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2021

Six Easy Pieces Richard P.Feynman 秦克诚译
费曼是盖茨的偶像,并且说:他讲得无比清楚,任何人都能听明白。
Dyson:时代最原创的思想。
Wolfram:没有深奥IDE术语,只有思想和真实的答案,像“我们不知道”。激动人心...
前言-保罗·戴维斯
有一个颇为流行的错误观念,以为科学是不具个性的、冷冰冰的、纯客观的事业...科学是由人推动的活动,同样受着风尚和一时的兴致的支配。
牛顿是绅士型科学家的体现---他与权贵有一张关系网,虔信宗教,不慌不忙,做事井井有条。
费曼于1918年生于纽约,在东岸受教育。他生得太晚,已无缘参加物理学的黄金时代即20世纪的前3个10年用相对论和量子力学改变我们的世界观的革命。
费曼是一个优秀的理论物理学家,牛顿既是实验家又是理论家,说不上偏重那边。爱因斯坦则相当轻视实验,宁肯把他的信念置于纯粹的思维上。费曼从事的是发展一个对自然的深刻的理论理解,但是他总是保持着与现实世界、与常常是乱七八糟的实验结果的紧密联系...他既擅长表演又是一个非常实际的思想家。
对费曼风格的最佳描述是,它是对已有的人类智慧成果的尊崇和不敬的混合。
他不是那种在传统约束的死水中、在孤独中苦干偶然碰到深奥的新结果的天才。他的特殊才能是用他特有的方法去研究实质上属于主流方向的问题。
大部分理论物理学家都依靠细心的数学计算作为把他们带进未知领域的导游指南和拐杖,费曼的态度却几乎是一种优雅的骑士风度。他能够像读一本书一样读大自然,只是简单地报道他发现的东西,而没有冗长的复杂分析。费曼显示了对严格的形式体系的极度藐视。
理论物理学是一门最难的智力活动,它把藐视形象思维的抽象概念同极其复杂的数学结合在一起。
他对权力当局和学术权威,就像他对呆板的数学形式体系一样不尊重。
他以他特有的大张声势和他那种没法模仿的不拘礼节、风趣和不落俗套的幽默的混合方式开了这门课。
尼尔斯·波尔曾说过,如果谁没有受到量子力学的震撼,他就根本不懂它。(对人也是这样)
正像他不用系统的数学而能够做出出色的数学物理工作一样,他也能得出一些出色的哲学见解而不需要系统的哲学。他讨厌的是形式体系,而不是内容。
序言-古德斯坦等
对费曼来说,演讲大厅就是一个大剧场,演讲的人就是一个演员,既负责提供剧本,也要提供渲染演出效果的焰火以及要传达给听众的事实和数字。他会在讲坛上来回走动,挥着双手,“在所有身体动作和音响效果上,理论物理学家与马戏团的杂耍演员两者难以做到的结合。”《纽约时报》这样写道。
费曼要解释为什么不可以用提出观念的同一组数据来检验这种观念。“我看到了一辆汽车,车牌是ARW357。你能想象吗?在全国几百万个车牌中,今晚我看到了这个特殊车牌的机会有多大?真令人惊奇!”

掀开久远的记忆的面纱,许多参加过讲座的学生和教师都说,与费曼共度物理学课程的两年时光是人生难得的一次经历。不过,当时的情况似乎并不是这样。许多学生害怕进入教室,随着课程的进展,来上课的注册选课的学生人数开始急剧地下降。可是同时,越来越多的教师和研究生开始来听课了。教师一直挤得慢慢的,费曼也许从来就不知道他正在失去一部分他特地要争取的听众。

