量子力學,這個誕生於二十世紀初的偉大物理成就,是現今奈米科技、半導體、超導體的基礎理論。在費曼對加州理工學院大一、大二學生所做的物理課演講裡,本卷擷取了其中的量子力學課程,成為一套完整的教材,一方面介紹觀念,同時也仔細討論一些具體的例子,使得這些物理概念不再抽象難解。
如果你好奇,量子力學有什麼驚人的觀念,例如:
■ 著名的薛丁格方程式,它是描述電子在原子尺度上的運動方程式。
■ 氫原子的薛丁格方程式如何解釋氫原子光譜?化學週期表的原理又是什麼?
■ 對稱性與守恆律的關係是什麼?
■ 為什麼在量子力學中,動量變成算符?
■ 什麼是超導體?
費曼用量子力學為我們揭露了物質的本質。
理查.費曼 Richard P. Feynman
1918年,費曼誕生於紐約市布魯克林區,1942年,從普林斯頓大學取得博士學位。第二次世界大戰期間,他曾在美國設於新墨西哥州的羅沙拉摩斯(Los Alamos)實驗室服務,參與研發原子彈的曼哈坦計畫(Manhattan Project),當時雖然年紀很輕,卻已經是計畫中的重要角色。隨後,他任教於康乃爾大學以及加州理工學院。1965年,由於費曼在量子電動力學的成就,與朝永振一郎(Sin-Itiro Tomonaga)、許溫格(Julian Schwinger)兩人,共同獲得該年度的諾貝爾物理獎。
費曼博士為量子電動力學理論解決了不少問題,同時他首創了一個解釋液態氦超流體現象的數學理論。之後,他跟葛爾曼(Murray Gell-Mann)合作,研究弱交互作用(例如貝他衰變),做了許多奠基工作。後來數年,費曼成為發展夸克(quark)理論的關鍵人物,提出了在高能量質子對撞過程中的成子(parton)模型。
在這些重大成就之外,費曼博士把一些基本的新計算技術跟記法,介紹給了物理學。其中包括幾乎無所不在的費曼圖,因而改變了基礎物理觀念化與計算的過程,成為可能是近代科學史上,最膾炙人口的一種表述方式。
費曼是一位非常能幹有為的教育家,在他一生所獲多得數不清的各式各樣獎賞中,他特別珍惜1972年獲得的厄司特杏壇獎章(Oersted Medal for Teaching)。《費曼物理學講義》一書最初發行於1963年,當時有位《科學美國人》雜誌的書評稱該書為「……真是難啃,但是非常營養,尤其是風味絕佳,為二十五年來僅見!是教師及最優秀入門學生的指南。」為了增長一般民眾的物理知識,費曼博士寫了一本《物理之美》(The Character of Physical Law)以及《量子電動力學》(Q.E.D.: The Strange Theory of Light and Matter)。他還寫下一些專精的論著,成為後來物理學研究者與學生的標準參考資料跟教科書。
費曼是一位建設性的公眾人物。幾乎家喻戶曉他參與「挑戰者號」太空梭失事調查工作的事跡,尤其是他當眾證明橡皮墊圈不耐低溫的那一幕,是一場非常優雅的即席實驗示範,而他所使用的道具不過冰水一杯!比較鮮為人知的事例,是費曼博士於1960年代中,在加州大學課程委員會任上所做的努力,他非常不滿當時教科書之庸俗平凡。
僅僅重複敘說費曼一生中,於科學上與教育上的無數成就,並不足以說明他這個人的特色。正如任何讀過他即使最技術性著作的人都知道,他的作品裡外都散發著他鮮活跟多采多姿的個性。在物理學家正務之餘,費曼也曾把時間花在修理收音機、開保險櫃、畫畫、跳舞、表演森巴小鼓、甚至試圖翻譯馬雅古文明的象形文字上。他永遠對周圍的世界感到好奇,是位一切都要積極嘗試的模範人物。
費曼於1988年2月15日在洛杉磯與世長辭。
羅伯.雷頓 Robert B. Leighton
1919年生。加州理工學院學士、碩士,1947年從該校取得物理博士學位。然後留在加州理工學院研究、任教,直到1990年退休,整個學術生涯都在這所學校度過。他參與了許多領域的研究,除了粒子物理的基礎研究,也曾帶建造計火星探測器,還為幾個天文台設計強大的望遠鏡。1997年因神經疾病去世。
馬修.山德士 Matthew Sands
1919年生。克拉克大學學士,萊斯大學碩士,1948年從麻省理工學院獲得物理博士學位。隨後於麻省理工學院任教,1950年到加州理工學院,1969年再到加州大學聖克魯兹分校教學與研究,直到1985年退休。這期間曾帶領史丹福直線加速器中心的建造工作。退休之後,仍積極投入中小學的教育事務。
