学了10年物理，解决实际问题的能力还很差？原因找到了

　　刚刚在网络上看到了一段演讲，演讲者向听众提了个问题：我们的眼睛能看多远？回答千奇百怪：几米、几百米、几千米……演讲者接下来说：天上的云距离我们有2000米以上；月球距离我们有38万千米；太阳距离我们1.5亿千米；星星距离我们几十、几百光年……下面一片的沉默……
　　很显然演讲者提出的是一个物理问题，难度并不大，听众里面应该没有文盲，但是能答对的却几乎没有。这就很奇怪了，究竟是什么限制了我们的思维，如何才能真正地把学到的考试技能变成真正的知识，成为解决实际问题的本事呢？
　　一、物理思维并非天生，需要学习
　　没有人能说清楚刚出生的婴儿的脑海里在想什么。但可以肯定的是，他（或她）一出生就开始觉察周围的事物，他的内心世界和他本身紧密相连。他不会一出生就知道地球是圆的，也不会知道月亮和太阳距离我们有多远，更不可能知道地球在几十亿年中所经历的那些地址年代。
　　如果不学习，他就将被束缚在自我感知的一小片世界中，不能了解这个世界的真相。然而，即使他参加了学习，甚至是接受了高等教育，仍然有很多人发现，那些考试中信手拈来的技巧，并不能提高解决问题的能力，物理学就是这种情况的重灾区。
　　二、科学的诞生是一场革命，如今我们要战胜的是自己
　　物理学经常被想象为一群男人、女人从事的一种很枯燥的脑力活动，这些人执着于消除那些源于精神世界的意义，追求从物质运动的客观现象中寻找答案。先驱者中的哥白尼就是这种奋不顾身的革命者，他们的理念受到了守旧势力的打压，几近失明的伽利略被迫跪倒在一群牧师面前，否认他自己确信的地动说。
　　如今提高自身的科学素质，当然不再需要付出血的代价，但最大的敌人就是我们自己，源自我们与自身生存环境相互作用过程中所产生的经验。这些顽固经验的建立是我们自身与生存环境之间的互动中形成的。
　　地球上大部分人生活在一个物理量适中的区间内。日常的工作生活区域在几十平方公里内，移动速度不超过100公里每小时，温度区间在-30°~40°之间，每天24小时，每年365天，我们接触的力的大小也在0~100公斤力之内……大致就是这个样子的。三、站在不同的数量级上看世界
　　我们大部分人的经验世界的物理量都是在前面提到的区间之内，然而物理学所研究的领域，以空间尺度为例，已经跨越了42个数量级，每个数量级之间是10倍的关系。
　　科学家们把物理学的研究划分为微观、介观、宏观、宇观四大领域。在研究不同尺度的物理学分支中，存在着许多描述物质基本特征的物理量，每个物理量对应着不同的数量级。我们要用物理知识解决实际问题，当然应该先建立实感体验。
　　比如我们研究水，当水以分子状态在眼镜片上结雾的时候，这些小水滴的尺寸在10~50微米左右（10^-6），在这个尺度下，发挥作用的主要是由水分子氢键产生的表面张力，其数量级要比重力大30个数量级以上，所以我们研究水分子的凝结过程完全可以将重忽略不计。
　　这样的小水滴在空气中受到空气热运动的分子的不断撞击，不断改变自己的运动方向，可以保持很长时间不会落到地面上。少量的飞沫就是如此，大量的小水滴聚集在地面附近就是雾，漂浮在高空就是云。如果小水滴在相互碰撞过程中，不断长大，最后空气分子的碰撞已经不能抵抗重力的作用，小水滴就会落下来，这就是降雨。
　　在理解空气分子变成小水滴，以及形成降雨的过程中，伴随着的是不同物理量的数量级的变化。引起这种变化的不是某个单独的力，而是这些力的合力。随着此消彼长，使得小水滴的运动状态完全不同。所以我们在遇到具体的物理问题的时候，当然要根据具体的情况，在不同的数量级上去观察物理现象，建立对应的经验，总结相关规律，而不是用我们日常尺度下的经验去挪用照搬。
　　照搬生活经验产生严重的误解甚至是反对的主要是相对论和量子力学，它们一个是宇观尺度的物理学，另一个是微观尺度的物理学。把宏观经验套用到宇观尺度和微观世界是错误的，用微观物理套用宏观现象同样漏洞百出。以量子力学为例：
　　量子力学的一个基础就是＂物质波＂理论，有质量的物质都会有波动，处于叠加态。我们的朱清时院士曾经借此比喻说：打开家门，女儿在客厅或者是在厨房……这当然是假的，作为一个院士竟然完全没有理解物理量的数量级。
　　一个人的物质波的波长是可以计算的，它的长度要远远小于氢原子的半径。这样的波长远远小于可见光的波长，如何能看到人的波动？这样的波长怎么可能让人同时处在客厅和厨房？对于一个宏观物体，我们完全可以忽略其波动性的原因就在于此。
　　而对于一个高速运动的电子，它的波长可以达到纳米级别，远远大于电子的直径。这个时候，我们就必须要考虑电子的波动性。所以才有了在微观尺度下那些奇妙的现象。
　　对于微观粒子的行为理解需要在观察的基础之上重新建立微观经验来理解，而不是用我们日常生活中的宏观经验去套用。包括我在内的很多科普作者，在企图用宏观概念来解释微观现象的时候，都会有一种无力感。就跟需要穿越回秦朝，跟始皇帝解释什么是冰激凌一样困难。结束语
　　学科学，特别是学物理，要面对很多的困难，这些困难当中最大的就是面对顽固的经验思维。只有那些抛弃了经验思维，能够以一个观察者的身份，在不同的物理背景下，选择与考察的物理量数量级相当的视角去认识物质的运动，才能找到真正的规律。
　　如果您很喜欢物理学，却一直受到不能把学到的知识转化成解决问题的能力的困扰，那么我正在创作的专栏《物理的门道》就很适合您看看，现在订阅可以享受一折优惠，仅售9.9元。