『壹』 知乎 在讀天體物理是種怎樣的感受
天體物理是物理學中最容易入門的分支。
是的,您沒看錯。在下智商不過 75(省婦幼保健院實測值,非爛大街智商 App 數值),有學習障礙,記憶力一塌糊塗,學校辦特奧會的時候有人把我當運動員的,竟然都在天體物理界混著,您大可以多點兒自信。大不了,咱還可以去天文台維護望遠鏡和值班嘛。
啊呀,題主被剛才的咒語迷倒了,中了邪魔了,咋辦?沒事兒,我這兒有解葯,免費的喲~ 跟我默念三遍:
天體物理是物理學中最「惡心」的分支。
天體物理是物理學中最「惡心」的分支。
天體物理是物理學中最「惡心」的分支。
凝聚態物理,不管數學結構如何 sophisticated,總是瞄著實驗上的實現,而且偉大的凝聚態和冷原子實驗家們,甭管怎樣的球形雞,總能給您造一個出來,還就這么妥妥地擱真空里,讓人食慾大開。
高能么,能做得了的實驗,人們都做得非常極致。做不了實驗的…… 實在不行咱做數學去吧,沒看人 Witten 拿的是菲爾茲獎么。最不濟,物理學的其他部分甚至其他門類的科學都在沖咱們借方法吶。
天體物理?得了吧,宇宙給咱什麼,咱就只能看什麼,數據都糟爛得跟一坨那 X 似的。理論?別提了您哪,實驗上沒法做的東西,要是宇宙中還找不到,您跟誰說理去?哦,感情您編那麼復雜一個故事,都只是為了騙騙自己?數學?那麼 naive 的方程組您跟我談數學?誰管您找了個全世界前幾的超級計算機吭哧吭哧跑了多少個半天啊。
廢話說完,推薦步驟。
美帝有一些學校的天體物理系開設了 Post Bachelor 項目,專供轉行人士使用;價格略坑爹,性能不知,謹慎參與。本系今年入了倆 PostBach 的哥們兒,一個原是做經濟(還是偏人文的經濟)的,另一個原是做工程的。
要是想自學,您得有個前提:大學物理多多少少得撿起來點兒,手邊還得備一套物理專業普物教材。無他,有時候用得上啊。不過,也別貪多,當成資料,不懂的時候翻翻就是。
可以去 MOOC 或者 Coursera 平台上找公開課,但是也別貪多,天文 101 之類的也多坑爹(真的,101 們就是讓您瞅瞅天文美圖的,要這樣還不如多去看看電影),2 字頭之類的可以考慮試試。Yale 的天文系不大(在化學系樓的地下室和三樓各擠了半層我瞅了直接寒心不敢去了我會亂說么),開的課卻也還不錯。到了 3 字頭,就需要一些實打實的數學物理知識了(不過還好,是普通物理級別的);不才本學期帶了系裡的 AST 303 課(作為助教),深感小朋友們的數理基礎略略捉雞(平均而言;大牛總是有的)。不過,一套扎實的普物教材(高教社的《新概念物理教程》 其實不錯),會讓您有信賴的趕腳的。
至於天體物理本身的教材…… 我得發表點兒容易被噴的個人觀點。
天體物理的很多觀念革新得太快,從教材中獲取的知識,或多或少都有不成熟甚至錯漏之處。所以,與其推薦題主閱讀大部頭,私以為,也不如那本被萬眾鄙視的小黑書:徐仁新的《天體物理導論》。當然,這與我個人偏好有關:我更喜歡先儲備 minmal 但是夠用的預備知識,剩下就的「在戰爭中學習戰爭」好了。
學完那個,再好好看看概率統計,真的就足夠您進行觀測研究了。觀測研究者,需要的是敏銳的嗅覺、深刻的洞察力、堅韌不拔的意志(對,因為觀測要熬夜,特別是射電望遠鏡,白天也能看,整天都沒法碎叫),而不是當一個掉書袋子。
至於理論研究…… 那坑就大了。
首先,四大力學必須走起(分析、量子、電動、熱統),還得會玩流體力學,否則沒治。此後,如果真想玩兒《Interstellar》里頭的東西,廣義相對論(GR)必須來一發,而 GR 需要比較扎實的高數和張量分析(如果想理解奇性定理之類,一般的高數也不夠了,數學分析才行),甚至微分拓撲。想做宇宙大尺度結構,量子場論也不能不學了。想做白矮星和中子星的內部結構,固體物理、凝聚態理論,甚至量子色動力學都弄懂,也不嫌多。想玩兒星際介質,普通化學級別的化學,乃至物化,也都得搞懂一點兒。
別急,沒完。
那些東西的理論常常已經復雜到了人肉算不出來的地步了,所以您幾乎必須得會寫代碼。Python 總得會的(處理觀測數據用得上,順便鄙視 IDL),C/C++/Fortran 最好也得懂一兩個——拿來做大規模數值模擬用的。
當然,以上一切的基礎,是有強大的手工計算能力,吃掉一百張草稿紙不吐骨頭那種。
然後,弄完了那一切,您突然發現,擦,我做的是個神馬玩意兒,觀測現象解釋不了啊,坑爹呢這是!
