我們的下一代和美國pk科技,能贏在起跑線上嗎?
分享一篇我的好朋友談教育的文章,作者郝景芳是大陸知名新銳科幻作家、教育企業「童行學院」的聯合創始人,比較東西方在兒童基礎教育思維上的差異,探討我們的下一代需要什麼、而我們能為他們做什麼?
文章轉載自郝景芳的微信公眾號:晴媽說(id:qingmashuo),已獲作者轉載授權。
前一段時間,有一所學校招生的新聞悄無聲息佔據了很多關注教育的人目光C位,紛紛議論:如果是你,會送孩子去這所驚世駭俗的學校嗎?
▎從一所學校引發的討論
這是一所什麼樣的學校呢?原來是矽谷鋼鐵俠 Elon Musk 埃隆.馬斯克給自己孩子建立的私人小學,現在對外公開招生了。
消息一經發出,瞬間擠破頭。加州有1000個以上家庭遞交了申請。 (注意!這只是本校Ad Astra的分校Astra Nova,雖然課程和模式照搬了本校,但畢竟只是子品牌,就已經如此轟動了。)為什麼?
我們先來看一下這所學校入學考什麼:
試題一:首次殖民火星任務需要一位隊長。以下為六位候選人自評及他評的創造力、合作力、尋找資源力、定力、學習力、體力、意志力,七個方面的數值。
1.1 請問哪位候選人最適合擔任隊長來完成以下任務:
“存活並在火星建立基地,在兩年後返回地球。”
1.2 如果任務變成以下,誰又更適合:
“存活並在火星建立基地,使用火星的資源建立能源工廠。永久待在火星並等待三年後第二批殖民者。”
1.3 我們是否應該派人去殖民火星?為什麼?
試題二是一款自創的策略桌遊,讓孩子跟對手對戰二十次,摸清桌遊規律,並尋找出最佳策略。
哇哦,這樣的入學測試題,是不是耳目一新呢?你家小朋友會如何回答呢?
馬斯克原本建立的Ad Astra學校,只是給他的SpaceX員工家的少量小朋友辦的”子弟校“,也算是承襲了我們社會主義祖國”企業辦校“的優良傳統,有著濃濃的SpaceX企業風。那麼這所學校日常如何教學呢?
Ad Astra的學生:
- 不分年級:8-14歲的孩子一起上課
- 側重科技:學習的科目主要是編程、AI、倫理和工程
- 練習創業:每人都會建一家虛擬公司,使用學校的虛擬貨幣進行創業和交易
- 接受複雜性挑戰:模擬、案例研究、製造和設計項目、Astra Nova開發的實驗室和企業合作夥伴;學生被複雜性和解決未知問題的能力所吸引。
- 每年更新:每年根據學生和每個項目、實驗室、討論或戰略計劃的經驗教訓來重新設計。
- 讓孩子們喜歡上學:如果學生被認真對待,他們的時間被充分利用,會怎麼樣呢?
哈哈,就是赤裸裸地培養科技創業企業家啊!說不准其中就有SpaceX的繼承人,或是下一代矽谷獨角獸公司創始人。
很想了解一下,這樣直奔主題、前沿酷炫、自由創新、前途未卜、不走尋常路、偏科嚴重的學校,如果是你,會給孩子報名嗎?
▎從科技之爭引發的思考
Ad Astra對科技的重視,讓我們想到近期另一個持續火爆的話題:中國大陸的科技和西方發達國家之間到底有多大差距?
我們都知道,自從去年華為被美國針對性封鎖以來,中國科技面臨著前所未有的挑戰:敵人像窮凶極惡的野狼一樣圍追堵截,而我們在關鍵性技術——尤其是芯片上——受到了極大掣肘。美國進入了麥卡錫主義,對所有與科研有關的華人採取排擠和封鎖政策。這讓人議論紛紛、憂心忡忡、怒氣沖衝。
這引發了很多討論:大陸和發達國家的科技差距,最主要的來源是什麼?
