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《六极物理 Physics in a Hexagram》 2020年
送交者: icemessenger[♂☆★★★SuperMod★★★☆♂] 于 2020-09-30 7:11 已读 1693 次 3 赞  

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什么是“六极”?


我们在初中学物理,高中学物理,进入大学,如果读的是理工科,还要学物理。但其实不难发现,初中物理、高中物理、大学物理,甚至到研究生的物理课,所讲的知识范围大致是相似的,都要学习力学、热学、电学,当然对于物理学专业的学生来说,进入大学以后还要学习量子力学(quantummechanics)。 6park.com

从初中、高中再到大学,我们要一遍遍地学习这些学科,有一个重要原因是,数学越来越难。初中只要解一元二次方程就够了,高中就要会一些解析几何,高三开始学一些微积分(calculus),进入大学就要加上微分方程、线性代数、抽象代数,甚至群论、拓扑学(topology)。 6park.com

传统物理学的讲法之所以是先讲力学,再讲热学、电学,再到量子物理,是因为伴随着物理学的发展,数学工具也要发展以与之匹配。但我一直希望做到的,是不让数学成为一个人理解深刻物理学思想的门槛。 6park.com

我认为不用高深的数学,也能理解高深的物理,其实是源自我的一段经历。 6park.com

在美国深造期间,我曾受邀担任一场中学生科学创新比赛的评委。在比赛中,我注意到一位美国中学生参赛者的课题,居然是与费曼(Richard Feynman)的路径积分(path integral)相关的,这让当时的我大吃一惊。因为路径积分可以说是物理学中非常专业、高级的一部分,即便是物理学专业本科生也未必会去学习。所以我当时的第一感觉是,这孩子简直不知轻重,最后弄得一知半解,不够扎实,对于以后的物理学专业学习没有什么好处。物理学习的过程还是应该按部就班,一步一个脚印。但是后来听了这位中学生的演讲,可以说颠覆了我对物理学习这件事情的认知。他通篇没有进行任何数学计算,仅仅是从逻辑推理的角度,结合了生活中的一些经验,就把路径积分的核心思想解释得明明白白。 6park.com

这让我意识到,高深的物理学知识,经过拆解,其实甚至可以不用数学,就可以讲解得明明白白,因为大道,其实至简。 6park.com

所以就有了这本《六极物理》。 6park.com

六极物理,其实是依据人的感官,以人能感知的世界为线索,把现有的物理学重新做了一遍拆解:我们生活的环境中,所有物理参数相对我们来说,都是适中的、温和的,否则生命无法存续。我们用肉眼看不见宇宙的深处;我们的运动速度不会太快;地球的引力(gravity)不会太大;我们用肉眼也看不见微观世界,看不见分子、原子(atom),甚至细菌都看不见;地球上的气温不会太高,也不会太低,否则我们不被冻死也要被热死。因此,如果要让物理学的现象变得明显,一个方法是把环境参数调到极限,才能看到这里面的神奇表现。 6park.com

于是,我把物理学分为六个“极”,分别是极快、极大、极重、极小、极热、极冷。 6park.com

极快篇,我将为你讲述爱因斯坦(Albert Einstein)的狭义相对论(special relativity),也就是当我们的运动速度快到接近光速(speed of light)的时候,我们会看到什么神奇的现象。 6park.com

极大篇,我将为你讲述大尺度的物理学,从地球到太阳一亿五千万千米的距离,一直到全宇宙几百亿光年(light year)的大小。 6park.com

极重篇,我将为你讲述爱因斯坦的广义相对论(general relativity),例如在电影《星际穿越》(Interstellar)中,男主角和女主角去黑洞边上的行星(planet)考察了3小时,回来以后就发现飞船上等待他们的同事居然等了20年,我会告诉你,这到底是为什么。 6park.com

极小篇,我将带你进入原子的内部世界,看看我们这个世界到底是由什么东西组成的。 6park.com

极热篇,我将把温度升高到难以想象的程度,我会告诉你,当我们能操控一亿摄氏度(Celsius)这种高温,也许我们就会一劳永逸地解决能源问题,以后可能就再也不用石油做能源了。 6park.com

极冷篇,我会把温度降到接近绝对零度(absolute zero),物质将会出现各种各样神奇的形态。譬如超导体(superconductor),超导体如果普及民用的话,以后我们就再也用不到交流电了。


什么是科学? 6park.com

在正式开始聊物理之前,我们可以先讨论一下什么是科学。 6park.com

其实科学并非真理,科学只是代表可被验证,或者用波普尔的话来说,科学只是“可证伪”,它永远有被推翻的可能。正是这种可证伪性,人类对于世界的认知才能不断地提升,因为验证了什么是错的,才知道正确的方向在哪里,认知水平才能提升。科学的发展,与其说是一部人类对于世界认知的进步史,还不如说是一部人类认知的“打脸史”。科学的进展,是在不断地推翻旧成果,或者说是在不断地扩大研究边界的过程中获得的。可以说,科学骄人的成绩背后,是比成果多得多的伤痕,完全是科学家们负重前行的结果。 6park.com

物理学,作为科学中最重要的一分子,顾名思义,是研究万事万物运行规律的学科。它的目标是帮助人类从物质层面,更好地认知这个世界。...


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品牌: 接力出版社有限公司
出版社: 接力出版社 (2020年6月18日)
语种: 简体中文
ASIN: B08BFF83BH


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