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#週末開大課#最近看到一位小學教師出作文題“早起的鳥兒有蟲吃”,一位小學生將作文寫成了“早起的蟲兒被鳥吃”,結果作文被判0分。雖然這樣的老師也許只是個別現象個別人,但不得不承認這是一種呆板教育的悲哀!不相信這類逼腳適履的教育工作者,以及告訴學生自然科學研究已經到了盡頭、諾貝爾獎已經過時了的人,能夠培育出在自然科學領域見解獨到、有所作為的人才!

科學定理定律,在沒有將其推翻依據的情況下必須遵守。但是,在科學技術突飛猛進的狀況下,原有的限定條件也許會被打破,原有定理定律在應用時超出了原有定義域範圍的現象不再是鳳毛麟角,這就要求科技工作者不能再迂於成見,尤其是對於一個有才幹的人士而言幸運可能正在準備敲你的門。

最近,一個特別耀眼的例子就是傳統的水三相圖認知被打破。

下圖是世界學術界公認的水三相圖,而且熱力學領域還以水三相點的273.16分之一定義為1個開爾文溫度單位。從該水三相圖可知,在1個標準大氣壓下,水的凝固點,即水和冰的轉化溫度是0℃;沸點,即水和水蒸汽的轉化溫度是100℃。水三相點的位置位於4.5毫米汞柱壓力和0.01℃。從圖中可以看出,由水三相點出發的三條彎曲射線,把溫度與壓力構成的平面座標系分割為冰、水、汽三部分,在每一部分割槽域內部,無論如何改變壓力和溫度,水都不會從一相變為另一相;尤其是當溫度高於0.01℃以後,無論施加多麼高的壓力,液態的水、氣態的水蒸汽都不可能變成固態的冰。直到幾年前,對於這一定論,誰也沒有懷疑過。

水三相圖和水三相點第一次受到衝擊,是美國麻省理工學院的科學家小組在研究碳奈米管與水的相互作用時發現的。他們在試驗前預計,碳奈米管會排斥水分子;然後他們往僅有幾個水分子大小的碳奈米管中,注入水;接著他們將試驗溫度提高,當溫度升高到比100℃還要高一些以後,讓人目瞪口呆的現象發生了,液態水居然變成了固態冰。至於水變成冰的溫度究竟是多少攝氏度則很難確定,只是把試驗中的105℃預設為最低溫度。他們繼續提高溫度,結果發現在高達151℃的高溫下水仍然可以結冰。下圖是給他們提供在105℃下由水結成冰條件的碳奈米管放大了的模型和他們在這種條件下結成的冰。

無獨有偶,在麻省理工學院發現105℃下水結成的冰後不久,中國、俄羅斯、美國三個國家的化學家組成的研究團隊就於在《Physical Review Letters》(物理評論快報)上發表研究成果表示,他們研究多種氫水合物的特性時,發現任何一種氫水合物中都由一個氫分子與三個水分子構成氫水合物分子團。這類氫水合物分子團在室溫和氣體壓力相對較低的環境下,會以冰的狀態存在。注意這又出現了室溫下的冰!

還可以列舉出一些其它領域超乎人們認知的自然現象和試驗,這些都說明,我們迄今為止的認知,在條件變化時很可能被打破,真不知道還有多少科學定理定律需要重新限定適用範圍。

我們中有些人不是在埋怨,為什麼近代的頂尖科學家愛因斯坦、牛頓、門捷列夫、居里夫人等都是西方人,怎麼沒有中國人嗎?教育工作者們趕快多培養一些善於獨立思考、具有開拓精神的學生吧!

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