不說了,說多了都是辛酸淚啊……
『貳』 在應用物理學專業就讀是種怎樣的體驗
①應用物理學不用學大物,大一都在學高數,英語,這些各個專業大一都差不多,大物里的光學,熱學,電磁學,量子力學等等我們都是分開來一本一本講的。我們的專業課《力學》《原子物理學》《光學》《光學2》《信息光學》《電磁學1》《電磁學2》《理論力學》《電動力學》《量子力學1》《量子力學2》,《熱學》《熱力學與數理統計》《液晶光學》《固體物理》等,總的來說,這些科目都比較難,物理本來就是理論性很強的一個專業,在物理各個方面都要求你做深入挖掘,特點就是雜而不精,學的東西很多,但學生能接受的東西是有限的,其中量子力學最難,對學生的數學基礎要求很高,數學物理方程一定要學好。可以參考上世紀的很多物理學家都是數學家,至少數學能力都很優秀。我們系主任說過:物理就是把自然規律用數學語言表達出來。
②我們專業考研的比例很大,幾乎60%都考研,其中大部分都是考211,985院校,考哈工大,哈工程的光學工程的比較多,也有考中科院的,甚至考經濟的也有。不考研的話,去光電公司就業的也有不少,(我們學校的應用物理學側重於光學)總的來說,應用物理學出路較窄,考研都會轉到像光學工程這樣跟物理相關較大的工學學科,我們專業用的光學書就是哈工大的,老師們也有考慮到這一點,(物理系的老師有一半都是哈工大的博士)光學2講的題很多也是哈工大的,開設量子力學2,電磁學2,光學2都是為了給予學生知識強化和了解考研題型。
③物理本來就是理論性很強的一門學科,專業名字叫應用物理學,物理學也沒什麼區別,物理學就是一個徹頭徹尾的理論學科,在定義層面就已經排除了直接應用的可能性。我們的一個老師說過想把應用物理學名字改成電子科學與技術,這樣報考的人就多了,雖然教的東西還是一樣,主流還是光電一類。我們專業基本上都是分數墊底被調劑還有分稍高一些第一批志願沒報上第二批填志願的時候不到好專業來的,第二批的人大概有1/3多一點。應用物理學,畢業後各行各業的都有,畢竟可以說各個理工科都需要些物理基礎,但有點雜而不精的感覺,我們除了專業課也還上過電路,模電,信號與系統,工程圖學,VB等,因此也有考電氣跟通信的研究生。畢竟學過專業課也有一定的基礎。
作者:匿名用戶
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『叄』 如何評價東南大學物理系
東南大學的工科很強,但是他的物理專業不算太好,別說跟南京大學比了,就算南京師范大學都比東南大學的物理學好一些
『肆』 對物理的看法
這是一個十分基礎的問題。翻開任何一本物理教科書,都不難找到這樣的定義:物理學是研究物質結構、物質相互作用和運動規律的自然科學。但這只是對於物理這門科學在學術意義上的一種界定。而我們所面對的「物理」,它同時又是一門課程,於是就有必要從教育意義的層面上去進行一番再認識、再分析,以挖掘蘊含在其中的豐富內涵。
首先,物理是一門科學。
物理學是一門以實驗為基礎的自然科學,它是發展最成熟、高度定量化的精密科學,又是具有方法論性質、被人們公認為最重要的基礎科學。物理學取得的成果極大地豐富了人們對物質世界的認識,有力地促進了人類文明的進步。正如國際純粹物理和應用物理聯合會第23屆代表大會的決議《物理學對社會的重要性》指出的,物理學是一項國際事業,它對人類未來的進步起著關鍵性的作用:探索自然,驅動技術,改善生活以及培養人才。
上世紀初相對論和量子力學的建立,為物理學的飛速發展插上了雙翅,取得了空前輝煌的成就,以致於人們將20世紀稱譽為「物理學的世紀」。什麼21世紀呢?有一種流行的說法:21世紀是生命科學的世紀。其實,這句話更確切的表述應該是:21世紀是物理科學全面介入生命科學的世紀。生命科學只有與物理相結合,才有可能取得更大的發展。
展望物理學的未來,充滿著機遇與挑戰。李政道先生在《物理的挑戰》一文中,曾提出21世紀物理領域所面對的四大難題:為什麼一些物理現象在理論上對稱但實驗結果不對稱?為什麼一半的基本粒子不能單獨存在而且看不見?為什麼全宇宙90%以上的物質是暗物質?為什麼每個類星體的能量竟然是太陽能量的1015倍?這些問題極大地激勵著人們不懈探索的勇氣與熱情。可以預見,一旦撥去這幾朵籠罩在物理天空中的烏雲,物理學將會展現出更加燦爛的前景。
其次,物理又是一種智能。
誠如諾貝爾物理學獎得主、德國科學家玻恩所言:「如其說是因為我發表的工作里包含了一個自然現象的發現,倒不如說是因為那裡包含了一個關於自然現象的科學思想方法基礎。」物理學之所以被人們公認為一門重要的科學,不僅僅在於它對客觀世界的規律作出了深刻的揭示,還因為它在發展、成長的過程中,形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。正因為如此,使得物理學當之無愧地成了人類智能的結晶,文明的瑰寶。
大量事實表明,物理思想與方法不僅對物理學本身有價值,而且對整個自然科學,乃至社會科學的發展都有著重要的貢獻。有人統計過,自20世紀中葉以來,在諾貝爾化學獎、生物及醫學獎,甚至經濟學獎的獲獎者中,有一半以上的人具有物理學的背景;——這意味著他們從物理學中汲取了智能,轉而在非物理領域里獲得了成功。——反過來,卻從未發現有非物理專業出身的科學家問鼎諾貝爾物理學獎的事例。這就是物理智能的力量。難怪國外有專家十分尖銳地指出:沒有物理修養的民族是愚蠢的民族!
