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下饭的物理课来了!约么?

物理学家怎么思考问题?用信封。

这是一个行业“黑话”——信封背后的物理学 Physics at the back of an envelope 。

信封背后物理学不是神秘魔法,它源于科学家在面对复杂的物理问题时,需要快速地进行估算和初步判断,而手边又不一定有专业的计算工具或纸张。那个年代,信封随手可得,信封背后的空白便成为了快速推演的战场。

面对一片未知,如何对问题快速形成判断?或直觉,或常识,或灵感,如同在黑夜中极速穿行的侠客,风萧萧兮,手起笔落。所以,徐一鸿教授把这种风格的物理计算叫做夜航物理学 Fly by Night Physics 。

现在,让我们一起从西湖大学理学院吴从军教授的新课《信封背后的物理学》出发,从2月17日开始,每周一中午11点30分到12点15分,贯穿全学期。同时我们会开放直播,在这个午餐时间,乘着物理之舟起飞,一起学物理“下饭”。


吴从军教授

还是从费曼说起。

物理学家费曼喜欢在信封和餐巾纸上做演算,这种方法在研究的初期阶段尤为重要,帮助他避免在错误的方向上浪费时间。

这是物理学研究中的信封文化,诸多物理学大神皆是如此,在进入精确计算前,通过快速、简化的计算来抓住问题的本质。

第一颗原子弹爆炸后,当时关于核弹的爆炸当量信息是严格保密的。但是,英国人泰勒仅仅通过新闻报道中展示的蘑菇云照片(有比例尺和时间信息),估算出爆炸当量大约是2万吨,和真实的数据在同一个数量级。

大道至简,也可以写在信封背面。我们可以先来看一些问题:

为什么化学燃料驱动的火箭很难到达第三宇宙速度,很难飞出太阳系?

秦时明月汉时关,其实月球正在离我们远去,恐龙生活的时代的地月系统和现在有什么不同?

为什么候鸟连续不停飞行的最长距记录,和民航客机的最长飞行距离相近?


吴从军的备课手稿之一

这些有趣的案例,也许会在《信封背后的物理学》慢慢展开。不管你是物理专业学生,或是爱好者,相信这一课程可以帮助你打开思路。课程会教你如何在陷入公式的泥潭之前,用“信封背面”做个分析,学习物理学家的思维方式。
“精确,是下一步的事情。”吴从军说。在追求精确之前,培养自己的直觉能力尤为可贵,如同数学猜想本身的描述往往是简洁的,信封背后物理学同样追求灵感和直觉。只是在提出猜想之时,如何去猜,往往需要一些方法和训练,这也将是《信封背后物理学》将为你展开的。
这也是吴从军教授第二次把课程直播公开。2023年冬天开始,吴从军教授以杨振宁先生代表工作为导读,梳理相关物理知识。这个系列,一讲就是大半年,由冬入春,再由春入夏。
又一个春天,在直播课堂见。

相关书籍《夜航物理学:物理学家如何使用信封背面》,作者徐一鸿教授(A. Zee)是美国著名的华裔物理学家、科普作家和教科书作者。

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