量子物理和宇宙學的入門書籍有哪些?
希望能學到一些系統的知識,所以就不要介紹科普書籍了。
「入門書籍」跟「科普書籍」還是很不一樣的,因爲樓主的要求,我就不介紹「科普書籍」了。
很多人可能會推薦《費曼物理學講義》,但是老實說,我不覺得這個是一個很合適入門閱讀的書——除非你真的對物理早已經有了興趣,個人認爲那個應該是在「普通物理以上,理論物理未滿」水平,用於提高的最佳選擇。但是推薦這個書也有好處,就是很容易就嚇跑那些對物理不是真的有興趣,只是想談談「哲學」的人。
題目原「描述」竟然有個「哲學」,讓我很擔憂題主學習這些的目的。我曾經回答過這個問題,可供參考:作為非物理專業的學生,量子物理大學課程應該如何學?若要學習量子物理,還應該有哪些知識基礎?
推薦書籍的話,我稍稍說一些:- 普通物理的書籍作爲入門,其實國內外各類教材差別不大,如果能夠迎合自己的學習興趣,又有足夠的難度,這樣的書都算是對您來說有用的書,儘管它可能就是從外國的同類教材抄襲而來的。國內比較好的普通物理書籍就是趙凱華先生的一套《新概念物理》,共五冊(力學、電磁學、光學、近代物理、熱學),這套書好處很多,尤其是題主可能關心的《量子物理》一冊,就在於它沒有按照傳統的只是解Sch?dinger方程的模式展開,而是有了Dirac符號,有了運算元代數,這對打好真正的物理基礎是有好處的,雖然有些難,但是真的很值得啃下來。
- 近代物理學在國內是一門入門的課程,比趙凱華或者費曼的難度低,但是所學的範圍更廣。國內之前最流行的一本是王正行先生的《近代物理學》,此書有一本配套習題《在解題中學習近代物理》這兩本書都是非常有特色的好書,涵蓋的範圍廣,去年又出了新版。我覺得這個能夠最恰當的幫助「入門」近代物理,此書沒有涉及到太多的數學,對於「物理」的感覺的培養非常好,很值得一讀。
- 真的學到了量子力學,那也還是先從Griffith開始,然後Sakurai,結合Dirac的書比較正常。
最後,如果您真的想入門,總還是需要打好最簡單的數學基礎,如果學習的目的是爲了談「哲學」,那還是做門外漢更好些。
我覺得"物理學入門書"和"量子力學入門書"的交集是空集。
胡說一句,Yau的Shape of Inner Space~~
我讀書不多,不能像其他人一樣讀了好多然後可以比較不同的作者之間的差異的,所以邀請我回答這類問題讓我心驚膽戰吶。再說,物理這行當基本沒捷徑,必須從最基礎的開始學,物理宇宙學又是基本在頂端的方向,所以這入門,大概需要把物理系的本科一二三年級的大部分課程給學個遍。我也不知道回答這個問題是不是真的有幫助。
@傅渥成 那個答案很好啊。我要雙手贊成。我再來補充些物理宇宙學的內容。與量子力學不同的是,量子力學所需的物理基礎很少,基本上懂的概率、微積分和作用量,就可以入門。但是宇宙學這個卻需要很多的鋪墊。
對於量子力學學習,我想初學者最需要記住的是 David Mermin 的一句話:Shut up and calculate!
量子力學有用,但是背後隱藏的深刻含義需要才量子場論才能了解,所以量子力學學習,基本上是 calculate.
------ 宇宙學開始 ------
還有,這個題目有個很大的問題,就是物理宇宙學的覆蓋範圍太廣了,如果玩全面的,需要以現今所有的主流物理理論都懂,這個我還沒資格做推薦,所以這個答案把宇宙學放在經典範疇中。所謂經典,就是非量子化的。(不過按照題主的提問的方式來看,似乎是要了解量子化的理論,小可無能無力。)
------ 如果只能推薦一本書 ------
如果只推薦一本書呢??????
