潮汐力牽引著半個世紀的師生情誼
有關潮汐的三篇科普文章發到網上前,我很想讓複旦大學物理係的賈啟民教授先審閱一下。我把此事委托了家在上海的複旦老同學。文章寄出後忐忑不安有好幾天,賈老師雖是我們普通物理的主講老師,但畢竟是半個世紀以前的事了,老師早已退休而且年歲也高,我自覺做得有些冒昧。誰知幾天後同學來電告知,賈老師欣然同意了我的請求,並說他對我們幾位學生仍有印象。更令人喜出望外的是,幾天後收到了賈老師的回信,打開一看,我的稿件上有多處紅筆批注[1],老師的認真負責深深的感動了我們每個人。
賈老師不僅指出了原文需作修改的幾處地方,同時還提出了對潮汐現象的另一種力學分析途徑。當時為了不影響文章的總體結構,有關潮汐的“老三篇”發到科學網時並沒有加進賈老師的分析方法。近日好友王博士又多次提及賈老師的分析方法,兩人又把賈老師的批複仔細讀了幾遍,覺得他的分析立點嚴謹,數學推導也比我們簡單,在此基礎上略作增補,不失為解釋潮汐現象又一種好方法。
賈老師的做法是把地球分割成許多小質元(可視為質點),每個質元都受到月球的萬有引力作用,同時還受到地球的其它質元的作用力.經過簡單的分析計算,不難得出這樣的結論:盡管地球各點受到非均勻的月球引力場作用,但是地球質心的加速度隻決定於外力即月地兩個質心間的萬有引力,整個地球都以等加速度圍繞月心作圓周運動。
而地球直麵月球處受到月球引力稍強,該處海水會從南北兩極向赤道方向湧動,這就是潮。但根據前麵的分析知道地球質心運動軌跡是固定不變的,這就必然要求地球背對月球處引起完全對稱的潮流湧動,這就是汐。潮與汐在地球的前後兩麵同時產生以確保地球質心的運動軌跡不變,地球海平麵在月球非均勻引力場作用下就是一個長軸位於地月連線上的紡錘體。這就比較簡單直觀地介釋了為什麽潮與汐同時發生在地球的兩邊,由於地球的自轉,地球上多數地方的觀察者一天就可看到兩次潮汐。
賈老師的分析計算可看文件一,我的好友王博士對計算中的公式(3)又作了數學證明,有興趣的請看文件二。
如打開文件有困難,請直接點擊下列鏈接
http://blog.sciencenet.cn/blog-2761988-942060.html
在科學網上發了潮汐科普老三篇後[2],又再續寫此篇,主要目的是拋磚引玉,希望看到有更多科技工作者投入科普事業,創作出更多更精的科普作品。我選擇潮汐作為突破口,並非偶然。潮汐現象盡管眾人皆知,但卻少有人能說清其機理;潮汐現象與潮汐力地上、天上處處皆有,深深地影響著人類的活動;潮汐現象的分析基本在普物力學範疇,非常適合作為大學力學教學的課外讀物。盡管有關潮汐的完整的分析力學方程早已有之,對地球海洋潮汐的預測預報也有成熟的計算方法,但這些都無法給出潮汐現象的物理定性描述。所以這樣的工作是有意義的,也真誠地希望看到更多人能像賈老師一樣提出建議和批評,我們一定會吸納不同觀點博採眾人之長,不斷更新和豐富我們的科普係列。
賈老師大概來自江南常州地區,講一口蘇南腔的普通話,口齒清晰,思路嚴密。他上課從來不看講義,聽說他上課的前一天會把講稿全文背誦一遍,上了講壇沒有一句廢話,一氣嗬成,結束語與下課鈴聲之差僅數秒而己。另外他上課所舉例子,用的比方都精心設計,便與學生深入理解抽象的概念。我們普物的力學、熱學及電磁學三門課程全是賈老師主講。他引導我們在各種複雜的自然現象背後怎樣看清本質和尋找規律,教會我們對不同的研究對象如何建立模型和尋求方程解。這力、熱、電三門課雖然研究的對象完全不同,但賈老師自始至終牽住科學的認識論和方法論這根主線,讀了這三門課使我得益了一輩子。
我一直認為62至64這三年是中國高等教育的黃金時期,無論是師資、生源都是一流的,師生關係最為融洽,教材及管理也走上穩定的軌道,政治運動和金錢誘惑對教學的幹涉都不嚴重。起用賈啟民這樣的年輕老師作為物理係基礎課的主講老師就充分說明複旦當時的校係領導有魄力有眼光,幾十年過去了,我們年級所有的同學都對賈老師心悅誠服,這次我和賈老師之間的互動再次被同學們傳為佳話。據說賈老師文革後升教授時,有一些講課很差的教師提出異議:說他隻讀了三年大學提前畢業,隻能算大專生...。
其實有賈老師這種經曆的在複旦物理係並非個別,當年物理係的師資實在太缺乏了。優秀的有實力的物理教師轉眼之間消失,執行國防科委的調令不能過夜;全國各地高校要建物理係,複旦又必須抽出資深教授予以支援;自己係裏還要建設新的專業和實驗室。師資人才不可能從天上掉下來,隻能從大三的優秀生中挑選出來,先跟著做幾年助教,幫著整理編寫教材,這些助教經過磨練,優秀的再挑出來,成為了我們基礎課的主講老師。那正是一個激情燃燒的年代,一個不拘一格降人才的年代,寫到這裏,我更覺得這個年輕的共和國能一步步走到今天真是非常地不容易。
正因為當年走過的路太崎嶇,一路上又風風雨雨,所以從這條路上走出了像賈老師這樣一大群實幹的人才。隻要把賈啟民三個字輸入百度,就知道賈老師編的普物教材影響力有多大。今天有高學位和留洋經曆的精英們未必能比賈老師做得更好,更何況他們多數也不會願意全身心的投入到基礎課的教學中去。在高等教育摸索前進的道路上我們曾有過行之有效的方法和經驗,可惜當年門一開,我們把可愛的孩子連同洗澡水一同潑進了汙水池,把西方的教授治校、學位製和學分製當作包治百病的靈丹妙藥呑進肚裏,結果是“拋卻自家無盡藏,沿門持缽效貧兒。”
試看今日之高校,土洋博士滿街,教授院士不缺,唯獨少了賈啟民這樣關愛學生,也被學生真心敬佩的老師。師者,所以傳道、受業、解惑也,樂於傳道、助人解惑一生一世才是真正的大師,賈老師才是我們心中的大師。
謹作此文略表對恩師賈啟民教授的感激之情
[1]賈老師對我稿件的批複。
如打開文件有困難,請直接點擊下列鏈接
http://blog.sciencenet.cn/blog-2761988-942060.html
[2]前三篇潮汐文章的要點隻有兩個:一是引起潮汐的力學分析,二是潮汐作用力在不同天體上的各種表現。文章指出潮汐作用力來自月球引力勢的四極分量,潮汐作用力沿海水的切向分量把地球一個地方的海水(低潮處)推向另一處(高潮處),潮汐作用力的切向分量雖然非常微弱,但不為地心引力減消,它作用於海洋的每點每處,而且有時間積累,積少成多、聚沙成堆,最終導致波濤洶湧的海洋潮汐。文章也指出隻要有非均勻引力場分布,就有潮汐作用力,它不僅引起地球上的潮汐,也是月球總以固定一麵對著地球的真正原因,這種潮汐作用力也是太空中許多現象背後的主導原因。
有興趣的請閱讀下列三篇博文: