《军事物理学》：从军事知识

玄机的揭示者

我不是“军事迷”，但无意中曾了解到马克沁机枪连发的原理，知识获得的当时内心产生了一种强烈的震撼。

我们都知道，普通枪支射击后会产生后坐力，这个力如果不善加利用，就是个烦人的、危险的冗余物。而且每射击一次就要各种动作全来一遍，发射效率很低。马克沁机枪利用火药爆炸产生的高压气体，完成机枪自动退壳上膛、连续射击的动作。它一举把后坐力这家伙给充分利用了起来，变废为宝，也实现了自动连续射击的梦想，可谓一举两得。再想深一点，这个创意，其实也就是把汽车火车等的内燃机连续运转原理极致化，应用到了枪械上。

讨论这个知识点，可以跳出复杂具体的枪械内部结构。一件神奇的事情是如何发生的，当你了解其玄机后，不会发出“切，不过如此”的失望感，而是会更加觉得这事神奇，就说明这个知识点有其特殊的厉害。一个事物你也许不太需要知其然，却可以深刻知其所以然，这也是个很有趣的知识现象。

一个人能为类似的知识传播投入巨大精力，令人不由得心生敬意。像这样为知识普及着迷的精神，像这样执着的玄机揭示者，我们或许也完全可以归其为“科学素养”，称其为“科学精神”。一个有追求有底蕴的民族，少不得也离不开这种精神和传统的培育浇灌。（刘功虎）

曹则贤

在中国科学院物理研究所，研究员曹则贤被称为科学家、科普明星与才子。他是科技部973纳米材料项目首席科学家；他的一些讲座视频单条抖音播放量过亿，说是“科普明星”绝不为过；他在物理所作的“三八妇女节”讲座持续多年，深受同行追捧，大家戏称“没有曹老师的讲座，物理所的三八妇女节是不完整的”。能够让同行和同事如此欢迎，无疑是大才子。

前不久，曹则贤老师写出新书《军事物理学》，并就此接受了长江日报《读+周刊》专访。

《军事物理学》 曹则贤 著 上海科技教育出版社

皱纹是一个力学问题

曹则贤的“三八妇女节讲座”可说是物理所的一个品牌、一段佳话。当时他和朋友研究了“应力”问题，获得了一些非常有意义的研究成果。“材料应力工程和皱纹的生长有关，我们所的女同胞就要求我给大家讲讲，于是就有了2008年的讲座《皱纹之美与尊严》。”

他说，皱纹是一个力学问题，因为人年老时外表皮比真皮面积大，外表皮对真皮部分有往外的张应力，张应力足够大的时候，皮肤就会出现弯曲，这就是皱纹。然后他写出一个复杂的方程，指出“目前没有一个科学家能完成具有脸部拓扑的、肌肉—脂肪—真皮—表皮结构之曲面的永远近似平整的规划”，所以剌皮手术的结果就是很不自然、必须不断整容。

现在在网上还能找到他做的PPT，穿插了大量的文学、演艺素材，堪称精彩又幽默。

于是一发而不可收，第二年他讲了“极性的世界”，两种性别就像正负电荷相互吸引。这个讲座里诞生了金句：“正负电荷之间的相互作用，是可以被别的电荷屏蔽掉的。如果你的女朋友在遥远的别处工作，身边还围绕着很多帅哥，你还觉得你对她很有吸引力，那说明你电磁学考试及格是老师的努力。”

第三年的讲座《谁引诗—情到碧霄》讲的是表达的问题，爱情要表达，物理本身也是表达问题；根据这个讲座内容做的一些视频在抖音播放量也都是3000万量级。

他还讲过“作为时间函数的情感问题”，讲“情感的动力学”，讲“天遇”——一个行星被另外星体吸引的时候，判断这个体系稳定与否要用到拉格朗日量，就是把动能减去势能。对于人来说，动能就是你的本领，势能表征异性对你的吸引，这两项之差决定这个两体体系到底能不能稳定下来。金句是：“如果我们学会看两体的问题，就知道能轻松hold住你、随便就能让你五迷三道的那个人，基本上对你不感兴趣。”

