費曼的6堂Easy物理課(改版)

Six Easy Pieces:Essentials of Physics Explained by Its Most Brilliant Teacher

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商品訊息

  • 追蹤分類 ?
  • 作者:理查.費曼 追蹤作者 ?
  • 出版社:天下文化 追蹤出版社 ?
  • 出版日:2013/8/22
  • ISBN:9789863202646
  • 適讀年齡:成人適讀
  • 定價:300
  • 特價:79237
  • 紅利可抵: 7
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  • 配送地區: 全球、 香港OK、 台澎金馬
  • 付款方式: ATM、 信用卡、 LINE Pay、 街口帳戶支付、 貨到付款、 PayPal、 FamiPort、 取貨付款

內容簡介

出版緣起

這本書《費曼的6堂Easy物理課》之所以面世,乃是基於我們認為有此需要,把基礎物理知識中,一些經過費曼教授認知、篩選、整理出來的,非常重要但技術性不高的部分,能夠廣為介紹給一般讀者大眾。我們從費曼最著名的劃時代作品,發行於1963年的《費曼物理學講義》(Lectures on Physics)中,挑選出最容易叫人懂的6堂課來,彙集成此書。讀者的運氣算不錯,費曼當年在撰寫該套課程講義時,在討論一些重要議題上,他沒有依樣畫葫蘆按照教科書的慣例,全部倚賴數學的幫助來作闡釋。費曼獨樹一幟,選擇了偏重描述的方式。我們特別把這些個絕少數學式的課程單元,湊合到一塊,遂成為本書的內容。

珀修斯圖書公司(Perseus Books)藉此機會,向戴維思(Paul Davies)教授致意,謝謝他特地為這本新輯,撰寫了一篇卓有見地的導讀。我們把他這篇導讀放在書首。接下來是從《費曼物理學講義》轉載過來的兩篇序文,一篇是費曼教授本人所撰,另一篇則出自他的兩位當時同事之手。轉載的原因是這兩篇序文裡面,談到《費曼物理學講義》各章之間的來龍去脈,同時也告訴我們一些費曼個人生活細節,以及他對科學的看法。

最後,我們要感謝加州理工學院物理系所檔案室的所有工作同仁,特別是古德斯坦(Judith Goodstein)博士的鼎力相助。此外還要感謝哈特菲德(Brian Hatfield)博士,他從此書的最初起意,到終於付梓出版的這段時日中,不斷提供我們非常寶貴的參考資料和建議。

■中文版編輯說明:

1. 本書《費曼的6堂Easy物理課》與姊妹作《費曼的6堂Easy相對論》都收錄了《費曼物理學講義》轉載來的兩篇序文。為了維持這兩本衍生作品各自的連貫性,在中文版裡,轉載而來的兩篇序文皆放在書末附錄中,請見附錄一〈最偉大的教師〉及附錄二〈費曼序〉。

2. 《費曼物理學講義》英文版是一套三巨冊的巨著(中文版拆成十四冊),成書時間早於《物理之美》。本書的六堂物理課,依序取自《費曼物理學講義》第I卷〈力學、輻射與熱專輯〉的第1章、第2章、第3章、第4章、第7章及第37章(也是第III卷〈量子力學專輯〉的第1章),其中後三堂講解能量守恆、重力理論、量子行為的課,部分內容與《物理之美》略有重疊。

3. 中文版的費曼照片,均購自the Archives, California Institute of Technology(加州理工學院檔案),獲得授權使用。

作者

費曼Richard P. Feynman

1918年,費曼誕生於紐約市布魯克林區,1942年,從普林斯頓大學取得博士學位。第二次世界大戰期間,他曾在美國設於新墨西哥州的羅沙拉摩斯(Los Alamos)實驗室服務,參與研發原子彈的曼哈坦計畫(Manhattan Project),當時雖然年紀很輕,卻已經是計畫中的重要角色。隨後,他任教於康乃爾大學以及加州理工學院。1965年,由於費曼在量子電動力學的成就,與朝永振一郎(Sin-Itiro Tomonaga)、許溫格(Julian Schwinger)兩人,共同獲得該年度的諾貝爾物理獎。

