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万象有法,物理本色——访物理学院穆良柱老师(四)

guo  2015.05.20   名师名课   评论关闭 总浏览数:2,608

四、物理与生活:洞察一切的科学智慧

记者:您在前面提到,科学的方法其实适用于任何问题。您自己学习、研究物理多年,觉得科学对您的日常生活有影响吗?

穆老师:我看到过一个很好玩的例子,科学地谈恋爱。我一直以为谈恋爱这种事情跟科学没什么关系。一个TEDtechnology engineer design)视频里面讲了一个叫Amy Web的人如何找到现在的爱人。她是犹太人,在选择婚姻对象时比一般人更挑剔一点,以前别人介绍了很多都不成功。她就尝试使用科学方法来寻找爱人。她生活在一个大约150万人口的城市里,她按她对爱人的基本要求算了一下概率,发现这么多人之中只有大约35个人是适合自己的。如何才能找到这35个人?她设计了一个简便快捷的方法,在征婚网站积累的大量资料中检索匹配自己的人选。她设定了一些描述的物理量,最终得出一个加权平均的分数,超过一定分数的人才符合要求。她挑出了一个人,觉得这个人非常适合自己,可惜那个人不喜欢她。于是她又改变策略,设定了有可能喜欢自己的人的指标,最后挑到的那个人只谈了一次,双方就觉得特别合适,半年以后就结婚了。

这个故事虽然是个案,但有普遍的启发意义。科学的方法是人类经过几千年检验,尝试过各种各样的思维方法以后,找到的最有效的处理问题的方法。

记者:那我就问您一个大家都非常关心、关注的问题。这两年,华北特别是北京的雾霾问题十分严重。这肯定跟污染有关,但我觉得污染未必是根本原因,因为在不断治理之下,这两年污染不应该比前几年更严重。我怀疑跟整体气候变化有关,但没可靠的模型与数据。您教热学,对大气模型很熟悉,您同意我的看法吗?

穆老师:可以通过一个有趣的实验来看是否可以对这个问题给出一点理解。矿泉水瓶里的水喝完了,里面还有小水滴,是水与水蒸气共存的状态。把瓶子拧紧,然后挤压一下再松开,里面的气体绝热膨胀,水蒸气的温度会降低,会有更多小液滴出现,所以应该会出现白色的云雾。但一捏一松,瓶子里并不会出现可见的云雾。不过如果在瓶子里面吹进一点香烟燃烧产生的微小颗粒,再捏再松开,雾一下就出现了,这是因为微小颗粒充当了凝结核的作用。通过这个实验可以类比一下目前的雾霾,我觉得应该是污染颗粒和水蒸气含量增多共同导致雾霾现象更严重了,而水蒸气含量增加则和气候变暖有关系。

物理学院大气科学系有老师分析了观测数据,发现自上世纪70年代以来,中国地区零温层高度上升了约200米。但是他们没有给出高度上升的解释,正好我讲课讲到绝热大气模型,我就想算一下看能不能给出解释。定性上来看这个问题比较简单,因为全球气候变暖,地面温度上升,自然大气零温层也会上升,但简单计算就可以知道地面温度的升高不足以解释零温层200的高度变化。我们后来发现,空气里不同组分的变化也会影响零温层,而空气主要成分能发生明显变化的只有水蒸气,于是我就加进水蒸气的影响重新计算,结果发现考虑水蒸气增加可以更好的解释零温层高度的增加。水蒸气增加应该还会产生其它气候现象,比如这几年暴雨等极端天气也明显增多。

当然这些认知仅仅是从物理简化模型给出的一点认知,并不能系统的回答您提出的这个问题。

记者:气候变暖是全球性的,为什么就华北地区雾霾那么严重呢?

穆老师:不止中国华北地区雾霾严重,就连靠近赤道的印度也是这样。印度靠近海洋,水蒸气多,也存在类似的问题。前几天他们搞阅兵式,天空里连飞机都看不到,只有模模糊糊的影子。别的地方也有水蒸气增加的问题,但如果污染物少一些,雾霾可能就没我们这么严重。

记者:最后能请您谈谈物理对您人生态度的影响吗?

穆老师:物理学带给我很多快乐和成就感。通过对物理研究过程的认识和实践,我了解了人的认知规律,对物理学家在探索过程中永不言败的积极乐观主义精神我感同身受,并能更好地理解自然现象、社会现象,对自己的认知也越来越清晰。

记者:好的,多谢穆老师!

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采访记者:郭九苓,徐韫琪,边旭

采访时间:2015128日,上午9001220

录音整理:徐韫琪,边旭

文字编辑:王晨晨,缴蕊,郭九苓

定稿时间:201544日,经穆良柱老师审定。


名师简介

穆良柱,男,1978年生,江苏盱眙人。北京大学物理学院副教授、博士,主要从事普通物理教学工作,现研究方向为量子信息。

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