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熟悉而又难以理解的水——曹则贤教授报告

时间:2016-06-14作者:张作恒点击:

2016年6月13日下午两点半,来自中科院物理所的曹则贤教授到江苏省生物材料与器件重点实验室做了题为“熟悉而又难以理解的水”的交流报告。顾宁老师,孙剑飞老师,杨芳老师,周昕老师,陈金龙老师等三十余位师生积极参加了此次报告并与曹教授进行了热烈的讨论交流。
曹教授指出,虽然水在我们生活中无处不在,与我们生活息息相关,在自然界中就可以很容易的看到水的三种形态,但是水却具有很多独特甚至反常的性质科学家尚未完全理解。由于水中氢氧原子形成的电偶极矩,水分子间会形成强有力的氢键,若干个水分子会在瞬态集聚成团,但瞬间就会改变。水在特定温度窗口中的反向膨胀也是由于其特殊团簇结构造成的,这也保护了很多水中生物越冬。纯水的凝固温度可能比0℃更低,这是因为纯水缺少可以结晶的生长核。水的比热非常大,可能是因为水在各个方向自由度都可以用来吸收热量。水的表面张力极大,很多生物都可以在水上“爬”行,而水污染就会大大降低表面张力;清洁剂破坏了水的表面张力,使其可以更容易浸润衣物;很多动物小到一定程度时,就会放弃排尿的功能,这也是表面张力决定的。由于水的振动频率几乎涵盖了整个频谱,所以很多电磁波都可以被水吸收,根据这个特性发明了微波炉;仅有一种特殊频率才不会被吸收,这个频率被用在潜艇的通讯上。雷电的形成也与水无不相关,云中的电荷就是由于水滴在空气上下对流中的摩擦而产生的。
曹教授报告完后,陈金龙老师,胡克博士和校外的张博士和曹教授进行了交流,讨论了最近非常流行的超临界水和二氧化碳的溶解效应和生物体体液中离子的作用。此外,陈金龙老师还由曹教授的报告联想到老子道德经中提出的“水利万物而不争”,将科学问题上升到了一个哲学问题。
听完曹教授的报告后,最深刻的感受就是,很多时候,我们在学习知识或做科学研究,都是把前人的研究成果死记硬背或依葫芦画瓢,虽然学起来很节省时间,但是根本无法透彻理解这些成果。曹教授在报告中问了很多问题,如标准大气压指的是什么大气压?(维也纳夏天的大气压)0℃-100℃之间的刻度划分最初是根据什么划分的?(根据气球的变化)两个气泡相碰后,之间的夹角是几度?(120°,因为各向同性)为什么要提出华氏度,华氏度的零度如何规定?(为了常年都处于较低温度的地区使用方便,以冰饱和盐水为0华氏度)由于大气压,抽取的水最高只能到达10m左右,但为什么有一些树木却能长到100m?(尚未有定论,可能与内部输水结构有关)虽然感觉当年自己物理学得还算可以,但是对于这些问题却一个都答不上来。这是因为在中国教育在学习过程中忽略了当年科学家的研究过程,仅仅将精力集中在最后的公式或结论上。解题技巧或许很强,但是对问题的理解却非常肤浅,这也导致之后解决未知问题的思路并不清晰。在研究中,各个学科都不是独立分开的。研究医学就要学生物,研究生物就要学化学,研究化学就要学物理,研究物理就要学数学。根据实验现象所得到的结论可能仅仅是表象,很难单纯从单一研究领域中找到其机制的合理解释。多学科交叉的目的正是将基础理论研究与实验、应用相结合,用理论解释现象,根据现象完善理论。