下面有份很長很長的書單,可是專業的又不需要我推薦,業餘的很多也不會去看這些。所以我想,題主如果想要一本書,來了解宇宙學,又不想看科普,那麼我讀到過一本書,不算經典,但是作為簡單的入門書籍,這本書真的不錯:
英文版:Gravitation and Spacetime (Second Edition) (豆瓣)
中文版:引力與時空 (豆瓣)這本書換了一個思路,沒有採用天才 Einstein 的思路,而是採用了普通 2B 物理學家的思路,利用一步一步的對牛頓體系的修正,來得到廣義相對論。所以,這本說也是自成體系,比較容易上手。
讀書過程中會遇到一些自己不懂的內容,可以在返回去閱讀相關書籍(下面書單都列舉了)。
------ 書單完整版 ------
好長好長好長好長的書單:
嚴格的說, 這裡 Gerard ?t Hooft, Theoretical Physics as a Challenge 的
Classical MechanicsStatistical MechanicsElectrodynamicsOpticsThermodynamicsSpecial RelativityGeneral Relativity
這些主題都得掌握了(此處有份書單Gerard "t Hooft 給出的書單)才能去碰物理宇宙學。不過鑒於其中有些的在宇宙學中用到的不是很多,所以我列舉一下書籍,我列舉過書籍的條目中,如果 Hooft 列舉了要點,那是必須掌握的。- Primary Mathematics
這個不切題,少說兩句。
- 宇宙學,需要張量分析,泛函分析,群論,微分幾何初步。其他的比如微分方程、特殊函數等等都是接觸物理必修的,此處不提。
- Classical Mechanics
- 力學。其實隨便拿一本書就夠看了。牛頓力學較為簡單,關鍵是要學習 Lagrangian mechanics,Hamiltonian mechanics。
- Landau 的 Mechanics (豆瓣) 可以作為入門書籍。Landau 的書初看比較難,但是其書自成體系,思維縝密,可以省卻很多功夫。
- 再簡單點的話,可以挑工科的理論力學看看,但是,初看簡單,其實後患無窮。
- Optics
個人覺得可以跳過。但是需要了解一下內容。讀一下 Fundamentals of Physics (豆瓣) 裡面的相關部分。需要知道偏振,Stokes 符號方法等等。光學在宇宙學裡面很關鍵,但是用到的並不太多,也可以用到的時候在回來翻書。
- Statistical Mechanics and Thermodynamics
這是物理中很精要的一個部分。所以入門必修。
- 熱學:熱學可以少花點功夫。我只看過一本純熱學的書,就是秦允豪的 熱學 (豆瓣) 。主要掌握熱力學四大定律和熱力學狀態方程是怎麼回事。這本書太厚了。確實可以不讀。
- 經典:當然是 Pathria 的 統計力學·第2版 (豆瓣) 。缺點是看到後面比較難。
- 簡單些,可以讀一下已故的汪志誠老先生的 熱力學.統計物理 (豆瓣)。這本書涵蓋了熱力學和統計物理的基礎,比較薄,寫的也不錯。
- Electronics
可略過。
- Electromagnetism
必須學。雖不是最簡單的,但可以說是最容易明白的場論。看 Hooft 這個列表的意思是包含了 Electrodynamics。這個要簡單可以很簡單,要複雜可以複雜的誰也解決不了。可以完整的讀書,或者簡單的按照 Hooft 的相關條目(Gerard ?t Hooft, Theoretical Physics as a Challenge#Electromagnetism)來把相關問題看了。
- 經典:Jackson 的 經典電動力學 (豆瓣) 。很貴,我買了兩次,丟了兩次(應為被盜,有次可見此書之經典)。一直都沒有真正的讀完。這本書如果只是想要了解電動力學,內容有點太多了。
- 簡單些,郭碩鴻的 電動力學 (豆瓣) 可以看。比較薄。但是可以只了解一下電動力學的核心內容。
- Quantum Mechanics
