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从霍尔顿、爱因斯坦到乔治·梅里埃,也许可以这么读物理

 真友书屋 2015-09-14

我们在今天要推荐的是一套老书,它非常好读,甚至会让人怀疑它是不是已经过时了,不过,物理学中最核心的内容其实是相当稳定的,该书的作者作为科学史家,很注重将物理放回到社会和人文环境中去,并通过种种材料让读者了解那些做出科学发现的人。甚至是爱因斯坦与爱丁顿的故事、幻想电影大师乔治·梅里埃的经历,都能纳入到这种解读中去。


| 季燕江 编辑 | Agnes


对于一个没有物理基础的读者来说,最好的物理学读物是什么?我将会举双手推荐杰拉德·霍尔顿(Gerald Holton)的《改革物理教程》(The Project Physics CoursePPC)。这套书有中译本,翻译后被重新定名为《中学物理教程》,分“课本和手册”以及“学生读物”两部分,各六册。主题分别是:1.运动的概念;2.天空中的运动;3.力学的成就;4.光学和电磁学;5.原子的模型;6.原子核。



《中学物理教程》第一册《运动的概念》


杰拉德·霍尔顿是谁呢?他与爱因斯坦、哥德尔这些大牛一样是躲避战争和大屠杀的欧洲移民,不过他的岁数要小得多。1938年,二战爆发的前夕,年仅16岁的霍尔顿通过一项名为“儿童快车”的救援行动来到英国。他在英国完成学士和硕士的教育后又来到哈佛,师从著名的高压物理学家布里奇曼,于1948年获得博士学位。布里奇曼是诺贝尔物理奖得主,同时也是著名的科学哲学家,操作主义的创始人。



杰拉德·霍尔顿

霍尔顿很快因一系列研究和著述成为美国颇有影响力的物理教育家和科学史家。他最著名的工作就是前面提到过的《改革物理教程》。这项工作从1962年持续到1972年,当时正值美苏冷战的高潮。


《改革物理教程》英文版

这套书在80年代被陆续翻译引进到国内,作为一个中学生我第一时间在地坛书市上发现了它们,立马被这种讲述物理的方式迷住。霍尔顿作为科学史家,很注重把物理放回到社会和人文环境中去,并通过种种材料让读者了解那些做出科学发现的人,这和传统的以解题和技能为核心的科学教育很不一样。

作为例子,下面我摘抄一段关于爱因斯坦的文字,出自中译本第5册《原子的模型》,作者是因费耳德(摘自《探求,一位科学家的历程》,1941年版)

“虽然对爱因斯坦来说事关重要的只有科学观念和物理学,但他却从来不肯拒绝帮助别人,只要他感觉到人家确有所需而帮助也会有效。他写过几千封介绍信,忠告过几百人。他跟一位怪人谈话几小时之久,因为那家人写信说,只有爱因斯坦才能治好他……”

关于他自己,爱因斯坦写道:

“我在社会正义和社会责任上的强烈感情,与我与男人妇女直接交往的愿望的明显缺乏,处于奇怪的对立状态。我是匹只能单套的马,不宜双套或编在组里。我从来都不能全心全意地属于国家、朋友圈子、甚至于家庭。这些联系总伴随着无表情的冷淡感。撤退到自己的天地中去,这种愿望与日俱增。这种与世隔绝有时令人痛苦,但我割断旁人的了解和同情并不后悔。为此我当然有所失,但我也得到补偿:不受旁人的习惯、意见、偏见的干扰,不致受人诱惑而把心灵的平静置于这些动摇不定的基础上。”



阿尔伯特·爱因斯坦

下面有段对爱因斯坦为什么会暴得大名的社会心理分析,极其精彩。爱因斯坦的巨大声誉开始于1919年,直接原因是英国科学家爱丁顿(Arthur Stanley Eddington)做了个实验,这个实验表明爱因斯坦的广义相对论是对的,这个所谓对其实就是根据爱因斯坦的理论会更准确地预测出光线在太阳附近的偏转角度。


