作者:任芳言 来源: 中国科学报 发布时间:2019-10-11
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这本公式书“数商”不在线也能读

 

《惊艳一击》,曹则贤著,外语教学与研究出版社2019 年9 月出版

■本报见习记者 任芳言

霍金说:“每引用一个公式就会失去一半的销量。”为了不吓走潜在的读者,他的《时间简史》只引用了一个公式:E=mc2。而曹则贤的新书《惊艳一击》似乎要反其道而行之,这本在国庆节前夕问世的数理史读物每隔几页就有公式蹦出来,用于展现经典的数学和物理推导过程。

曹则贤想通过这本书告诉读者,数理证明并非高不可攀。他的这本书亦有“壮胆”功效——试着让更多人明白,尝试理解伟大的公式和定理,并非“自取其辱”。

曹则贤是中国科学院物理研究所的一名研究员,曾因上课时用物理定律解读爱情而在抖音“出圈”,单个视频观看次数达1个亿、点赞超过260万。

那堂课上,曹则贤用库伦作用解释了为何“两情若是久长时,又岂在朝朝暮暮”这句诗“不能信”:如果一个电荷被很多正电荷、负电荷包围,那么它就感觉不到远处那个异性电荷的存在了。

这个视频只有38秒,但足够让一个物理现象为人所知。在《惊艳一击》中,曹则贤选取了30个经典的数理证明,各章长短不一,但能让人多少体会到这些证明如何巧妙。

更重要的是,倘若再遇到“这些抽象的定理有什么用?能赚钱吗?”之类的问题,还可以用书中的一句话霸气回应:任何知识,都是知识,是否有用,那要看有没有人会用。

“内向、缄默”的科学家

曹则贤在他的个人简介页面上,列出了参与研究的一系列领域:低能离子与固体表面相互作用、薄膜生长机理、材料科学、水科学等,还列出了他在中国科学技术大学、中国科学院大学和清华大学开设的课程内容。在“培养研究生情况”一栏,有句话格外亮眼:“对热爱物理的年轻人永远虚位以待。”

但曹则贤从来都不是独自等待,除了本职工作,他写起科普读物来也不遗余力:从语言学角度切入的《物理学咬文嚼字》、以著名科学家为主线的《一念非凡》,再到如今问世的《惊艳一击》,基本都是面向青少年,并努力引导他们成为科学家的读物。

但在回答《中国科学报》的问题时,曹则贤直言“我从不认为我有资格做科普”,他甚至不愿人们将这些书称为科普作品。在他看来,科普对人的资质要求比对科学家的要求高得多。

这位自称“内向、缄默”的物理学家,开篇就在新书序言里揭自己的短:“任何一个数学和物理的概念,都有太多我不知道,知道了也可能理解不了的内容。”仿佛在给每一位读者宽心:书中的内容不一定每一行都要看懂,但凡能理解其中一点点奥妙,也令人欣喜。

接着,曹则贤按照专业文献的惯例,在书的每一章前都给出关键词,方便读者查阅。讲完一个推导过程后,他还会写下“多余的话”,讲述一段证明、一个定理背后的趣事。比如普朗克得到黑体辐射公式是因为“瞎猜”、波利亚研究随机行走的初衷竟是“懂得要脸”……

曹则贤作现场报告时,总能用他洪亮低沉的嗓音、顿挫的语调和简洁的语言吸引听众的注意,这种强烈的个人色彩在《惊艳一击》中也处处可见,代入曹则贤讲课的画面再来读这本书,会有不少惊喜。

鼓起勇气读吧

曹则贤曾在《我心目中的科普》一文中谈到,科普作品讲究的是举重若轻、深入浅出。但这般境界难就难在切换自如,他深知:曾经深入过才能有浅出的潇洒,有本事举重才敢玩若轻的倜傥。

在完成《惊艳一击》的过程中,曹则贤阅读了不少先哲原作,更是下功夫研究自己心目中的科普“标杆”以寻求灵感。1979年诺贝尔物理学奖得主温伯格的《宇宙最初3分钟》算一例,与合作者提出大爆炸理论的彭罗斯的作品也算一例。据说彭罗斯的《皇帝新脑》十分抢手,以至于德国大学图书馆的藏本会被读者偷走。

在新书中,曹则贤尝试用非教科书式的语言描述什么是惯性:一个物体,若是没有外界的推动,它就保持原有的懒洋洋的样儿,这就是惯性。

此外,曹则贤还在书中传达了一个重要观念:数学是美的,物理也是美的,它们不分家。许多被视为学科独立分支的内容,其实都有内在的关联。这与常规意义上的学科划分非常不同,而一般的教科书也很难展开讲述背后的故事。

比如牛顿证明万有引力的平方反比率,用到的是平面几何知识;约翰·伯努利解决降速线问题,是用光学过程模拟力学过程;量子力学的另一个名字是波动力学,当出现波动光学时,波动力学就成了必然,而(几何)光学和(几何)力学是一体的……

在介绍这些内容时,曹则贤引用并详细研读了许多一手文献,在文章注释部分可以找到某个定理的原始出处,以便有兴趣的读者查阅。害怕读不懂?没关系,他已经在书中为你铺好台阶:读过,又一直读不懂,才知道什么是真正有滋味的遗憾。这遗憾,足以告慰自己匮乏的智商。

说不定在某一个章节,你也能灵光一现,理解其中的思路有多美妙,体验一把短短几行推导过程让人类顶级大脑狂喜的滋味。

“说了你也不懂”,不是听者的问题,而是说者的问题。不懂一个东西不可怕,可怕的是为了面子放弃理解的尝试。曹则贤的书,就像在努力提高说者的门槛。

纸上穿越,感受快乐

除了说普朗克“瞎猜”,作者还把狄拉克关于电子的相对论量子力学方程解释为“瞎编”,但这些真的都是科学家“瞎猜”或“瞎编”的吗?

在编写速降线一章时,曹则贤翻阅了前人关于速降线和等时线的证明,感慨良多的他甚至在书中吐槽了自己的书名:“从前我以为大师聪明,现在我知道除此之外大师还格外用功……从前我以为大师看得深远,现在我知道除此之外大师确实会算,而且坚持认真地、巧妙地算……哪有什么惊艳一击,只是人家常试常得。”

倘若用“惊艳一击”形容不恰当,那说欧几里得关于素数无穷多的证明是“神来之笔”绝不为过。整个证明极其简洁,讲完还不到10行字。认真弄懂这一小段证明的瞬间,就像穿越回2300年前的古希腊,能体会到当年第一个写下这几行字的人有多激动和快乐,也能明白为何每一位看懂这几行字的人都会啧啧称奇。

曹则贤本人也曾用高斯整数的概念作证明,在证出正方格子有无穷多种单向缩放对称性时,他用“兴奋到要尖叫”形容那一刻的感受。

《惊艳一击》就像是一个大门高敞的迷宫,每条路上都有这样令人激动和快乐的点,作者尽力将先哲原著等第一手资料用通俗、简洁的语言表达。只要明白其中任意一个,就能理解迷宫里其他的点有多美好,甚至能理解为何有些数学家或物理学家根本不在乎他人或机构的认可。用曹则贤本人的话说,他们得到猜想不是靠瞎猜,而是靠在艰苦探索过程中等到的灵光一现。

前人已经消除了不少壁垒,在迷宫尽头朝下一个到达者招手。

《中国科学报》 (2019-10-11 第6版 读书)
 
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