想成為理論物理學家?這裡有一份資料
理論家、實驗家和科學發現的關係有時也會被比作農夫、豬和塊菌的關係。農夫把豬帶到可能有塊菌的地方,豬就開始努力地尋找塊菌。最後,豬找到了一塊,可正當它要吃掉塊菌時,農夫卻把塊菌拿走了。
——Leon Lederman
理論物理學家的使命是通過為現實世界建立數學模型試圖解釋所有物理現象的運行機制。通常,理論物理學會吸引世界上一大批最聰明的人加入到這個行列之中。這也使許多年輕的理論物理學家非常有優越感,覺得自己在做的東西才是真正有價值的。
這裡我講一個故事,其實這個故事是錢德拉塞卡喜歡講的一個故事(我是在《物理學的困惑》一書中看到的,非常值得推薦的一本書)。
在1980年代的時,他訪問了普林斯頓, 人們為他獲得諾貝爾獎舉行慶祝會。在宴會上,他發現自己身旁坐著一個熱心的年輕人,便問道,「最近你做什麼?」 年輕人回答,「我在做弦理論, 20世紀最重要的物理學進展" 。一番交流後,年輕的弦理論家建議錢德拉塞卡放棄正在做的事情,改做弦理論,否則他會像20年代那些沒有緊緊抓住量子理論的人一樣落伍。「年輕人,」 錢德拉塞卡回答說,「我認識海森堡,我向你保證,海森堡決不會這麼冒失地要人家停下正在做的亊情而去做量子理論。他當然也決不會無禮地向一個50年前就是博士的老人說他就要落伍了。」
(註:錢德拉塞卡是20世紀最偉大的天體物理學家之一,他最知名的成就是錢德拉塞卡極限,描述了白矮星的質量上限是太陽質量的1.44倍,如果超過這個極限,恆星將他坍縮成中子星或黑洞。)
以上只是一個簡單的故事。當然,今天不是要來說理論家有多傲慢,因為有許多理論界的大牛都是很謙和的。他們常常獨自在黑暗中探索最基本的大問題,有時候是非常枯燥和孤獨的一件事,因此非常值得敬重。我只是想提醒一些人,千萬不要因為覺得理論物理學家這個頭銜很酷才決定加入到這個行列里。
記住,在你想成為理論物理學家之前,你所要付出的努力可能比你想像的要多的多。理論物理就好比是一座摩天大廈,它的地基是基礎數學和經典物理學,也就是20世紀之前的內容。不要認為這不重要,只有在你們完全掌握了這些基礎,你才有可能一步步往上爬。如果你足夠瘋狂也足夠睿智,你或許會想嘗試協調引力和量子世界之間的矛盾,在這之前你需要學習量子場論、廣義相對論、超弦理論、M理論和卡拉比-丘緊緻化等等。目前,這是摩天大廈的頂端。即使你絕頂聰明,在這個過程中你仍然會遇到許多困難。
當你做好了一切心理準備,決心要接受這激動人心的挑戰,卻不知道從何開始,這裡有一個好消息:成為一名理論物理學家的成本不會超過一台能上網的電腦、大量的紙張和筆。
首先,我要推薦的網站是:
【1】http://www.staff.science.uu.nl/~gadda001/goodtheorist/index.html
這個網站是諾貝爾物理學得主傑拉德 ? 特 ? 胡夫特專門為那些有志成為一名優秀的理論物理學家的人建立的。胡夫特表示自己經常收到那些業餘物理學家的來信宣稱自己解決了物理學難題。他說:「本意雖好但毫無用處,其中緣由是因為他們根本沒有弄明白現代物理學中解決問題的真正方法。」在這個網站中,他羅列了所有你所需要掌握的課程,以及相關講義。從基礎數學、經典力學,到固體物理、核物理,再到宇宙學、量子場論等等。
如果你不想看講義,更喜歡通過視頻教學學習,我推薦這篇文章:
【2】https://futurism.com/ultimate-collection-free-physics-videos/
文章中作者羅列了許多頂級大學的教學視頻,而且都是免費的資源。從最基礎的物理課程到共形場論、弦理論、圈量子引力等等最前沿的研究。沉浸在黑洞,量子糾纏和11維的世界之中吧!
上面的兩個都系統的推薦了許多課程,如果你還覺得不夠,下面這個網址提供了另外一些學習物理和數學的好去處,比如有陶哲軒的數學博客。
【3】https://futurism.com/want-physicist-heres-guide/
接下來我要推薦的是幾個輔助性的網站。
首先可以關注FQXi(基礎問題研究所):
【4】http://fqxi.org/
科學主任是MIT的教授Max Tegmark(同時也是未來生活研究院的創始人),推薦一篇他關於萬有理論的討論:https://arxiv.org/pdf/gr-qc/9704009.pdf。顧問團的其它顧問也都是理論物理界的大神,比如Alan Guth,Martin Rees,Lee Smolin 和Frank Wilczek等等。FQXi關注的都是最基本的問題,比如在宇宙大爆炸之前發生了什麼?有其它的宇宙存在嗎?時間的本質是什麼?生命在宇宙中是普遍的嗎?等等。FQXi每年還會主辦論文大賽,獲獎作品都值得一讀!
既然提到了論文大賽,我必須推薦由引力研究基金會(Gravity Research Foundation)每年主辦的論文比賽:
【5】https://www.gravityresearchfoundation.org/award-winners-1/
鼓勵所有人撰寫引力相關的文章,每篇文章字數不超過1500字。這些文章對於已經加入科研研究的人員,特別是引力相關的工作者是不可多得的。比如2015年論文的第一名就是傑拉德 ? 特 ? 胡夫特撰寫的關於局域共形對稱的文章。
此外,你肯定也不會願意錯過:
世界科學節(WSF)是由Brian Greene創辦的,讀過《宇宙的琴弦》的讀者對他肯定不陌生。WSF旨在向大眾傳播科學知識,激發靈感和求知慾望,激勵大眾更多的關注科學並肯定科學的價值。每年都會邀請好多科學家,通過專家討論、辯論、演講、展覽等來傳播有趣的科學。WSF覆蓋了許多科學領域,當然也包括基礎物理。
最棒的是,WSF里還包括了世界科學大學(World Science U):
裡面有許多世界頂級科學家的課程,有短視頻也有一小時的課程,例如有Rai Weiss講授的引力波,Samir Mathur的黑洞信息悖論,Alan Guth的暴脹宇宙,Adam Riess的加速宇宙等等。對於那些已經掌握了本科物理知識,並想加入某個特定領域,可是又不太清楚是否有足夠興趣,那你必須看這些視頻。
一個不好的消息就是,以上這些都是英文內容。如果你被英文阻撓但仍然想學習理論物理,也是有一些推薦,但不系統。只要進入一些公開課網站的物理分類就可以看到很多,例如有Walter Lewin的視頻課程翻譯(Walter Lewin的教課方式我最喜歡的,超級有趣!),還有Leonard Susskind的一系列物理課程視頻都有翻譯。
希望這些推薦能夠真正的幫助到一些人!如果你有更多的推薦,請在留言區分享給更多的人!
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