【正文】 中，以論文數(shù)來決定一個(gè)學(xué)者的命運(yùn)，這對于基礎(chǔ)研究極為不利，也許相對于中國足球來說，中國基礎(chǔ)科學(xué)唯一值得慶賀的是基礎(chǔ)科研工作者們大都安分守己，獻(xiàn)身祖國科技事業(yè)，學(xué)術(shù)腐敗沒有像球場上假球黑哨那樣盛行，這是值得欣慰的。 急功近利的思想，這恰恰是中國基礎(chǔ)科研和中國足球最大的敵人。 近些年來中國其他很多方面都走到了世界前列。就連物理學(xué)的 內(nèi)部，研究應(yīng)用方向?yàn)橹鞯哪蹜B(tài)物理學(xué)和光學(xué)，其出成果速度也要遠(yuǎn)大于粒子物理與原子核物理等基礎(chǔ)方向，因此前兩個(gè)方向大約吸引了八成以上的物理工作者來研究。在日益功利化的今天，足球越發(fā)重視防守，強(qiáng)隊(duì)比賽時(shí)破門得分變得越來越難，這越發(fā)增加了球場上的偶然性。 無論哪國聯(lián)賽，每一輪平均進(jìn)球數(shù)很少有超過 3 個(gè)的。每次傳球，每次射門，擊球點(diǎn)的小小偏差會決定這個(gè)球能否破門得分，而這個(gè)一個(gè)進(jìn)球，可能決定一個(gè)球 員一生的命運(yùn)，決定一個(gè)球隊(duì)多年的命運(yùn)，決定一個(gè)國家足球發(fā)展的軌跡。 所以牛頓所說的“因?yàn)槲艺驹诰奕思绨蛏稀钡哪切┚奕?，就是給他傳球，為他助攻，訓(xùn)練他提高，幫他制定戰(zhàn)術(shù)的隊(duì)友和教練們。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)好比有效的體能保障，每個(gè)科研 人員分工明確，導(dǎo)師如同教練，研究生和年輕科研人員如同球員。實(shí)驗(yàn)物理則完全是靠整體配合，心心相通，甚至熟練到一腳出球來撕破對方防線破門得分的地步。譬如德布羅意給薛定諤傳出那記致命的波粒二向性解釋，波恩給海森堡傳出矩陣方法的那記單刀。但在足球場上職業(yè)比賽中，如果某位巨星 從后場帶球假動(dòng)作變向擺脫連過對方數(shù)人突入禁區(qū)射門得分，那絕對是少有的奇跡，會被銘刻為永恒經(jīng)典。一個(gè)關(guān)心的是向下，即如何根據(jù)電子的波函數(shù)來得出原子為什么具有這種性質(zhì)，他們間的電磁相互作用如何能產(chǎn)生新的單個(gè)分子或凝聚態(tài)物質(zhì)，物理學(xué)家面對大自然的防守可謂帶球突入禁區(qū)直搗龍門。物理學(xué)家第一反映往往是用量子理論把它先“算”出來，然后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是否正確。需要突破大自然的層層防守方能破門得分，面對大自然穩(wěn)固的后防線和神奇門將，進(jìn)一個(gè)球確實(shí)很難。對抗大多體現(xiàn)在技術(shù)層面上，不發(fā)生身體接觸。 一、直接的高對抗性 球隊(duì)的對手是另一支球隊(duì)，科學(xué)家對手則是神秘的大自然。身為一個(gè)物理領(lǐng)域科研工作者，在等待著為世界杯狂歡的同時(shí)不禁要問：如果全世 界像關(guān)注足球那樣關(guān)注物理學(xué)，那么物理學(xué)會是什么樣子？ 把自然科學(xué)類比為球類運(yùn)動(dòng)的話，如果說數(shù)學(xué)更像個(gè)人能力經(jīng)常起決定作用的籃球，那么物理學(xué)則更像是突出集體合作，充滿偶然性，氣勢更為浩大的足球運(yùn)動(dòng)。今年是世界杯年。 總之，作為最早發(fā)現(xiàn)并被應(yīng)用的納米材料，碳納米管將在人類社會發(fā)展中起到越來越重要的作用。而氫氣是一種可再生能源。