冬日的阳光透过格物学堂新糊的窗纸,在略显清冷的教室里投下明亮的光斑。三十二名学员已经端坐在各自的座位上,神情各异:有铁匠师傅王老憨带着老花镜,正襟危坐;有乡勇小队长李石头腰板挺得笔直,如同站岗;也有张谦这样的年轻人,眼中满是好奇与期待,膝上摊开了一个自制的粗糙本子,手里握着炭笔。
学堂里很安静,只有偶尔的咳嗽声和炭笔划过纸面的沙沙声。
林凡走上讲台,没有带任何线装书,只是在旁边的桌上放了几样东西:一根扁平的硬木条,一块中间凿了凹槽的木块作为支点,两个大小不一的石块,一个装了半桶水的木桶,还有几块大小形状不同的木块和几片弯曲的竹片。
学员们好奇地看着这些物件,不知道公子葫芦里卖的什么药。他们原以为第一堂课,怎么也该讲讲《千字文》或者《论语》开篇,再不济也该是教打算盘的口诀。这些木头石块,难道要教大家做木工?
林凡环视一周,开口道:“诸位,今日是我们格物学堂的第一堂课。我们不念《三字经》,也不背《论语》。”
他顿了顿,拿起那根硬木条和支点木块。“我们来讲讲,为什么用一根棍子,就能撬动我们徒手搬不动的大石头。”
台下响起一阵轻微的骚动。撬石头?这算什么学问?哪个乡下孩子没玩过跷跷板、没用棍子撬过东西?这也值得在学堂里讲?
林凡不理会众人的疑惑,将木条横放在支点上,调整位置,使其平衡。“大家看,这根木条现在不动了。我们在它左边挂上这个小石块。”他将小石块用绳子系好,挂在木条一端,“现在,木条往这边倾斜了,对吧?”
学员们点头,这太简单了。
“那么,如果我想让木条重新恢复平衡,或者甚至让右边翘起来,我该怎么做?”林凡问。
“在另一边也挂个石块!”李石头抢着回答。
“挂个更大的石块!”另一个年轻工匠补充。
“那该挂多重?挂在哪里?”林凡追问。
学员们迟疑了。凭经验,大概知道要挂个更重的,或者挂远点。但具体多重?多远?说不清楚。
林凡不急于给出答案。他拿起那个稍大的石块,挂在木条右侧,但位置很近。木条微微动了动,但左边依然沉。
“不够重?还是不够远?”他移动大石块,慢慢向木条末端挪去。
随着大石块逐渐远离支点,神奇的事情发生了:木条开始缓缓向右侧倾斜!当大石块移动到某个位置时,木条竟然恢复了平衡!
“咦?”王老憨扶了扶眼镜,往前凑了凑。
“停!就是这里!”林凡用炭笔在木条上大石块悬挂的位置做了个标记。“大家看,左边的小石块,距离支点远;右边的大石块,距离支点近。现在它们平衡了。”
他取下石块,用一根有刻度的直尺量了量两边距离支点的长度,又用简易秤称了称两个石块的重量,然后在黑板上写下:
左边:小石块重 = 2斤,距离支点 = 3尺
右边:大石块重 = 6斤,距离支点 = 1尺
2 x 3 = 6,6 x 1 = 6
“大家算算,左边的‘重量乘以距离’,和右边的‘重量乘以距离’,是不是相等?”林凡指着黑板上的数字。
学员们埋头计算,很快纷纷抬头,脸上露出恍然又新奇的表情:“真的!都是六!”
“这就是杠杆的规律。”林凡用肯定的语气说,“想要撬动重物,不单单是靠力气,更要看你怎么用力。力臂越长,用的力就可以越小。咱们工坊里用的那些大铁钳、起重葫芦,还有水车上的那些连杆,其实都用到了这个道理。明白了这个,你们就知道为什么有些工具设计成那样,也知道该怎么改进工具,用更小的力气干更重的活。”
接着,他又让几个学员上台,自己动手尝试改变重量和距离,验证这个规律。当学员们亲手操作,看到小小的力真的能平衡或撬动更大的力时,那种从经验模糊到原理清晰的感觉,让他们兴奋不已。
“原来是这样!怪不得我打铁时,长柄锤省劲!”王老憨拍着大腿。
“咱们设绊马索,绊马桩离地远点,马一冲自己就容易被带倒,也是这个理儿?”李石头若有所思。
林凡赞许地点点头:“举一反三,很好。”
杠杆原理讲完,林凡又指向那桶水和那些木块、竹片。
“第二个问题:水,为什么总是往低处流?”