既然說的是基於經典場論的宇宙學,此處略去。
- Atoms and Molecules
可略去。但需要有基本知識。可以讀一下 Feynman 的相關章節:費恩曼物理學講義(第1卷) (豆瓣)。
- Solid State Physics
可略去。
- Nuclear Physics
可略去。
- Plasma Physics
可略去。
- Advanced Mathematics
參看 Primary Mathematics 裡面提到的內容。
- Special Relativity
重點內容。SR 是所有場論的基礎,「管理論的理論」。狹義相對論要明白為什麼要協變,已經協變的重要性。那些悖論固然重要,但是只要學會一招,便可以解決大部分的悖論,這一招就是時空圖。
- 郭碩鴻的 電動力學 (豆瓣) 最後有部分狹義相對論的基礎。內容很少,不過足夠了。
- 讀完上面部分之和,可以閱讀梁燦斌的 微分幾何入門與廣義相對論(上冊·第二版) (豆瓣) 中第六章來進一步理解狹義相對論。
- Charles W. Misner / Kip S. Thorne / John Archibald Wheeler / John Wheeler / Kip Thorne 有本 Gravitation (豆瓣) 可謂經典。讀懂此書,今後行走江湖再也不怕反相民科誤導了。這本書上手容易,但是一千多頁的書本,是需要耐心讀完的。我自己因為沒有通讀過,只是用到的時候拿來當百科全書一樣用。不過前面兩章要好好讀讀,對於理解相對論大有好處。只是稍稍有些難度。
- 還有一本 Pauli 寫的 Theory of Relativity (豆瓣) 或者中文版 相對論 (豆瓣) 。怎麼說呢,這本書大家都說很經典,我不喜歡看。有點老。所以我沒看完。
- Advanced Quantum Mechanics
因為是討論經典問題,所以略去。
- Phenomenology
可略去。
- General Relativity
宇宙學的理論支柱。
- 經典:M./T./W. 的 Gravitation (豆瓣) 。沒話可說。
- 梁燦斌的 微分幾何入門與廣義相對論(上冊·第二版) (豆瓣) 一開始可以只看上冊。開頭的數學如果以前沒接觸過,有點難,不過上手之後就好了。跟黑洞相關的章節可以略去,因為這部分宇宙學基本用不到。中冊下冊有部分關於參考系的內容,甚是有用,也可以看看。梁老師有授課視頻,可以在優酷找找。
- 簡單的:Dirac 的 General Theory of Relativity (豆瓣)。極其簡單。Dirac 的量子力學寫的挺好的,但是這本書可能是因為只是非常入門級別的書,也可能 Dirac 缺乏相應的數學基礎,總之不是很優秀。因為簡單,入門很棒,但是讀完之後需要輔以其他書籍才行。實際上在宇宙學中,如果僅僅讀過這本書,很多問題都會手足無措。
- Carroll 的 Spacetime and Geometry (豆瓣) 很好。物理講的很棒。
- 劉遼等的 廣義相對論 (豆瓣) 也很好,唯一的問題是,他們的書中,號差跟梁燦斌等人正好差了一個負號,所以如果一開始習慣了 +2 號差,就要小心了。
以上就是基於經典場論的宇宙學的基礎書單。下面要列舉一下宇宙學的書單。
- Cosmology
宇宙學涵蓋範圍極廣,
- 比較經典的書籍當屬 Weinberg 在七十年代的一本書Gravitation and Cosmology (豆瓣),不過那本書對於宇宙學來說,有點老,所以 Weinberg 老先生又寫了一本 Cosmology (豆瓣) 。Weinberg 先生的書最大的好處是自洽。Weinberg 的書中的內容,是他自己推導所得,很多地方都有他的思路,所以甚佳。
- Dodelson 的 Modern Cosmology (豆瓣) 講的比較詳細。可以作為宇宙學的入門書籍,可以通讀。只是,這本書最大的缺點卻是,沒考慮暗能量。可以說是不全面。