費曼博士為量子電動力學理論解決了不少問題,同時他首創了一個解釋液態氦超流體現象的數學理論。之後,他跟葛爾曼(Murray Gell-Mann)合作,研究弱交互作用(例如貝他衰變),做了許多奠基工作。後來數年,費曼成為發展夸克(quark)理論的關鍵人物,提出了在高能量質子對撞過程中的成子(parton)模型。

在這些重大成就之外,費曼博士把一些基本的新計算技術跟記法,介紹給了物理學。其中包括幾乎無所不在的費曼圖,因而改變了基礎物理觀念化與計算的過程,成為可能是近代科學史上,最膾炙人口的一種表述方式。

費曼是一位非常能幹有為的教育家,在他一生所獲多得數不清的各式各樣獎賞中,他特別珍惜1972年獲得的厄司特杏壇獎章(Oersted Medal for Teaching)。《費曼物理學講義》一書最初發行於1963年,當時有位《科學美國人》雜誌的書評稱該書為「……真是難啃,但是非常營養,尤其是風味絕佳,為二十五年來僅見!是教師及最優秀入門學生的指南。」為了增長一般民眾的物理知識,費曼博士寫了一本《物理之美》(The Character of Physical Law)以及《量子電動力學》(Q.E.D.: The Strange Theory of Light and Matter)。他還寫下一些專精的論著,成為後來物理學研究者與學生的標準參考資料跟教科書。

費曼是一位建設性的公眾人物。幾乎家喻戶曉他參與「挑戰者號」太空梭失事調查工作的事跡,尤其是他當眾證明橡皮墊圈不耐低溫的那一幕,是一場非常優雅的即席實驗示範,而他所使用的道具不過冰水一杯!比較鮮為人知的事例,是費曼博士於1960年代中,在加州大學課程委員會任上所做的努力,他非常不滿當時教科書之庸俗平凡。

僅僅重複敘說費曼一生中,於科學上與教育上的無數成就,並不足以說明他這個人的特色。正如任何讀過他即使最技術性著作的人都知道,他的作品裡外都散發著他鮮活跟多采多姿的個性。在物理學家正務之餘,費曼也曾把時間花在修理收音機、開保險櫃、畫畫、跳舞、表演森巴小鼓、甚至試圖翻譯馬雅古文明的象形文字上。他永遠對周圍的世界感到好奇,是位一切都要積極嘗試的模範人物。

費曼於1988年2月15日在洛杉磯與世長辭。


師明睿

普度大學生物化學博士。先後在衛生署預防醫學研究所、中研院生醫所及生農所籌備處從事研究,參與台灣疫苗政策評估規劃、日本腦炎新款疫苗研發、以及中草藥金線蓮藥理之動物研究,現任職於疾病管制局。暇時從事自由翻譯工作。譯作有《費曼的6堂Easy物理課》、《費曼的6堂Easy相對論》、《觀念物理Ⅲ:物質三態.熱學》(皆為天下文化出版)等。

翻譯本書第1-5堂課。

審訂者簡介

高涌泉

加州大學柏克萊分校物理博士。現任臺灣大學物理學系教授,專長為場論與粒子物理,認為量子力學是最奇妙的學問。喜歡柏拉圖、達爾文、愛因斯坦、費曼、魯迅的作品,也喜歡看各式各樣的電影與棒球比賽。除了學術論文以外,著有《另一種鼓聲:科學筆記》、《武士與旅人:續科學筆記》。

翻譯本書第6堂課。

目錄

出版緣起
導讀 偉哉!費曼 戴維思

第1堂課 運動中的原子
物理該從哪兒學起?
一切物質由原子組成
原子與變化過程
化學反應

第2堂課 基本物理學
這就是科學方法
1920年以前的物理學
量子物理學
原子核與粒子

第3堂課 物理學與其他科學的關係
物理無所不包
化學
生物學
天文學
地質學
心理學
它是怎麼來的呢?

