第93章 《自然科学原理》

朱简烜在自己的船舱里面坐着,闭上眼睛放松自己精神状态,调整自己为人处世的心态和习惯。

作为藩王,离开京师之后,就不需要像以前那样小心翼翼了。

这个世界上,除了大明皇帝和皇太子,就没有人的地位能比自己更高了。

哪怕是弘历和李长寿这两个名义上的皇帝,也都有着大明的藩属身份,也天然比自己矮一头。

大明的藩王里面确实有长辈,随行的还有朱伯海这个皇叔祖。

自己也会按照面对长辈的礼数面对他们,但他们也绝对不会在自己面前故意摆架子。

否则自己给皇帝老爹写封信抱怨一下,他们就要难受很长一阵子。

中午时分,朱简烜在自己专用的餐厅吃了午饭。

下午就把自己的亲传弟子们召集到船上的会议室,让宋问道为首三十二个随行工匠也一起过来。

让护卫军团的军官带领士兵守住门口,朱简烜即将开始自己的第一次的教学。

正式开始讲课之前,朱简烜站在所有人前面,非常严肃的警告和提醒他们:

“自离开应天府的这一刻,诸位就都是我吴国的臣民了。

“孤王有权自行处置,不需要再经父皇准许。

“现在所有人务必记住,我传授给诸位的所有知识,除非外界已经公开传播过,否则未经我的允许,都不得转告其他人。

“否则双方都坐罪入官为奴工。

“同时,未经大明皇帝陛下和我本人的允许,更加绝对不能自行传授给任何蛮夷外族。

“若有违反者直接坐罪入官,视情况最高可处以极刑,并夷三族。

“诸位工匠们,若不想涉险,可现在退出。”

所有工匠和弟子们都吓了一大跳。

他们都知道,朱简烜传授的知识肯定有限制,绝大部分师父也都会对徒弟提一些要求。

但是没想到朱简烜的要求这么恐怖,直接到了夷三族的程度。

一大半工匠都吓得差点当场就走了。

但是稍微转念一想,就发现自己不太可能会触犯。

未经朱简烜允许不外传很正常,自己更加不可能传授给外族蛮夷。

而这种严肃到极点的限制和威慑,也反过来证明朱简烜要传授的知识非常重要。

所以现场酝酿了几秒钟,最终没有一个人离开。

朱简烜早就意识到了这一点,现在只是提前给他们打好招呼,不至于在未来不教而诛:

“既然诸位都能接受,那我们现在开始教学……”

朱简烜拿出自己编写了好几年的教材,一个名为《自然科学原理》的小册子。

内容包括基本的物理、化学、生物学知识体系。

朱简烜选了一个年轻的工匠,是最初负责研制硫化橡胶的小组成员。

让他看着自己的小册子上的内容,用粉笔把自己指定的一段内容写到会议室的黑板上。

让现场的所有工匠和弟子们也拿出纸笔,照着黑板上的内容各自抄写一份。

这些内容的第一段,就直接给了现场所有工匠们一记重击。

“总量守恒定律——在一个绝对封闭的环境中,所有的物质总量、质量、热量、能量、动量等概念的总数量,既不会消失也不会增加,只会从一种形式转化为另一种形式,从一个地方转移到另一个地方。”

负责抄写的工匠自己都停顿了好几次,好几次看向朱简烜试图询问什么,但是最终都没有开口。

按照最初的约定,他们都只算是外门弟子,上课的时候都只能旁听,不能插嘴提问的。

不过下面的弟子们坚持不住,抄完了这一段之后,就已经有好几个学生举手了。

工匠们立刻看向孩子们和朱简烜,期待孩子们问出自己想提的问题。

他们都是非常成熟的工匠了,已经有了基本的科学素养,所以面对这句话本能的会有质疑。

主要是为什么将这种“设想”直接称为定律?

定律应该是普适性的真理,经过了反复验证的可信的自然规律,现在这么空泛的一句话也算定律?

关键是物质的数量,具体要怎么确认?能量的大小,又要怎么测算?

朱简烜伸手指了一个叫李锐的学生。

李锐马上站起来说:

“请问师父殿下,这个定律的意思是不是说,如果某些东西我们看上去是不见了,实际上只是变成了我们看不到的东西?”