费曼的序言
没有任何来自学生的反馈信息向我说明讲课的效果究竟如何...不过我认为,在第一年中这些课程---就物理内容来说---还是相当令人满意的。
没有编写如何解题的章节是因为另有答疑辅导课。
“教育的威力是难得见成效的,除非教者与被教者双方是理想的组合,然而这时教育又几乎是多余的了”。Edward Gibbon ​​​​
我并不希望让任何一个学生完全落在后面,虽然也许曾经发生过这样的事。
然而,我认为,除非我们认识到,只有当一个学生和一个优秀的教师之间建立起个人的直接联系的情况下---这时学生可以讨论概念、思考问题和讨论问题---才能达到最好的教学效果,否则没有任何办法解决教育中的这个问题。

1、运动着的原子
将成为一位物理学家的角度出发而开设的。
我们并不知道所有的基本定律:未知领域的前沿还在不断地扩张;物理定律的正确陈述涉及一些陌生的概念,而描述这些概念要用高等数学的。
我们知道的每件事物都知识某种近似,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。
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。

如果在某次大灾难中,所有的科学知识都将被毁灭,只有一句话能够传给下一代人,那么,怎样的说法能够以最小的词汇包含最多的信息呢?我相信那就是原子假说(或原子事实,或随便你叫它什么名字),即万物都是由原子构成,原子是一些小粒子,它们永远不停息地四下运动,当它们分开一个小距离时彼此吸引,而被挤到一堆时则相互排斥。只要稍微想一想,你就会看到,在这句话里包含关于这个世界的极大量的信息。

如果把一个苹果放大到地球那么大,那么苹果里的原子就近似是原来的苹果那么大。
一个原子刚好静止不动而活塞撞上它,它一定动起来。于是原子离开活塞时要比它们撞上活塞之前更“热”。因此容器中的所有原子的速率都将增大。这意味着,当我们缓慢地压缩气体时,气体的温度会升高。于是,气体在被缓慢压缩时温度升高,在缓慢膨胀时温度降低。
随着我们提高温度,原子们振动的幅度越来越大,直到把它们自己从所在的位置上摇下来。我们把这叫做熔化。随着我们降低温度,振动越来越弱,直到绝对零度时原子还有一个最低限度的振动,而不是完全不动。原子的这种最低的振动不足以使物质熔化,只有一个例外,那就是氦。随着温度降低,氦原子的运动尽可能地减弱,但即使在绝对零度也仍然有足够的运动使之不凝固。除非把压力加得足够大,使原子挤到一堆,氦在绝对零度也不凝固。如果加大压力,可以使它凝固。
一个分子能够离开水面,是由于偶然积累了比平常多一点的能量,使它能够摆脱临近分子的吸引。这样,由于离开的分子带走的能量多于平均能量,留下的分子的运动平均起来就比原来要弱。
(小罗的写字自成一体,俗称裸体;思成对于此次物理卷答题情况很不满意,发狠说,“如果高考答成这样我就fudu!”)
当我们说我们是一堆原子时,我们的意思并不是我们只是一堆原子,因为一堆并非简单地一个一个重复的原子完全可以具有极为丰富而生动的可能性,只要你站在一面镜子前,就可以在镜子里看到这一点。

RichardFeynman

2、基础物理学
我们可以把组成这个“世界”的这些运动事物的复杂组合,想象成天神们下的一盘巨大的象棋,而我们只是这局棋的观众...如果我们看的时间够长,我们终归能看出几条规则来。这些弈棋规则就是我们所说的基础物理学。但是,即使我们知道每一条规则,我们也可能不懂在棋赛中为什么要走具体某一步棋,这仅仅是因为情况太复杂而我们的智力是有限的。如果你会下棋就一定知道,学会所有的规则是容易的,而要选择最佳的走法或理解人家为什么这么走则往往很难。(精妙)
英语中“正在广播”是on the air,当然广播和空气毫无关系。
通常把从原子核发出的电磁波射线叫做γ射线,而从原子发出的高能电磁波则叫做x射线,但是不论他们起源在哪里,当他们的频率相同时,他们在物理上是无法分别的。
在原子世界里,惯性和力的力学法则---牛顿定律是错的。
动量的不确定性和位置的不确定性是互补的,二者的乘积是常数。\Delta x\Delta p\ge \frac{h}{4\pi}