他写出了物理学界的《管锥编》

曹则贤的这些讲座迅速“出圈”，在中科院其他研究所和高校颇受欢迎。在网上也能看到他很多日常的上课视频，他与学生的互动也是生动幽默的，比如用《射雕英雄传》讲解“导师的重要性”。

如果单看这些，会觉得他好像在走“网红教授”路线，但其实并不是这样。

他对科学传播的现状不满意：“我国的科学传播才刚起步，该做的事情还很多，做法上也有许多值得商榷的地方。”“我们津津乐道的总是科学以外的东西，还热衷于凭借自己的想象给科学家的形象附加很多高尚内容……我希望科普工作能够让受众看到真正的科学、科学家和科学精神是什么。只有关于科学家的心灵鸡汤和道德情怀对于提升我国公民的科学素养可能不够，可能我们还是应该花点时间谈论科学本身”。

“在我当了物理研究员、成了教过不少名牌大学的教授多年以后，有一天猛然发现目前这个世界上可能99.99%的数学和物理知识都是我闻所未闻、见所未见的，我甚至有崩溃的感觉。”

于是，曹则贤便有了一股愿望，“写一点我知道的数学和物理与人分享，早一点告诉朋友们外面真有知识的海洋”。

于是，他陆陆续续写了《量子力学少年版》《相对论少年版》《一念非凡》《惊艳一击》《磅礴为一》。写书对他来说，“是一场抚慰之旅，抚慰那个顶着烈日一边割草一边想着算术题的少年——他刚刚在别人的书本里看到了一道民兵肩上架着机枪打飞机的几何题，那让他感到格外的新奇并因此而激动不已。今天回想起来，我16岁以前没念过书，26岁以前没念过像样的书，40岁以前没明白先哲的原著才是值得念的书。我希望我的努力，能让一些少年早早知道这世界存在先哲的原著，早早涌起阅读并弄懂先哲原著的冲动”。

他深感语言的重要性，物理、数学领域有不少学语言的天才，比如薛定谔，现在人们常把他和猫联系在一起，但其实他是把希腊文化介绍给德语文化的一位干将。“掌握不同的语言，可能会让你产生不同的思维模式。而在物理学领域，很要命的一点是，它在发展前期用的是拉丁语，中间一段时间如19世纪到20世纪初工作语言是德语，后来它的工作语言又变成英语，这门学科用不同的语言在不同时间、不同国家对不同的人表述了以后，其实已经包含了相当多的歧义，这也给我们中国人学物理带来了很大的困难和阻碍。”

有感于此，他花了12年的时间写下了四卷本《物理学咬文嚼字》，通过探究物理学词汇的起源与演化（包括歧义的产生和名词的误用）来更加深刻地掌握物理学的概念和图像，理解物理学的本质和表象，涉及英法俄德，还有希腊文拉丁语，被誉为物理学界的《管锥编》。

这样的曹则贤，将如何提笔来写《军事物理学》呢？

军事技术对物理学素养要求极高

把知识和经验投入武器研制，自人类试着磨尖木棍、石块时起就是如此了。

青铜器时代的铸剑术，其中就用到了对不同金属或合金的冶炼。火药在13世纪从中国传入欧洲，到17世纪成为战争的主要物资。1903年莱特兄弟发明的飞机，为战场添加了一个维度。

物理学提高了战争威力，战争也推进了物理学。抛石机引出了力学，从中发育出弹道学，有了弹道学才有今天的航天成就；空气动力学是特别难学、特别难研究的学问，很难想象如果没有军事用途，这门学问会被研究得那么深入。

热力学是最独特的一门物理学分支，比相对论、量子力学的基础更坚牢。它是关于宇宙、生命体、简单多粒子体系的学问，对理解材料学、化学、生物学和社会学来说都是指导性的学术基础。就军事而言，无论是关于人类社会形态的演化、一场大战的挑起与终结，还是关于一件武器的设计使用，热力学的角度都是看待问题的正确视角。热机的不断改进，让人类有了各种具有驱动能力的机械，今天世界上一些国家的傲慢，就是因为率先掌握了热力学才养成的。

