愛上物理：我在MIT教物理

內(nèi)容概要

序言
導(dǎo)言
他六英尺兩英寸高，穿一件看起來(lái)像藍(lán)色工作服的襯衫，袖子挽到肘部，下身卡其褲，腳穿白襪，一雙拖鞋。我們的這位教授在大教室前大步來(lái)回走動(dòng)，一邊慷慨陳詞，一邊做著手勢(shì)，偶爾會(huì)停下來(lái)，站在巨大的伸縮黑板和半人高的實(shí)驗(yàn)室桌前，強(qiáng)調(diào)一下某個(gè)要點(diǎn)。在他的面前，有四百個(gè)座椅沿著斜坡向上排列，座位上總是坐滿了學(xué)生。他們每次所坐的位置不同，但是眼睛始終緊盯著這位教授。他讓人覺得有一種強(qiáng)大的能量貫穿他的身體。他額頭高高的，花白的頭發(fā)有些蓬亂，戴著眼鏡，說(shuō)話略帶歐洲口音，他讓人覺得有些像電影《回到未來(lái)》中的克里斯托弗?勞埃德飾演的布朗博士，是一位神思專注，思想天馬行空，并且稍稍有點(diǎn)瘋狂的科學(xué)家兼發(fā)明家。
但這里并不是布朗博士的車庫(kù)，而是美國(guó)麻省理工學(xué)院，是美國(guó)甚至全世界最著名的理工類學(xué)府。站在黑板上侃侃而談的，是沃爾特?盧因教授。他停下腳步，轉(zhuǎn)身看著全班?！昂玫?，在所有的測(cè)量中，也是每一本大學(xué)物理書總是會(huì)忽略的東西——”說(shuō)到這里，他伸出的雙臂，岔開手指，繼續(xù)說(shuō)，“就是在測(cè)量中的不確定性?！彼Ｏ聛?lái)，邁出一步，留給學(xué)生一點(diǎn)時(shí)間考慮，然后再次停下來(lái)：“我們所做的任何測(cè)量，如果不知道它的不確定性，那么就都是無(wú)意義的。”說(shuō)話的同時(shí)，他雙手在空中飛舞，似乎這樣可以強(qiáng)調(diào)自己所說(shuō)的話。然后他又一次暫停。
“我再重復(fù)一下。我希望大家今晚睡覺之后，凌晨三點(diǎn)醒來(lái)的時(shí)候還會(huì)聽到這一點(diǎn)?！彼秒p手的食指指著自己的太陽(yáng)穴，裝作是要鉆入自己的大腦。“我們所做的任何測(cè)量，如果不知道它的不確定性，那么就都是無(wú)意義的?！睂W(xué)生們?nèi)既褙炞⒌刈⒁曋?br />我們所看到的這一幕，是《物理學(xué)8．01》這門課的第一堂課第11分鐘所發(fā)生的。這門課是全世界最有名的大學(xué)物理學(xué)導(dǎo)論。
2007年12月，《紐約時(shí)報(bào)》曾在頭版報(bào)道過(guò)沃爾特?盧因教授，稱他為麻省理工學(xué)院的“網(wǎng)絡(luò)明星”，介紹了他廣受歡迎的麻省理工學(xué)院開放課程網(wǎng)站上的物理學(xué)講座。他的這一課程同時(shí)也出現(xiàn)在YouTube、iTunes U和“學(xué)術(shù)地球”（Academic Earth）網(wǎng)站。盧因教授的講座是麻省理工學(xué)院最早在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布的一批講座，它為麻省理工學(xué)院帶來(lái)了很好的回報(bào)。這些講座格外受歡迎。一共有94場(chǎng)演講，分為三個(gè)完整的課程，外加7個(gè)獨(dú)立講座，每天吸引3000個(gè)點(diǎn)擊，每年一百萬(wàn)次。點(diǎn)擊者中甚至包括比爾?蓋茨。他曾寫信（真的是寫親筆信，不是發(fā)電子郵件！）給沃爾特說(shuō)自己已經(jīng)看完了《8．01：經(jīng)典力學(xué)》和《8．02電和磁》的所有課程，而且期待著看《8．03：振動(dòng)和波》。
盧因教授每天收到來(lái)自世界各地的各個(gè)年齡段的人所寫來(lái)的大量電郵，其中最常見的主題行是：“您改變了我的生活?！笔サ貋喐缫患一ǖ甑睦习迨返俜?qū)懙溃骸拔易咴诼飞希瑧驯е逍碌拇荷?，并且透過(guò)被物理學(xué)浸染的眼睛看待生活?！蓖荒崴沟囊粋€(gè)叫穆罕默德的工程學(xué)預(yù)科生寫道：“可惜，我們這里的教授無(wú)法像您那樣看到任何物理學(xué)中的美，這讓我覺得學(xué)物理很是煎熬。我們這里的老師只是讓我們學(xué)會(huì)如何解‘典型’的練習(xí)題，并在考試中取得好成績(jī)，他們的視野根本超不出這一點(diǎn)點(diǎn)的范圍。”伊朗的賽義德已經(jīng)獲得了好幾個(gè)美國(guó)大學(xué)的碩士學(xué)位，他寫道：“在我看過(guò)您教的物理學(xué)之前，我從來(lái)沒有真正享受生活。盧因教授，您確實(shí)改變了我的生活。憑您的講課方式，就是讓我多交10倍的學(xué)費(fèi)也值，而且讓其他的一些老師，當(dāng)然并非所有的，看起來(lái)像是一群罪犯。
