明天是世界讀書日,按理來說,該給你們推薦幾本書。你們又曉得,俺們所是研究數學的,業余擼貓。學習數學,總要看一些化學專業的書籍,那就給你們推薦幾本化學方面的科普讀物。
讀書日
自然哲學·讓人頭大的·數學原理
提起化學學,你們最先想到的人當中,應當會有牛頓的身影吧。牛頓可以說是最偉大的數學學家之一了,提起他的專著,想必你們也都聽聞過,那就是《自然哲學的物理原理》。
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沒想到吧,這就是昨晚推薦的第一本書。
牛頓牛九爺,你們都不陌生了,他成立了物理與數學學研究相統一的新方式,挺好地彰顯了剖析與綜合、歸納與詮釋的統一。而牛頓創辦的牛頓熱學,在整個人類科學史上,都可以說是一座不朽的歷史壯歌,它除了是近現代自然科學的主流,更是現代工程技術的基礎。
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不過你們也曉得,俺們牛九爺是一位很“和善”的人,跟同時期其他大科學家,都能“打成一片”,像是胡克啊,萊布尼茨啊,牛九爺都跟她們進行過“深入的交流”。
按牛九爺這個性格,原本是不樂意寫這本書的,我們能看見這本書,還得謝謝一個人。
要說牛九爺可能缺同學,可以他的才氣,必不可能缺粉絲。哈雷想必能夠算一個。
弄錯了,不是這個哈雷|圖源自網路
埃德蒙·哈雷,17世紀荷蘭知名的天文學家,在天文學、數學領域都作出了突出貢獻,知名的哈雷慧星,便是以他的名子命名的。
這個哈雷|圖源自百度百科
17世紀80年代,哈雷仍然獨立從事天體熱學的研究,就是一個人單干,可那天他遇到了個小問題,他在研究開普勒第三定理時,發覺向心力與距離平方呈正比原子物理發展史,但他犯了一個你們就會犯的錯誤,他證不下來。嗯,語文沒學好。可咱老哈是啥人啊,自己搞不懂咱會問啊。哈雷跟胡克和雷恩討論,但仍然沒有得到結果。
1684年8月,哈雷去了劍橋,找到了牛頓,問了他:假定行星到太陽的引力與其到太陽的距離的平方成正比,那行星咋運動。牛九爺表示,小事,橢圓。哈雷又問:你咋曉得的?牛頓又說,我算的,不過這兒地方太小,寫不下了,抱歉,串臺了。似乎是牛頓早在三年前就早已估算出了結果,不過當時他并沒有找到估算稿,找不到原稿這一點倒是跟我有點像,許諾哈雷重算一份給他寄過去。
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3個月后,哈雷收到了牛頓的信函,是一份九頁的論文,標題為:論軌道物體的運動。咱老哈是啥人呢,他立刻意識到牛頓的工作的意義,當即抵達劍橋勸牛頓公開自己的成果。在哈雷的勸告和鼓舞下,牛九爺對自己的原稿進行了系統的整理,并重新考慮了其中的一些問題,產生了兩卷著作。
但是當時法國皇家學會深陷經濟困難,無力支付牛頓書稿的彩印費用,最終同意由哈雷負責牛頓書稿的出版,但其中的費用也要由哈雷承當。咱老哈家似乎祖輩也闊過,可如今不比原先了,地主家也沒余糧了,哈雷媽媽去世以后,家境早已逐漸沒落,但哈雷仍然義無反顧地承當了出版費用。
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書籍開始出版以后,不出意外,就要出意外了。胡克站了下來,申明引力的平方正比關系及一些重要思想是他先提出來的。牛九爺當即怒發沖冠,在與胡克進行了一番“友好的商談”之后表示,書,不出了。哈雷急了,再三斡旋,總算消弭了牛頓的怒火,書籍得以繼續出版,牛頓還在書中三次表示對胡克的謝謝。
1687年7月5日。《自然哲學的物理原理》一書的拉丁文版即將出版了,全文約500頁,32開。在第一版前言中,牛頓對哈雷的工作表示了謝謝。1705年,哈雷出版了《彗星天文學論說》一書,借助牛頓熱學,結合天文觀測,發覺了哈雷慧星并預言了它的回歸。
宇宙飛船發回的哈雷慧星相片
