匠心

作者:张铭伟来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-11-17

  〖2017年“十佳新锐科普创客大赛”参赛作品,版权归大赛主办方所有,任何媒体、网站或个人不得转载!违者追究相应法律责任!〗

  

  在国庆节和中秋节长假欢乐祥和的气氛里,当几千万旅客,坐上安全、舒适、平稳、速度在300千米小时以上的高铁列车,人们不禁感叹我国高铁技术的先进,不愧为世界第一。有个说法,中国新的“四大发明”之首就是“高铁”。在短短的几年里,高铁建设飞速发展,运营里程达到2.2万千米,占全世界的60%

  这惊人的发展是怎么来的?在节前CCTV-2“对话”节目“我是总师”中,高铁的建设者给出了答案。他们参加节目的团队前面立着两块圆的红色面板,上面银白色的、带有层层波纹、有立体感的两个大字“匠心”特别醒目。原来,这两个字是用电焊焊出来的。一列高铁上有1万六千米长的焊缝,每一厘米都必须高质量、高水平完成,才能保证列车高速、稳定、安全、长时间的运行。为此,他们把自己的产品做到极致,做成精美的艺术品。焊出来的“匠心”是整个高铁团队工作成果的体现,也代表着他们所具有的“勇于创新 精益求精”的“匠心”精神。

 

图片14

高铁“复兴号”

  科学技术的发展是社会进步的动力。

  在科学发展的历史过程中也能找到很多体现“匠心”精神的精彩例证。

  自然科学有一个广泛适用的定律——“能的转化和守恒定律”。自然界的机械能(动能和势能)、热能、电能、光能、核能,以及化学能、生物能等各种形式的能,可以互相转化而总量保持不变。就是说能量不能创生也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体,或者从一种形式转化为另一种形式。

  这个包罗万象的定律,涉及自然界的多个方面之间的相互联系。

  早在十九世纪,就有许多不同领域的人,有医生、工程师、生理学家、工厂主、贵族官员参于到研究、探索之中。他们分别从自己接触和研究的领域,发现或提出“能的转化和守恒”的规律。

  但是,只根据一些现象作出推测和结论是不够的。在互相转化中保持总量守恒,必须有严谨的、数量上的证明。

  英国科学家焦耳,也投入到测定“能的转化的数量关系”的实验研究中。能的变化离不开做功。开始,他利用“电流的热效应”进行电流放出热量的测量(像电热器),研究“电流做了多少功”转化成“多少热”数量关系。后来,又用压缩空气做功使空气温度升高的方法(像打气筒);以及用桨叶搅动水的方法使水温升高(像螺旋桨在水中转)等方法,研究各种形式的能做功和热的关系。

  我们知道,做热学实验的难度是很大的。如果不能有效地防止热的散失(实验器材和周围环境之间的吸热放热),实验就不会准确。为了做到最大限度地减小误差,就要一点一点地发现问题,一点一点地改进,一次又一次地做。就这样,从1840年到1878年,将近四十年的时间,焦耳用各种方法反复做了四百多次实验,取得越来越精确的数据,从而为定律的建立提供了科学的依据。这就是中学物理课本上的一个常数——“热功当量”。

图片15

四十年为了测准一个数

  焦耳那是用一辈子的时间做一件事啊!有人会问:“几十年老是重复做一件单调、乏味的事,能坚持下去吗?”。他能。因为他有既定的目标,就是要尽最大的努力把数据测量准。因此,他对每一次实验都做到细心严谨,对下一次实验的改进充满期待。点滴的进步都会给他带来喜悦和激励。他具有一种“韧性”:目标明确,专心致志,一丝不苟,耐心坚持,不断改进,追求完美。这就是他具有的“匠心”。

  大家都熟悉的著名波兰女科学家居里夫人。她青年时到法国求学攻读物理,毕业后从事物理实验研究。1896年,法国物理学家贝克勒尔发现有些铀盐有天然放射性后,居里夫人和她的丈夫皮埃尔·居里就投入对放射性现象的研究。他们发现沥青铀矿的放射性比铀盐大得多,就想从沥青矿中找出这种放射性物质。经过艰苦的提纯,终于发现了新的放射性物质。为了纪念她的祖国,建议把这种新元素命名为“钋”(Po)。紧接着,他们继续寻找并浓缩放射性更强的物质,又发现了第二种新的放射性元素“镭”(Ra)。这伟大的发现轰动了世界。