他們所犯的是惡劣教學(xué)的死罪?！庇《鹊奈鞯鹿箤懙溃骸拔夷芨惺艿椒匠桃酝獾奈锢韺W(xué)。我，還有您所有的學(xué)生，都將永遠(yuǎn)記住您。您在我們記憶中，是一位非常非常優(yōu)秀的老師，您使學(xué)習(xí)和生活都變得更有趣?！?br />穆罕默德熱情地引用了盧因教授的《物理學(xué)8．01》中的話：“也許大家會(huì)永遠(yuǎn)記得我的講座中所說(shuō)的，物理學(xué)可以非常精彩而美麗，它無(wú)處不在，無(wú)時(shí)不在，只要你能學(xué)會(huì)看到它，欣賞它的美?！绷硪粋€(gè)粉絲馬喬里寫道：“我總是盡可能地找時(shí)間去看您的講座；有時(shí)每周能看5次。您的人格魅力讓我著迷，您富有幽默感，而且您還善于深入淺出地講解難題。上高中的時(shí)候我討厭物理，但是您讓我愛上了它?！?br />盧因教授每周都會(huì)收到幾十封這樣的電子郵件，而且他會(huì)認(rèn)真回復(fù)每一封。
沃爾特?盧因在介紹物理學(xué)的同時(shí)，創(chuàng)造了奇跡。他的秘密是什么？“我是把人們引領(lǐng)進(jìn)自己的世界，”他說(shuō)，“那是一個(gè)他們所居住、所熟悉的世界，只是暫時(shí)他們還不像物理學(xué)家那樣認(rèn)識(shí)它。如果我講水波，我會(huì)讓他們自己在浴缸里做一些實(shí)驗(yàn)，這樣他們就可以把學(xué)的東西和生活結(jié)合起來(lái)。他們還可以制造彩虹。這是我對(duì)之所以熱愛物理學(xué)的原因之一：你可以解釋任何事情。而且，對(duì)于學(xué)生和我來(lái)說(shuō)，這都是一種奇妙的經(jīng)歷。我讓他們愛上物理學(xué)！有時(shí)，當(dāng)我的學(xué)生真的沉浸其中，整個(gè)課堂就像是一場(chǎng)即興的演出?！?br />他可能會(huì)站16英尺高的梯子上，拿一根用實(shí)驗(yàn)室的橡膠管作為超長(zhǎng)吸管，從放在地板上的燒杯里試圖吸蔓越莓汁。要不，就是把頭放在一個(gè)雖然不大，卻可能造成嚴(yán)重傷害的擺動(dòng)的球的路徑上，讓球在距離他的下巴幾毫米的時(shí)候停下來(lái)。他還可能拿步槍射擊兩個(gè)裝滿水的油漆罐，或是用范德格拉夫發(fā)電機(jī)，將30萬(wàn)伏的電通過(guò)全身——就像是電影里那種瘋子科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室里的場(chǎng)景一樣，弄得自己本來(lái)就很蓬亂的頭發(fā)全都直立起來(lái)。他把自己的身體也當(dāng)作一件實(shí)驗(yàn)設(shè)備。正如他常說(shuō)的那樣：“科學(xué)畢竟需要作出犧牲?！痹谄渲幸粋€(gè)示范中（本書封面勒口上有這個(gè)照片），他極不舒服地坐在一個(gè)金屬球上，金屬球用繩子從報(bào)告廳的天花板上懸垂下來(lái)（他稱之為鐘擺之母），來(lái)回?cái)[動(dòng)，他的學(xué)生大聲喊出擺動(dòng)的次數(shù)。這一切，都是為了證明在任何既定的時(shí)間內(nèi)，鐘擺擺動(dòng)的次數(shù)，與鐘擺末端的重量無(wú)關(guān)。
他的兒子伊曼紐爾?扎克?盧因曾參加過(guò)其中的一些講座，說(shuō)：“我有一次看見他吸入氦氣，改變自己的聲音。為了得到所需的效果（細(xì)節(jié)決定成?。ǔ?huì)極度接近昏厥。”他還是一位善于在黑板上創(chuàng)作的多才多藝的藝術(shù)家，善于繪制幾何圖形、矢量圖、向量圖，天文現(xiàn)象和各種動(dòng)物。他畫虛線的方法讓許多學(xué)生著迷，其中有幾個(gè)學(xué)生甚至制作了一段叫做“沃爾特?盧因的最佳線條”的視頻，放在YouTube上。視頻中截取了《物理學(xué)8．01》講座中盧因在不同的黑板上畫他那著名的虛線的場(chǎng)景。（大家可以在這里觀看該視頻： www．you tube．com／watch？v＝raurl4s0pjU．）
盧因教授充滿人格魅力，不同尋常，甚至有些古怪，對(duì)物理到了癡迷的程度。他總是隨身攜帶兩個(gè)叫做偏振片的設(shè)備，放在錢包里，這樣他隨時(shí)都可以看一下任何光線——比如藍(lán)天、彩虹、窗戶的反光——是不是偏振化了。他身邊的人也能跟著他一飽眼福。
