那今儿就抛一个应景的问题:从小到大,你最恐惧的功课是哪一门?
虽然老爷子已经过世快4年了,但45万多条祈愿“物理保过”的评论仍在高频更新,妥妥的大型许愿现场无疑。
物理到底有多难学?
当代大学生用四头公认的挂科猛兽给出了答案:拉普拉斯兽(经典力学)、麦克斯韦妖(热力学第二定律)、薛定谔的猫(量子力学)、芝诺的乌龟(微积分)。
其中,物理,独占了四分之三。
不过,吐槽归吐槽,作为基础学科的物理,不管你是理科生还是文科生,毕业了还是没毕业,阿信还是劝你,从现在开始,该好好学学了:
“一定要注意加强基础知识的学习……把基础打牢了,将来可以触类旁通,行行都可以精彩。”
难么,物理学究竟可以帮助你触类旁通到什么地步?
今天,阿信就要为你推荐一本开年重磅新书《万物原理》,作者弗兰克·维尔切克,2004年诺贝尔物理学奖得主,去年刚刚当选中国科学院外籍院士。
这么说吧,如果在全世界范围寻找一个人,为我们描述这些伟大科学成就,阐述这些成就背后的方法和原理、以及对人类社会的影响,维尔切克绝对是最佳人选,没有“之一”。
借用北大物理学院吴飙教授看过这本书之后所写下的感受,就是: 《万物原理》的内容比《时间简史》更丰富更精彩,即使讨论相同的话题,维尔切克教授的视角也比霍金更宽广更贴近我们的生活。
如果你书架上有一本霍金的《时间简史》,那你的书架上也应该有一本《万物原理》;如果你书架上没有《时间简史》,那你的书架上更应该有一本《万物原理》!
那么,问题来了——
物理学
何以成为我们理解一切的基础?
如果你看过《生活大爆炸》,那一定会对那个站在鄙视链顶端的男子——谢耳朵,记忆犹新:
作为一名理论物理学家,他几乎瞧不起所有人。
根据身边人的科研领域,他甚至建立起了一套亲疏有别的等级制度:
谢耳朵甚至将从事生物学研究的博士女友艾米,牢牢压在了鄙视链的最底端。
谢耳朵曾对艾米说,“我的研究本质上比你的研究重要,因为现实是物理的,并且这种物理性将最终解释生物学,进而解释人类大脑”。
这套学科鄙视链还真不是编剧胡编乱造的,事实上,它是300多年来,人类知识进步的真实写照。
理解世界的现代方法出现在17世纪的欧洲。
在开普勒、伽利略等前人工作的基础上,牛顿在1687年发表了《自然哲学的数学原理》,建立了人类历史上第一个科学理论。
被称作“科学革命”的一系列突破,真正说明了人类心灵参与到物理世界中能实现什么,而且产生这些突破的方法和态度也为人类未来的探索提供了清晰的模型。
19世纪末至20世纪初,物理科学中有两个相当重大的科学发现 :一个产生了相对论,另一个产生了量子力学。
爱因斯坦和玻尔。图:wiki
1925年之后,几乎所有20世纪以来的物质文明都是从这两个物理基础科学衍生的,而且现在还在继续开发出新的科学及应用的领域。
空间上,人类的探索从太阳系扩展到了星系、星云和整个宇宙;从伽利略几厘米大的滚球聚焦到了小于10-15米的基本粒子。
而在日常生活中,即使是今天打开手机轻松就能实现的定位和导航功能,背后也蕴藏着近百年来,物理学的至高成就。
物理学几乎重塑了百年以来的所有学科,从哲学、考古学、社会科学到化学、医学、生命科学……
所以,从这重意义上来看,原子核物理之父卢瑟福才会说:
所有的科学不是物理学就是集邮。
欧内斯特·卢瑟福,继法拉第之后最伟大的实验物理学家。图:wiki
关于物理学在现实生活中的重要性,马斯克算是重磅诠释者之一。
埃隆·马斯克所喜欢的“一种好的思维框架”,说的就是物理学的思维方式:将事情缩减至其根本实质,跳出过于简化的类比和经验法则。
虽然这种方式会消耗大量的脑力,但他仍强调:
我强烈推荐将物理学作为理解现实世界各种原理的基础学科,物理学中的各种研究原则和研究手段,几乎可以应用于任何生活、工作领域。
而与马斯克经常打嘴仗的投资家芒格,同样是物理学爱好者,他认为“永远用最基本的方法去寻找答案”是一个伟大的传统。
两位人生赢家用物理学思维在各自的领域里都实现了非凡成就。
《万物原理》的两大主题
既然物理学思维如此重要,《万物原理》认为的,我们人人都可以掌握的物理学核心主题是什么呢?
