世界上有两种物理，一种是物理，一种是考试物理

​​撰文 | 姬扬（中国科学院半导体研究所研究员）

来源：姬扬科学网博客

世界上有两种物理，一种是真实物理，另一种是考试物理。

每年高考以后，都会有一些关于高考题目的争议。讨论当年的高考题会很麻烦，吃力不讨好。而且争议的结果通常是没有结果，或者是和稀泥的结果——比如说，把争议题当成送分题，使得本来就缺少的区分度变得更差劲了。

偶然看到一道物理练习题，当时就觉得怪怪的，后来发现它居然是一道高考物理题。好在这道题出现在15年以前，讨论起来也许没有那么大的麻烦。

 这道题的出题思路很简单，考察的是玻尔的原子模型：原子可以处在不同的定态上，从高能级向低能级跃迁的时候，会发射光子，其能量等于两个能级的能量差。

题目假定了原子从高能级向低能级的跃迁是等几率的：从量子数为4的能级出发，各有1/3的几率到达量子数为1、2、3的能级；从量子数为3的能级出发，各有1/2的几率到达量子数为1、2的能级；从量子数为2的能级出发，即只能到达量子数为1的能级了。每次跃迁发出一个光子。

1200个原子从量子数为4的能级出发，就会发射1200个光子，然后，量子数为1、2、3的能级上各有400个光子。400个原子再从能级3出发，又会发射400个光子，而量子数为1、2的能级上各多了200个光子。现在，能级2上有600个光子了，再出发一次又得到600个光子。所以，最后一共是2200个光子。

答案选A。

然而，这道题是有问题的。

原子从高能级向各个低能级跃迁的几率不是相同的。你可以说，我只是为了让考生计算起来方便，即使换成不同的几率，也只是让计算过程变得复杂一些而已。而且，玻尔的原子模型本身并不能给出跃迁的几率（高中物理当然不可能讲玻尔后来提出的“对应原理”）。

更进一步说，量子数并不是决定跃迁的唯一因素，而且有些跃迁是禁戒的。为了描述原子的能级，必须给出4个量子数，而玻尔模型里的量子数只是“主量子数”。发射光子的跃迁，不仅要改变主量子数，还要求跃迁前后两个能级的波函数具有不同的对称性。简单地说，从偶对称的能级出发，只能跃迁到奇对称的能级。基态（主量子数为1）总是偶对称的。要想从4直接跳到1，起初的4就必须是奇对称的，那么跳到2和3以后就成了偶对称的，这些偶对称的能级是不能跳到1的（禁戒跃迁）。

我们可以考虑得更复杂一些：起初在4里的原子，有些是偶对称的，有些是奇对称的（这种情况是允许的）。那么，有可能满足本题所说的条件吗？还是不行。只要4里有偶对称的原子，其中的一部分就必然成为2里的偶对称（4偶→3奇→2偶），还是不能跃迁到1里。

所以说，这道题是有问题的。 

当然，高中物理不可能讲这些东西。但我想说的是：正是因为这道题里涉及了很多高中物理不可能讲的事情，所以在出考题的时候，就做了一些简单（然而错误）的假设。这就使得这道题不再是真实的物理问题，而是与现实世界无关的考试物理题，考的也只是排列组合。

高中物理只是讲述了物理学的概貌，其教学内容最多只能算是走马观花、蜻蜓点水，可是高考总是要排出名次来，也就不得不变各种花样，变着变着就变秃噜了。题目只是考官的想象，与现实世界没有关系，甚至会发生冲突。但是考官为什么要这样出题呢？因为刷题比思考更容易，每年的题都不能重样，连类型也不能重。考官也是没办法，必须变着花样来。

如果我在高考时碰到这道题，我会怎么回答？我当然只能选择A，因为我那时候不懂这些弯弯绕。即使我真的懂这些，我也只能选择A，虽然我明知道这道题的出发点就是错的，但是我知道考官想要的答案是什么。更重要的是，高考是指挥棒啊，你让我为了“真实的物理”而牺牲“考试的物理”，白白放弃这道题，莫不是失心疯了？ 

这道题不仅是一道高考题，而且还有很多变型，出现在各种练习册里，网上还可以看到一些讨论这道题的文章。虽然这道题是有问题的，但是高中教学的参与者们（老师和学生，当然还有出考题的人）并没有认识到这一点，或者不愿意挑明这一点。

从这个例子可以看出高中物理教学的一个困难：高中物理教学特别是考试中，至少有一部分内容是与现实世界无关的“考试物理”，而且他们通常都能够轻松地碾压“真实物理”，因为谁也不愿意和分数过不去。

大家揣摩的不是自然的奥秘，而是考官的心理。

物理很简单，心理太复杂。

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