11月17日晚,《时间简史》课程在勤者楼404开展了一场别开生面的双师课堂,由数理教学部宋美伦老师与通识教学部周男老师联合授课。在两位教师的带领下,同学们沿着科学史的线索,从光的本质争论出发,逐步走进量子力学充满反直觉的新世界。

课堂伊始,两位教师从不同角度切入“光为何如此特别”。周男老师以物理实验和历史线索为主线,介绍光的波动性以及黑体辐射难题的出现;宋美伦老师则从数学建模入手,展示连续函数为何难以精确贴合实验数据,并由此引出普朗克将能量“量子化”的历史突破。物理与数学在课堂上紧密交织,帮助学生看到科学发现背后的逻辑推动力。
课程中段,讨论转向经典物理的核心信念——决定论。宋美伦老师构建了一个“仅含两种状态的极简宇宙”,以硬币体系为例说明只要初始条件确定,系统未来也随之确定;周男老师则结合牛顿力学与测量思想,解释过去科学家为何相信宇宙完全可预测。两位老师从模型与物理本质两方面展开,使学生得以在跨学科结构中理解决定论为何曾如此自洽而有力。

随后的“不确定性原理”讨论成为课堂亮点。周男老师介绍了海森堡提出该原理的背景及其物理含义;宋美伦老师则以“在直线上标绘一万亿个原子的概率位置”作为数学示例,使学生直观感受到:位置越精确,动量的不确定范围就越大。通过视觉化呈现,学生真实看到量子世界的概率特征,理解了为何在这一层次上拉普拉斯式的“全知”无法成立。

整场课程在两位教师的配合下,将数学思维与物理思想无缝融合,让学生看到科学理论如何从实验、模型与逻辑演进中不断塑形。课堂中,许多学生表示第一次如此清晰地理解经典物理与量子力学之间的根本差别,也更深刻体会到科学发展的开放性与前进力量。
图片:宋美伦、周男
撰稿:宋美伦
审稿:叶彩虹
排版:刘亚涛
数理教学部供稿