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世界读书日给大家推荐基本物理“科普”读物

2023-04-23 中科院物理所 阅读:
学习物理,总要看一些物理专业的书籍,那就给大家推荐几本物理方面的科普读物。

今天是世界读书日,按理来说,该给大家推荐几本书。大家又知道,咱们所是研究物理的,业余撸猫。学习物理,总要看一些物理专业的书籍,那就给大家推荐几本物理方面的科普读物2MXednc

读书日2MXednc

自然哲学·让人头大的·数学原理2MXednc

提起物理学,大家最先想到的人当中,应该会有牛顿的身影吧。牛顿可以说是最伟大的物理学家之一了,提起他的著作,想必大家也都听闻过,那就是《自然哲学的数学原理》2MXednc

图源自网络电商平台2MXednc

没想到吧,这就是今天推荐的第一本书。2MXednc

牛顿牛爵爷,大家都不陌生了,他创立了数学与物理学研究相统一的新方法,很好地体现了分析与综合、归纳与演绎的统一。而牛顿创立的牛顿力学,在整个人类科学史上,都可以说是一座不朽的历史丰碑,它不仅是近现代自然科学的主流,更是现代工程技术的基础。2MXednc

图源自网络2MXednc

不过大家也知道,咱们牛爵爷是一位很“和善”的人,跟同时期其他大科学家,都能“打成一片”,像是胡克啊,莱布尼茨啊,牛爵爷都跟他们进行过“深入的交流”2MXednc

按牛爵爷这个性格,本来是不愿意写这本书的,我们能看到这本书,还得感谢一个人。2MXednc

要说牛爵爷可能缺朋友,可以他的才华,必不可能缺粉丝。哈雷想必就能算一个。2MXednc

搞错了,不是这个哈雷 | 图源自网络2MXednc

埃德蒙·哈雷,17世纪英国著名的天文学家,在天文学、数学领域都做出了突出贡献,著名的哈雷彗星,便是以他的名字命名的。2MXednc

这个哈雷 | 图源自百度百科2MXednc

17世纪80年代,哈雷一直独立从事天体力学的研究,就是一个人单干,可这天他遇见了个小问题,他在研究开普勒第三定律时,发现向心力与距离平方呈反比,但他犯了一个大家都会犯的错误,他证不出来。嗯,数学没学好。可咱老哈是啥人啊,自己搞不懂咱会问啊。哈雷跟胡克和雷恩讨论,但依然没有得到结果。2MXednc

1684年8月,哈雷去了剑桥,找到了牛顿,问了他:假设行星到太阳的引力与其到太阳的距离的平方成反比,那行星咋运动。牛爵爷表示,小事,椭圆。哈雷又问:你咋知道的?牛顿又说,我算的,不过这里地方太小,写不下了,抱歉,串台了。其实是牛顿早在两年前就已经计算出了结果,不过当时他并没有找到计算稿,找不到手稿这一点倒是跟我有点像,许诺哈雷重算一份给他寄过去。2MXednc

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3个月后,哈雷收到了牛顿的信件,是一份九页的论文,标题为:论轨道物体的运动。咱老哈是啥人呢,他立即意识到牛顿的工作的意义,当即前往剑桥劝牛顿公开自己的成果。在哈雷的劝说和鼓舞下,牛爵爷对自己的手稿进行了系统的整理,并重新考虑了其中的一些问题,形成了两卷专著。2MXednc

然而当时英国皇家学会陷入经济困难,无力支付牛顿书稿的印刷费用,最终同意由哈雷负责牛顿书稿的出版,但其中的费用也要由哈雷承担。咱老哈家虽然祖上也阔过,可现在不比以前了,地主家也没余粮了,哈雷父亲过世之后,家境已经日渐衰落,但哈雷依然义无反顾地承担了出版费用2MXednc

图源自网络2MXednc

书籍开始出版之后,不出意外,就要出意外了。胡克站了出来,声明引力的平方反比关系及一些重要思想是他先提出来的。牛爵爷当即怒发冲冠,在与胡克进行了一番“友好的商谈”之后表示,书,不出了。哈雷急了,再三斡旋,终于平息了牛顿的怒火,书籍得以继续出版,牛顿还在书中三次表示对胡克的感谢。2MXednc

1987年7月5日。《自然哲学的数学原理》一书的拉丁文版正式出版了,全文约500页,32开。在第一版序言中,牛顿对哈雷的工作表示了感谢。1705年,哈雷出版了《彗星天文学论说》一书,利用牛顿力学,结合天文观测,发现了哈雷彗星并预言了它的回归。2MXednc

宇宙飞船发回的哈雷彗星照片2MXednc

《自然哲学的数学原理》阐述了牛顿力学的思想,而这些知识点,现在早已成为教材重的基础知识,想必大家都已经掌握了吧。要是单纯就是为了学习牛顿力学而去看这本书就没啥必要了,听说牛爵爷文笔一般,读起来可能不太顺畅,或许想研究古英语的可以去拜读一下。2MXednc

