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【交流】如何成為一名優(yōu)秀的理論物理學家——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 年諾貝爾物理學獎得主，當今理 論物理學的大牛。如果對物理學感興趣而不知道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之外的東西。 原文見：http://www.phys.uu.nl/~thooft/theorist.html 【正文】 這個網(wǎng)站（在建中）為青年學生和其他任何人所做——那些和我一樣面對真 正科學的挑戰(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)實世 界中做出新發(fā)現(xiàn)的人。簡而言之，是為了那些決定以畢生精力研究理論物理學的 人。 我經(jīng)常收到來自業(yè)余物理學家們的計劃周密而一無是處的信件，他們堅信自 己已經(jīng)解釋了整個世界。他們堅信這一點，只是因為他們對于解決現(xiàn)代物理學問 題的真正方法完全一竅不通。如果你真的想對物理學定律的理論解釋作出貢獻 ——如果你成功了，那將是一種令人興奮的體驗！——你需要懂的東西太多了。 首先，要認真對待之。所有必要的科學課程都是在大學中教的，因此，很自然， 你首先要做的事就是讀大學并學習你能夠?qū)W到的所有知識。但是，如果你還年輕， 還在上中學，你進大學之前不得不忍受那些被稱之為幼稚的趣聞的科學時，你怎 么辦？如果你已經(jīng)年長，你完全不希望跟那些吵吵嚷嚷的年輕學生混在一起，你 又怎么辦？ 如今這個年代，你完全可以從Internet 上得到所有知識。問題是，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)頁嗎？我很清楚 應(yīng)該教什么東西給那些剛?cè)腴T的學生。列出那些絕對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，最好是可下載的。通過這種方法，成為一個理論物理學家的 成本不會超過一臺可連接Internent 的電腦、一個打印機、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，或許將來的網(wǎng)站上會有。 讓我們先給自己一個最低限度。下面列出的科目是必須學習的。任何遺漏都將受 到懲罰：失敗。要相信我是對的：你不需要任何宗教式的篤信——去驗證它吧。 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，最好的教材都有習題。去做習題，然后你會發(fā)現(xiàn)可以理解所有內(nèi) 容。你需要達到這種程度：發(fā)現(xiàn)大量的印刷錯誤、無足輕重的失誤和重大差錯， 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。我很幸運，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。這是一個艱巨的任務(wù)。 我正在請求學生、同事和老師們幫助我改進這個網(wǎng)站。目前建立的這個網(wǎng)站僅僅 針對那些力圖成為理論物理學家的人，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的人。如果你是一個非常謙虛的人，很好，首先完成那 - 2 - 些令人生厭的中學教育，并且循序漸進地吞下那些教育家和專業(yè)玩家如此混帳地 把每一個細小的部分都仔細嚼碎了再喂給你的東西。這個網(wǎng)站針對雄心勃勃者。 我確信任何人都能做到，只要你有足夠的智力、興趣和決心。 理論物理學就象一座摩天大樓。它有著初等數(shù)學和20 世紀前經(jīng)典物理學的 堅實基礎(chǔ)。雖說我們已擁有更多，也不要以為20 世紀前的物理學是“不相干 的”。在那些日子里，那堅實基礎(chǔ)中保存著我們?nèi)缃裾硎苤闹R。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)學構(gòu)成的，它們使經(jīng)典物理學理論變得更加美麗動人。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)重力物理學與量子世界的極其困難的問題，你就拼了老命學習廣義相對 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-愛因斯坦凝聚態(tài)、分數(shù)量子霍爾效應(yīng)，等等。正 如過去幾年所顯示的，這些也是角逐諾貝爾獎的好課題。一個必要的警告：即使 你聰明絕頂，你還是會在某些地方卡死。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)。如果這個網(wǎng)站對準備讀大學的人有所幫助，如果激勵了某些人， 幫助一些人沿途而行，清除了他或她通往科學的道路，那么我認為這個網(wǎng)站就成 功了。請讓我知道。這里是課程列表。 