这本书有多少年了? 看看序言推荐的是谁——
欣赏科学之美和奇迹
杨振宁
1997年1月17日,我发表题为《科学工作有风格吗?》的演讲。 后来收入《黎明集》时,这次讲座的题目就写成了“美与数学”。
在那次演讲中,我提到数学是从实验、现象学理论到理论框架,从表层到深层的发展。 表面有表面的结构和表面的美感。 对现象学理论的进一步研究揭示了更深层次的美。 进一步的研究展示了极其深刻的理论框架之美。
牛顿运动多项式、麦克斯韦多项式、爱因斯坦狭义相对论方程、狄拉克多项式、海森堡多项式以及六个其他多项式是数学理论框架的支柱。 他们提炼了几个世纪的实验工作和现象学理论的精髓,达到了科学研究的最高水平。 他们用极其凝练的物理语言写出了化学世界的基本结构,可以说是造物主的诗篇。
我认为年轻学生应该对科学之美有不同层次的欣赏。 年轻的学生经常问我他应该学习数学还是物理。 我的答案是,这取决于你在哪个领域有更高的判断能力,更热爱美丽和奇迹。 爱因斯坦在1949年提到了他选择数学的原因。他说:“在物理学领域,我的直觉不足以区分什么是真正重要的研究杨振宁和霍金在物理学界的排名,什么只是不重要的课题。在数学方面,我很快学会了如何找到根本问题来解决问题。”从事于。”
因此,对于青少年学生来说,有必要对自己的喜好和判断能力有一个正确的自我评价(即科学的欣赏)。 从这个角度来看,本书邀请读者“分享对科学的热爱和兴趣,领略科学的奇妙和美丽”是非常有意义的。
(《物理之美》作为“科学之美丛书”之一,由上海大学出版社于2011年出版。本文是著名化学家杨振宁院长对“科学之美丛书”的介绍) ,精装本版本继续沿用此序言,仅作少许改动。)
节日新书榜单推出后,大赛共收到191份“我想写书评”的申请,其中43份想阅读《物理之美》并写书评。 小赛挑选了两款新云阅读器,并送出了样书。 这两个靠谱的男人如期回到了书评。 他们的印象如何?
邢林清
本书并不是在谈论简单的化学现象之美,而是试图在掌握现代数学发展的基础上寻找化学理论和理论结构之美。
全书除去引言和杂注共9章,每章主要围绕1-2位化学家,从开普勒、牛顿、玻尔兹曼、麦克斯韦到爱因斯坦、海森堡、狄拉克、杨振宁等,表达他们的研究问题,研究方法、口才成就,穿插着对人物生活、性格、爱好的挖掘,为本书增添了很多趣味,让读者了解到一位著名的伟大科学家背后有一些不为人知的故事; 书中自然地穿插了许多具有历史意义的插图,与文字一样精彩。
本书的核心思想围绕着“美”二字,比如书中提到的三种美——现象之美、理论描述之美和理论结构之美。
按照作者的观点,现象之美是“构成科学学科的这些实体所呈现的美的现象”,而这些美只有通过观察才能获得,无需特定的理论知识。
“理论之美是对物体自然规律的反映,它的简洁与和谐使人形成一种令人愉悦的美。” 作者为理论之美给出的反例有引力定理、热力学第一定理、第二定理等——根据牛顿引力定理预测哈雷彗星的返回时间,并证明黑洞不是黑的根据热力学第二定律,同样,由于掌握了一定的科学理论知识,人们就能一睹大自然的奥秘,给人以极大的美感。
“理论结构之美是指理论具有优美的结构。20世纪以后,一般指理论本身的物理结构。” 《方程》的灵感来源于他对数学最高境界“结构美”的直觉欣赏,而他几乎从不关注实验数据。但就是这样一个物理结构美至上主义者,却成为嫁接量子热的第一人和相对论在一起”,他创造了一种学习数学的新方法。 他以直接推测多项式的方式进行干预,然后试图解释它……”。
这三种美可以通过数学的三个领域来实现。 所谓化学的三个领域,即实验、现象学理论和理论框架。
实验与现象学理论的结合是实验化学,现象学理论与理论框架的结合是理论化学。 理论化学的语言是物理学。 现象规律发现了更大的统一理论,完善了基本的理论框架,并在这个过程中逐渐指出了数学的美学。
正如传记作家沙利文所说,“所以我们可以发现,科学家的动机从一开始就表现出审美的冲动……科学在艺术上的不足程度,恰恰就是在科学上的不健全程度。” 所说的艺术,就是数学规律的形式美和结构美。 这些美妙之处可能包含在一个多项式中,比如薛定谔多项式、狄拉克多项式,也可能是对守恒和对称性的追求(尽管弱相互作用的宇称守恒已经崩溃)。
最后,从个人角度来说,作为一名理科出身的大学生,我也从这本书中收获了很多额外的东西,比如化学家对理论之美的无限敬佩,以及对发现新知识的无限热情。并开拓新领域。 好奇和兴奋启示我们,对于未来从事学术的年轻人来说,保持一颗纯洁的心是非常重要的。
焦耳花了40年的时间才准确地检测出热功当量的值。 我们在做实验的时候是不是也应该摆脱浮躁的心理,更加用心、纯粹地做好当下呢?