这个问题更“傻”了。水往低处流,这不是天经地义吗?跟太阳东升西落一样,有什么好问的?
“因为……因为它本来就是这样的啊。”一个年轻的学员小声嘀咕。
“真的是‘本来就是这样’吗?”林凡拿起一块方木块,松手,木块掉在地上。“木头会掉下来,石头也会掉下来。为什么它们不往天上飞?”
学员们被问住了。是啊,为什么?
林凡拿起一片中间宽两头尖、微微弯曲的竹片,将其轻轻放在水面上。竹片漂浮着。“大家看,这竹片为什么能浮在水上,而不像石头那样沉下去?”
他又拿起一块小石子,丢进水里,石子迅速沉底。
“有人说,因为竹片轻,石子重。那我问你们,”林凡拿起一块比竹片小得多、却更致实的实心小木块,“这块小木头,比竹片轻,它会不会浮?”
学员们有的说会,有的说不会。林凡将小木块放入水中——它浮了起来。
“那这块呢?”林凡又拿起一块大小与小木块相仿、但明显是铁质的薄片(工坊边角料)。这次所有人都说会沉。放入水中,果然沉了。
“所以,不仅仅是轻重的问题。”林凡总结道,“物体在水中的沉浮,跟它的‘密度’有关。简单说,就是同样大小的东西,谁更‘实在’,谁就容易沉。水对它里面的物体,有一个向上的‘托力’。当这个托力大于物体受到的下拉的力(重力)时,物体就浮起来;反之就沉下去。”
他再次用简单的话语和比喻,引入了“密度”、“浮力”、“重力”的概念,没有用复杂的术语,而是用“实在不实在”、“水往上顶的劲儿”、“往下拽的劲儿”来形容。
“水往低处流,也是因为这个‘往下拽的劲儿’——我们姑且称之为‘重力’。不只是水,万物都受到这个力的影响,所以苹果会从树上掉下来,石头会滚下山坡。明白了这个,你们就能理解,为什么水车要靠水流冲击才能转动,为什么咱们修的沟渠要有一定的坡度水才能流走,为什么建筑地基要打牢防止沉降……”
为了让概念更直观,林凡还做了一个简单的“连通器”实验:用两根不同形状的竹管连接,倒入水,无论竹管如何弯曲,两边水面最终总是保持在同一高度。学员们看着这违背“常识”(以为水会往更粗或更直的管子里流得更多)的现象,啧啧称奇。
“这就是‘水往低处流’规律的另一种体现:在连通的情况下,水面总倾向于找平。”林凡解释道,“将来你们设计水利、铺设管道,就要考虑到这一点。”
一堂课下来,没有之乎者也,没有道德文章,只有一个个看似平常却深藏道理的现象,一次次简单的实验演示,一番番结合实际的讲解和启发式的提问。
学员们从一开始的疑惑、不以为然,到渐渐被吸引,再到主动思考、提问、讨论,最后许多人脸上都露出了恍然大悟甚至痴迷的神情。他们第一次发现,原来生活中、劳作中那些习以为常、看似天经地义的事情,背后竟然隐藏着如此清晰、可以把握的规律!掌握了这些规律,仿佛打开了一扇新世界的大门,看待周围事物的眼光都变得不同了。
下课的钟声(一块铁片被敲响)响起时,许多学员还围在讲台边,或是摆弄着那些实验器具,或是互相争论着某个问题,或是向林凡追问细节。
“公子,那风车转动,是不是也是力的作用?”
“公子,您说的那个‘密度’,怎么具体算?是不是跟打铁时看铁锭成色有关?”
“公子,下次能不能讲讲为啥火烧东西会旺,水泼火会灭?”
林凡耐心地回答着,心中欣慰。他知道,科学的种子,已经开始在这些质朴而渴求新知的心灵中,悄然播下。
这些种子或许现在还很小,很不起眼。但它们一旦生根发芽,将长成支撑起整个工坊体系乃至未来更大蓝图的参天大树。
第一堂课,成功地在学员们固有的认知壁垒上,凿开了一道缝隙。
光,已经透了进来。
而林凡要做的,就是让这光芒,越来越亮,照亮更多前行的路。
他送走最后一名依依不舍的学员,回头看着黑板上留下的那些简笔画和算式,还有讲台上那些普通的木石器具,嘴角露出一丝微笑。
格物致知,知行合一。
这条路,就从这间简陋的学堂,这第一堂颠覆认知的课,正式开始了。