少年物理学家养成记

张兴华

物理学是用最基本、最普遍的规律或原理来描述客观世界的学科。大自然是复杂而美丽的，物理学家在试图理解它的时候，首先把那些分散注意力的因素去掉，将物理世界吸引我们注意力的那部分描述出来，这样的理论通常具有普适性（普遍适用于同类对象或事物的观念、制度和规律）。

例如，英国物理学家麦克斯韦将所有经典电磁理论归纳为4个简单的方程，用这套方程组可以理解发电、磁铁、化学元素的结合等现象，也可以利用这些原理来做无线电和光的通信。

我是如何喜欢上物理学的呢？现在回想起来，应该是我从小就对很多事物都感兴趣、充满好奇心。

小时候，我看到人类登陆月球的照片和电视上月球的天空是黑色的，我问爸爸、妈妈为什么月亮上总是黑天呢？爸爸、妈妈说，因为月亮上没有空气。但是，蓝天、白云和水为什么有这么丰富的颜色？为什么像金属这样导电的物体会有光泽，而有颜色的东西没那么有光泽，透明物体又基本上都是绝缘的呢？

后来通过学习，我才知道，这些是光和物质的相互作用，也是物理学最关注的内容。在《光学》课上我了解到瑞利散射，即光与空气分子发生了散射。太阳光像一群小球与空气中的分子不断发生碰撞，改变了传播方向，因而，我们在各个角度看到的都是明亮的天空。如果没有空气中的分子把光碰撞得到处都是，我们看到的还是黑色的天空。

物理学是有胸怀的学科，生活中每一个有趣的现象和问题都是值得被尊重和关注的，不存在“纯粹的物理学”和“某些高尚的物理学”。

物理学家爱因斯坦带给人类的不仅仅是相对论，他从身边有趣的现象出发建立了布朗运动的理论。1827年，苏格兰植物学家罗伯特·布朗发现水中的花粉会不停地做不规则的曲线运动，即布朗运动。起初，有些人认为，花粉做布朗运动是因为它们是活的物质，也有人认为是热或电等外界因素引起的。1905年，爱因斯坦指出，花粉的布朗运动是由无规则运动的分子的碰撞导致的随机运动，并给出了著名的“爱因斯坦关系”。1908年，法国物理学家佩兰通过实驗验证了爱因斯坦的理论。此后，科学界才认识到，分子是真实存在的。

由此可见，物理学就在我们身边，在每个让我们痴迷的现象中。

如何成为一名物理学家呢？也许有些青少年朋友担心自己不适合做科研，认为做科研太难了。但是，我想跟青少年朋友说，在对未知世界的探索中，我们都保持着谦卑，用自己现有的力量去搏斗大的“对手”。

热爱物理能让我们拥有一双注视世界的眼睛和一颗热爱生活的心。只要对身边的事物充满兴趣，保持探索世界的好奇心，不要放过发生在身边的有趣问题，收集每一次解决问题的灵感，乐于向朋友们分享自己的成果，你就是一位少年物理学家了！

花粉的布朗运动不是活的物质的运动，那么由很多活性的物质构成的系统是什么样子的呢？这个领域就是物理学的前沿之一：活性物质。飞翔的鸟群、水里的鱼群、拥挤的人群都是典型的活性物质。

有朋友会问：“这些还是物理学吗？”当然是。2021年诺贝尔物理学奖获得者意大利物理学家帕里西就是研究椋（liáng）鸟群飞行集体行为的专家。他的实验课题包括：鸟群怎么一起转向而又不相互碰撞，鸟群的速度和加速度是如何分配的等等。

如果你也对身边的这些现象感兴趣，不妨先好好学习基础的物理学知识，将来才有机会去看更丰富、迷人的世界。

（责任编辑 / 高琳  美术编辑 / 周游）