當今,物理學的觸角已經伸向眾多領域,並取得了越來越大的成就,以至我們很難再用傳統的眼光去界分什麼是物理學了。1995年在我國廈門舉行了第十九屆國際統計物理學大會,會上交流論文的涉及面十分廣泛,諸如植物的花序、DNA葯物系統、交通的流量、文字的存儲等等,光看這些篇目,似乎都不太象是物理。什麼,究竟什麼是物理呢?幾年前,美國《今日物理》雜志,曾就此問題向讀者廣泛徵求意見。最後,他們推崇的答案是:物理學家所做的就是物理學。這話乍聽似覺偏頗,其實不無道理。因為在今天看來,物理學更多的是體現出一種智能,「代表著一套獲取知識、組織和應用知識的有效步驟和方法,把這套方法用到什麼問題上,這問題就變成了物理學。」(趙凱華語)
再次,物理還是一種文化。
從廣義來說,文化指的是人類歷史實踐過程中創造的物質財富和精神財富的總和。它包括科學文化和人文文化。同樣地,物理學家在長期科學實踐中所創造的大量物質產品與精神產品,也就構成了物理文化。物理文化是科學文化的重要組成部分。
大家知道,物理學是以實驗為基礎的科學,它的基本研究方式就是實踐,因而在客觀性上表現為「真」;物理學創造的成果最終是為了造福於人類,它在目的性上體現出「善」;另外,物理學還在人的情感、意識等多方面反映了「美」。正因為物理學本身兼具真、善、美的三重屬性,我們完全有理由說,物理不僅是一種文化,而且是一種高層次、高品位的文化。
物理學是求真的。物理最講究實證,物理學家在科學研究活動中最基本的態度就是實事求是,堅守「實踐是檢驗真理唯一標准」的原則。正如物理學家費曼所說:「不論你的想法有多美,不論你什麼聰明,更不論你名氣有多大,只要與實驗不符便是錯了,簡簡單單,這就是科學」。可以說,物理學的發展史,就是一部不斷修正錯誤、不斷逼近真理的「求真」史。
物理學是從善的。物理學致力於將人從自然中解放出來,從必然王國走向自由王國,幫助人們不斷認識自己,促使人的生活趨於高尚。這是物理學的價值取向和終極目標,因而物理學的本質是從善的;另外,物理學家的行為也是從善的。愛因斯坦曾這樣評價居里夫人和以她為代表的傑出物理學家:「第一流人物對時代和歷史進程的意義,在其道德方面,也許比單純的才智成就更大」。他們那種嚴謹求實的態度、獻身科學的精神,熱愛人民的情懷等等,對於後人無疑是一份尤為珍貴的人文財富。
物理學是至美的。德國物理學家海森伯說過:美是真理的光輝;羅馬哲學家普洛丁又說過:善是美的本原。由此,物理學因真而美、因善而美就是十分自然的了。物理的美屬於科學美,主要體現於簡單、對稱和統一;對稱則統一,統一則簡單,它們構成了物理學的基本美學准則。
翻開物理學的篇章,可以發現到處都跳動著美的音符,體現了人們對美的追求與創造。僅以統一性為例。當代物理學的發展,正朝著兩個相反的研究方向延伸:最宏大的宇宙與最微小的粒子。令人感到驚訝的是,隨著研究的深入,它們兩者並非是分道揚鑣、越走越遠,反倒顯示出不少殊途同歸、相反相成的跡象。例如,粒子物理學的一些研究成果常被天體物理學家所借鑒,用來探尋宇宙早期演化的圖象;(正由於此,粒子物理學在某種意義上也被稱為「宇宙考古學」。) 反過來,宇宙物理學的研究也為粒子物理學家提供了豐實的信息與印證。於是,物理學中兩個截然相反的分支,就這般奇妙地銜接在了一起——猶如一條怪蟒咬住了自己的尾巴。
又如,英國物理學家狹拉克首先發現,在自然界的某些物理量之間存在著下列引人注目的關系:
宇宙半徑/電子半徑≈1040,宇宙年齡/強衰變粒子壽命≈1040,
氫核與電子的電力/氫核與電子的引力≈1040,……
在上述比數中,宇宙這個最大的系統,與基本粒子這個最小系統之間,竟然珠聯璧合達到了如此完美的統一,讓我們再次領略到了物理世界的美,一種動人心弦的壯麗的美。正是這許多美不勝收的事例,激發起人們對大自然由衷的贊嘆與敬畏,難怪愛因斯坦會說:「宇宙間最不可理解的,就是宇宙是可以理解的」。
通過以上分析,我們對於物理有了一個較為全面的認識:它既是一門科學,又是一種智能,更是一種文化。作為一名物理教師,能對自己所任教的物理作一番全方位的審視與剖析,這是十分必要的。一方面可使我們看到,物理原來有著如此豐富的的內涵,從而會更自覺、有意識的去挖掘和開發它的育人功能,全面提升教學質量;另一方面又使我們看到,物理原來有著如此美好的稟性,從而會更加鍾愛物理,更有激情地去從事物理教學。我以為,只有真正熱愛物理的物理教師,才能做到不僅教會學生理解物理、應用物理,而且還進一步引導他們去感悟物理、欣賞物理。
二、為什麼教物理
這是一個看似簡單卻又十分根本的問題,要正確回答並非易事。筆者對此問題的認識,就經歷過從「知識本位」到「學科本位」,最後又回歸到「學生本位」這樣一個曲折漸進的過程。