朱简烜微笑点头以示鼓励:

“很聪明,就是这个意思,更准确的说法是:转化成了我们暂时无法观察到的物质。物质的增加也是引入了我们的暂时无法观察的物质。

“比如说空气,我们看不见也摸不着,但是确实是实际存在的某种物质,空气对于我们而言就像是水对于鱼一样无处不在的物质。

“守恒定律,是我们未来做研究的基础,做任何实验方案和分析的时候,都要按照守恒定律做一次核算。”

朱简烜说到这里,转向了负责抄写的工匠,拿过他手中的册子。

翻到了空气成分的地方,让他继续写在黑板上。

宋问道为首的工匠们,以及负责抄写的工匠,现在就感觉憋得有点难受。

这些孩子怎么就不仔细想想这个所谓的定律本身呢?

怎么保证这个定律是对的?怎么具体验证这么庞大而笼统的定律?

怎么能够现在就将其视为真理发散思维了呢?

其实这也是朱简烜想教导一群孩子,而不是一群工匠的重要原因之一。

这些工匠们是有科学素养,但就是因为有科学素养了,所以会追求知识的可验证性。

他们面对这些新知识,会本能的想要去走“证伪”流程。

要先证明这所有新观点都是正确得,然后才能以这些观点为基础去做推论。

如果是在真正的前沿攻关中,这种科学素养是非常重要的,是科学研究能够保持正确的基础。

但是,对于他们而言可能属于前沿理论的知识,对朱简烜而言那就是基本常识。

朱简烜不想花费大量的精力,验证前世无数人验证过的基本常识。

朱简烜要把知识尽快灌输给徒弟们,再让徒弟们利用这些基础知识,去做更进一步的研究。

相当于把学生们拉到前世高中生的水平上。

在徒弟们继续研究的过程中,自然能够验证这些知识的准确性。

不需要在传授知识的时候,就让他们去走准确严格的分析、论证、验证流程。

因为这些知识的数量实在太多了。

如果自己掌握的现代知识,全都按照这样的流程传授,他们一两年内学不到多少有用的知识。

现在眼前这些还在上学的孩子,就像前世的中小学生。

他们会下意识的接受老师提的前提条件,本能的以为那就是公认的真理了。

然后在这个条件上开始发散思维。

他们意识不到,朱简烜讲的这些东西,在当前的自然科学圈子内,很多都前沿到了完全未知的领域。

而这正是朱简烜想要的结果。

台上的工匠继续抄写的,直接就是空气的主要成分。

朱简烜没有写的太详细,但直接明确了氮气、氧气、二氧化碳这三大项。

同时说明还有其他稀有气体,但是没有直接列出来,要求学生们未来自己去寻找和验证。

而后就直接以空气成分为基础知识,用现代化学命名法讲氧化还原反应。

比拉瓦锡几年前写出的燃烧概论更加的全面而且明确。

同时说明分子、原子、电子的基本物理概念,顺便介绍了物质的固液气三态变化,热胀冷缩的现象。

之后又回去讲酸碱和置换反应,进而又转到了火药燃烧和爆炸的本质。

朱简烜这是把物理和化学知识,糅合串联起来快速的讲解,一般的普通学生可能会感觉乱套。

但现场的三十二个孩子,是大明最富裕地区数百万人中选出来的,就算不是全世界最聪明的,也是最顶级的水平了。

这样成体系的讲解,互相关联着讲解,反而让他们能够更快的吸收。

学生们大部分都听得津津有味,觉得这些知识都解释了现实中的各种现象,都非常有意思。

但是工匠们却都憋得浑身难受。

朱简烜的每一句话,他们都觉得应该做个实验来验证,甚至值得深入的做几年研究。

但是却被朱简烜当做理所当然的真相,直接灌输给了这些最聪明的孩子们,并以此分析各种自然现象。

朱简烜让工匠抄抄写写,自己断断续续的讲解了三个多小时。

每过一个小时,朱简烜都会让弟子们休息二十分钟,自己也会坐在会议室侧上方的圈椅上闭目养神。

这三个多小时的时间里面,除了光学、电学、声学之外,大部分初中级别的物理化学基本知识,都被朱简烜一口气讲完了。

由于牛顿爵士的贡献,经典力学是本来就颇为成熟了。

所以朱简烜基本没有讲解力学,只是让学生们平时自己自学这些常规知识。

实际,初中阶段物理和化学课程,大多是常识和基础性质的,没有多少真正足够深入的研究。

整体上是让学生了解了有这么回事,熟悉这些概念和逻辑就行了。

如果放弃各种演示,跳过各种引导思考流程,纯粹的知识量是非常少的,介绍起来自然也很快。

傍晚时分,朱简烜结束了今天一下午的教学,站起来对所有的学生和工匠一起说:

