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文科生如何就量子物理和相对论谈笑风生? 我读过的10本有料有趣科普书

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文科生如何就量子物理和相对论谈笑风生? 我读过的10本有料有趣科普书

雪花又一年 2018-05-17 15:53:29 浏览317 评论0

摘要: 作为一个物理考过29分的理科学渣,上个月我集中看了大约10本相对论和量子力学方面的科普书,并且竟然也看懂了!迫不及待地想要分享我的感受给你:物理真美!科学真美!宇宙真美!如果仅仅因为畏惧理科算式和推导过程,就把整个宇宙无言的大美拒之门外,实在是文科生最大的遗憾,很多人甚至没有意识到是自己造成了这种遗憾——你好歹要推开门看一看嘛!好的科普书一定是能把深奥的科学道理讲得深入浅出的,只要有初高中物理基础这些书基本都能看懂,退一万步讲,有看不懂的地方也很正常啊,咱又不是专门学这个的,看不懂的地方直接跳过就好了,完全不影响你体验物理学的诗意、简洁和优美。

作为一个物理考过29分的理科学渣,上个月我集中看了大约10本相对论和量子力学方面的科普书,并且竟然也看懂了!迫不及待地想要分享我的感受给你:物理真美!科学真美!宇宙真美!如果仅仅因为畏惧理科算式和推导过程,就把整个宇宙无言的大美拒之门外,实在是文科生最大的遗憾,很多人甚至没有意识到是自己造成了这种遗憾——你好歹要推开门看一看嘛!好的科普书一定是能把深奥的科学道理讲得深入浅出的,只要有初高中物理基础这些书基本都能看懂,退一万步讲,有看不懂的地方也很正常啊,咱又不是专门学这个的,看不懂的地方直接跳过就好了,完全不影响你体验物理学的诗意、简洁和优美。

我之所以会读科普书,是因为受到几个月前读过的一本书和一篇文章的影响,这本书和这篇文章也是今年影响我最大的读物。4月底,我读了《弗洛伊德遇见佛陀:精神分析与佛教论欲望》一书(点蓝字查看我写的书评欲望重塑生活),这本书震撼了我,引领了我,解答了我的很多存而未觉的疑惑,也让我对佛学生发出浓厚的兴趣。后来各种机缘,找了一些佛学文化方面的书来读,愈发觉得自己之前对佛教和佛教徒误解颇深,关于生命的智慧所知甚少,所以对这方面的优质信息就比较留意,前两天刚做过一份相关书单,在这里:是欲望指引我读了这些书 | 11本有关精神分析与佛学的经典著作。

有一天上班地铁上,看到一位记者朋友在朋友圈分享的文章,主题是中科院院士、南方科技大学校长朱清时演讲的“物理学走近阿赖耶识”,他在演讲中展示的现代顶级科学研究图景竟然与2500年前佛学经典奥义异曲同工!物理研究竟然步入禅境!又是一番大震动,一种强烈的想要了解现代科学现状的愿望油然而生,就这样,我又入了科普书的坑……读了一些书后觉得很有意思,而且越读越觉得科学与佛学、哲学的顶层确实有令人惊叹的互证关系。所以就顺手做了这份书单,关注科学也是关注我们本身嘛。

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1.《量子群星闪耀时》。如果你多看两本物理方面的科普书,就会知道20世纪最伟大的两大理论,一是相对论,二是量子物理。这本书就讲了19世纪末到20世纪上半叶,量子物理奠基者们——普朗克、德布罗意、薛定谔、玻恩、玻尔……那些绝顶聪明的物理学家们,他们不断修正前人的经典理论又不断自我修正,把人类带进夸克的量子世界的故事。他们创立各自理论巅峰时年龄大多在二十几岁,所以那一时期的量子物理学甚至被称为“男孩物理学”。这些大男孩为我们打开微观世界的大门后,又不断从门后掏出一个又一个令人讶异的思维实验和真正的实验,他们之间相互启发讨论,也吵得不可开交。没错,这就是一本有关量子物理学的八卦书,理论都在八卦里!这些相爱相杀、亦师亦友的物理学家之间的故事,远比我们普通人的生活更有趣。有时候我想,如果有导演是疯狂的科普爱好者,愿意拍一部量子物理学家们的故事,这本书提供的素材绝对鲜活!