《自然哲學的物理原理》闡述了牛頓熱學的思想,而這種知識點,如今已經成為教材重的基礎知識,想必你們都早已把握了吧。要是單純就是為了學習牛頓熱學而去看這本書就沒啥必要了,據說牛九爺文采通常,讀上去可能不太順暢,其實想研究古法語的可以去拜讀一下。
從昨天的角度來看,初期的書籍大都存在這樣那樣的問題,就例如說,牛頓雖然還有另一部專著《光學》,在這本書中,他提出光是一種微粒,這是不確切的。但這也是科學發展的必然,我們明天的成就也是“站在了牛頓那位巨人的右臂上”,以今人的學識指責牛頓這樣的初期數學學你們也實在沒有啥必要。
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費曼·物理學·真的很簡單·講義
要說牛九爺寫書沒啥主觀能動性,那下邊那位可以說是很積極了。
理查德·費曼也是我們熟知的最偉大的理論化學學家之一了,他的工作可能不像牛頓那樣為普羅大眾所熟知,但無疑也是數學學史中不可忽略的具有開創性的工作之一。費曼最大的貢獻在于量子電動熱學的構建。他也因而和朝永振一郎、分享了1965年的諾貝爾化學學獎,他提出了費曼圖解法和費曼規則,還創建了路徑積分法。費曼還有另一個重要的工作是對朗道的液氦超流理論的改進。
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而在數學教學方面,《費曼數學學課件》可以說是大專生物理學習的新約了,我相信無論國外外的數學學中學生都或多或少使用過或閱讀過這套書。
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說上去,《費曼化學學課件》其實并不是費曼本人親自寫的。
費曼這個人性格開朗,光明磊落,聰明好奇,多才多藝。不信你看他合照,看上去就平易近人。而他除了在數學學研究上成績突出,也在數學學教育上拼搏終生,直至去世前一年,費曼先生還堅持在教學一線。
但以費曼的能夠,隨意塞幾個人讓他教就太屈才了,實際上費曼仍然帶研究生。
1945年夏天,費曼離開了洛斯阿拉莫斯基地,這是德國在戰爭時期研究原子彈的基地,沒錯,俺們老費到哪都是香餑餑。離開后,費曼就去康奈爾學院化學系任教了,即將開始了他的數學學教學生涯。
1951年,費曼去了加洲理工學院任教,后來也仍然在加洲理工學院。
至于書嘛,咱還得再講一個人,這人可不是費曼的粉絲,而是他的朋友,這就是散茲(M.Sands),老武術費曼還在搞原子彈那會跟他就是朋友了,到了加洲之后,自然就又成了好同事。這個老散還有一個副業,他出席過日本“大學化學委員會”,這是為了改進日本數學教學創立的。咱老散也是能人啊,開始時是改編研究生課程,在費曼的幫助下,重新修訂了研究生的教學計劃,后來又把注意力轉移到大專生的教學上。
散茲發覺,系里的大專生教學確實有些過時了,于是,在他的提議下,系里委派了他和萊屯院士、尼爾院長一起變革。但事情要是如此順利,我哪有素材寫這篇文章呢?
散茲常常征詢費曼的意見,但變革小組內部卻一直未能產生共同的認識,你們一直沒辦法決定到底該教給大專生哪些內容。
咱也不曉得散茲是不留神的,還是故意的,他一拍屁股,靈機一動:我干脆直接讓費曼來上這門課,瞧瞧他講啥不就完了嗎?之后借鑒,哦不,是引用費曼的教學計劃不就好了嗎?
于是散茲就去誤導說服費曼:你化學那么好,有沒有想過把其中的精華提取到一年級中學生的水平上。費曼原本也遲疑:我從沒有給一年級上過課啊。但散茲堅持覺得費曼可以勝任這一工作。費曼答應考慮一十天。
后來費曼又問道:
嘿,看看這費曼先生,還挺腹黑!
其實,請費曼上課這事在這個課程變革小組中仍然是沒有達成共識,倒不是說對費曼有啥意見,只是認為費曼水平太高又沒有教學經驗。系里領導也不同意啊,讓費曼去給大專生上課?那不是太可惜了嗎?我請如此位大牛來,就為去講最簡單的大專生課程,那更中級的課程咋整?