在《军事物理学》中，曹则贤保持了旁征博引、幽默生动的叙事特点。他写道：“热量不仅来自化学燃烧，来自电加热，也可以来自非弹性碰撞。两个物体发生碰撞取决于初始速度和物体的材质，会有一部分动能转化成热能，从而可作为后继效应的触发因素。老电影《瓦尔特保卫萨拉热窝》中，两手空空的游击队员要引爆油罐车，就是让火车头爬高积聚势能，然后让火车头从高处冲下将势能转化动能，高速火车头引起的车厢之间的碰撞，进而引爆了油罐车。这里的事件链可物理地描述为势能→动能→热→燃烧。这是一个非常好的物理学知识用于战争的案例，表明提升兵员的科学知识对于赢得战争是多么重要。”

在幽默的后面，有着曹则贤的感慨：“无数的先辈为了国家民族的解放前赴后继，付出了鲜血、汗水和聪明才智。怀揣热爱和平的信念，保持强大的战争能力，绝不接受任何人强加于我们的战争，我们才有可能享受和平。”

【访谈】

为读者提供尽可能丰富的军事与物理学科交互的知识

读+：您为什么会写这本《军事物理学》？

曹则贤：我是一个物理学工作者，研究物理是我的本职工作。我也是一位物理学教授，教物理也是我的工作之一。在学习物理的过程中很容易注意到，军事应用本来就是物理学发展的重要驱动力。从军事应用的角度来把物理学串到一起，也是一个体会物理学、教授物理学的值得尝试的一个做法。从军事的角度阐述物理学肯定会引起很多人的关注，这样也许能促进物理学在中国的传播。我还注意到，虽然我国有不少军校，但似乎没有《军事物理学》通识类的教材，这样一本书也许可以作为军校学员的参考书。

最重要的，我本人是一个军迷。撰写这样一本书，也让我从一个独特的角度去审视我学过的那些物理学知识。

读+：对于物理学的军事应用，您是怎么看待的？您本人和军事有过什么缘分吗？

曹则贤：物理学作为一门学科，它的研究对象包括世间一切存在。从这个角度来说，军事、战争只是物理学的普通研究对象而已。战争与军事是影响人类社会进程的极其重要因素。

我本人和军事没有什么缘分。我就是一名普通男性，对军事、战争的最初认识都是来自电影，看到电影里的英雄人物为了保家卫国而冲锋陷阵，也会有血脉偾张的感觉。我生于安徽北部的一个偏僻乡下，第一次接触到军人大概是十岁那年的一个夏夜，突然就来了一队解放军的军车，三下五除二在我家后面的小河上架起浮桥就开了过去。军车、浮桥、自动步枪还有解放军战士的漂亮绿军装，让我感到很震撼。1987年我从中国科学技术大学毕业要填工作志愿，我记得我选了解放军总参谋部的某个部门，但因为考上了研究生，这事儿就不了了之了。

未来军事技术进步最关键的地方是光学

读+：这本《军事物理学》有哪些新意？

曹则贤：这本《军事物理学》目的有二。其一，向人们指明物理学的哪些内容是和军事应用有关的，用物理知识促进对军事（武器）的理解；其二则是将军事应用当作一个纲领，围绕这个纲领来理解物理学。这里所说的理解，是那种把物理学各领域当作一个整体来加以理解。人们学物理的时候，一般都是按照物理学自身的领域划分进行的，如经典力学、电磁学、量子力学等。如果在学完各分支领域以后能够把物理学各领域放到一起统筹思考，努力去获得一种融会贯通的感觉，我猜想那是成为大物理学家的必由之路。在稍低一些的层面上，也可以从某个具体应用、具体主题的角度出发对物理学进行跨学科的理解，比如从军事、医学等应用的角度，或者从散射、二次型数学、群论等主题的角度去看物理学。我个人认为，这是个有效又有趣的学习物理的方法。

这本《军事物理学》的特色是，一个物理研究人员、一个物理学教授在对军事没有任何实际接触的前提下，凭借有限的物理学知识去讲述物理学在军事上的应用、军事作为驱动力在一些物理学发展过程中的推动作用，力图为军事爱好者提供一些基础物理知识，同时也是为从事军工研究的同仁们提供一个纯物理研究者眼中关于军事和物理交互作用的图像，或许对他们能够有些启发。