“好了,基本知识介绍就先到这里,接下来三到五天都不会再讲课了。

“现场每一个工匠,搭配一个弟子,一起设计科学实验,验证今天的这些基本知识。

“在这个过程中,请诸位工匠认真负责,将我整理后的科学实验法,传授给与你们负责的弟子。

“等大家全部消化理解了这些知识之后,咱们继续下一阶段的全新知识教学。”

弟子和工匠们立刻一起答应着:

“谨遵师父教诲”。

工匠们相当于有经验的外门弟子,现在也是默认把朱简烜当成老师了。

虽然朱简烜年龄小,但知识却是公认的渊博,工匠们喊个老师没有心理障碍。

工匠们憋了一下午了,听到朱简烜说让他们带着弟子做实验,终于都稍微松了一口气。

没有不管不顾的让他们强行记住并接受,精神终于不那么难受了。

教物理和化学最好是配合实验进行,朱简烜的船上自然也带着各种实验设备。

原有吴王实验室的机器也直接搬了很多能用的上船。

(本章完)

第94章 有线电报能有多简单?

朱简烜所在的船队驶出长江口后,首先在崇明岛附近汇合了第一批小规模护航船队。

护送移民船队继续向南航行,在舟山军港与等待的主力护航舰队汇合。

同时加入船队的还有詹姆斯·库克船长的两艘探索船。

大明虽然已经与英国签署了和约,但是和约还没有被英国国王和议会正式批准。

所以大明非常强硬的没有马上释放俘虏,理由是大明还没有正式接受北美的魁北克、蒙特利尔等地区。

英国代表团对此虽然颇为恼怒,但是却没有任何办法,只能先回伦敦。

库克本人曾经在应天府常驻,但他的两艘没有停在应天府的内河码头,一直放在更加宽敞的舟山军港。

朱简烜的船队启程前往北美之前,库克就得到了朱简烜的许可和命令,带着自己的随行翻译提前返回了舟山。

库克船长未来会是朱简烜的臣子,所以被皇帝许可直接跟着朱简烜去美洲。

未来会从美洲再回伦敦,向英国海军交流差事之后返回美洲,以后就会永远追随朱简烜了。

库克拿着皇帝给的批示,接收了自己原有的属下,接收了自己原有的探索船,然后等着朱简烜船队到来。

全面的战争毕竟已经停止了,这次移民船队的护航舰队只有二十艘三级以上主力舰,四十艘四级及以下护卫舰和辅助战舰。

总体规模只有北美船队的三分之一。

不过这些战舰抵达北美后,就不会再次返回大明本土了。

大明皇帝已经决定成立北美都督府,这支舰队将会加入北美都督府船队,长期驻守在中美洲地区。

移民船队与主力护航船队汇合后,朱简烜也带着仆人、弟子、工匠、护卫们搬到了护航船队的旗舰长风号上居住。

长风号是大明最大的十几艘战列舰之一,舰体的排水量超过三千吨。

内部的空间是当今时代最大的,居住条件自然也更加舒适,也更方便朱简烜讲课做实验。

船队离开舟山之后,朱简烜在长风号会议室再次召集了所有学生和工匠,开始上第二堂自然科学原理课。

这次正式上课后之后,朱简烜的弟子们都非常的兴奋。

毕竟都是十一二岁的男孩子,在课堂上得到了非常有意思的东西,做实验的过程更像是玩闹的过程。

而工匠们明显都比上次冷静了很多。

因为经过了实际验证,朱简烜的理论都是正确的,最起码现在还没有证伪。

这只能说明,朱简烜以前自己早就验证过了。

朱简烜提出的东西不是单纯的假说,而是经过了实验和计算得出的科学理论。

宋问道为首的工匠们已经意识到,一套全新的更加全面的自然科学理论,正在朱简烜的主导迅速建立起来。

自己这些人都是这个过程的直接参与者。

他们对于学习的兴趣再次上升了,也再次庆幸自己追随朱简烜的决定。

宋问道为首的工匠们已经全都迅速转换了心态,开始把自己摆到一无所知的学生的位置上。

朱简烜第二堂课的内容,他们真的几乎一无所知了。

朱简烜这次直接从电磁感应开始讲解,用了差不多一整天的时间,把电磁学入门知识全部通了一遍。

这一次工匠们全程都是懵的了。

电和磁这两种东西,竟然还能放在一块建立联系吗?

电的理论真的有这么简单吗?

