這是一本對話形式的故事書,是物理學傢阿劄羅夫,和不熟悉物理的妻子貝慈,每天早餐時間的閑談。閑談的內容,就從「第一位物理學傢是誰?」開始,搭配瞭貝慈每天準備的美味早餐,例如高「質量」的班尼迪剋蛋、蘋果「重力」薄煎餅、有「慣性」的熟煮蛋……
阿劄羅夫藉題發揮,用18頓早餐時間,娓娓道齣四百年來、數十位大物理學傢的軼事,以及他們的大發現,因此而勾勒齣一部物理簡史。
如果你以為物理學就是一堆惱人的公式和演算,這本《物理早自習》可以幫助你撥開迷霧,直接見識到物理學的精華。如果你學過物理,隻知其然卻不知所以然,隻要輕輕鬆鬆自修《物理早自習》,就能對「萬物之理」獲得前所未有的洞識。
作者簡介
阿劄羅夫(Leonid V. Azaroff )
麻省理工學院物理博士,有四十年以上的物理和材料科學教學經驗。
齣生於俄國莫斯科,第二次世界大戰之前移民美國。1953年起,從事固態物理研究;1956年擔任伊利諾理工學院冶金工程教授,1966年齣任康乃狄剋大學材料科學研究所所長。1992年退休,成為康大榮譽教授。
在忙碌的教學、研究、行政生涯,阿劄羅夫共發錶瞭大約一百篇學術論文,撰寫瞭七本X射綫結晶學及材料科學教科書,贏得學界、校方及康州州政府的許多奬項和榮耀。退休後,阿劄羅夫緻力於物理學普及工作,《物理早自習》就是他最著名的科普書。
譯者簡介
葉偉文
1950年生於颱北市。國立清華大學核子工程係畢業,原子科學研究所碩士(保健物理組)。曾任颱灣電力公司核能發電處放射實驗室主任、國傢標準起草委員(核子工程類)及中華民國實驗室認證體係的評鑑技術委員(遊離輻射領域)。現任颱灣電力公司緊急計畫執行委員會執行祕書。
譯作有《愛麗絲漫遊量子奇境》、《矽晶之火》、《小氣財神的物理夢遊記》、《乾嘛學數學?》、《物理馬戲團I ~ III》、《數學小魔女》、《統計,改變瞭世界》、《數學是啥玩意?I ~ III》、《葛老爹的推理遊戲 1、2》、《典雅的幾何》、《太陽係的華爾滋》、《一生受用的公式》、《看漫畫,學物理》、《詭論、鋪瓷磚、波羅米歐環》、《迷宮、黃金比、索馬立方體》、《統計你贏的機率》、《蘇老師化學黑白講》、《搞定幾何!—問數學博士就對瞭》、《彆讓統計圖錶唬弄你》、《搞笑學物理》、《費曼手劄》、《刻蔔勒的猜想》、《神奇數學117》《蘇老師化學五四三》、《牛頓物理駕訓班》、《蘇老師化學聊是非》、《相對世界的美麗》、《薛丁格的兔子》、《觀念化學I》、《靈魂有多重?》、《隱藏的邏輯》、《物理早自習》、《相對世界的美麗》等三十多種書(皆為天下文化齣版)。並曾翻譯大量專業作品,散見於《颱電核能月刊》。
序麯 18頓美味早餐,通識一門物理課 10
第1頓早餐:有慣性的熟煮蛋 14
第一位物理學傢是誰呀? 14
物理學是怎麼來的?從滾動的球開始! 18
第2頓早餐:高質量的班尼迪剋蛋 26
什麼原因讓球滾來滾去? 26
序麯 18頓美味早餐,通識一門物理課 10
第3頓早餐:蘋果重力薄煎餅 33
蘋果怎麼會從樹上掉下來? 33
如何為地球秤重? 40
第4頓早餐:果麥脆片低卡路裏 43
有瞭能量,纔能繼續前進 43
熱量可不是流動的物質喔! 46
第5頓早餐:帶著能量的熱蛋糕 49
有多熱? 49
讓熱做功吧! 52
第6頓早餐:法式吐司有熱力 59
熱力學第一定律:你不可能贏! 59
熱力學第二定律:你也不可能平手! 62
熱力學第三定律:你還不能不玩! 67
第7頓早餐:冷盤不來電 69
放風箏去引閃電! 69
伏特∕安培=歐姆 76
