2025年6月5日 星期四

費曼的6堂Easy物理課(Six Easy Pieces: Essentials of Physics Explained by Its Most Brilliant Teacher) 重點整理

 



理查.費曼是一個奇才型的物理學家、諾貝爾物理學獎得主,在物理界中,他的名聲遠撥,同時他特立獨行、風趣幽默的個性,也常為人津津樂道。知名著作有:《別鬧了,費曼先生》、《你管別人怎麼想》、《費曼物理學講義》等等。在物理教學方面,他講授的方式有趣而獨到,彷彿將物理學像一件藝術品般幫人細細品味箇中奧妙,讓人體驗《物理之美》(即費曼著作之一)。

《費曼的6堂Easy物理課》是費曼1960年代在加州理工學院所授課程的精選內容,編成的《費曼物理學講義》,其中精選出的6篇,旨在以深入淺出的方式介紹物理學的核心概念。費曼以其獨特的教學風格,將複雜的物理理論轉化為易於理解的內容,讓讀者能夠從中獲得對物理世界的深刻理解。


第1堂課 運動中的原子

◎假設有那麼一天,地球發生巨大災難, 把已有的科學知識悉數摧毀, 只剩下一句話,讓僥倖活下來的人傳遞給子孫。 什麼樣的句子能夠以最少的字,包含最多的知識呢? 我相信那就是: 「一切東西皆由原子構成」。

◎溫度事實上就是原子、分子的振動程度。

◎一定數量分子的情況下,如果空間變小,分子之間的碰撞必定更激烈,於是溫度會上升。反之亦然,如果空間增加,空間內的分子便逐漸冷卻。

◎呈上,這也是為何大多數物質在加熱之後,體積會上升,因為分子振動,佔的空間更大。但水除外,這是因為分子結構的因素所致。

◎不同數量的[質子]所構成的[原子],形成了不同元素,也就是[分子]。而不同的分子,會呈現出不同性質。然而這當中的細部作用,可以用物理學的理論來解釋化學。

◎原子由於失去或得到一個電子,而成為[離子],因為電子換位的緣故,造成吸力,因此兩個原子緊密連在一起,形成分子。

◎化學反應指的是原本的分子組合型態,變化成另一種分子組合型態。比如固態的碳與氧結合,形成一氧化碳氣體。(物理或化學變化其實是人後天加設的,大自然本身並無學科疆界)


第2堂課 基本物理學

◎從複雜理論歸納理論的3個方法:1. 相對單純的現象,試圖觀察與歸納規則。2. 試著假設簡單規則,看看它是否在各現象中吻合。3. 試著歸納「大致」的自然現象。這就是物理學一步步發展過來的方法,一步步打造概念和理論,解釋自然中發生的事情。

◎兩物之間,因為電荷屬性不同而發生的吸引力,是為電力。電力與磁力是一體兩面,電力形成的電場,即為磁場。

◎兩物之間,因質量而產生的引力,是為重力

◎原子中質子的數量(與電子數量等同)決定該原子為何種元素。

◎電磁場中的波動頻率就如同水波一般,光也是一種電磁波,廣播也是種電磁波,電磁波之間的差異只有頻率。

◎電磁波的頻率從低的廣播頻率,到可見光的紅外線到紫外線,再往上則是X射線等。

◎量子物理學運作的模式與古典物理學相當不同。電子與質子之間在微觀的世界中以強核力和弱核力來運作。

◎在量子力學中,波與粒子同時有可能發生,或者說,場的波動行為和粒子行為並沒有什麼分別,端看測量的方式及其結果。

◎其中,粒子的位置和其行動速率必定具有不確定性,兩者不確定性的乘積必定大於一個常數。


第3堂課 物理學與其他科學的關係

◎原則上,化學的所有現象都可以用量子力學加以解釋。熱力學即是用統計力學來研究熱的現象。有機化學研究有機物化學作用,但有機化學和無機化學並無實質的區分,只是有機物運作的行為較為複雜。

◎如果我們觀察一杯酒,觀察得夠仔細的話,我們真的能從它裡面看到我們這個宇宙的全部。它包含著物理學所探討的各種事物:旋轉的液體,不斷隨著杯子外的風向與氣候在改變蒸發速率, 杯子裡的各式各樣看得見的倒影,以及我們憑想像加上的原子,可說是一杯之內,包羅萬象。而杯子本身,是從地球岩石中精製出來,我們藉由岩石的成分,揭開了宇宙年齡和恆星演化的秘密。此外,酒裡面為何會有一大批奇怪的化合物?它們都是打哪兒來的? 其中有個別化學反應的酵素,也就是酶,有參與反應的原料,也有反應得到的成品。

我們為了方便起見,在心目中把這杯酒,也就是這個宇宙,劃分開來,成為許多學門,諸如物理學、生物學、地質學、天文學、 心理學……等等。不過得牢記心中,大自然可不知道有這個分法! 所以讓我們再度把它們還原成一體,且不要忘記當初為什麼要把它們分開


第4堂課 能量守恆

◎我們有重力、動能、熱能、彈性能、電能、化學能、輻射能、核能、質量能等等,挼果我們把這些能量加總起來,計算它們的形勢轉變,我們會發現其總和終究不變。

◎除了能量守恆之外,電荷也是守恆,正電荷與負電荷總和為零。


第5堂課 重力理論

◎行星繞著恆星運轉,以恆星為圓心、軌道為圓周,每單位時間經過的周長與圓心構成的圓錐形面積皆為恆等。

◎重力的力量與距離平方成反比,但是即便距離非常遙遠、重力微乎其微,卻仍然有作用。從宇宙中銀河系的螺旋聚集,便可看出。

◎兩電子之間的電力與重力相比,比例約為10的42次分之一。有趣的是,如果以光穿過一個質子的時間做為基本單位,則宇宙的年齡也約為10的42次分。這似乎意味著重力和宇宙的年齡有相關性,有可能重力常數將隨著宇宙年齡增加而略微減少。