他上課時(shí)穿的藍(lán)色工作服襯衫是怎么回事？原來(lái)，那些根本不是工作服襯衫。那是盧因指定規(guī)格，用高等級(jí)棉布定制的襯衣，每隔幾年都要從一個(gè)香港的裁縫那里訂一打。襯衣左側(cè)的口袋設(shè)計(jì)得超大，是為了能放下他的日歷。這個(gè)口袋沒有搭蓋——我們這位物理學(xué)家兼表演藝術(shù)家、教師，同時(shí)還是一位細(xì)致入微的時(shí)尚設(shè)計(jì)師。這讓人不禁要懷疑，他為什么總是戴著一枚所有大學(xué)教授戴過(guò)的最古怪的胸針：一個(gè)塑料的煎雞蛋。他解釋說(shuō)：“雞蛋粘在襯衣上，總比粘在我的臉要好?！?br />他左手上的超大粉紅色的有機(jī)玻璃戒指是干什么的呢？另外，掛在他襯衫靠近肚臍位置的那個(gè)銀色的東西，他一有功夫就偷看一眼的是什么東西？
每天早晨，盧因教授穿衣的時(shí)候，都有40個(gè)戒指、35個(gè)胸針，以及幾十個(gè)手鐲和項(xiàng)鏈要去選擇。他的口味不斷變化，有時(shí)非常的明艷（肯尼亞串珠手鏈、大個(gè)琥珀做的項(xiàng)鏈、塑料的水果形狀的胸針），有時(shí)偏于古典（沉重的銀土庫(kù)曼手鐲），有時(shí)是設(shè)計(jì)師和藝術(shù)家制作的珠寶，有時(shí)則是簡(jiǎn)單甚至喜慶得有些離譜的裝飾物（比如甘草糖果項(xiàng)鏈）?！皩W(xué)生們都開始注意到了，”他說(shuō)，“所以我現(xiàn)在開始試著每次講座都戴不同的首飾。尤其是給孩子們做講座的時(shí)候。他們喜歡這個(gè)。”
夾在他襯衣上，那個(gè)看起來(lái)像一個(gè)超大的領(lǐng)帶夾的東西是什么呢？這是一個(gè)特別設(shè)計(jì)的上下顛倒的表（一位藝術(shù)家朋友給他的禮物），這樣盧因一低頭，就能看到時(shí)間了。
這塊表有時(shí)讓人覺得似乎盧因教授走神了，甚至覺得他是一個(gè)典型的“心不在焉的教授”。但在現(xiàn)實(shí)中，他通常會(huì)深深陷入對(duì)物理學(xué)某個(gè)方面的思考。他妻子蘇珊?考夫曼（Susan Kaufman）最近回憶說(shuō)：“我們?nèi)ゼ~約時(shí)，總是我開車?？墒亲罱夷贸龅貓D來(lái)一看——我也不知道為什么要看——可是我一看，發(fā)現(xiàn)各州地圖的邊緣都寫滿了方程。那些方程都是他上一次去做演講時(shí)寫的，是他陳我們開車無(wú)聊的時(shí)候?qū)懮先サ摹Ｋ麧M腦子都是物理學(xué)。他一天二十四個(gè)小時(shí)都想著他的學(xué)生和學(xué)校?！?br />關(guān)于盧因教授的性格，最引人注目的也許是他的老朋友的建筑歷史學(xué)家南希?施蒂伯所說(shuō)的：“對(duì)事物像激光一樣尖銳的興趣。他似乎總是最大限度地投入到他選擇參與的事情中去，忘掉世界上90%的事情。借助這種像激光一樣尖銳的注意力，他能把無(wú)關(guān)緊要的事情都拋開，對(duì)事物無(wú)比專注，因此可以了盡情享受生活的快樂?！?br />盧因是一個(gè)完美主義者；他對(duì)細(xì)節(jié)有著近乎狂熱的癡迷。他是不僅是世界上最偉大的物理教師，還是X射線天文學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)。他花了20年制造并測(cè)試超靈敏的設(shè)備，測(cè)量X射線，觀察亞原子和天文現(xiàn)象。他通過(guò)釋放巨大的而且極其精細(xì)的氣球，達(dá)到地球大氣層的上限，開始揭示出一些奇異的天文現(xiàn)象，比如X射線暴等。他和他的同事所作的發(fā)現(xiàn)，有助于揭開大規(guī)模的超新星爆炸中恒星死亡的性質(zhì)這一神秘面紗，也驗(yàn)證了黑洞的存在。
他學(xué)會(huì)了測(cè)試、測(cè)試、再測(cè)試——這不僅是他作為觀測(cè)天體物理學(xué)家取得成功的奧秘，而且還為他的測(cè)量帶來(lái)了極高的精度，揭示了牛頓定律的偉大，比如小提琴的弦為什么能產(chǎn)生如此精美的共振，以及乘坐電梯的時(shí)候，一個(gè)人的體重為什么會(huì)有輕重變化。
對(duì)于自己的演講，他總是在一個(gè)空教室練習(xí)至少三次，其中最后一次彩排是在講座當(dāng)天的早上5點(diǎn)進(jìn)行。曾是他學(xué)生并且在教室里協(xié)助他的天體物理學(xué)家大衛(wèi)?普利說(shuō)，“他的演講之所以成功，是他在演講中傾注了大量的時(shí)間。”
