费米问题的启迪
李清华
神机妙算
1945年7月,世界上第一颗原子弹在美国的新墨西歌州沙漠爆炸 40秒钟后,爆炸引起的滚滚气浪冲到科学家们进行观测的大本营里 第一个起身的是美籍意大利物理学家恩里科?费米
在原子弹爆炸之前,费米从笔记本里扯上一张纸,将其撕成碎片 当他一感到气浪所带来的第一下颠动时,就马上将碎纸片举过头顶抛洒出去 它们在空中飘动,然后纷纷扬扬地落到地面,拉开的距离大约有23米 费米马上经过心算,宣布这颗原子弹的能量为1万吨N当量 后来,负责测量的精密仪器对气浪的速度和压力经过几星期的分析研究,证实了费米当时的现场估计十分准确
费米1938年获得了诺贝尔奖金,4年后成功地进行了核反应实验,开创了核能时代 自从这位成就卓著的科学家于1954年不幸逝世以后,目前还没有哪一位物理学家达到了他那实验和理论水平
弗米问题
如同许多才华横溢的佼佼者一样,费米形成了一套与众不同的风格 其中最突出的一条便是坚持从实际出发,寻找最直接的答案 他特别擅长于把某一个问题“化整为零”,划分成许多容易驾驭的小问题,再加以“各个击破”,最后得出正确的结论
在芝加哥大学执教期间,费米为了更好地让学生开拓思维,发展智力,提出了为世人所称道的“费米问题” 初一听上去,这一类问题似乎十分抽象,有的近乎荒诞 然而在把一个问题分解成若干小问题,每个小问题不需要参考书或专家的指导帮助便可解答出来,从而使自己逐步得到准确答案时,你就会觉得“费米问题”的内涵何等丰富,启迪何等深刻 请看一看下面的“费米问题”
如果你不查询任何资料,能推算出地球的周长吗?行!我们知道纽约和洛杉矶的距离大约相隔3000英里,时差为3小时 3小时是一天24小时中的1/8,而24小时正是地球完成一次自转所需要的时间,因此它的周长必定是把3000英里扩大8倍,即240000英里 这个推算答案是真实可信的,地球实际周长为2490245英里,误差仅为4%
费米提出上述问题的目的在于向人们表明,我们可以进行科学的假设,从中得出比较接近的答案 其中的道理很简单,在一系列的计算中,错误会相对抵消
放之四海皆准?
虽然原子弹爆炸和地球的周长是两个毫无共同之处的问题,但是对其进行估算的方法却是一样的 同样的道理,许多更实际的问题也能得到解决 不论是关于烹调、修车还是人际关系等问题,毫无主见的人通常求助于参考书、领导、顾问或专家等 有独立主见的人却不这样做,而是凭借自己的知识和经验,进行认真的分析和合理的假设,找到解决办法 费米正是通过这样一些问题,来培养学生们的独立思考精神 在著名的“费米问题”中还有这样的例子。
你来到自己想买的一栋房子前,看见边上有一个草坪,那么要将其修剪平整倒底要花多久的时间呢?当时能估算出来吗?可以!你先用每步5英尺的步子进行丈量,发现它宽150英尺长100英尺 汽车库里摆着的割草机看上去与你家的差不多,不到2英尺宽 假设它割幅为1英尺,那么150英尺宽就需要150个割幅,每一个100英尺长,总长度为15000英尺 1英里大约5000英尺,割草机这样就要跑3英里 一个人推割草机每小时走2英里,所以整个工作需耗时15个小时 这虽然是一个很粗略的估算,但如果你打算雇一名割草工,那么它对于估算要会的工资却是有用的
从根本上来说,“费米问题”的科学价值不仅仅是解决了日常生活中的许多问题,而在于提高了人的独立发现和创造发明能力 至于这种发现是象测算原子弹的威力那么至关重要,还是如同计算罐子里的分币那样微不足道,却是无关紧要的 通过单纯查阅资料或者依赖别人去寻找问题的答案,结果只会使你失去唯有在独自的发现过程中领略到的那种无边与伦比的自豪和欢快;丢掉使自己树立和巩固自信心的实践经验 因此,大胆地去处理象“费米问题”一类的问题,将会成为丰富我们生活的一大乐趣。
