魔鬼物理学3:超级英雄故事里的物理学

前言 IX序言 XI新版序言 XV导论 科学是如何拯救超级英雄漫画的001第一部分力学第1章 超人诞生023第2章 氪星的引力秘密037第3章 格温·斯黛西之死047第4章 闪电的真相061第5章 蚁人的大世界073第6章 水下的英雄083第7章 蜘蛛侠荡起来099第8章 蚁人的阿喀琉斯之踵105第９章 陀螺人为什么能转不停？115第10章 蚁人是听不见也看不见吗？127第11章 闪电侠与狭义相对论135第二部分能量第12章 吃货闪电侠149第13章 缺失的功171第14章 冰人如何克敌制胜？189第15章 钢铁侠遭遇强敌201第16章 静电的意外魔力209第17章 超人教给蜘蛛侠的电学知识219第18章 电王跑起来就成了万磁王229第19章 万磁王跑起来就成了电王237第20章 X教授的超级力量247第三部分现代物理学第21章 微观宇宙之旅259第22章 平行宇宙究竟在哪儿？273第23章 幻影猫为什么能够隧穿？295第24章 被固体物理学痛击的钢铁侠303第25章 制服的诱惑327第四部分例外的变异第26章 超级英雄的失误357后记 致谢 附录1 重要公式 附录2 推荐书目

作者：詹姆斯 ？ 卡卡里奥斯 美国明尼苏达大学物理学与天文学教授，畅销书作者。他是凝聚态物理学领域的一位实验物理学家，研究范围很好广泛，涉及纳米材料和神经系统中的随机共振分析等。由于在科普方面做出的杰出贡献，他曾被美国物理学会和美国科学促进会授予相关奖项。

