走近费曼丛书——费曼讲物理：入门

《费曼讲物理：入门》是从著名的《费曼物理学讲义》节选的六节物理课。内容包括“运动着的原子”“基础物理学”“物理学与其他学科的关系”“能量守恒”“万有引力理论”“量子行为”六部分。可以看到天才的物理学家和卓越的教师费曼如何用新的见解来阐发那些哪怕是老生常谈的题目，费曼将关键性的概念用取自日常生活的例子来说明，让读者毋庸置疑地了解哪些是基本理论的同时，又不断地将物理学同别的学科连接起来。《费曼讲物理：入门》既可以成为非理工科读者的一本物理启蒙书，又可以作为了解费曼本人的一本入门书。

《费曼讲物理：入门》是从著名的《费曼物理学讲义》节选的六节物理课。内容包括“运动着的原子”“基础物理学”“物理学与其他学科的关系”“能量守恒”“万有引力理论”“量子行为”六部分。可以看到天才的物理学家和卓越的教师费曼如何用新的见解来阐发那些哪怕是老生常谈的题目，费曼将关键性的概念用取自日常生活的例子来说明，让读者毋庸置疑地了解哪些是基本理论的同时，又不断地将物理学同别的学科连接起来。《费曼讲物理：入门》既可以成为非理工科读者的一本物理启蒙书，又可以作为了解费曼本人的一本入门书。

目录

1. 运动着的原子


2. 基础物理学


3. 物理学与其他学科的关系


4. 能量守恒


5. 万有引力理论      


6. 量子行为

《费曼讲物理：入门》是从著名的《费曼物理学讲义》节选的六节物理课。内容包括“运动着的原子”“基础物理学”“物理学与其他学科的关系”“能量守恒”“万有引力理论”“量子行为”六部分。可以看到天才的物理学家和卓越的教师费曼如何用新的见解来阐发那些哪怕是老生常谈的题目，费曼将关键性的概念用取自日常生活的例子来说明，让读者毋庸置疑地了解哪些是基本理论的同时，又不断地将物理学同别的学科连接起来。《费曼讲物理：入门》既可以成为非理工科读者的一本物理启蒙书，又可以作为了解费曼本人的一本入门书。

这门两学年的物理课程，是从你，亲爱的读者，将成为一位物理学家的角度出发而开设的。当然，事情并不一定如此，但是没有哪门课的哪位教授不是这么想的！如果你要成为一个物理学家，你有大量的东西得学：这可是一个200年来发展得极其迅速的知识领域。要学的知识这么多，事实上，你会以为，在四年里也学不完；的确也学不完，你还得上研究生院接着学！

令人非常惊奇的是，尽管在这段时期里做了极其大量的工作，却有可能把这大量的成果大大地浓缩——这就是说，找出概括我们全部知识的定律。尽管如此，这些定律也是难以掌握的，因此，在你出发对这个庞大的领域进行探索之前，应当给你一幅地图或对科学的这一部门与那一部门的关系的大致了解。根据这个想法，本书的前三章将概述物理学与其他科学的关系、各门学科之间的相互联系以及科学的意义，以帮助我们对本学科得到一种“感觉”。

也许你会问，为什么我们不能这样教物理呢：一开始就列出基本定律，然后就一切可能的情况说明这些定律如何起作用，就像我们在欧几里德几何中所做的那样？在欧几里德几何中，先陈述公理，然后演绎出各种结论。（这样，如果你对用四年学习物理学不满意，你想在四分钟里学完它？）我们不能这样做，这有两个原因。首先，我们还不知道所有的基本定律：未知领域的前沿还在不断地扩张。其次，物理定律的正确陈述涉及一些很陌生的概念，而描述这些概念要用高等数学。因此，即使是要了解术语的涵义，也得经过一段相当长的预备性训练。因此，是不能这样做的。我们只能一点一点来。 

大自然整体的每一片断或部分，始终只是对完整的真理（或迄今我们所认识的完整真理）的逼近。事实上，我们知道的每件事物都只是某种近似，因为我们知道我们至今还不知道所有的定律。因此，我们之所以要学习一些东西，正是为了以后再放弃它，或者，更恰当地说，再改正它。

科学的原则（或简直可以说是科学的定义）是，实验是一切知识的检验者。实验是判断科学“真理”的标准。但是知识的源泉又是什么呢？要检验的各个定律来自何处？实验本身有助于产生这些定律，因为实验给我们以提示。但是，要从这些提示概括出一般化的准则，猜测隐藏在它们下面的奇妙、简单而又陌生的图像，然后再做实验来再次检验我们猜得对不对，还需要有想象力。这个想象过程非常不容易，使得物理学中产生了分工：有一些理论物理学家，他们只管想象、推导、和猜测新的物理定律，但是不做实验；还有一些实验物理学家，他们做实验、想象、推演而且猜测。

我们说过，自然定律是近似的：我们先发现“错”的定律，然后再发现“对”的定律。那么，一个实验怎么会“错”呢？首先，一个不值一说的原因是，仪器出了什么毛病，而你没有注意到。但是这类问题是容易查出的，可以反复核对。因此不要纠缠在这样的小问题上，那么，一次实验的结果怎么能错呢？只能是由于不精确。例如，一个物体的质量似乎永远是不变的：一个旋转的陀螺和一个静止的陀螺一样重。于是一条“定律”便提出来了：质量是个常量，与速率无关。现在发现，这条“定律”是不正确的。质量是随速度的增大而增大的，但是要质量有明显的增大，则要求速度接近于光速。正确的定律是：如果一个物体以小于每秒一百多公里的速率运动，其质量在百万分之一的精度内是不变的。在某种这样的近似形式下，这是一条正确的定律。因此可能会认为，在实际中新定律并不引起重大的差别。事情可能是这样，也可能不是这样。对于通常的速率，我们肯定可以不管新定律，而使用简单的质量守恒定律作为一个良好的近似。但是在高速情况下我们就错了，速率越高，错得越厉害。

后而有趣的是，从哲学角度看，我们用近似定律是完全错了。即使质量只变化一点点，我们关于世界的整幅图景也不得不改变。这是关于定律后面的哲学或观念的一个非常特殊之点。即使一个非常小的效应，有时也要求我们的观念作深刻的变化。

那么，我们该先教什么呢？是先教正确但不熟悉的定律及其陌生而困难的概念，比方相对论、四维时空等等，还是先教简单的“质量守恒”定律，它仅是近似的，但不包含这些困难的概念？前者更引人入胜，更奇妙，更有趣，而后者一开始更容易接受，它是真正理解前一种定律所包含的概念的步。在物理教学中这个问题会一再发生。在不同的时候我们将以不同的方法解决这个问题，但是在每一阶段都值得弄清楚的是，现在已经知道的是什么，它的精确度多高，它同别的各种事物的关系如何，当我们学得更多以后它会有什么改变。

现在，让我们按照我们对今日科学（特别是物理学，但也包括其外缘的其他学科）的理解的基本轮廓（即我们总的地图）继续前进，这样，当我们以后专注于某个具体的问题时，我们就能对它的背景有一些了解：为什么这个具体问题是有趣的，它在整体结构中的位置如何。那么，我们的世界总体图景是什么呢？

“如果要挑选一本书传给未来的科学家，那么本书无疑是*。”——约翰·格里宾

      “本书是物理学和费曼的精华。没有深奥的术语，只有思想和真实的答案，像‘我们不知道’。激动人心，简直酷毙了。”——史蒂芬·沃尔夫勒姆（美国计算机科学家）

“时代*原创的思想。”——弗里曼•戴森（普林斯顿大学资深物理学家）