第4堂課 能量守恆
能量是什麼?
重力位能
動能
其他形態的能量
其他守恆律

第5堂課 重力理論
行星運動
刻卜勒定律
動力學之發展
牛頓的重力定律
萬有引力
卡文迪西實驗
重力究竟是什麼?
重力與相對論

第6堂課 量子行為
原子力學
子彈實驗
水波實驗
電子實驗
電子波的干涉
觀看電子
量子力學的首要原理
測不準原理

附錄一 最偉大的教師
附錄二 費曼序

序/導讀

導讀

偉哉!費曼

社會上普遍有種錯誤的想法,總以為科學是完全客觀的,不但不會因人而異,更不會感情用事。對比之下,科學以外的各種人類活動,則多多少少會受到一般潮流動向、突發的時尚風潮,以及當事人的性格、偏好所左右。唯有科學,得受制於科學社群都同意的規則、步驟,與嚴密的測試、檢驗。科學僅著重於得到的結論,而不在乎誰是做研究、做實驗的人。

以上說法顯然是無稽之談,科學既然靠人推動,就跟其他人類活動相同,都會受到大環境趨勢及個人意念的影響。在科學領域,研究潮流的趨向受到主題素材選擇的影響並不大,卻相當取決於當時科學家對整個世界的看法。

每個時代的科學研究,都會各自開闢路徑,走出自己的不同方向來。一般是由少數幾個能力卓越的人士在前面領導開路,然後大批研究人員在後跟進,那些開拓者不但訂定了此後的研究內容與程序,通常還會指明,什麼是用來解決問題的最好方法。有些時候,少數科學家在獲致相當身分地位後,往往躋身成為家喻戶曉的人物。而其中三、五佼佼者,因為天才橫溢,甚至被整個科學社群尊崇為偶像。

在過去幾個世紀裡,牛頓一度就是這麼一位科學偶像。牛頓在有生之年,以身作則,樹立起紳士型科學家的典範。他為人熱情虔誠,人際關係良好,遇事不慌不忙,一切講究方法。他研究科學的方式,在其身後長達兩百年期間,被人們摹仿,並奉為圭臬。

一直要等到二十世紀的前五十年裡,愛因斯坦崛起,才逐步取代了牛頓,成為科學家心目中的新偶像。愛因斯坦的諸般想法皆與眾不同,他平素不修邊幅,一派德式作風,外表看來一副漫不經心的模樣,其實整個人的心思全集中在研究工作上,是一位不折不扣的抽象派思想家。愛因斯坦喜好追究問題背後的基本概念,也因此改變了近代物理學的走向。

打造新物理學的第一層樓

如今,費曼已經成為二十世紀末物理學界的新偶像,為美國獲得如此崇高地位的第一人。1918那年,費曼出生於紐約州,在美國東海岸一帶成長受教育。因為出生年份稍晚,沒能夠趕上那個發生在本世紀頭三十年間,光輝燦爛的物理學黃金時代。在那個時代,物理學有兩項革命性的偉大發現,那就是相對論與量子力學的同時興起。除了世人為之觀感完全一新外,這兩樣新發現也奠下了如今我們稱之為「新物理學」這棟大廈的地基。

費曼的事業從一開始,就是在這棟新大樓地基上,協助建造出新物理學大廈的地上第一層。他所做的貢獻幾乎遍及這門新學問的各個細枝末節,並且深刻雋永的影響到當今物理學家對物質宇宙的看法。

費曼是一位出類拔萃的理論物理學家。他的兩位前任偶像中,牛頓身兼實驗跟理論大師,且在修為程度上,雙方面無分軒輊。而愛因斯坦簡直可說是完全藐視實驗,他寧可把自己的一切信念都訴諸於純淨的思考。

