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黑板的力量

正如Philip Ball 所發現的那樣,儘管已進入了數字時代,但對物理學家來說,與現代數字設備相比,傳統黑板仍然是獨特的、不可替代的。

試著上網搜索一下理查德·費曼的照片,將會看到什麼呢?照片中的費曼,有著頑皮的微笑、閃爍的眼神、一頭蓬亂的頭髮。但最引人注目的是:費曼總是站在黑板的前面,黑板上有著潦草的板書,多數物理學家認為那是量子力學的內容。

圖1 費曼的「黑板肖像」

在我為即將出版的量子力學一書尋找著名物理學家照片時,「黑板」出現的頻率之高令我震驚。從愛因斯坦、玻爾到海森伯、狄拉克,他們都有「黑板肖像」。眾所周知,實驗科學家的最典型標誌是被實驗儀器所環繞,而理論科學家,竟沒有什麼標誌比「黑板」更具代表性,這是為什麼呢?

黑板肖像

這種表徵專業的標誌性姿勢在19 世紀和20 世紀初尤為盛行。對於化學家來說,從路易斯·巴斯德到瑪麗·居里,他們的照片或畫像中標誌性姿勢通常是凝視著手中的燒瓶。

物理直到19 世紀才呈現了當今物理學的雛形。對物理理論的研究直到愛因斯坦時代才逐漸成為獨立的理論物理學科。用「黑板肖像」來標誌物理學家,似乎在詮釋著物理學的本質是由粉筆雕塑出的抽象數學。

「黑板肖像」與愛因斯坦有很大關係。法國的文學理論家羅蘭·巴特在1957 年解讀愛因斯坦時說:「具有歷史性的能量方程E=mc2用其極端簡潔的方式,打開了物理學家努力幾百年都未曾打開的奇妙之門。」對於愛因斯坦的「黑板肖像」,巴特繼續說:「愛因斯坦身後的黑板上寫滿了複雜的數學公式;而在愛因斯坦的卡通肖像中……他手握粉筆,信手拈來就在空空的黑板上寫出了世界的『魔法公式』」。

這些「魔法公式」就像可以解開宇宙秘密的咒語,而且似乎只有將它們寫在黑板上才能發揮魔力。

黑色的魅力

通常認為黑板的發明人是蘇格蘭的教師James Pillans。在19 世紀初,為了用粉筆表達複雜的信息,他將多個平木板並排放在一起,形成了黑板的雛形。但這種方式也許出現得更早。Case Western Reserve大學的理論物理學家Harsh Mathur 認為黑板起源於印度, 而著名的波斯旅行家Al-Biruni 在其遊記中提到在11 世紀黑板就已被使用。

無論黑板的起源怎樣,到19 世紀中葉黑板發展成為塗有黑色塗料的平木板,可用干抹布或毛氈擦去其上面的粉筆字跡。儘管黑板很廉價、也不神秘,但使用過黑板和粉筆的人都會感覺到它的神奇。要想改正拼寫或計算的錯誤,只需輕輕一擦,其感覺就好像你從未錯過。要想修正板書,只需擦除無用的字跡,就能輕鬆改正。要想解決一個新的問題,只需用一塊濕布擦除之前寫過的痕迹,就可以再次重新開始。

黑板和粉筆就像紙和墨一樣,是現代技術無法代替的組合。今天,在世界各地的物理研究中心黑板仍隨處可見。在加拿大滑鐵盧的圓周理論物理研究所,黑板是這裡設計的主要元素,大樓的咖啡區和電梯旁,黑板觸手可及;在英國劍橋數學科學學院的牛頓研究所,甚至在廁所里都有黑板,以至於你無法預測眼前會出現什麼。