如果说以前的热学和化学基本知识,工匠们还能跟着展开探讨和加入证伪过程,那电学的知识真的几乎都是全新的了。

绝大部分认知都是直接超越当前时代的。

在电学历史的早期研究中,最大的困难是电流没有实体,最大的限制是没有稳定安全可控的电源。

所以虽然电学的原理相对简单,但是早期的电学研究进度却非常缓慢。

现在电学上最重要的应用是避雷针。

可以让雷电提前释放,避免摧毁建筑物,但雷电根本不可控。

朱简烜前世历史上,富兰克林的风筝引雷实验,百分之九十九的概率是编造出来的。

但不是新时代的知音读者意林们编的,而是富兰克林自己编的。

富兰克林根本没有意识到,现实中的水基本都是导电的,用丝带也不可能隔绝电流。

由于相关知识匮乏,历史上还真的有人信了。

俄国有个科学家按照富兰克林的说法做实验,直接被雷电给劈死了。

直到1800年伏打电堆问世,世界上有了第一种稳定的发电器,电学研究才进入了新时代。

现在朱简烜直接拿出了完全成熟明确的电磁感应理论。

进而直接拿出了电机原理图。

发电机和电动机在某种程度上可以视为同一种设备。

用其他机器带动转子旋转就能发电,为接上外部电源就能直接驱动转子旋转。

朱简烜还讲解了电流和电压的概念,同时也直接拿出了简易的机械式电压表和电流表的原理图。

朱简烜不知道怎么制作机械式电表,但可以根据电磁感应原理推导出设计思路。

电流通过金属,会让金属产生磁性,放进一个凹型磁铁里面,金属就会自行旋转,这时候用弹簧固定住金属,不让他转圈。

确定金属的尺寸重量,再加上一个合适的指针和一个表格,就能以通电后指针的偏转程度标记电能强度了。

电流表和电压表的结构也是类似的,串联在电路中就是电流表,与电器并联就是电压表。

不过电压表内部要串联一个大电阻分担电压,否则电压表会直接烧坏。

电表的原理其实是与电机一样的,电表就是一台超小型的电机,但是一直处在启动状态,却始终转不完一圈。

电机的轴上固定了一个指针,指针背后再加个表格背板,就能够用来标记电力强度了。

和电压表类似,正常工作就需要并联在电路中的电机,若是通电后一直无法旋转,也会迅速烧毁。

这一天的主要课程结束后,朱简烜再次安排了实验或者说作业,让工匠们带着弟子们分头制作电机和电表。

朱简烜的船上带着吴王实验室用过的机床和各种工具设备。

这些机床设备是这个世界上精度最高的。

朱简烜在大明搞科学实验室,带领数百名高级工匠努力了八年。

消耗时间最多的研究项目,就是不断地循环提升大明的钢铁冶炼工艺和机械加工工艺了。

机床工艺的升级就是机械加工工艺提升中的重中之重。

按照朱简烜的评估,现在吴王实验室用的最新式机床的精度,应该达到前世十九世纪后期的水平了。

朱简烜身边的工匠也是现在全世界水平最高的。

他们用机床手搓电机和电表部件,手工制作电机线圈也没有太大难度。

只是要求做出一套能持续放电或者持续旋转的机器,不要求寻找最佳效率的线圈和最合理设计的话,难度本身也不高。

所以工匠们带着朱简烜的弟子们,前后用了半个月的时间,完成了朱简烜这次的“作业”。

三十二个工匠,三十二个学生,一对一组合后再分成八组,最终做出了四台电机,两台电流表,两台电压表。

“作业检查”,或者说“实验成果验收”的时候到了。

朱简烜让工匠们搬来一辆自行车,用钢铁架子支撑固定起来,用后轮驱动一台电机作为发电机

发电机上引出两根橡胶包裹的导线,与旁边摆放的另一台电机连接起来,这台电机用作电动机。

