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物理直覺:開啟物理之門的鑰匙

發(fā)布時(shí)間:2020-06-17 作者:周思益 來(lái)源:中國(guó)教育報(bào)

《六極物理》(接力出版社)是一本把整個(gè)物理學(xué)的前沿知識(shí),系統(tǒng)地用簡(jiǎn)明的語(yǔ)言和極少的公式寫下來(lái),給不是物理專業(yè)的人看的科普書。記得我讀中學(xué)時(shí),班上很多同學(xué)都對(duì)物理有著濃厚的興趣,但到后來(lái)只有很少的人去學(xué)物理。原因之一是大家有各自感興趣的領(lǐng)域,但另一部分原因,就是因?yàn)樗麄兒ε麓髮W(xué)物理書上一堆一堆的公式,覺得自己可能學(xué)不好。

那么真正做科研,需要會(huì)算公式嗎?可以說(shuō)有的領(lǐng)域需要,比如建造粒子物理的對(duì)撞機(jī)的那些人,當(dāng)然需要會(huì)計(jì)算各種費(fèi)曼圖。而有的領(lǐng)域不需要,比如Leonard Susskind(李?yuàn)W納特·蘇士侃)做的一些工作。作為一個(gè)不是物理專業(yè)的人來(lái)說(shuō),能理解這些工作是怎么回事就很開心了,并不需要真正像做科研一樣,把所有公式都理解并熟練運(yùn)用。怎樣才能在不看到很多公式的情況下理解這些內(nèi)容呢?當(dāng)然就需要一個(gè)領(lǐng)路人來(lái)告訴大家了,嚴(yán)伯鈞老師就是這樣的人,他所著的《六極物理》可以幫大家建立起物理直覺,在不需要公式的情況下就能理解物理的精髓。

物理直覺一直都非常重要。很多人能學(xué)好牛頓力學(xué),是因?yàn)榕nD力學(xué)跟大家的生活息息相關(guān),比如我們研究單擺,自己拿繩子系一個(gè)球就可以在家里玩。但是現(xiàn)在物理學(xué)的發(fā)展越來(lái)越尖端,很多東西不可能拿到實(shí)體在家里玩,自然也就想象不出來(lái)是什么樣子的??茖W(xué)家研究這些東西并把結(jié)果寫成公式,很多人就算拿著這些公式算出結(jié)果了,直覺上可能也沒有理解。但是這個(gè)領(lǐng)域頂尖的人,可能一眼就看出計(jì)算的毛病,靠的就是物理直覺。

這本書就是從極快、極大、極重、極小、極熱、極冷六個(gè)方面,幫助大家建立物理直覺。這些極,都超出了我們?nèi)粘I钏苤苯咏佑|到的事物,也就是說(shuō),我們沒法把這些東西拿到家里來(lái)做實(shí)驗(yàn),但看了這本書,就好像我們真正看到了這些東西一樣。

比如極快篇,通過(guò)普朗克和愛因斯坦的火車實(shí)驗(yàn),來(lái)闡明狹義相對(duì)論的一些原理。愛因斯坦坐在火車上以接近光速的速度運(yùn)行,普朗克在地面上看愛因斯坦,兩個(gè)人測(cè)量的光速是一樣的。然后普朗克覺得愛因斯坦時(shí)間慢了,愛因斯坦覺得普朗克時(shí)間慢了,說(shuō)明了鐘慢效應(yīng)。后面又用同樣的例子說(shuō)明了尺縮效應(yīng),同時(shí)的相對(duì)性和剛體悖論。在現(xiàn)實(shí)生活中,我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)到不了這么高的、讓我們能感受到相對(duì)論效應(yīng)的速度,但跟著這本書,我們好像身臨其境,真的看到眼前有愛因斯坦和普朗克這兩個(gè)人,我們好像真的能跟普朗克交流,普朗克告訴我們,“你看,愛因斯坦那邊的時(shí)間怎么過(guò)得那么慢呢”。漸漸地,讀者的心中就能培養(yǎng)出這樣的物理直覺。雖然我們沒法坐上宇宙飛船去遨游一圈,可是當(dāng)我們閉上眼睛,真的就可以想象出,在未來(lái)也許我們的朋友坐上了這樣的飛船,我們和他們所看到的空間、所體會(huì)到的時(shí)間是什么樣子。

類似的例子同樣也可以在書中找到很多,讀者好像可以在大腦中建立這樣的實(shí)驗(yàn)室:一閉上眼睛,就可以把整個(gè)宇宙想象出來(lái);可以把自己縮小成蟻人那么小,看看原子長(zhǎng)什么樣子;可以像超人一樣進(jìn)入太陽(yáng)的中心,看看核聚變是怎么發(fā)生的。這可能是我們從小就夢(mèng)寐以求的,我們想看看,這樣的世界是什么樣子的。

這樣的物理直覺對(duì)物理的學(xué)習(xí)非常重要,因?yàn)橹挥醒矍俺霈F(xiàn)了這樣的物理場(chǎng)景,看到發(fā)生了什么,才知道該用什么樣的公式去形容眼前的場(chǎng)景。從這個(gè)角度說(shuō),《六極物理》不僅對(duì)非物理專業(yè)的物理愛好者和有志于學(xué)習(xí)物理的高中生有重要意義,而且對(duì)物理專業(yè)的本科生來(lái)說(shuō)也有一定的幫助——因?yàn)楹芏嗳酥皇峭A粼跁?huì)背書上的公式、會(huì)套公式考試算對(duì)的層次,他們其實(shí)不會(huì)有身臨其境的感覺,所以這本書會(huì)對(duì)很多人起到很好的幫助作用。

(作者系斯德哥爾摩大學(xué)物理學(xué)博士后)

《中國(guó)教育報(bào)》2020年06月17日第11版 

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