如果汽車用氫氣燃料電池來代替汽油作燃料，尾管排出的廢氣中只有水蒸氣，車輛就不但不會造成空氣污染，而且會增加空氣的濕度。適當(dāng)加熱，這些氫氣可以慢慢地被釋放出來。 碳納米管具有中空的結(jié)構(gòu)，可以作為“儲存”氫氣的容器。是理想的新材料。 如果這樣一直下 去，每增加一圈 10 個(gè) C 原子，這個(gè)分子都會拉長一點(diǎn)，就會逐漸拉成一個(gè)長管，這就是納米材料的先驅(qū) —— 碳納米管！ 上圖左邊畫出了碳的幾種同素異構(gòu)體，分別是金剛石，石墨， C60和碳納米管。 C60分子是一個(gè)足球形狀， C70分子是一個(gè)橄欖球形狀，相當(dāng)于把 C60分子沿原子間最大的一圈連線分開（鋸齒狀）然后轉(zhuǎn)一個(gè)小角度再拉長，添上一圈 10 個(gè) C 原子。 由于克羅托、科爾、斯莫利三位科學(xué)家在富勒烯研究中的杰出貢獻(xiàn)，他們共同榮獲了 1996 年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 由于是在富勒的啟發(fā)下，他們?nèi)送茰y出了 C60 的球形結(jié)構(gòu)，因此 1985 年他們在《自然》雜志上發(fā)表文章時(shí)，特意給 C60 取名為 Buckminsterfullerene，即巴克明斯特富勒烯，簡稱 Fullerene 即富勒烯，或用富勒的名字稱為 Buckyball 即巴基球。富勒曾對克羅托等人啟發(fā)說：“ C60 分子可能是球形多面體結(jié)構(gòu)”?？肆_托聯(lián)想到加拿大蒙特利爾萬國博覽會的美國館，那是利用正五邊形和正六邊形拼接成的頂部近似于球面的一部分的建筑，它是由美國建筑學(xué)家巴克明斯特 C60 和 C70 具有什么樣的結(jié)構(gòu)呢？這是他們要解決的問題。迅速冷卻后形成碳原子簇，再用質(zhì)譜儀檢測。三位科 學(xué)家有意合作并安排在 1985 年 8 月到 9 月間進(jìn)行合作研究。 一、富勒烯的發(fā)現(xiàn)簡史： 英國薩塞克斯大學(xué)的波譜學(xué) 家克羅托（ ）在研究星際空間暗星云中富含碳的塵埃時(shí)，發(fā)現(xiàn)此塵埃中有氰基聚炔分子（ HCnN， n15），克羅托很想研究該分子形成的機(jī)制，但沒有相應(yīng)的儀器設(shè)備。 等等，這是什么？一個(gè)足球形狀分子？由 12 個(gè)五邊形和 20 個(gè)六邊形構(gòu)成，對的，這個(gè)就是大名鼎鼎的 C60分子，化學(xué)上稱之為“富勒烯”。仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn)，除了本屆世界杯的新球“團(tuán)隊(duì)之星”外，其他球都無論表面是什么圖案，阿迪達(dá)斯公司都用的是傳統(tǒng)的拼接方法，即 12 個(gè)五邊形和 20個(gè)六邊形這樣會。增加了一個(gè)馬格納斯效應(yīng)后，因?yàn)榕c球的運(yùn)動(dòng)方向垂直，會使得原先的拋物線產(chǎn)生形變，在下落段水平位移縮短（因?yàn)轳R格納斯效應(yīng)產(chǎn)生的力水平分量向后），上升段水平位移增加（因?yàn)轳R格納斯效應(yīng)產(chǎn)生的力水平分量向前），足球會起到在球門前突然下墜的效果，許多精彩的臨空抽射就是這樣越過守門員而破門。對于球員踢出的球，一般除了水平旋轉(zhuǎn)，還會有向前滾動(dòng)的旋轉(zhuǎn)，這時(shí)球的轉(zhuǎn)軸于地面平行，馬格納斯效應(yīng)使球在重力基礎(chǔ)上增加一個(gè)下墜的力。 對于其他任意球高手，多采用腳背踢球，腿更多沿身體轉(zhuǎn)軸所在平面的平行方向擺動(dòng)，對身體轉(zhuǎn)軸沒有那么大的力矩，因此手臂擺動(dòng)幅度不會很大。