有很長一段時期,我都把物理教學的目標鎖定在知識層面上,認為教物理就是要把物理知識盡可能多地傳授給學生,以供他們今後一生的受用。因為我信奉「知識就是力量」。然而令人困惑的是,我們授予學生什麼多的物理知識,其中不乏象「F=ma」這類極其重要的知識,但在他們往後的生活和工作中,卻很少顯示出有什麼直接的功用。以至過了若干年後,許多學生把所學的物理知識幾乎忘得一干二凈,用他們的話說,「全部都還給老師了」。我為此感到深深的失落;但每當我向他們提出「高中三年豈不白讀了」的反詰時,這些離開學校多年的學生,卻又都會異口同聲地作出否定的回答,一致認為高中階段的學習,對於他們的成長起到了重要的奠基作用,可又說不清究竟是哪些具體知識所起的作用。我想,這大概好比晚飯,誰都不會否認吃飯對於生存的意義,然而誰又都說不清楚,吃了這頓飯究竟是在身上的什麼地方長了塊肉。
一位畢業已有二十餘年的學生,曾與筆者聊起他「印象最深」的一堂物理課。原來那堂課講的是重力勢能。當時為了說明重力勢能的相對性,我曾向學生提出過這樣的問題:有人站在五樓的窗檯上要往下跳,你說危險嗎?開始大家都認為這太玩命了,後來仔細一琢磨,又全都樂了:你別往窗外跳,往窗里跳不就沒事了嗎?這位學生覺得這個例子特有意思,於是經久不忘;但問他該例說明了什麼物理知識時,他說忘了。正當我面露憾色時,他緊接著的一番話卻令人寬慰,他說:「這個例子使我懂得凡事都是相對的,從不同角度看會有不同的結果」。盡管這堂課所傳授的物理知識,這位學生已經遺忘殆盡,但通過有關知識的學習而凝煉成的思想、方法等,卻在他的心裡銘刻上深深的印記。從這個意義上說,二十多年前的這堂物理課,對他不也是極有價值的嗎?學生從高中畢業後,他們中的大多數可能將告別物理,所學的物理知識終究會被忘記,到那時再回頭審視一下:物理教學留給他們的還有些什麼呢?如果在他們的身上,體現不出物理所給予的才智與啟迪,那將是物理教學的失敗。由此看來,具體的知識通常只是作為教學的載體,在知識的背後還有更多值得我們去追求的東西。正如我國資深科學家錢偉長教授說的:「我在大學里學的是物理學,……. 以物理學為對象我學到了調查研究,收集資料,分析資料和邏輯思維的能力,物理學的知識有時是很有用的,但通過物理學學到的這些能力,比物理學知識更有用。」錢老在讀書時就是通過「物理學」這個載體,獲得了很多比物理知識更重要的能力。所以,那種將物理教學等同於物理知識教學的看法是偏面的,而以「知識本位」來確立物理教學目標取向的做法同樣是短視的。
隨著教學實踐的深入,教師一般都會對自己所任教的學科日臻熟悉,從而格外鍾愛。可能是受了這種職業情感的影響,我還一度把物理教學的目標,定位於「將盡可能多的學生培養成為物理學家或物理工作者」。尤其是當我從農村普通中學調入重點高中,面對的是一個個聰穎好學的學生時,這種願望愈顯強烈。但我不久就發現,其它學科的教師大概也出於各自的職業偏好,都對學生有著與我類似的期望。這樣一來,大家自掃門前雪,各唱各的調,沒能將各學科的分力凝聚成一股合力,實際效果當然就差強人意了。尤其令我沮喪的是,班上那些物理學習優秀的「得意門生」,日後直接從事物理專業的竟然也少之又少。正當我陷於迷惘之時,復旦大學原校長楊福家先生的一則事例給了自己極大的啟迪。當年復旦大學曾對核物理專業的畢業生的去向做過一次調查,結果發現,只有不到十分之一的學生畢業後從事與核物理有關的工作,其餘的都紛紛改行,活躍在金融、企業或行政等崗位上。對此,多數人都斷言這是物理系的失敗,而楊福家卻認為這正是「復旦」的成功。因為,通過這四年本科的物理教育,使學生具備了良好的素質,為他們今後的發展打下了堅實的基礎,於是畢業後都能很快適應各種不同領域的工作。這也印證了趙凱華先生的話:「一個人學了物理之後干什麼都可以,他的物理沒有白學。在我看來,對於學物理的人無所謂『改行』……。」
經過上述曲折的認識歷程,使我逐漸看清了物理教學最終目標的聚焦點,既不在知識的本位上,也不在學科的本位上,而應該落實在我們的教育對象——學生的本位上。
對於「為什麼教物理」這個問題,也可以反過來設問:「如果我們不教物理,學生不學物理,將會對他們今後的發展留下那些缺憾?」一種顯而易見的回答是,學生將因此學不到許多重要的物理知識。這話沒錯,但不夠全面。因為除此之外,學生還將失去更為重要的,有關科學方法、科學精神等方面的培養與熏陶,從而最終影響他們的科學素養的提高。當前,物理已經深入到社會的方方面面,成為每一位有教養的公民都必須懂得的知識。對於大多數學生來說,他今天學習物理的目的,恐怕不是為了明天去進一步研究物理,而是有助於他去面對或決策所遇到的大量非物理的問題,為他們今後一生的文明、健康,高質量的生活奠定基礎。正如《面向全體美國人的科學》一書中所說的:「教育的最高目標是為了使人們能夠過一個實現自我和負責任的生活作準備。」 據此,對於「為什麼教物理」這個問題,最確切的答案就是:為提高全體學生的科學素養而教。——這應該成為我們的物理教學觀。