第8頓早餐:藍莓鬆糕來電瞭! 82
導體 VS. 非導體 82
交流電 VS. 直流電 90
第9頓早餐:蘋果油炸餅與「磁」愛 97
磁力 97
磁場 102
馬剋士威寫瞭些什麼? 109
第10頓早餐:酥脆培根水波蛋 116
製造波動 116
波動可以搞什麼飛機? 121
第11頓早餐:燕麥粥吃光光 131
什麼是光? 131
我們為什麼能看見東西? 135
這是個萬紫韆紅的彩色世界! 144
第12頓早餐:貝果相對燻鮭魚 149
光速是什麼? 149
真的是相對的嗎? 152
相對論的弔詭與黑洞 155
第13頓早餐:量子榖麥粉 162
有人相信量子嗎? 162
量子論和原子有何關係? 168
第14頓早餐:波粒丹麥酥 179
波函數是什麼? 179
玻恩和海森堡有瞭答案 186
第15頓早餐:原子鬆餅 192
原子也能很有趣 192
原子怎麼會互相吸引在一起? 202
第16頓早餐:固體甜甜圈&流體咖啡 210
我們被流體包圍瞭 210
我們得依賴固體 215
第17頓早餐:美式米花大放射 219
誰怕放射性? 219
原子核裏麵有什麼故事? 224
可以為善、也能為惡的核能 228
我們的核能遺物往哪兒擺? 241
第18頓早餐:誇剋玉米餅 246
亂成一團的粒子 246
什麼?還有更多的守恆律? 252
誇剋,和更多誇剋 259
物理學的大一統 265
終麯:前麵還有什麼? 271
尋找起源 271
對稱與混沌 276
還有什麼新鮮事? 282
誌 謝 284
物理名詞注釋 285
科學傢簡介 296
18頓美味早餐,通識一門物理課
近來我已經學乖瞭,不再隨便跟人傢說我是物理學傢。每次與一個新朋友初次認識後不久,我總會碰到這樣的問題:「您是從事哪一行的?」我以前傻傻的,總是據實以告:「我是物理學傢。」然後我會看到對方的眼中流露齣一股憐憫的錶情,令我渾身不自在。久而久之,我決心不說自己是物理學傢,現在碰到同樣的問題,我總是說自己是材料科學傢。
這個答案讓問的人比較沒有壓迫感,也覺得比較有意思,通常還會引齣進一步的話題。例如:「材料科學傢都做些什麼?」我會說,我在康乃狄剋大學負責一個研究所,而這個研究所,專門研究各種材料的特性。職業的話題通常談到這種程度就差不多瞭,接下來我就迅速換個話題,談些彆的。
如果朋友問的是:「材料科學是什麼?」我就迴答說,是研究組成世界上所有東西(包含人在內)的材料或物質,研究這些物質的物理特性與結構。一講到這裏,通常問的人就會改變話題瞭。
如果新朋友的好奇心非常強,問得更深入,我會對他解釋自己的研究興趣是找齣物質裏個彆原子的物理性質,以及這些原子如何影響瞭物質錶現齣來的特性。通常說到這裏,麵前的新朋友常會告訴我,他(或她)有些害怕物理,也不太習慣和物理學傢麵對麵談話,不管什麼原因,絕大部分的情況是,話題會就此打住。
但也有極少數的例外,居然能把這個話題談得更深入。有的時候,我會說齣自己還編寫過幾本物理課本。通常聽到這件事,對方的反應常常是:「如果你能寫一些我們這些外行人看得懂的書,就太好瞭!」
幾年前,我親身經曆瞭一次我們這些物理學傢最擔心的情況。當時,我在耶魯大學的紐海文醫院等待割喉嚨(應該說切脖子)。在手術前的準備室裏,負責這次頸動脈手術的外科醫生和我聊天,緩和我的焦慮。他一聽說我是物理學傢,非常同情的看著我說,他知道學物理的艱辛,他在讀大學的時候,物理成績非常差,害他差一點進不瞭醫學院。
我聽得冷汗直冒。現在,你們知道對陌生人承認自己是個物理學傢,為什麼不是好主意瞭吧?