如果我们有一个原子并希望看到原子核,那么我们必须把原子放大到一间大房子那么大,这时原子核杠杆是可以用眼睛能分辨出来的一个小斑点,但是几乎原子的全部质量都集中在这个无比小的原子核上。是什么原因使电子不掉进去呢?就是上面这条定理:如果原子都掉进原子核,我们就知道它们的精确位置,于是不确定原理就要求它们具有一个非常大(但是不确定)的动量,也就是一个很大的动能。好友了这个能量,电子就将摆脱原子核。于是它们达成一个妥协:电子为这种不确定性给自己留下一点空间,同时按照这条定则以非常小的运动量振动着。(记得我们前年说过,当一块晶体冷却到绝对零度,它的原子并不停止运动,仍然在振动。为什么?因为如果原子停止振动,我们就会知道它们的精确位置同时知道它们的运动速度为零,而这是违背不确定原理的。我们不能同时知道它们的位置和他们运动的速度,因此它们必须在那里不断地扭动。)

哲学家以前曾说过,科学的基本要求之一就是,只要有相同的条件,就一定会发生相同的事。这并不正确,它不是科学的一个基本要求。事实上,并不发生相同的事,我们能得到的只是所发生的事的一个统计平均。不过,科学并没有因此而完全崩溃。顺便说一句,哲学家对科学决不可少的条件说过很多,但人们看到,他们说的都相当天真,有时甚至是错的。
我们仅仅必须接受我们所看见的,然后通过我们的实际经验来形成我们其他的观念。
在原子核之外我们还没有发现量子电动力学定律有例外,而在原子核里,我们不知道是否有例外,因为我们还不清楚原子核里发生的过程。
在原则上,量子电动力学就是全部化学和生命科学的理论---如果生命科学最终可以归结为化学,从而也就归结为物理学的话,因为化学已经归结为物理学(与化学有关的那一部分物理学早就知道了)。
汤川秀树Yukawa提出,正像电相互作用可以和一种粒子---光子联系起来一样,中子和质子之间的力也有某种场存在,这个场振动起来时其行为像一个粒子。
一个粒子具有零质量意味着它不能静止。
核力、电相互作用、β衰变相互作用和引力

3、物理学与其他学科的关系
物理学识最基础的、包罗万象的学科,它对整个科学发展有过深远的影响。事实上,物理学是过去所称的自然哲学在今天的等当物,现代科学的大部分来自于自然哲学。
从数学不是怀疑门自然科学的意义上来说,数学并不是一门科学。它的正确性不是用实验来检验的。
我们必须从一开始就讲清楚,一件事情不是科学,这并不一定是坏事。爱就不是科学。因此,如果说什么事不是科学,这并不意味着这件事有什么错;这仅仅意味着它不是科学。(从另外的角度看,说某件事很科学,不过是就目前来说的正确,而更深刻的真相是这件事还不好判断,就如教育,多样性才是其更大的可能正确。)
生物学帮助物理学发现了能量守恒定律。Mayer在关于生物吸收和放出热量的问题上,首先显示了能量守恒。
如果我们要提名一个引导我们在理解生命的探索中不断前进的强有力的假设,那就是万事万物都是由原子构成的,并且生物体的一切行为都可以通过和原子的振动来理解。
天文学比物理学更古老。事实上,正是表明了恒星和行星的运动的奇妙的简单性才使物理学得以发轫,对它的理解时物理学的开始。
氦(每次都输入he,开始以为自己错以为e发ai的音,稍一迟疑才想起来化学符号)是在太阳上发现的,啊的名次即由此而来。helium的原意是太阳素。(会德语的黄课代表对这个词很熟悉)
看起来似乎奇怪,我们对太阳内部物质分布的情况的了解远胜于我们对地球内部情况的了解。因为我们可以计算星体中的原子在大多数情况下的行为。
“看哪,这些闪耀的星星多美啊!”“是啊,此时此刻,我是世界上唯一知道它们为什么发光的人。”女友只对他一笑。她并不对同当时是世界上唯一知道星星为什么会发光的人出来散步这一点有什么特别的印象。是的,不为人理解时可悲的,但是这个世界就是这样。
正是氢核的“燃烧”给太阳提供了能量;在这个过程中氢转变为氦核。而且在星体中心,从氢最终制造出各种化学元素。构成我们的身体的材料,是在某个星球上一次“烹饪”好后喷射出来的。
通过考察这些熄灭的“炉灰”(我们自己就是这种产物)中各种同位素的比例,我们就能够发现制造组成我们身体的材料的火炉是什么样子。