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2.《时间的形状:相对论史话》。这本书的作者是科普爱好者,但这不代表他的理论讲解不严谨,语言风格幽默八卦,讲解逻辑丝丝入扣,虽然刚开始不太习惯他的风趣,但是读完至今一个多月,真真觉得这是一本非常有趣、有料、准确性高的基础读物。我的好多关于理论物理的基本概念都是通过这本书学到的,其中关于双缝干扰实验、时空弯曲的形象比喻、黑洞到底是怎么回事、宇宙间的四种力都让我震撼无比(看物理科普书后感觉自己语言太贫乏了,只会用震撼来形容),尤其是双缝实验揭示的光的波粒二重性、时空弯曲的本质,简直太奇妙了!时间远不止我们日常感受的那样,它有形状,有快慢,有更多神奇的面貌,而这一切都是我们芸芸众生所不知的!他们在科学之路上走啊走,一直走到宇宙的尽头,每个惊人发现不仅让世人震惊,有时甚至连他们自己都不敢相信。宇宙太奇妙,以至于他们触碰到上帝造物的禁区。我甚至还因此变成了爱因斯坦的迷妹,虽然已经夏末,还特意去买了一个E=MC2的T-shirt来穿。

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3.《发现的乐趣:费曼演讲·访谈集》。如果让我推荐一个科学界最会讲科普的人,那一定是费曼。如果你只想通过一本书了解量子力学,那就读这本《发现的乐趣》吧!费曼是美国物理学家,推动原子弹研发的重要人物。他不仅是顶级的科学家,还特别风趣幽默,善于用轻松的方式直击问题本质,化解难题。我们不仅能从他的这些演讲、访谈中清晰了解到量子物理学诞生前后科学家和科研史上很多有趣的细节乃至深入浅出的科学知识,甚至还可以把它看成一本家教书——他在书中多处流露出他父亲对他的教育的感激之情。那是位伟大的父亲,是他用自己独特的方式激发了小费曼对自然的好奇,塑造了他对生活和生命的良好心态,并且使他永葆幽默、质疑这些人类最可贵的精神。费曼自己也谈到了他如科学教育的看法。我在想怎么写这本的推荐语时,又翻开了这本书,然后我发现自己就像从来没有读过一样,依然能被费曼不时冒出的精彩言论击中。我会重读这本书。

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4.《七堂极简物理课》。这本书很畅销,非常薄,正文都不到100页,午休一个小时就看完了。因为之前已经了解了一些有关量子物理和相对论的知识,这本书对我而言显得不那么解渴。不过对于想入门又怕自己看不懂的读者来说,这本书确实可以起到普及作用,作者是一位现在仍在从事圈量子理论研究的物理学家,他在推荐序中就说了,这本书“是写给那些对现代科学一无所知或知之甚少的朋友们的”。他分七个篇章扼要而准确地为我们打开了广阔宇宙的大门。这七课分别是最美的理论(相对论),量子,宇宙的结构,粒子,空间的颗粒,概率、时间和黑洞的热,最后一课讲我们人类自己。几乎所有科学研究和科普著作都会涉及到对终极问题的追问,世界从何而来?我们的意识何来?我们在宇宙中处在何种位置?这也正是科学和心理学、宗教能够对话的地方。好像荔枝电台有演员黄磊的全书朗诵版卖,感兴趣的也可以听听看。对了,这本书的包装非常漂亮,精装黑色封面洒金,只是由于印刷工艺的原因,手摸上去会掉粉……

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5.《世界为何存在?探索万物之谜的奇妙旅程》。科学的使命或说发展动力之一就是探索万物起源,那么科学的尽头是什么?几乎所有科学问题最后都会归向宗教和哲学。科学无法解释的地方,把一切归功于“造物主”确实更容易解释些。经典力学、相对论和量子力学,每一个都开创了新纪元,但它们只能在各自的领域风生水起,一旦把研究范围扩展到从低速到高速、从低维到高纬的整个宇宙,它们在相互交叉的维度上还有矛盾。科学家们一直在努力试图找到能够囊括这三种理论的宇宙大统一理论,这种努力也是对终极问题答案追寻的过程。那么哲学家又在做什么呢?他们对于终极问题的追问也从来没有停息过。这本《世界为何存在》作者就是带着这个问题,寻访了很多著名的哲学家、宇宙学家、物理学家。阅读过程中能够感受到作者文辞优雅、性格温和而富有教养,但是书里面有太多关于逻辑学、本体论、存在主义的东西,因为我的哲学素养不够,看起来云里雾里,感觉作者跟哲学家之间的对话,还没有他跟物理学家之间的对话更能看得懂……哎,这本书就是用来提醒我自己对哲学一无所知的。