- Mukhanov 的 宇宙學的物理基礎 (豆瓣) 以暴漲見長,前面很多都是暴漲的內容。所以比較難。不建議入門,但建議當作參考書。
- Peacock 的 Cosmological Physics (Cambridge Astrophysics) (豆瓣) 不錯,有很多細節。宇宙學理解觀測和數據很重要。這本書不錯,只是也不能算入門書籍吧。可以當做參考。
------ 我來說段很 2 的話 -------
我覺得物理學最好玩的,不是什麼宇宙學、粒子物理、量子場論,而是熱力學和統計物理。這是物理學中最好用的理論,也是最重要的理論之一。日常生活中有很多看起來很奇妙的現象都跟熱力學/統計物理有關。統計物理,在物理學中適用範圍很廣,延伸到了幾乎所有的前沿問題中,什麼宇宙學,什麼石墨烯,什麼弦論,什麼量子場。為什麼?因為現實世界不是只有一個粒子,而是很多粒子共同組成,而且他們之間相互影響,我們所討論的現實中問題,大多時候是要把這些粒子合起來看問題的,這時候不可能挨個粒子盤查,所以就只好統計。
所以,其實只消精通統計物理,幾乎可以立刻跳到物理學前沿去,包括宇宙學。同時,什麼經濟,投資,社會學,樣樣可以插足,因為這些問題很多時候可以簡化成跟物理類似的模型,用物理方法來解決。複雜系統哦。可以看看周世勛的量子力學或者喀興林的高等量子力學,國內編的這兩本都比較簡單吧
看你是想看科普類的還是想專業類的。前面有不少回答了科普類的,我回答一下專業類的。如果物理學的入門,無非是四大力學,周衍柏《理論力學》, 郭碩鴻《電動力學》, 汪志誠 《熱統》,曾謹言《量子力學》, 黃昆《固體物理》, 以及梁昆淼《數理方法》。都是物理專業的教材。外國的把《費恩曼物理學講義》看完基本就入門了(看完何止入門。。)具體到量子物理學,曾謹言《量子力學》,該書太厚太細,基本上看第一卷就可以了。國外的書籍,最好的是狄拉克的《量子力學原理》,講到量子力學的本質。
第一時間推薦《上帝擲骰子嗎?》這本書實在太好太好了。接下來推薦彭羅斯的《皇帝新腦》。
【注意有圖】
該說的都說完了,我是來做補充的。
關於量子力學方面,也已經說掉了,主要是格里菲斯的那本書相當適合入門,順便提醒下,最好把裡面的練習題目給做掉。
我這邊是要補充下宇宙學的教材,那位匿名的答案已經說了不少關於宇宙學的教材,如果題主或者其他人的普通物理一般的話,建議試試這本書,當然,我自己只看到1/4的內容,不敢保證後面部分對物理基礎的要求會達到什麼高度。就是這本:《宇宙學 第2版》((美)哈里森...)【簡介作者是這位:Edward Robert Harrison說白了這本教材估計就是給本科生看的,閱讀起來相當有意思,廢話不多說,上目錄。想學量子和天體,一定先要學好線性代數和微積分。
《上帝擲骰子嗎:量子物理史話》這本書語言通俗,寓教於樂,還有逸聞軼事,挺適合物理學入門看的。
這本書適合任何有中學基本物理概念的讀者。不管你的水平如何,只要對科學和歷史有一點興趣,我們都誠邀你同行。或許,你將收穫一次人生中難得的奇妙體驗。
這本書將帶你做一次量子之旅。我們從神話時代出發,沿著量子發展的道路,親身去經歷科學史上的烏雲和暴雨,追逐流星的輝光,穿越重重迷霧和險灘,和最偉大的物理學家們並肩作戰。除了回顧基本的歷史背景,我們還將向著未來探險,去逐一摸索量子論面前的不同道路,闖入人跡罕至的未知境地,和先行者們一起開疆擴土。讓你驚嘆的,不僅僅是沿途那令人眼花繚亂的絢麗風景,更來自於你內心深處的思索和啟示——那是科學深植在每個人心中不可抗拒的魅力。
物理選修3-5
量子力學方面我建議直接從sakurai開始。
我們當初上量子力學就是從Sakurai 開始的,並不是真的很難,唯一難的思維方式的改變。要把量子物理當成一個新的世界。當你慢慢習慣用狄拉克記號而不是空間波函數,就會開始覺得Sakurai變得更加容易起來,這種感覺是很爽的!!推薦《上帝擲骰子嗎?——量子物理史話》。文科中年一枚,為了跟孩子講清楚光到底是什麼的時候入的坑。有篇舊文,可以參見。
每天帶壞一本書|嗨!世界,我們還能好好聊天嗎?
每天帶壞一本書|嗨!世界,我們還能好好聊天嗎?