4、能量守恒
在今天的物理学中,我们并不知道能量究竟是什么。
根本不存在永动机正是能量守恒的一个普遍表述。
如果一个物体的能量同相对于别的物体的位置有关,这种能量一般名称就叫做势能。
一个边长3、4、5的三角形,我们把质量为1kg的重物用一个滑轮挂在斜面上,另一面是质量W的重物。如果他们刚好平衡,那就是可逆的。1kg的物体升高了3米而W则下降了5米。注意我们是从能量守恒推出这个结果来的,而不是从力的分解。但是,强中更有强中手,荷兰数学家斯蒂文(Simom Stevin)有更高明的发现,刻在他的墓碑上。很明显链条下部自己和自己平衡,因此一个边上的圆球的拉力和另一边上的拉力平衡,或按照三角形上面两条边长之比。

2021

“Sail along, my silv'ry moon, / with this thing I'll catch you soon.” Oscar Wilde
在量子力学里,发现能量守恒原来和世界的另一个重要属性有十分密切的联系,这个属性就是事物不依赖于绝对时间。就像空间无关性与动量守恒①相联系,时间无关性与能量守恒②像联系一样,如果我们转动仪器的方向,也会造成实验结果的差别,世界对角度取向的这种不变性与角动量守恒③相联系。还有另外三条守恒定律,迄今为止我们可以说它们是精确的。电荷守恒定律④、重子书守恒⑤和轻子数守恒⑥。
海水的和原子有大量的振动,因为海水有一定的温度,但是如果不从别的什么地方取得能量,就不能把它们聚集为一个确定方向的运动。这就是说,虽然我们知道能量是守恒的,但是人类可以利用的能量却不是那么容易保存。确定有多少能量可供利用的定律叫做热力学定律,它们包括一个关于不可逆热力学过程的概念,叫做熵。
5、万有引力定律
只有当测量精确地显示出行星是怎样运动之后,才有可能建立这个或那个观点。这是一个非同小可的想法---为了发现某种东西,去做一些细致的实验要比引用深刻的哲学论据强。在这个想法的指引下,第谷·布拉赫在他位于哥本哈根附近汶岛上的天文台里多年观察行星的位置...
(不受外力的物体保持匀速直线运动,至于为什么,我们不知道,但它就是这样。)
牛顿是一个对事物中的普遍性有很强的感觉的人。地球拉我们的力是否和它拉月球的力是同一种力,也就是说,是否也与距离平方成反比。
如果没有对月球的拉力,它会沿直线飞走,但它并不飞走而是环绕地球做圆周运动,因此实际上它是从如果根本没有力的作用时本应在的位置上往里掉了。
如果离地球中心6400km的物体第一秒内下掉4.9米,那么60倍远的地方的物体,只应当下掉4.9米的3600分之一,大约是八分之一厘米。
6年后,一次对地球大小的新测量表明,天文学家以前所用的月地距离是错的。牛顿听说后,用正确的数据再次进行了计算,得到了非常符合一致的结果。
(潮汐)实际的机制是,月球对地球和对水的引力在中心处“平衡”,但是更靠近月球的水受到的引力大禹平均值,离月球更远的水受到的引力小于平均值。而且,水可以流动而更刚硬的地球则不能。真实的情况是这两件事的结合。
地球玩着和月球一样的魔术,它也在环绕一点转动,这一点在地球内部,但不在地心。并不是月球绕地球转动,而是地球和月球两个都在绕一个中心位置转动,每一个都在向这个共同的中心位置下落。这个环绕共同中心的运动是平衡掉每一个的下落的原因。