對這個問題,我曾經寫過兩篇文章,從資金投入、資金結構、產業結構角度進行了分析:《創新中國仍然缺失的必要環節》和《特朗普貿易戰,為什麼是個教育問題》,在此不多展開。
在此只想分析一種說法:“中國科研起步晚、投入少,暫時落後很正常,只要持續花錢投入,假以時日,一定能全方位超越歐美髮達國家。”
這種說法聽起來很有道理,但是深入分析就會發現問題:如果認為中國20年後科研水平將全方位超越歐美發達國家,那就意味著,20年後,中國的科研主力軍實力水平要全面超越於歐美髮達國家科研主力軍之上,進一步推論,這就意味著,今天10歲的中國孩子,未來的科研能力要全面超越於今天10歲的歐美孩子。
是這樣嗎?我們的少年真能贏在科研的起跑線上嗎?
我向大家推荐一本書:《Cycles of Invention and Discovery——Rethinking the Endless Frontier》,是一本深入回顧科學和科技創新的研究,有不少紮實的工作和洞見(尤其推薦其中講貝爾實驗室的部分)。
這本書裡詳細回顧了現代半導體和通信工業的發展歷程,其中重大的成果節點包括:
- 1956年諾貝爾獎(1947/48年成果):晶體管的發現/發明;
- 1964年諾貝爾獎(1954/58年成果):量子電子學的發展引發激光的發現/發明;
- 1985年諾貝爾獎(1980年成果):量子霍爾效應的發現;
- 1998年諾貝爾獎(1982年成果):帶有分數電荷的新型量子流體的發現;
- 2000年諾貝爾獎(1957/63/70年成果):半導體異質結構的發明;
- 2009年諾貝爾獎(1966年成果):光纖波導的發明;
可以看得出來,這裡面有兩個非常明顯的現象:
1)發達的信息工業背後,是強大的基礎研究作為水下冰山;
2)發現和發明往往先於工業應用很多年。
晶體管的發現/發明(1948年)先於英特爾公司成立20年(1968年),更早於286芯片上市(80年代)。再往前追溯,晶體管的前身電子管,是1884年的想法,1904年的專利。是100多年持續不間斷的強大的基礎研究才導向今天發達的工業應用。那是什麼力量帶來了這樣強大的基礎研究?
基礎研究不同於應用研究。應用研究通常是把所有能獲取的科學成果整合在一起。結果是可控的、時間是可控的、成本是可控的、方向是可控的。但是基礎研究不是這樣。基礎研究方向是完全不確定的,它的目標就是發現和理解,是向未知前行。站在歷史節點上,我們會發現:
半導體的發現不是為了電腦,是法拉第發現了異常電阻現象;電磁波的發現不是為了手機,是麥克斯韋從數學上整合電現象和磁現象;流體力學方程不是為了飛機,是伯努利為了解釋水流速不同的現象;激光的預言不是為了光纖和武器,是愛因斯坦發現的光電效應和量子力學能級理論的推演。
所有這些帶來劃時代改變的重大發現,都是為了解釋自然現象、探索基本規律,背後是抽象思想帶來的快感,是科學家對自然不斷追問的樂趣。
▎教育系統需要作出的改革和困難
從前面的梳理我們可以看到,真正劃時代的重大發現,都是去解決未知問題。但是我們目前的教育,讓學生練習的都是“解決已知答案的問題”,而不是“解決未知答案的問題”。我們練就了孩子們猜測出題人心思的能力,但是真正面對複雜未知的自然,該如何思考和探索,孩子們是毫無概念的。
真正好的基礎教育,是讓孩子學習探索未知問題。這種教育需要教孩子的是探索問題的方法,而不是直接記住答案。
馬斯克在接受采訪時說過,如果你想教別人如何使用引擎,你應該把引擎給他們,讓他們自己動手拆卸,而不是簡單地在教科書上閱讀螺絲刀和汽車的知識。如果一個孩子把引擎拆開,他們會明白所有的部分是如何一起工作的,他們會明白整體,而不是部分。
