一堂太空课与一个新世界

新华网北京6月20日电（记者姬少亭 许晓青）老师在距离学生300公里的太空中，课堂人数超过6000万人，相当于法国人口数量，这个世界上最大的课堂出现在人类航天时代的最开端。

　　在作品中动辄纵横数万光年的科幻作家刘慈欣说：“这堂课最伟大的地方不在于简单展示了几个知识点，而是像一支画笔一样，为孩子描述了一个与地球重力世界不同的太空世界。”

　　刘慈欣守在电视机前认真上完了这堂近一个小时的太空物理课，与此同时，他的女儿也在山西一所中学的课堂里，成为了爸爸的“同学”。

　　五个实验展示了足够震撼的新世界

　　“课堂展示了另一个世界，物理规律与地面一样，但因为失去了重力，这个世界的运行方式与地面是完全不同的。它会很大地启发和开阔孩子们的思想、视野。”刘慈欣认为，那是一个新世界，虽然在图像上看来很狭窄，但完全不同于日常状态，对学生们来说，已经足够震撼。

　　37岁的上海延安初级中学物理教师解进和初二年级一个班的30多名学生一起观看了直播。在直播过程中，解老师没有插话讲解，而是让孩子们自己去体会。

　　谢老师说，这堂课包含的几个实验超过了数十个教学，“耳听为虚、眼见为实”，普通教师很难在地球上创造相同环境。实验的核心问题是比较地球和太空两个环境下“有重力”和“无重力”的不同。

　　第一个实验其实是区别质量和重量。平时称量体重，测得的重量并不是质量。而王亚平操作的仪器测得的是聂海胜撞向一个平面时的速度，仪器又记录下了时间，因此仪器根据V＝AT计算出了聂海胜的加速度，再根据已知的太空秤的弹簧回复力，根据F＝MA，最终可以精确计算出聂海胜的质量。

　　中国科技馆的副研究员赵洋说，这个实验利用了牛顿第二定律，而这个定律在太空中有很强的应用性。这位中国科学院科学技术史博士举例说，美国有一次航天器对接时，需要对接力度恰到好处，这两个航天器质量一致，又可以控制速度，力度得到了很好的控制。

　　第二个单摆实验，也与地心引力有关。谢老师说，在地球上的课本教学中，教给孩子们的是，小球的机械能等于动能加势能，小球在单摆运动时，动能和势能可以相互转换，但太空中就不一样了，小球只受到了王亚平给出的初始动能，不能摆起，因为势能不存在。同样因为上下左右的概念不存在，小球呈现的圆周运动，其实是在太空中任何一个平面上的圆周运动。

第三个陀螺实验，是所有实验中，受到重力影响最小的一个，高速旋转的陀螺在太空受到外界其他力的干扰几乎为零，因此在初始状态下，陀螺可以始终指向指定的方向，起到导航作用。

　　赵洋说，这里面包含了角动量守恒原理，实际应用已经有很多，例如很多通信卫星，为保证天线对准地面，就通过陀螺高速自转达到稳定。

　　最令赵洋惊喜的实验是第四个水膜实验，他说他猜到了大部分实验，而亲眼看到水膜变水球的情景令他感到很奇妙。“就像是升维，从二维水膜逐渐变成了三维水球。”

　　谢老师认为，从表面看是水的张力问题，其实也是重力问题，太空不受重力影响，“水膜自然就HOLD住了！”谢老师说。

　　中国科学院理论物理学家李淼提到，水的受力主要是无数个水分子之间的引力，向水膜不断注水，形成的是水球，由于张力，水的表面积有很多能量，在体积一定的情况下，会尽量使表面积最小，而球面的表面积最小。

　　第五个是水球实验。地球上，在不同的水的深度，物体受到的压力不同，气泡受到的压力上小下大，因而自然向上。太空中的气泡在水中受力是均匀的，除非有外力干扰，气泡会安静地呆在水球中。

　　赵洋说，太空旅行时会用到液体燃料，了解气泡在液体中的状态，会非常有助于消除气泡，保证燃料在管道中的顺畅运行。

　　在解释对水球进行染色时，李淼提到了扩散原理，因为没有重力，染料没有固定去向，向四面八方均匀扩散。谢老师说，亚平老师希望告诉小朋友，在太空实验中进行材料融合实验，得到的合成材料的分子、原子分布均匀度高于在地球上的情形，“这样的太空材料技术今后是否能得到广泛应用，从而为人类制造出更多高品质合成材料，是非常有趣而有悬念的”。

