科學(xué)+YOU:從一個(gè)蘋果說(shuō)起

那些科學(xué)家靈感閃現(xiàn)的瞬間，那些蘊(yùn)藏在春夏秋冬里的科學(xué)故事，那些新奇有趣的身邊科學(xué)小實(shí)驗(yàn)……現(xiàn)在就出發(fā)，一起去探尋科學(xué)的寶藏吧！

Part.1 看！一顆蘋果的高光時(shí)刻

如果讓你想一想與蘋果有關(guān)的故事，你能想到哪些呢？

你可能會(huì)想到童話故事里的白雪公主，她被繼母騙著吃下了一顆毒蘋果。不過(guò)，你知道嗎？就算是一顆小小的蘋果，也和科學(xué)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，不信？我們就翻開(kāi)科學(xué)史， 一起來(lái)探索蘋果背后的故事吧！

蘋果和宇宙的起源

在你吃下蘋果的時(shí)候，你有沒(méi)有想過(guò)蘋果是怎么來(lái)的呢？

也許你在讀到這句話的時(shí)候，心里會(huì)有點(diǎn)不服氣，這么簡(jiǎn)單的問(wèn)題，還來(lái)問(wèn)我！蘋果肯定是蘋果樹(shù)上長(zhǎng)的唄！那么，你是否想過(guò)，蘋果樹(shù)是從哪里來(lái)的呢？

哼！蘋果樹(shù)是種出來(lái)的??！恭喜你，這兩個(gè)問(wèn)題你都回答對(duì)了。

但是，如果我接著提問(wèn)，你能給出正確答案嗎？也許你對(duì)自己信心十足，但是不要過(guò)于自信哦，請(qǐng)你接著往下看。

你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)：隨著問(wèn)題越來(lái)越多，最終你會(huì)陷入一個(gè)關(guān)于蘋果樹(shù)與蘋果種子之間的“死循環(huán)”，這就好比是問(wèn)你“先有雞還是先有蛋”。

你千萬(wàn)不要認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題無(wú)關(guān)緊要，實(shí)際上，任何科研成果都是科學(xué)家們?cè)谝粋€(gè)個(gè)“為什么”的追問(wèn)下而不斷取得進(jìn)展的。

現(xiàn)在說(shuō)回到蘋果本身，它為什么會(huì)與宇宙起源有關(guān)呢？

美國(guó)天文學(xué)家、科普作家、科幻小說(shuō)作家卡爾. 薩根在《宇宙》這部紀(jì)錄片里曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“想要從頭開(kāi)始做一個(gè)蘋果派，你必須先創(chuàng)造宇宙。”其實(shí)蘋果也是一樣，它是蘋果派的必備原料，也可以是我們窮究宇宙起源的一個(gè)起點(diǎn)。

我們可以從蘋果種子這個(gè)普通的物質(zhì)去探索組成它的基本元素都有哪些，以及這些元素是如何出現(xiàn)的，它需要具備什么樣的條件等——這些問(wèn)題會(huì)帶領(lǐng)你一步步逼近宇宙的開(kāi)端。

卡爾·薩根與他的《暗淡藍(lán)點(diǎn)》

卡爾·薩根（1934～1996）是美國(guó)天文學(xué)家，也是飲譽(yù)全球的科普大師。1990 年，旅行者1 號(hào)探測(cè)器飛離太陽(yáng)60 億千米時(shí)，回望故鄉(xiāng)，拍攝了著名的“暗淡藍(lán)點(diǎn)”的地球照片。卡爾·薩根深受觸動(dòng)，寫下了同名著作。如今，旅行者1 號(hào)這名遠(yuǎn)行的“游子”已飛出太陽(yáng)系，繼續(xù)著浪漫而孤獨(dú)的旅程。

幾何與蘋果

在數(shù)學(xué)課上，我們知道了任意三角形的內(nèi)角和等于180 度，這其實(shí)是《幾何原本》中第五公設(shè)的推論。你可以在一張A4 紙上畫出各種三角形，不論是直角三角形，還是銳角三角形，又或者是鈍角三角形，它們的內(nèi)角和一定等于180 度。

但是，如果我們?cè)谝粋€(gè)曲面上做一個(gè)三角形，它的內(nèi)角和是不是也等于180 度呢？比如，我們?cè)谝活w蘋果的表面上用筆畫出一個(gè)三角形，你能猜到或者計(jì)算出它的內(nèi)角和嗎？

沒(méi)錯(cuò)，這個(gè)三角形的內(nèi)角和大于180 度，這也是我們隨著學(xué)齡的不斷增加有可能會(huì)接觸到的黎曼幾何（用黎曼的名字命名的一種幾何）。它還是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，用來(lái)描述時(shí)空曲率和引力的關(guān)系。

其實(shí)，一提到黎曼，可能很多同學(xué)首先會(huì)想到一個(gè)以他的名字命名的猜想——黎曼猜想。雖然大家未必知道它說(shuō)的是什么，但是肯定聽(tīng)說(shuō)過(guò)這個(gè)猜想的名字。