我們的傳統教育是告訴孩子電磁感應定律是什麼,然後讓孩子通過左右手定則做練習題,而真正培養創新者的教育,應該反過來:讓孩子理解法拉第到底在探索什麼問題,他觀察到什麼,他是怎樣想問題的,是怎樣提出理論猜想,怎樣做實驗驗證,遇到什麼挫折,又是怎樣找到答案,最後得出電磁感應定律。
也就是說,傳統教育是從知識出發,培養創新者的教育是從探索出發,讓知識作為結果。
我們有多少課堂帶孩子了解過科學定律的發現過程?我們有多少學生知道,胡克是為什麼研究彈簧?伽利略是為什麼研究慣性?如果不知道科學探索背後的思維邏輯,就很難做出未來的創新。可是引領孩子探索知識的發現過程太花時間了,沒有哪個課堂有這樣的耐心。
對比中美教育創新,會發現,我們的基礎教育改革實在是太慢了、太難了,不要說一所像Ad Astra這樣顛覆式創新的學校,就連做一些教材和教學法方面的改革,都舉步維艱。
制度政策先不說,人才培養方面,能夠做“以問題為引導”“探究式教學”設計的老師就十分稀缺;考核方式方面,目前之所以只強調應試,是因為其他教學方式缺乏統一評價標準,給舞弊開了口子;教育出路方面,現在仍然只有高考一條路能導向好的職場發展,缺乏和新興職場發展的鏈接;社會環境方面,現在整個大環境都急功近利,讓父母也充滿焦慮。這些方面都讓真正開創性的教育探索困難重重。
▎致力培養下個時代的革新者
我之所以創辦童行學院,就是希望在中國也能做一些面向下個時代培養創新者的事情。辦學校不容易,我們就辦課外學校。
童行學院採取線上課的方式,給孩子項目制的實踐機會,培養孩子知識、視野、思維,並讓孩子感受並學習科學、人文、藝術背後的思維方法。童行學院的所有課程和引導理念,都是以問題為出發,問題驅動的學習。我們在時空之旅課程裡,帶孩子探訪科學家,回到科學發現的現場,跟科學家一起發現知識。這種“問題驅動——激發好奇——引導思考——培養思維——學習知識”的教學思路,是一種從根本出發的教學方式。
在童行學院的“火星探索”項目制學習營中,有一個環節是讓孩子探索“如何讓火星車減速,安全抵達火星”。我們讓孩子準備一個煮雞蛋,用生活中各種能想到的材料,想辦法讓煮雞蛋從高空中落下而不摔碎。孩子通過動手,再和老師討論,會真正理解火星探索過程中的挑戰,也會對重力/空氣阻力/緩衝等等物理概念充滿好奇,熱情發問。
我們希望有更多同路人參與,我們會積極尋找志同道合的合作者,也希望更多家庭和孩子加入我們。
法拉第定律應用 在 余海峯 David . 物理喵 phycat Facebook 的最讚貼文
【推舊文】方程是永恆:愛因斯坦
今日係圓周率日、白色情人節,同時亦係愛因斯坦生日。
注:感謝讀者Ka Wa Tsang 指正,狹義相對論可以用於非慣性參考系。我曾在另一文章談及這錯誤,但忘了修改此文。在非慣性參考系使用狹義相對論的結果,是會出現不存在的「偽力」,情況如同離心力一樣。
//1879年,愛因斯坦出生於德國南部小鎮烏姆(Ulm)。1880年,他隨家人搬到慕尼黑(München)。與一般印象相反,愛因斯坦小時候因為鮮少說出完整句子,父母曾以為他有學習障礙。
愛因斯坦在慕尼讀中學。他非常討厭德國學校著重背誦的教育方式,課堂上總自己思考問題,不專注聽課,所以經常被老師趕出班房。1894年,愛因斯坦15歲,他父親赫爾曼・愛因斯坦(Hermann Einstein,1847-1902)在慕尼黑的工廠破產,迫使舉家遷往意大利帕維亞(Pavia),留下愛因斯坦在慕尼黑完成中學課程。同年12月,愛因斯坦以精神健康理由讓學校準許他離開,前往帕維亞會合家人。
這次出走改變了愛因斯坦的一生,甚至可說改變了人類文明的科學發展。