地球上离月球远一点的一面的水没有得到平衡,因为月球的吸引力在那里比在地心处弱,在地心出,月球的吸引力刚好和“离心力”平衡。这一不平衡就使水上升,离开地心。在靠近月球的一面,月球的吸引力更强,不平衡是向着空间相反的方向,但仍然是离开地心。净结果就是每天有两次涨潮。

曾经有过一个涉及木星月亮的困难,罗默Roemer非常仔细地研究过这些卫星,他注意到这些月亮有时看来超前于预定的时刻出现,有时则落后与预定的时刻。当木星特别接近地球时,他们超前;当木星远离地球时,他们滞后。解释这个矛盾的理由非常简单又漂亮:看到木星的月亮需要一些时间,因为光从木星到地球需要时间。当木星离地球较近时,这个时间短一些;当木星离地球较远时,这个时间长一些。这个现象表明光不是即时传播的,并且提供了光速的一个估计值。这是在1676年完成的。
当斜着看一个椭圆时,它仍是一个椭圆,但是它的焦点不再原地了。
卡文迪许宣称他是在称量地球,但是事实山个他测量的是引力定律中的G。这是唯一的能够测量地球质量的方法。
能量守恒定律是关于一些必须计算出来并且加在一起的一些量的一条定理,而并没有触及其机制;同样,力学中那些重要定律也是定量的数学定律,我们不知道它们的机制。为什么我们能够用数学来描述大自然,而不了解它们背后的机制?没人知道。我们必须继续沿着这条道路前进,因为用这种方法我们发现了更多的东西。
两个电子之间的引力与电斥力之比是4\times 10^{-42}
引力正比于质量是一个事实,而质量从根本上说是惯性的亮度,即拉住一个物体做圆周运动的困难程度的亮度。对于质量较大的物体,它所受的引力也正好以恰当的比例增强,使得两个物体认同仍将一起做圆周运动。(宇宙飞船里完全失重)如果碰巧掉下一只笔,这只笔会和整个宇宙飞船以完全相同的方式环绕地球运动,因此它看起来就会悬浮在他们面前的空中。这个力以很高的精度精确地与质量成正比,这一点非常有趣:依靠这些效应质量(惯性质量)就会不同于重量(引力质量)。对于实验过的一切材料,质量和重量在10^{-9}的精度内精确地成比例。
6、量子行为
在非常小的尺度上,事物的行为一点也不像你有直接经验的任何东西。
如果电子没有被看见,就有干涉现象发生。
物理学已经放弃了精确预言在确定的情况下会发生什么事情。我们不知道如何预言在给定情况下会发生什么事情,并且现在我们相信这是不可能的,唯一可以预言的东西是不同事件的概率。必须承认,这是对我们早先的理解自然的理想的一种删约,也许是一步后腿,但是还没有看到绕开它的出路。
不能用任何方法设计出一种仪器设备,它能确定在两种情况中选用哪一种,而同时并不破坏干涉图样。
量子力学以其充满风险但却精确的方式存在着。

1963年出版的《费曼物理学讲义》被《科学美国人》评论家誉为“难啃的但营养丰富的美味佳肴”。
1988年2月15日费曼在洛杉矶去世。

One day or day one, You decide.
To err is human, to forgive, divine.
Mistakes are always forgivable if one has courage to admin them.

On this day..

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