    导论
    科学是如何拯救不错英雄漫画的我曾经想，我的学生会不会觉得学物理是在浪费时间，但这个疑虑几年前就已经消散了。有我吃完午饭，回到学校的物理教学楼，听到迎面走来的两个学生正在聊天。从他们的表情以及我听到的只言片语中，我猜测他们应该刚考完分级考试。接下来我听到了如下对话（出于礼貌的考虑，我对其中的脏话做了删节处理）。高个子学生向他的朋友抱怨道：“我只想×××低买高卖，我才不想知道什么×××的球从×××悬崖上扔下去是怎么回事。”从这番话里我们可以知道两件事情：靠前，发财的秘诀是低买高卖；第二，传统物理学课堂上的案例在很多学生看来与日常生活毫无关系。现实世界是复杂的。为了在物理课上把一个概念讲清楚，比如牛顿第二定律或者能量守恒定律，几十年来，物理教师们创造出一大堆程式化的问题，像抛物线运动、动滑轮的重量或者弹簧质点的振动。这些问题实在太抽象了，学生们禁不住抱怨道：“现实生活里什么时候会用到这些东西啊？”我在教物理课的时候，曾玩过一些新花样，就是用不错英雄漫画里的例子来解释物理学定律的应用。这很好有趣，当我在课上引用不错英雄漫画里的例子时，我的学生从来不会去想，他们什么时候才会在现实生活中用到这些东西。显然，他们心里都有一个梦想，毕业之后，他们会穿着紧身衣与恶势力抗争，保护我们的城市。作为一名守法公民，我觉得很好有安全感，因为我知道我的科学界同人里有很多人会被视为“疯子。”我很开始把漫画和大学教育联系起来是在1965年，那时我以12美分的高价买了《动作漫画》的第333期，里面讲述了关于超人的故事。那时候我还不是特别迷恋这位钢铁英雄，只是被书的封面文字所吸引（见图1），即“书里介绍了高等学府的内部运作方式”。那时候我还是个孩子，对于大学生活感到很好奇。《动作漫画》第333期中有一个故事叫
    “超人的不错失误”，在这个故事里，由于对人类做出的杰出贡献，超人将被授予大都市工程学院的超科学荣誉博士学位（我要指出的是，我在读研究生的时候没听说有这么一个学位）。在这期漫画的封面上，超人身处学校的大礼堂，正用他的热视线在青铜奖状上“写下”自己的名字。他旁边那些穿着毕业礼服的年长教员惊恐万分，他们怕的不是超人的热视线，因为他们看到的不是超人，而是一条喷火的巨龙。这些幻象都是超人的死对头卢瑟搞的鬼，卢瑟的计划就是不停地扰乱超人的认知，让超人丧失判断力和斗志，从而无法阻止他的邪恶计划了。尽管我当时只是一名小学生，但我觉得这期漫画对大学生活的这些描述可能不太真实。然而，这个封面上有两点倒是很好准确。靠前，所有的大学教授都穿着长袍，戴着帽子；第二，大学教授全都是80多岁的白发老人。这是前次意识到漫画和大学可以联系在一起，但绝不是很后一次。后来的几年里我一直兴致勃勃地看漫画，收集漫画。对我来说，这可不是一种罪恶的享受，因为我觉得根本就没有罪恶的享受这回事。随大溜是没有安全感的表现（你喜欢什么就是什么，你不应该因为自己的兴趣爱好而感到愧疚。我在看漫画的过程中发现，创作者和漫画家们在创作漫画的时候所提到的科学知识经常是正确的，这超出了我的预期。那些对不错英雄漫画不太了解的人可能会很惊讶地发现，漫画里的许多事在科学上可能都说得通，我们确实可以从漫画里学到很多科学知识。图2就是一个典型的例子，这幅图取材于1958年4月第93期《世界很好拍档》中的一个场景。全民漫画公司（后来的侦探漫画公司，现在的DC漫画公司）的不错英雄包括超人、蝙蝠侠和罗宾，《世界很好拍档》里的每一期都讲述了一个这些不错英雄的冒险故事。在这个故事里，大坏蛋维克多·丹宁在设法偷盗“大脑增强机”时，阴差阳错地获得了天才智商。他凭借自己的超高智商犯下了一系列“不错罪行”，引起了蝙蝠侠、罗宾和超人的注意。他的很多计划都被我们的不错英雄挫败了，于是丹宁决定铤而走险，试图找到蝙蝠侠和罗宾的大本营——蝙蝠洞（书里并没有解释为什么找到大本营就能打败蝙蝠侠和罗宾，它只是理所当然地说每个大坏蛋都想知道蝙蝠洞的所在）。图2?第93期《世界很好拍档》杂志中的一个场景。获得超高智商的大坏蛋正在讲解自己的计划，利用地下冲击波的频散确定蝙蝠洞的位置丹宁派出自己的心腹在哥谭市外围埋下，并在他的地震探测仪上观察冲击波。丹宁的理论是穿过洞穴的冲击波速度与穿过岩石的冲击波速度不同，据此就能找到蝙蝠洞的位置。在这个例子里，大坏蛋维克多·丹宁的做法是有可靠的科学依据的，声速或者冲击波的速度确实会受其所穿过物质的密度影响。声波需要介质才能传播。在密度较小的介质中，比如空气，分间的空隙较大，这使得气压波很难传播，远不如水、钢、寓中较薄的墙等介质。大致来说，介质密度越大，声音传播速度越快，所以西方电影中主角色总是把耳朵放在钢轨上听声音，以此判断是否有火车即将到达。你能通过钢轨听到振动的声音，而通常这时候火车的距离还很远，根本看不见，而且通过空气传来的声音也会更晚到达。事实上，地质学家正是用声波速度的变化来探测地下油田或者天然气矿藏的位置。另一方面，漫画里的科学家和他们的及其工作方式，却与真实情况相差甚远。在同一期《世界很好拍档》里，就有一处不太科学的描述（见图3）。大脑增强机的发明者约翰·卡尔博士在一次科学会议上介绍了他近期新的实验。他吹嘘说，他的设备可以把任何人的智力提高100倍。不幸的是，卡尔指出了一点不足：“目前缺少一项关键要素（来让他的设备运行起来），但我还不知道它到底是什么！”这相当于发明了一台能把铅变成金子或者能把水变成油的机器，但只差一个要素就能让机器运转（没人知道到底存不存在这个东西）！在科学会议上，很少有人把这种未完成的工作拿出来介绍（至少不会有意这么做）。维克多·丹宁出席了这次会议（他正是在这次会议上动了偷取大脑增强机的心思，尽管这台机器存在内在设计上的缺陷），他被贴上“邪恶的前科学家”的标签。称丹宁为前科学家还有些道理，因为对于物理学界，甚至是整个科学界来说，一旦被划为“恶人”的行列，你就会被踢出这个圈子，并被剥夺“科学家”的头衔。图3?第93期《世界很好拍档》杂志中的另一个场景。“邪恶的前科学家”维克多·丹宁抢先发售看到了只有一个缺点的“大脑增强机”科学原理与不错英雄故事的结合出现于20世纪40年代（漫画迷称那段时间为漫画的“黄金时代”），在20世纪50年代后期和60年代（所谓的“白银时代”）变得更常见。这两个时代之间是漫画的“黑暗时代”，当时漫画的销量直线下滑，不错英雄的概念受到精神病专家、教育家和议员们的抨击。漫画所受到的犹如天壤之别的对待，存在种种原因，而且有待商榷。由于在这本书中，我们将主要用不错英雄来解释科学概念，因此有必要先花一点儿时间来介绍一下这些神秘英雄的起源。