愛因斯坦不懂意大利語,不能在帕維亞上學。他早有準備,前往瑞士德語區蘇黎世(Zürich)投考蘇黎世聯邦理工學院(Eidgenössische Technische Hochschule Zürich,通常簡稱ETH Zürich)。結果愛因斯坦數學和物理學都考得優異成績,但其他科目如文學、動物學、政治和法語等等卻全部不合格。
蘇黎世聯邦理工學院給予愛因斯坦一次機會,著他到附近小鎮阿勞(Aarau)去完成中學課程,明年再考。在這段期間,愛因斯坦暫住在斯特・溫特勒教授(Jost Winteler,1846-1929)家中。愛因斯坦很喜歡開明、自由的溫特勒教授一家,利用這一年溫習各科目,更與溫特勒的女兒瑪麗・溫特勒(Marie Winteler,1877-不詳)相戀。
瑞士的教育方式與德國的不相同,並不強調背誦。瑞士學校老師非常鼓勵學生發表意見,不會以權威自居,這一點與討厭權威的愛因斯坦非常合得來。愛因斯坦曾於寄給溫特勒的信中寫道:「對權威不經思索的尊重,是真理的最大敵人。」[1]他稱自己為世界主義者,不喜歡德國日漸升溫的國家主義。溫特勒教授就幫助愛因斯坦放棄德國國籍,愛因斯坦因而成為了無國籍人士,他很喜歡這個「世界公民」身份。
一年後,愛因斯坦再次投考蘇黎世理工學院。物理、數學當然成績優異,其他科目亦合格,愛因斯坦順利被取錄入讀物理學系。然而,他父親卻期望他進入工程學系,將來繼續家族工廠,因此他們大吵了一場。
愛因斯坦大學時繼續他我行我素的性格,經常逃課去上其他科目的課堂,所以都要他的同學們幫他抄筆記,他才知道考試範圍。加上愛因斯坦以刺激權威為樂,教授們都不喜歡這個又煩又懶的學生,不願意幫他寫好的推薦信,所以他畢業後一直找不到工作。
在學時,愛因斯坦與物理系唯一一個女同學米列娃・馬利奇(Mileva Marić,1875-1948)相戀。根據膠囊資料顯示,愛因斯坦與米列娃的書信中曾提到他們有個女兒叫麗瑟爾。不過後來他們就再沒提到她,歷史學家估計麗瑟爾出生不久就死於猩紅熱。愛因斯坦與米列娃在1903年結婚,之後他們生了兩個兒子——大子漢斯和二子愛德華。他們最終在1914年分居,1919年離婚。
愛因斯坦於1900年畢業,取得了教學文憑。可是,由於教授們都不喜歡愛因斯坦,他申請大學職位的申請信全都石沉大海。愛因斯坦非常沮喪,以致他父親於1901年寫信給威廉・奧斯特瓦爾德教授(Wilhelm Ostwald,1853-1932,1909年諾貝爾化學獎得主)請求他聘請愛因斯坦當助手,或者至少寫給愛因斯坦鼓勵說話。當愛因斯坦快要連奶粉錢也不夠的時候,他大學時的舊同學格羅斯曼・馬塞爾(Grossmann Marcell,1878-1936)[2]的岳父以人事關係幫他在瑞士專利局找到了一份二級專利員的工作,愛因斯坦才度過難關。
愛因斯坦喜歡在早上就把所有工作做完,利用整個下午在辦公桌上思考物理問題。一個從學生時代就已令他著迷的問題就是:如果他能夠跑得和光一樣快,會看到什麼?
詹士・馬克士威(James Clerk Maxwell,1831-1879)的電磁學方程組說明光線就是電磁場的波動,而電磁波亦已被亨里希・赫茲(Heinrich Hertz, 1857-1894)的無線電實驗證明存在。科學家認為,既然光是波動,就跟所有其他波動一樣需要傳播媒介:聲波需要粒子、水波需要水份子,而光需要「以太」才能在宇宙直空中傳播。
愛因斯坦於1905年發表狹義相對論。在這之前牛頓的絕對時空觀早已令科學界困擾多年。著名的邁克遜—莫雷實驗結果與牛頓力學速度相加法則相違背[3]。無論地球公轉到軌道的哪個位置,無論實驗儀器轉向哪個方向,光線都相對以太以同樣秒速30萬公里前進,分毫不差。這就好像下雨時無論向哪個方向跑,雨點總是垂直落在我們的頭頂。難道雨點知道我們跑步方向,故意調整落下角度嗎?
