這本書有多少年了? 看看序言推薦的是誰——
欣賞科學之美和奇跡
楊振寧
1997年1月17日,我發表題為《科學工作有風格嗎?》的演講。 后來收入《黎明集》時,這次講座的題目就寫成了“美與數學”。
在那次演講中,我提到數學是從實驗、現象學理論到理論框架,從表層到深層的發展。 表面有表面的結構和表面的美感。 對現象學理論的進一步研究揭示了更深層次的美。 進一步的研究展示了極其深刻的理論框架之美。
牛頓運動多項式、麥克斯韋多項式、愛因斯坦狹義相對論方程、狄拉克多項式、海森堡多項式以及六個其他多項式是數學理論框架的支柱。 他們提煉了幾個世紀的實驗工作和現象學理論的精髓,達到了科學研究的最高水平。 他們用極其凝練的物理語言寫出了化學世界的基本結構,可以說是造物主的詩篇。
我認為年輕學生應該對科學之美有不同層次的欣賞。 年輕的學生經常問我他應該學習數學還是物理。 我的答案是,這取決于你在哪個領域有更高的判斷能力,更熱愛美麗和奇跡。 愛因斯坦在1949年提到了他選擇數學的原因。他說:“在物理學領域,我的直覺不足以區分什么是真正重要的研究楊振寧和霍金在物理學界的排名,什么只是不重要的課題。在數學方面,我很快學會了如何找到根本問題來解決問題。”從事于。”
因此,對于青少年學生來說,有必要對自己的喜好和判斷能力有一個正確的自我評價(即科學的欣賞)。 從這個角度來看,本書邀請讀者“分享對科學的熱愛和興趣,領略科學的奇妙和美麗”是非常有意義的。
(《物理之美》作為“科學之美叢書”之一,由上海大學出版社于2011年出版。本文是著名化學家楊振寧院長對“科學之美叢書”的介紹) ,精裝本版本繼續沿用此序言,僅作少許改動。)
節日新書榜單推出后,大賽共收到191份“我想寫書評”的申請,其中43份想閱讀《物理之美》并寫書評。 小賽挑選了兩款新云閱讀器,并送出了樣書。 這兩個靠譜的男人如期回到了書評。 他們的印象如何?
邢林清
本書并不是在談論簡單的化學現象之美,而是試圖在掌握現代數學發展的基礎上尋找化學理論和理論結構之美。
全書除去引言和雜注共9章,每章主要圍繞1-2位化學家,從開普勒、牛頓、玻爾茲曼、麥克斯韋到愛因斯坦、海森堡、狄拉克、楊振寧等,表達他們的研究問題,研究方法、口才成就,穿插著對人物生活、性格、愛好的挖掘,為本書增添了很多趣味,讓讀者了解到一位著名的偉大科學家背后有一些不為人知的故事; 書中自然地穿插了許多具有歷史意義的插圖,與文字一樣精彩。
本書的核心思想圍繞著“美”二字,比如書中提到的三種美——現象之美、理論描述之美和理論結構之美。
按照作者的觀點,現象之美是“構成科學學科的這些實體所呈現的美的現象”,而這些美只有通過觀察才能獲得,無需特定的理論知識。
“理論之美是對物體自然規律的反映,它的簡潔與和諧使人形成一種令人愉悅的美?!?作者為理論之美給出的反例有引力定理、熱力學第一定理、第二定理等——根據牛頓引力定理預測哈雷彗星的返回時間,并證明黑洞不是黑的根據熱力學第二定律,同樣,由于掌握了一定的科學理論知識,人們就能一睹大自然的奧秘,給人以極大的美感。
“理論結構之美是指理論具有優美的結構。20世紀以后,一般指理論本身的物理結構?!? 《方程》的靈感來源于他對數學最高境界“結構美”的直覺欣賞,而他幾乎從不關注實驗數據。但就是這樣一個物理結構美至上主義者,卻成為嫁接量子熱的第一人和相對論在一起”,他創造了一種學習數學的新方法。 他以直接推測多項式的方式進行干預,然后試圖解釋它……”。
這三種美可以通過數學的三個領域來實現。 所謂化學的三個領域,即實驗、現象學理論和理論框架。
實驗與現象學理論的結合是實驗化學,現象學理論與理論框架的結合是理論化學。 理論化學的語言是物理學。 現象規律發現了更大的統一理論,完善了基本的理論框架,并在這個過程中逐漸指出了數學的美學。
正如傳記作家沙利文所說,“所以我們可以發現,科學家的動機從一開始就表現出審美的沖動……科學在藝術上的不足程度,恰恰就是在科學上的不健全程度。” 所說的藝術,就是數學規律的形式美和結構美。 這些美妙之處可能包含在一個多項式中,比如薛定諤多項式、狄拉克多項式,也可能是對守恒和對稱性的追求(盡管弱相互作用的宇稱守恒已經崩潰)。
最后,從個人角度來說,作為一名理科出身的大學生,我也從這本書中收獲了很多額外的東西,比如化學家對理論之美的無限敬佩,以及對發現新知識的無限熱情。并開拓新領域。 好奇和興奮啟示我們,對于未來從事學術的年輕人來說,保持一顆純潔的心是非常重要的。
焦耳花了40年的時間才準確地檢測出熱功當量的值。 我們在做實驗的時候是不是也應該擺脫浮躁的心理,更加用心、純粹地做好當下呢?
