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【物理基础Ep1】费曼物理学讲义内容梳理(一)

2023-02-17 22:38 作者:躺坑老碧的学习瞎记  | 我要投稿

最近忽然想起来,当年入了数学坑的原因。

大二的时候喜欢心理学,就去找各种心理学著作来读,发现心理学原理性的东西需要借助生物化学阐释 (高中生物竞赛的后遗症,相似知识定位能力开发过度了)。生物化学里面的内容又是有机化学的内容,化学里面对于化学性质的测量又跟物理相关,比较好玩的物理化学里面偏原理性的解释在物理的热力学里面,物理书想看懂又需要数学基础。

就这样,找了本数学专业的教材来看,实在困惑数学专业是干什么的,扫了一堆书之后确认,自己入了个天坑。

天性来说,我是比较排斥数学的,因为不像自然科学,探寻一些客观实在的规律,让我时刻感叹大自然与宇宙的美好神奇。

数学的研究对象本身就是人类思维抽象的结果,无论是数还是空间还是关系。同时,数学探寻出来的规律,存在的模型是否真的适用于现实世界,对于数学工作者来说,往往已经没那么重要了。沉迷于逻辑游戏和探案的愉悦感,是许多数学工作者自述的常态。

曾几何时,我还跟一个朋友就物理和数学谁是自然科学的基石发生过激烈争执,甚至因此决裂过一段时间,好怀念那个无忧无虑的时候啊。

到现在为止,我依然坚持,数学不是自然科学,略略略~

(具体原因《费曼物理学讲义》里面有解释,当然这是对自然科学的一种类型的定义。按照有的学派关于自然科学的定义,数学又算是自然科学。

这个问题算是哲学范畴,不在我们的讨论范围内。)

费曼教授这本书的伟大之处在于,它不仅仅是一套教材,更是以一种极尽优美的语言让你去享受物理世界的美好,它可能并没有那么适合应试,但是, 它让人看到科学是如此地美,美到令人心碎,每次翻开它都有一种窒息的激跃感,让我一遍又一遍地重复坠入爱河。

本专栏是把一些教材的叙述性堆叠的语言概括一下它们在说什么,理一下逻辑线,不要被细节迷失了主轴。


第 1 章 原子的运动

&1.1 .引言

第一段:课程简介,两学年的物理课程,目标读者是有志成为物理学家的读者们。

第二段:课本简介,前三章略述物理学与其他学科的关系、各门学科之间的相互联系以及科学的含义。

第三段:为何不按照数学的展开形式,公理+推论,原因——

  1. 我们还不知道所有的基本定律:未知领域额边界在不断地扩展;

  2. 正确地叙述物理定律要涉及到一些非常陌生的概念,而叙述这些概念又要用到高等数学,——需要大量的预备性的训练。

第四段:阐释大自然——

    大自然整体的每一部分始终只不过是对于整个真理——或者说,对于我们至今所了解的整个真理——的逼近。


第五段:科学的原则——

  1. 实验是一切知识的试金石;

  2. 实验是科学“真理”的唯一鉴定者。

    物理学的分工——

  1. 理论物理学:想象、推演和猜测新的定律,但并不做实验;

  2. 实验物理学家则进行实验、想象、推演和猜测。

第六段:起先我们找到的是“错”的定律,然后才发现“对”的定律。“错误”成因——

  1. 仪器上有毛病;

  2. 实验不够精确——如,一个物体的质量似乎是从来不变的,错误——正确的说法:如果一个物体的速率小于100mi/s,那么它的质量的变化不超过百万分之一。

第七段:哲学上来说,使用近似的定律是完全错误的。

第八段:如何教——奇特、困难、正确、陌生 or 近似、不困难?

第九段:按照我们所理解的当代科学轮廓讲下去。

第十段:我们世界的总体图像是怎样的呢?


&1.2 .物质是原子构成的

第一段:原子的假设——

  1. 所有的物体都是由原子构成的;

  2. 原子是一些小小的粒子 ;

  3. 它们一直不停地运动着;

  4. 当彼此离开时相互吸引,当彼此过于挤紧时又互相排斥。

第二段:观察一滴水,放大2000倍,看到草履虫,再放大2000倍,  水不再光滑,再放大250倍,看到一堆小球(理想化模型)——

  1. 各种粒子用简单的方式画成有明显的边缘,这是不精确的;

  2. 为了简便起见,把它们都画成二维的排列,实际上它们当然是在三维空间中运动的;

  3. 自然界中的真实粒子总是在不停地摇晃跳动,彼此绕来绕去地转着,因而你必须把这幅画面想象成能动的而不是静止的;

  4. 粒子是会“黏在一起”的,它们彼此吸引着,这个被那个拉住等等,可以说,整个一群“胶合在一起”,但同时,这些粒子也不是挤到一块儿,如果你把两个粒子挤得太紧,它们就互相排斥。

第三段:原子半径为1*10^(-8)~2*10^(-8),10^(-8)=1埃。

第四段:分子热运动,温度升高,运动增强,原子之间的空隙也增大,大到引力不足以拉住彼此,分子飞散,制取水蒸气的办法,提高温度。

第五段:水蒸气图像,水分子原子夹角105°3',氢原子中心与氧原子中心之间的距离0.957埃。

第六段:为了把气体限制在一定的范围之内,我们必须施加一个压力——一个配有活塞的气缸;要使活塞不被气体分子不断的碰撞逐渐顶出来必须施加一定的力把活塞压下去,这个力称为压力(实际上,是压强乘以面积)。——这个力正比于面积。

第七段:容器内放入两倍气体,密度增加一倍,同时赋予同样的速度,即温度——原子较少,密度足够低,那么压力正比于密度。

第八段:提高温度,不改变气体密度,即只增加原子的速率,压力增加。

第九段:活塞下移,原子被压缩——温度升高。

第十段:回到开始的那滴水,降低温度,引力增大,产生冰——每一个原子都有确定的位置,即晶体阵列,具有对称性——雪花是六边形。

    除了水和活字合金外,许多简单的物质在熔化时都要碰撞。

第十一段:冰也具有热量,冰里的分子也在运动,这种振动不足以让物质溶解,除了——氦,绝对零度也不凝固,只有加压使它凝固。



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