电动机的电机轴上安装了两扇桨叶,就变成了一台简单的电风扇,旁边还接了两台电压表。

朱简烜让一个年轻的工匠去蹬自行车,自行车的轮子带动发电机旋转发电。

电压表立刻动了起来,电动机也同时跟着旋转起来,带动两扇桨叶吹出了持续的凉风。

这个结构好像没事找事,工匠直接蹬自行车直接吹风,比这样吹风效率更高。

但是在场的工匠们都能想象得到,这两组设备可以拉开很远的距离

可以在厂房里面或者河道上,用蒸汽机或者水车来驱动发电机,用导线将电力引入房间里面,再用电动机给房间里面吹风。

或者是直接驱动纺织机或者车床以及所有需要动力的设备。

在这个检查作业的过程中,验证电磁学理论的过程中,宋问道等工匠们都感觉自己在做梦。

电机这个本身并不算多复杂的结构,只要简单的持续旋转就能产生稳定的电流,反过来还能用电流驱动电机稳定旋转。

孩子们觉得这个过程非常的神奇。

甚至主动跟蹬自行车的工匠换班,自己上去用力的踩踏自行车,看着电流表和电压表指针波动,看着对面的风扇速度变化。

但是有些老工匠就有点无法接受这种看上去颇为简单的现实。

“电的原理竟然就就是这个样子的?”

“发电和电驱动竟然就这么简单?”

“我们现在通过这么简单的设备,就直接控制了神奇的雷电!”

“所以有了电磁学原理的话,我们还做什么蒸汽机?”

“对啊,用水车直接驱动发电机,用电动机驱动纺织机等各种机械就行了……”

“蒸汽机还是要的,蒸汽机可以用来持续供电,比水车稳定而且强力的多,同时不是所有地方都有水力。”

朱简烜拍着一个满脸兴奋的学生的肩膀,笑呵呵的对这些感到神奇的工匠们们说:

“电的原理就是这么简单,就是一窍通百窍通的一门学科。

“所以这仅仅是一个开始,后面还有更多的成果等着我们去实现呢。

“我现在给大家一个最简单的思路,大家一起来思考一下。

“电流的联通和断开,乃至电流连接的时间长短的不同,这种状态能够用来做什么?”

现场安静了不到三秒钟的时间,朱简烜手边的孩子猛地惊叫起来:

“可以用来传话!就和旗语和鼓声一样!”

其他的工匠和学生们也立刻反应过来,同时也马上想到了电的另外一个最大的特性。

好多人瞬间就瞪大了眼睛。

朱简烜也毫不犹豫的直接说出了答案:

“电流的速度快到我们人类无法想象,是真正可以瞬息千万里的东西。

“我们只要从应天府开始,架设一根电线通到巴黎,就可以在几分钟内,将消息穿过整个神欧大陆。

“如果将几根电缆,铺设在太平洋和大西洋中,也可以直接从纽约向伦敦发送消息。

“所以下一次的课堂作业,就是把这种收发信息的设备做出来。”

最简单的有线电报原理确实非常简单。

单纯通过电路连接的时间长短不同,就可以定义出不同的基本信息。

就像是计算机的二进制代码,只需要最为简单的零和一两个数字,就能表达没有上限的信息量。

只要收发双方约定一个编码表,将一个数字对应一个汉字,发送和接收双方各持一份。

然后发送方查表,将汉字信息转化成数字信息,送到给千里之外的接收方。

接收方记录数字信息,再去查汉字编码表,就能翻译出原始信息。

当然这只是理论情况,远距离信息传递的实际情况要略微复杂一些,要保持电流有足够的强度且较为稳定。

所以有了发电机之后,电报机确实可以直接生产出来。

但是在相对较远距离上的应用,仍然需要稍微一段时间来解决工程问题。

今天三章一万字完成。

(本章完)

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