从今天的角度来看,早期的书籍大都存在这样那样的问题,就比如说,牛顿其实还有另一部著作《光学》,在这本书中,他提出光是一种微粒,这是不准确的。但这也是科学发展的必然,我们今天的成就也是“站在了牛顿这位巨人的肩膀上”,以今人的学识指摘牛顿这样的早期物理学大家也实在没有啥必要。2MXednc

读书日2MXednc

费曼·物理学·真的很简单·讲义2MXednc

要说牛爵爷写书没啥主观能动性,那下面这位可以说是很积极了。2MXednc

理查德·费曼也是我们熟知的最伟大的理论物理学家之一了,他的工作可能不像牛顿那样为普罗大众所熟知,但无疑也是物理学史中不可忽视的具有开创性的工作之一。费曼最大的贡献在于量子电动力学的建立。他也因此和朝永振一郎、Schwinger分享了1945年的诺贝尔物理学奖,他提出了费曼图解法和费曼规则,还创建了路径积分法。费曼还有另一个重要的工作是对朗道的液氦超流理论的改进。2MXednc

图源自参考文献2MXednc

而在物理教学方面,《费曼物理学讲义》可以说是本科生物理学习的圣经了,我相信无论国内外的物理学学生都或多或少使用过或阅读过这套书。2MXednc

图源自某电商平台2MXednc

说起来,《费曼物理学讲义》其实并不是费曼本人亲自写的。2MXednc

费曼这个人性格爽朗,光明磊落,聪明好奇,多才多艺。不信你看他照片,看起来就平易近人。而他不仅在物理学研究上成绩突出,也在物理学教育上奋斗终身,直到逝世前一年,费曼先生还坚持在教学一线。2MXednc

但以费曼的才能,随便塞几个人让他教就太屈才了,实际上费曼一直带研究生。2MXednc

1945年秋天,费曼离开了洛斯阿拉莫斯基地,这是美国在战争时期研究原子弹的基地,没错,咱们老费到哪都是香饽饽。离开后,费曼就去康奈尔大学物理系任教了,正式开始了他的物理学教学生涯。2MXednc

1951年,费曼去了加州理工大学任教,后来也一直在加州理工大学。2MXednc

至于书嘛,咱还得再讲一个人,这人可不是费曼的粉丝,而是他的同事,这就是散兹(M.Sands),老散打费曼还在搞原子弹那会跟他就是同事了,到了加州以后,自然就又成立好朋友。这个老散还有一个副业,他参加过美国“大学物理委员会”,这是为了改进美国物理教学成立的。咱老散也是能人啊,开始时是改编研究生课程,在费曼的帮助下,重新修订了研究生的教学计划,后来又把注意力转移到本科生的教学上。2MXednc

散兹发现,系里的本科生教学确实有些过时了,于是,在他的提议下,系里指派了他和莱屯教授、尼尔教授一起改革。但事情要是这么顺利,我哪有素材写这篇文章呢?2MXednc

散兹经常征求费曼的意见,但改革小组内部却始终无法形成共同的认识,大家始终没办法决定究竟该教给本科生什么内容。2MXednc

咱也不知道散兹是不小心的,还是故意的,他一拍大腿,灵机一动:我干脆直接让费曼来上这门课,看看他讲啥不就完了吗?然后借鉴,哦不,是引用费曼的教学计划不就好了吗?2MXednc

于是散兹就去忽悠劝说费曼:你物理这么好,有没有想过把其中的精华提取到一年级学生的水平上。费曼起初也犹豫:我从没有给一年级上过课啊。但散兹坚持认为费曼可以胜任这一工作。费曼答应考虑一两天。2MXednc

后来费曼又问道:2MXednc

——你知道有没有一位大物理学家讲授过一年级的物理学?2MXednc

——我不清楚,但我想不曾有过2MXednc

——好,我干!2MXednc

嘿,瞧瞧这费曼先生,还挺傲娇!2MXednc

当然,请费曼上课这事在这个课程改革小组中依然是没有达成共识,倒不是说对费曼有啥意见,只是觉得费曼水平太高又没有教学经验。系里领导也不同意啊,让费曼去给本科生上课?那不是太可惜了吗?我请这么位大牛来,就为去讲最简单的本科生课程,那更高级的课程咋办?2MXednc

后来,经过散兹多方斡旋,争取了许多教师,特别是年轻教师的支持,最终说服系主任同意了费曼讲授本科生物理课程。虽然,我觉得他们就是想偷懒2MXednc

1961年9月,费曼开始给本科生开授物理课程,直至1963年5月,在这两年里,费曼几乎全身心地投入了这项工作,他每天工作8-16小时认真备课,每一堂课都录了音,方便后面整理成书稿。2MXednc

费曼在上课 | 图源自参考文献2MXednc

整理书稿这事吧,原本是想着找几个研究生助教就行了,助教嘛,本来就是干这个的,在哪都一样。但后来发现不行,他干不了,没这个能力知道吧。为啥嘞,费曼啊,他普通话不标准啊,开个玩笑,是费曼本身语言通俗生动但口语确实又不太规范。所以后来《费曼物理学讲义》是在费曼主持下,又散兹和莱屯执笔写成的。值得一提的是,莱屯就是起先改革小组中反对费曼开课的人。2MXednc

