《誰說不能從武俠學物理?》

物理學說明萬物的運行原理

武俠世界裡的力學與速度,遵守的是同一套定律嗎?

‧想要掌握在水面飛奔的技巧──回想一下牛頓第一和第三運動定律。

‧暗器丟得快又準,不可不知慣性作用。

‧對手移動迅速、如有分身──問問自己懂圓周運動嗎?

‧掌握電能知識,修煉吸星大法可以避免走火入魔。

各路各派的獨門絕活,不是高手,難以心領神會。

【精彩書摘】

宇宙第一基本力是萬有引力,第二基本力是電磁力。

萬有引力是物體質量引起的相互作用,如果從廣義相對論的角度來理解萬有引力的成因,就是物體質量造成了空間彎曲,空間彎曲改變了運動趨勢,相互靠近的運動趨勢形成了引力。

電磁力則是發生在電荷之間和磁體之間的相互作用,是帶有電荷的粒子之間產生的力。譬如說盜帥楚留香用內力點了一個小毛賊的穴道,讓小毛賊的全身或某個關節產生麻酥酥、彷彿過電的感覺,使之暫時無法運動,這種內力就屬於電磁力。再譬如︽書劍恩仇錄︾中陳家洛與霍青桐闖進一座磁山的山洞,突然一股強大的磁力將劍吸走,霍青桐百寶囊中的暗器鐵蓮子也自動飛出,牢牢吸在地上,這種磁力當然也屬於電磁力。

我們通常說的彈力、拉力、推力、壓力、浮力、摩擦力,同樣屬於電磁力。為什麼能將這些表面上看起來和電、磁完全無關的力看成電磁力呢?我們舉一個例子就知道了。

《射鵰英雄傳》第二十六回濃筆重彩描寫了黃藥師的彈指神通:

黃蓉笑道:「這鐵手掌倒好玩,我要了他的,騙人的傢伙卻用不著。﹂舉起那三截鐵劍叫道:﹁接著!﹂揚手欲擲,但見與裘千仞相距甚遠,自己手勁不夠,定然擲不到,交給父親,笑道:﹁爹,你扔給他!﹂

黃藥師起了疑心,正要再試試裘千仞到底是否有真功夫,舉起左掌,將那鐵劍平放掌上,劍尖向外,右手中指往劍柄上彈去,錚的一聲輕響,鐵劍激射而出,比強弓所發的硬弩還要勁急。黃蓉與郭靖拍手叫好,歐陽鋒暗暗心驚:﹁好厲害的彈指神通功夫!」

從宏觀角度觀察,黃藥師屈起中指,中指的指端抵在鐵劍的劍柄上,然後迅速彈出,中指的彈力變成推力,驅動鐵劍向前射出。而從微觀角度分析,黃藥師的中指是由一個個分子組成的有機體,分子又由原子組成,原子中存在著大量的離子和彌散的電子,這些量子級別的粒子當中存在著相互吸引和相互排斥的電磁力。當黃藥師屈起中指,微粒間的距離被壓縮,打破了電磁力的均衡,使斥力大於引力,進而在宏觀上表現出對抗外界壓力、恢復原有形狀的趨勢,這就是我們通常所說的彈力。

有機體可以產生彈力,無機體也可以產生彈力。《射鵰英雄傳》中哲別用強弓射出利箭,歸根結柢是弓弦被拉緊時打破了電磁力的均衡,所以說弓弦的彈力也屬於電磁力。

我們學過摩擦力,包括靜摩擦力和動摩擦力,它們同樣屬於電磁力。

劍客握住劍柄,劍不會掉下去,在手掌與劍柄之間存在著摩擦力,從微觀角度看,是因為構成手掌的微粒與構成劍柄的微粒相互接觸,當平行於接觸面的方向上有重力引發的剪切力時,這些相互接觸的區域就會發生錯位,使手掌與劍柄的重疊面積減小,就像把負電荷從正電荷周圍移走,因此產生反向的應力,也就是我們在宏觀角度所說的靜摩擦力。

劍客從劍鞘中拔出長劍,劍與劍鞘之間會產生動摩擦力。從微觀角度觀察,劍的外部表層和劍鞘的內部表層都不是絕對光滑的,都有數不清像鋸齒一樣的小凸起,由於拔劍時劍和劍鞘在相對運動,兩種物體接觸面上的小凸起會產生形變,這種形變也將打破電磁力的均衡狀態,使庫侖斥力 大於靜電引力,形成宏觀上的動摩擦力。

前文說過,宇宙四種基本力,第一萬有引力,第二電磁力,第三強力,第四弱力。我們分析電磁力的成因,要從微觀角度來分析,而在分析強交互作用和弱交互作用時,更加離不開微觀角度。

強力是讓原子核緊密保持在一起的強交互作用力。我們知道,原子由原子核和圍繞原子核運動的電子組成,原子核又由若干帶正電的質子和不帶電的中子組成。電荷同性相斥,異性相吸,質子都帶正電,自然相互排斥,理論上應該彌散開來,無法聚集在原子核內部,進而也就無法形成原子核。如果沒有原子核,就沒有原子,進而無法形成今天的大千世界。所以物理學家認為,質子之間除了存在同性相斥的斥力之外,還一定有一種讓它們相互吸引的作用力,這種作用力就叫做強力。

強力與萬有引力有某種相似的性質它的大小與質子的質量成正比,與質子之間距離的平方成反比。但與萬有引力不同的是,它只有在質子間距特別近的時候才能產生作用,作用距離只有公尺,和一個原子核的直徑差不多。一旦超過這個極其微小的間距,強力幾乎就不存在了。

弱力是在某些能夠自發放出射線的原子核之中產生的力,它的作用範圍也很小,和強力的作用距離相同,但是強度只有強力的倍。

強力和弱力都很重要,但是做為基本粒子間的短程作用力,日常生活中無法感知,在我們宏觀的武俠世界中也無法分析,所以本章將重點探討電磁力在武俠世界中的作用,並附帶說說萬有引力在輕功中的意義。

註解

剪切力:指施加於相鄰物體的表面,引起相反方向的進行性平行滑動力量。

庫侖斥力:一原子中的電子層和帶有與自身相同電荷的另一原子電子層,兩者之間會產生排斥力。

(本文摘自《誰說不能從武俠學數學、物理、化學?【全三冊】》/時報出版)

【作者簡介】

李開周

1980年生,河南開封人,青年學者,專欄作家。

大學念的是工程學,曾任測量工程師,從事測量、預算和土地規劃等工作。

曾在《新京報》、《中國經營報》、《世界新聞報》、《羊城晚報》、《中國烹飪》和《萬科周刊》等媒體開設專欄。

著有《誰說不能從武俠學數學?》、《從奈米到光年:有趣的度量衡簡史》、《逛一回鮮活的宋朝民俗》、《民國房地產戰爭》、《誰說不能從武俠學化學?》、《誰說不能從武俠學物理?》、《包公哪有那麼黑》、《擺一桌絕妙的宋朝茶席》、《過一場歡樂的宋朝新年》、《吃一場有趣的宋朝飯局》、《歷史課本聞不到的銅臭味》等。

《誰說不能從武俠學數學、物理、化學?》/時報出版
《誰說不能從武俠學數學、物理、化學?》/時報出版

(中時新聞網)

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