了《宇宙》期刊,对于天文知识的普及发挥了重要的作用。

民众从科普期刊获取的知识,不仅实用和便捷,还能在这些浅显的文体中获得一些享受,获得这种享受的文体当首推小品文了。像科普大师高士其的文字自当不必说了,在物理知识普及领域颇有成就的顾均正,他的文章至今读来,那朴实的文字仍可以打动读者,那活动起来的文字形成生动的形象,使读者仿佛见到从作者笔下跳出的现象。

物理学普及与物理学教育是物理学知识传播的两翼,从传播的效果看,二者可以相辅相成。中国近代的物理学普及工作比物理学的教育工作要早些。在明末清初,随着耶稣会士在华传教,他们采取了“学术传教”的路线,提出“以耶(稣)补儒(学)”的策略。这就是说,在传播“福音”的同时,他们也传播数学、力学(当时称为“重学”)和机械学、光学、水利学等等,这些科学技术知识大大开阔了中国士大夫的眼界,并在他们的撰述中有所反映,客观上也起到了传播的作用。在引的物理学知识过程中,与引的数学知识(如利玛窦和徐光启合译的《几何原本》)相比,物理知识更侧重于应用,如力学与机械学的译著《远西奇器图说录最》(也简称为《远西奇器图说》,由邓玉函和王徵合撰),光学译著《远镜说》(汤若望撰写,一说汤若望和李祖白合译),等等。今天看来,这些知识很浅显,但这些译本毕竟使中国人开始了解西方物理学。系统传播西方物理学知识是从19世纪中叶开始,即鸦片战争之后,特别是洋务运动兴起之后。当时中外人士或各自、或合作兴办了一些西学译介构。这些机构翻译西学的书籍数量大,质量也很好。像中国科学家李善兰、徐寿和华蘅芳,外国人士伟烈亚力、艾约瑟和傅兰雅等人,他们是译介包括物理学与数学知识在内的

科学知识的代表。到20世纪初,中国的教育改革开始,物理学教育正式列入科学教育之中。物理学教育的开展,首当其冲的是教材问题,为了“救急”,其中部分物理教材使用了过去译介的书籍。由此看到,这时反映西方物理学知识的书籍是比较少的,而且中国人写的书中对传的物理学知识有所消化的就更属凤毛麟角,“凤毛麟角”中的人物有郑复光和邹伯奇。郑复光和邹伯奇的书可视为消化西方物理学和传播西方物理学知识的代表。

系统地学习西方物理学始盛于辛亥革命之后的“新文化运动”期间。由于在学习西方物理学知识之时,一方面,中国人对新的知识表现出极大的兴趣,吸取这些知识到中国传统的物理学知识之中;另一方面,面临系统的西方物理学体系,中国人自觉或不自觉地汇入了西方物理学的体系之中。这时,中国人在使用“物理学”这个名称就不宜再用“中国”与“西方”的定语了。所以,“中国物理学”与“西方物理学”的区别只是(或主要是)限制在历史的范畴之内了。

“新文化运动”之兴起,使中国人的“科学”与“民主”的意识大大加强了。当时,中外合作办教育,特别是大学教育,在理工科的院系中,物理学大都是基础课程或必修课程。此外,作为科学知识普及的重要内容,物理学知识或相关的技术知识也通过报刊和图书被传播开来。例如,著名的期刊《科学》,其中有一些介绍物理学知识和物理学家传记的文章。当然,不只是《科学》,还有像《宇宙》这样的期刊。其中所刊载的文章对物理学知识的普及作用是明显的,而更加重要的是,在开展普及工作的同时还培养和锻炼出一支优秀的作者队伍。

1934年,《太白》杂志创刊,一批科普作家开始施展才能,他们发表了一批科普文章,其中就有讲解物理学知识的文章。如果说《太白》杂志的编辑过程是一个“考试”的过程,这些优秀的作者都交出了一份或几份令人满意的答卷。好了,那我们就从《太白》的文章说起吧