這是一個(gè)關(guān)于黎曼ζ 函數(shù)ζ（s） 的零點(diǎn)分布的猜想。這句話對(duì)于大家來(lái)說(shuō)有些高深，你可以不去管它說(shuō)的是什么，更重要的是我接下來(lái)要告訴你的：如果你用matlab（計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言）做黎曼ζ 函數(shù)臨界線上的函數(shù)值變化軌跡，最終的結(jié)果就好像是畫了一個(gè)蘋果。

相信有很多同學(xué)都騎過(guò)馬，或者至少做過(guò)游樂(lè)園的旋轉(zhuǎn)木馬。而如果你騎過(guò)真正的馬，你會(huì)發(fā)現(xiàn)馬的背上會(huì)有一個(gè)被稱為“馬鞍”的物品。有了它，你騎在馬背上就不會(huì)硌屁股。

但是，你有沒(méi)有想過(guò)：如果在馬鞍上畫一個(gè)三角形，它的內(nèi)角和又會(huì)是多少呢？是的，這個(gè)三角形的內(nèi)角和會(huì)小于180 度，這又是與黎曼幾何存在區(qū)別的另外一種幾何，被稱為羅氏幾何——以俄羅斯數(shù)學(xué)家尼古拉斯. 伊萬(wàn)諾維奇. 羅巴切夫斯基命名的一種幾何。它主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和藝術(shù)領(lǐng)域，可以用來(lái)生成具有雙曲結(jié)構(gòu)的藝術(shù)作品或游戲場(chǎng)景。同時(shí)，羅氏幾何也可以用來(lái)描述高斯曲率為負(fù)的曲面，例如馬鞍面或拋物面。

黎曼與他的猜想

“ 黎曼猜想” 由數(shù)學(xué)家黎曼于1859 年提出，是現(xiàn)今克雷數(shù)學(xué)研究所懸賞的世界七大數(shù)學(xué)難題中的其中之一。自提出以來(lái)，黎曼猜想就像一座巍峨的山峰，吸引了無(wú)數(shù)數(shù)學(xué)家前去攀登，但至今無(wú)人登頂。

圖靈與“毒蘋果”

如今，人工智能已經(jīng)出現(xiàn)在我們生活的各個(gè)角落，相信大家日常生活中都能接觸到各種各樣的人工智能產(chǎn)品，比如，家里的掃地機(jī)器人、公園里售賣飲料的智能售貨車，以及一些公司正在研發(fā)的無(wú)人駕駛汽車等。

說(shuō)到人工智能，就不得不提到一個(gè)人，他就是1912 年6 月23 日出生于英國(guó)倫敦的著名數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家艾倫·圖靈——他也被稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父和人工智能之父。

圖靈和蘋果之間也有一個(gè)故事，只不過(guò)這是一個(gè)悲劇。

第二次世界大戰(zhàn)期間， 圖靈領(lǐng)導(dǎo)英國(guó)的情報(bào)中心破解了德國(guó)的Enigma 密碼機(jī)，他還設(shè)計(jì)了實(shí)體應(yīng)用計(jì)算機(jī)的雛形，并且提出了人工智能的概念。但圖靈之后的人生道路并非一帆風(fēng)順，因?yàn)榉N種原因，他的身體和心靈受到了巨大的打擊。

1954 年6 月7 日這一天，圖靈因?yàn)闊o(wú)法繼續(xù)忍受殘酷的現(xiàn)實(shí)，吃下了含有氰化物的蘋果，結(jié)束了自己的生命，年僅42 歲。

1999 年，圖靈被《時(shí)代》雜志評(píng)選為20 世紀(jì)一百個(gè)最重要的人物之一。2012 年12 月，霍金等11 位重要人士致函英國(guó)首相卡梅倫，要求為圖靈平反。2013 年，在英國(guó)司法大臣克里斯. 格雷靈的要求下，英國(guó)女王伊麗莎白二世向圖靈頒發(fā)了皇家赦免，以平反對(duì)他的不公判決。英國(guó)司法部部長(zhǎng)也宣布：“……女王決定為這位偉人送上赦免，以此向其致敬?！?/p>

據(jù)說(shuō)，如今蘋果公司的圖標(biāo)也是為了向圖靈致敬。當(dāng)然，這也只是以訛傳訛，事實(shí)并非如此。所以經(jīng)目之事，猶恐未真；背后之言，豈能全信？

蘋果與“蟲洞”

下面，我來(lái)和大家探討一下“蟲洞”，但是這個(gè)“蟲洞”并不是蟲子在蘋果上咬的洞。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷提高，如今，想在蘋果上發(fā)現(xiàn)一個(gè)蟲子咬的洞著實(shí)不容易。同樣是在數(shù)學(xué)課上，老師會(huì)教給我們：兩點(diǎn)之間直線最短。

那么，接下來(lái)，假如你搖身一變，化身成為趴在蘋果上的一條小青蟲，在蘋果表面的你想從果臍的位置爬到果柄，有無(wú)數(shù)條可供選擇的道路，該怎么選擇最短的線路呢？

最理想狀況下的路徑應(yīng)該是一段圓弧，也就是以蘋果的中心為圓心，圓周經(jīng)過(guò)果柄和果臍做一個(gè)圓（當(dāng)然，我們這里假設(shè)蘋果是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓形）。這其實(shí)是平面中“兩點(diǎn)之間直線最短”在蘋果這個(gè)曲面上的應(yīng)用。但是，如果我們突破常規(guī)，不單純地考慮蘋果表面，那么是否還可以繼續(xù)使用“兩點(diǎn)之間直線最短”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)呢？