眾所周知,生物基因對於生物進化有著非同小可的作用,極其細微的基因差異,往往會導致生物之間的巨大差別。受此啟發,有不少社會學者正致力於尋求在人類文化傳承與發展過程中,有著哪些最為核心的要素,從而提出了「文化基因」的概念,並將其定義為人類文化系統中的「遺傳密碼」。文化基因的核心是思維方式和價值觀念。人類的進化比一般的生物進化更為復雜,它具有雙重進化機制,除了生物基因進化機制外,還有文化基因進化機制。教育正是推動文化基因機制的重要途徑。學校教育的要義,不只是文化現象的展示與詮釋,而在於文化基因的傳承和發展。物理教育當然也不例外。什麼,蘊含在物理教學中的「文化基因」究竟有些什麼呢?筆者以為主要體現為三個方面,即科學知識、科學方法和科學精神,因為這三者是構成科學素養最基本的要素。如果將科學素養比擬為一座金字塔,什麼科學知識猶如塔基,科學方法就是塔身,科學精神則是塔尖。物理教學的最高宗旨,就是為了構建這座宏偉的科學素養之塔而添磚加瓦。換言之,物理教學的核心價值就在於促進學生實現三個轉化:一是把人類社會積累的知識轉化為學生個體的知識,使他們知識世界是什麼樣的,成為一個客觀的人;二是把前人從事智力活動的思想方法轉化為學生認識能力,使他們明白世界為什麼是這樣的,成為一個理性的人;三是把蘊含在知識中的觀念、態度等轉化為學生的行為准則,使他們懂得怎樣使世界更美好,成為一個創造的人
『伍』 物理書籍讀書心得
我們從一些事情上得到感悟後,往往會寫一篇心得體會,如此就可以提升我們寫作能力了。那麼心得體會該怎麼寫?想必這讓大家都很苦惱吧,下面是我精心整理的物理書籍讀書心得體會,僅供參考,歡迎大家閱讀。
《物理學史》由金剛主編,哈爾濱工程大學出版社出版。本書主要介紹了自然科學的基礎科學——物理學——發展的梗概,分為古代物理學、經典物理學、近代物理學,對於現代物理學的兩個基礎領域天體物理和粒子物理也做了概要的介紹。本書較為突出地介紹了中國古代科學技術取得的成就及其對於世界科學進步的貢獻。此外,部分章節後還附有閱讀材料,主要介紹在物理學發展過程中有代表性得人物和重大事件。
幾百年前,物理學叫自然科學,被人們看成是哲學的一部分。牛頓的一部經典物理學著作就取名為《自然哲學的數學原理》,這是牛頓三定律和萬有引力定律的發源地。學習物理學史會告訴我們,許多物理學的新發現與哲學思潮有聯系。能量守恆定律與轉化定律的發現受康德哲學的影響,反過來又成了辯證唯物主義的重要依據之一。物理學的進展往往給哲學的進展提供新鮮例證,而哲學也常對自然科學指出前進的方向。
物理學作為一門科學意味著能夠更多的創造出人們所需要的物質財富,對社會發展的積極作用。
在我看來,要想完整表達物理學史對我們學習的要求,應做到以下幾點:
1、通過物理學史的學習,激發學生的學習興趣
有句話說得好,興趣是最好的老師。當你帶著興趣去學某樣東西的時候,可以達到事半功倍的效果。物理學史記載人類揭開世界奧秘和令人興奮的探索歷程。不論是否喜歡歷史,大多數人都是喜歡聽故事的,因為孩子最早的認知就是從故事中體味和形成的。以故事的形式講歷史學生更易接受。
2、通過物理學史的學習,培養觀察和分析問題能力
物理學是一門以實驗為基礎的科學,觀察和實驗既是研究物理學的基本方法,也是學習物理的基本方法。物理學史中描述許多科學家善於從不被注意的一些平常現象中細心地觀察與思考的事例。比如倫琴一生在物理學領域中進行過大量實驗研究工作,一次實驗中,他偶然發現包有黑紙的底片被曝光,但他從沒放棄過著一個細小現象。正是他從這種觀察能力、分析能力使他發現X射線從而獲得諾貝爾獎。學生在了解物理學史知識的過程中便可認識到注意觀察和認真進行實驗是學好物理學的關鍵。因此在今後的學習中要有意識的觀察,親自動手實驗,逐步培養勤觀察、勤思考的習慣,這種能力的培養在今後的工作中將受益無窮。
3、通過物理學史的學習,培養質疑精神和提出科學問題的能力
獨立思考和獨立判斷的能力,首先表現在懷疑和批判的精神。科學史上大量實例表明,不囿於傳統理論和觀念,還迷信權威和書本,是科學創造的思想前提。眾所周知,在愛因斯坦之前,洛倫茲和彭加勒已經走到相對論的大門口,只是由於未能擺脫絕對時空觀的束縛,才沒有最終邁進相對論的門檻。正是由於愛因斯坦拋開了「絕對運動」和「靜止以太」的觀念,並深刻地審查了「同時性」概念的物理學根據,才創建了狹義相對論,引起了人類時空觀的巨大變革。
4、通過學習物理學史,學習物理大師的科學方法和進行科學思維的訓練
物理學研究中建立了許多理想模型,理想過程、理想實驗、運用了觀察和實驗,類比和聯想,猜測和試探分析和綜合,佯謬和反證方法,科學假設方法等等,物理學史中有大量的生動事例說明科學大師們熟練而巧妙地運用這些方法取得重要成果的過程。利用這些事例,可以對學生進行具體的科學方法的教育。比如講「自由落體運動」時,介紹伽利略用歸謬法駁斥亞里士多德「重的物體比輕的物體落得快」。伽利略指出:「如果從塔上落下來兩個同體積的球,其中之一不另一個重一倍,按亞里士多德的理論重的不輕的快一倍。如果將兩球綁在一起,重量之和大於重球,下落速度應該比重球快。但如果兩球是獨立的,他們應該比輕球快,比重球慢。一件事情卻出現兩種結果,證明理論有誤。」愛因斯坦在創立相對論過程中,設法用真實實驗來說明,設想了大量的理想實驗,理想模型,成為物理學史中的一朵奇葩。
5、通過物理學史的學習,服務於物理知識的掌握