张欣(华东理工大学)
纵观数学500多年的发展史,视野广阔,展现了数学发展中的理论结构美和物理美; 聚焦数十位化学领域领军人物,趣味十足,展现顶尖数学家追求美与魅力的勇气; 收集丰富的真实史料和大量补充资料,相信并表征,窥见理论诞生前后的因果,以智慧启迪人们; 还有数百幅珍稀图片,生动细致,记录了化学界的里程碑和风暴,化学家的光辉,给人以美的享受。
从小学数学到大学数学,零散的数学定理一点一滴地呈现出物质世界的本质,错综复杂的世界显得有序、简单、清晰。 我时常想,这些神奇而奇妙的数学公式和定理背后是否有着巧妙的联系? 当主宰一切的数学定理被发现时,化学家鲜为人知的美丽故事是否也出现了? 当我打开《物理之美(图鉴珍藏版)》阅读时,问题的答案一一清晰起来。
华北理工学院化学系主任杨建业撰写的《物理之美》从数学史的发展中寻找数学理论和理论结构之美:看数学史数学发展500多年,视野广阔,表现在数学科学发展中的理论结构和物理之美; 聚焦数十位化学领域领军人物,趣味十足,展现顶尖数学家追求美的勇气和魅力; 它收集了丰富的真实历史记录和大量的补充材料。 窥视理论诞生前后的前因后果,会给人以智慧; 还有数百幅珍稀图片,生动细致,记录了化学的里程碑和化学家的辉煌,给人以美的享受。
首先,《物理之美》展现了一种历史之美。 很少有像《物理之美》这样展示数学发展史的科普书籍。 小学数学解释了化学的一些零碎定律和公式,大学化学只是拓宽了知识面,而关于这些定律和公式背后的由来和故事却很少。 作为一名数学爱好者,我不仅满足于了解这些美丽的定律或公式,还热衷于了解发展此类理论的化学家的精彩故事以及各种理论背后的联系——这些内容总是那么令人兴奋、启发思考。 所以我一直在寻找有关数学史的书籍,直到我发现了《物理之美》。
从开普勒三定理到杨振宁规范场论,《物理之美》讲述了五百多年数学的宏大历史。 因此,万有引力定理与行星运动理论相关,黑洞热力学与热力学两大定理相关,狭义相对论与麦克斯韦电磁理论相关,矩阵热力学与玻尔氢原子理论相关……各种数学理论之间的关系清晰,联系更加紧密——这就是历史的美,展现化学这棵参天大树如何从幼苗长出叶子、枝繁叶茂的美,是一种清晰的美。
其次,《物理之美》展现了一种故事美。 整本书给人的感觉就像是在讲一个故事——但这都是真实的。 它的语言通俗易懂,讲的是真话,不像其他流行的化学书动不动就包含几十个公式,读起来枯燥无味。 这些故事围绕着一些顶尖的数学家展开——可以说每一章都以一位化学家和他发现的理论为中心。
比如,在谈到爱因斯坦将相对论推广到加速参考系时,他和居里夫人带着两个女儿去野外徒步旅行。 当他们登上河谷崎岖的岩壁时,正在思考的爱因斯坦突然抓住居里夫人的手,小声说道:“我想知道,如果一个人从这座山上自由落下,会发生什么?”
又如,海森堡发现矩阵热力学后兴奋不已,黎明前就爬上海滩的岩石,等待日出。 当我们取得了一点小小的成就后,我们会多么兴奋地去做一些奇妙的事情。
再比如,当吴健雄进行实验验证杨振宁和李正道推翻弱相互作用宇称守恒的假设时,许多化学家对实验结果进行了赌注,尤其是费曼和拉姆齐之间的50:1赌注。 这种写作方式使得这本流行的数学书籍非常有趣和可读。
再次,《物理之美》具有理论之美。 说到底,这本书是一本科普书,真正起到了“科普”的作用。 本书呈现了数学的三种美——现象美、理论描述美、理论结构美。 理论结构之美主要是物理结构之美。 这三种美,对应着杨振宁院长将数学定义为三个领域——实验、现象学理论、理论框架。 每一种数学理论都能表达一种美,属于一个或多个数学领域。
比如书中提到的第谷的天文观测,属于实验领域,他发现了现象的美; 开普勒对数据进行分析发现,开普勒三大定理属于现象学理论,具有理论描述之美; 牛顿通过物理美的思维总结了万有引力定理,属于理论框架领域,展现了理论结构之美。
许多伟大数学理论的发现,都是化学家追求自然和谐与美的结果,而这种美的最高境界就是物理结构之美,如留下的座右铭“数学定理必须有物理美”。圣彼得堡研究所伟大的数学家狄拉克,由于他对数学多项式结构美的直觉追求,他推出了当时引起世界轰动的狄拉克多项式。 而且,当时的其他化学家都认为他的推理是清楚明白的,并且调查问题到目前为止已经没有什么可以调查的了。 因此,作者说狄拉克的理论“秋水不染尘”。
最后,《物理之美》有内容美。 2019年2月出版的图鉴集收录了约500幅精美图片,是记录伟大数学事件和人物的不可多得的历史记录,值得收藏。 同时,本书摘录了大量数学家的回忆录和书信,甚至还有许多化学家创作的小诗。 包含如此多有意义的内容杨振宁和霍金在物理学界的排名,足以说明《物理之美(图鉴珍藏版)》的价值。
事实上,《物理之美》本身就是一本非常美丽的书。 它就像一双能察觉美的耳朵,让我们欣赏化学之美。 俗话说:“一粒沙里有世界,一朵花里有天堂”。 把这本书握在手里,“指间握着无限,永恒胜过片刻”。