在很多科幻電影里會(huì)有“穿越”的橋段，而為了實(shí)現(xiàn)穿越，影片中的人物需要借助于一些現(xiàn)實(shí)中并不存在、或者是當(dāng)前尚未實(shí)現(xiàn)的手段，就比如“蟲洞”。

說(shuō)到這里，相信你已經(jīng)知道前面那個(gè)問(wèn)題的答案了。那就是小青蟲可以直接穿過(guò)蘋果內(nèi)部，咬出一個(gè)從果臍到果柄的洞，或者說(shuō)是在這兩點(diǎn)之間打通一條“隧道”，從而實(shí)現(xiàn)“兩點(diǎn)之間直線最短”。

實(shí)際上，“蟲洞”最早是由物理學(xué)家惠勒提出的一個(gè)概念，它用來(lái)表示時(shí)空間的連接通道。如果在未來(lái)我們真的能發(fā)現(xiàn)或者制造出“蟲洞”，那么也許回到過(guò)去，甚至是前往未來(lái)都將成為現(xiàn)實(shí)。

Part.2 贊！四季中的科學(xué)探秘

春花秋月、夏風(fēng)冬雪，四季流轉(zhuǎn)之中，皆是人間勝景。

古往今來(lái)，許多詩(shī)詞歌賦、名家名篇都描寫了四季景色的變遷，讀來(lái)不禁令人如臨其境、心曠神怡。

實(shí)際上，四季變遷是自然規(guī)律，很多科學(xué)發(fā)現(xiàn)的背后也有著天氣的因素。

比如，我可以說(shuō)“春有驚雷秋有果，夏有高溫冬有雪”，顯然其意境遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與“春有百花秋有月，夏有涼風(fēng)冬有雪”比肩。

但是在杜撰的這兩句中，每一種情況都與特定的科學(xué)發(fā)現(xiàn)或者是科學(xué)現(xiàn)象有關(guān)，下面，我們就一起去探索這其中的奧秘吧！

富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)

春天，萬(wàn)物復(fù)蘇，大自然又恢復(fù)了生機(jī)和活力：草兒開(kāi)始冒出嫩芽，昆蟲也結(jié)束了蟄伏的狀態(tài)，蘇醒過(guò)來(lái)。

每年春季， 尤其是驚蟄以后，我們都會(huì)聽(tīng)到天空中傳來(lái)春雷聲——“春雷響，萬(wàn)物生”，這也寓意著大地復(fù)蘇、天氣轉(zhuǎn)暖。

而在驚蟄過(guò)后，我們就會(huì)在陰天的時(shí)候聽(tīng)到雷聲，看到閃電，尤其是夏天， 這種現(xiàn)象會(huì)更頻繁一些。

點(diǎn)亮科學(xué)時(shí)刻

富蘭克林是美國(guó)政治家、印刷商和出版商、作家、發(fā)明家， 以及外交官，也是美國(guó)開(kāi)國(guó)元?jiǎng)字?。與此同時(shí)，他還是一位科學(xué)家，是美國(guó)電學(xué)研究的先驅(qū)者。

1745 年，荷蘭萊頓的兩個(gè)科學(xué)家發(fā)明了蓄電池——萊頓瓶，也就是能把靜電儲(chǔ)存起來(lái)的一個(gè)裝置。從此，人們就可以把它作為電學(xué)實(shí)驗(yàn)的供電來(lái)源。富蘭克林知道這個(gè)消息后，興奮不已，而且也對(duì)此產(chǎn)生了興趣。

1752 年6 月的一個(gè)雷雨天，富蘭克林和兒子威廉來(lái)到費(fèi)城郊外一片空曠的區(qū)域，他們放飛了一個(gè)用絲綢手帕做成的風(fēng)箏——風(fēng)箏的上方固定了一根金屬絲，繩子的末端系了一條絲綢帶子，在繩子和絲綢帶子交接的地方綁上了一把門鑰匙。

富蘭克林和威廉躲在一個(gè)木棚子下面拽著絲綢帶子，靜靜等待著閃電。

起初，風(fēng)箏并沒(méi)有什么變化，但隨著雨越下越大，風(fēng)箏的繩子被打濕了。這時(shí)，富蘭克林用手指碰了碰門鑰匙，發(fā)現(xiàn)它冒出了火花，并伴有輕微的“噼啪”聲。富蘭克林還用門鑰匙給一個(gè)靜電球帶上了電，并讓它吸住一片羽毛。

這就是后來(lái)眾所周知的“風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)”，它證實(shí)了閃電是一種放電現(xiàn)象，這也被認(rèn)為是人類歷史上最偉大、最勇敢、最危險(xiǎn)、最具創(chuàng)意、最具影響力且最具傳奇色彩之一的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

1753 年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)在沒(méi)有征得富蘭克林的同意下，就把他選成了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的院士，目的是表?yè)P(yáng)他對(duì)電的研究。