任何理論的建立都不是某個人突發奇想而出現的。都有其發生、發展、成熟的過程。有的需要一個人一生甚至幾代人的'努力才能完善一套理論。1687年,牛頓發表了《自然哲學之數學原理》,這部巨著總結了力學的研究成果,標志了經典力學體系初步建立。這是物理學史上第一次大綜合,是天文學、數學和力學歷史發展的產物,也是牛頓創造性研究的結晶。但是這些成就並不能只歸功於牛頓一人,因為在牛頓之前就有很多科學家在這方面做過大量有成就的研究,並取得大量成果,這位牛頓的研究打下了堅實的理論和資料方面的基礎。牛頓在一封給胡克的信中寫道「如果我看得更遠,那是因為站在巨人的肩上。」人們通常認為他指出的巨人是伽利略和開普勒。其實他完成的綜合工作是基於從中世紀以來世世代代從事科學研究的前人的累累成果。
6、通過物理學史的學習,培養科學精神
所有的科學家,都不能脫離他所在社會,他首先是一個社會人,然後他才是一個科學家。科學技術像一把雙刃劍,既能通過促進經濟和社會發展以造福於人類,同時也可能在一定條件下對人類的生存和發展帶來消極後果。
遙想兩千三百多年前,亞里士多德提出物理學的概念以來,物理學真是歷盡榮辱興衰,但最終沖破了神學的桎梏。在科學的海邊探望的孩子牛頓,奠定了物理學的基礎,三百多年來,物理學已發展成為一門以人類進步、社會發展休戚相關的學科。物理學作為一門最基礎的自然科學,它的發展動力是深深地植根於人類對真理的非功利追求上,正是這種非功利的追求給人類帶來最大的收益。它的發展從來就對人類社會思想、文化發生巨大影響。人類社會進步的一個主要動力便是科學精神,現代科學精神的典範和集中的反映就是現代物理學。以現代物理學為代表的科學精神,是人類進步的一面旗幟,它將高高飄揚在未來的歲月中。而我們要做的就是學習科學家的優良品質,刻苦學習,向科學的高峰勇敢地攀登。
《物理學》是亞里士多德主要著作之一,思想綿密,風格古樸,不逞辭藻。譯者為了保存這種特點,採取了直譯的原則。於不易明白的地方適當加了一些注釋。這樣一來,只要細心讀去是可以讀懂的。
《物理學》是一部二千三百多年前的著作。那個時候古代希臘的哲學雖已經過了二百多年的發展,內容已很豐富,但要寫一本像《物理學》這樣全面的論著還是有困難的。困難之一在於,那個時候哲學和自然科學(當時是不分的)畢竟還很幼稚,希臘文中還沒有足夠的現成的哲學術語。因此,亞里士多德不得不在《物理學》中使用了一些不精確的日常生活用語表達復雜的學術概念,例如用「是」(τó?ν)表示「存在」、「實體」,用「自己」(τοα?τó)表示「本質」,用「因自己」(иαθ`α?τó)表示「因本質」,用「時間」(óχρóνο)和「現在」(τον?ν)分別表示時間的延續段和劃分點。甚至用謎語般的手勢語言?ν?表示運動變化的內容。此外,亞里士多德採用前人的一些術語,如α??ρχα?(開始、本原)和ταα?τια(原因)這些詞兒來概括物質、形式、目的和推動力四者,仔細推敲起來也未必妥帖。
當初作者寫作的這種困難今天成了譯者翻譯的困難了。怎麼辦?對兩種情況我作了不同的處理。(一)隨著哲學、邏輯學、語言學等有關學科的發展,後世出現了相當的術語的,我們對兩者的內涵進行了仔細的比較和推敲,凡能證明是一個東西的,我們便用了後世的術語翻譯它們了。屬於這一類的,除了上述「實體」、「存在」、「本質」等外,還有如,將τóσυμβεβηиó(附隨者)譯為「偶性」,иατασυμβεβηиó譯為「因偶性」,等等。(二)當初亞里士多德當作術語,但後來在哲學上沒有形成重要概念,因而沒有再出現相當的術語,也就是說從術語的隊伍里消失了的。對於《物理學》的這些術語我雖然經過努力想盡可能將它們譯得像個術語一些,但是其中譯者自己就滿意的不多。如τóμεταξ?譯為「間介」,τóиινε?σθαι譯為「運動著」,το?μα譯為「在一起」等等,簡直不像術語。然而,於無可奈何之餘也只好先公之於眾,求得大家指教了。
這個中譯本系從勒布古典叢書(1929年紐約版)希臘文原文直接譯出。勒布古典叢書本附有佛朗西斯·科福德(FrancisM.Cornford)的英文譯文,本意便於人們對照閱讀,然而這位英譯者片面追求英文本身的形式完美,因辭害意的地方很多,我不大參考它。在我對初稿進行修改時,郭斌和老師指點參考羅斯(Ross)主編的亞里士多德全集英譯本。我找到了它的1930年牛津版。這個本子比較接近原文。希臘文分詞和動詞不定式用意是比較難把握的,這個英文譯本在處理這些難點上對我有不少啟發。
在本書翻譯過程中郭斌和老師除了不斷給予熱情鼓勵而外,還具體幫助解決了不少希臘文方面的疑難,最後又全篇校讀一過,在此對他表示難忘的謝意。全稿譯成後,曾請汪子嵩同志根據英譯本進行校閱,並此致謝。還要感謝陳兆福同志,他願意把自己編成的《亞里士多德生平和著作年表》附在這本書後,為它增光。
暑假期間,拜讀了著名科學家、物理學奠基人艾·愛因斯坦和著名科學家利·英費爾德合著的科普名著愛因斯坦的名著周肇威先生的譯本:《物理學的進化》,感到收益菲淺,這次僅做一些零散的摘抄以及自己粗淺的感悟,希望能盡量使這些零散的摘抄多少能反映出全書的結構、思路和精神。
