用能量創造物質

常常在教學的過程中

我都在思考一件事

現在的學生不知道是幸福還是不幸福?一次段考的份量就可能是幾百年前科學家一輩子的成就,甚至終其一生,還無法得到結論。能用短短數年,看到幾百年甚至千年科學研究的進化,對於樂於學習的人,應該是一件幸福的事!

但是前人畢竟思考許久,我們只用短短的幾堂課,就要學會所謂的公式。

那麼,我們是只記得公式的樣貌?

以及所對應的練習題?還是真的從如何觀察、假設、做實驗、建立假說,最終成為學說的緣由,都能非常清楚呢?

答案不言可喻!

現在的教學

教師有教學進度壓力,學生有升學壓力,家長有養育小孩的責任壓力,許多的壓力,將一切的知識是否有學習到?幻化成只單純以「成績」表現來衡量。

也許我不是懂得最多的老師,但在教學上一直期許自己,除了幫助學生在考試成績上進步以外,也能聊聊對於這個世界的觀察,這些觀察:可以是新知探討、可以是人際關係、兩性關係,也可以是探討科學研究的過程,或是聊聊對於這個世界未知的內容……等。

如果說到中學教過的公式

最感興趣的是哪一個,那肯定非質能互換公式E = mc2 莫屬!

大家都知道這個公式,是基於愛因斯坦的《狹義相對論》中所推導出來的公式。一個看似很複雜的物理論說,卻能用很簡單的公式,表達出來,這是這個公式,讓我非常有興趣,且印象深刻的原因。

E代表的是能量(單位:焦耳J),而m代表的是質量(單位 :Kg),C為光速(單位:每秒299,792,458公尺)。

如果用淺顯易懂的語言解釋

就是每1公克的物質質量損耗,可以產生約90兆焦耳的能量,相當於2萬噸的TNT炸藥。這也就是為什麼在第二次世界大戰之際,不論哪一個陣營,都想率先發明原子彈的原因。

就像熱衷於梵文和印度教的奧本海默

在1945年原子彈試爆成功的當下,引用印度教經典《薄伽梵譚》毫無遮掩的展現自己的驕傲「若論大我光輝,唯有千日同升,齊照耀於太空,方可與之類同。

而心中沒有說出的話,一直到1965年,奧本海默才分享當初沒有說出,另一段《薄伽梵譚》之言:「我現在成了死神,世界的毀滅者。」這句經典名言,也成為電影《奧本海默》的一個看點!

因此,雖然愛因斯坦並不是直接製造原子彈的科學家

但提出E = mc2公式,並且在1939年和多位科學家一起寫信給當時美國總統──羅斯福,指出製造原子彈的可能性,也警告德國也正在研發原子彈中。

雖然到了愛因斯坦去世前一年,也就是1954年,仍耿耿於懷,表示自己生命中犯下一個大錯!便是寄給羅斯福總統的那封信。

「如果我知道德國人不會成功開發原子彈,我什麼都不會做。」愛因斯坦懊悔地說著。

我看到愛因斯坦說這句話,心中百感交集,怎麼跟當初發明炸藥的諾貝爾最後設立諾貝爾獎的初衷一樣,也是看到炸藥被拿來用在軍事殺人感到非常痛心。

真要我說,科技的大進展是雙面刃

可以拿來用在造福人群

當然也可以用在毀滅世界,端看使用者是誰?以及抱著怎樣的目的?

很開心在我教學的過程中,曾經跟學生深刻聊到關於的E = mc2使用可能性。

最早在國三,最慢到了高一,透過理化課或是物理課,就可以學到大家都琅琅上口的公式。我也很榮幸可以用很簡單的角度解釋愛因斯坦的其中一個理論,並且分享這個概念可以用在核能或是原子彈製造上。

「物質質量的損耗能轉變成能量,那能量的損耗能轉為物質嗎?」

這個問題忘記是學生提出來,還是因為聊得熱烈,我自己提出來。不管如何,這是一個很棒的問題,我依據我曾經查到的研究和理解,跟學生說明:「截至目前質能互換公式,大家還是只確認損耗的質量可以轉變成能量!

而利用損耗能量轉變成質量,還在實驗中,目前還沒有結果。

當時我這樣跟學生分享,心裡面就在想,要是哪一天真的能透過,損耗的能量去轉變為質量,證明E = mc2確實可以雙向轉換,對於喜歡物理的人來說,一定是一件很酷的事!

因此在學生升上大一的暑假

我看到真的有科學家從光中的能量損耗去產生新的物質

我開心極了,迫不及待跟這位學生分享我看到的最新研究。雖然研究者不是我,但是這象徵那幾個跟學生「閒聊」的夜晚,並不是空話!而是真的有科學家,日以繼夜在研究,就在我們講著E = mc2公式一切可能性的同時。

本文的開頭我提到我對於現在的學生能夠用短短數年

學到過去數百年甚至數千年科學家的畢生心血,不知道是幸還是不幸?

愛因斯坦曾這樣說:「記住:你們在學校中所學得的那些了不得的東西是世世代代所積起來的工作,是世界上每一個國家經過熱心的努力和無窮的勞苦而產生出來的。現在這些東西都放在你們的手中,成為你們的遺產了。

你們要好好接受這份遺產,要懂得去珍惜它,並增加它,有一天你們可以忠實地把它交給你們的孩子。我們共同創造出永恆的東西,這便是我們這些會死亡的個人所以成就不朽的唯一方式。

如果你們能記住這番話,你們便在生命和工作中找到了意義,並且你們也獲得了怎樣看待其他國家和其他時代的正確的態度。」註1

我想

透過提出這個問題以及分享跟學生曾經的夜談,因緣際會看到了愛因斯坦如此的回覆,我從中也學習到非常多!謝謝愛因斯坦的教導。

同時,也對於科技發明或創新

所帶來可能的雙面刃,愛因斯坦也提出了這樣的看法:「你們只懂得應用科學本身是不夠的。

關心人的本身,應當始終成為一切技術上奮鬥的主要目標;關心怎樣組織人的勞動和產品分配這樣一些尚未解決的重大問題,用以保證我們科學思想的成果會造福於人類,而不致成為禍害。

在你們埋頭於圖標和方程時,千萬不要忘記這一點!」註1

文章的最後我想表達我的好奇,如果人們曾經利用E = mc2公式中,物質損耗轉換成能量(從公式的右邊推導至左邊)對世界帶來巨大的改變;那麼能量的損耗轉成物質(從公式的左邊推導至右邊),是否一樣會為這個世界帶來新的變革呢?

我想會的!

註1

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