如何自學物理？絕世武功的目錄在此｜科技袁理_風聞

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本視頻於2022年10月18日發佈於西瓜視頻，觀看量5.6w

業餘愛好者能不能自學成為物理學家？幾年前，有朋友給我介紹了一位他的女性朋友，説這位同學是文科出身，但特別熱愛物理學，想來問我能不能自學成才。我首先讚揚了她對科學的熱情，告訴她這是完全可能的，例如著名理論物理學家、超弦理論的代表人物、菲爾茲獎獲得者Edward Witten，就是歷史學本科畢業後，從頭開始學物理的。

Edward Witten

然後我告訴她，有一個資料是專門為自學者準備的，這就是1999年諾貝爾獎獲得者、荷蘭物理學家Gerard ’t Hooft的網頁《如何成為一個好的理論物理學家》（HOW to BECOME a GOOD THEORETICAL PHYSICIST）。下面，我們來介紹一下’t Hooft的這篇長文。

Gerard ’t Hooft

此文開頭就是雷擊：

我經常收到業餘物理學家的動機良好但完全無用的郵件，他們相信自己解釋了世界。他們相信這一點，只是因為他們對現代物理學解決問題的真正方法一無所知。如果你真的想對我們對物理定律的理論理解有所貢獻——如果你成功了，這是一種令人激動的體驗！——那麼有許多事是你需要知道的。首先，要嚴肅地對待它……

我可以評論一句，我和’t Hooft至少有一個共同體驗，就是經常收到民科的來信，有發email的，有發微信的，甚至還有寄包裹的。’t Hooft對這些人的本質也一針見血：他們對現代物理學解決問題的真正方法一無所知。民科一般都已經陷在自己的幻想中出不來了，不過對於真正想學習的人，該怎麼辦呢？在下一段，’t Hooft給他們指出一條生路：

在當今時代，從網絡上收集所有你需要的知識應該是可能的。然而問題在於，在網上有如此多的垃圾。是否有可能從中挑選出那些非常少有的真正有用的網頁？我精確地知道哪些知識應該被教給初學者。那些絕對必需的課程的名字和主題容易列出來，這正是我在下面做的。我有意識地在網上搜索了哪裏有真正有用的論文和書籍，最好是可下載的。這樣，成為一個理論物理學家的成本應該不會大大超過一台聯網的計算機、一台打印機以及許多的紙和筆。不幸的是，我仍然不得不推薦買一些教材，但在這裏提這個建議比較困難，可能放到將來的一個網頁。讓我們首先把自己限制在絕對的最低需求。下面列出的主題必須被學習。任何遺漏都會受到失敗的懲罰。

我來評論一下。蘇聯物理學家、1962年諾貝爾獎獲得者朗道（Lev Davidovich Landau，1908 - 1968）有一個考核要求，叫做“理論物理最低標準”，通過這個最低標準考試的人才有資格成為他的學生。名字叫最低標準，其實是個極高的標準。

Lev Davidovich Landau

“理論物理最低標準”考核

從朗道1935年開始發佈標準到他1962年出車禍，27年中只有40多人通過了這個最低標準的考試，其中包括中國學者卓益忠、郝柏林。

通過考試者名單

中國學者卓益忠、郝柏林

許多嘗試者折戟沉沙，被朗道通知説不適合從事理論物理研究。向考生解釋這種不愉快決定的活總是由朗道自己去幹。所以看到’t Hooft這句“讓我們首先把自己限制在絕對的最低需求”，我首先就想到了朗道的最低標準！

繼續往下看：

請正確地理解我：你不需要像信仰一樣相信你讀到的任何東西——檢驗它。嘗試另外的途徑，越多越好。你將會一再發現，這些人做的真的就是有可能做的最聰明的事。

我來評論一下。我在教學中經常讓同學們把我們代入歷史上那些科學家的位置，設想自己面臨着他們當時面臨的問題，手頭有的只是他們當時的工具。好比你就是玻爾茲曼，你就是愛因斯坦，你面對着統計力學的問題或者運動物體電動力學的問題，你該怎麼辦？如果你認真做了思考，你就會做出他們當時所做的推導，得到他們當時得到的結論。你就會發現，他們做的就是當時條件下最好的。這樣，你才深入理解了一個理論，以後面對新的問題時才會提出新的理論，這就是創造力的來源。

