2022年到了,又到了罗咕咕好久的第二期了^_^
正如之前在翻译时所宣布的,本专栏的计划是连贯完整地讲解物理系的“四大力学”——即本科专业的理论物理核心课程:理论力学、电动力学、力学、量子力学、热力学和统计物理学。
这个想法大致有以下几个目的:
然而,由于:
因此初中物理科学之旅,真诚希望读者批评指正。 ^_^
那么理论物理到底是什么? 以下是我对另一个问题的回答的摘录:
首先要解决的问题是“什么是理论物理?” 不要把它想得太高端,认为只有基本粒子和弦论才是理论物理。 自然科学研究的“三驾马车”是理论、计算、实验。 也就是说,如果你不做实验,不做模拟,那么你做的就是“理论物理”——嗯,就这么简单,我不是听说只有智商高的人才敢接触理论物理吗? 有多少学理论物理的人只是因为动手能力不太好实在不想做实验而被迫退出理论物理(光谱仪PTSD患者来了)=_ =||| 理论物理学习者的日常生活自然就是阅读文献、推导方程、建立模型、进行近似。 当然,随着时代的发展,很多理论领域也迫切需要计算模拟来辅助研究,因此同样可能需要更多的时间来编写代码和调试。 所以,只是,每个人都差不多。
当然,如果只是想了解理论物理,并不是真的想做前沿科学研究,本科阶段的“理论物理”本质上集中在四门课程上,这就是著名的“四大力学”——理论力学、电动力学、量子力学、热力学和统计物理学。 有时还会添加固体物理、广义相对论或您想要深入研究的其他特定领域的课程。 我相信所有非物理专业的理工科学生都学过所谓的“大学物理”或“普通物理”——力学、热学、电磁学、光学、原子物理。 那么,“理论物理”(“四大力学”)和“普通物理”有什么区别呢? 难道说理论力学只是力学的加强版,而电动力学只是电磁学的进步……? 当然不是。 如果没有意识到“理论物理”与“普通物理”的本质区别,只是用学“普通物理”的思维来学习“理论物理”,很容易感到不适应,学习效果也会大打折扣。贫穷的。 将会大大减少。
我们先回顾一下“普通物理”是如何学习的——从生活中的现象和实验出发,一一总结物理定律。 这种思维方式叫做“归纳法”,非常符合人类认识世界的直觉,也和我初中、高中开始学习物理时形成的思维方式是一样的。
但《理论物理》/《四大力学》却恰恰相反——先给你一个现成的理论(比如麦克斯韦方程组、薛定谔方程……),然后你就得用现成的理论去运用各种使其变形的数学技术。 得出不同的结论来预测自然界会发生什么现象。 至于验证,就交给模拟和实验吧。 这种想法……你也看到了,这显然是反直觉的、不合常规的。 我们称之为“演绎”。 有人说理论物理很难学,也很难理解。 其实一个很大的门槛就是这个思维的转变。
“归纳”和“演绎”之间没有区别。 在具体的科研实践中,这两种思维方式是相辅相成的。 如果进入真正理论物理的科学研究,有的领域可能更多依靠演绎,有的领域可能更多依靠归纳,有的领域可能更多依靠形而上学……这就是为什么我认为“四大力学”并不比“普通物理”高一级,两者其实应该是同一水平的,学习“四力学”并不能涵盖“普通物理”,不信你可以拿出你的电动力学书并将其与电磁学书进行比较。也许电动力学会更深入地研究某些主题,但电磁学通常涵盖更广泛的主题。
至于“四大机械师”在做什么……我无法用一两句话解释清楚,所以我就拿出了我之前做的PPT放在这里。 请记住主线“从简单到复杂,从低级到高级”,或者更具体地说“从低速到高速,从宏观到微观,从单体到多体”。 PS:关于四大力学的名称,我其实更喜欢张其仁先生的分类:经典力学、经典场论(电动力学+广义相对论)、量子物理、统计物理。
我曾经为科普讲座制作的PPT之一。 文中所有文字描述均为个人观点。 欢迎讨论。
这是当时制作的另一张PPT。 以浙江大学为例,简单介绍了物理系需要学习的课程。
阅读前请注意:
需要注意的是,数学固然重要,但绝对不是最重要的。 真正描述我们本质的是物理的概念和图画,而数学只是一个工具~所以我其实不太同意有些受访者所说的“先学数学初中物理科学之旅,然后再回到物理”。 无论如何,学习数学是没有止境的。 如果你只是一头扎进数学而不知道为什么要学它,你就会失去对物理的兴趣。 为什么不同时开始呢? 只要题主具备普通工科学生所需的微积分、线性代数、概率统计、常微分方程等概念知识,并对复变函数、偏微分方程有一个大概的印象(有一点印象就好),这就足够了。 可以开始学习物理的旅程了~有了一定的物理背景作为基础,当你在数学上遇到困难时,你自然会想到回去补充数学物理方法,群论,微分几何,张量分析甚至其他奇怪的方法事物。 的内容。 你体内的每一个原子都来自一颗爆炸的恒星。 你左手上的原子可能与右手上的原子来自不同的恒星。 这确实是我所知道的关于物理学的最富有诗意的事情:关于你的一切都是星尘。 所以忘记耶稣吧,星星死了,所以你今天才能在这里。
——美国物理学家克劳斯《原子的时空之旅》
最后还是引用目前在哈佛的@Chen学长的话——
学完物理,我脑子里自然会有一套物理思维。 在这样的思维下,我看到的世界极其浪漫,一切都是那么自然、踏实。 你的精神可以走出孱弱的人体,与远方的山河湖海、日月星辰产生共鸣。
学习物理将帮助你更加热爱这个世界,了解无尽的距离和无限的人——天地与我共存,万物与我合一。
那么,2022年的第一天,我们就开始我们的旅程吧~^_^
(祝所有看到这里的朋友新年快乐,万事如意。)
(原本计划12月26日发布= =但因为当时知乎上无法评论,所以决定现在发布x)
详细目录、参考书、名称翻译清单:
(下面只更新概要目录和链接,详细目录放在这篇专题文章里。另外,还会列出一些参考书和资料以及名字翻译列表,相当于是用来宣传书籍的~)
目录和链接:
……(待续)
也感谢@创作了这个系列的第一个额外章节~