  当有些人由于没有看见纯的镭而表示怀疑时,居里夫妇又用了四年的时间提炼,得到了纯的镭盐,测定了原子量。再经过三年的努力,终于提炼出纯净的金属镭。

  要知道,这样伟大的成就是在极其艰难的条件下取得的。知道他们是怎么提炼吗?就是用大锅熬。他们在一处被废弃的简陋、不避风雨的棚子下,支起火炉,在大锅里煮矿渣。没有排风设备,任凭烟气刺激眼和鼻;没有搅拌设备,就用手拿着铁棍人工搅拌。硬是从8吨沥青铀矿石中,一锅锅熬,最后提炼出0.1克镭。从8 吨到0.1克,这需要经历多少艰辛、克服多大的困难!这也是“韧性”啊。能坚守、有毅力、不怕苦、不畏难。这就是她的“匠心”。

  居里夫人回忆起当年,每当他们晚上进入工棚还未开灯时,看见提炼出来的那一点点放射性物质闪烁的荧光,心里就感到无比欣慰。居里夫人说:“那几年是他们最快乐的的时期,在破旧小棚里有最甜蜜的回忆”。是啊!她不仅没有觉得“苦”,反而是“最快乐”“最甜蜜”。

  辉煌的成就带来了巨大的荣誉,居里夫人成为科学史上最杰出的女科学家。对可以给他们带来巨大利益的成功,她毅然放弃了申请专利。她说:“镭不应该成为任何个人发财致富的工具,它属于全世界。”这就是科学家的情感和胸怀。

图片16

 大锅熬出无价之宝

  科学家做实验是要“求真”,“求真”要有坚强的信念,要有敬业的精神,还要有实现目标的措施和能力。

  诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授是华裔,祖籍山东,在实验中发现一种新的粒子。

  丁教授对自己从事的实验有一个比喻:“在雨季,一个象波士顿这样的城市,一分钟之内也许要降落下千千万万粒雨滴,如果其中的一滴有着不同的颜色,我们就必须找到那滴雨。”

图片17

寻找那一滴不同颜色的雨点

  近些年,他在欧洲核子研究中心领导着一个寻找“暗物质”的研究小组。我们知道,宇宙中的物质世界,是由我们“看得见”的微观粒子组成。几十年前,科学家发现在宇宙中有的星系实际的引力比由它的已知质量产生的引力要大得多。他们怀疑,那里还有看不见的物质存在。它们不发光和电磁波,因此看不见,探测不到,是“隐身”的。但是由于有质量,因此有引力。因为“看不见”,所以,叫“暗物质”。寻找“暗物质”成为科学家探索的目标。

  “暗物质”虽然不能直接探测到,但是,人们提出一些间接证明的方法。其中一种:“暗物质”之间相互碰撞会产生大量“正电子”,那么,通过探索出现的“正电子”就可以间接证明“暗物质”的存在。

  二十年前,丁教授领导的团队就开始寻找的工作。为了避免干扰,通过航天飞机、后来通过安放在国际空间站上的大型仪器——“阿尔法磁谱仪”(AMS)来探测太空中的“正电子”。近年来,实验已经取得很大的进展,他们搜集到900亿个数据。要对所有数据分析,这是一项繁杂、枯燥和艰巨的工作,据说还要继续5-10年。

  这是一种固执的追求。没有“求真”的态度,甘心寂寞的坚持是不可能做到的。用他自己的话说:“任何人的能力都是有限的,我的能力也有限,一生只能集中精力做好一件事。”这是他的“匠心”。 科学家的“匠心”精神成就了科学的发展进步。

图片18

 放进空间站的“阿尔法磁谱仪”

  

  我们科学团队发扬“匠心”精神显示出巨大的威力。

  在“千里共婵娟”的中秋夜,人们望着明月,不禁想到我国的“嫦娥登月工程”。从2007年发射宇宙飞船“嫦娥一号”起,通过“绕”、“落”、“回”三步探月工程开始实施。201312月“嫦娥三号”飞入绕月轨道,放出的月球探测器成功在月球表面实现软着陆,释放“玉兔号月球车”,开展在月球上的探测工作。

  我国的航天事业从1970年发射“东方红”第一颗人造地球卫星开始,稳步、快速发展。从发射卫星到载人宇宙飞船到建立空间站,一个个成功的喜讯振奋人心。

  2003年“神舟五号”把宇航员杨利伟送上太空。以后,我们多位宇航员进入太空,其中还包括女宇航员。

  2016年1019日,“天宫二号”空间实验室和“神舟十一号”载人宇宙飞船实现“太空之吻”对接,宇航员进入空间实验室。

  这些定格在航天史上重大事件,鼓舞着我们。这是我国几代航天人,独立自主、自力更生、艰苦奋斗,一步一个脚印,经过几十年的努力成就的伟大事业。上天的事,容不得半点差错,要反复推敲,千百次的实验,靠的是超常的严谨,足够的耐心,才能做到万无一失。这是我们航天科学工作者“匠心”精神的生动体现。