光速不變概念非常革命性。因為光速不變,在我們眼中同時發生的兩件事,其他人看起來卻不一定同時。時間與空間有微妙關係,兩者結合在一起成為時空。當年大部分科學家都認為問題必然出在馬克士威電磁方程式,但愛因斯坦卻不這麼想。他認為,我們常識中對「同時」的理解根本有誤。不過,愛因斯坦並非以力學切入這個問題,而是思考一個著名的電磁現象:法拉第電磁感生效應。
法拉第電磁感應定律指出,移動的帶電粒子會同時產生電場與磁場,靜止的帶電粒子則只會產生電場,沒有磁場。但相對論說宇宙並沒有絕對空間,速度只有相對才有意義。而物理現象必須是唯一的,所以我們就有個問題:究竟有沒有磁場存在?把電磁鐵穿過線圈,我們可以做以下三個實驗:
(一)固定電磁鐵,移動線圈;
(二)固定線圈,移動電磁鐵;
(三)固定線圈及電磁鐵,改變磁場強度。
實驗結果:三個實驗之中都有電流通過線圈,而且數值完全一樣!
我們可以從實驗結果得出甚麼結論?基於完全不同的物理過程,實驗(一)與實驗(二)和(三)得到相同的電流。實驗(一)產生電流的是磁場,而實驗(二)和(三)產生電流的卻是改變的磁場所感生的電場。嚴格來說,實驗(一)的結果並非法拉第定律,因為法拉第定律所指的是磁場感生電場。正是這區別令愛因斯坦得到靈感,他在論文中說這個現象顯示無論是電動力學與力學,根本不存在絕對靜止這回事。
愛因斯坦預期相對論會在科學界引起廣泛討論,結果卻是異常安靜。愛因斯坦突然拋棄了物理「常識」,此舉令科學界摸不著頭腦。馬克斯・普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck,1858-1947,1918 年諾貝爾物理奬得主)可能是唯一一個明白相對論重要性的人,他讀到論文後寫過信去問愛因斯坦解釋清楚一些理論細節,更派馬克斯・馮勞厄(Max von Laue,1879-1960,1914 年諾貝爾物理奬得主)去拜訪愛因斯坦。馮勞厄發現愛因斯坦竟然不是大學教授,而是瑞士專利局裡的小職員。回家路上,愛因斯坦送給馮勞厄一支雪茄,馮勞厄嫌品質太差,趁愛因斯坦不為意從橋上把雪茄丟了下去。
愛因斯坦導出那舉世聞名的質能關係方程式E=mc2,解釋了放射性同位素輻射能量來源和太陽能量來源。不過愛因斯坦後來在1921年獲頒的諾貝爾物理學獎並非因為相對論,而是因為他應用普朗克的量子論解釋了光電效應。
愛因斯坦並沒有滿足於狹義相對論。狹義相對論只適用於慣性坐標系,可是宇宙裡絕大部份坐標系都是非慣性的,例如地球就是個加速中的坐標系。愛因斯坦知道必須找出一個新理論去解釋加速坐標系中的運動定律。他幾乎是獨力地與新發展的數學分支「張量分析」在黑暗之中搏鬥了十年之久,最後才於1915年11月完成廣義相對論。我們已經觀賞過的宇宙大爆炸,都遵守廣義相對論的方程式。
愛因斯坦尋找正確的廣義相對論公式期間,米列娃與愛因斯坦的關已經變得非常惡劣,而且愛因斯坦的母親非常不喜歡他倆的婚姻,米列娃她就在1914年帶著兩個孩子離開他們的家柏林,到瑞士去了。與孩子分離使愛因斯坦非常傷心,因為他堅持留在德國做研究。不過,他與後來第二任妻子、表妹愛爾莎・愛因斯坦(Elsa Einstein,1876-1936)[4]的曖昧關係已經一發不可收拾。