繼續往下看：

奇妙的是，最好的教材都帶着習題。做這些習題，確認你能理解所有事情。嘗試達到這樣的階段，你能找出大量的印刷錯誤、小的錯誤以及重要的錯誤，並且設想你如何能以一種更聰明的方法寫這些教材。

看到這裏我笑了，這絕對是專業人士的經驗之談。無論多好的書，在認真研究的內行看來都會找出大量的錯誤，這也正是內行的標誌之一。許多出版社經常找我推薦書，我每次都認真研讀，而且每次都給出版社提出大量的修訂意見，以至於有些書乾脆把我寫成了“特約審校”！

還有最後那句“設想你如何能以一種更聰明的方法寫這些教材”，我在寫《量子信息簡話》的時候也深有體會。

《量子信息簡話》

量子信息的教材和科普書都已經有不少了，但普通讀者往往在開頭就讀不下去，講述的順序就是原因之一。通過幾年來四處做報告、跟聽眾交流的體會，我決定在《量子信息簡話》中大幅度改變常規的順序，把最容易理解的量子精密測量放在前面，然後講量子力學的原理，然後講量子計算，最後才講量子通信中的量子密碼。

這是因為理解量子密碼所需的基礎知識是最多的，不僅包括量子力學原理，甚至還包括傳統密碼學。量子密碼在媒體上出現的頻率最高，因為中國在這個領域取得了很多成果，但如果不講清楚這些前置知識，對量子密碼的介紹就永遠是語焉不詳，甚至讓人越看越糊塗，許多人乾脆認為它是偽科學了。因此，我在書中把量子密碼放在最後，在前面甚至還專門用一章介紹了傳統密碼學。只有這樣，讀者才能明白量子密碼是什麼，它解決了什麼問題，它為什麼能解決這個問題。相信任何人循序漸進地看下來，都會透徹地理解這個領域。

讓我們來看’t Hooft的第三段：

我可以告訴你我自己的經驗。我有一個巨大的幸運，就是在身邊有許多優秀的教師。這有助於防止誤入歧途。這幫助我一路贏得諾貝爾獎。但我那時沒有網絡。現在我努力嘗試作你的教師。這是一個令人望而生畏的任務。我在請求學生們、同事們和教師們幫助我改進這個網站。它目前是為那些希望成為理論物理學家的人設置的，不是普通的理論物理學家，而是最好的，那些完全決心贏得自己的諾貝爾獎的人……

再來看第四段：

理論物理學就像一座摩天大廈。它有堅實的基礎，在初等數學和經典（二十世紀前）物理的概念。不要認為二十世紀前的物理學是“無關的”，因為現在我們多了那麼多。在那些日子裏，為我們現在享受的知識鋪下了堅實的基礎。不要嘗試構築你的摩天大廈，在你首先重新構築這些基礎之前。我們的摩天大廈最下面的幾層包括高等的數學形式，它們把經典物理理論變成它們自己的美麗。它們是必需的，如果你希望走到更高。所以，然後就是下面列出的許多其他主題。最後，如果你足夠瘋狂，想解決那些極其令人迷惑的問題如調和引力物理與量子世界，你最終就會研究廣義相對論、超弦理論、M-理論、卡拉比-丘成桐緊緻化等等。這是當前這棟摩天大廈的頂端。還有其他的頂峯，如玻色-愛因斯坦凝聚、分數量子霍爾效應，以及更多……

從這些介紹中，可以一窺理論物理體系的宏大。下面，’t Hooft開始按照邏輯順序介紹具體的領域。這些領域包括：語言、初等數學、經典力學、光學、統計力學和熱力學、電子學、電磁學、量子力學、原子分子、固態物理、核物理、等離子體物理、高等數學、狹義相對論、高等量子力學、唯象學、廣義相對論、量子場論、超弦理論。大家順着這個網頁看下去，就能看到每一個領域的知識點和推薦教材。

讓人想起電影《鹿鼎記》裏陳近南的台詞：“這一本只不過是絕世武功的目錄，那一堆才是絕世武功的秘籍。”陳近南後面那句也很適合：“看了就九死一生，不看就十死無生。”

電影《鹿鼎記》台詞

介紹完’t Hooft的絕世武功目錄，最後讓我們回到最初來問我如何自學的那位女同學。過了一段時間，我問她學得怎麼樣了。她的回答是：物理太難了，不過我找了個學物理的男朋友！我不禁大笑，説：這樣也好，效率説不定更高！

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