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【交流】如何成為一名優(yōu)秀的理論物理學(xué)家——1 已有49人參與
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- 1 - 如何成為一名優(yōu)秀的理論物理學(xué)家 作者:Gerard 't Hooft 譯者:hmy 【譯注】 本文作者Gerard 't Hooft,荷蘭人,1999 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主,當(dāng)今理 論物理學(xué)的大牛。如果對(duì)物理學(xué)感興趣而不知道Gerard 't Hooft,那么我的建 議是,要么自己去查找資料,要么乘早去關(guān)心其他任何除了物理學(xué)之外的東西。 原文見:http://www.phys.uu.nl/~thooft/theorist.html 【正文】 這個(gè)網(wǎng)站(在建中)為青年學(xué)生和其他任何人所做——那些和我一樣面對(duì)真 正科學(xué)的挑戰(zhàn)而興奮的人,那些和我一樣決定以他們的大腦在我們生活的現(xiàn)實(shí)世 界中做出新發(fā)現(xiàn)的人。簡(jiǎn)而言之,是為了那些決定以畢生精力研究理論物理學(xué)的 人。 我經(jīng)常收到來(lái)自業(yè)余物理學(xué)家們的計(jì)劃周密而一無(wú)是處的信件,他們堅(jiān)信自 己已經(jīng)解釋了整個(gè)世界。他們堅(jiān)信這一點(diǎn),只是因?yàn)樗麄儗?duì)于解決現(xiàn)代物理學(xué)問(wèn) 題的真正方法完全一竅不通。如果你真的想對(duì)物理學(xué)定律的理論解釋作出貢獻(xiàn) ——如果你成功了,那將是一種令人興奮的體驗(yàn)!——你需要懂的東西太多了。 首先,要認(rèn)真對(duì)待之。所有必要的科學(xué)課程都是在大學(xué)中教的,因此,很自然, 你首先要做的事就是讀大學(xué)并學(xué)習(xí)你能夠?qū)W到的所有知識(shí)。但是,如果你還年輕, 還在上中學(xué),你進(jìn)大學(xué)之前不得不忍受那些被稱之為幼稚的趣聞的科學(xué)時(shí),你怎 么辦?如果你已經(jīng)年長(zhǎng),你完全不希望跟那些吵吵嚷嚷的年輕學(xué)生混在一起,你 又怎么辦? 如今這個(gè)年代,你完全可以從Internet 上得到所有知識(shí)。問(wèn)題是,Internet 上的垃圾太多了。你能從中篩選出那些真正有用而少的可憐的網(wǎng)頁(yè)嗎?我很清楚 應(yīng)該教什么東西給那些剛?cè)腴T的學(xué)生。列出那些絕對(duì)必要的課程和課題的名稱是 很容易的,而這就是我下面已經(jīng)完成了的。我的目的是搜集那些真正有用的論文 和書籍所在的網(wǎng)頁(yè),最好是可下載的。通過(guò)這種方法,成為一個(gè)理論物理學(xué)家的 成本不會(huì)超過(guò)一臺(tái)可連接Internent 的電腦、一個(gè)打印機(jī)、很多紙和筆。不幸的 是,我不得不建議去買一些教材,但在此很難給出建議,或許將來(lái)的網(wǎng)站上會(huì)有。 讓我們先給自己一個(gè)最低限度。下面列出的科目是必須學(xué)習(xí)的。任何遺漏都將受 到懲罰:失敗。要相信我是對(duì)的:你不需要任何宗教式的篤信——去驗(yàn)證它吧。 盡你所能,不斷嘗試。你將一次又一次地發(fā)現(xiàn),那些人的工作的確是最聰明的。 令人驚奇的是,最好的教材都有習(xí)題。去做習(xí)題,然后你會(huì)發(fā)現(xiàn)可以理解所有內(nèi) 容。你需要達(dá)到這種程度:發(fā)現(xiàn)大量的印刷錯(cuò)誤、無(wú)足輕重的失誤和重大差錯(cuò), 并想象你怎樣以一種更聰明的方式撰寫那些教材。 我可以告訴你我自己的經(jīng)驗(yàn)。我很幸運(yùn),周圍有那么多優(yōu)秀的老師。這使我 不致于誤入歧途。這使我獲得……。我將嘗試做你的老師。這是一個(gè)艱巨的任務(wù)。 我正在請(qǐng)求學(xué)生、同事和老師們幫助我改進(jìn)這個(gè)網(wǎng)站。目前建立的這個(gè)網(wǎng)站僅僅 針對(duì)那些力圖成為理論物理學(xué)家的人,不是普通人,而是那些很棒的人,是那些 下定決心要奪取諾貝爾獎(jiǎng)的人。如果你是一個(gè)非常謙虛的人,很好,首先完成那 - 2 - 些令人生厭的中學(xué)教育,并且循序漸進(jìn)地吞下那些教育家和專業(yè)玩家如此混帳地 把每一個(gè)細(xì)小的部分都仔細(xì)嚼碎了再喂給你的東西。這個(gè)網(wǎng)站針對(duì)雄心勃勃者。 