在1934—1935年的第1卷和第2卷中,《太白》杂志上有顾均正的3篇文章,即《昨天在哪里》《越想越糊涂》和《马浪荡炒栗子》。在《昨天在哪里》之中,作者讲的物理问题并不艰深,就是时间和运动,及其连带的速度问题。对于学习初中物理的同学来说,这样的文章是非常适宜的课外阅读材料,对于学习和理解一些基本的物理概念极其有益。然而,作者并未停留在中学教学的水平上,在文章末尾,作者还写道“从前有一个科学家,他曾经有过一个很有趣的想象,他认为假使有人能比光走得更快,那么他一定可以追上前去,回头来看见许多颠倒的事情,他能够看见自己由壮年人变做少年人,由少年人变做婴儿。他还能够看见古代的战场,许多死了的兵士都从血泊中站了起来,弹丸从他的胸中飞去,射回到敌人的枪膛里去,一切都像倒映的活动影片一般。这时候假使他再站定了下来,那么他一定可以看见这次大战再重演一次,自己再由儿童变成少年人,由少年人变做壮年人,一直到看见自己飞到自己站定的地点为止。”从这一段引文可以看到,顾均正把知识引申到狭义相对论的水平上。当然,作者并未展开,也不讲解,也许读者在学习高等物理学知识后就会彻底明白这一段话中的真正含义。后来,署名“悟兼”的《谈自然科学小品文的内容》(载《申报》《自由谈》,1935 年1月23日)对此提出了一些看法,他认为,“有的是在用哲学和自然科学相互地渗透起来,比如《太白》上的《昨天在哪里》……”“虽然在《昨天在哪里》那样的文章里,在理论上将来还不免再有争论的时候;但是,在目前,这样的争论似乎还应该放在将来去一点。”“悟兼”的评论可能是要说,从初中物理一下就跨到狭义相对论,大概步子太长了!对于这些评论,署名的“华道一”也撰写了《科学小品和大众教育》一文进行评说。

在第2期上顾均正发表了《越想越糊涂》。题目本身就具有一些趣味性。这篇文章涉及的知识是浮体和浮力现象。浮体的知识是初中物理的内容,由于它是古希腊大科学家阿基米德建立的,而且阿基米德的浮体研究在科学史上占有重要的地位,也是一个科学发现的典型案例。对中学生来说,浮体的知识是有难度的。可能作者认为,在中学课堂中,这些知识老师都讲过了,作者便展开了一些中学生难以想到的场合。在茫茫海洋中,当物体在下沉的过程中,每增加一定的深度,则压强就会随之增加若干。他列出一些数字,以说明海水压力会产生何等大的效应。比如,当海水深至“六英里”(近万米)时,“在这种地方的压力约为一千气压,或说每平方英寸面积有七吨的压力”。这是多大的压力呢?作者举例说,如果在这样的深度开枪,“假使扳机开放起来”,由于七吨的压力“超过了火药爆发时所产生的气体的压力,这样,那枪弹就不能从枪膛中飞出去”。这的确是令人惊讶的!并且还会令人颇感新鲜。不仅如此,作者还讲了液体的不可压缩性,同样,作者举例说明,位于最深的洋底的水,虽然承受了巨大的压力,但是,这里水的密度也只增加了5%。对于阿基米德原理,教科书中主要讲物体在液体中受到的浮力,而对气体中的情况,则通常是不讲授的。在顾均正的文章中,作者对物体在气体中受到的浮力作了介绍,并将一吨重的木头与一吨重的铁块作了比较。在文章中,作者将几种容易引起“糊涂”的问题都列举出来,作者举例说明,将这些令人“糊涂”的问题弄明白,作者的方法也不失一种简便之法。这种短文可以视为课堂的延伸,或老师讲解的补充。