張欣(華東理工大學)
縱觀數學500多年的發展史,視野廣闊,展現了數學發展中的理論結構美和物理美; 聚焦數十位化學領域領軍人物,趣味十足,展現頂尖數學家追求美與魅力的勇氣; 收集豐富的真實史料和大量補充資料,相信并表征,窺見理論誕生前后的因果,以智慧啟迪人們; 還有數百幅珍稀圖片,生動細致,記錄了化學界的里程碑和風暴,化學家的光輝,給人以美的享受。
從小學數學到大學數學,零散的數學定理一點一滴地呈現出物質世界的本質,錯綜復雜的世界顯得有序、簡單、清晰。 我時常想,這些神奇而奇妙的數學公式和定理背后是否有著巧妙的聯系? 當主宰一切的數學定理被發現時,化學家鮮為人知的美麗故事是否也出現了? 當我打開《物理之美(圖鑒珍藏版)》閱讀時,問題的答案一一清晰起來。
華北理工學院化學系主任楊建業撰寫的《物理之美》從數學史的發展中尋找數學理論和理論結構之美:看數學史數學發展500多年,視野廣闊,表現在數學科學發展中的理論結構和物理之美; 聚焦數十位化學領域領軍人物,趣味十足,展現頂尖數學家追求美的勇氣和魅力; 它收集了豐富的真實歷史記錄和大量的補充材料。 窺視理論誕生前后的前因后果,會給人以智慧; 還有數百幅珍稀圖片,生動細致,記錄了化學的里程碑和化學家的輝煌,給人以美的享受。
首先,《物理之美》展現了一種歷史之美。 很少有像《物理之美》這樣展示數學發展史的科普書籍。 小學數學解釋了化學的一些零碎定律和公式,大學化學只是拓寬了知識面,而關于這些定律和公式背后的由來和故事卻很少。 作為一名數學愛好者,我不僅滿足于了解這些美麗的定律或公式,還熱衷于了解發展此類理論的化學家的精彩故事以及各種理論背后的聯系——這些內容總是那么令人興奮、啟發思考。 所以我一直在尋找有關數學史的書籍,直到我發現了《物理之美》。
從開普勒三定理到楊振寧規范場論,《物理之美》講述了五百多年數學的宏大歷史。 因此,萬有引力定理與行星運動理論相關,黑洞熱力學與熱力學兩大定理相關,狹義相對論與麥克斯韋電磁理論相關,矩陣熱力學與玻爾氫原子理論相關……各種數學理論之間的關系清晰,聯系更加緊密——這就是歷史的美,展現化學這棵參天大樹如何從幼苗長出葉子、枝繁葉茂的美,是一種清晰的美。
其次,《物理之美》展現了一種故事美。 整本書給人的感覺就像是在講一個故事——但這都是真實的。 它的語言通俗易懂,講的是真話,不像其他流行的化學書動不動就包含幾十個公式,讀起來枯燥無味。 這些故事圍繞著一些頂尖的數學家展開——可以說每一章都以一位化學家和他發現的理論為中心。
比如,在談到愛因斯坦將相對論推廣到加速參考系時,他和居里夫人帶著兩個女兒去野外徒步旅行。 當他們登上河谷崎嶇的巖壁時,正在思考的愛因斯坦突然抓住居里夫人的手,小聲說道:“我想知道,如果一個人從這座山上自由落下,會發生什么?”
又如,海森堡發現矩陣熱力學后興奮不已,黎明前就爬上海灘的巖石,等待日出。 當我們取得了一點小小的成就后,我們會多么興奮地去做一些奇妙的事情。
再比如,當吳健雄進行實驗驗證楊振寧和李正道推翻弱相互作用宇稱守恒的假設時,許多化學家對實驗結果進行了賭注,尤其是費曼和拉姆齊之間的50:1賭注。 這種寫作方式使得這本流行的數學書籍非常有趣和可讀。
再次,《物理之美》具有理論之美。 說到底,這本書是一本科普書,真正起到了“科普”的作用。 本書呈現了數學的三種美——現象美、理論描述美、理論結構美。 理論結構之美主要是物理結構之美。 這三種美,對應著楊振寧院長將數學定義為三個領域——實驗、現象學理論、理論框架。 每一種數學理論都能表達一種美,屬于一個或多個數學領域。
比如書中提到的第谷的天文觀測,屬于實驗領域,他發現了現象的美; 開普勒對數據進行分析發現,開普勒三大定理屬于現象學理論,具有理論描述之美; 牛頓通過物理美的思維總結了萬有引力定理,屬于理論框架領域,展現了理論結構之美。
許多偉大數學理論的發現,都是化學家追求自然和諧與美的結果,而這種美的最高境界就是物理結構之美,如留下的座右銘“數學定理必須有物理美”。圣彼得堡研究所偉大的數學家狄拉克,由于他對數學多項式結構美的直覺追求,他推出了當時引起世界轟動的狄拉克多項式。 而且,當時的其他化學家都認為他的推理是清楚明白的,并且調查問題到目前為止已經沒有什么可以調查的了。 因此,作者說狄拉克的理論“秋水不染塵”。
最后,《物理之美》有內容美。 2019年2月出版的圖鑒集收錄了約500幅精美圖片,是記錄偉大數學事件和人物的不可多得的歷史記錄,值得收藏。 同時,本書摘錄了大量數學家的回憶錄和書信,甚至還有許多化學家創作的小詩。 包含如此多有意義的內容楊振寧和霍金在物理學界的排名,足以說明《物理之美(圖鑒珍藏版)》的價值。
事實上,《物理之美》本身就是一本非常美麗的書。 它就像一雙能察覺美的耳朵,讓我們欣賞化學之美。 俗話說:“一粒沙里有世界,一朵花里有天堂”。 把這本書握在手里,“指間握著無限,永恒勝過片刻”。