費曼礙於所處的時勢環境,不得不創建出一套理論性的說法來闡述大自然,但他卻始終能夠保持不跟那個只顧現實、裡面布滿糟渣陷阱的實驗世界,完全脫節。甚至在他辭世之前不久,年邁的費曼教授還在眾目睽睽之下,手裡拿著一個橡皮環,浸入冰水,來說明「挑戰者號」太空梭何以發生了災難。凡是目睹過那一幕的人,都被深深感動。費曼的確是一位擅長引人注目、並且十分務實的思想家。

在事業初期,費曼在研究次原子粒子理論上,尤其是在所謂的量子電動力學(quantum electrodynamics,簡稱QED)議題方面,闖出了極響亮的名聲。事實上,整個量子理論正因為該議題才蓬勃發展起來。

早在1900年,德國物理學家蒲郎克(Max Planck)就提出報告說,前此被大家認為是「波」的光及其他電磁幅射,在與物質發生交互作用時,行為卻很弔詭的像極了一個個小包裝的能量,亦即所謂「量子」。由於跟光扯上了關係,這些量子後來又稱作光子。在1930年代初期,研究這門嶄新量子力學的學者曾經想辦法拼湊出一套數學架構,來描述諸如電子之類的帶電粒子如何釋出跟吸收光子。雖然這項早期的QED表述系統多少跟實際現象有些相容之處,但它的理論顯然有重大瑕疵。在許多情況下,用它來計算特定的物理問題所得到的答案,往往前後矛盾,甚至出現無窮解。

費曼圖另闢蹊徑

1940年代末期,當時仍甚為年輕的費曼,把他的注意力轉移到這個問題上,開始想法子打造一個不矛盾的QED理論來。

為了健全QED的理論根基,新理論不但必須切合量子力學的原理,還不得與狹義相對論的原理衝突才行。然而量子力學和相對論這兩套理論,各自擁有獨特的數學機制,裡面各自包含非常繁複的方程系統。理論上,只要把兩個數學機制結合攏來,經過妥當搭配,自然能夠產生出一套讓人滿意的QED理論素描來。不過如此說來似乎容易,要付諸實現可是困難重重,在在需要極高難度的數學技巧。這也正是與費曼同時期的物理學家一致努力的方向,也無怪大夥兒成績都乏善可陳。

然而費曼本人呢,他卻沒跟著大夥兒一起起鬨、兜圈子,他另闢蹊徑,找到了一個截然不同的解決方法。費曼的方法到底有多麼不同呢?事實上,他能夠完全不動用數學,就把答案直截了當的寫下來。

為了幫助演繹他這個憑藉直覺而來的不尋常成就,費曼發明了一套冠以其名的簡單圖解系統——費曼圖,雖只是些符號,但在描述電子、光子及其他粒子之間交互作用時所發生的一切,具有無與倫比的啟發性。如今費曼圖已廣為科學家採用,當作輔助計算的例行工具,但是當初在1950年代初期剛問世時,它可是出乎一般人意料之外,且被認為是與研究理論物理的傳統方式大相逕庭的做法。

雖然量子電動力學在物理學發展過程上,是件劃時代的大事,但是為它建立一個不矛盾的理論這件事,對費曼來說,僅只是他一生事業的開端。並且藉此考驗,費曼樹立起個人獨特的處事風格,此風格種下了宿因,使他爾後在物質科學的諸多項目上,一連串獲致許多極重要的成果。所謂的費曼風格,可以詮釋為一種對人類既有智慧抱著尊崇但不拘泥的態度。

治學態度灑脫不羈

物理學是一門講究精確的科學,其中已累積下來的知識雖仍非完備,卻不能被輕易擱在一邊,不加理睬。

費曼年紀輕輕時,就已經把物理學上所有已被接受的原理,了然於胸。後來他做研究時所選題材,幾乎全部屬於傳統問題。他不是那種天才人物,喜歡獨自前往人們不注意的範疇內拚命努力,以期能撞見奧妙的新事物。他的特殊天分,是擅長找出與眾不同的方式,來解決熱門的主流問題。也就是說,他能夠避開既有的老套框框,靈活運用直覺,建立他自己的法門。

