一堂太空课与一个新世界

6月20日，杭州保俶塔实验学校的一位小学生站在走道上观看太空授课。 新华社

6月20日，在南开中学航天体验馆，学生们通过弧形屏幕观看中国首次太空授课。 新华社

老师在距离学生300公里的太空中，课堂人数超过6000万人，这个世界上最大的课堂出现在人类航天时代的最开端。

科幻作家刘慈欣说：“这堂课最伟大的地方不在于简单展示了几个知识点，而是像一支画笔一样，为孩子们描述了一个与地球重力世界不同的太空世界。”

刘慈欣守在电视机前认真上完了这堂近一个小时的太空物理课。与此同时，他的女儿也在山西一所中学的课堂里，成为了爸爸的“同学”。

五个实验展示了足够震撼的新世界

“课堂展示了另一个世界，物理规律与地面一样，但因为失去了重力，这个世界的运行方式与地面是完全不同的。它会很大地启发和开阔孩子们的思想、视野。”刘慈欣认为，那是一个新世界，虽然在图像上看来很狭窄，但完全不同于日常状态。对学生们来说，这已经足够震撼。

37岁的上海延安初级中学物理教师解进和初二年级一个班的30多名学生一起观看了直播。在直播过程中，解老师没有插话讲解，而是让孩子们自己去体会。

解老师说，这堂课包含的几个实验超过了数十个教学，“耳听为虚、眼见为实”，普通教师很难在地球上创造相同环境。实验的核心问题是比较地球和太空两个环境下“有重力”和“无重力”的不同。

第一个实验其实是区别质量和重量。平时称量体重，测得的重量并不是质量。而王亚平操作的仪器测得的是聂海胜撞向一个平面时的速度，仪器又记录下了时间，因此仪器根据V=AT计算出了聂海胜的加速度，再根据已知的太空秤的弹簧回复力，根据F=MA，最终可以精确计算出聂海胜的质量。

中国科技馆的副研究员赵洋说，这个实验利用了牛顿第二定律，而这个定律在太空中有很强的应用性。这位中国科学院科学技术史博士举例说，美国有一次航天器对接时，需要对接力度恰到好处，这两个航天器质量一致，又可以控制速度，力度得到了很好的控制。

第二个单摆实验，也与地心引力有关。解老师说，在地球上的课本教学中，教给孩子们的是，小球的机械能等于动能加势能，小球在单摆运动时，动能和势能可以相互转换，但太空中就不一样了，小球只受到了王亚平给出的初始动能，不能摆起，因为势能不存在。同样因为上下左右的概念不存在，小球呈现的圆周运动，其实是在太空中任何一个平面上的圆周运动。

第三个陀螺实验，是所有实验中，受到重力影响最小的一个。高速旋转的陀螺在太空受到外界其他力的干扰几乎为零，因此在初始状态下，陀螺可以始终指向指定的方向，起到导航作用。

赵洋说，这里面包含了角动量守恒原理，实际应用已经有很多，例如很多通信卫星，为保证天线对准地面，就通过陀螺高速自转达到稳定。

最令赵洋惊喜的实验是第四个水膜实验。他说，他猜到了大部分实验，而亲眼看到水膜变水球的情景令他感到很奇妙。“就像是升维，从二维水膜逐渐变成了三维水球。”

解老师认为，从表面看是水的张力问题，其实也是重力问题，太空不受重力影响，“水膜自然就HOLD住了！”解老师说。

中国科学院理论物理学家李淼提到，水的受力主要是无数个水分子之间的引力，向水膜不断注水，形成的是水球。由于张力，水的表面积有很多能量，在体积一定的情况下，会尽量使表面积最小，而球面的表面积最小。

第五个是水球实验。地球上，在不同的水的深度，物体受到的压力不同，气泡受到的压力上小下大，因而自然向上。太空中的气泡在水中受力是均匀的，除非有外力干扰，气泡会安静地呆在水球中。

赵洋说，太空旅行时会用到液体燃料，了解气泡在液体中的状态，会非常有助于消除气泡，保证燃料在管道中的顺畅运行。

在解释对水球进行染色时，李淼提到了扩散原理。因为没有重力，所以染料没有固定去向，向四面八方均匀扩散。解老师说，亚平老师希望告诉小朋友，在太空实验中进行材料融合实验，得到的合成材料的分子、原子分布均匀度高于在地球上的情形。“这样的太空材料技术今后是否能得到广泛应用，从而为人类制造出更多高品质合成材料，是非常有趣而有悬念的。”

解老师说，这些实验当中，有关“质量和重量的区别”“小球的机械能”“水的张力”的大致知识，在上海初中的物理课和科学课上都会讲到，但学生们学习有关F=MA、V=AT等公式，学会计算水的压强等，还要到高中阶段。

“中国梦”有一部分是要放到太空去做的

“小时候看到的东西会对人生有很大影响。”赵洋说，他小时候特别喜欢看有关太空的电视节目，后来，他就报考了北京航空航天大学，继而去中科院继续读博士。

作为航天迷、太空迷和科幻迷，赵洋称神十升空、太空授课为太空迷的节日。正在“过节”的他说，太空是一个非常好的实验场所。“天然的微重力、很高的真空度以及无处不在的辐射，这三个条件都是很好的实验条件。”

他说：“‘中国梦\’，有一部分是要放到太空中去做的。”

“历史上经济和科技发达的大国，全都有自己的太空梦，他们或是建成了人类的第一个空间站，或是把人类送到了外星，有很多科学定律都是以他们的名字命名的，但以中国人名字命名的却很少。未来，很多未知都会来自太空，人类要向太空要知识、要资源。”

李淼说，他正在参与的引力波测量实验，就非常适合在太空做。他解释说，万有引力也有波，跟电磁波类似，但是还没有被直接测量到，而仅仅间接观测到其效应。

作为理论物理学家，他还很想在太空中进一步验证爱因斯坦的广义相对论，用精密仪器测量时钟是否会变快，以及陀螺运动的变化。作为科幻作家，他甚至希望到黑洞边上去做实验，看看根据相对论，人会不会变得更年轻。

赵洋说，真正的太空科学实验和演示实验是有区别的，王亚平的实验看似非常简单，却“触及了宇宙的本质”。

新华社

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