《费曼物理学讲义》备受称道,被翻译成十几种语言,畅销至今,被誉为物理教学的“圣经”,其中的部分章节还被编辑成小册子。全书共三卷,超过100章,包含力学、电磁学、热血、光学、原子物理学、量子力学等内容。费曼并不追求在课程中介绍过多太前沿的物内容,而追求让大家都能通过讲义认识物理学,体会物理学的乐趣2MXednc

这本书是物理学不可多得的入门教材,但俗话说得好,从入门到入土,看这本书要慎重,万这本书就容易让人爱上物理,不管最后能不能改变世界,但有诗云,一入物理深似海,从此头发还有女生是路人啊。2MXednc

读书日2MXednc

朗道·你也想学物理·十卷2MXednc

20世纪顶尖的物理学大师很多,对物理教学有贡献的就要少一些了,而其中,除了上文提到的费曼,还有一位就要数朗道了。2MXednc

朗道自称也确实被很多人称为“世界上最后一个全能物理学家”,而他也确实当得上全能物理学家的名头。朗道同样也是诺贝尔奖得主,而他获得诺贝尔奖的工作正是上文中提到的液氦的超流理论。而这个理论只能算是其丰富的工作中的一个,当然,这可能是最璀璨的一个,他本人也对该工作最为满意。2MXednc

朗道是个天才,没有人会怀疑这一点,他发表了许多论文,涉及了许多方面,例如低温物理学、磁性的不同类型、等离子区中粒子的运动、冲击波、湍流、炸药的爆炸、频谱线的分析以及量子场理论等等。朗道对物理学的贡献几乎遍及各个领域,诸如核物理、固体物理、等离子体物理、宇宙线物理、高能物理等等。在这些领域里,有许多术语都冠以他的姓氏,像朗道阻尼、朗道能级、朗道去磁等等。2MXednc

在朗道50岁寿辰的时候,苏联原子能研究所送了他一块大理石板,石板当然没什么好稀奇的,稀奇的是石板上的内容,那是朗道生平10项最重要的工作成果,我们将其命名为“朗道十诫”。2MXednc

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同费曼一样,朗道同样才华横溢,但朗道自视甚高,个性鲜明,得罪了不少人,还曾因“反革命罪”入狱一年,后被克格勃监控终生,不得出国。2MXednc

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朗道在物理学教学方面同样具有极大的贡献,他和其学生栗弗席兹合著的九卷理论物理学教程是物理学最重要的教程之一2MXednc

朗道也带学生的,但我们也说过,朗道少年成名,天生骄狂,这也很合理,我要是有着水平,玉皇大帝都得跟我姓。这样的朗道对身边人可不太友好,尤其是学生。想成为朗道的学生可不容易,朗道对学生非常严苛,严苛到近乎偏执,他给学生准备了非常严格的入学考试,只有通过考试才能报考他的研究生。2MXednc

可朗道何许人也,他这样的人八百年也难出一个,他的试题自然也是难的八百年也难见,朗道的试题除了数学以外,几乎囊括了物理学的所有领域,这就是著名的“朗道势垒”,只有能量极高的粒子(学生)才能通过势垒。这样的粒子有几个?一共就43人,他们后来许多人都成为了教授,十几人成了院士,形成了著名的“朗道学派“。2MXednc

栗弗席兹就是朗道的第一批学生。也正是他和朗道合著了九大卷的理论物理学教程。就是现在我们使用的朗道十卷。2MXednc

图源自某电商平台2MXednc

但如果你把它当成教材,那你可能就无法成为朗道的学生了,因为这其实就是朗道招学生的考试内容。2MXednc

朗道招学生首先要考察学生的数学基础,不过他只要求学生懂得微积分和微分方程。通过数学面试后,他就会把这套“理论物理学的基础”扔给你,他管这玩意叫“最起码的理论物理学”,虽然我是没看出来起码在哪,在你读完之后,他会再考察一次,这次通过,你就可以自称是”朗道的学生“了。朗道认为,学生应该对理论物理学的每一个分支都有一定的了解,这样才能打下坚实的基础2MXednc

现在我们见到朗道十卷便来自于朗道和栗弗席兹合著,这套书全面而又详细。其中第一卷就是《力学》卷,可不要被他的名字唬了,这里的力学其实相当于本科生中的《经典力学》(或称《理论力学》)之类的课程,大概是本科生二年级的教学内容,倒是可以和《费曼物理学讲义》接上2MXednc

乐府有诗云:朗道书十卷,卷卷看不懂。任何学习物理的人,如果敢说自己已经熟练掌握了朗道十卷的内容,那在物理学就已经可以说得上是登堂入室了。2MXednc

至于我?我看不懂!2MXednc

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今天虽然是世界读书日,可这几本书啊,要么我看不上它,要么它看不上我,是一点也读不下去了。2MXednc

你们又读了什么书呢?2MXednc

责编:Ricardo
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