即便是书中并不符合物理学的地方，通过卡卡里奥斯的讲述，也变得妙趣横生、幽默风趣。——《自然》本书讲述了超人和蜘蛛侠能教会我们的物理学知识，角度独特，真实有趣，清晰流畅。——《科学》卡卡里奥斯通过充满感情的亲切讲述和青涩的幽默，把恼人的物理原理解释给读者听。——《柯克斯书评》卡卡里奥斯列举了原子侠、钢铁侠、X战警、蚁人、绿巨人等例子，涉及多个物理学领域，包括电磁学、量子力学、弦论、热力学等。更加入了幽默的元素，让这本书趣味横生。——《出版人周刊》在卡卡里奥斯看来，漫画中的物理学原理很多时候都是正确的，这往往出乎我们的预料。——《波士顿环球报》本书生动活泼地重新解释了蚁人的能力，蜘蛛侠的振荡原理及其蛛丝的强度，没有烦琐的公式推演，轻松活泼。——《发现》本书趣味横生，科学严谨，介绍了一些基础物理学知识，并穿插了一些对经典漫画英雄的历史的讲述。——《大都会》

超人为什么能够一跃而起到楼顶？蜘蛛侠的女友格温？斯黛西死于高空坠落还是蜘蛛侠的蛛网？万磁王为什么跑起来就成了电王？X战警暴风女是如何控制天气的？闪电侠要吃多少汉堡才能跑得比声音还快？原子侠能够乘坐电话线中的电子到达电话的另一端吗？从漫画英雄口中讲出的物理学知识，将颠覆你对物理的所有认知。在这里，物理不再是脱离实际的冷冰冰的公式，而是成为英雄施展超能力的魔法棒。你将从超人、蜘蛛侠、万磁王、暴风女、闪电侠身上了解动力学、热力学、电磁学、量子力学和固体物理学等方面的基础知识。学物理将不再只是建模型和列公式，看漫画书也能帮助你分析课本中的物理学原理。超人飞起可以用牛顿运动定律解释，蜘蛛侠在高楼间穿梭符合摆球振荡原理，万磁王本身就是电磁感应的体现……从漫画书里跑出来的漫画英雄走进物理学课堂，教你玩转物理课！

《魔鬼物理学3》是“魔鬼物理学”系列丛书的第三本，主要讲述了漫画中的物理学知识。让超人演示牛顿运动定律，让蜘蛛侠解释摆球振荡，让万磁王展示电磁感应，这样学物理是不是更好玩儿？《自然》《科学》《柯克斯书评》《出版人周刊》《波士顿环球报》等好评推荐！

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