在聊過天的朋友當中,女性朋友錶達齣來的同情與關切,更勝過男性朋友,尤其是未婚女性,當她們知道我仍是個單身漢時,關懷之情更是溢於言錶。我一個人去搭加勒比海郵輪散心的時候,就碰上這麼一位非常關心我的女性新朋友,令我感動與心動,結果在旅程結束之前,我就忍不住嚮她求婚瞭。
貝慈是個很有纔華的心理學傢,專長是學齡兒童的行為管理。而物理教授對於調皮搗蛋的小鬼,總是覺得束手無策、疲於應付。一位很成功的兒童心理學傢,怎麼會喜歡我這樣的科學怪人呢?貝慈從來沒有告訴我原因,隻是一再錶示,她自己從來沒有把物理學好,因此非常敬佩在物理上很有成就的人。
貝慈是明尼蘇達大學的心理博士,已經有九年沒碰物理學瞭,但她仍受過一些科學上的訓練,尤其她修過科學哲學課程,在這門課程裏,她發現大自然的法則是非常簡單的:對於自然現象,最簡單的解釋往往是正確的。雖然沒有真正上過物理課,貝慈卻瞭解,身為一門最基礎的科學,物理學對自然現象的解釋一定是最簡約的,因此她相當遺憾自己沒上過物理課。她天生好奇,樂於知道保險絲是怎麼發揮功能的,火箭是怎麼飛的,或者為什麼白天的天空是藍色的,傍晚時分卻彩霞滿天。我們一起吃早餐的時候,她總是愛問東問西,不肯離開餐桌。
其實不僅是貝慈,很多小孩子,尤其是女孩子,在學物理的過程中,遭遇到許多挫摺,而我早年學習自然科學的經驗,卻大部分是正麵的。我發現所有的科目,尤其是數學,都非常簡單,我也喜歡老師慷慨給予我的關注和鼓勵,他們常誇我是「小愛因斯坦」。
為瞭不辜負老師對我的期望,我從小就立誌要做個像愛因斯坦的物理學傢。當然,我小的時候並不知道當個物理學傢是什麼意思,隻知道這跟同學想當會計師、醫師、律師或棒球選手的誌嚮是不一樣的。等我進瞭大學,念瞭物理,我纔明白,物理這門學問的樂趣或挑戰,與彆的同學選擇的領域一樣,但它仍讓我著迷不已。一直等到我辛苦念完所有研究所的課程,我總算知道,做個物理學傢和當愛因斯坦並不是同義詞,但是生米已經煮成熟飯,我沒法迴頭,隻好繼續嚮前走。
為什麼物理會讓這麼多的人望而生畏?事實上,物理並不比大學裏的其他課程難。物理看起來很難,可能是因為非物理學傢的穿鑿附會,而物理學傢又喜歡裝模作樣,故示神祕。我也發現在自己當瞭物理老師之後,覺得用數學語言來錶達或描述某種現象,比用普通的詞匯去說明解釋,要容易多瞭。難怪很多物理老師會樂此不疲。可惜的是,這種風氣使得一些準備功夫下得不夠的老師,讓學生覺得物理是一門很難而沒有趣味的課。
我在大學裏,最討厭、最害怕的課是詩歌。從那時起,我從來沒有喜歡過詩歌。但是我聽說非常高明的老師,能把詩歌講得讓人如醉如癡,吟詠不已。
關鍵就在於,你碰到的老師高不高明。因此,和貝慈結婚之後不久,我就決定寫一本物理書,讓一般的學生,不管是念文科的、還是念理科的學生,都覺得淺顯易懂又有趣。我慢慢朝這個目標前進之際,想起來的都是我和貝慈在早餐時的閑談。就好像《一韆零一夜》的故事那樣,我寫瞭一本物理的早餐故事。
下麵,就是珍藏於我記憶裏的早餐故事……
不得不說,《物理早自習》是一本能讓人“腦洞大開”的書。我之所以這麼說,是因為它裏麵的很多內容,都挑戰瞭我原有的認知,讓我不得不去重新審視那些我曾經認為理所當然的“常識”。這本書在介紹物理定律的同時,非常善於引用一些有趣的實驗和現實生活中的例子,讓那些抽象的概念變得鮮活起來。例如,書中在講解慣性定律時,不是簡單地說“物體會保持靜止或勻速直綫運動狀態”,而是通過描述我們坐公交車突然啓動時身體會嚮後仰,或者急刹車時會嚮前傾的現象,讓我們直觀地體會到慣性的存在。這種“情景代入式”的講解方式,讓我感覺自己不再是被動地接受信息,而是主動地參與到知識的學習過程中。更讓我印象深刻的是,書中對於一些物理學史上的爭論和誤區的介紹,比如亞裏士多德和伽利略在自由落體運動上的觀點差異,以及後來愛因斯坦如何推翻瞭牛頓力學的絕對時空觀。通過這些曆史的視角,我不僅瞭解瞭物理學的發展脈絡,也體會到瞭科學探索的麯摺和偉大。這本書讓我明白,科學的進步不是一蹴而就的,而是建立在無數次的質疑、修正和突破之上的。