我們穿越時間來到了1915年11月底,愛因斯坦就快發現能夠描述整個宇宙的新理論了。狹義相對論裡時空是平的,並且所有慣性坐標系都是等價的。廣義相對論描述的是更廣泛的彎曲時空,它能描述所有坐標系。只要指定一套時空度規、給定能量與物質密度分佈,就能夠計算出時空曲率如何隨時間改變。相對論大師約翰・惠勒(John Archibald Wheeler,1911-2008)曾說:「時空告訴物質如何運動;物質告訴時空如何彎曲。」[5]
狹義相對論改正了以往區分時間與空間的常識,而廣義相對論則把萬有引力描述成時空曲率,連光線也會被重力場彎曲,再次顛覆了常識。我們只需要把一組十式的愛因斯坦場方程式配合相應時空度規,任何宇宙的過去與未來都能夠計算出來。
當然很多人質疑廣義相對論的正確性,因為科學理論必須接受實驗驗證。終於在1919年,英國天文學家亞瑟・愛丁頓(Sir Arthur Stanley Eddington, 1882-1944)來到西非畿內亞灣普林要比島(Principe)以日全食觀測結果驗證了廣義相對論。1919年5月29日早晨,下著傾盆大雨。幸好到了下午1時30分雨停了,不過還有雲。愛丁頓努力拍攝了許多照片,希望能夠拍到太陽附近的星光偏折。最後結果出來了:在拍得的照片中,有一張與愛因斯坦的預測數值吻合。其實在科學裡,一個證據並不足以支持一個理論,但愛丁頓是個廣義相對論狂熱擁護者,他立即對外公佈廣義相對論已經被證實了。
廣義相對論場方程式顯示,宇宙若不是正在收縮就是正在膨脹。我們已經知道,當年愛因斯坦認為宇宙永遠存在,因此他在場方程式裡加入了宇宙常數,用來抵消重力,使宇宙變得平衡,不會擴張也不會收縮。但這樣的宇宙極不穩定,只要非常細微的擾動,宇宙就會膨脹或收縮。就好像把一個保齡球放在筆尖上,理論上保齡球可以停在筆尖上,但只要一點點風就能使保齡球滾下來。
不過,這個常被人說成是愛因斯坦一生最大錯誤的宇宙常數,其實的確存在。錯有錯著,歷史再次證明愛因斯坦正確,儘管這並非愛因斯坦的原意。1929年,愛德溫・哈勃(Edwin Hubble,1889-1953)發現星系正在遠離地球,而且越遙遠的星系後退的速度就越快。這只能有兩個解釋:要麼地球是宇宙的中心、要麼宇宙正在膨脹。當愛因斯坦知道哈勃的發現後,他後悔在廣義相對論方程式裡加入了人為的宇宙常數[6]。
今天,科學家已經發現宇宙不單正在膨脹,而且膨脹正在加速。暗能量、或者宇宙常數,因而在上世紀末重新復活。一個正在加速膨脹的宇宙,比一個靜止的宇宙需要更巨大的宇宙常數。而且事實上,即使有宇宙常數,宇宙亦不可能靜止。
愛因斯坦在第二次世界大戰時,因為擔心納粹德國會製造出原子彈,所以他曾寫信致羅斯福總統要求美國搶先研究製造原子彈。到戰後才發現,當時的德國根本無法造出原子彈,因為大多數的科學家已經被希特拉趕走了。那天早上,當愛因斯坦聽到原子彈已經把日本廣島夷為平地,他就呆坐在家,久久未能平復心情。從此以後,愛因斯坦極力主張廢除核武,導致他被50年代著名的FBI胡佛探長(John Edgar Hoover,1895-1972)認為他是共產黨間諜。理所當然,胡佛始終無法找到任何證據捉拿愛因斯坦。
愛因斯坦因以普朗克的光量子概念解釋了光電效應而獲得1921年諾貝爾物理獎。光電效應論文證明了光同時是波動和粒子,稱為光的波粒二象性,是量子力學的基本原理。不過,儘管量子力學和廣義相對論的所有預測都未曾出錯,兩者卻互不相容。現在的科學家十分清楚:要不是量子力學是錯的、或廣義相對論是錯的、或兩者都是錯的。
