“進階版”科學實驗搬進太空

距去年底舉辦的“太空授課”僅3個月，我們又迎來了天和核心艙的第二次“太空授課”。首次太空授課結束后，不少同學反映太空課堂的實驗現象很神奇，但原理有些簡單，希望看到更深刻的內容，這也從側面表明公眾科學素養在大幅提升。第二次太空授課可以說是進階版，與中學物理課程中的科學實驗更為貼近，也更能體現科學思路。

圖為神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富進行“天宮課堂”第二課授課。（視覺中國供圖）

在第二次太空授課的多個實驗中，最能說明這一點的就是平拋實驗。該實驗看似沒有什么難度，只是輕輕向前扔個東西，具備一定物理基礎知識的同學應該都能判斷出在微重力環境下，物體肯定是緩緩向前飛行的，唯一不同的就是被拋出的冰墩墩是不規則物體，會繞著質心轉動。

學過中學物理的朋友應該記得研究運動的起點是牛頓第一定律，即慣性定律——一切物體在不受外力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。這個考試必考的知識點，可以說是貫穿了整個物理課程學習始終。不過如此重要的知識點，你是否還記得物理老師是怎么講的？幾乎所有的物理老師都是讓同學們想象有一個小球，在不受力的情況下會沿著一條直線一直勻速運動下去。物理可是需要實驗作為基礎來支持的，但這么重要的牛頓第一定律竟然要靠我們想象！這是因為牛頓描述的這種理想狀態在現實里壓根不存在，因為不受力的物體是不存在的，所以這不是實驗得到的定律。即便是太空授課中的平拋實驗，也只是模擬了牛頓第一定律的現象而非牛頓第一定律本身。估計全國的中學物理老師都會收藏并反復為學生播放這個實驗視頻，因為它已經比“想象”真實太多了，在物理現象的驗證方面邁出了巨大的一步。

科學研究的意義和價值也恰恰就在這里，根據科學原理設計實驗環境和預設條件，進行可靠的研究才能收獲靠譜的數據，支持我們進一步向前研究。

再看另外幾個實驗，其中的關鍵就顯現出來了。空間站環境最大特點就是微重力。雖然重力可以說是我們現在生存的基礎，但從科學研究角度來說，在地面上重力是一個怎么也消除不了的干擾項。油水分離和液橋實驗都能讓人直接感受到微重力環境中物質在微觀尺度上的變化。而從無水醋酸鈉結晶實驗中，我們能看到一種材料的微觀結構是怎么形成和變化的。區分隕鐵和地球上的鐵，科學家靠的就是分析結晶方式，重力是其中的關鍵變量。那么進一步講，原則上對于所有材料的微觀結構，我們都可以通過微重力環境進行分析和測量，無容器材料實驗柜承擔的就是這項工作。從更宏觀的意義上講，這些實驗數據是構建現代文明的基礎，沒有扎實的數據，一切都等于是在沙灘上蓋房子。

對于基礎研究而言，極端環境、大裝置、自主知識產權等都是我們必須要牢牢掌握在自己手中的。曾有人這樣總結：中國載人航天工程的每一個任務都是重大的技術突破，沒有任何兩次任務是重復的，實現之后立即攻克更難的下一步，一步一個腳印地獨立自主發展！

（作者系中國科技館《榕哥烙科》科學脫口秀主持人）

標簽： 太空授課 牛頓第一定律 可以說是