木棉花下的奇异世界——广东科学中心游记_互动科普

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木棉花下的奇异世界——广东科学中心游记

撰文/赵洋  发表于 2019年04月01日

汉语“科技馆”一词是英文Science Museum或Science Center的意译,它有时也被称作“科学中心”。其宗旨是通过陈列静态与互动性的展品帮助观众理解科学技术、了解科技与社会的关系。当代的科技馆是由传统的技术博物馆、国际展览会等形式经过几百年的演化而形成的。刚落成不久的广东科学中心就是这样一座融合了最先进展示技术及教育理念的大型科技馆。


 从广州市中心驱车向东南行驶30分钟,两次跨过珠江,登上大学城所在的小谷围岛,刚落成不久的广东科学中心就屹立在岛屿的最西端。它像一艘巨轮劈开滚滚江水,巨大的“身躯”令岛上所有建筑相形见绌。穿过富有热带风情的棕榈树广场,眼前就是“大眼睛”形状的科学中心建筑正门。眼球是一个透明的玻璃幕墙,但与写字楼里常见的幕墙不同,在这里每块玻璃都是有弧度的,所有这些玻璃拼接起来,就构成了一个球面。球面上涂着东亚与太平洋地区的地图。所以,这是一颗“地球之眼”。可惜,这个地球仪不能转动。

观众从“下眼睑”的地方鱼贯进入,与庞大的玻璃“眼球”相比,每个人的大小只相当于一粒微尘。此后,不断有庞大的大厅、空旷的走廊和公共空间把你包围。这可能是建筑和通风的需要,但宏伟的尺度的确起到了某种震撼的作用。漫步其间,你总会感到自身的渺小,进而觉出人类工程的伟大。

如果从空中俯瞰,广东科学中心应该是一朵木棉花的样子(木棉花是广州的市花)。五朵花瓣中的每一个都是一座展厅。展馆正门的“大眼睛”,正好位于花托的位置。穿过位于花蕊处的验票闸机,在左手边距离观众最近的那个花瓣上坐落着“实验与发现”和“儿童天地”展厅,依顺时针方向排布的另4个花瓣上分别有数码世界、交通世界、绿色家园、飞天之梦、人与健康、感知与思维6个展厅及特效影院。


登堂入室:从基础科学开始

也许是因为观察与实验是一切自然科学知识的源泉,这里把“实验与发现”作为开篇的序曲。与其他科技馆相应展区不同的是,这里的展区布局及展品设置以科学史上重要科学发现为线索,从经典物理学、数学,现代相对论、量子论,到当代前沿的基因、纳米理论,展示了科学发展的基本脉络。

以物理学为例,从展厅入口处的说明牌可以看出,物理学展区包括“伽利略实验室”、“牛顿实验室”、“法拉第实验室”和“科学发现广场”四部分。每部分都由多件展品构成。伽利略、牛顿和法拉第恰好是构建经典力学和经典电磁学的3位巨匠。他们既是卓越的理论家,也是优秀的实验家。他们曾经的观察与实验都作为最经典的实验载入了现在的物理教科书。

    在这些展厅中,你不但能亲手复原这3位物理大师曾进行过的实验—比如伽利略斜面实验、摆的等时性(传说伽利略从教堂吊灯的摆动中发现了这个原理)、光的色散(当年牛顿只用到一个三棱镜,而在这里,我们可通过多块三棱镜组合出现许多有趣的效果)、法拉第的“力线”(由磁场中的铁屑构成)等,还能动手重现那些继承大师衣钵的人曾做过的实验。比如卡文迪许的扭秤实验,当年孤僻的卡文迪许进行这个实验的目的只是为了测出地球的密度,但后人很快发现用同样的方法可以算出万有引力常数的量值。于是这个实验进入科学史上最著名的实验之列。在这个展厅中,我们可通过微调大小球体间的距离,观察扭秤上镜面发射光斑的大幅度变化。微弱的万有引力就这样被放大为肉眼可辨的效应。类似的根据著名实验衍生出的展品还有许多,像杨氏双缝干涉实验、密立根油滴实验(测量电子电量)、卢瑟福α粒子散射实验,都是你可以亲身体验的有趣展品。如果遇到困难,还有热心的讲解员为你服务。