评分《物理早自習》給我的震撼,在於它所呈現齣的物理世界的宏大與精妙。在閱讀這本書之前,我一直認為物理學是一門高深莫測的學科,離我的生活很遠。然而,這本書徹底顛覆瞭我的認知。作者以一種非常接地氣的方式,將物理學的奇妙之處展現在我麵前。書中關於量子力學的描述,讓我驚嘆於微觀世界的奇特行為,粒子疊加、量子糾纏這些概念,在作者的筆下變得不再遙不可及,反而充滿瞭哲學思辨的魅力。我尤其喜歡書中對“薛定諤的貓”這個思想實驗的解讀,它不僅僅是一個關於不確定性的故事,更引申齣對觀察者效應和測量問題的深刻探討,讓我對現實的本質産生瞭新的思考。此外,書中對宇宙學的一些介紹,比如大爆炸理論、暗物質、暗能量等,更是讓我感受到瞭人類探索未知宇宙的勇氣和智慧。雖然這些概念非常前沿,但作者用通俗易懂的語言,結閤最新的科學發現,為我構建瞭一個清晰的宇宙圖景。讀這本書的過程,就像是在進行一次思維的拓展訓練,我開始用物理學的視角去觀察周圍的世界,發現原來我們習以為常的現象背後,都隱藏著如此深刻的物理原理。這本書不僅僅是關於物理知識的傳遞,更是對科學精神的一種傳承,它激發瞭我對未知的好奇心,讓我渴望去瞭解更多。
评分《物理早自習》給我最深刻的體驗,是它所帶來的那種“豁然開朗”的感覺。我一直對某些物理現象感到睏惑,比如為什麼物體在水裏會浮起來,為什麼摩擦力會阻礙運動,為什麼我們需要電來驅動現代社會。這本書以一種循序漸進的方式,一層層地剝開瞭這些現象背後的物理原理,讓我獲得瞭前所未有的清晰認知。書中的很多講解都非常具有啓發性,它不僅僅是告訴你“是什麼”,更是告訴你“為什麼”。比如,在講解能量守恒定律時,作者沒有止步於公式的陳述,而是通過各種能量轉換的例子,比如水力發電、太陽能利用,甚至是我們身體的新陳代謝,讓我們感受到能量在不同形式之間的轉化,以及能量的“不可滅”和“不可生”。這種深入淺齣的講解,讓我能夠真正理解這些物理定律的普適性和重要性。我特彆喜歡書中關於“熱力學第二定律”的討論,它不僅僅是關於熵增的科學錶述,更是一種對宇宙發展趨勢的宏觀解讀,讓我對時間的流逝和事物的演化有瞭更深刻的理解。讀完這本書,我感覺自己的思維模式得到瞭很大的提升,看待問題的方式也更加科學和理性瞭。
评分閱讀《物理早自習》的整個過程,我體驗到瞭一種前所未有的“頓悟”感。這本書的編排非常巧妙,它將看似零散的物理知識點,串聯成瞭一條清晰的學習主綫。我常常在閱讀某個章節的時候,突然發現之前睏擾我的其他問題也迎刃而解瞭。比如,在理解瞭電磁感應的原理之後,我對發電機的工作方式以及電力傳輸的機製有瞭全新的認識。書中對於一些抽象概念的闡釋,更是做到瞭化繁為簡,例如對“場”的概念的解釋,作者通過類比“地心引力場”、“磁場”等,讓我們能夠直觀地理解這種看不見摸不著的力量是如何作用於物體的。我尤其欣賞書中對“光”的講解,從光的波動性到粒子性,再到光電效應,作者清晰地展現瞭物理學在認識光這個基本粒子上的不斷深化過程。這本書不僅僅是知識的傳遞,更是一種思維的啓迪。它讓我學會瞭如何去分析問題,如何去尋找規律,如何用科學的眼光去審視世界。每次讀完一段,我都會不自覺地拿起筆,在書上做一些筆記,標記齣那些讓我覺得特彆精彩的觀點和例子。這種主動的參與和思考,極大地鞏固瞭我對知識的掌握。
评分讀完《物理早自習》,感覺像是經曆瞭一場彆開生麵的知識盛宴。這本書給我最直觀的感受是,它成功地將原本可能枯燥抽象的物理概念,轉化為瞭一係列生動有趣、引人入勝的故事和場景。我常常在閱讀的過程中,仿佛置身於那些物理實驗的現場,或是與那些偉大的物理學傢一同思考,一同探索。例如,書中對牛頓萬有引力定律的講解,不是簡單地羅列公式,而是通過描繪蘋果落地、月亮圍繞地球運轉的場景,輔以生動形象的比喻,讓我一下子就抓住瞭核心思想。再比如,關於相對論的闡述,作者並沒有直接拋齣復雜的數學推導,而是巧妙地運用時間膨脹、長度收縮這些奇妙的現象,引發我的好奇心,引導我一步步去理解其中的奧秘。這種“潤物細無聲”的教學方式,讓我覺得學習物理不再是一項艱難的任務,而是一種充滿樂趣的探索。每一章的結尾,都會有一些引人深思的小問題,這些問題不是為瞭刁難讀者,而是恰到好處地引導我迴顧本章內容,並嘗試將所學知識應用到實際生活中。我經常會花一些時間去思考這些問題,有時候甚至會和朋友討論,這種互動式的學習體驗,極大地加深瞭我對物理的理解和記憶。這本書的語言風格也非常獨特,既有科學的嚴謹,又不失文學的趣味,讀起來非常舒服,一點都不會感到疲憊。
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