記住，這個網(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 避免使用文字以區(qū)分那些一點都不風趣的作者。同時，包含的課程也略微傾向于 我的個人愛好。 課程列表，按照邏輯次序（并不是一切都必須依照這個次序，但是它大致的 指明了了不同科目之間的邏輯關(guān)系。某些標題比另一些級別更高。） ·語言 ·基本數(shù)學 ·經(jīng)典力學 ·光學 ·統(tǒng)計力學和熱力學 ·電子學 ·電磁學 ·量子力學 ·原子和分子 ·固體物理 ·核物理 ·等離子體物理 ·高等數(shù)學 ·狹義相對論 ·高等量子力學 ·唯象理論 ·廣義相對論 ·量子場論 ·弦論 更多資源 .ps 文件是PostScript 文件§。 （現(xiàn)在是初級階段，這個網(wǎng)頁還很不完整�。� - 3 - 語言 英語是不可或缺的。如果你還不能熟練運用，就去學。你必須能夠讀、寫、 說，并且理解英語，但你在這里并不需要完美。這篇文章里的蹩腳英語就是我自 己寫的。這就夠了。所有出版物都是英語的。要注意到英語書寫能力的重要性。 你很快就會希望發(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、德語、西班牙語和意大利語可能也有用，但他們不是必要的。他們并 不靠近我們摩天大樓的基礎(chǔ)，所以別擔心。你確實需要希臘字母。希臘字母使用 廣泛。學習他們的名字，否則你演講用到它們的時候會成為一個呆瓜�，F(xiàn)在，開 始給出嚴肅的材料。不要抱怨這些東西看起來很多。你休想無償?shù)玫街Z貝爾獎， 而且記住，所有這些加在一起至少要需要我們的學生進行近5 年的勤奮學習（至 少有一個讀者對這個說明表示驚訝，聲稱他/她絕不可能在5 年里熟練掌握這些 內(nèi)容；的確，我是對那些計劃在這個學習上花很多時間的人說的）�，F(xiàn)在假定仍 有可待開發(fā)的智力，因為普通學生可以在教師的協(xié)助下熟習之。做習題是必要的。 要力圖比作者更聰明，但是在全部學會之前千萬別寫信告訴我你那非主流理論； 如果你徹底學會了，你將發(fā)現(xiàn)那些作者畢竟不蠢。 現(xiàn)在，首先要學的是： 基本數(shù)學 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《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《代數(shù)進階》*： http://www.wtamu.edu/academic/an ... b/int_algebra/index .htm ·自然數(shù) ·整數(shù) ·有理數(shù) ·實數(shù) ·復數(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，拓撲。你可能會驚訝，它們在物理學中的確扮演 - 4 - 了角色！ 代數(shù)方程：求近值方法。級數(shù)展開：泰勒級數(shù)。解復數(shù)方程。三角函數(shù)：sin(2x) = 2*sin(x)*cos(x)，等等。 無窮小。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。復數(shù)的應(yīng)用。級數(shù)的收斂。 復空間。柯西定理和線積分（現(xiàn)在這些很有趣）。 Γ函數(shù)（享受在學習其性質(zhì)時的樂趣）。 高斯積分。概率論。 偏微分方程。狄里克萊和諾依曼邊界條件。 這些是針對初學者的。有些內(nèi)容可能成為一個完整的講座課程。這些內(nèi)容大 多是物理學理論中必須的。你開始學習后面的內(nèi)容時并不需要學完所有這些課 程，但記住以后要回來完成那些你第一次漏掉的。 經(jīng)典力學 一個來自哈佛的很棒的筆記：http://www.courses.fas.harvard.edu/~phys151/ 德克薩斯Austin 大學R. Fitzpatrick 的一個經(jīng)典分析動力學的進階課程： http://farside.ph.utexas.edu/teaching/336k/lectures/ ·靜力學（力，張力）；流體靜力學。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，極其重要！） ·諧振子。擺。 ·泊松括號。 ·波動方程。液體和氣體。納維-斯托克斯方程。粘滯性和摩擦。 光學 A. A. Louro 的光學講義： http://www.phas.ucalgary.ca/phys323/fall/notes/optics.pdf ·折射和反射。 ·透鏡和鏡子。 ·望遠鏡和顯微鏡。 ·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)計力學和熱力學 Alfred Huan 的統(tǒng)計力學課程： http://www.ntu.edu.sg/home/alfred/teaching.htm Donald B. Melrose 教授的熱力學講義： http://www.physics.usyd.edu.au/rcfta/thermo.html ·熱力學第一、第二和第三定律。 ·玻爾茲曼分布。 |
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