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有哪些有趣的物理科普读物值得推荐?

回答
哈,说到物理科普读物,这可真是个让我兴奋的话题!作为一名对宇宙和物质世界充满好奇的人,我读过的物理科普书就像夜空中闪烁的繁星,各有各的精彩。今天就来给你好好捋一捋,聊聊那些真正能点燃你对物理热情,让你读起来津津有味,甚至是欲罢不能的宝藏级读物。

我尽量用我的亲身感受来跟你讲,就像朋友之间聊天一样,有什么就说什么。

1. 《万物简史》(A Short History of Nearly Everything)by Bill Bryson

虽然这本书的标题听起来像是讲历史的,但它有一个非常非常大的部分,是关于物理学的。布莱恩·考克斯(Bill Bryson)的写作风格简直是科普界的“段子手+诗人”的结合体。他不是那种上来就给你扔一堆公式的学者,而是那种坐在你旁边,用最通俗易懂,有时甚至有点冒犯性的幽默感,告诉你宇宙是怎么开始的,原子是怎么构成的,生命是怎么演变的。

这本书最厉害的地方在于,它把物理学放在了一个巨大的时间尺度和空间尺度里。你想想,它会带你穿越回大爆炸的瞬间,告诉你那个时候有多热,多挤,以及为什么物质会开始形成。然后,它又会带你走进微观世界,聊聊那些我们看不到的粒子,它们是怎么互相作用,构成了我们周围的一切。

我记得读到关于量子纠缠那部分的时候,简直是目瞪口呆。布莱恩·考克斯用一个非常形象的比喻,比如一对“心灵感应”的双胞胎,无论相隔多远,一个人的状态改变了,另一个人的状态也会瞬间改变。这玩意儿听起来太玄乎了,但却是真实存在的物理现象。他就是有这种魔力,能把最抽象的概念变成你脑海里生动的画面。

而且,这本书不光是讲物理,它还会把物理学和地质学、生物学、化学等等学科串联起来,告诉你它们之间是怎么相互影响,共同塑造了这个我们赖以生存的地球和宇宙。读完之后,你会觉得你对整个世界都有了全新的认识,就像突然打开了上帝视角一样。

2. 《三体》(The ThreeBody Problem)by Liu Cixin

我知道,我知道,很多人会说“这明明是科幻小说啊,怎么也算到物理科普里去了?” 没错,《三体》是刘慈欣的科幻巨著,但它的伟大之处,恰恰在于它将许多深奥的物理学概念,比如黑暗森林法则、维度打击、智子、猜疑链等等,融入到了波澜壮阔的故事之中,而且还用了一种非常惊人的方式去延展和思考。

很多人可能对物理学望而却步,觉得枯燥难懂。但《三体》不一样,它让你在惊心动魄的故事情节中,不知不觉地接触到物理学的思考方式。比如,书里关于“面壁者”的设定,以及他们如何利用物理学原理进行战略欺骗,这背后是对信息传播、观测者效应以及宇宙尺度计算的巧妙运用。

书中对三体问题的描述,虽然是一个经典的物理学难题,但刘慈欣将其上升到了文明生存的高度。想象一下,一个文明生活在一个拥有三个太阳的星系里,它们的运行轨道极其混乱,导致文明的生存环境极不稳定,时而是永恒的白昼,时而是漫长的黑夜。这种不确定性,以及文明为了在这种环境中生存而发展出的独特技术和哲学,都让人对物理规律的严酷性,以及人类在其中挣扎求生的力量产生深刻的共鸣。

更不用说“降维打击”这个概念了。虽然在现实中我们还无法实现,但它背后所蕴含的对物理空间维度以及能量传递方式的颠覆性想象,确实能激发读者对物理学的边界进行思考。这本书让我第一次真正体会到,物理学不仅仅是实验室里的实验和抽象的公式,它也可以是关乎文明存亡的终极武器和生存之道。

3. 《上帝掷骰子吗?——量子物理史话》(The Dancing Wu Li Masters)by Robert Gilmore

这本书简直是量子物理界的“武侠小说”。作者罗伯特·吉尔莫(Robert Gilmore)把量子物理的发展史写得跟武林秘籍的传承一样精彩。他用非常诗意和富有哲学意味的语言,讲述了从普朗克提出量子假说到爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔、狄拉克等一代代物理学家如何挑战经典物理,开创了一个全新的量子世界。