麻省理工學(xué)院物理系在2002年提名他為著名的教學(xué)獎(jiǎng)獲得者，他的同事們說(shuō)起他的時(shí)候都會(huì)提起了他的這些成績(jī)。談起跟盧因?qū)W習(xí)物理的經(jīng)驗(yàn)，最動(dòng)人的描述之一是史蒂芬?里波的話。他現(xiàn)在是麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)電磁和電子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的教授，他在1984年曾跟盧因?qū)W習(xí)電學(xué)和磁學(xué)課程?！八谥v臺(tái)上眉飛色舞，”里波回憶說(shuō)，“他抓住了我們的大腦，讓我們乘坐過(guò)山車飛躍電磁世界，直到現(xiàn)在我仍然感覺到我的脖子后面有涼風(fēng)。他在課堂上有無(wú)與倫比的機(jī)智，總能設(shè)法使復(fù)雜的概念變得淺顯易懂?！?br />物理系的同事之一羅伯特?赫爾瑟澤（Robert Hulsizer）曾試圖從盧因的講課視頻中摘取一些片段，為其他大學(xué)做一份專題的視頻。他發(fā)現(xiàn)這是一項(xiàng)不可能的任務(wù)?！八难菔径冀M織得很好，充分演示了思想的發(fā)展，從前期的準(zhǔn)備直到最后的結(jié)局，找不到明確的開始和結(jié)束的時(shí)間。在我看來(lái)，沃爾特的演示無(wú)法進(jìn)行分割?！?br />沃爾特?盧因介紹物理學(xué)的奇跡的方法所帶來(lái)的刺激，是他在傳達(dá)我們世界中所有奇跡時(shí)的巨大的喜悅。他的兒子扎克深情地回憶起他父親把這種快樂感覺傳遞給自己以及兄弟姐妹：“他能讓我們看到事物，對(duì)它們的美感佩不已，激發(fā)你內(nèi)心的喜悅、驚奇和興奮。我所說(shuō)的，是他所位于中心的令人難以置信的小窗口，你覺得在他面前，在他創(chuàng)造的事物中，是如此快樂。我們?cè)?jīng)去緬因州度假。我記得當(dāng)時(shí)天氣不好，我們一幫孩子呆在一起，覺得很無(wú)聊。不知怎的，我父親找到一個(gè)小球，并發(fā)明了一個(gè)奇怪的小游戲，不到一分鐘的時(shí)間，另外一批孩子從隔壁過(guò)來(lái)，突然間就有了五六個(gè)孩子拿著球在投擲，有說(shuō)有笑。我記得我當(dāng)時(shí)非常興奮，非?？鞓?。要讓我回頭想想，在我的生命中有什么激勵(lì)過(guò)我，那就有那些單純的快樂時(shí)刻，認(rèn)識(shí)到生活有多么美好，認(rèn)識(shí)到生活能容納些什么——我的父親給了我這一切?！?br />沃爾特冬天的時(shí)候經(jīng)常組織他的孩子玩紙飛機(jī)的游戲，測(cè)試紙飛機(jī)的空氣動(dòng)力，游戲的目標(biāo)是讓飛機(jī)飛入他們家開著的大客廳的壁爐里?！拔夷赣H都嚇?biāo)懒耍痹嘶貞浾f(shuō)，“我們都試圖從火里搶出來(lái)紙飛機(jī)，因?yàn)槲覀儧Q心在下一輪中取勝！”
有客人來(lái)吃飯的時(shí)候，沃爾特就會(huì)主持一個(gè)去月球的游戲。扎克回憶說(shuō)：“我們會(huì)把燈關(guān)暗，用拳頭砸桌子，發(fā)出隆隆的聲音，模擬火箭發(fā)射的噪聲。有的孩子甚至?xí)@到桌子底下去敲。然后，當(dāng)我們到達(dá)了宇宙空間，我們會(huì)停止敲擊。一旦我們降落在月球上，我們就會(huì)在屋子里走動(dòng)，假裝是在非常低的重力環(huán)境下，跨步的樣子很夸張。這時(shí)候，家里的客人一定會(huì)在想：‘這些人都是瘋子！’但是對(duì)我們孩子來(lái)說(shuō)，這種游戲太棒了！那可是登月呀！”
沃爾特?盧因自從他半個(gè)世紀(jì)前第一次走進(jìn)教室以來(lái)，也一直帶領(lǐng)學(xué)生“登月”。從彩虹到中子星，從鼠的股骨到音樂的聲音，沃爾特永遠(yuǎn)癡迷于神秘而美麗的自然世界。并且他也關(guān)注科學(xué)家和藝術(shù)家對(duì)這個(gè)世界的表現(xiàn)和闡釋。沃爾特?盧因是目前在世的科學(xué)家中最富有激情，最敬業(yè)，最有技巧的一位。在接下來(lái)的章節(jié)中，諸位將能體驗(yàn)到這種激情，奉獻(xiàn)精神和技巧。他會(huì)與大家分享他對(duì)物理學(xué)的終身熱愛。享受這一旅程吧！

