想成为理论物理学家?这里有一份资料

发布日期: 2017-02-10

本文提供了一系列资源和建议,帮助有志成为理论物理学家的人找到学习路径。内容包括推荐的学习网站、视频教学资源以及一些辅助性网站,如FQXi和世界科学节,这些都是理论物理学习的重要资源。

理论家、实验家和科学发现的关系有时也会被比作农夫、猪和块菌的关系。农夫把猪带到可能有块菌的地方,猪就开始努力地寻找块菌。最后,猪找到了一块,可正当它要吃掉块菌时,农夫却把块菌拿走了。理论物理学家的使命是通过为现实世界建立数学模型试图解释所有物理现象的运行机制。通常,理论物理学会吸引世界上一大批最聪明的人加入到这个行列之中。

这也使许多年轻的理论物理学家非常有优越感,觉得自己在做的东西才是真正有价值的。这里我讲一个故事,其实这个故事是钱德拉塞卡喜欢讲的一个故事。在1980年代的时候,他访问了普林斯顿,人们为他获得诺贝尔奖举行庆祝会。在宴会上,他发现自己身旁坐着一个热心的年轻人,便问道,“最近你做什么?” 年轻人回答,“我在做弦理论,20世纪最重要的物理学进展”。

一番交流后,年轻的弦理论家建议钱德拉塞卡放弃正在做的事情,改做弦理论,否则他会像20年代那些没有紧紧抓住量子理论的人一样落伍。“年轻人,” 钱德拉塞卡回答说,“我认识海森堡,我向你保证,海森堡决不会这么冒失地要人家停下正在做的事情而去做量子理论。他当然也决不会无礼地向一个50年前就是博士的老人说他就要落伍了。”记住,在你想成为理论物理学家之前,你所要付出的努力可能比你想象的要多的多。

理论物理就好比是一座摩天大厦,它的地基是基础数学和经典物理学,也就是20世纪之前的内容。不要认为这不重要,只有在你们完全掌握了这些基础,你才有可能一步步往上爬。如果你足够疯狂也足够睿智,你或许会想尝试协调引力和量子世界之间的矛盾,在这之前你需要学习量子场论、广义相对论、超弦理论、M理论和卡拉比-丘紧致化等等。目前,这是摩天大厦的顶端。即使你绝顶聪明,在这个过程中你仍然会遇到许多困难。

当你做好了一切心理准备,决心要接受这激动人心的挑战,却不知道从何开始,这里有一个好消息:成为一名理论物理学家的成本不会超过一台能上网的电脑、大量的纸张和笔。首先,我要推荐的网站是:http://www.staff.science.uu.nl/~gadda001/goodtheorist/index.html。

这个网站是诺贝尔物理学得主杰拉德 • 特 • 胡夫特专门为那些有志成为一名优秀的理论物理学家的人建立的。胡夫特表示自己经常收到那些业余物理学家的来信宣称自己解决了物理学难题。他说:“本意虽好但毫无用处,其中缘由是因为他们根本没有弄明白现代物理学中解决问题的真正方法。” 在这个网站中,他罗列了所有你所需要掌握的课程,以及相关讲义。从基础数学、经典力学,到固体物理、核物理,再到宇宙学、量子场论等等。

如果你不想看讲义,更喜欢通过视频教学学习,我推荐这篇文章:https://futurism.com/ultimate-collection-free-physics-videos/。文章中作者罗列了许多顶级大学的教学视频,而且都是免费的资源。从最基础的物理课程到共形场论、弦理论、圈量子引力等等最前沿的研究。沉浸在黑洞,量子纠缠和11维的世界之中吧!

上面的两个都系统的推荐了许多课程,如果你还觉得不够,下面这个网址提供了另外一些学习物理和数学的好去处,比如有陶哲轩的数学博客。https://futurism.com/want-physicist-heres-guide/。接下来我要推荐的是几个辅助性的网站。首先可以关注FQXi(基础问题研究所):http://fqxi.org/。

科学主任是MIT的教授Max Tegmark(同时也是未来生活研究院的创始人),推荐一篇他关于万有理论的讨论:https://arxiv.org/pdf/gr-qc/9704009.pdf。顾问团的其它顾问也都是理论物理界的大神,比如Alan Guth,Martin Rees,Lee Smolin 和Frank Wilczek等等。FQXi关注的都是最基本的问题,比如在宇宙大爆炸之前发生了什么?

有其它的宇宙存在吗?时间的本质是什么?生命在宇宙中是普遍的吗?等等。FQXi每年还会主办论文大赛,获奖作品都值得一读!既然提到了论文大赛,我必须推荐由引力研究基金会(Gravity Research Foundation)每年主办的论文比赛:https://www.gravityresearchfoundation.org/award-winners-1/。

鼓励所有人撰写引力相关的文章,每篇文章字数不超过1500字。这些文章对于已经加入科研研究的人员,特别是引力相关的工作者是不可多得的。比如2015年论文的第一名就是杰拉德 • 特 • 胡夫特撰写的关于局域共形对称的文章。此外,你肯定也不会愿意错过:http://www.worldsciencefestival.com。

世界科学节(WSF)是由Brian Greene创办的,读过《宇宙的琴弦》的读者对他肯定不陌生。WSF旨在向大众传播科学知识,激发灵感和求知欲望,激励大众更多的关注科学并肯定科学的价值。每年都会邀请好多科学家,通过专家讨论、辩论、演讲、展览等来传播有趣的科学。WSF覆盖了许多科学领域,当然也包括基础物理。

最棒的是,WSF里还包括了世界科学大学(World Science U):http://www.worldscienceu.com。里面有许多世界顶级科学家的课程,有短视频也有一小时的课程,例如有Rai Weiss讲授的引力波,Samir Mathur的黑洞信息悖论,Alan Guth的暴胀宇宙,Adam Riess的加速宇宙等等。

对于那些已经掌握了本科物理知识,并想加入某个特定领域,可是又不太清楚是否有足够兴趣,那你必须看这些视频。一个不好的消息就是,以上这些都是英文内容。如果你被英文阻挠但仍然想学习理论物理,也是有一些推荐,但不系统。只要进入一些公开课网站的物理分类就可以看到很多,例如有Walter Lewin的视频课程翻译(Walter Lewin的教课方式我最喜欢的,超级有趣!

),还有Leonard Susskind的一系列物理课程视频都有翻译。除此外,我还搜到了万门大学校长童哲开设的《理论物理一月特训班》,针对本科物理重点难点(可点击文末“阅读原文”查看课程详情)。希望这些推荐能够真正的帮助到一些人!如果你有更多的推荐,请在留言区分享给更多的人!

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