中科院曹則賢抖音直播科普物質(zhì)的形態(tài) 超35萬人在線學(xué)習(xí)

“學(xué)物理，從理解物質(zhì)開始。”在中科院打造的《科學(xué)公開課》抖音系列直播中，中國(guó)科學(xué)院曹則賢為大家分享了物理的第一課——物質(zhì)的形態(tài)。曹則賢是中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員，主要從事物理學(xué)方面的研究。

在2月10日和2月12日兩晚的抖音直播中，曹則賢從宇宙歷史最原初的形態(tài)開始，觀察世界從高溫變?yōu)榈蜏氐倪^程中產(chǎn)生的不同物質(zhì)形態(tài)，讓大家明白世界是一個(gè)實(shí)在的物質(zhì)世界，而物理學(xué)是關(guān)于物質(zhì)世界的構(gòu)成和運(yùn)行機(jī)理的科學(xué)。兩場(chǎng)直播，累計(jì)吸引了超過35萬人在線觀看。

曹則賢表示，從物質(zhì)的角度來說，在一個(gè)特定的場(chǎng)景中，常常可以觀察到多種物質(zhì)形態(tài)。比如在噴發(fā)的火山口可以見到物質(zhì)處于等離子體態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)（熔巖）和固態(tài)（巖石）；如果火山是在海底，還可能見到處于超臨界態(tài)的水。他介紹道，宇宙起源于一次大爆炸，奇點(diǎn)爆炸三分鐘后出現(xiàn)質(zhì)子和中子，高能狀態(tài)下產(chǎn)生了最輕的元素——?dú)洌缓蟛砰_始復(fù)雜的物質(zhì)世界。

溫度如果再低一點(diǎn)，就來到了等離子體狀態(tài)，即原子核失去電子的狀態(tài)。在廣袤的宇宙當(dāng)中，物質(zhì)主要是以這種狀態(tài)存在的，天上的閃電、街上的霓虹燈都與等離子體有關(guān)。曹則賢介紹，帶電體尖端放電、高壓擊穿空氣、高能量束擊中物體等方式都會(huì)使得中性物質(zhì)里的電子脫離出來，從而產(chǎn)生等離子體。

等離子對(duì)于物理研究和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的作用很大，它可用于太陽(yáng)能電池加工制造、激光武器升級(jí)，甚至醫(yī)療中的殺菌消菌等。德國(guó)科學(xué)家倫琴通過實(shí)驗(yàn)研究等離子體發(fā)現(xiàn)陰極射線和X射線獲首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，給含稀薄氣體的玻璃管通電后放上玻璃棱鏡研究氫氣發(fā)出的光，從中找出規(guī)律，開啟了量子力學(xué)的新時(shí)代。

超臨界態(tài)是一種奇妙的物質(zhì)狀態(tài)。它既具有氣態(tài)物質(zhì)能充滿整個(gè)空間的特性，又可以像液態(tài)物質(zhì)一樣能溶解其他物質(zhì)，而且具有很強(qiáng)的溶解能力。氣態(tài)是我們生活中最常見的物質(zhì)狀態(tài)之一。曹則賢利用馬德堡半球?qū)嶒?yàn)告訴大家，揮動(dòng)手掌感受不到空氣，但實(shí)際上空氣“力氣”很大，如何將氣體收集起來壓縮在瓶罐中是考驗(yàn)每個(gè)國(guó)家科技水平的難題。

談到氣體的作用，曹則賢介紹：一方面，氣體的體積變化容易觀測(cè)到，對(duì)熱力學(xué)及物質(zhì)科學(xué)做出了極大貢獻(xiàn)；另一方面，我們研究氣體的性質(zhì)，可利用風(fēng)洞研究飛機(jī)、高鐵等物體在氣體里運(yùn)動(dòng)、飛行的性質(zhì)，所以應(yīng)用意義巨大。

氣體加壓冷卻后又變成液體，使得原子或分子的活動(dòng)范圍等于分子之間的平均間距。在直播中，曹則賢介紹，有的液體體積、溫度變化適中、可以觀察，用作溫度計(jì)；液滴在固體面的形狀取決于液體與固體之間的界面能和液體的表面能之間的大小；不同溫度的水分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)不同，味道也不同。同時(shí)，液體的流動(dòng)是復(fù)雜的行為，能產(chǎn)生令人驚異的花樣，如卡門渦街、水滴落下的形狀、吹出的泡泡等。人們從“泡泡”中獲得啟發(fā)，可制作出泡沫物質(zhì)以便隔熱、防撞、用金屬制作泡沫減少翻車事故。

比液體更冷一點(diǎn)、強(qiáng)度更大一點(diǎn)的是固體。固體有剛性，有較固定的微觀結(jié)構(gòu)和外觀，原子位移很小。直播中，曹則賢形象地區(qū)分了固體中的晶體與非晶體，“若原子、分子排得特別整齊，像閱兵時(shí)的解放軍戰(zhàn)士，叫晶體；若像群眾游行，看起來有序，實(shí)則無序，就叫非晶體。”甚至同一種物質(zhì)，原子排列順序不一，看到的物質(zhì)也不一，如石墨和金剛石都是碳原子構(gòu)成的，但作用卻千差萬別。

除了固體以外，固體、液體、氣體還有各種不同狀態(tài)混合的復(fù)雜體系。直播最后，曹則賢還分享了物質(zhì)科學(xué)的一些新奇進(jìn)展：比如，現(xiàn)在出現(xiàn)了要用量子力學(xué)理論研究的量子物質(zhì)，如金屬氫和液氦；正電子、負(fù)質(zhì)子等反物質(zhì)與正物質(zhì)相遇會(huì)發(fā)生爆炸并產(chǎn)生巨大能量等。然而，各種物質(zhì)在研究的過程中都有光，“光是不是物質(zhì)”這一命題目前暫無定論。

“同學(xué)們，要想學(xué)好物理，有一個(gè)最基本的竅門，就是從理解物質(zhì)開始。家里的面團(tuán)、油、鹽、米、醋、桌子、凳子、椅子這些東西都是實(shí)實(shí)在在的物質(zhì)，當(dāng)你能夠?qū)@些物質(zhì)有確切的了解，能夠講清楚其中的道理的話，你的物理水平就差不多了。”曹則賢告訴大家，在以后的研究中都要保持一只眼睛盯在物質(zhì)上，這樣理論不會(huì)過于荒唐。

據(jù)了解，“物理第一課——物質(zhì)的形態(tài)”是中科院《科學(xué)公開課》系列直播中的一期。在下期節(jié)目里，中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張偉將為大家講述，如何在空間站里開展有趣的太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)，以及這些研究都取得了什么樣的成果。

該節(jié)目于1月25日起，每周二、四、六晚8點(diǎn)在抖音直播，其精彩內(nèi)容還將以頻道合集形式納入抖音青少年模式，激發(fā)更多青少年學(xué)習(xí)興趣。據(jù)了解，在寒假期間，抖音還發(fā)起"寒假充電計(jì)劃"，該活動(dòng)聚合了故宮知識(shí)課堂、中科院《科學(xué)公開課》、北大等名校公開課、知識(shí)合集等寶藏內(nèi)容。用戶在抖音搜索"寒假充電"即可看到活動(dòng)頁(yè)面，瀏覽和收藏感興趣的知識(shí)內(nèi)容，預(yù)約直播。