作者簡(jiǎn)介

沃爾特?盧因是成就卓著的天體物理學(xué)家、X射線天文學(xué)的先驅(qū)，發(fā)表過(guò)450余篇科學(xué)論文。盧因在麻省理工學(xué)院執(zhí)教三個(gè)物理學(xué)核心課程已超過(guò)30年。他講授的課程非常受歡迎，這些講課錄像已成為YouTube和iTunes上最受歡迎的教學(xué)內(nèi)容。他獲得過(guò)包括美國(guó)航空航天局特殊科學(xué)成就獎(jiǎng)、亞歷山大?馮?洪堡獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。他的講課生動(dòng)幽默，富有娛樂性和啟發(fā)性，受到了如《紐約時(shí)報(bào)》、《波士頓環(huán)球報(bào)》、《國(guó)際先驅(qū)論壇報(bào)》等諸多媒體的好評(píng)。

書籍目錄

第1章從原子核到深空
第2章測(cè)量，誤差和恒星
第3章物體運(yùn)動(dòng)
第4章吸管的魔法
第5章彩虹面面觀
第6章和諧的樂音
第7章電：神奇的電
第8章神秘的磁學(xué)
第9章能量轉(zhuǎn)換
第10章來(lái)自外層空間的X射線！
第11章早期的熱氣球X射線研究
第12章宇宙災(zāi)難、中子星和黑洞
第13章天體芭蕾
第14章爆發(fā)源！
第15章觀察的方式

圖書封面

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評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

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