我們都知道，雷電是伴有閃電和雷鳴的一種放電現(xiàn)象，家長(zhǎng)和老師也會(huì)告誡我們：下雨天不要在大樹(shù)下躲雨，也不要觸摸裸露的電線，因?yàn)槲覀兒苋菀妆弧半姟眰ΑＯ嘈攀煜た萍际返男∽x者們也一定知道，第二次工業(yè)革命標(biāo)志著人類從此進(jìn)入了“電氣時(shí)代”，如今我們的生活離不開(kāi)電能，它可以讓電器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，給我們帶來(lái)便利。

不過(guò)，人類對(duì)電的認(rèn)識(shí)并不是一帆風(fēng)順的，當(dāng)然我們這里也沒(méi)辦法用三言兩語(yǔ)講清楚全部歷史，只能從一些科學(xué)人物的事跡入手，對(duì)人類發(fā)現(xiàn)電、利用電的歷史做一個(gè)簡(jiǎn)單的描述。

大家可以留意一下自己身邊高大的建筑物，你能找到建筑物安裝的避雷針在什么地方嗎？你又能想到避雷針和富蘭克林有什么關(guān)系嗎？其實(shí)，因?yàn)椤帮L(fēng)箏實(shí)驗(yàn)”得到的靈感，富蘭克林發(fā)明了避雷針。

當(dāng)然，在富蘭克林的故事中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，他放飛風(fēng)箏的時(shí)間并不是春天，應(yīng)該是夏天。在這里，是想借助一些天氣現(xiàn)象告訴大家，科學(xué)有時(shí)候就在我們身邊。不過(guò)，還是要提醒大家一下，在做科學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候一定要注意安全，畢竟“道路千萬(wàn)條，安全第一條”。

弗萊明的青霉素

進(jìn)入夏季，尤其是三伏天，大家普遍的感受就是高溫悶熱，這個(gè)時(shí)候，如果能吃根雪糕解解暑是最好不過(guò)了。不過(guò)，夏季也是蚊蟲容易孳（zī）生的時(shí)候，食物一定要做好保鮮，要避免因食用變質(zhì)食品而給自身健康帶來(lái)的危害。

相信大家一定知道是亞歷山大·弗萊明發(fā)現(xiàn)了青霉素，這是一種能夠破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，并在細(xì)菌細(xì)胞的繁殖期起到殺菌作用的一類抗生素。可以說(shuō)，青霉素的出現(xiàn)挽救了無(wú)數(shù)生命。而在它被發(fā)現(xiàn)的過(guò)程中，天氣在某種程度上也發(fā)揮了一定的作用呢！青霉素與弗萊明之間的故事就要從炎熱多變的夏季開(kāi)始說(shuō)起。

點(diǎn)亮科學(xué)時(shí)刻

1928 年，弗萊明離開(kāi)倫敦的實(shí)驗(yàn)室前往薩?？硕燃?。整個(gè)8 月，他都將在那里度過(guò)。那個(gè)夏季倫敦的天氣非常多變，6 月的大部分時(shí)間都很涼爽，但是到了7 月，天氣突然炎熱起來(lái)，7 月15 日的溫度更是達(dá)到了令人窒息的30 攝氏度。到了8 月初，天氣又急劇地涼爽起來(lái)，但是在這之后的8 月10 日，又熱了起來(lái)。

當(dāng)時(shí)，弗萊明正準(zhǔn)備為一本有關(guān)細(xì)菌的著作撰寫一個(gè)章節(jié)。他在細(xì)菌培養(yǎng)皿中培養(yǎng)了一些金黃葡萄球菌，雖然他在細(xì)菌領(lǐng)域比較知名，但是他還是想核實(shí)一些事實(shí)。

8 月初的倫敦寒潮正好適合霉菌——青霉菌的生長(zhǎng)。不知因?yàn)槭裁丛?，這種真菌的孢子隨風(fēng)飄進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，落在了一個(gè)細(xì)菌培養(yǎng)皿中。隨后出現(xiàn)的熱流使得細(xì)菌培養(yǎng)基得以擴(kuò)張，只在青霉菌周圍留下一個(gè)缺口，霉菌就在那個(gè)地方“殺”死了葡萄球菌。

這就產(chǎn)生了一個(gè)醒目的圖案，就好像兩個(gè)物種對(duì)彼此過(guò)敏一般。要不是天氣的原因，這種圖案可能是不會(huì)出現(xiàn)的——因?yàn)榍嗝顾貙?duì)這種發(fā)育完全的細(xì)菌是沒(méi)有效果的。

9 月3 日，弗萊明度假歸來(lái)。按照慣例，他在丟棄細(xì)菌培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)基之前，開(kāi)始檢查留在細(xì)菌培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)基，這些培養(yǎng)皿與一個(gè)搪瓷盤子混在一起。

弗萊明的同事梅林·普萊斯把頭伸進(jìn)來(lái)張望，弗萊明邊工作邊和他閑聊。

“太有意思了！”弗萊明拿起那個(gè)在真菌和細(xì)菌之間有排斥圖案的盤子時(shí)這樣說(shuō)道。是真菌產(chǎn)生了殺死細(xì)菌的某種物質(zhì)嗎？弗萊明立刻好奇起來(lái)，并且把盤子和真菌的樣品都收起來(lái)了。