這本書主要介紹物理學觀念從伽利略、牛頓時代的經典理論發展到現代的場論、相對論和量子論的演變情況。其中選擇了幾個主要的轉折點來闡明經典物理學的命運和現代物理學中建立新觀念的動機,從而指引讀者怎樣去找尋觀念世界和現象世界的聯系。這本書問世後,物理學有了空前的發展。它由愛因斯但和英費爾德合作寫成,前者是相對論的建立者,後者最擅長寫通俗物理書。他們設想本書的讀者是缺乏數學和物理學知識的。因而書中不引用數學公式,文字通俗,舉例淺顯,具有較強的可讀性。值得我們學習和從事物理教育教學工作的人好好讀一讀。
黑格爾有句名言說,熟悉了一門科學的歷史,也就熟悉了這門科學本身。——我記住了這句話。感覺這本書有很多值得我們閱讀和思考的價值,可分為以下幾點:
(一)這是一本有關物理學問題的通俗讀物
作者總是從日常生活中最簡單、最常見的現象去著手觀察、分析問題,最後不可避免地引導到抽象、深刻的物理概念。這種「深入淺出」的寫法,我以為是本書的一大優點。
在前言中,作者寫到「這本書是你我之間的親切的交談。你也許會覺得它討厭或有趣,枯燥或激動,但是,如果本書能使你多少知道一些人類有發明能力和智力,為了更完善地了解、掌握物理現象的規律所進行的無窮盡的斗爭,我們的目的便算達到了。」
「我們的目的在於用粗線條描繪出人類如何尋找觀念世界和現象世界的聯系。我們試圖說明是什麼樣的一種動力迫使科學建立起符合於客觀實在的觀念。
關於我們所想像的讀者的特徵,曾作過很長的討論,並且處處都在替他著想。我們想像他完全缺乏物理學和數學的實際知識,但是卻具有很強的理解能力,足以彌補這些缺憾。我們認為他對物理學和哲學的觀念很感興趣,同時他對努力鑽研書中比較乏味和困難的部分很有耐性。他認識到,要理解任何一頁,必須細讀前面的每一頁。他也知道,即使是一本通俗的科學書籍,也不能像讀小說一樣去讀它。」
諸如這樣的語言很多,讓人感到分外的親切,感到可以「讀下去」,可以「讀懂物理」,這使我想到,我們平時上課時,如果也能考慮到學生的「易聽性」、「易懂性」,深入潛出,讓課堂也變成一本可讀性較強的書,是否也會贏得更多的學生呢。
(二)運用比較引人入勝的,精彩的小例子,闡述科學的真諦
書中多處在闡述道理的時候,注重激發讀者的好奇心,吸引讀者津津有味的讀下去,它形象的把發現科學的過程與福爾摩斯探案相對比,非常的生動。
「我們設想有一個完美的偵探故事。這個故事告訴我們所有重要的線索,這樣使我們不能不提出自己對事件真相的見解。如果我們仔細研究故事的構思,不等作者在書的結尾作出交代,我們就早已得到完滿的解答了。只要不是低劣的偵探故事,這個解答不會使我們落空,不但如此,它會在我們期待它的一剎那就立刻出現。
我們是不是可以把一代繼一代地在自然界的書里不斷發現秘密的科學家們比作讀這樣一本偵探小說的人呢?這個比喻是不確切的,並且以後得放棄它,但是,它多少有些比得恰當的地方,它應當加以擴充和修改,使更適合於識破宇宙秘密的科學企圖。
從柯南道爾寫出動人的故事以來,幾乎在所有的偵探小說里都是這樣開始的:偵探首先搜集他所需要的、至少也是他的問題的某一方面所需要的一切事件,這些事件往往是很奇怪的、不連貫的,並且是毫不相關的。可是這個大偵探知道這時不需要再繼續偵察了,現在只要用純粹的思維把所有搜集起來的事件連貫起來。於是他拉拉小提琴,或者躺在安樂椅上抽抽煙,突然間,他靈機一動,這個關系找到了。他現在不僅能解釋現有的線索,而且他知道還有其他許多事件一定也已經發生。因為現在他已十分准確地知道在哪裡可以找到它,如果他願意的話,他可以出去收集他的理論的進一步的證明。
如果我們再來說一句老生常談的話,科學家讀自然之書必須由他自己來尋找答案,他不能像某些無耐性的讀者在讀偵探小說時所常做的那樣,翻到書末先去看最後的結局。在這里,他既是讀者,又是偵探,他得找尋和解釋(哪怕是部分地)各個事件之間的聯系。即使是為了得到這個問題部分的解決,科學家也必須搜集漫無秩序地出現的事件,並且用創造性的想像力去理解和把它們連貫起來。
凡是讀過偵探小說的人都知道,一個錯誤的線索,往往把情節弄糊塗了,以至遲遲得不到解決。憑直覺的推理方法是不可靠約,它導致了對運動的虛假觀念,這個觀念竟然保持了很多世紀。亞里士多德(aristotle)在整個歐洲享有至高無上的威望,可能是使人們長期相信這一個直覺觀念的主要原因。」
由此也讓我想到,如果在我們的課堂教學中,也能夠善於如此,是不是課堂就能夠更生動起來呢。
(三)這本書很注意重大事件中不同觀點、不同思想之間的爭論,與物理學大廈的建立過程中的矛盾與波折
把讀者引到了更加廣闊的社會、文化背景之中。物理學發展歷史,不可能脫離它賴以生存的社會和哺育過它的文化背景。
比如說書中對於伽利略對自由落體的研究,開創了研究自然規律的科學方法:抽象思維、數學推導和科學實驗相結合的歷史過程進行的詳盡的敘述。它這樣評論:「伽利略的發現以及所應用的科學的推理方法是人類思想上最偉大的成就之一,而且標志著物理學真正的開端」等等。這些文字在高中物理教科書的閱讀材料中也曾見過,而此處再讀,倍感親切。
(四)在物理學發展史中以及重大發現的描述中,他注重質疑和提出問題的重要性