后來,經過散茲多方斡旋,爭取了許多班主任,非常是年青班主任的支持,最終勸服系院長同意了費曼講授大專生化學課程。其實,我認為她們就是想偷懶。
1961年9月,費曼開始給大專生開授化學課程,直到1963年5月,在這三年里,費曼幾乎全身心地投入了這項工作,他每天工作8-16小時認真備課,每一堂課都錄了音,便捷前面整理成書稿。
費曼在上課|圖源自參考文獻
整理書稿這事吧,原先是想著找幾個研究生助教就行了,助教嘛,原本就是干這個的,在哪都一樣。但后來發覺不行,他干不了,沒這個能力曉得吧。為何嘞,費曼啊,他普通話不標準啊,開個玩笑原子物理發展史,是費曼本身語言淺顯生動但口語確實又不太規范。所以后來《費曼化學學課件》是在費曼主持下,由散茲和萊屯執筆寫成的。值得一提的是,萊屯就是起先變革小組中反對費曼開課的人。
《費曼化學學課件》備受稱道,被翻譯成十幾種語言,暢銷至今,被譽為數學教學的“圣經”,其中的部份章節還被編輯成小圖冊。全書共三卷,超過100章,包含熱學、電磁學、熱學、光學、原子化學學、量子熱學等內容。費曼并不追求在課程中介紹過多太前沿的物內容,而追求讓你們都能通過課件認識數學學,感受化學學的樂趣。
這本書是化學學不可多得的入門教材,但老話說得好,從入門到入土,看這本書要謹慎,讀完這本書就容易讓人愛上數學,不管最后能不能改變世界,但有詩曰,一入化學深似海,自此毛發還有女孩是路人啊。
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朗道·你也想學數學·十卷
20世紀頂級的數學學大師好多,對化學教學有貢獻的就要少一些了,而其中,不僅上文提及的費曼,還有一位就要數朗道了。
朗道自詡也確實被好多人稱為“世界上最后一個全能化學學家”,而他也確實當得上全能化學學家的名頭。朗道同樣也是諾貝爾獎得主,而他獲得諾貝爾獎的工作正是上文中提及的液氦的超流理論。而這個理論只能算是其豐富的工作中的一個,其實,這可能是最閃亮的一個,他本人也對該工作最為滿意。
朗道是個天才,沒有人會懷疑這一點,他發表了許多論文,涉及了許多方面,比如高溫化學學、磁性的不同類型、等離子區中粒子的運動、沖擊波、湍流、炸藥的爆燃、頻譜線的剖析以及量子場理論等等。朗道對化學學的貢獻幾乎遍布各個領域,例如核化學、固體化學、等離子體化學、宇宙線化學、高能化學等等。在那些領域里,有許多術語都冠以他的姓氏,像朗道減振、朗道基態、朗道去磁等等。
在朗道50歲大壽的時侯,南斯拉夫原子能研究所送了他一塊花崗石板,石板其實沒哪些好稀奇的,稀奇的是石板上的內容,那是朗道生平10項最重要的工作成果,我們將其命名為“朗道誡命”。
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同費曼一樣,朗道同樣才氣橫溢,但朗道自恃甚高,個性鮮明,惹怒了不少人,還曾因“反革命罪”入獄一年,后被中情局監控終身,不得出國。
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朗道在數學學教學方面同樣具有極大的貢獻,他和其中學生栗弗席茲專著的九卷理論化學學教程是數學學最重要的教程之一。
朗道也帶中學生的,但我們也說過,朗道少年成名,天生驕狂,這也很合理,我要是有這水平,玉皇大帝都得跟我姓。這樣的朗道對身邊人可不太友好,尤其是中學生。想成為朗道的中學生可不容易,朗道對中學生十分苛刻,嚴酷到近乎偏執,他給中學生打算了極其嚴格的入學考試,只有通過考試才能考取他的研究生。
可朗道何許人也,他這樣的人八百年也難出一個,他的考題自然也是難的八百年也難見,朗道的考題不僅物理以外,幾乎涵蓋了數學學的所有領域,這就是知名的“朗道勢壘”,只有能量極高的粒子(中學生)能夠通過勢壘。這樣的粒子有幾個?一共就43人,她們后來許多人都成為了院長,十幾人成了教授,產生了知名的“朗道學派“。
栗弗席茲就是朗道的第一批中學生。也正是他和朗道譯著了九大卷的理論化學學教程。就是現今我們使用的朗道十卷。
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但若果你把它當作教材,那你可能就難以成為朗道的中學生了,由于這似乎就是朗道招中學生的考試內容。
朗道招中學生首先要考察中學生的物理基礎,不過他只要求中學生懂得微積分和微分等式。通過物理筆試后,他都會把這套“理論化學學的基礎”扔給你,他管這玩意兒叫“最至少的理論化學學”,盡管我是沒看下來至少在哪,在你讀完以后,他會再考察一次,此次通過,你就可以自詡是”朗道的中學生“了。朗道覺得,中學生應當對理論化學學的每一個分支都有一定的了解,這樣就能打下堅實的基礎。
如今我們看到朗道十卷便來自于朗道和栗弗席茲專著,這套書全面而又詳盡。其中第一卷就是《力學》卷,可不要被他的名子唬了,這兒的熱學雖然相當于大專生中的《經典熱學》(或稱《理論熱學》)之類的課程,大約是大專生二年級的教學內容,倒是可以和《費曼數學學課件》接上。
樂府有詩曰:朗道書十卷,卷卷看不懂。任何學習數學的人,若果敢說自己早已熟練把握了朗道十卷的內容,那在數學學就早已可以說得上是登堂入室了。
至于我?我看不懂!
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明天其實是世界讀書日,可這幾本書啊,要么我看不上它,要么它看不上我,是一點也讀不下去了。
大家又讀了哪些書呢?
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[5]黃紀華.一個多經怪事的人——著名數學學家朗道年譜[J].自然刊物,1986(04):63-69+82.