故事講到這里，弗萊明已經(jīng)為青霉素的發(fā)現(xiàn)做好了準(zhǔn)備，他起初將其稱之為“霉汁”。后來(lái)的他在一系列實(shí)驗(yàn)中表明，“霉汁”比大多數(shù)殺菌劑更能有效地殺死很多種致命的細(xì)菌，但是卻不會(huì)殺死身體本身具有防御性的溶菌酶。

在當(dāng)時(shí)，大量生產(chǎn)或儲(chǔ)存青霉素是很困難的。1936 年，制藥公司施貴寶得出結(jié)論：“鑒于青霉素研發(fā)緩慢，缺乏穩(wěn)定性以及對(duì)細(xì)菌的作用遲緩，因此生產(chǎn)青霉素并把它當(dāng)作一種抗菌藥來(lái)銷售似乎是不可行的。”

1941 年2 月12 日，43 歲的警員亞歷山大·阿爾伯特因玫瑰叢的劃傷而染上了敗血癥，奄奄一息，他成了接受青霉素治療的第一人。

在使用青霉素之后，亞歷山大迅速康復(fù)了，但是在痊愈之前，青霉素?cái)喙┝耍瑏啔v山大敗血癥復(fù)發(fā)，不幸去世了……不過(guò)從這以后，人們就看到了這種藥物的神奇效果。

牛頓和萬(wàn)有引力

提到牛頓，相信大家一定都聽(tīng)過(guò)他和蘋果的故事。

牛頓還說(shuō)過(guò)一句廣為流傳的話：“如果說(shuō)我比別人看得更遠(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏?。”今天，很多人把這句話作為勵(lì)志性的名言警句，而實(shí)際上，他說(shuō)的這句話是用來(lái)調(diào)侃胡克的，也就是那位提出了彈力定律的胡克——因?yàn)楹藗€(gè)子矮小。當(dāng)然，這也牽扯到了牛頓和胡克之間的一些“愛(ài)恨情仇”。

牛頓因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律而聞名于世。萬(wàn)有引力定律和三大運(yùn)動(dòng)定律也奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里物理世界的科學(xué)觀點(diǎn)，并成為現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ)。

不過(guò)，雖然說(shuō)牛頓是因?yàn)槭艿教O果落地的啟發(fā)而發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，但是大家可能會(huì)比較疑惑：這又和天氣有什么關(guān)系呢？如果你不相信的話，就來(lái)看看下面這個(gè)故事吧！

點(diǎn)亮科學(xué)時(shí)刻

在中世紀(jì)的歐洲，黑死?。ㄊ笠撸┑年庼惨恢睋]之不去，很多人死于非命。其實(shí)，從1348 年開(kāi)始，黑死病就多次襲擊英國(guó)，并且斷斷續(xù)續(xù)持續(xù)了三百多年，這導(dǎo)致英國(guó)有近三分之一的人死于黑死病，而整個(gè)歐洲的死亡人數(shù)更是達(dá)到了5000 萬(wàn)。

1665年，歐洲再次爆發(fā)了黑死病，這次疫情的重災(zāi)區(qū)是倫敦。當(dāng)時(shí)，牛頓正在劍橋大學(xué)讀書，但是隨著疫情越來(lái)越嚴(yán)峻，劍橋大學(xué)不得不宣布停課，牛頓也只好離開(kāi)劍橋，回到了鄉(xiāng)下莊園躲避瘟疫。

1666 年夏，在一個(gè)陽(yáng)光明媚的日子里，牛頓坐在果園里的一棵蘋果樹(shù)下，靜靜思考著關(guān)于地球和天體運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。在他思考的過(guò)程中，一個(gè)成熟的蘋果從樹(shù)上掉落，恰好落在了他的頭上。

對(duì)于普通人來(lái)說(shuō)，如果被蘋果砸了頭，一定會(huì)疼痛難忍，甚至還會(huì)踹上蘋果樹(shù)幾腳。但是牛頓卻對(duì)這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行了深入的思考，并由此發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律。

故事講到這里，小讀者們不妨思考一下，我們都說(shuō)，秋天到了的時(shí)候會(huì)“瓜熟蒂落”，蘋果落地的情況更多會(huì)出現(xiàn)在秋季，但是砸到牛頓頭上的蘋果卻是在夏季脫落的。

那么，為什么蘋果在夏季也會(huì)脫落呢？蘋果在夏季和秋季脫落的概率，哪個(gè)更大呢？倫敦的蘋果是不是在夏季成熟？

此外，還有另外一個(gè)問(wèn)題也值得我們?nèi)ヌ骄浚禾O果到底有沒(méi)有砸到牛頓的頭？

因?yàn)橥ㄟ^(guò)查詢各種資料，我們可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)說(shuō)法之所以廣為人知，是因?yàn)榉鼱柼┰凇杜ｎD哲學(xué)原理》中把這個(gè)故事描述得繪聲繪色。但是，伏爾泰又是從哪里了解到這個(gè)故事的呢？據(jù)他自己所說(shuō)，是牛頓的外甥女巴爾頓夫人告訴他的，同時(shí)，牛頓的侄女凱瑟琳也證實(shí)了這件事。

不過(guò)， 牛頓的朋友威廉在1725 年的《紀(jì)念牛頓爵士》的日記中寫道：

故事發(fā)生在1666 年夏天，4 月15 日早晨，我和牛頓在肯辛頓花園里見(jiàn)面。牛頓正在吃早飯，他的早飯是煮熟的橘子皮。我們談了一天，一起吃完晚飯后，我們倆到花園散步，在蘋果樹(shù)下喝茶討論。突然一個(gè)蘋果掉到地上，牛頓頓時(shí)陷入沉思……

