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话题

教育与推广

带有公式的物理入门

28 Mar 2013

理论上的最低要求:开始做物理学需要知道的
伦纳德·苏斯金德 and George Hrabovsky
2013年基础书籍£20.00 / $ 26.99hb 256pp

渴求物理

通俗科学书籍的口头禅是尽量减少方程式的使用。在 理论上的最低要求:开始做物理学需要知道的,Leonard Susskind和George Hrabovsky的作者采取了相反的方法,为受过教育的普通大众编写了一本物理书籍,其中强调解决物理问题所需的数学。

当我第一次听说这本书的前提时,我很感兴趣。是否有一群人想解决物理和数学问题,而不是简单地阅读大多数流行科学书籍中的标准票价“ gee-whiz物理学”?令我惊讶的是,显然有。 理论最小值 是Susskind在斯坦福地区向普通公众介绍的一系列演讲的产物–所有这些都可以通过视频录制到网上–这些讲座吸引了许多在Susskind的人’s words “渴望学习物理 ”。实际上,哈拉波夫斯基本人就是其中之一。现在,Hrabovsky是致力于研究和教育的麦迪逊地区科学和技术组织的主席,他没有接受过正式的科学培训,但是自学了物理学和数学–大概是通过类似于 理论最小值.

对传统大学学位以外的学术学习的渴望使我想起了所谓的大规模开放式在线课程或MOOC的快速发展:开放式访问(即免费)大学课程,为任何年龄或背景的人们提供了机会以自己的步调学习感兴趣的主题(请参见印刷版的p9)。像MOOC, 理论最小值 使知识爱好者可以大胆地攻读大学学位期间通常会遇到的物理和数学问题。正如Susskind所说,它旨在“曾经想学习物理,但生活妨碍了人们的人”.

这本书以11的形式写 涵盖古典力学的简短讲座,以及有关电磁学的最后一章。尽管充满了方程式,但它仍然非常可读。通常以几种不同的方式很好地解释了抽象概念,以使读者对手头的原理有一个很好的概念概述。例如,不必理解给定方程式的每个细节即可理解其功能和用途,因为这些已在本文中进行了解释。此外,每堂课都包含一些练习,使读者可以将自己的解决问题的技能付诸实践。 (练习的解决方案已发布在Web上。)前三章包括有关三角函数,矢量符号,微分和积分的数学插值。这些讨论是完整的,对于那些已经熟悉微积分的人来说,这是一个很好的提醒。但是,它们也很简洁,对于希望首次学习它的人来说可能太高级了。

我对最终获得对拉格朗日和哈密顿力学的基本了解感到满意

这真的只是您开始做物理学所需知道的最低限度吗?对我来说,答案很明确“no”:这本书涵盖的内容远不止最低要求。前五章涵盖了运动和动力学的经典古典力学原理,包括能量和动量守恒,而本书后半部分则覆盖了材料(第6章)–12)通常被认为“高级古典力学”. This material –其中包括拉格朗日和汉密尔顿力学及其在电磁力中的应用–通常它不在英国的本科生水平上讲授,因为它不是物理研究所发布的《物理核心课程大纲》的一部分。确实,我在牛津大学的大学物理学位课程中没有涵盖这些主题。这样,我可以证明这本书的可读性:我能够理解一个我从未见过的方程式所代表的含义,而不必拆开并理解组成该方程式的每个术语。实际上,我最终终于对拉格朗日和汉密尔顿力学有了基本的了解,这使我感到满意,因为有时我希望我们能以我的学位涵盖这些学科。读完Susskind的文凭后,我什至觉得自己部分被骗了’认为欧拉–拉格朗日方程包括“简而言之,所有经典物理学”!

但是,我对填补本科学位所留下的一些漏洞感到满意的另一面是:我发现自己想知道一个人有多少 接受过正规的数学或物理培训会真的摆脱 理论最小值。本书中介绍的概念不仅先进,而且抽象而又不直观,我想对于那些刚接触该主题的人来说,这将是令人生畏的。至少,它们会让新来者挠头。这本书实际上是关于解释数学和抽象物理学的,几乎没有将这些概念与日常生活联系起来。另外,在很多情况下,我认为解释将受益于一两个图。 Susskind是弦理论的奠基人之一,可以说是物理学中最抽象和最理论的领域之一。但是,我们其他人却不是:我们需要一种更切实的学习方式。

总而言之,尽管这本书可能为许多读者提供了讨价还价的机会,但它确实提供了对先进古典物理学概念的清晰描述,并为希望挑战的读者提供了以新方式锻炼大脑的机会。由于附带的信息很广(例如,练习和在网上录制视频的讲座),它还使他们能够按自己的节奏学习,希望大多数人会从中获得乐趣和满足感。如果广大公众真的愿意参加这些类型的课程,这些课程既严谨又充满挑战,我会积极鼓励他们。

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