读+：您在书中说，未来军事技术进步最关键的地方是光学，为什么？

曹则贤：光是能量载体，也是信息载体。今天人类已经学会了制作各种光源，已经将光用于毁伤、战场侦察、武器制导等不同目的。可以看到，今天的各种武器平台都必然有光学器件。各种武器平台的先进性首先体现在其所使用的光学器件的先进性上。

光还有一个独特的性质，就是传播速度快，可达每秒30万公里。如果将光用于打击的目的，则可以看作是瞬时到达的，这是其他任何武器所不可比拟的。就摧毁能力而言，今天的激光早已是常用的工业加工工具，任何金属件在激光束下都能迅速被熔化甚至汽化。当前激光武器主要受制于光沿直线传播的缺点。未来若实现了作者在本书中提出的“激光束弯曲路径自我设计”，那就能实现“发现即瞬时摧毁”。到了这个时候，其他形式的武器可能都是多余的。

加油吧少年，向着有好老师的地方去

读+：很多人都觉得物理难学，看到公式就害怕，您对物理学习有什么建议吗？

曹则贤：物理学，还有数学，被污蔑为枯燥、可怕的学科，真的让人很无语。数学、物理是人类的最高智慧，我们今天的美好生活来自技术进步，但这个能力从根本上说是来自人类对自然的认识，是数学、物理知识的体现。

数学、物理和我们平常说的话一样，都是一门语言。数学公式是符号，是最高效的知识表达方式，可你现在看到的这些字也都是符号啊，它们是一样的。不同的地方是，数学、物理公式里浓缩了我们关于世界的知识。当我们的知识足够多的时候，我们就需要知识浓度高的表达记录方式，这就是公式。

你看看这世界，阳光、绿草、彩虹还有你，都是我们感兴趣要理解的对象。试着理解这个世界，就是学物理的过程，这是自然得不能再自然、开心得不能再开心的事情啦。一个人如果学到了从公式能理解世界的程度，会很开心的。请记住下面这个公式，从这里能看到宇宙中存在反粒子。一个人如果有一天能给朋友解释这个方程，他会佩服自己的。而我们的社会，需要很多很多这样的人。（这是狄拉克方程，杨振宁评价：“这个简单的方程式是惊天动地的成就，是划时代的里程碑：它对原子结构及分子结构都给予了新的层面和新的极准确的了解。没有这个方程，就没有今天的原子、分子物理学与化学，就不会有核磁共振成像技术，不过此项技术实在只是狄拉克方程的一项极小的应用。”——读+注）

我们的少年中，也许有一些天生不适合学物理的人，但比例很低。更多的人，早早放弃了数学、物理的学习，是因为没有遇到合格的老师，他们在离自己的智商天花板还很远很远的时候就停止了学习。对物理学习，我对今天的青少年的建议是：一是要认识到生在这个时代的你必须学会物理，这不是选择，这是必须；二是在坚定了要学好物理这个信念的前提下，去跟好老师学。如果你当前还没有遇到好老师，那就更要努力啦。努力，加油，争取去到能遇到好老师的地方。这不光是针对学习，而是针对你人生的一句忠告。努力，到有好老师能教你真本领、指引你如何开创人生道路的地方去！

读+：看得出来，您对青少年寄予很多希望，那么需要什么样的物理素养？中老年人是否也需要补充一点物理学知识？

曹则贤：今天的时代是一个技术超越了神话的时代。今天，科学技术的许多元素都已经渗透到了人们的日常生活中。从前的人，不学物理不懂技术可以活得很开心，今天的人如果不能充分理解生活中的那些技术元素，可能会遭遇各种实在的生活困难。一个人如果不能理解那些进入我们日常生活的技术内容，可能会显得跟个傻子一样。理解技术的基础就是物理学。至于说需要什么样的物理素养，我个人认为今天的青年人都要把大学物理系的课程当作自己的必修课，而这与你要学习的专业、将来要从事的职业无关，也就是说，今天一个号称受过高等教育的人，可能都需要修习完大学物理系的课程。

至于中老年人是否需要补充一点物理学知识，那就要看他的生活态度了。一个能感知到时代进步脉搏的人会自发学习的。如果想理解今天这个日新月异的世界，他们就会发现补充物理学知识是必要的。

（长江日报记者李煦）

【编辑：张靖】

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