譯者簡介
高涌泉
美國加州大學柏克萊分校物理博士,現任臺灣大學物理學系教授。
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这本书的封面设计真是让人眼前一亮,色彩的运用充满了复古的学院风,那种厚重感让人一上手就知道里面定有干货。我记得我第一次翻开它的时候,就被那种严谨的排版格式吸引住了,每一个公式、每一个图示都好像经过了精心的打磨,毫无马虎之感。它给我的感觉就像是走进了一间摆满了精密仪器的实验室,空气中弥漫着理性与智慧的气息。虽然书中的内容本身可能对初学者来说有些挑战性,但这种视觉上的专业度,无疑是对读者的一种无声的鼓励和鞭策,让人忍不住想要去探索其深处的奥秘。那种油墨的清香和纸张的质感,也让阅读过程本身成为一种享受,不同于电子阅读的冰冷,它更像是在与一位老教授进行一场深入的、面对面的学术对话。我尤其欣赏那种教科书特有的、毫不妥协的学术态度,它不试图用花哨的语言来掩盖复杂的理论,而是直接将核心概念摆在你的面前,考验你的理解力,也正因如此,每一次攻克一个难关,带来的成就感都是无可替代的。
评分这本书带给我最深刻的感受是其知识的“广度”与“深度”的完美平衡。它似乎囊括了该领域内一系列重要且前沿的讨论方向,但又绝不流于表面地罗列知识点。每当引入一个新的概念,作者都会将其置于一个更宏大的物理框架下去考察,让你看到这个分支是如何与其他物理学分支相互关联、相互印证的。这使得阅读过程不仅是对特定学科知识的积累,更像是对整个物理学大厦结构的一次全面扫描。它不像某些参考书那样只专注于打通一条特定的“高速公路”,而是构建了一张密集的、可供探索的知识网络,鼓励读者进行横向和纵向的思维跳跃。这种全景式的视野,对于培养一个真正具有物理学家思维的人来说,是至关重要的财富。
评分从实用性的角度来看,这本书的价值远超出了单纯的课堂学习材料。它更像是一部可以随时查阅、随时回溯的“原理宝典”。我发现,当我在做一些更偏向于应用或研究性质的工作时,经常会不自觉地回到这本书中,去重新校准自己对基本原理的理解。它提供的不仅仅是“是什么”,更重要的,是“为什么是这样”的深刻剖析。这种对基础原理的深度挖掘,使得读者在面对全新问题时,能够从第一性原理出发进行推导和解决,而不是仅仅依赖于记忆已有的公式。这种由内而外的知识构建方式,是任何速成资料都无法比拟的,它为你未来的学术生涯奠定了一个坚不可摧的知识地基。
评分我注意到这本书的插图和图示设计简直是教科书级别的典范。它们不是那种为了美观而存在的装饰品,而是作为理解复杂概念的“视觉拐杖”存在的。例如,在描述某个粒子行为的示意图时,线条的粗细、箭头的方向、坐标轴的标注,都透露出一种严谨的物理意义,没有丝毫的模糊地带。很多时候,一段冗长的文字解释,不如一个精心绘制的几何图形来得直观和有力。这种对视觉辅助工具的重视,体现了作者对不同学习偏好的读者的关怀,深知有些深奥的物理图景,单靠文字是难以在脑海中构建清晰模型的。这种细节上的打磨,让整个学习过程的流畅度大大增加,极大地降低了理解门槛,尽管内容本身是高阶的,但呈现方式却做到了极致的友好与清晰。
评分这本书的行文风格简直是一股清流,完全没有时下流行的那种过于口语化或者说教式的讲解。它保持了一种古典的、近乎于“冷峻”的学术叙事方式,仿佛作者在为你勾勒一个宏大而又精确的物理世界蓝图,每一个步骤都逻辑链条清晰,无可辩驳。我特别喜欢它在处理那些看似抽象概念时所展现出的那种克制的美感,不带多余的感情色彩,完全依赖于数学的严谨性来支撑论点。读起来需要极大的专注力,因为任何一个眼神的游移都可能让你错过关键的推导环节。但正是这种高强度的智力投入,让最终的顿悟时刻显得格外闪耀。这种阅读体验,更像是在攀登一座技术高峰,每向上移动一步,你对周围环境的认识就提升一个维度,视野也随之开阔。它不是那种可以让你边喝咖啡边轻松翻阅的书籍,它要求你全神贯注,以一种近乎朝圣般的心态去对待每一个章节。
评分费曼希望传达的信息不是方程是的解法,甚至不是回答“物理是什么”这个问题,他真正希望传达给读者的,我认为是宇宙的宽广与知识的乐趣;一起来体验思索游戏的乐趣吧,管他结果如何。
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