王治鈞

日常生活中的現(xiàn)象是如何與物理學(xué)相結(jié)合的？當(dāng)我們學(xué)到某一個物理學(xué)定律后，能用它來做些什么？讓我們聽聽英國物理學(xué)家海倫·切爾斯基（Helen Czerski）是怎么說的。

如果將現(xiàn)在物理學(xué)的內(nèi)容描繪在一個坐標(biāo)軸上，可以得到下面這張圖。橫軸代表時間，縱軸代表被觀測物質(zhì)的大小。

圖中左下角是量子力學(xué)，它是研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的物理學(xué)分支，它研究的對象微小而難以捉摸。圖中右上角是宇宙，它巨大、遙遠而神秘，包含了太多我們至今都難以解釋的現(xiàn)象。

但在這兩者之間，還包含著火山、云彩、單簧管、氣泡等等我們?nèi)粘Ｉ钪械臇|西，它們的運行都遵循著物理學(xué)定律。在這個區(qū)域內(nèi)，眾多的物理學(xué)原理共同作用，造就了這個美妙且復(fù)雜的世界。

要如何辨別一個雞蛋是生的還是熟的？可以讓雞蛋旋轉(zhuǎn)起來，手指用力快速按住雞蛋，再挪開手指。熟雞蛋會停止轉(zhuǎn)動，而生雞蛋會因為蛋清、蛋黃等液體的慣性，帶動雞蛋繼續(xù)旋轉(zhuǎn)（具體現(xiàn)象會因雞蛋轉(zhuǎn)速、力的大小和持續(xù)時間略有差別）。

這個生活中的實驗證明了物理學(xué)中的角動量守恒定律：如果一個質(zhì)點（質(zhì)點系）相對某一定點（定軸）所受的力矩之和（外力矩之和）始終為零，那么質(zhì)點（質(zhì)點系）相對于該點（定軸）的角動量是守恒的。

太空中的哈勃望遠鏡

這個看上去很晦澀的物理學(xué)定律，用上述實驗就很容易理解：讓物體（雞蛋）沿固定軸轉(zhuǎn)動，它會一直旋轉(zhuǎn)，直到有外力（手指，也可能是桌面的摩擦力）使它停下來。

并非只有雞蛋遵從這個規(guī)律，它在太空同樣適用。哈勃望遠鏡（在地球軌道的望遠鏡）自1990年升空已經(jīng)在太空中漂浮了30多年。它曾在1995年拍攝過一張照片，名為哈勃深空視場（Hubble Deep Field）。這張照片的拍攝位置在大熊座，覆蓋范圍的寬度只有2.6弧分（又稱角分，是量度角度的單位，1度=60弧分=3600角秒），面積為全天面積的2400萬分之一，約等于我們看到的100米外一顆網(wǎng)球的大小，并且由于拍攝目標(biāo)太暗淡，整張影像由342次曝光疊加而成。在這個過程中，哈勃望遠鏡需要在連續(xù)10天內(nèi)觀測這一小片區(qū)域。那么問題來了，哈勃望遠鏡一直在繞地飛行，要如何精確地控制其指向位置呢？

原來，哈勃望遠鏡是使用“反作用輪”來進行指向位置控制的。當(dāng)反作用輪順時針轉(zhuǎn)動時，哈勃望遠鏡就會逆時針轉(zhuǎn)動。而這其中的基本原理與雞蛋相似，都是利用角動量守恒定律，只不過詮釋的角度不同：在一個孤立的系統(tǒng)中，角動量的總量必須保持不變，如果系統(tǒng)的一部分開始朝一個方向旋轉(zhuǎn)，那么系統(tǒng)的其余部分必須朝相反的方向旋轉(zhuǎn)。

?哈勃深空視場（圖片來源/美國航空航天局）

雞蛋竟與天文望遠鏡有著千絲萬縷的聯(lián)系，可見生活中任何一個小小的現(xiàn)象都獨具物理學(xué)價值，當(dāng)它們聚集在一起時，就變成了我們的生活，甚至是推動世界前進的科技力量。

（責(zé)任編輯 / 張麗靜? 美術(shù)編輯 / 周游）