并不是所有展品都恪守“经典”,不得越雷池半步。比如展示势能与动能相互转化的展品“过山车”就给予观众充分的发挥空间。这个展品由轨道、支架和小车三部分组成。通过把支架塞入墙上不同位置的孔,你可以改变过山车轨道的形状以及最高点的位置。比较几种轨道后你会发现,“翻筋斗”的最高点不可能超过轨道的起始高度,否则重力便不能提供给小车足够的向心力,小车将因速度不足而掉落。从本质上说,这是机械能守恒定律在起作用。这样一个展品,因为鼓励观众自己动手而备受欢迎。我看到有许多观众在那里设计各种各样的轨道,试探小车刚好不掉落的轨道是个什么样子。

相信观众看了这个展区,能对自然科学的基本原理及研究范畴有个大致的认识。带着这些认识再去参观后面的展区,应该是胸有成竹了。


信息与物质流

参观完充满魔术般奇异效果的“法拉第实验室”后,便自然步入第二朵花瓣中的“数码世界”展厅。没有电磁学理论的探索就不可能有今日信息技术的发展。不知展览设计人员是否出于这个考虑,让这两个展厅紧密相连。

“数码世界”展厅以计算机、网络、通信、数字娱乐为主要内容,展示信息时代的基本概念和尖端知识,体验数字乐园,感受数字家庭、数字产业等发展趋势。

这里最有趣的展品与“小球”有关。“比特球”说明的是数码成像原理。一幅数字图像是由许多小点组成的。每个小点就是一个像素。像素越小、越密集,图像的分辨率就越高,画面也越清晰。这个展品用黑白色的小球代表像素,大量的黑白色小球就构成了一幅数字化图像。坐在摄像头前给自己拍摄一幅数码照片,旁边的“小球屏幕”就会发生变化,小球纷纷开始自转,有的露出黑色一面,有的露出白色一面。当所有小球旋转完毕后,你会看到,所有这些小球构成了一幅你的黑白头像。因为组成左半边图像的小球数量更多,所以可以感觉到左侧图像更清晰,分辨率更高。可以想象,当我们拍下自己的数码大头照时,有一个程序采集照片中的信息传递给“小球屏幕”,“小球屏幕”把彩色照片转化为灰度照片(黑白),确定每个位置(像素点)的灰度,再把这个灰度信号传递给每个小球背后的滚轮。每个滚轮都转动一定的角度,推动黑白两面的小球恰到好处的旋转,显示特定的灰度。从整体效果看,就拼成了一张黑白照片。

仅有信息的流动还不足以推动世界,物质也要流动起来才行。在这朵花瓣中,紧邻“数码世界”的便是“交通世界”展厅。在那里,“虚拟翻车”的展品前总是排着长队,大伙儿都想被关在车里,在安全带的保护下体验一回翻车的惊险刺激。        


飞天梦圆

公路交通只是交通的一个方面,这么大的科技馆自然不会遗漏近年来的科技热点—航空航天。从“交通世界”出来,迈入第三个“花瓣”,迎面而来的全是“只应天上有”的玩艺。热气球、滑翔机、直升机、航天服、空间站、相对论飞船……这便是“飞天之梦”展厅。

飞行的历史便是克服重力的历史。航空器通常借助“伯努利原理”形成的升力克服重力,航天器则靠火箭冲出地球引力场。在这个展厅中,对这两种飞行器及其背后的科技原理都做了充分的解说。在这里仅表现流体力学或伯努利原理的展品就有6项之多,分别从空气压力差、流场、机翼形状、飞机姿态控制等方面进行解释,角度可谓丰富至极。我见到的一个有趣展项叫做“感受升力”,是把观众关在一个透明的风洞中,观众的两臂各绑一个机翼。“人体飞机”准备好后,开动高速旋转的风扇,你会感到两条胳膊变轻了,有向上的力托举起机翼。不怕风吹的观众往往竭力控制着面部表情的变化,在风洞中调整手臂机翼的迎风角度,体会升力的细微变化。这个展项让参与者和外面的旁观者都乐在其中。如果当年达·芬奇有这样一个风洞用来试验,想必许多蓝图上的古怪飞行器都能飞上天空吧。

体验航天员的感受是最受观众欢迎的。有多个展项与此有关。有的是通过万向机构的旋转考验你的前庭器官;有的让你坐在摇篮状座椅中从斜面上滑下,体验飞船着陆时的冲击;还有在滚筒中进行360°头朝下的行走,感受太空行走的艰难。这些展现都有很好的防护措施和专门的工作人员协助,大可放心一试。

“飞天之梦”展区中还有很多有趣的展项,其中囊括了轨道力学、相对论,流体力学和航天医学的众多领域。它们都被有机整合在“飞天”这一主题之下,为参观者提供了一种对科技的全景式鸟瞰。这种展示带给观众的科技体验和达成的教育效果是过去那种以学科分类为主的“碎片”式展出形式望尘莫及的。