图片19

天宫二号和神舟十一号对接

  好消息传来,我们在贵州建设的世界最大的球面射电望远镜“天眼FAST”在一年调试运行中已经发现六颗脉冲星(中子星),取得了不起的成绩。

  在群山怀抱的喀斯特漏斗形洼地中,安卧着一个直径达500米超大的银白色的“大锅”,整个“大锅”的面积25万平方米,相当于30个足球场大。“大锅”的反射面板由4450块大小、形状不一的铝合金板拼成。板仅有1毫米厚,总重竟然有2000多吨。在“大锅”的中心,有一个接收经过“大锅”反射、来自宇宙射线电波的“大盒子”,叫做“馈源舱”,有30吨重。这个“大盒子”由竖立在“大锅”周围高一百多米的六座支撑塔系住的六根钢索吊着。

  这样一个庞然大物,它的反射面板居然还能自由移动,是怎样做到的?

  原来“大锅”周边是几十根钢支柱和钢圈梁,中间固定着上万根钢索,组成了索网结构,支撑反射面板。通过“促动器”可以使每一块反射面板上下移动,组合成主动跟踪被测天体的抛物面。这可是几千块面板,当然要做最精细的施工、调试,才能保证反射出的射线会聚“不散焦”。

  比起整个“大锅”,“馈源舱”虽然很小,但是,却很重要。它相当于整个“天眼”的“瞳孔”。为使“瞳孔”位于“大锅”的焦点,它也能自由移动到预定的位置。

  通过对“大锅”反射面板和“馈源舱”的精准移动、调节,使如此巨大的反射面反射太空来的射线,集中到一个点上,精准地射入小小的“瞳孔”内,从施工到组装到调试,所允许的误差是以毫米计。

  了不起啊!这就是我们天文科学建设者的“匠心”。他们做出世界最大,探测最远、范围最广、灵敏度最高,领先于全球的“世界第一”。

图片20

“天眼FAST”

  刚刚公布2017年诺贝尔物理学奖,颁发给探测到“引力波”团队的三位美国科学家。100年前爱因斯坦在他的“广义相对论”中预言“任何加速运动的物质都会发出引力波”。这是由于物质质量引发的时空扭曲产生的振动,就像被扰动的水波传向四面八方,被称为“时空涟漪”。但是,由于它非常非常微弱,一直未能被发现证实。这些科学家经过多年努力,终于探测到来自宇宙距离地球13亿光年的两个巨大质量黑洞碰撞发出的引力波,证明了爱因斯坦的预言。

  真是无巧不成书。过了没几天,世界多个天文机构同时宣布:第一次直接探测到来自两颗距离地球1.3亿光年的中子星合二为一时发出的引力波信号,“听”到了来自宇宙的声音,“看”到发出的电磁波,开创了探测宇宙的新方法。令人振奋的是,这一重大发现有中国天文工作者的参与和贡献。我们的“慧眼”天文卫星上的望远镜、南极的巡天望远镜及紫金山天文台探测到引力波并为观测提供了重要数据。

  “厉害了我的国”。这些年来,我国的科学技术得到很大发展,我们的量子卫星,港珠澳大桥,“太湖之光”超级计算机,蛟龙号深潜器,北斗卫星导航系统,飞机、航母、导弹……无一不体现出我们做出的辛勤努力,我们在快速前进,国家在发生巨大变化。像高铁团队展示的一样,这都是我们国家各个领域科学团队的“匠心”。

  我们要大力宣扬“匠心”精神,这是我们时代的精神,是科学技术进步必须坚守的法则。“匠心”精神要我们勇于创新,在学习世界先进科技的基础上,敢于冲向世界最高水平。“匠心”精神还要求我们敬业专注,脚踏实地,一步一个脚印去干,做到精益求精。切忌浮躁,切莫妄想一日网红、一夜成名。特别要在青少年中大力倡导“匠心”精神。黄大年、南仁东等新一代科技工作者是我们学习的榜样。

  习主席在十九大指出“中国特色的社会主义进入了新时代”,要全面建设社会主义强国,奋力实现中华民族伟大复兴的中国梦。这个伟大的目标将成为我们践行“匠心”精神的强大动力。

扫码加蝌蚪五线谱微信