这本书最打动我的地方是,它并没有回避量子力学的“怪异”。相反,它把那些看似违背常理的现象,比如波粒二象性、量子叠加、量子纠缠,写得既清晰又迷人。它让你明白,为什么爱因斯坦会因为量子力学的概率性而说出“上帝不掷骰子”这样的话,而玻尔又如何用“我们应该接受量子力学,尽管它如此古怪”来回应。

吉尔莫的写作风格非常独特,他不仅仅是陈述事实,更是在探讨这些科学发现背后所蕴含的哲学思考。他会把量子力学的概念和你我生活的现实世界联系起来,让你觉得量子世界虽然微观,但却和我们息息相关。读这本书,你会觉得你不是在学习物理,而是在和这些伟大的科学家一起,经历一场思想的革命。

我记得读到关于“薛定谔的猫”那个思想实验时,那种既感到荒谬又觉得无比精妙的体验。一只猫同时处于“死”和“活”的叠加状态,直到我们去观察它。这听起来太疯狂了,但吉尔莫却能把这种疯狂的逻辑解释得头头是道,让你不仅理解了量子叠加的原理,还对“观察者”在物理世界中的角色有了更深的思考。

4. 《七堂极简物理课》(Seven Brief Lessons on Physics)by Carlo Rovelli

这本书就像一杯浓缩的咖啡,虽然只有薄薄一本,但每一口都是精华,能瞬间让你精神抖擞。卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli)是意大利一位杰出的理论物理学家,他的写作风格非常简洁、优美,带着一种意大利式的浪漫和哲学气息。

这本书顾名思义,只有七堂课,每堂课都聚焦于一个重要的物理学领域:爱因斯坦的相对论、量子力学、宇宙的起源、基本粒子、黑洞、时空的本质,以及万物之间的联系。 罗韦利以一种非常个人化的视角,讲述了这些我们通常认为非常宏大和遥远的物理概念,如何影响着我们对世界的认知。

他讲相对论的时候,不是讲复杂的数学公式,而是让你感受时间在不同速度下的流逝;讲量子力学的时候,不是让你去记那些概率公式,而是让你感受微观世界的不可思议的“不确定性”。他甚至会用很诗意的方式去描述黑洞,让你觉得它们不再是冷冰冰的天体,而是宇宙中那些充满神秘的“眼睛”。

我特别喜欢他讲到“万物之间的联系”那一部分。他告诉你,我们看似独立存在的个体,实际上都与宇宙万物紧密相连,我们身体里的原子,可能来自于很久很久以前的恒星。这种“宇宙的尘埃”成为“我们的组成部分”的感觉,真的非常震撼,也让人有一种对生命和宇宙更深的敬畏。这本书的优点在于,它能让你在短时间内,对现代物理学的核心思想有一个清晰而深刻的了解,而且不会让你感到疲惫。

5. 《物理世界奇遇记》(Mr. Tompkins in Wonderland)by George Gamow

这本书绝对是物理科普界的“经典老酒”,而且是那种越品越有味道的。作者乔治·伽莫夫(George Gamow)是二十世纪著名的物理学家,他写这本书的初衷,就是为了让普通人也能理解相对论和量子力学。

他创造了一个叫“汤普金斯先生”(Mr. Tompkins)的银行职员,这个人因为对科学的好奇,经常在梦境中进入一个充满奇幻色彩的物理世界。在这些梦里,汤普金斯先生会遇到各种各样奇特的物理现象:他会在一个时间会变得非常慢的银行里工作,会坐上一个速度接近光速的交通工具,会遇到那些像弹簧一样跳来跳去的量子粒子。

伽莫夫的厉害之处在于,他把那些抽象的物理概念,比如光速不变、时间膨胀、长度收缩、量子隧穿等等,都具象化了,而且用非常幽默风趣的方式表现出来。比如,当汤普金斯先生乘坐的汽车速度越来越快时,他会发现自己周围的世界开始变得越来越“扁”,窗外的景象也会发生奇怪的扭曲。这些场景,虽然是虚构的,但却精准地描绘了相对论的核心思想。

