Six Easy Pieces

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。

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物理学的进化

2021

据说爱因斯坦之所以答应和英费尔德和写此书,部分原因是为了能在经济上帮助这位从波兰逃离出来的犹太物理学家,爱翁没能帮这位曾在剑桥和波恩合作过的物理学家在普林斯顿高等研究院找到一个永久性职位。

科学是认识一切现代思想行为最基本的参照系。
中国的科学家往往习惯把科学看成现成的东西,而不注重岁根溯源。一本书读下来,读者能够学到不少客观的科学知识,但却置身事外、毫无参与感,根本认识不到那些科学是如何在一个个活生生的人那里,伴随着什么样的具体困惑和努力而逐渐演进的,更体会不到科学与历史、文化之间的深刻联系。然而,科学并不是在真空中成长起来的。(但科学的种子是在真空中孕育的)
“从最轻的氢到最重的铀”,铀不再是最重的元素。
总序
我们想祖略描述人的心灵是如何发现观念世界与现象世界的联系的。我们试图表明,是什么样的动力迫使科学家发明出了符合现实世界的观念。
我们设想他(读者)缺乏任何具体的物理学和数学知识,但他的许多优秀品质足以弥补这些缺憾。

一、力学观的兴起
阅读自然之书的科学家必须亲自去寻找答案。他既是读者又是侦探,至少在部分程度上要尝试解释各个事件与其丰富背景之间的关系。即使事想获得问题的部分解决,科学家也必须搜集漫无秩序的事实,通过创造性的思想使之变得连贯和可以理解。
伽利略的发现及其对科学推理方法的运用是人类思想史上最重要的成就之一,标志着物理学的真正开端(科学从泰勒斯始)。这个发现告诉我们,基于直接观察的直觉结论并不总是可靠的,因为它们有时会引向错误的线索。
假如有人推着一辆小车在平地上行走,然后突然停止推它,那么小车不会立即停止,而会继续运动一小段距离…设想路面绝对光滑,车轮也毫无摩擦,那么小车就不会受到什么东西阻碍,它将会永远运动下去。只有借助一个永远无法实际做到的理想实验才能得出这个结论,因为不可能实际消除所有外界影响。这个理想实验显示了真正构成运动的力学基础的线索。
速度并不表明是否有外力作用在物体之上。
惯性定律不能直接从实验中推到出来,而只能通过与观察相一致的思考而得出。
在好的侦探故事中,最明显的线索往往会引起错误的质疑。我们同样发现,在尝试理解自然定律的过程中,最明显的直觉解释往往是错误的。
伽利略的贡献就在于破坏了直觉看法,并且用新的观点取而代之。
Principia
作用力是施加于物体以改变其静止或匀速直线运动状态的一种作用…物体仅凭惯性就可以保持它所获得的任何一种新状态。
速率与速度的区分表明了物理学如何从日常概念出发,然后加以改变,使之在科学的未来发展中富有成果。
速度的本身和速度的变化都是矢量。但速度的任何变化都是由于外力的作用,因此必须用矢量来表示。
对“极近”、“极短”这类词做出严格的分析绝非易事。事实上,正是这种分析使牛顿和莱布尼兹发明了微积分。
从亚里士多德的思路过渡到伽利略的思路时科学基础的一块非常重要的基石。
物理概念是人类心灵的自由创造,而不是完全由外在世界所决定(无论看起来有多像)。
一条重要的线索近三百年来未曾有人注意过,这条被忽视的线索与力学的一个基本概念有关,那就是质量。
惯性质量和引力质量在我们的世界中“碰巧相等”…它是发展出广义相对论的最重要线索之一。
不那么严格地说:一个物体对外力的感召做出回应的难易程度依赖于它的惯性质量。
而地球以重力来吸引石头,对于石头的惯性质量一无所知。地球的“感召”力依赖于引力质量,石头的“回应”运动则依赖于惯性质量。落体的加速度与其引力质量成正比,与其惯性质量成反比。既然所有落体都有相同的恒定的加速度,所以这两种质量必定相等。
在我们这个绝妙的侦探故事中,没有什么问题已被一劳永逸地彻底解决。300年后,我们不得不重新回到初始的运动问题,修改程序,寻找曾被忽视的线索,从而得到一幅不同的宇宙图景。
原始的温度计是伽利略设计的。
我们认为实体既不能创造,也不能毁灭。但原始人用摩擦的方法创造了足够的热来点燃木头。
伦福德:“在我看来,任何能像这些实验中的热一样被激发和传播的东西,除非认为是运动,否则我们很难对其形成任何明确的观念。”
就像一个人把美元兑换成英镑时,本来要付一笔法郎作为手续费,但这笔手续费省下来了,因此根据固定的兑换率,美元、英镑和法郎的总和是一个固定值。
几乎所有与热的本性有关的基础工作都是非专业的物理学家做的,多才多艺的苏格兰人布莱克、德国医生迈耶、美国冒险家福伦德(后来在欧洲生活,担任巴伐利亚军政大臣等职务),还有英国酿酒师焦耳,他在工作之余做了有关能量守恒的几个重要实验。
亥姆霍兹:物理学的问题在于把自然现象归结为强度只依赖于距离的不变的引力和斥力。
(精神的进食和物质的进食有的一比,同样需要时间和金钱,一个是大脑一个是胃口,要有好的智力如有好的牙齿,当然后者可以在家里也可以在餐馆,前者对我来说,在学校更好,或许因为学校的我的角色像是餐馆里的厨师,自己提供自己也消耗…)
这种产生于力学的观点把热现象也包含进去了。

2021

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一道立体模型的摩擦力题


两根长圆柱轴完全相同、轴线在同一面内,且平面与水平面夹角为θ=30°。现将一个大的匀质圆柱体放置两轴之间,且大圆柱体轴线分别与两长圆柱体轴的轴线形成的两个平面夹角为α=60°。试求解以下问题:
一、若大圆柱体恰好静止在轴上,可认为滑动摩擦力与最大静摩擦力相等,则大圆柱体与轴之间的动摩擦因数μ应满足什么条件?
二、已知某种材质的大圆柱体与轴的动摩擦因数μ=2。某一时刻,左侧轴做逆时针转动,同时右侧轴做顺时针转动,两轴转动时边缘处的线速度大小均为v=3m/s,则由于大圆柱体受力发生变化造成其将沿轴下滑,求大圆柱体下滑稳定时的速度。

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