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6.《宇宙:从地球到宇宙边缘的旅行》。宇宙太大,我们所知甚少,当你通过阅读科普书明明白白体会到这一点时,心中就会生出由衷的敬畏感和幸运感来。生命原本是一场奇迹,因为诞生在浩渺无边、硕大无朋又沉寂无比的宇宙而显得更加奇妙。更奇妙的是这生命还会思考,尤其愿意追问起源问题——几乎世界上所有民族都有关于起源的神话,这些神话都成为这些民族的文化基因,千百年来陪伴一代又一代的人类。物理学、航空航天学发展到今天,我们可以送宇宙飞船、宇宙望远镜到外太空、到宇宙的边缘,去替我们看一看这个宇宙,去问候它并更多地认识它。这本《宇宙》是一本科普画册,它包含了经由哈勃望远镜、钱德拉X射线天文台和斯必泽空间望远镜等等巡航舰队拍回的200多幅不可思议的画面,并配以科学而富有诗意的讲解。“在知识的边缘,我们的求知欲在燃烧。我们渴望探索空间纹理的细微之处,探索宇宙的起源,时间的本质,黑洞的现象,以及我们思维的运行。”我得承认,是从小到大对宇宙的好奇,让我对万物保有好奇,乐于欣赏万物之美,并对生活满怀期待。而好奇心和美的享受,是我从宇宙中得到的最为宝贵的财富。我给这本书写过一点感想,戳蓝字可见:了解宇宙对我们有什么用?

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7.《爱与数学》。如果没有数学,就没有相对论,如果没有数学,就没有量子力学。爱因斯坦为了推进自己的伟大研究,不得不重回大学学了一年数学。费曼也说,在物理学领域,没有数学素养的人是无法完全理解这个世界的。在没看科普书之前,我只是模糊地知道数学很重要,但不知道它竟是科学界的通行语言,其中潜藏着我们这个宇宙的密码。很多科学家也说,如果存在上帝,那么上帝一定是数学家。我又对数学感兴趣起来,上网搜选买了这本《爱与数学》,看完后觉得绝对值得推荐给所有初高中生和大学生看。这本书的作者是出生在苏联的犹太人,由于苏联的反犹政策和政治传统,这个数学天才用自己的才华和对数学的爱,得到很多好心人的帮助——他们大都是苏联著名的数学家,由此他也在研究领域崭露头角。苏联刚刚开始对外开放的时候,他去到美国,本来是应邀短暂访学,后来越来越多的苏联科学家留在了美国,他在摇摆中还是顺从了对数学了追求和爱,留在哈佛大学、加州大学伯克利分校教授数学。读这书的感觉很像在读一位中国数学家的著作,可能因为我们都曾有过相近的历史国情吧。这本书的网上简介写的挺好的,我直接录在这里吧:《爱与数学》有两个主轴,一个是梳理经典的、令人惊叹的数学原理,另一个则是作者学习数学、研究数学,并成为21世纪最著名的数学家之一的个人经历。他现在的主要研究课题是“朗兰兹纲领”,它被视为数学领域的“大统一理论”,可以证明像费马大定理之类的难题,也是把数学和量子物理学等其他自然科学连接起来的桥梁。

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8.《无言的宇宙:隐藏在24个数学公式背后的故事》。带着《爱与数学》给我的温暖和感动,我了解到数学科学跟物理学一样,有非常多的分支领域,每个领域都有各自的精彩,于是又想系统了解下常常会在物理科普书中提到的开普勒定律、费马大定理、麦克斯韦方程,还有常常会在我们出版社出版的科技书上看到的傅里叶级数、偏微方程啥的到底是怎么回事儿。作者挑选了在数学史影响力最大的24个公式,讲述了它们背后的故事。这本书也让我确信,数学家绝对是超级伟大的存在!他们中的一些人,甚至不用通过物理实验的方式,就能推导出有着深层物理意义的延展公式,这些纯粹的数学推导,仅仅因为数学家对数学“简洁、优美”的信仰和孜孜追求就推导出来了,而且物理学家发现,自己辛辛苦苦做实验得出的公式,数学家早在几十年前就完成了推导过程,物理实验没有新发现,仅仅是对这些公式的验证!这本书的作者读过普林斯顿大学的数学博士学位,准确性有保障,书的包装设计也很精美,只有一个小小的遗憾,可能是印刷环节出了问题,有些根号印刷不全,少了上面的横杠。