相對之下,絕大部分的其他理論物理學家,篤信謹慎、仔細的數學計算;對他們來說,數學計算不只提供他們到未知領域的方向指引,也是幫助他們隨時保持平衡,避免摔跤的枴杖。而費曼的治學態度則非常瀟灑不羈,讓你覺得他能夠一眼看透大自然,簡單得有如翻書一樣。然後根據他的了解,不須經過麻煩複雜的分析,就能直截了當的把結果描述出來。

確實,費曼這種做研究的態度,表現出他對拘泥於形式,抱持正面的蔑視。不過我不確知在這背後,需要什麼樣程度的創造天分來配合,才能具體實現。

理論物理學是一種最難的腦力激盪,它是一些難以想像的抽象觀念跟極其艱深複雜的數學的組合。對絕大多數物理學家來說,似乎唯有保持兢兢業業、遵守最嚴謹的心智紀律,才能冀望有所進境。然而費曼顯然與眾不同,他似乎能夠優游於這些嚴肅課題之間,不用聚精會神,卻一而再、再而三,獲得新的成果,就如同從知識之樹上,摘取現成果子一般容易。

一生愛開玩笑

費曼的作風跟他的性情有著極大的關聯,他在工作上和私底下,都似乎同樣把世界當作一場極其有趣的娛樂遊戲,整個物質宇宙以及他周圍的社會環境,都不斷帶給他迷人的疑問和挑戰。

他一生喜愛開玩笑,完全不把官府當局、學術權威看得很重,就像他從來沒把索然無味的數學形式主義放在眼裡一樣。他這輩子從未心甘情願,容忍世間任何他認為愚蠢的事物,只要他發現有任何規範是多餘,或是訂得沒啥道理,他就會斷然我行我素,拒絕遵守該項規則。
在他自傳式的雜記(《別鬧了,費曼先生》、《你管別人怎麼想》)裡,有許多讓人忍俊不禁的有趣故事。包括費曼在戰時,以機智修理了負責原子彈機密的情治人員;開保險櫃;以異想天開的果敢行為,解除異性對他的戒心。而相對之下,對他那座因為研究QED有成、得來匪易的諾貝爾獎,倒是抱著蠻不在乎、一副可有可無的態度。

除開他厭惡形式框框,費曼對怪異和不明白的事物也非常有興趣。許多人都記得,在他辭世之前不久拍攝的一部紀錄片裡,有一段生動的描寫,講他著迷於一個位於中亞、早已湮滅的古國唐努烏梁海。他的嗜好還包括打森巴小鼓、繪畫、光顧脫衣舞場,以及解譯馬雅文等等。
他那獨特的個性主要是自己培養出來的。雖然費曼不大願意動筆寫東西,但與人交談則口若懸河,一發不可收拾。他極喜歡把心中意念和他過去闖蕩的逸事,當作故事題材告訴別人。這些多年累積下來的軼聞,益發增加了他身上的神祕氣氛,使得他生前就已經成為著名的傳奇人物。

費曼溫良的風度,則使自己備受學生的歡迎,尤以年輕學子為最,往往把他當作崇拜的對象。1988年,費曼因癌症去世,追悼他的加州理工學院學生,展示出一大幅布條,上面簡簡單單幾個大字:「狄克,我們敬愛您!」(狄克是費曼的暱稱。)

傑出的傳道解惑者

隨遇而安是費曼對人生的態度,也是他研究物理的特殊方法,也可說是造就出他這位傑出傳道解惑者的最重要原因。費曼平日忙到根本難得有時間作正式演講,甚至連指導博士班學生也抽不出

詳細資料

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    • 編/譯者
    • 師明睿
    • 語言
    • 中文繁體
    • 規格
    • 軟精裝
    • ISBN
    • 9789863202646
    • 分級
    • 普通級
    • 開數
    • 25開15*21cm
    • 頁數
    • 328
    • 出版地
    • 台灣
    • 適讀年齡
    • 成人適讀

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