维尔切克教授给出了两个关键词:“丰富”与“重生”。
弗兰克·维尔切克
“丰富”,很容易理解。世界很大,但是空间的浩渺只是自然之丰富的一个方面,而且它并不是人类经验中最核心的方面。
正如理查德·费曼所言:“于微纳处天地宽。”我们每个人体内都包含了远比可见宇宙中的恒星数量还多的原子,我们的大脑包含的神经元数量也和我们星系中的恒星数量相当。
空间如此,时间亦如此。在追溯到大爆炸的时间长度面前,人类的寿命顿时变得不值一提。然而,人完整的一生所包含的有意识的瞬间有10亿个,远多于宇宙历史包含的人类寿命的数量。
物理世界也充满了此前未被开发的资源,供人们创造和感知。
但在没有辅助的情况下,我们只能感知到科学探索揭示的现实中很小的部分。
在电磁辐射谱这个无限长的键盘上,我们的视觉仅限于可见光这一个八度范围,即使在我们可见的这个八度范围内,我们的颜色视觉也是模糊的。
拓宽认知的大门是一场伟大而持续的冒险。
这就是 第二个主题:我们必须思维上的“重生”才能正确地欣赏万事万物。
上文中,马斯克曾提到过,我们大部分人,往往习惯于用类比的方式来认识一种新的事物。
在维尔切克教授这里,说得更通俗,称这是一种“婴儿视角”,没有经过系统物理学训练的人,也许终其一生,都没有逃脱这种婴儿模式。
例如某些占星术、心灵感应、千里眼和巫术等的“法术”以及祈祷者感应的神迹等,它们都赋予了精神和意志在塑造物理事件过程中的重要作用。
大多数这类想法都是我们儿时建立的世界模型的合理“拓展”,认为我们的精神在身体之外,而意志控制着我们的身体。
在我们婴儿时期急于理解事物的过程中,我们也学会了误解世界和自己。
但是现代科学揭示的物理世界与我们婴儿时期建立的模型全然不同。
事实上,四条简单但深刻的普遍原理主宰了世界运行的方式:
1. 基本定律描述了变化。世界的描述分为状态和定律两个部分,状态描述了“这是什么”,定律描述“事物如何改变”。
2. 基本定律是普适的。也就是说,基本定律在任何地方、任何时刻都成立。
3. 基本定律是局域的。也就是说,一个物体在很近的将来的行为只取决于当前离它很近的周围的情况。这条原理的标准科学术语是局域性(locality)。
4. 基本定律是精确的。定律都是精确的,而且不允许例外。因此,它们可以用公式表述成数学方程。
它们也是科学革命的核心思想。 这四条原理共同作用,为我们提供了一种做出新发现的策略。
例如,细致的物质研究揭示,构成我们身体和大脑——“自我”的物理平台——的东西和构成“非自我”的东西相同,而且似乎是紧密相连的,这违背了我们的一切直觉。
如果我们让自己得以重生,如果我们再次向世界敞开心扉,充满好奇,摒弃先入之见的“直觉”,我们就能以完全不同的方式理解世界。
物理学思维
并不是让你只信“科学”
物理学思维,有助于我们理解现实世界,但在《万物原理》的最后,维尔切克也提醒,“科学”并不是万能的。
科学的基本原理所带来的破坏,不仅仅会让我们对靠不住的神话传说心生怀疑,还会带来更加深远的影响。
科学认识就像是一棵智慧树,它结出了丰硕而美味的果实,我们一旦吃下这种果实就会对其他食物失去胃口。
与科学无关的文献会显得过时,与科学无关的哲学是愚蠢的,与科学无关的艺术毫无意义,与科学无关的传统是空洞的,与科学无关的宗教自然也是荒谬的……
维尔切克强调,“科学”并不能决定一切,科学告诉了我们许多有关事物是什么样的重要事实,但它并没有断言事物应该是什么样的,也没有禁止我们想象事物别的样子。
科学为我们提供了一种独特而富有成效的方式来理解物质世界,但它并不是一份完整的生活指南。
科学的真正意义,不在于助长人类的自大、将人类从自然之中独立出来,而且相反,科学要求我们不能把自己看作物质世界之外的独特对象(“灵魂”) ,应该将自己视为动态、连贯的物质模式。
正如阿尔伯特·爱因斯坦所说:
人是被我们称为“宇宙”的这个整体的一部分,在时间和空间上都有限的一部分。然而,人却将对自我、思维和感情的体验都与世界的其他部分分割开来。这是一种意识的视觉错觉。
这种错觉对我们来说就像是一种牢笼。
在古代,奴隶制被许多人视为理所当然,但它现在几乎受到一致的谴责,种族主义、性别歧视以及虐待动物也是如此。
这一切发展的共同主旨是共情圈的扩大。随着观念逐渐进步,我们开始认为人和生物都具备内在价值,它们和我们自己一样值得深切的尊重。
小熊猫。黄耀华 摄, 图 : 《生命的力量》
当我们将自己视为物质模式之后,我们会很自然地将自己的亲缘关系范围划得很大。
以下是爱因斯坦那段话的后半部分:
(这种错觉对我们来说就像是一种牢笼,)使我们局限于个人的欲望,只对和我们最亲近的人怀有温情。我们的任务应是扩大同情心,去拥抱所有的生命和自然界中美好的一切,把自己从这个牢笼中解放出来。
这些解放和共情的任务与理解科学的基本原理不无关联。
宇宙是一个奇特的地方,我们都身处其中。
#今日份互动#
从小到大,你最恐惧的功课是哪一门?
中信出版
诺贝尔物理学奖获奖大师经典
诺奖得主维尔切克
阐述现代科学的深刻启示
李政道物理科普让你重塑思维方式
杨振宁作序爱因斯坦亲自撰写
-End-
编辑:楚旂 | 审核:Yoyo
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