在《太白》第1卷中还有一篇《马浪荡炒栗子》。这是顾均正看到一个画刊上的图画,题名也是《马浪荡炒栗子》,所以文章的题目并不显得一目了然。在画中,绘画作者表现的是一个名为“马浪荡”的小商贩炒栗子,因为他的铁锅中不放沙子,所以,在炒栗子的过程中,栗子崩起来,把“马浪荡”给崩了,崩起来的栗子把马浪荡的脑袋崩起了“包”。大家都嘲笑这个“愣头青”。在嘲笑之余,对放沙子和不放沙子造成的不同效果,作者进行了细致地分析,而且作者的分析还是一种“微观的”分析,即用分子的观点来作出解释。由于作者的语言非常浅显,作者的科学解释是容易理解和容易接受的,并使读者在嘲笑之余,会感觉到,如果不看这篇文章,自己也会被嘲笑的。如何在炒制栗子时防止栗子崩起来呢?关键是要在炒制栗子时使栗子的受热均匀。在炒制时要放沙子,这就是为防止栗子崩起来的措施。当然,作者也指出,如果在铁锅内只炒几粒栗子,一般是可以使栗子的受热均匀。

在《太白》第2卷中还登载了艾思奇的文章。最初,艾思奇是一位科普作家,后来他成长为一位著名的哲学家。艾思奇的文章题目是《孔子也莫名其妙的事》。这篇文章是讲大气光象的现象和原理的。它的原文来自《列子》一书,所以说,这是一个古老的故事。许多人都写过类似的故事,例如,在20世纪50年代,著名的天文学家和科普名家戴文赛就有专文论述这种光象,并且详细地说明了其中的原理。为此,在几十年之后,著名的科普作家和有“反伪斗士”之称的郭正谊也曾撰文论述此事。

在《列子》中的这个故事常被人们称为“小儿辩日”(或“儒者辩日”),而且版本并非只有一个。两千年来,古人也曾力图圆满地解释这种现象。我们今天的解释就吸取了古人的研究成果。艾思奇从两个方面去解释,即归之于人的错觉,或从物体与人的眼睛的关系来研究。所谓“错觉”其实是一种心理的作用。艾思奇讲述的第二个方面,涉及“视角”的大或小,这是由于物体的近或远造成的。

比起今天的解释,艾思奇的解释是不够圆满的。不过,艾思奇在文章末尾指出“在封建的社会里,人类对于自然界的知识完全依赖着表面现象的观察,因此被自己的眼睛骗了几千年,无法解答那传说里的疑问。遇到了科学疑团是这样轻便地就消失了;倘若有人不相信,还可以做一个更进一步的实验。”艾思奇还设计了一个实验,用以解释眼见的事实。可见,强调实验的重要性,作为文章的落脚点,也许会对读者产生深刻的印象。需要注意的是,在汉代张衡、晋代姜岌都曾研究过,他们的解释中都有一些合理成分。因此他们的眼睛并不能算是“欺骗他们。也许对普通人“骗了几千年”!

在《太白》第2卷中还有一篇署名为“朝水”的《昨天和明天》朝水文章的重点是比较牛顿的理论和爱因斯坦的理论。一般情况下,我们将牛顿关于时间与空间的理论称为“绝对时空观”,而将爱因斯坦的时间与空间理论称为“相对论的时空观”。对于牛顿的理论,“空间和时间是绝对的独立存在的,它们构成了一个容器,盛载着物质宇宙”。爱因斯坦的理论则表明,“时间是与整个物质宇宙的存在发展(运动)不能分离的,有物质宇宙的发展,才有时间”。由于时间——空间观讲起来较为复杂,所以作者只讲时间观念(空间观念只需推论即可)。对于有些力学基础的人,这篇文章仍是有一定难度的。不过,在20世纪30年代,在科普杂志上发表这样的文章,对于普及狭义相对论的知识的确是有意义的,只不过这样的文章有些难度而已,而且这种难度是难以避免的。另外,这种难度还表现在,如果能用坐标系加以形象地说明,也许会使读者的理解更好些。随着社会的发展,今天的物理学教学使相对论在课堂上讲解的机会要多些了;但是,对多数的读者还是要在书中了解它和理解它,有必要写出更好地普及相对论的文章或书,借此使更多的人了解相对论,进而建立起更为正确的时空观和运动观。