今天要帶壞的書是曹天元的《上帝擲骰子嗎?——量子物理史話》。起因動念讀這本書,有一個小插曲。
就在剛剛過去的國慶假期,和閨女流連在長江邊某個工業小城。秋雨夾雜著微寒,在一片不大不小的公園湖面上盪起漣漪。於是漫無目的的聊天忽然轉向:此刻投射到我們眼裡的波光到底是什麼?對於一個高考前數學摸底測試只考48分的媽來說,要回答孩子這個問題有些尷尬。光是什麼?小小的粒子?蔓延的波?這是困擾多少天才的波粒二象性。天啊,我發現我說不清楚。但是話題既已開始,就不能草草了之。卻無奈偏偏生了一個長著一顆數學腦的女兒,於是,在她自成邏輯的幾番追問之下,我決定,用我有限的江湖物理偽知識,加上修鍊半輩子的煽情掰扯假把式,努力的把話題引向關於世界觀、人生觀和價值觀的探討。結果,我成功了。
這下可好,終於回到了自以為的老本行,心想著這將是一次多麼有意義的談話,既激發了閨女對客觀世界的好奇,又順道引導了她如何建立自己的三觀。但是現實是,話題繼續深入下去,我發現世界到底是什麼?這個問題我自己真的清楚嗎?換句話說,沒有一個確定的世界觀,我的人生觀到底又依託於什麼呢?沒有人生觀,我現在時刻遵循的價值觀又是如何界定的呢?
完了,這下玩大了。
活了幾十年,竟然皆是昏沉……幸虧想起家裡書架上好像有一本這樣的書,貌似可以緩解我的惶恐,這本書就是今天要來帶壞的《上帝擲骰子嗎?——量子物理史話》
上帝擲骰子嗎?
——量子物理史話
作 者:曹天元
出版社:北京聯合出版公司
出版年:2013年9月
說回本書。作者曹天元,據網上資料生於1981年,本書則最早出版於2006年,當時天涯、新浪構建起來的blog文字王國正八街九陌,對於每一個寫文字的人來說,那真是一段令人懷念的黃金燃情歲月。這本書最早就是作者在個人博客上陸續發表的。
正是基於這樣的土壤,所以本書雖然是一本厚達381頁如假包換的科普讀物,但在一脈相承的知乎上還是留下了:「從科學性、文學性、藝術性綜合評分來看,量子力學史話完爆三體。」的評價。
竟然比小說還好看,那我還怕什麼呢?
確實,花了4天時間一氣呵成啃完全書之後,我小小而脆弱的驕傲又經受了一次沉重的打擊。算起來,我和作者在這個世界上存在的時間相差無幾,可為什麼人家能如此俊逸瀟洒地徜徉於那些艱深刻薄的函數、微積分、概率、統計學……?而我早在高中就已經被那些詰屈聱牙的sin、cos,攔在了通往理性科學的大門之外。這還不算什麼,最可氣的是,為什麼人家一個搞生物化學和電子工程的,聊起哲學、藝術、文學來,也如此風度翩翩,超逸洒脫——這簡直沒天理。從《復樂園》到《三國演義》,從《笑傲江湖》到《亂世佳人》,從《獨立宣言》到《哥本哈根》……明明是一本科普讀物,卻讓我不知不覺跟隨著作者設下的懸念和煽動起來的情緒,深陷於各種關於哲學、歷史、政治、戲劇衝突和人性的複雜思考。
舉(kai)例(shi)說(chao)明(shu)
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雖然我們有時候還會偶爾懷念經典時代,懷念那些因果關係一絲不苟、宇宙的本質簡單易懂的日子,但這更多的也只是一種懷舊情緒而已。正如電影《亂世佳人》的開頭不無深情地說:「曾經有一篇屬於騎士和棉花園的土地叫作老南方。在這個美麗的世界裡,紳士們最後一次風度翩翩地行禮,騎士們最後一次和漂亮的女伴們同行,人們最後一次見到主人和他們的奴隸。而如今這已經是一個只能從書本中去尋找的舊夢,一個隨風飄逝的文明。」
許多人喜歡比較20世紀齊名的兩大物理髮現——相對論和量子論究竟誰更「偉大」,從一個普遍的意義上來說這樣的比較是毫無意義的,所謂「偉大」往往不具有可比性,正如人們無聊地爭論李白還是杜甫,莫扎特還是貝多芬,漢朝還是羅馬,貝利還是馬拉多納,Beatles還是貓王……但僅僅從實用性的角度而言,我們可以毫不猶豫地下結論:是的,量子論比相對論更加「有用」
接下去,物理學中將會發生一些真正奇怪的事情。它將把人們的哲學觀改造成一種似是而非的瘋狂理念,並把物理學本身變成一個大漩渦。
一方面海森堡有強烈的愛國熱情和服從性,他無法拒絕為德國服務的命令。另一方面海森堡又掙扎於人類的責任感,感受到科學家的道德情懷。而且他又是那麼害怕盟軍也造出原子彈,給祖國造成永遠的傷痕。海森堡面對玻爾,那個偉大的老師玻爾,那個他當作父親一樣看待的玻爾,曾經領導夢幻般哥本哈根派的玻爾,卻也是「敵人」玻爾,視德國為仇敵的玻爾,卻又叫人如何開口,如何遣詞……少年的回憶,物理上的思索,敬愛的師長,現實的政治,祖國的感情,人類的道德責任,戰爭年代……這些融在一起會產生怎樣的語言和思緒?還有比這更傑出的戲劇題材嗎?