書中寫道:「提出一個問題往往比解決一個問題更重要。因為解決一個問題也許是一個數學上或實驗上的技巧,而提出新的問題,新的可能性,從新的角度看舊的問題,卻需要創造性的能力,而且標志著科學的真正進步。」他創立狹義相對論來源於他從牛頓力學和電磁理論之間找到了一些矛盾,然後從這些矛盾中提出疑問,然後再深入下去找到對物質運動的認識的新的大框架,當時有這個想法的時候,他才16歲,到他26歲的時候,經歷了10年的思索研究,1905年的時候提出足以影響科學技術發展進程的狹義相對論,而這個偉大的理論卻源於他當時對電動力學的絕對靜止觀點的置疑。類似地,圖靈提出人工智慧始於他對「你無法製造出一台替你思考的機器」這一當時的常識的質疑。這也使我想到王淦昌院士,他是提出我國著名的「863」計劃的四位中國科學院院士之一,曾於20世紀30年代留學德國。他說:「我從年輕時就敢於對前人的工作提出質疑,特別是那些與實驗不符的結果,常在我腦中打個問號。」1934年他在出席一次國際學術會議時,當時有一個叫波特的人提出他在轟擊鈹時,發現了伽瑪射線,王先生當時就覺得不可能是伽瑪射線,因為它沒有這么強的能量,沒有這么大的穿透力。他跟導師講,希望重新設計這個實驗,證實自己的判斷。可惜未得到支持。第二年查得威克發現這個射線是中子,因為中子和質子的質量一樣,當時不帶電所以就很難被發現。查氏因此而獲諾貝爾獎。
中國有句古話:「於不疑處有疑,方是進也。」黑格爾也說過一句話:「在相同的東西里邊,你能夠找到不同,這才是你的本事。」所以在沒有疑問的地方有人提出問題來了,這個就是進步。「真理往往誕生在100個問號之後」也是這個道理。這更使我想到,在我們的教學中,啟發學生的思維,鼓勵學生學會發現和質疑是多麼重要的啊。
(五)書中的科學推理與思考精彩無比
有人說「科學的全部就是對每天的思考加以提煉。」而愛因斯坦的推理就是讓我們真正領略到科學的真諦。比如下面的幾段文字。
「我們可以繼續應用直接的推理方法。思想的出發點仍然是伽利略的慣性定律。我們著實還可以應用這個在解決運動的難題中極有價值的線索從而推出許多結論來。
讓我們考察在平滑桌子上朝不同方向運動的兩個球。為了想像得清楚些,假定這兩個方向是相互垂直的。因為沒有任何外力,所以球的運動是絕對均勻的。再假定它們的速率也相等,即這兩個球在相同的時間間隔內經過相同的距離。但如果說這兩個球具有相同的速度是否正確呢?可以答是,也可以答否!假使兩輛汽車的速率計上都表示約64公里每小時(40英里每小時),我們通常便說它們的速率或速度相等,而不管它們是朝哪一個方向開行的。但科學必須創造自己的語言和自己的概念,供它本身使用。科學的概念最初總是日常生活中所用的普通概念,但它們經過發展就完全不同。它們已經變換過了,並失去了普通語言中所帶有的含糊性質,從而獲得了嚴格的定義,這樣它們就能應用於科學的思維。」
「把概念加以推廣是科學上常用的辦法。推廣的方法不一定只有一種,通常有很多種。但不管是哪一種推廣,都必須嚴格地滿足一個要求:假如原來的條件完備時,推廣了的概念必須化成原來的概念。
我們可以用目前所討論的例子很好地來說明這個意義。我們可以首先試著把速度、速度的改變和力等概念推廣到沿著曲線運動的情況里去。在科學術語上,當我們講到曲線的時候,已把直線包括進去了。直線是曲線的一種特殊的、平凡的例子。因此,如果速度、速度的改變和力被引用於曲線運動,那麼它們就自發地被引用於直線運動。但是這個結果不應跟以前所得到的結果相互矛盾。如果曲線變成直線,那麼所有推廣了的概念都必須化成描述直線運動的已熟知的概念。但是要惟一地確定這個推廣,這樣一個限制是不夠的。根據這個限制來推廣一個概念,還存在很多種可能性。科學的史實指出,就是最簡單的推廣也有時成功,有時失敗。我們必須首先作一個猜測。在目前這個例子里,很容易猜出正確的推廣方法。新的、推廣了的概念是非常成功的,它既幫助我們理解拋在空中的石子的運動,還幫助我們理解行星的運動。」
曾有人在網上討論,什麼是哲學?其實我也覺得,物理學與哲學是密不可分的。「哲學是研究一切存在之間抽象的相互關系的學科。」哲學就是在從「為什麼」到「是什麼」的過程中產生的學問。從前是,現在是,未來仍然是。這一段路,還有好長要走。這大約就是海德格爾稱自己為「途中的思想家」的原因。《物理學的進化》全書從頭到尾,字里行間,無一處不彌漫著「物理—哲學情緒」。虔誠的讀者若跟隨作者一道「探險」,即能被書中濃郁的「物理—哲學情緒」所感染;最後終會被完全浸透,完全征服。」這最後一點也是我最喜歡讀這本書的原因。
『陸』 你讀高中時,對物理學科的印象如何
物理學是一門重要的自然科學,物理知識在生產、生活中有廣泛的應用,特別是在機械、用電器、交通工具、通訊工具、通訊網路等等,可以說,生活和科技生產都離不開物理學知識。
不過,隨著學習的深入,對學科的內在聯系和思維模式更加理解,就會感覺到物理科其實也不是那麼難,整個高中物理的學科體系,大多都有一些內在的聯系,或者有些知識有相同的思維模式,總而言之,大概學通了一部分,就可以類似地學習另一些知識。或者更准確地說,科學知識不是一朝一夕的功夫所能學到的,要花一點心思,下苦功夫去努力,才能掌握大概的學科基本知識和思維。其實,大多數人在社會上都不必用到那麼多的物理知識,基本了解一些物理觀念和思維,有時候也可以解析生活中的一些問題,增加一些樂趣。