【综述】什么是物理学

【综述】什么是物理学

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精华笔记

一、物理学是什么?物理的研究方法是什么?

物理学,是研究万事万物运行规律的学科。它的目标是帮助人类从物质层面,更好地认知这个世界。


1. 物理学的研究方法

物理学的基本研究方,可以分为三个环节,分别是:归纳、演绎验证。

 

归纳法,就是通过现象总结规律。一个人见过所有欧洲范围内的天鹅都是白色的,于是他通过经验得出一个结论:世界上的天鹅都是白天鹅是典型的归纳法归纳法的特点是只能证伪不能证明。如果有人在澳洲看到一只黑天鹅,那么世界上的天鹅都是白天鹅的结论就被证伪了。

 

演绎法,则是以一条基本假设为前提进行逻辑推演。比如已知凡是人都会死,苏格拉底是人,所以苏格拉底会死这是典型的三段论演绎法。演绎法的特点是只能证明不能证伪因为只要前提是正确的,后面的推论都是必然的导出。

 

即使结论是错误的,也是因为公理前提出了问题。如苏格拉底会死的论证,是基于凡是人都会死的公理给出的,但是人真的都会死吗?你并不能保证以后生命科学发达了,会出现永生的人。

 

所以对于物理学来说,还要有关键的一环,就是验证。物理学是一门实证科学,物理学上的所有结论都要得到实验的验证,才能被认为是正确的并且这种正确,只局限在一个特定范围内。任何一项物理学成果,都不能说是海内皆准的。在地球上适用的物理规律拿到全宇宙就未必了

 

所以物理学的研究方法,可以概括为归纳、演绎、验证。通常是实验给出归纳性的原理,再由理论出演绎推导的结论,最后通过实验去验证这些结论。大家都很熟悉的电磁波的发现过程:先是库伦、安培、法拉第等物理学家,通过实验归纳性地总结出了许多关于电和磁的经验性规律再由麦克斯韦通过强大的计算能力,在理论上出了统合一切经典电磁现象的麦克斯韦方程组,从方程组中直接预言了电磁波的存在而电磁波的存在,是在麦克斯韦方程组几十年后才被一个叫赫兹的物理学家用实验验证


2. 科学是什么?

由此可见科学非真理,而只是可被验证或者用波普尔的话来说,科学就只是“可证伪”,它永远有被推翻的可能性。正是这种可证伪性,人类对于世界的认知才能不断提升


物理学的发展,与其说是一部人类对于世界认知的进步史,还不如说是一部人类认知的“打脸史”。可以说,物理学骄人成绩的背后,是比成果多得多的伤痕累累,完全是物理学家们负重前行的结果。物理学的进展,是在不断地推翻旧成果,或者说不断地扩大研究边界的过程中获得的。

 

二、课程目标

1. 传统物理课讲法

我们这门课目标是把迄今为止,物理学每个领域当中最前沿的成果讲给你听,并且我的侧重点是物理学知识背后的逻辑。只要是这里给出的结论,一定会把结论背后的物理学逻辑讲述清楚。让你能真正做到认知水平的提升充分理解物理学思维,并享受思想的乐趣。

 

当然,这门课的讲解方式与传统大学里物理教学的思路是全不同的。如果你去读一个物理学的本科,你会发现大学的教学主要是按照物理学发展的时间顺序进行的。因为随着时间的推进,物理学认知世界的尺度也在不断变大,变深。这样的讲法固然扎实,但与我们日常感知相距甚远。

 

并且,传统物理学的讲法之所以是先学力学,再学热学、电学,最后到量子物理,是因为伴随着物理学的发展,要有与之匹配的数学工具。换句话说,就是数学越来越难。我们这门课不会作深奥的数学计算,但这并不影响你去理解深刻的物理学思维。


2. 我关于讲课的启发

我认为不用高深的数学,也能理解高深的物理,其实是源我的一段经历。我在美读博士期间,曾受邀担任一场中学生科学创新比赛的评委。在比赛中,我注意到一个美国的中学生参赛者的课题,居然是与费曼的路径积分关的。这让当时的我大吃一惊,因为即便是物理学专业的本科生,也未必会去学习路径积分的知识,可以说是非常专业、非常高级的领域了

 

