一把尺子測(cè)金字塔

一提到現(xiàn)代物理學(xué)的測(cè)量，許多人的腦海里可能就會(huì)出現(xiàn)一些非常復(fù)雜、高級(jí)、精密的儀器，也就是人們通常認(rèn)為的所謂“高精尖”儀器。事實(shí)上，測(cè)量工作是否需要使用“高精尖”儀器，不能一概而論。在一些特殊場(chǎng)合和情況下，即便沒有先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，依據(jù)基本的物理知識(shí)，同樣也能夠進(jìn)行測(cè)量，完成有價(jià)值的科研工作。

下面這些真實(shí)、有趣的小故事便很能說明這個(gè)問題。大家從中不難體會(huì)到，靈活利用身邊現(xiàn)有的條件解決測(cè)量難題的科學(xué)性、可能性和重要性。

一把碎紙屑巧測(cè)核爆威力

美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)米是一位享有盛名的原子物理學(xué)家，他不僅在理論方面具有很深的造詣，在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面更是碩果累累。在現(xiàn)代物理學(xué)家中，像費(fèi)米這樣“文武兼?zhèn)洹钡钠娌?，可以說很難找到第二個(gè)。

在第二次世界大戰(zhàn)期間，出生于意大利的費(fèi)米只身從意大利來到了美國(guó)，參與和領(lǐng)導(dǎo)了該國(guó)原子彈的研發(fā)工作。經(jīng)過艱辛努力，世界上的第一顆原子彈終于被研發(fā)制造出來，即將進(jìn)入爆炸試驗(yàn)階段。原子彈的爆炸威力究竟有多大？雖然從理論上可以計(jì)算出精確結(jié)果，但畢竟沒有經(jīng)過爆炸實(shí)際檢驗(yàn)，參與原子彈研發(fā)工作的科學(xué)家們的心中也沒有底。

1945年7月6日，世界上首顆原子彈在美國(guó)新墨西哥州南部的沙漠中進(jìn)行了試爆。費(fèi)米也在現(xiàn)場(chǎng)，他悄悄地向口袋里塞了一把撕得粉碎的紙屑。旁邊的工作人員看到費(fèi)米的這個(gè)舉動(dòng)，感到非常奇怪，不知他到底想干什么。正待上前詢問時(shí)，只見一道強(qiáng)烈的閃光把漆黑的夜空照得比白晝還要明亮；緊接著，便是震耳欲聾的爆炸聲；往遠(yuǎn)處眺望，一朵巨大的蘑菇云騰空而起。原子彈爆炸試驗(yàn)成功了！當(dāng)研發(fā)人員還處于高度興奮之中時(shí)，原子彈爆炸引起的強(qiáng)大沖擊波到來了。就在這時(shí)候，只見費(fèi)米飛身躍出掩體，一邊向前疾速奔跑，一邊不慌不忙地從口袋里掏出了那把碎紙屑，向空中拋撒出去。一陣狂風(fēng)把紙屑吹到了很遠(yuǎn)的地方。費(fèi)米一邊向空中拋撒碎紙屑，一邊數(shù)著自己的步子；然后，根據(jù)紙屑飄落的時(shí)間和特定步幅的長(zhǎng)度，費(fèi)米粗略測(cè)算出了紙屑飄落的速度，再由這個(gè)速度估算出空氣受熱劇烈膨脹所產(chǎn)生的沖擊波的能量，從而計(jì)算出第一顆原子彈爆炸所釋放的能量——相當(dāng)于2萬噸TNT炸藥爆炸。令人驚嘆不已的是，費(fèi)米的估算與采用精密儀器測(cè)量所得出的結(jié)果基本一致，二者互相驗(yàn)證，數(shù)據(jù)比較可靠。

為什么費(fèi)米只用了一把碎紙屑就能得到如此精確的測(cè)量結(jié)果呢？原來，費(fèi)米事先測(cè)量了紙屑在8級(jí)大風(fēng)下的飛行距離，據(jù)此推算出原子彈爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波的強(qiáng)度，在此基礎(chǔ)上，估算出原子彈爆炸的威力。

一塊殘瓦暴露核爆溫度

無獨(dú)有偶。l945年8月6日，日本廣島遭到人類歷史上第一顆用于實(shí)戰(zhàn)的原子彈轟炸。

核爆發(fā)生后，一位名叫仁科的日本原子物理學(xué)家受命前去調(diào)查。幾年前在歐洲從事科研工作時(shí)，仁科就對(duì)原子彈有所耳聞，只是并不清楚這種神秘武器究竟有多大威力。雖然到廣島現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)并沒有攜帶任何測(cè)量?jī)x器，但仁科還是很快測(cè)算出了原子彈爆炸時(shí)的高度和爆炸中心區(qū)的溫度。

原來，他發(fā)現(xiàn)，在靠近爆炸中心的地方，瓦片都被燒熔了一層。一般來說，瓦片只有在數(shù)千攝氏度的高溫條件下才會(huì)熔化。仁科就是根據(jù)瓦片被燒熔的厚度，估計(jì)出了爆炸時(shí)的溫度。另外，仁科還觀察到殘余的墻上印著一些人和樹的影子，這是強(qiáng)烈的光線輻射上去的。根據(jù)這些影子的投射角度，仁科估算出了原子彈爆炸時(shí)所在的方位和高度。

事實(shí)上，仁科的估算與后來測(cè)定的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)之間誤差不超過3％。沒有憑借任何測(cè)量?jī)x器，仁科就得出了如此精確的測(cè)量結(jié)果。這不能不說是測(cè)量史上的一個(gè)奇跡。

一把尺子巧測(cè)金字塔

古埃及的金字塔高聳入云，蔚為壯觀，令人嘆為觀止。金字塔究竟有多高呢？在古代，這是一個(gè)難解之謎。直到有一天，古希臘哲學(xué)家和科學(xué)家泰勒斯來到金字塔下。

艷陽當(dāng)空，陽光燦爛。吃過早飯，泰勒斯和他的助手僅帶了一把尺子就來到了金字塔下。

開始時(shí)，由于太陽斜射，人在地面上投下的影子很長(zhǎng)，隨著太陽不斷升高，人的影子越來越短。當(dāng)助手測(cè)得泰勒斯的影子的長(zhǎng)度與其身高恰好一致時(shí)，泰勒斯立即在金字塔的影子的末端做上了記號(hào)，并用尺子測(cè)量出金字塔影子的長(zhǎng)度。隨后他當(dāng)眾宣布：這個(gè)影子的長(zhǎng)度就是金字塔的高度。塔下的人群沸騰了，大家都被這位偉大科學(xué)家的聰明智慧所震撼。

當(dāng)然，現(xiàn)在我們知道這只不過是一個(gè)很簡(jiǎn)單的道理，泰勒斯是利用簡(jiǎn)單的三角形全等的原理，但你要知道這可是在公元前6世紀(jì)發(fā)生的事情，在當(dāng)時(shí)確實(shí)是一個(gè)了不起的創(chuàng)舉。