當(dāng)然，如果你繼續(xù)挖掘的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)牛頓的這個(gè)故事有好多個(gè)版本。其實(shí)，對(duì)材料的搜索和辯證分析也是某種意義上的科學(xué)精神，而這也是科學(xué)研究所需要的獨(dú)特品質(zhì)。

雪花與迷人的對(duì)稱

冬天給你最深的印象是什么？我相信一定有漫天飛舞的雪花，尤其是雪后可以酣暢淋漓地打一場(chǎng)雪仗。對(duì)于生活在南方的小朋友來(lái)說(shuō)，能夠看到大雪紛飛一定會(huì)興奮不已。

但是你有認(rèn)真觀察過(guò)雪花嗎？

可能有的同學(xué)會(huì)說(shuō)，本來(lái)是想觀察一下雪花的，但是當(dāng)它落入自己手掌的時(shí)候，瞬間就被我們溫暖的雙手融化掉了，所以根本沒(méi)有機(jī)會(huì)認(rèn)真觀察。

實(shí)際上，在科學(xué)發(fā)展的歷史過(guò)程中，還真有這么一批科學(xué)家，他們對(duì)雪花進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的研究，而且還發(fā)現(xiàn)了雪花對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。

伽利略曾說(shuō)過(guò)，宇宙是用數(shù)學(xué)寫成的，真正的科學(xué)必然是運(yùn)用數(shù)學(xué)的，一個(gè)好的物理學(xué)家必然也是一個(gè)數(shù)學(xué)家。愛(ài)因斯坦也說(shuō)過(guò)，“宇宙中最不可理解的事情就是宇宙是可以理解的”，關(guān)鍵在于你要掌握科學(xué)的語(yǔ)言和科學(xué)的方法。

那么，我們能從冬天的雪花中了解到什么科學(xué)內(nèi)容呢？又如何通過(guò)它來(lái)解釋宇宙的奧秘呢？

點(diǎn)亮科學(xué)時(shí)刻

約翰尼斯·開(kāi)普勒是最早嘗試解釋為什么雪花會(huì)有6 瓣的科學(xué)家。1610 年冬天，他寫了一篇題為《把六角形的雪花作為新年禮物》的觀察報(bào)告，從數(shù)學(xué)的角度對(duì)雪花進(jìn)行了研究。

實(shí)際上，中國(guó)人也早就觀察過(guò)雪花，比如，從已獲得的考古文物的視角來(lái)看，早在2100 多年前，我們的先人就已經(jīng)知道了雪花是六角形的。在公元前135 年的《韓詩(shī)外傳》中，就有“凡草木花多五出，雪花獨(dú)六出”的記載。此外，在公元6 世紀(jì)初，大文學(xué)家蕭統(tǒng)在一首詩(shī)中寫道：“彤云垂四面之葉，玉雪開(kāi)六出之花。”12 世紀(jì)時(shí)，宋代的朱熹也在《朱子語(yǔ)類》一書中說(shuō)：“雪花所以必六出者，蓋只是霍下被猛風(fēng)拍開(kāi)于地，故成六出……六者陰數(shù)，太陽(yáng)元精石，亦六棱，蓋天地自然之?dāng)?shù)。”

而給雪花照相的科學(xué)家則是來(lái)自出生于美國(guó)佛蒙特州杰里科小鎮(zhèn)的本特利。1885 年，19 歲的本特利將顯微鏡加裝到照相機(jī)上，并在當(dāng)年的1 月15 日拍攝到他的第一張雪花照片。此后，本特利經(jīng)常在大雪紛飛的時(shí)刻跑到雪地里用羽毛或者絨布去接雪花，然后放到顯微鏡下觀察。一來(lái)二去，他總共獲得了5000 多張雪花照片。

1931 年，本特利出版了《雪晶》一書，書中有2500 多幅帶有花邊設(shè)計(jì)的雪花照片。他曾這樣寫道：“在顯微鏡下，我發(fā)現(xiàn)雪花真美啊，簡(jiǎn)直就是奇跡！每一片雪花結(jié)晶都是一件藝術(shù)杰作，沒(méi)有哪兩片雪花是完全一樣的。當(dāng)一片雪花融化時(shí)，那個(gè)圖案也就永遠(yuǎn)消失了。那樣的美就這樣消失了，沒(méi)有留下任何痕跡?！?/p>

令人遺憾的是，在1931 年12 月23 日這一天，本特利的家鄉(xiāng)暴風(fēng)雪肆虐，身患肺炎的他仍堅(jiān)持步行出去拍攝雪花，終因體力不支，倒在了雪花漫天飛舞的荒野中……

Part.3 棒！科學(xué)實(shí)驗(yàn)樂(lè)翻天

每位小同學(xué)都是天生的科學(xué)家，對(duì)于身邊看到的任何現(xiàn)象，如果你一直追問(wèn)“為什么”，那么，無(wú)論最終你是否能夠得到正確的答案，在這個(gè)過(guò)程中你都已經(jīng)學(xué)會(huì)了開(kāi)展科學(xué)研究的必要方法，因?yàn)榭茖W(xué)研究就是不斷地破解一個(gè)個(gè)“為什么”背后的道理。