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好了,寫到這裡已經用了很大的篇幅,不符合欄目定位,而且,從前面的文字看起來,難免有些盲目崇拜的味道,這明顯不符合我一貫嘴賤腹黑的個人風格,所以接下來要換換口味。
話說,當初是為了從書中重新找回自己忽然莫名縹緲虛無的世界觀,但全本書讀完了,問題的答案在哪裡呢?換句話說,讀完全書,上帝老頭子到底擲不擲骰子呢?這個問題在這本史話里並沒有給出確定的答案,本書通過栩栩如生的描寫,從物理史上曠日持久的「波粒之爭」,一直講到如今仍未蓋棺定論的「相對論」和「量子論」的對峙,一路看下來,早已挑逗起文科生讀者那敏感易激動的小心臟,可就在故事的結尾,卻偏偏留下了一個開放式的結局,以及一個在文科生看來諸如天書的「超弦」理論。沒錯,讀完全書,一個沒有學過線性代數微積分,不懂矩陣拓撲波函數的好奇文科生,最終陷落進了這樣一種糾結:世界究竟是古典完美符合因果律的客觀存在呢,還是有可能隨時要滑向形而上深淵的不確定性存在?我到底是因為某人在人群中多看了那麼一眼,才從此坍縮存在的一個畫面?還是在伴隨著每一次經意不經意的選擇,而分裂於無數個平行宇宙中歷史和記憶的投影?
嗨!世界,你到底是什麼?我們還能好好聊天嗎?
當然,回答不了這個問題並不是作者的錯,錯就錯在一個記憶力衰退,生活早就被被柴米油鹽填滿的中年文科生,還偏偏自不量力,偏偏要興起重新追問世界到底是什麼樣的起心動念。
所以,和我一樣的文科生家長,讀本書之前確實要做「系好安全帶」。當然,某天,當我自以為是的成人驕傲,早已被本書摧殘得體無完膚之時,忽一回頭,發現身邊的數學腦女兒,正在用她的自成邏輯,組織本學期方案教學的實施計劃和思維導圖。你能想像這個畫面有多美嗎?就好像一個充滿迷霧的灰白色世界,忽然照進了一縷七彩的華光;或者在真實與虛幻糾纏不定的夜幕下,忽然發現了那顆明星,它正指導著我的生命,通過那不可知的黑暗。
Quantum Physics for Babies扎克伯格Priscilla的推薦喔
《費恩曼物理學講義》,我的物理啟萌叔~~
推薦閱讀
曹天元的《上帝擲骰子嗎——量子物理史話》。(這是一本神書!)
入門應該是《上帝擲篩子么》
推薦Steven Weinberg系列叢書:QFT三冊Cosmology還有最近的一本科普書,To Explain the World。雖然沒看過,不過大牛講科普應該不會差了。
20世紀場論的概念發展
我覺得《平行宇宙》加來道雄寫的,作為入門書籍還不錯。個人很受啟發。
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※有限的物質可不可以攜帶無限多的信息?
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※量子場論中束縛態的計算有什麼奇技淫巧?