　　解老师说，这些实验当中，有关“质量和重量的区别”、“小球的机械能”、“水的张力”的大致知识，在上海初中的物理课和科学课上都会讲到，但学生们学习有关F＝MA、V＝AT等公式，学会计算水的压强等，还要到高中阶段。

　　中国梦有一部分要放到太空去做

　　“小时候看到的东西会对人生有很大影响。”赵洋说，他小时候特别喜欢看有关太空的电视节目，连新闻都不放过，看过后还会反复回味，后来，他就报考了北京航空航天大学，继而去中科院继续读博士。

作为航天迷、太空迷和科幻迷，赵洋称神十升空、太空授课为太空迷的节日，正在“过节”的他说，太空是一个非常好的实验场所，“天然的微重力、很高的真空度以及无处不在的辐射，这三个条件都是很好的实验条件”。

　　他说：“中国梦，有一部分是要放到太空中去做的。”

　　“历史上经济和科技发达的大国，全都有自己太空梦，他们或是建成了人类的第一个空间站，或是把人类送到了外星，有很多科学定律都是以他们的名字命名的，但以中国人名字命名的却很少。未来，很多未知都会来自太空，人类要向太空要知识、要资源。”

　　李淼说，他正在参与的引力波测量实验，就非常适合在太空做。他解释说，万有引力也有波，跟电磁波类似，但是还没有被直接测量到，而仅仅间接观测到其效应。

　　作为理论物理学家，他还很想在太空中进一步验证爱因斯坦的广义相对论，用精密仪器测量时钟是否会变快，以及陀螺运动的变化。作为科幻作家，他甚至希望到黑洞边上去做实验，看看根据相对论，人会不会变得更年轻。

　　李淼预测，未来，中国会在距离地球150万公里的第二拉格朗日点做实验，也会利用卫星来观测宇宙微波背景辐射，研究宇宙最深处的秘密。

　　赵洋说，真正的太空科学实验和演示实验是有区别的，王亚平的实验看似非常简单，却“触及了宇宙的本质”。

　　未来太空学校将开启宇宙新文化

　　王亚平展示的牛顿第二定律让赵洋想起了刘慈欣的短篇科幻《乡村教师》。一位一无所有的老师在贫穷的山沟里执著地教孩子们学习牛顿三定律。

　　刘慈欣说，他之所以在小说中选择牛顿三定律，是因为在牛顿之前，人们认为天上和地下的规律是不同的，而牛顿用简洁得不能再简洁的三个定律，展现了从苹果落地到天体运行的宇宙规律，尽管后来的物理学证明，它还是很浅的东西，但当人类知道了宇宙在按照相同的规律运行时，人类文明就产生了一个质的飞跃，脱离了文明的最底线。

　　在小说中，那位老师的学生，在入侵的强大外星文明面前表现出对三定律的理解，从而拯救了地球文明。

对于这次太空授课，作为计算机工程师的刘慈欣最大的感触是，在从空间站到地面之间如此复杂的系统中，维持如此高的带宽来保证画面清晰度，是非常不容易的。

　　但他也不无遗憾。“一个孩子问到宇航员看到的星空什么样，为什么不能让她看一眼舷窗外的星空呢？王亚平提到90分钟就能经历一次日出，而授课时间将近一个小时，说不定就可以看到一次日出或日落。真的非常想透过舷窗看一眼。”

　　“这样一个狭窄的空间，展现不出外部宇宙的广阔。”

　　他说，阿波罗登月以后，人类离开地球的距离还很近。他希望有一天老师能在月球上讲课，那一天，他希望看到地球如何在月面升起。

　　他相信，一百年以后，学生和教师都会去到太空中，太空中应该有学校，甚至有一所大学。彼时的太空是人类生存空间的一部分，有城市，有居民区，它的大学和地面有很多相似之处，太空大学的学科除了集中在太空工程和科研方面，还将开设太空文学和艺术的课程，“这种太空新文化也许将会超越技术，变为太空人类最关注的部分”。

　　到那时，人们回望这“最原始的”第一堂课，应当是感慨万千的。（完）

(来源:新华网)