春天來(lái)臨時(shí)，我們會(huì)漸漸地發(fā)現(xiàn)身邊的綠色越來(lái)越多，那么綠色背后有什么科學(xué)道理嗎？牛頓認(rèn)為，光的本質(zhì)是一種微粒，即光子；同時(shí)他還通過(guò)三棱鏡開(kāi)展了光的色散實(shí)驗(yàn)，就是使得入射的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)三棱鏡之后，變成了像彩虹一樣的七彩色帶——這七種顏色分別為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。

夏天的雨后，幸運(yùn)的時(shí)候會(huì)遇見(jiàn)彩虹，那么你有沒(méi)有想過(guò)：彩虹是如何形成的？大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)——雨后的彩虹總是出現(xiàn)在與太陽(yáng)相反的位置，這又是為什么呢？

一般來(lái)說(shuō)，物體的顏色代表了沒(méi)有被它吸收的光的顏色。所以我們回到之前的那個(gè)問(wèn)題：春天綠色越來(lái)越多的原因是其他顏色的光被吸收了，而綠色并沒(méi)有被吸收。

現(xiàn)在，就讓我們一起動(dòng)動(dòng)小手、開(kāi)動(dòng)腦筋，完成幾個(gè)在家就可以進(jìn)行的科學(xué)小實(shí)驗(yàn)，相信大家一定會(huì)喜歡這幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)的！當(dāng)然，科學(xué)研究不能僅僅停留在喜愛(ài)和贊嘆，如果你能通過(guò)這些現(xiàn)象去探究背后的本質(zhì)，那么，未來(lái)的科學(xué)之星，很有可能就是你啦！

NO.1 生氣的瓶子

氣球需要吹氣或者打氣才能鼓起來(lái)，那么，有沒(méi)有其他方式讓氣球鼓起來(lái)呢？

實(shí)驗(yàn)材料：

礦泉水瓶、小蘇打粉、白醋、小氣球

實(shí)驗(yàn)步驟：

1. 先在氣球中倒入一些小蘇打粉末；

2. 在礦泉水瓶中裝入適量白醋；

3. 把小氣球緊緊套在瓶口位置；

4. 慢慢拿起氣球，讓氣球中的小蘇打粉末進(jìn)入礦泉水瓶中，并觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)原理：小蘇打粉遇到白醋會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，這時(shí)候氣球就會(huì)鼓起變大。

小貼士

小蘇打粉和白醋不用放太多，多試幾次就能掌握實(shí)驗(yàn)的訣竅了。

NO.2 當(dāng)氣球遇到橙子

大家都知道，氣球遇到明火會(huì)爆炸。那么，當(dāng)氣球遇到美味的橙子時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況呢？

實(shí)驗(yàn)材料：

橙子、小氣球、護(hù)目鏡

實(shí)驗(yàn)步驟：

1. 戴好護(hù)目鏡，可以用前一個(gè)方法先把氣球吹滿。當(dāng)然，也可以自己把它吹起來(lái)；

2. 剝開(kāi)一個(gè)橙子，可以把橙子吃掉，留下橙子皮；

3. 把橙子皮的汁液擠到氣球上，或者用橙子皮去擦拭氣球。（ 注意：一定做好心理準(zhǔn)備，要小心防護(hù)，不要被氣球引爆的聲音嚇到哦！ ）

實(shí)驗(yàn)原理：

橙子皮含有芳香烴類化合物，這種物質(zhì)對(duì)橡膠的溶解性很強(qiáng)，能瞬間溶解橡膠。當(dāng)氣球被吹滿，內(nèi)部充滿大量氣體時(shí)，它本身承受著很大的壓強(qiáng)，如果有一處被腐蝕變薄或破裂，會(huì)讓內(nèi)部壓強(qiáng)不均，從而發(fā)生爆炸。

小貼士

除橙子之外，橘子、柚子、檸檬、小金桔等柑橘類水果都含有芳香烴類物質(zhì)，當(dāng)果皮里的汁液遇到氣球時(shí)，都能引爆它們。所以，當(dāng)我們吃這類水果時(shí)，千萬(wàn)不要用沾了汁水的手去觸碰氣球。吃過(guò)這些食物后，也要注意洗凈雙手。

NO.3 會(huì)“跳舞”的彩虹

讓我們一起動(dòng)手，做出一條最美的彩虹吧！

實(shí)驗(yàn)材料：

牛奶、食用色素（紅、黃、藍(lán)、綠）、洗潔精、小噴霧器、白色平底盤

實(shí)驗(yàn)步驟：

1. 將牛奶倒入白色盤中，使其覆蓋整個(gè)盤底；

2. 在盤中四個(gè)方向分別滴入四種食用色素；

3. 在小噴霧器中加入洗潔精和水，比例為1：1；

4. 將噴霧器對(duì)準(zhǔn)牛奶表面，輕輕噴灑洗潔精水；

5. 觀察牛奶表面，你就會(huì)看到會(huì)“跳舞”的彩虹了！

實(shí)驗(yàn)原理：

牛奶中的脂肪和蛋白質(zhì)會(huì)形成一層薄膜， 這層薄膜的表面張力會(huì)使牛奶表面變得平整。而洗潔精液會(huì)破壞這層薄膜的表面張力， 使得牛奶表面形成“ 舞動(dòng)”的彩虹漣漪。