圖2 在圓周理論物理研究所,黑板構成的民主空間隨處可見,甚至在電梯里

黑板的無處不在, 似乎能把人的創造性思維掛到牆上,營造著共同努力、分享科學思想的團體氛圍。

粉筆的對話

對費米實驗室的粒子物理學家Seyda Ipek 來說,黑板是她日常生活中的一部分,就像人需要喝水一樣。黑板促進了人們之間的非正式、即興的交流和討論。她說:「我們常常在餐后的咖啡時間,使用咖啡廳里的黑板。當有人問『有什麼最新想法』時,就會有其他人走到黑板旁說,『我最近在思考一個問題,讓我來說給你聽。』」顯而易見,黑板是一個民主的空間,能夠使人們隨時隨地分享思想。

這個獨特的民主空間大大促進了科學思想的碰撞。如若被人直接指出觀點上的錯誤,你可能會感覺受到了攻擊,進而拒絕交流。但若你的想法用粉筆寫在黑板上,那麼你們就可以進行客觀、細緻地討論與檢查。前面提到的Mathur 也提出了類似的觀點。這類易擦除的討論方式,能夠減少被質疑人的負面情緒,會讓人們更加放心大膽地在黑板上呈現自己的想法。

黑板還能控制討論或解釋的速度。上課時,用粉筆在黑板上講解的速度反映了人們思維的進度,有利於學生更好、更有效地接受信息和知識。在基礎物理課的教學中,學生更加青睞黑板,而不是用PPT作為主要的教學溝通手段。Ipek說:「在費米實驗室,有一個雜誌俱樂部,每周都會用黑板總結一篇有趣的文章。突然,有一周使用了PPT 進行交流,竟然所有人都對此表示了不滿」。

此外,黑板還有其他契合人類思考的優勢。通過列出提綱、刪減內容等方式就可以顯示流動的思維。圓周理論物理研究所的另一位理論家Tibra Ali 說,「許多物理學家喜歡在進行深入研究之前,先進行粗略的估算,這時黑板就會大顯身手。」一些物理學家喜歡把好不容易得出的結果寫在黑板上,以求更完整的展現。這也許是對自己得意之作最好的欣賞方式。

黑板的生命

儘管黑板本身不是高科技,但卻可與許多高技術配合使用。例如,Ali 說,他和他的合作者經常在黑板上進行演算,用手機拍照后擦除,再進行下一步。

曾經有人想要試圖對黑板進行改進,但沒有收到期望的效果。比如,圓周理論物理研究所的設計者曾試圖在討論區用一種特殊的玻璃來替代黑板。然而物理學家對此並不買賬,最終還是採用了傳統的黑板。同樣,英國的曼徹斯特大學國家石墨烯研究所,為了避免粉筆灰對人可能造成的傷害,安裝了需要特殊用筆的PVC黑板,但也未獲得廣泛使用。

為此,越來越多的人開始討論為什麼黑板如此重要。正如羅蘭·巴特所提示的那樣,黑板對於物理學的意義遠超過它本身的價值。黑板無形中使其上面的文字和符號充滿活力、權威而不失美感地進行傳播。像歷史遺迹和藝術品一樣,黑板本身也充滿了神秘色彩且值得尊敬。1931 年,愛因斯坦在牛津大學進行了3 場廣義相對論講座,他用過的黑板作為歷史文物至今仍被保存在牛津歷史博物館。記錄著愛因斯坦對宇宙年齡、大小和密度的計算的黑板,今天已成為該館著名的藏品。「來到博物館的人都會問『愛因斯坦的黑板在哪兒?』」 該館的前館長Bennett 說,「它已成為了一個標誌,人們來到了它的前面,就像瞻仰宗教信物一樣。」

儘管人們對待法拉第的線圈、伽利略的斜面等其他科學歷史文物也同樣具有敬仰之心,但被著名科學家使用過的黑板,仍閃爍著特有的迷人光環。這不僅僅因為科學家手中鬆脆的粉筆流淌出迷人的文字與方程,更是因為它標記了人類科學思想的足跡。儘管人的思維轉瞬即逝,但在這裡,關於整個世界的「魔法公式」卻被永遠珍存。

(北京師範大學羅瑩、張墨雨編譯自Philip Ball. Physics World,2017,(6):32)

本文選自《物理》2017年第6期,經授權轉載自微信公眾號「物理學會期刊網」

編輯:PXL

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