為了抵消這個(gè)影響，他需要在身體上加一相反力矩，那么就需要他抬起左臂向后擺動(dòng)來保持身體轉(zhuǎn)動(dòng)平衡。 如果把他的身體近似看成一個(gè)剛體，他的右腿擺動(dòng)會對身體轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生一個(gè)力矩。有過踢球經(jīng)驗(yàn)的人都知道，腳弓與球的接觸面積最大，會更好地控制球的飛行路線，但踢出的球速度不快，一般短傳和罰點(diǎn)球多采用這種腳法。此時(shí)伴隨右腿的擺動(dòng)踢向皮球。這一點(diǎn)上只有羅納爾迪尼奧的罰球動(dòng)作與之相似。 三、貝克漢姆罰球動(dòng)作物理解析 下面我們分析一下最典型的右腳任意球高手，萬人迷“貝克漢姆”。 一個(gè)典型的現(xiàn)象：對于一個(gè)經(jīng)常打左邊路的球員來說，如果他是左腳選手，就會更多選擇帶到地線附近傳中；如果他是右腳選手， 會更多選擇帶到場地中央射門，對于打右路的選手剛好相反。 所以對右腳內(nèi)腳背主罰任意球的球員，會更多在禁區(qū)前沿左側(cè)選擇射門，在右側(cè)選擇傳中。 因?yàn)?lL SPAN，所以φ θ。 右圖：當(dāng)罰球點(diǎn)位于禁區(qū)前沿右側(cè)時(shí)，球門與圓相交點(diǎn)圓的切線所成的角度會變得很小，容易看出此時(shí)兩圓半徑之間距離 l 會小于球門長度 L。容易證明：與球門近角和遠(yuǎn)角相交的兩個(gè)圓，在罰球點(diǎn)處兩個(gè)圓切線的角度為經(jīng)過罰球點(diǎn)兩個(gè)圓的半徑之間夾角，即θ＝ arc sin(L/2R)。 如圖所示，箭頭為球的運(yùn)動(dòng)軌跡。對于一個(gè)右腳選手 來說，他內(nèi)腳背踢出的球會逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，左腳選手會踢出的球會順時(shí)針旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)役球員主罰任意球時(shí)，大多數(shù)會選擇腳背內(nèi)側(cè)踢出弧線球。 二、左右腳選手對罰球位置的傾向 細(xì)心的球迷會發(fā)現(xiàn)在主罰直接任意球時(shí)，面對禁區(qū)前左側(cè)的任意球，右腳選手傾向于選擇直接射門，左腳選手傾向于選擇傳中；反之面對禁區(qū)前右側(cè)的任意球，左腳選手傾向于選擇直接射門，右腳選手傾向于選擇傳中。此時(shí)馬格納斯效應(yīng)會使球會以一個(gè)小弧線落入球門線后有 秒的時(shí)間，然后因 為落地后和草皮的摩擦而彈出球門。而西德和英格蘭的這場決賽中，那個(gè)球是打在了橫梁上彈地并偏離開了球門。英格蘭隊(duì)正是憑借這個(gè)進(jìn)球第一次捧起了世界杯。赫斯特禁區(qū)內(nèi)一腳射門打中西德隊(duì)球門橫梁，反彈在球門線上。 在球?qū)嶋H的運(yùn)動(dòng)過程中，強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)會使周圍氣流形成漩渦，增加這種馬格納斯效應(yīng)效應(yīng)的效果。相 對于迎面空氣來說，球左側(cè)運(yùn)動(dòng)方向與氣流方向相同，右側(cè)與氣流方向相反，設(shè)球飛行速度為 v，球旋轉(zhuǎn)切相速度為 u，于是氣流相對于足球左側(cè)的速度為 vu，相對于右側(cè)為 v+u。這是流體中壓強(qiáng)和流速的關(guān)系。 同時(shí) ,流出流體的動(dòng)能為： 重力勢能為 mgh2=ρgh 2ΔV 。這樣，機(jī)械能的改變 E2－ E1就等于流出的那部分流體的機(jī)械能減去流入的那部分流體的機(jī)械能。初狀態(tài)的機(jī)械能是 a1到 a2這段流體的機(jī)械能 E