愛因斯坦於1923年7月11號在瑞典哥德堡舉行的Nordic Assembly of Naturalists會講上講了他的諾貝爾獎講座。雖然他得到的是1921年諾貝爾獎,可是因為諾貝爾奬委員會認為在1921年的提名名單中沒有人能夠得獎,跟據規則該年度之獎項順延至下一年頒發,所以愛因斯坦實際於1922年得到1921年的諾貝爾獎。而由於在1922年諾貝爾獎頒獎典禮舉行時愛因斯坦正在遠東旅行,直到1923年愛因斯坦才在哥德堡講出他的諾貝爾奬講座。順帶一提,愛因斯坦獲頒諾貝爾獎不久之前,他正在香港。
愛因斯坦雖然有份為量子力學打下基礎,後來卻變得不相信量子力學,例如他與兩個物理學家共同提出的愛因斯坦—波多爾斯基—羅森悖論[7]就是為了推翻量子力學的。可是,科學家後來發現愛因斯坦—波多爾斯基—羅森悖論的假設「局域性」是錯的。廣義相對論認為宇宙是「局域」的,只有無限接近的兩個點才能有因果關係,因此推翻了牛頓重力理論中的「超距作用」。但量子力學卻說,兩個相距非常遠的粒子也能夠互相影響,因此量子力學與廣義相對論的假設是不相容的。
愛因斯坦一生都在尋找量子力學的錯處,結果是一個都找不到。他晚年一直在研究統一場論,希望統一電磁力和重力。不過,在他死前,人類並不知道除電磁力和重力以外還有強核力和弱核力。所以愛因斯坦根本沒有足夠的資訊去進行統一場論的研究,歷史注定要他失敗。
愛因斯坦一生對金錢、物質、名譽等不感興趣,他喜愛的東西大概可說只有物理和女人。他希望找出大自然的終極奧秘,並以優美、永恆不變的數學方程式表達出來。愛因斯坦覺得「政治只是一時,方程式卻是永恆。」[8]愛因斯坦聲稱自己並不擅長政治,但他在一生中卻經常對種族平等、世界和平等政治大議題作公開演講。因此他也引來許多人對他的政治立場表達不滿。
當以色列的第一任總統哈伊姆・魏茲曼(Chaim Azriel Weizmann,1874-1952)於1952年逝世時,以色列官方曾邀請愛因斯坦擔任第二任總統。最後,愛因斯坦寫了一封回信感謝並婉拒。
1955年4月18號,愛因斯坦在撰寫祝賀以色列建國七週年的講稿中途逝世。他生前堅拒以人工方法勉強延長生命,他說:「當我想要離去的時候請讓我離去,一味地延長生命是毫無意義的。我已經完成了我該做的。現在是該離去的時候了,我要優雅地離去。」//
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【新文章】「你怎麼知道?」
【更新:東森新聞沒有更改錯誤,反而已刪除該貼文,非常不負責任。】【感謝讀者 Hung Tze 提供截圖】
台灣 東森新聞 轉載了一段影片,片段中是一個風扇加兩塊磁石,風扇在動。有讀者指出,兩塊磁石這樣放根本不可能發電,然後東森新聞專頁編輯就回:「你怎麼知道?」
我暫且不談台灣的新聞媒體的科學素養(香港也不遑多讓)、不談記者的報導質素(我甚至不清楚到底臉書編輯算不算記者)、也不多談(下面還是會說一說)永動機為什麼不可能。我要討論的是,那句:「你怎麼知道?」
先來物理知識。風扇其實就是摩打,如果拆開來看就會發現是個繞著磁石的金屬線圈。電流通過,線圈就會轉動,再在前面加裝幾塊扇葉,就成了風扇。提供電流予風扇的,可以是電池(俗稱乾電,即直流電),也可以是來自牆身的那種電(俗稱濕電,即交流電)。使用直流電和交流電的風扇,線圈構造必須有分別,要不然就必須加裝轉換器把交流電轉成直流電,不過這樣做會浪費掉一部分能源。
依據影片,拍攝者聲稱是那兩條電線加上兩塊磁石就令風扇轉動。這令人聯想起電磁感生定律。電磁感生是法拉第發現的效應,因此也稱為法拉第定律。簡單地說,可以用(出自香港高登討論區)那句潮句總結:磁通量改變。換句話說,如果電線上的磁場有所改變,電線裡就會產生電流。而要令磁場有所改變,要不是移動電線,就是移動磁石(第三種方法:也可改變磁場強度)。