关于爱丁顿和这段故事,我推荐大家看BBC的纪录片《爱丁顿与爱因斯坦》。爱丁顿是英国人,信仰贵格会,贵格会信徒都是坚定的和平主义者。一战(1914-1918)前后欧洲各大国国家主义情绪高涨,和平主义者绝对是非主流的。比如普朗克在为德国破坏比利时中立辩护的《致文明世界书》(因为有93个知识精英签署,又名“93人宣言”)上签了字,比如爱因斯坦的好朋友弗里茨·哈伯(诺贝尔化学奖得主,一个主动德意志化的犹太人)开创了毒气战等等,所有这些都是在保卫国家、保卫文明的旗号下展开的。



亚瑟·斯坦利·爱丁顿

随着一战战事的进展,英国议会于1916年通过了《兵役法案》开始征兵。爱丁顿试图申请“良心的反对者”Conscientious objector),即因信仰原因拒服兵役。结果剑桥大学给予他“从事事关国家利益重要工作”的豁免。此时,爱丁顿是英国皇家天文学会的秘书,因此他有机会第一时间获得关于爱因斯坦广义相对论的信息。也因为贵格会的信仰,爱丁顿是一位国际主义者,这使得他成为当时不多的对德国科学家的理论感兴趣的英国人。

好,下面正式Copy因费耳德对爱因斯坦会在一战结束后不久因一次实验而确立其在公众心目中巨大声誉的社会心理分析:

“当时战争刚刚结束。人民非常厌倦仇恨、杀戮和国际上的阴谋。战壕、炸弹、屠杀,留下了痛苦的回味。关于战争的书卖不出去。人人期待和平的新纪元,人人希望忘掉战争。这当儿出现了足以攫取幻想的事情:人类的眼光从遍布坟墓、碧血的地球,投向遍布星辰的天空。抽象的思维把人类的心思从悲伤、令人失望的现实引导到了远方。日食的神奇与人类思维的洞察力,真是浪漫的景色!日食异景的一瞥,弯曲光线的想象图样,全部远离忧郁的现实生活。还有一个原因,也许更重要些:一个新事件由一位德国科学家预言,而由英国天文学家去证实。分属两个作战国家的科学家重新合作了!很象是新纪元的开端。”



电影《月球旅行记》剧照


这段热情洋溢的文字使我想起了2011年上映的《雨果》(Hugo),影片是关于传奇导演乔治·梅里埃(Georges Méliès1861-1938)的,梅里埃本来是个魔术师,电影的出现使其有机会探索用技术做出更逼真的想象之物,比如想象中的登月之旅,但这种不现实的东西在战争期间是没用的,他的工作室在1917年被军队征用当医院,电影的原始拷贝被融化用来提取银和赛璐璐,用以承载想象之物的电影胶片被转化为纯物理形态的东西,进而变成靴子的鞋跟。


电影《雨果》剧照

但当战争结束后,人们又重新喜欢上了梅里埃——当时他是个在火车站旁卖糖果和玩具的小老板——并给与他种种荣誉,但此时他的绝大部分电影都已不存在了。这些奇幻妙境因人的想象而诞生,现在又因人的行为重新回到混沌隐晦的所在。


乔治·梅里埃

当然相对论不同,它一旦被爱因斯坦清晰地论证,就很难被再被人忘记,也很难被销毁,这是抽象思维本身的力量。

很可惜,霍尔顿的书现在已经很难再找到了,孔夫子旧书网上能买到中译旧书,Archive.org上有英文书存档(国内无法访问),通过网址http://gen.lib.并搜索“Project Physics Course”可以下载到英文PDF格式的电子书。

可能有些人会认为这套书太老,不够摩登,但其实不是,物理学中最核心的内容是相当稳定的,这套书仍然可以是初读物理的第一选择。当然,换个角度我们也可以考虑像人文学者那样在新的时代以旧的主旨和目的,不断对某一主题进行重新写作,使之在重复中不断焕发出生命。

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