我確信任何人都能做到,只要你有足夠的智力、興趣和決心。 理論物理學(xué)就象一座摩天大樓。它有著初等數(shù)學(xué)和20 世紀(jì)前經(jīng)典物理學(xué)的 堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。雖說(shuō)我們已擁有更多,也不要以為20 世紀(jì)前的物理學(xué)是“不相干 的”。在那些日子里,那堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)中保存著我們?nèi)缃裾硎苤闹R(shí)。在你自己 重新構(gòu)建基礎(chǔ)之前,不要去嘗試造你自己的摩天大樓。摩天大樓的下面幾層是由 高等數(shù)學(xué)構(gòu)成的,它們使經(jīng)典物理學(xué)理論變得更加美麗動(dòng)人。如果你想爬得更高, 它們是必需的。因此,下面將列出其他一些課程。最后,如果你夠瘋而打算解決 那些協(xié)調(diào)重力物理學(xué)與量子世界的極其困難的問(wèn)題,你就拼了老命學(xué)習(xí)廣義相對(duì) 論、超弦理論、M-理論、Calabi-Yau 流形,等等。這是摩天大樓目前的頂端。 還有其他一些山峰,諸如玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng),等等。正 如過(guò)去幾年所顯示的,這些也是角逐諾貝爾獎(jiǎng)的好課題。一個(gè)必要的警告:即使 你聰明絕頂,你還是會(huì)在某些地方卡死。你自己去網(wǎng)上沖浪吧。去發(fā)現(xiàn)更多。告 訴我你的發(fā)現(xiàn)。如果這個(gè)網(wǎng)站對(duì)準(zhǔn)備讀大學(xué)的人有所幫助,如果激勵(lì)了某些人, 幫助一些人沿途而行,清除了他或她通往科學(xué)的道路,那么我認(rèn)為這個(gè)網(wǎng)站就成 功了。請(qǐng)讓我知道。這里是課程列表。 記住,這個(gè)網(wǎng)站并不十分符合教育法,我使用顏色而不是令人分心的畫面來(lái) 避免使用文字以區(qū)分那些一點(diǎn)都不風(fēng)趣的作者。同時(shí),包含的課程也略微傾向于 我的個(gè)人愛(ài)好。 課程列表,按照邏輯次序(并不是一切都必須依照這個(gè)次序,但是它大致的 指明了了不同科目之間的邏輯關(guān)系。某些標(biāo)題比另一些級(jí)別更高。) ·語(yǔ)言 ·基本數(shù)學(xué) ·經(jīng)典力學(xué) ·光學(xué) ·統(tǒng)計(jì)力學(xué)和熱力學(xué) ·電子學(xué) ·電磁學(xué) ·量子力學(xué) ·原子和分子 ·固體物理 ·核物理 ·等離子體物理 ·高等數(shù)學(xué) ·狹義相對(duì)論 ·高等量子力學(xué) ·唯象理論 ·廣義相對(duì)論 ·量子場(chǎng)論 ·弦論 更多資源 .ps 文件是PostScript 文件§。 (現(xiàn)在是初級(jí)階段,這個(gè)網(wǎng)頁(yè)還很不完整。 - 3 - 語(yǔ)言 英語(yǔ)是不可或缺的。如果你還不能熟練運(yùn)用,就去學(xué)。你必須能夠讀、寫、 說(shuō),并且理解英語(yǔ),但你在這里并不需要完美。這篇文章里的蹩腳英語(yǔ)就是我自 己寫的。這就夠了。所有出版物都是英語(yǔ)的。要注意到英語(yǔ)書寫能力的重要性。 你很快就會(huì)希望發(fā)表你自己的成果。人們必須能夠閱讀和理解你的材料。 法語(yǔ)、德語(yǔ)、西班牙語(yǔ)和意大利語(yǔ)可能也有用,但他們不是必要的。他們并 不靠近我們摩天大樓的基礎(chǔ),所以別擔(dān)心。你確實(shí)需要希臘字母。希臘字母使用 廣泛。學(xué)習(xí)他們的名字,否則你演講用到它們的時(shí)候會(huì)成為一個(gè)呆瓜,F(xiàn)在,開 始給出嚴(yán)肅的材料。不要抱怨這些東西看起來(lái)很多。你休想無(wú)償?shù)玫街Z貝爾獎(jiǎng), 而且記住,所有這些加在一起至少要需要我們的學(xué)生進(jìn)行近5 年的勤奮學(xué)習(xí)(至 少有一個(gè)讀者對(duì)這個(gè)說(shuō)明表示驚訝,聲稱他/她絕不可能在5 年里熟練掌握這些 內(nèi)容;的確,我是對(duì)那些計(jì)劃在這個(gè)學(xué)習(xí)上花很多時(shí)間的人說(shuō)的),F(xiàn)在假定仍 有可待開發(fā)的智力,因?yàn)槠胀▽W(xué)生可以在教師的協(xié)助下熟習(xí)之。做習(xí)題是必要的。 要力圖比作者更聰明,但是在全部學(xué)會(huì)之前千萬(wàn)別寫信告訴我你那非主流理論; 如果你徹底學(xué)會(huì)了,你將發(fā)現(xiàn)那些作者畢竟不蠢。 