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9.《上帝掷骰子吗?量子物理学史话》。这本书是前面提到的《时间的形状》作者在书中多次膜拜、推荐过的书,也正是受了这本书的影响,他才写出了《时间的形状》这部致敬作品。他们两人分别对现代物理学两大最重要的领域做出来最好的勾陈。虽然已经读过《量子群星闪耀时》,但是也不妨碍我对那段惊动人心的岁月再做一次详尽的回顾。爱因斯坦除了发明了相对论,还是量子力学的催生者之一,但是他对量子力学领域发展过程中提出的包括“随机性”“测不准”等实验推导结果非常不满意,当时与他齐名的顶级物理学家玻尔,带领他的众多学一起基于“随机性”深入探索量子领域,与爱因斯坦站在了对立面。爱因斯坦接受不了自然法则中竟然存在着根本的随机性,于是他说出了那句著名的“玻尔,上帝不掷骰子!”事实证明,爱因斯坦错了,以玻尔为核心的哥本哈根学派,正是基于“非决定论”在微观世界之发展出量子力学这一伟大学科。物理学发展至此,宇宙变得愈发神秘,“不确定”竟然也是它造物法则之一!所以你看,相对论很伟大,量子力学也很伟大,但是伟大和伟大之间还不能完全顺畅地对话,科学家一直在努力找到能完美调和这两大理论的终极理论。这个后面再说。

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10.《<生活大爆炸>之科学揭秘:GEEK探索频道》。前面提到的书虽然有趣,但多少会让还没读过科普书的人觉得不够亲切,来一本《<生活大爆炸>之科学揭秘》缓解下对智商的碾压吧!这本书虽然也是科普书,但是因为电视剧的热播而显得更接地气。《生活大爆炸》是一部“技术含量很高”的肥皂剧。不光是普通观众,科学家也爱《生活大爆炸》,包括霍金在内的物理学家甚至客串出演,简直棒呆了!在这本书中,详尽解释了电视剧中出现的科学道理和典故。包括谢尔顿高深的弦理论、宇宙大爆炸理论等等。这本书以一种最深入浅出的方式,带领大家重温电视剧中一带而过的只言片语所载的科学的重量,阅读过程中谢耳朵一伙人的GEEK生活画面不时闪现,货真价实有料又有趣!

除了前面这些书,我还从家里的床底下翻出了宝爸买的《图解时间简史》,因为是对霍金《时间简史》的大众普及版,所以知识点做得非常细。但是个别处文字为了应和排版设计,有些不必要的重复,影响倒不是很大。这也促使我要读还是读原著,不要读图解之类的,因此我又去买了霍金的《果壳中的宇宙》《大设计》。要知道,霍金是“活着的爱因斯坦”,我可不想留下跟伟大科学家生活在同时代却不了解他的理论的遗憾。还买了一本《量子时刻》,还没读。打算买《宇宙的琴弦》,这是一本介绍弦理论的书,弦理论就是目前宇宙大统一理论中呼声最高的候选理论。

说了这么多,讲个故事吧,反正我也已经唠叨了这么多了——费曼在康奈尔大学校园的咖啡馆里坐着听两个女儿闲聊,其中一个对另一个解释:“如果你想得到一条直线,你可以这么做:你起每一行时,你都要向右边走一个固定的距离,也就是说,你每走一行时都要走一个相同的量,那么你就能得到一条直线。假设你还有一条线从另一边过来,然后你想计算出这两条线在哪里相交。假设这条线,你每向上移动一个量,它就右移动了两个量;而另一条直线,每向上移动一个量,它就向右移动三个量,而它们一开始相距20步……”。费曼听得目瞪口呆,他说自己以前真不知道女性的心智能够理解解析几何,而且她竟然还算出了交点在什么地方!再听下去,他才弄明白她们在谈什么,竟然是一个女孩教另一个女孩怎么织菱形花纹的短袜!

《爱与数学》的作者也在书中讲了一个小故事:一个醉汉可能不知道2/3和3/5哪个大,但他肯定清楚三个人分两瓶伏特加比五个人分三瓶好。他还提到苏联数学泰斗盖尔范德讲过的另一个笑话“20世纪初,有人在参加派对时问一位物理学家:你能解释下无线电报的工作原理吗?这位物理学家回答说:很简单啊。你首先要知道普通电报是如何工作的:你可以想象有一条狗,狗头在伦敦,狗尾巴在巴黎。你在巴黎拉一下狗尾巴,狗就会在伦敦叫起来。无线电报的原理跟普通电报差不多,只不过没有狗”。没有狗……没有……狗……

你看,物理学没有你想象的那么不可接近,物理学家因为纯粹和机智,甚至比普通人更有趣。他们往往既是科学家,也是艺术家,既能摆弄原子、电子,也能弹奏钢琴、小提琴。如果你对科学感到畏惧,那一定是科普的姿势不对!去读书吧,你所收获的一定比你想象的更多。



原文发布时间为:2016.09.22
本文作者:写作训练营
本文来源:简书,如需转载请联系原作者。

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