第6堂課 量子行為

◎在光子雙狹縫實驗中,如果我們不對光子通過的路徑進行測量,則光子最後落點位置的機率分布會呈波的[干涉]現象。但如果對光子通過的路徑進行測量,則光子最後落點位置的機率分布會呈粒子的分布現象。


最後

費曼自我期許的教學理念是:

第一件事是先想清楚,你為什麼要求學生學習這門課,以及你要他們知道哪些東西。教學的方法則隨興之所至,大致上是依據常識判斷的結果。

本來費曼開課和撰寫物理學講義的初衷,是為了激發初識物理學的心聲,能對此學科更感興趣,而非意興闌珊。然而其後續帶來的結果有所不同,不少初入此學科的學生對費曼獨到的教學方式似乎未能盡能領略,但費曼的教學反而對最聰明、積極的學生和教授帶來許多啟發。這似乎是費曼本人也始料未及的。

總言之,費曼不落窠臼、始終鼓勵批判性思考的教學方式,深深影響了許多人。


by AI



2025年6月2日 星期一

直覺厲害?還是深思靠譜?——《決斷2秒間》書摘

 


《決斷2秒間》(Blink: The Power of Thinking Without Thinking)是暢銷作家麥爾坎.葛拉威爾(Malcolm Gladwell)於2005年出版的作品,探討人類在瞬間做出決策的能力,並提出「薄片擷取」(thin-slicing)的概念。

在本書中,葛拉威爾指出,人們在極短的時間內所做出的直覺判斷,往往比經過深思熟慮的決策更為準確。這種快速決策能力源於我們潛意識中對關鍵資訊的擷取與分析,即「薄片擷取」。透過多個真實案例,作者展示了這種直覺判斷在各個領域中的應用與影響。


書摘

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Chapter 1.「薄片擷取」理論:點滴知識的漫長路徑

◎「厚片擷取」式的思考是深思熟慮,「薄片擷取」是仰賴快速直覺,但背後其實是潛意識靠經驗來判斷。

◎「薄片擷取」如同一葉知秋,它可以避免受到過多資訊的干擾,從少數的相關性因子來做判斷,例如觀察夫妻的互動來判斷婚姻狀況、或是觀察學生的房間來預測成績,而不需要對當事人熟識,有時能做出更客觀到位的判斷。


Chapter 2.深鎖房門的後頭:當機立斷的祕密

◎人們生活中大部分的日常活動,由潛意識在驅使,直覺識思考幫助人們在有限的資訊下快速做決定,而不是陷入無止境的蒐集資訊和分析。包括選取約會對象等。

◎人們會對於自己的行為試圖給出合理的說明,但事實上自己可能都不理解決定背後的原委。

◎當意識層面對眼前問題坐困愁城時,潛意識可能正在解決問題,產生所謂的靈光一閃。


Chapter 3.哈定謬誤:為什麼我們偏愛高大、深膚色、英俊的男性

◎哈定是一位美國前總統、英俊挺拔、富有魅力、演說精彩,但是才智平庸、政策無洞見。哈定謬誤顯示,快速判斷容易讓我們陷入慣性思考或刻板印象的謬誤裡。

◎俗話說「不可以貌取人」,就是指第一印象容易犯下的錯誤。然而,由於這是人類難以避免的天,因此,注意留給他人的第一印象也很重要。


Chapter 4.凡瑞普將軍的大捷:創造隨機應變的組織結構

◎分析式的決策與直覺式的決策兩者並沒有絕對優劣可言,真正會壞事的做法,是在不恰當的情況中運用這兩種決策。

◎專業人士在做決定時,並不會井然有序、步步為營地考量所有可行方案`;人們雖然被教導要以這種方式來做決定,但是在真實生活中,這種方式緩不濟急。

◎額外的資訊根本不是什麼優勢,其實你只需要些許的資訊,就能夠直探某個複雜現象的背後意義。

真正成功的決策有賴於在深思熟慮與直覺思維之間取得平衡

◎在卓越的決策過程中,精簡是一種美德。


Chapter 5.肯納的困境:詢問人們想法的正確(和錯誤)方法

◎當我們把某種食物放進嘴裡,並且在一瞬間判斷它的滋味是否美好時,我們根據的訊息不僅來自味蕾與唾腺,也來自眼睛、記憶與想像力。

◎頂尖的企業都瞭解,對於消費者面對革命性產品或概念的第一印象,必須深入詮釋,不能只看表面。

◎當我們成為某方面的專家,我們的品味也會變得更為獨特與複雜。

◎反省思考會破壞一個人解決洞察力問題的能力。

◎人們的感受,不一定符合他們的想法,也不一定符合他們的說法。


Chapter 6.生死七秒鐘:讀心術的奧祕與壓力下決策

◎在高度壓力或緊急狀態下做判斷時,人的視野觀點會窄化,對問題更聚焦,但同時也降低了同理心和分析事物其他可能性的能力。


結論.請把屏風準備好:決斷兩秒間的啟發

◎避免判斷偏誤的方式是,妥善控制快速認知的環境,過濾掉不必要的雜訊,專注在相關的重點來做判斷。