現(xiàn)在,首先要學(xué)的是: 基本數(shù)學(xué) 你喜歡數(shù)字、加法、減法、平方根等等么? *西德克薩斯A&M 大學(xué)《代數(shù)入門》*: http://www.wtamu.edu/academic/anns/mps/math/mathlab/beg_algebra *西德克薩斯A&M 大學(xué)《代數(shù)進(jìn)階》*: http://www.wtamu.edu/academic/an ... b/int_algebra/index .htm ·自然數(shù) ·整數(shù) ·有理數(shù) ·實(shí)數(shù) ·復(fù)數(shù) 它們非常重要! Dave E. Joyce 的三角函數(shù)課程: http://aleph0.clarku.edu/~djoyce/java/trig/ 這是必須的:James Binney 教授的復(fù)數(shù)課程:http://wwwthphys. physics.ox.ac.uk/users/JamesBinney/complex.pdf 肯塔基K.Kubota 的“初等數(shù)學(xué)一覽”: http://www.msc.uky.edu/ken/ma109/notes.htm 還可參看Chris Pope 的講義: http://faculty.physics.tamu.edu/pope/mch1.ps http://faculty.physics.tamu.edu/pope/mch2.ps 亞特蘭大G. Cain 的復(fù)平面、柯西定理和線積分: http://www.math.gatech.edu/~cain/winter99/complex.html 集合論:開集,緊致空間,拓?fù)。你可能?huì)驚訝,它們?cè)谖锢韺W(xué)中的確扮演 - 4 - 了角色! 代數(shù)方程:求近值方法。級(jí)數(shù)展開:泰勒級(jí)數(shù)。解復(fù)數(shù)方程。三角函數(shù):sin(2x) = 2*sin(x)*cos(x),等等。 無(wú)窮小。微分。初等函數(shù)的微分(sin,cos,exp)。 積分。初等函數(shù)的積分。微分方程。線性方程。 傅里葉變換。復(fù)數(shù)的應(yīng)用。級(jí)數(shù)的收斂。 復(fù)空間。柯西定理和線積分(現(xiàn)在這些很有趣)。 Γ函數(shù)(享受在學(xué)習(xí)其性質(zhì)時(shí)的樂(lè)趣)。 高斯積分。概率論。 偏微分方程。狄里克萊和諾依曼邊界條件。 這些是針對(duì)初學(xué)者的。有些內(nèi)容可能成為一個(gè)完整的講座課程。這些內(nèi)容大 多是物理學(xué)理論中必須的。你開始學(xué)習(xí)后面的內(nèi)容時(shí)并不需要學(xué)完所有這些課 程,但記住以后要回來(lái)完成那些你第一次漏掉的。 經(jīng)典力學(xué) 一個(gè)來(lái)自哈佛的很棒的筆記:http://www.courses.fas.harvard.edu/~phys151/ 德克薩斯Austin 大學(xué)R. Fitzpatrick 的一個(gè)經(jīng)典分析動(dòng)力學(xué)的進(jìn)階課程: http://farside.ph.utexas.edu/teaching/336k/lectures/ ·靜力學(xué)(力,張力);流體靜力學(xué)。牛頓定律。 ·行星橢圓軌道。多體系統(tǒng)。 ·作用量原理。哈密爾頓方程。拉格朗日方程。(不要跳過(guò),極其重要!) ·諧振子。擺。 ·泊松括號(hào)。 ·波動(dòng)方程。液體和氣體。納維-斯托克斯方程。粘滯性和摩擦。 光學(xué) A. A. Louro 的光學(xué)講義: http://www.phas.ucalgary.ca/phys323/fall/notes/optics.pdf ·折射和反射。 ·透鏡和鏡子。 ·望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。 ·波的傳播初步。 ·多普勒效應(yīng)。 ·波的疊加的惠更斯原理。 ·波前。 ·焦散面。 統(tǒng)計(jì)力學(xué)和熱力學(xué) Alfred Huan 的統(tǒng)計(jì)力學(xué)課程: http://www.ntu.edu.sg/home/alfred/teaching.htm Donald B. Melrose 教授的熱力學(xué)講義: http://www.physics.usyd.edu.au/rcfta/thermo.html ·熱力學(xué)第一、第二和第三定律。 ·玻爾茲曼分布。 |
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