谁说不能从武侠学物理-电磁力和弹指神通

谁说不能从武侠物理-磁力弹指神通(图/时报出版提供)

《谁说不能从武侠学物理?》

物理学说明万物的运行原理

武侠世界里的力学与速度,遵守的是同一套定律吗?

‧想要掌握在水面飞奔的技巧──回想一下牛顿第一和第三运动定律。

暗器丢得快又准,不可不知惯性作用

‧对手移动迅速、如有分身──问问自己懂圆周运动吗?

‧掌握电能知识,修炼吸星大法可以避免走火入魔。

各路各派的独门绝活,不是高手,难以心领神会。

【精彩书摘

宇宙第一基本力是万有引力,第二基本力是电磁力。

万有引力是物体质量引起的相互作用,如果从广义相对论的角度来理解万有引力的成因,就是物体质量造成了空间弯曲,空间弯曲改变了运动趋势,相互靠近的运动趋势形成了引力。

电磁力则是发生在电荷之间和磁体之间的相互作用,是带有电荷的粒子之间产生的力。譬如说盗帅楚留香内力点了一个小毛贼的穴道,让小毛贼的全身或某个关节产生麻酥酥、仿佛过电的感觉,使之暂时无法运动,这种内力就属于电磁力。再譬如︽书剑恩仇录︾中陈家洛霍青桐闯进一座磁山的山洞,突然一股强大的磁力将剑吸走,霍青桐百宝囊中的暗器铁莲子也自动飞出,牢牢吸在地上,这种磁力当然也属于电磁力。

我们通常说的弹力、拉力、推力、压力、浮力、摩擦力,同样属于电磁力。为什么能将这些表面上看起来和电、磁完全无关的力看成电磁力呢?我们举一个例子就知道了。

射雕英雄传》第二十六回浓笔重彩描写了黄药师的弹指神通:

黄蓉笑道:「这铁手掌倒好玩,我要了他的,骗人的家伙却用不着。﹂举起那三截铁剑叫道:﹁接着!﹂扬手欲掷,但见与裘千仞相距甚远,自己手劲不够,定然掷不到,交给父亲,笑道:﹁爹,你扔给他!﹂

黄药师起了疑心,正要再试试裘千仞到底是否有真功夫,举起左掌,将那铁剑平放掌上,剑尖向外,右手中指往剑柄上弹去,铮的一声轻响,铁剑激射而出,比强弓所发的硬弩还要劲急。黄蓉与郭靖拍手叫好,欧阳锋暗暗心惊:﹁好厉害的弹指神通功夫!」

宏观角度观察,黄药师屈起中指,中指的指端抵在铁剑的剑柄上,然后迅速弹出,中指的弹力变成推力,驱动铁剑向前射出。而从微观角度分析,黄药师的中指是由一个个分子组成的有机体,分子又由原子组成,原子中存在着大量的离子和弥散的电子,这些量子级别的粒子当中存在着相互吸引和相互排斥的电磁力。当黄药师屈起中指,微粒间的距离被压缩,打破了电磁力的均衡,使斥力大于引力,进而在宏观上表现出对抗外界压力、恢复原有形状的趋势,这就是我们通常所说的弹力。

有机体可以产生弹力,无机体也可以产生弹力。《射雕英雄传》中哲别强弓射出利箭,归根结柢是弓弦被拉紧时打破了电磁力的均衡,所以说弓弦的弹力也属于电磁力。

我们学过摩擦力,包括静摩擦力和动摩擦力,它们同样属于电磁力。

剑客握住剑柄,剑不会掉下去,在手掌与剑柄之间存在着摩擦力,从微观角度看,是因为构成手掌的微粒与构成剑柄的微粒相互接触,当平行于接触面的方向上有重力引发的剪切力时,这些相互接触的区域就会发生错位,使手掌与剑柄的重叠面积减小,就像把负电荷从正电荷周围移走,因此产生反向的应力,也就是我们在宏观角度所说的静摩擦力。

剑客从剑鞘中拔出长剑,剑与剑鞘之间会产生动摩擦力。从微观角度观察,剑的外部表层和剑鞘的内部表层都不是绝对光滑的,都有数不清像锯齿一样的小凸起,由于拔剑时剑和剑鞘在相对运动,两种物体接触面上的小凸起会产生形变,这种形变也将打破电磁力的均衡状态,使库仑斥力 大于静电引力,形成宏观上的动摩擦力。

前文说过,宇宙四种基本力,第一万有引力,第二电磁力,第三强力,第四弱力。我们分析电磁力的成因,要从微观角度来分析,而在分析强交互作用和弱交互作用时,更加离不开微观角度。

强力是让原子核紧密保持在一起的强交互作用力。我们知道,原子由原子核和围绕原子核运动的电子组成,原子核又由若干带正电的质子和不带电的中子组成。电荷同性相斥,异性相吸,质子都带正电,自然相互排斥,理论上应该弥散开来,无法聚集在原子核内部,进而也就无法形成原子核。如果没有原子核,就没有原子,进而无法形成今天的大千世界。所以物理学家认为,质子之间除了存在同性相斥的斥力之外,还一定有一种让它们相互吸引的作用力,这种作用力就叫做强力。

强力与万有引力有某种相似的性质它的大小与质子的质量成正比,与质子之间距离的平方成反比。但与万有引力不同的是,它只有在质子间距特别近的时候才能产生作用,作用距离只有公尺,和一个原子核的直径差不多。一旦超过这个极其微小的间距,强力几乎就不存在了。

弱力是在某些能够自发放出射线的原子核之中产生的力,它的作用范围也很小,和强力的作用距离相同,但是强度只有强力的倍。

强力和弱力都很重要,但是做为基本粒子间的短程作用力,日常生活中无法感知,在我们宏观的武侠世界中也无法分析,所以本章将重点探讨电磁力在武侠世界中的作用,并附带说说万有引力在轻功中的意义。

注解

剪切力:指施加于相邻物体的表面,引起相反方向的进行性平行滑动力量。

库仑斥力:一原子中的电子层和带有与自身相同电荷的另一原子电子层,两者之间会产生排斥力

(本文摘自《谁说不能从武侠学数学、物理、化学?【全三册】》/时报出版)

【作者简介】

李开周

1980年生,河南开封人,青年学者,专栏作家

大学念的是工程学,曾任测量工程师,从事测量、预算和土地规划等工作。

曾在《新京报》、《中国经营报》、《世界新闻报》、《羊城晚报》、《中国烹饪》和《万科周刊》等媒体开设专栏。

着有《谁说不能从武侠学数学?》、《从奈米到光年:有趣的度量衡简史》、《逛一回鲜活的宋朝民俗》、《民国房地产战争》、《谁说不能从武侠学化学?》、《谁说不能从武侠学物理?》、《包公哪有那么黑》、《摆一桌绝妙的宋朝茶席》、《过一场欢乐的宋朝新年》、《吃一场有趣的宋朝饭局》、《历史课本闻不到的铜臭味》等。

《谁说不能从武侠学数学、物理、化学?》/时报出版