我当时的第一感觉是这孩子学习不知轻重,弄得一知半解,不够扎实,对于以后的物理学专业学习想必没有什么好处,学习的过程还是应该按部就班,一步一个脚印。但是后来听了这位中学生的演讲,可以说是颠覆了我对于学习物理这件事情的认知这位中学生通篇没有进行任何数学计算,仅仅是从逻辑推理的角度,甚至结合了一些生活中的经验,就把路径积分的核心思想解释得明明白白。这让我意识到,高深的物理学知识经过拆解,其实都可以不用数学,就能讲解得明明白白

 

因为大道至简

 

3. 从感官出发

所以你就看到了今天这门《六极物理》。

 

六极物理,其实是我依据人的感官,以可以感知的世界为线索,把现有的物理学重新作了一遍拆解:

 

我们生活的环境中,所有物理参数对于们来说都是适中的、温和的,否则生命无法存续我们用肉眼看不见宇宙的深处我们运动速度不会太快地球的引力不会太大;人用肉眼也看不见微观世界,看不见分子、原子,甚至细菌都看不见地球上的气温不会太高也不会太低,否则不被冻死也要被热死。所以如果要让物理现象变得明显,必须把参数调到极限,才能看到这里面的神奇表现。

 

于是,我把这门课分为了六个“极”,分别是极快、极大、极重、极小、极热、极冷。

 

三、课程结构

极快篇,我将为你讲述爱因斯坦的狭义相对论,也就是当我们的运动速度快到接近光速的时候,会看到哪些神奇的现象


极大篇,我将为你讲述大尺度的物理学从地球到太阳一亿五千万公里距离,一直到全宇宙几百亿光年的大小


极重篇,我将为你讲述爱因斯坦的广义相对论例如在电影《星际穿越》中,男主和女主去黑洞边上的行星考察了3个小时,回来以后就发现飞船上等待他们的同伴已经等了20我会告诉你,这到底是为什么


极小篇,我将带你进入原子的内部世界,看看这个世界到底是由什么东西组成的


极热篇,我将把温度升高到难以想象的程度我会告诉你当我们能操控一亿摄氏度高温的时候,也许就一劳永逸地解决能源问题,以后就再也不用消耗石油了;


极冷篇,我会把温度降到接近绝对零度,物质将会出现各种各样神奇的形态,比如超导体超导体如果普及民用的话,就再也用不到交流电了。


让我们一起,给思想插上理性的翅膀,在物理学的天空中,尽情翱翔吧!


以上内容来自专辑
用户评论
  • 听友205498382

    严老师您好,我问您一个问题。宇宙诞生于138亿年前,假如一个人距138亿光年外看宇宙,哪个人再以极快速度瞬间到达哪里,那个人能看见宇宙中的奇点吗?(不考虑宇宙温度)。

    严伯钧 回复 @听友205498382: 根据天文观测,宇宙边缘膨胀的速度是超光速的,所以138亿光年外并不是宇宙的边缘。另外就是宇宙没有一个中心奇点,因为宇宙本身没有绝对的时空坐标。

  • A_264

    严老师您好,可以用英语把物理学简单的介绍一下吗

    严伯钧 回复 @A_264: 哈哈 之前在抖音上讲过一集,放在这里怕把人吓跑了。

  • 银港小怪兽

    趁着打折毫不犹豫的入手了,希望能填补一下在高中方面物理的不足,本人学文的,写作

    严伯钧 回复 @银港小怪兽: 搞创作很厉害。

  • 微宏999

    科普秀听完不过瘾,继续追随

    严伯钧 回复 @微宏999: 厉害,坚持就是胜利。

  • 脑洞男孩

    科普秀听完就过来了

    严伯钧 回复 @脑洞男孩: 升级了。

  • Terra33

    为啥没有极慢

    严伯钧 回复 @Terra33: 极慢就是静止啊,不算是一极。

  • 1570603vjlf

    归纳法,有限元内可以证明吧???

    严伯钧 回复 @1570603vjlf: 能说的具体点么?没太明白你的问题是啥?

  • 听友224971091

    为了严伯钧来了喜马拉雅

    严伯钧 回复 @听友224971091: 欢迎 多多留言。

  • canon_7f

    老师很会自夸啊哈哈哈

    严伯钧 回复 @canon_7f: 被你发现了

  • iamliyan

    那个美国中学生怎么解释的?麻烦师兄说明一下🙏

    听友27029814 回复 @iamliyan: 解释的通也不一定是真的,解释不通也不一定是假的。解释是最没有用的东西