这本书最大的魅力在于它的“童趣”和“想象力”。它让你感觉,学习物理就好像在经历一场奇妙的探险。而且,它不仅仅是讲述理论,还通过故事让你去体会这些理论背后的意义。这本书不仅仅是给孩子的,对任何一个对物理感到好奇的成年人来说,都是一次美妙的旅程。

我给你的建议是:

不要怕公式: 好的科普书会尽量用语言和类比来解释概念,即使有公式,也会告诉你它的意义,而不是让你去计算。
循序渐进: 如果你是初学者,可以从《万物简史》或《七堂极简物理课》开始,它们比较容易入门。如果你已经有了一些基础,或者喜欢故事性强的,可以尝试《三体》或《物理世界奇遇记》。《上帝掷骰子吗?》则更适合对量子物理发展史和哲学思考感兴趣的读者。
带着问题去读: 在阅读的过程中,随时记录下你好奇的问题,然后去搜索相关的资料,这会大大加深你的理解。
享受过程: 最重要的是,享受阅读的乐趣。把这些书当作一次次奇妙的思维旅行,你会发现物理世界的美妙之处。

希望我的这些推荐,能帮助你找到点燃你对物理学热情的火花!如果你读了其中某一本,觉得特别有意思,或者还有其他想了解的,随时都可以再来找我聊!

网友意见

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科普书籍最大的作用就是打开一个人的视野,让你了解人类知识的大体景观。名声如雷贯耳的名著名篇我就不推荐了。推荐一本《人工智能简史》,作者尼克(好像不是实名),让我对计算机科学在人类知识版图上的地位有了新的认识。这个问题摆了好几天不知道从何说起,这两天看到温伯格逝世的消息以及很多人的怀念文章,突然想起来从哪里说起了。

温伯格的主要贡献就是沿着爱因斯坦大一统的理论目标,统一了电磁力、弱相互作用力和强相互作用力,就差引力就可以完成统一宇宙四种基本作用的基本方程了。他的自然哲学思想被称为“还原论”,也就是物理学或者科学要解决宇宙运行的终极理论——用尽可能少的方程去解释所有自然问题。[1]

人工智能这本书的观点也可以认为是还原论的,他认为其他科学的基础是物理学,物理学趴在数学的背上,而数学趴在逻辑学的背上(人类的知识就像叠起来的一堆乌龟,逻辑学肚皮底下就没什么了)。逻辑是数学的基础,也是人工智能的基础。本书中有句话我觉得很有意思,大概就是计算机科学家认为物理学家太理论,不考虑实现可能性问题。我看完书的感觉是人类对自然界的理解并不是还原论的。我感觉计算机科学不只是数学和电子工程技术结合的产物,而是可以与物理学、数学并列的一门重要科学,而人工智能又是计算机科学的高端成果,也有可能会是最高成果。

本书要解决的根本问题就是最后一章的标题“计算机与智能”,也就是“计算机能像人一样思考吗?”本书前面几章介绍人工智能主要的几个研究方向:自动定理证明、专家系统、自然语言翻译、神经网络、计算机下棋、自然学习,实际上都是为了实现计算机像人一样思考的步骤或者进步方向。介绍的方式也是编年史和重要人物传记相结合,让你读起来不费事,没有用到什么数学知识,但是对一些逻辑和哲学层面的基本问题作了讨论,很有启发意义。

人类数学发展其实有两条路,一条是古希腊开创的以公理-定理体系为标志的推理,一条是古巴比伦和古代中国的计算,近代科学发展起来以后推理路线占了主导,计算的重要性被遗忘了,而计算机科学发展出来以后,计算的重要性又被重新发现。

同时,本书作者应该是个对文科很不友好的工科男。对哲学家进行了无情的嘲讽,劝哲学家不要幻想去指导科学了,他认为哲学里的硬学问就是逻辑,而最好的逻辑学家都在计算机学院或者人工智能学院,非逻辑出身的哲学家都没机会接触过硬的、复杂的问题。“哲学已经空洞化”,“对于一个不太知名的哲学家的谬论,对付他的最好的办法是交给比他数学好的同行,而对付一个有名的哲学家,我们只好直接迎战,免得他的谬论影响智力还不如他的媒体人,从而被散布得更远。”

参考

  1. ^宇宙终极理论尚未完成,斯人已逝 | 缅怀温伯格 https://mp.weixin.qq.com/s/PtRrzX-8o4gfBpXEKAI_cg

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