問題是這種移動必須是持續的。影片中,當電線移動至磁石中間,就沒有再移動了。根據法拉第定律,磁通量維持不變,電流歸零。這就說明如果那電線和磁石是風扇電力的唯一來源,風扇理應停止轉動,故此影片造假。另一個可能性是,那電線和磁石並非風扇電力的唯一來源,不過這就等於說影片根本就是假的。
這就是為什麼有讀者指出影片不可能是真的。這在香港、歐美等地都是高中程度的物理學,我不清楚台灣的教育,不過也應相差不遠。東森新聞專頁編輯的物理程度,我也不去猜想,畢竟我自己也有在經營專頁。問題是,東森編輯回應的那句:「你怎麼知道?」
我相信,如果其他讀者問:「你怎麼知道?」,反應會完全不同。沒有讀過法拉第定律的人問這問題,證明他有心學習,勤奮上進,我相信其他人也會很樂意回答這個物理問題。
可是,東森編輯本人正是貼出影片的人。除非他是以發問方式請求協助(他不是),他有責任在貼出影片前了解其內容。如果他沒有相關物理背景,他應該首先諮詢物理學家或物理老師,理解背後牽涉的物理原理後,才貼出報導。不過,如果他有理解過上述物理原理,他就應該知道影片是造假的,作為新聞從業員他就不應該貼出來。可是,他最終選擇了不知不解地貼出來,再嗆指出錯誤的讀者:「你怎麼知道?」
自古希臘時代,科學家用理性邏輯去理解世界,已經兩千五百年了。只是法拉第定律也有兩百年歷史了,即使沒有相關背景知識,隨手抓個理科學生問一問,亦應該相當可能得到解答。況且這是個知識垂手可得的年代,即使維基百科不能當做資料來源,其上面寫的簡單科學質素還是可以的。可惜的是,東森偏偏選擇了不求甚解,為求呃like,再嗆讀者:「你怎麼知道?」
對於東森這個「你怎麼知道?」,以上就是作為簡淺程度的回答。至於比較深刻的回答就是熱力學第一、二定律的應用。根據這兩條定律,任何機械運作時皆會生熱,「熱」是物理學裡專有名詞,指不可被完全重用的能量。使用簡單數學就可以證明,熱力學定律告訴我們,即使在沒有摩擦力或空氣阻力的情況下,任何機器的效率都有個小於100%的上限。換句話說,永動機永遠不可能在我們的宇宙中存在。再簡單一點說,像影片中那樣,完全自給自足的風扇系統,是不可能存在的。
不懂,就要發問,無論我們身份是什麼。即是如我擁有物理學博士學位、身為大學講師,我在物理學、科學上也有非常多不懂的地方。而當我在專頁上發言時,我不會討論一些我自己不明白的東西;有時候,我不小心寫錯東西,有讀者指出問題,我也會立刻修改。這是作為學者的責任。在某些我不在行的領域,我的讀者可能才是專家。
令我百思不解的是,東森作為新聞從業員,為什麼會認為他們的讀者都跟自己一樣是理科盲?我假設新聞界的入行條件並非理科,而是傳播學系之類文科專科吧?東森這次嗆人「你怎麼知道?」就有如我這個文學盲亂貼詩詞,說《靜夜思》是周杰倫寫的,然後有讀者指出「這不可能」之後嗆他們「你怎麼知道?」
不知道,從來不是問題。發問是進步的來源。我敢保證,學者說得最多的一句話就是「我不知道」。東森新聞,你怎麼知道,你的讀者不比你有知識?
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有什麼應用呢
自己目前想到的有發電機和電磁爐
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