神机妙算
1945年7月,世界上第一颗原子弹在美国的新墨西歌州沙漠爆炸 40秒钟后,爆炸引起的滚滚气浪冲到科学家们进行观测的大本营里 第一个起身的是美籍意大利物理学家恩里科?费米
在原子弹爆炸之前,费米从笔记本里扯上一张纸,将其撕成碎片 当他一感到气浪所带来的第一下颠动时,就马上将碎纸片举过头顶抛洒出去 它们在空中飘动,然后纷纷扬扬地落到地面,拉开的距离大约有23米 费米马上经过心算,宣布这颗原子弹的能量为1万吨N当量 后来,负责测量的精密仪器对气浪的速度和压力经过几星期的分析研究,证实了费米当时的现场估计十分准确
费米1938年获得了诺贝尔奖金,4年后成功地进行了核反应实验,开创了核能时代 自从这位成就卓著的科学家于1954年不幸逝世以后,目前还没有哪一位物理学家达到了他那实验和理论水平
弗米问题
如同许多才华横溢的佼佼者一样,费米形成了一套与众不同的风格 其中最突出的一条便是坚持从实际出发,寻找最直接的答案 他特别擅长于把某一个问题“化整为零”,划分成许多容易驾驭的小问题,再加以“各个击破”,最后得出正确的结论
在芝加哥大学执教期间,费米为了更好地让学生开拓思维,发展智力,提出了为世人所称道的“费米问题” 初一听上去,这一类问题似乎十分抽象,有的近乎荒诞 然而在把一个问题分解成若干小问题,每个小问题不需要参考书或专家的指导帮助便可解答出来,从而使自己逐步得到准确答案时,你就会觉得“费米问题”的内涵何等丰富,启迪何等深刻 请看一看下面的“费米问题”
如果你不查询任何资料,能推算出地球的周长吗?行!我们知道纽约和洛杉矶的距离大约相隔3000英里,时差为3小时 3小时是一天24小时中的1/8,而24小时正是地球完成一次自转所需要的时间,因此它的周长必定是把3000英里扩大8倍,即240000英里 这个推算答案是真实可信的,地球实际周长为2490245英里,误差仅为4%
费米提出上述问题的目的在于向人们表明,我们可以进行科学的假设,从中得出比较接近的答案 其中的道理很简单,在一系列的计算中,错误会相对抵消
放之四海皆准?
虽然原子弹爆炸和地球的周长是两个毫无共同之处的问题,但是对其进行估算的方法却是一样的 同样的道理,许多更实际的问题也能得到解决 不论是关于烹调、修车还是人际关系等问题,毫无主见的人通常求助于参考书、领导、顾问或专家等 有独立主见的人却不这样做,而是凭借自己的知识和经验,进行认真的分析和合理的假设,找到解决办法 费米正是通过这样一些问题,来培养学生们的独立思考精神 在著名的“费米问题”中还有这样的例子。
你来到自己想买的一栋房子前,看见边上有一个草坪,那么要将其修剪平整倒底要花多久的时间呢?当时能估算出来吗?可以!你先用每步5英尺的步子进行丈量,发现它宽150英尺长100英尺 汽车库里摆着的割草机看上去与你家的差不多,不到2英尺宽 假设它割幅为1英尺,那么150英尺宽就需要150个割幅,每一个100英尺长,总长度为15000英尺 1英里大约5000英尺,割草机这样就要跑3英里 一个人推割草机每小时走2英里,所以整个工作需耗时15个小时 这虽然是一个很粗略的估算,但如果你打算雇一名割草工,那么它对于估算要会的工资却是有用的
从根本上来说,“费米问题”的科学价值不仅仅是解决了日常生活中的许多问题,而在于提高了人的独立发现和创造发明能力 至于这种发现是象测算原子弹的威力那么至关重要,还是如同计算罐子里的分币那样微不足道,却是无关紧要的 通过单纯查阅资料或者依赖别人去寻找问题的答案,结果只会使你失去唯有在独自的发现过程中领略到的那种无边与伦比的自豪和欢快;丢掉使自己树立和巩固自信心的实践经验 因此,大胆地去处理象“费米问题”一类的问题,将会成为丰富我们生活的一大乐趣。