1937年的《科学时代》杂志第6期上登载了署名为“辛石”的《热天着啥衣服好?》这篇小品文的写作背景是,1937年的夏天,在江浙地区尤其热,最高的气温可达(华氏)99.9 度。这样的温度约合37.7摄氏度,由于江浙地区的夏季非常潮湿,想必是非常难过的,所以,作者说是“九十三年未有的大热浪”,意思大概是,这是有气象记录(的93年)以来最热的一个夏季了。

在这篇文章中,作者所讨论的着装问题,当然不是衣服的款式,而是与传热相关的面料和颜色问题。在此之前,作者铺垫了一些科学知识,如蒸发的知识,对于人来说,天气越热,出汗就越多;又由于人对热的感觉包含湿度的因素,所以人是“不怕热只怕闷”。当天气热时,扇子产生通过皮肤的气流(风)可使皮肤表面的水层挥发掉,这样,身体就会感到一些清凉,感到舒服些,同时作者指出:“夏天的衣服舒服与否也就看怎样能够更通风些,(布料的)厚薄倒是其次的问题”。为此,作者还指出,紧贴皮肤的衣服就不及宽大的衣服了;“穿脏了的衣服污秽填塞了透气孔,不及干净的舒服,纤维比较光滑的丝麻府绸这一类衣服,又比纤维毛糙的棉布衣服通风得舒服了”。

当然,衣服的颜色也是需要考虑的,从学理上讲,这与热辐射有关。作者认为,“颜色对辐射的影响,一些人的了解都是片面的,他们只注意白色把他处射来的热反射的很多,吸收得最少,但忘记了白色也最不容易把热辐射出去,很冒昧地得出冬天应穿黑衣服的结论来”。也就是说,冬天着衣服时颜色宜白。作者还举自然界的动物毛色的例子来说明,他指出“从物理作用来看,一点没有着黑衣服的理由,寒带的鸟兽都披上雪白的羽毛,最需要保暖的出生小鸟,也都是浅色的。”作者还加了注解,即著名的博物学家法布尔在寒带考察时,他发现,这里的动物毛色是白色的;从进化的角度说,这是自然选择的结果。作者还指出,冷天着深色衣服,“恐怕还是心理原因居多,还有一个原因,那是属于经济上的”。文章最后指出,穷人的衣着多是与他们的经济相关,作者还对穷人表现出深深的同情。

在1939年的《中学生活》上登载了署名为“钟斯”等四人的文章《物理学与日常生活》。应该说,这个名称像是一本书的书名。这篇文章分为三个部分,每个部分再分为若干个小标题,分别讲述热学、力学和与电影相关的声光技术的内容。在热学部分中,作者分成五个小标题。第一个小标题下的内容是说明人的感觉只具有相对的意义。作者列举了一个著名的例子,即放置三盆水,一冷,一温、一热。先把两只手分别放入冷水和热水盆中,再抽出手同时放入温水盆中结果,两手对同一温度却有不同的感觉。同时,作者还讲解了热传导的知识。有两个小标题说明人穿着衣服起什么作用,并且是如何保持温度的。最后的两个小标题讲解蒸发的知识。这些内容都是生活常识中的物理知识。这些知识可以解释一些现象,运用得当对人的生活是有益的。关于力学知识,作者只讲了射击中的动量守恒。有趣的例子对读者肯定是有吸引力的,但更加有趣的是,作者只讲述现象,不讲解原理。关于电影部分,作者从“走马灯”说起。“走马灯”与普通的灯笼相比,“走马灯”可使外表旋转起来,外表的画面是连续的和动态的。作者说,外国有一种“惊盘”与“走马灯”相似。由此可见,人类在构思一些发明时的思路是类似的。人类发明可以呈现连续的和动态的画面的技术过程中,最终导致电影的成果。电影的放映除了要将画面映在银幕上,考虑到人的视觉特点,放映的画面可以是不连续的;人眼睛可以把不连续的画面的残像(作者叫“遗象”)形成连续画面的感觉。此外,作者还讲述了声音录制和施放的原理。这篇文章的确是很好看的,能够吸引读者。此外,从这些内容看,作者的历史、文学和科学知识能融于一文,也的确是有些才能的。



 
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