预言家沈括（行进中的科学穿越千年时空的）

钱江晚报·小时新闻记者 王湛

【本专栏由浙江省科协、钱江晚报联合出品】

一面“来自”西汉的透光铜镜，古色古香地立在那里，在周围高科技的环绕下，它似乎显得有些另类——它就在浙大科普教育基地物理演示实验室里。

浙大科普教育基地物理演示实验室隐藏在紫金港校区的教四教学楼内，远离热闹却难以低调。这里有光学、力热声学、电磁学科学的展示和互动，热爱科学探索的中小学生们，经常在某个节假日，到这里和美丽的科学来一场约会。

沈括的“透光鉴”，穿越千年之美

宋代大科学家沈括的《梦溪笔谈》中著有“透光鉴”：“世有透光鉴，鉴背有铭文，凡二十字，字极古，莫能读。以鉴承日光，则背文及二十字皆透，在屋壁上了了分明。人有原其理，以谓铸时薄处先冷，唯背文上差厚后冷，而铜缩多，文虽在背，而鉴面隐然有迹，所以于光中现。予观之，理诚如是……”

早在北宋时期，我国著名的科学家沈括就发现了透光铜镜的奥秘。在加工时，铜镜一侧刻有图案，使铜镜厚薄不均，冷却时收缩程度存在差异，因此在铜镜另一侧留下微小的褶皱，这些褶皱形状和透光铜镜背面的图案相似，光照其镜面反射时，便表现出和铜镜背部相似的图案，使得铜镜拥有了类似于透光反射背部图案的效果。

《梦溪笔谈》距今千年，北宋时期的科学家沈括，当年就已经在向大众传播着华夏文明的智慧结晶和科学之美。

哈利波特“预言球”，定义了时间

像《哈利波特》里的“预言球”一样，它在一角闪烁着幽蓝又泛紫的光束，这叫辉光球。

这是在光学厅，辉光球最初是被美国物理学家尼古拉·特斯拉发明用来研究高频交流电的高压放电现象的，如今成为大众走近科学的一个有趣而又神秘的光学仪器。

辉光球为什么会发光？原来通常它内部充有惰性混合气体，比如氩气、氖气、氪气等，内部的气压和大气压比较接近，这些惰性分子在高频的高电压作用下会失去电子形成等离子体，产生电晕放电现象，于是发出触须一样游动的光芒。

这些光芒的颜色并不是任意而杂乱的。不同的气体分子会产生不同颜色的光，比如氩气是蓝紫色，氖气是橘红色，氪气是青白色。

辉光球是一颗充满氩气的蓝紫色球体。

那闪烁着蓝紫光的透明球体，正通过光线向人们传递出一份份拥有特定频率的能量，每一份能量都是由电子在氩原子特定能级差下跃迁释放的，精确又稳定。因此，颜色也特别稳定、纯净。

要知道，这背后所蕴含的物理规律和我们国际单位制中的“１秒钟”时间的定义紧密联系。

对于时间的定义，其原理与惰性气体辉光现象的能级跃迁类似，人们选择更为精密的铯－１３３原子精细“能级跃迁”。最好的铯原子钟可达到运行２０００万年仅相差１秒，被广泛使用在天文、卫星通信、导航系统和国防建设等各个领域中。

一颗小球穿墙而过，丝毫不受黑墙阻碍！这不是变魔术，这里是光学厅。

原来，这是光的明暗变化欺骗了我们的眼睛，而引起光强变化的是一种名叫偏振片的透明薄膜。

原理？略烧脑，此处帮同学们省略一万字。我们只要知道，这种特殊的光学元件与我们日常生活息息相关，比如用在防眩目太阳眼镜、相机偏振片以及随处可见的ＬＥＤ屏幕等。

而且，我国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，在太空与地面进行量子通信实验，主要完成三个任务，分别是量子密钥的分发，量子纠缠原理的验证和传递量子隐形传态。为了配合“墨子号”，地面观测站对于接收的光信号的探测和检验，就需要利用光的偏振态和偏振片。

物体运动中，“你来我往的纠葛”

在力热声学厅，一个可以手持的自行车轮和一张灵活的凳子，让人不禁想坐上去试玩一下。

可当我们转动手上的车轮时，我们在凳子上不借助其他反作用就可以自由地转动。

这个简单的演示，和我们生活也是紧密联系的。比如，快速旋转的扑克牌，可以飞行很远的距离，旋转的飞盘，不会在飞行时被迎向吹来的风掀翻。这是物体运动中角动量和力矩之间“你来我往的纠葛”。

这种角动量的规律，在我们中国空间站也被发挥得淋漓尽致。如果你细心学习，应该观看过天宫课堂里王亚平和叶光富两位老师的演示，他们提问“吹气和甩手，哪种方式可以改变天宫中人体的姿态？”

其实这背后关乎的是如何调整中国空间站姿态的发问。回答自然是利用角动量守恒：以空间站内部高速旋转的陀螺仪作为支撑点，推动陀螺仪角动量旋转就能获得反作用力矩使空间站姿态改变。

这就像坐在凳子上的我们，利用手中转动的车轮，帮助我们改变自己的方向。

科学就是这么“简单”又奇妙。

这里还有很多神奇之境值得探索。如电磁学厅，最亮眼的是通过无线电能点亮的电磁悬浮灯——灯泡悬浮在半空中，和灯架之间有一根手指的空隙。乍看，有点像磁悬浮列车的状态，但是和磁悬浮列车的原理却不相同。

我国的磁悬浮列车发展比较晚，但水平提升迅速，在２０２１年于青岛启动的ＣＲＲＣ ６００高速磁悬浮列车已经达到６００ ｋｍ／ｈ的速度，是目前报道的地面时速最快的列车！

一颗磁悬浮无线供电的灯泡，似乎不能让我们太过惊奇。不过回想１３０多年前，美国物理学家尼古拉·特斯拉就将无线电能输送的理论努力付诸实践，不禁让人感慨：人类在科学上矢志不渝的追求所带来的成就是多么伟大。

科普教育基地名片

浙江大学科普教育基地由艺术与考古博物馆、科技创新馆、人工智能与创新设计馆、竺可桢纪念馆、医学人体博物馆、国家健康和疾病人脑组织资源库、农业试验站、物理演示实验室、农业与生物技术学院科普教育基地等九家基地组成，为2021－2025年第一批全国科普教育基地。

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