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体验航天员

 

靠不住的感觉

第四瓣花瓣带我们领略宇宙中最复杂的机器——人体与大脑的奥妙。这里的展厅主题分别是“感知与思维”和“人与健康”。在“感知与思维”中,有各式各样迷惑感官(主要是视觉和听觉)的展项。它们将脑科学、心理学等学科内容巧妙地结合起来,使观众在认识大脑、探索思维神秘领域的同时,亲历感知的奇妙体验过程。其中,“香蕉的影子”颇具代表性。一串串杂乱无章的香蕉悬吊在空中,观众通过按钮来选择不同角度的投影灯,透射出的影子也多是杂乱无章的。且慢!有一组影子好像是一只猴子!原来,这些看似散乱的香蕉其实是经过精心摆放的。在某一角度,香蕉的正投影恰好形成了猴子的模样。你的眼睛绝对看不出,大脑绝对想象不到把这立体化的香蕉“阵列”压缩为平面会是什么样子。人的感觉和思维都是有选择性的,它们往往更容易认知熟悉的事物。从这个展项我们可以觉察,从纷繁复杂的表象中体察事物本质是多么困难。

“镜子迷宫”是这个展厅中参与程度最高的展项。进入迷宫之前从工作人员手中接过两个充气棒。很快你就会发现这两个充气棒在很大程度上比双眼要可靠,走出迷宫全靠它们了。

原来,这里运用多面平面镜多次反射造成无限虚像的原理,把看似简单的迷宫变成了处处看上去都差不多的镜廊。迷宫走道两侧的墙壁全是平面镜。有时你眼看着前方有别人,想朝他走过去,却撞在镜子上。吃一堑长一智,很快你就会使用那两个充气棒代替自己撞墙了。据我观察,多数人是通过充气棒的探索(类似盲人的拐杖)加上身体紧贴镜面的移动找到真正的拐弯处和缺口的。充气棒的好处在于,既打不坏镜子,又不会误伤别人。当然,也有不少人终于从镜子迷宫中走出,在长出一口气的同时,却发现自己竟然是从入口出来的。就像牛顿所说,“在沙滩上玩耍……真理的海洋还没有发现”,离迷宫的核心乃至出口还远着呢。


 建筑本身也是个“大展品

广东科学中心的外形设计可谓匠心独运,这座木棉花造型的建筑采用的是多层大跨、超大悬挑、重载荷的巨型钢框架结构,使得在建筑中徜徉的观众有绝佳的空间体验。此外,在该建筑中首创的巨型钢结构隔震新技术也通过“亲水平台”上的透明玻璃让观众一览无余。粗壮的橡胶“脚”支撑着建筑的巨大重量,化解着可能的地震波。看过这里“建筑隔震”后,不妨移步到专题展区,看看“防震减灾展览”。临时展览的优势在于快速反应社会科技热点。这里不但有汶川地震救灾中用过的高科技搜救设备和感人照片,也有地震模拟台,告诉你什么样的建筑容易在地震中损坏。从地震局征集来的各年代的测震仪器仿佛凝固的科技瞬间,默默展现了人类与地震抗争的历程。

    除了建筑本身的设计以外,广东科学中心展馆还处处发扬“绿色建筑”理念,优化节能技术应用,在通风系统设计、建筑围护、空调系统、可再生能源利用等方面采取了多项节能措施。比如在以岭南地区生态环境为背景,讲述能源、环境、地球科学及可持续发展的“绿色家园”展厅中有许多用到水的展项,上面都注明了使用屋顶采集雨水运作。展厅的一些电能也来自于屋顶的太阳光伏发电,可谓自给自足的典范。难怪该建筑设计曾被建设部评为“绿色建筑十佳方案”和“2007中国建筑节能年度代表工程”。


室外徜徉

最后,绝不要错过广东科学中心的室外科技展区!这是国内外科学中心最大、最具丰富内容的室外展区之一。室外体验式展项结合了园林景观设计,把传统的科技馆经典展项挪到室外,使我们可以在休闲中以体验的方式亲近科学。建议留出一小时的时间在这个园林式展区中徜徉。室外水主题科技展区,它以人工湖为载体,以水科学为主题,通过可互动参与的生态、环保、能源等领域的科普展项,让公众在欣赏湖体景观的同时学习科普知识。

 

 

(本文发表于《科学世界》2009年第1期)


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