NO.4 福爾摩斯探案記

在一些偵探片中，我們會(huì)看到偵探利用指紋指證兇手破案的故事?，F(xiàn)在，我們就利用一些觸手可及的物品，再現(xiàn)指紋取證的過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)材料：

碘酒、蠟燭、燒杯、白紙、口罩、打火機(jī)

實(shí)驗(yàn)步驟：

1. 用力在白紙上印上你的指紋印（現(xiàn)在可能看不到，沒(méi)關(guān)系）；

2. 在燒杯里倒少量碘酒；

3. 戴上口罩，點(diǎn)燃蠟燭，用手握住燒杯上沿，將底部放在蠟燭上加熱；

4. 看到燒杯內(nèi)有蒸汽出現(xiàn)時(shí)停止加熱；

5. 將白紙印有指紋的那一面對(duì)著碘蒸氣，并觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)原理：

人的皮膚表面有一層油脂，手指按在紙面上，油脂會(huì)被紙吸收。碘酒在油脂里極易溶解，它受熱時(shí)會(huì)氣化變?yōu)樽霞t色的氣體，被油脂吸收后發(fā)生凝華變?yōu)楣腆w，所以會(huì)在紙上形成一個(gè)淺色的指紋。

小貼士

用蠟燭加熱碘酒有一定危險(xiǎn)性，建議由父母協(xié)助完成，要注意安全哦！

NO.5 肺呼吸模型

肺是人體的重要器官，它的基本功能是通過(guò)呼吸運(yùn)動(dòng)供給氧氣，并排出二氧化碳?，F(xiàn)在，我們就動(dòng)手制作一個(gè)肺呼吸模型，看看肺是如何工作的。

實(shí)驗(yàn)材料：

礦泉水瓶1 個(gè)、 Y 型管1 個(gè)、3只氣球（1 大2 ?。?、軟陶泥、膠帶、剪刀

實(shí)驗(yàn)步驟：

1. 將塑料瓶用剪刀從中間剪開(kāi)，保留上半部；

2. 將2 只小氣球分別套在Y 型管的兩個(gè)分管口上；

3. 將軟陶泥捏成環(huán)狀，均勻地套在Y 型管上；

4. 將Y 型管插入塑料瓶中，并用軟陶泥密封瓶口，確認(rèn)瓶口與Y型管之間不留任何縫隙；

5. 將大氣球從2/3 處剪開(kāi)，下半部套在塑料瓶底部；

6. 用膠帶將大氣球固定，確保大氣球與瓶底之間不留任何縫隙，完成制作。

實(shí)驗(yàn)原理：

拉伸模型底部的大氣球，會(huì)發(fā)現(xiàn)大氣球的伸縮會(huì)改變瓶?jī)?nèi)容積，從而使得Y 型管下端的兩只小氣球變大或變小。這一現(xiàn)象就如同膈肌幫助肺進(jìn)行呼吸一樣——膈肌上面是胸腔，下面是腹腔，膈肌收縮時(shí)幫助擴(kuò)大胸腔容積進(jìn)行吸氣，松弛時(shí)則促進(jìn)呼氣。

NO.6 簡(jiǎn)易凈水裝置

水是生命之源，如果在野外或者緊急情況下，要如何才能得到一杯干凈的水呢？

實(shí)驗(yàn)材料：

水杯2 個(gè)、紙巾、泥土、清水

實(shí)驗(yàn)步驟：

1. 將水倒入一個(gè)杯子，混入泥土攪渾；

2. 在旁邊擺放好一個(gè)空杯子；

3. 將紙巾對(duì)折，兩段分別放入兩個(gè)杯子中；

4. 空杯子中就會(huì)得到干凈的清水了！

實(shí)驗(yàn)原理：

紙巾內(nèi)部有很多細(xì)小的“管道”，水吸附在這些細(xì)小的管道內(nèi)側(cè)，由于內(nèi)聚力與吸附力的差別，水便能慢慢地輸送到空杯中；而泥沙等不能被吸附，從而使泥沙和水分離，得到干凈的水。

怎么樣，這些小實(shí)驗(yàn)是不是讓你感受到科學(xué)的神奇之處了？

其實(shí)，還有一個(gè)更有意思的小實(shí)驗(yàn)，你不妨也動(dòng)手做一下吧！

拿出一張A4 紙，反復(fù)對(duì)折，你能夠?qū)φ鄱嗌俅文?？?dāng)然，這只是一個(gè)數(shù)字游戲，因?yàn)槟銜?huì)發(fā)現(xiàn)，折到一定次數(shù)的時(shí)候，就沒(méi)法對(duì)折了，因?yàn)槟闶掷锏募堊兊迷絹?lái)越小，但是厚度越來(lái)越大。假設(shè)一張A4 紙的標(biāo)準(zhǔn)為0.1mm 左右，那么從理論上來(lái)說(shuō)，一張A4 紙只要折疊42 次不到即可到達(dá)月球，其算式如下：0.1mm×2^=38.4萬(wàn)千米n=41.8 次。

哇！是不是很神奇？