耶魯公開課丨《基礎物理》:耶魯「高分」教授帶你感受物理之美

2021-01-21 耶魯北京中心

耶魯大學的人文教育聲名在外,但其實理科教育也斐然可觀。


本周,我們給大家介紹的便是耶魯公開課中因為廣受歡迎而成為首個被錄製的理科課程——《基礎物理》。

如果你走進課堂聽到教授說著「beautiful」(美麗的),「elegant」(優美的),「awe-inspiring」(令人驚嘆的)這樣的詞,你恐怕會認為這是一節音樂或是詩歌賞析課。


直到他在黑板上寫下一個個等式時,你才恍然大悟,這竟是一堂物理課,而Ramamurti Shankar教授想做的正是通過探索自然現象,探討造物主背後的邏輯。

這一個個等式看上去多麼優雅,多麼強大。正因為你感到它很美,才急切地去傳遞給更多人。這些定律彼此竟然吻合得天衣無縫,可以解釋這麼多事物。我雖上了這麼多年課,但每次向學生展示總能令我驚訝,而我想把這驚訝傳遞給學生。如果我都感覺不到,他們也會感覺不到。

就像學生去上一堂閱讀莎士比亞的課,上完後帶著一種對美的享受離開。物理也一樣,需要向學生傳達它為什麼美。


這門課如此受歡迎,顯然他做到了。他的一位學生這樣回顧道:「他是真的覺得量子力學是一個很美的主題,我們能看得出來。正是那份神秘和優雅讓我選擇了物理學繼續深造。」



《基礎物理》導論原本延續三個學期,內容涉及牛頓力學、熱力學、電磁學、光學等物理學原理和方法,以圖解決問題和定量推理。


在Ramamurti Shankar教授接手後做了一些調整,不僅將時間縮短為兩學期,還把相對論和量子力學的教學納入大綱。

以前這門課不講相對論和量子力學,多可惜,它們是物理學裡最性感的兩個話題。

縮短了時間,卻增加了內容,但這還不是全部的挑戰。隨著知識的不斷累積,教科書也變得越來越厚,足足有1000多頁。

我上學的時候,教科書僅有今天的1/3那麼厚,但我環顧一圈,沒發現你們誰的腦袋比我的大三倍。


所以Shankar教授精心挑選了他認為最核心、最有趣的內容來講,從伽利略、牛頓開始,一直到上個世紀最偉大的那些物理學革命。

以課堂實錄為基礎,經過加工使之更加準確的《基礎物理》教材也已經譯成中文出版。為了降低教材成本,Shankar教授親手繪了書中插圖。相比於其他昂貴的大部頭教科書,這本《基礎物理》因為內容精煉、價格實惠而頗受歡迎。


另外,這是一門針對大一學生的通選課。學生們背景非常多樣,大多數學生後來並不學物理專業,有的可能做律師,有的會當醫生。

教授,我將來打算當醫生,為什麼要學相對論或者量子力學呢?

這個問題問得好!


假如你當了醫生,遇到一個病人突然以光速跑掉了,你學了相對論就不會驚慌失措;或者你是一名兒科大夫,碰到一個來看病的兒童坐立不安,你學了量子力學,就明白這是因為粒子本身太小,不能同時具有確定位置和動量。


所以,不管以後學什麼專業,或者未來從事什麼行業,都不妨礙學學《基礎物理》,正如不讀英文系,也可以欣賞莎士比亞,不學音樂,照樣欣賞交響樂


這門導論課最初設想的聽眾本就非常廣泛,因此上傳到網上後受到物理愛好者們的熱捧,點擊量一直名列前茅。據說一位本就喜歡物理的家庭主婦,在送孩子上學去後,回到家就會跟著視頻學習。


學習過的人不約而同給出了「好評」,部分原因可能也是Shankar教授時不時冒出來的冷幽默

網友評論


他的一個學生還專門整理了「Shankar教授搞笑語錄」(https://jfi.uchicago.edu/~tten/rainbow/Funny%20things/shankarquotes.html)。


今天是一個特別重要的日子。生日可以忘,周年紀念日可以忘,但今天不能忘,因為今天你們要學牛頓定律。

如果有人錯過一節課,應該向同學問一下,因為我不會整本書挨著講。如果你不問把整本書都讀了,那就冒了學習不必要知識的風險。誰願意冒這樣的險呢?

Ramamurti Shankar

耶魯大學物理學兼應用物理學教授


Ramamurti Shankar教授是名副其實的耶魯老教授,1977年開始在耶魯任教,至今已有40餘年。


Shankar教授在印度長大,大學就讀於印度最頂尖的工程大學——印度理工學院,學習電氣工程,一個偶然的事件改變了他的人生道路。


大二時,他的哥哥從美國給他寄來兩本物理書,就是有名的《費恩曼物理學講義》,他讀了相對論那一章並試著驗證了幾個公式,頓時感覺物理妙不可言,仿佛找到了人生方向。


於是開始自學物理,並在大學畢業後考GRE申請美國大學,被加州大學伯克利分校錄取。


來到伯克利,他跟老師說,自己厭倦了學工程,希望改學物理,而且要學「最最沒有用」的那種物理。於是老師就推薦他學了與現實社會毫無關係的基礎物理學,從此踏上了物理研究這條畢生熱愛的道路。


作為一位理論物理學家,他在高能物理學、量子場論、凝聚態物理的多個領域,如分數量子效應,做出了重要貢獻。


2009年,美國物理學會授予他利林菲爾德獎(Julius Edgar Lilienfeld Prize)。2014年,他當選為美國藝術與科學院院士

在2014年的入院儀式上,Shankar教授受邀發表演講,並談論他對在線教育的看法。因為他的公開課在網上爆火,有些大學教授擔心視頻公開課的形式會讓學校為了降低成本而逐漸減少終身教授,但他認為,網絡課程不能替代教授真人的授課,部分原因是教授不只是簡單地傳輸知識,而是通過面對面的指導,針對每一位學生展開因材施教。


除了科研,Shankar教授對教學可謂樂此不疲,「我非常喜歡去教室」。


2001年,他出任耶魯物理系主任,本以為不用再教學了是一種「解脫」,結果卻發現這簡直是一種懲罰。


第二年,《基礎物理》的任課教師在暑假裡生病無法上課,於是他欣然接手,第一次給非物理專業的學生上大班課。


2006年,時任耶魯教務長、現任耶魯大學校長的蘇必德(Peter Salovey)詢問Shankar教授是否願意把這門課錄下來,作為一門公開課免費開放給全世界的網友。「我至今還沒遇到不喜歡的鏡頭呢」,Shankar教授爽快地應允道。


於是就有了我們今天看到的這門「網紅」公開課——《基礎物理》。



拓展材料1幫助大家進一步了解Shankar教授,2和3幫助拉近你和物理之間的距離。


1. Shankar教授接受網易公開課欄目A-Talk採訪


2. 這一「物理地圖」有助於快速了解物理的幾大領域:


3. 物理學家Helen Czerski在TED的演講:日常生活中迷人的物理現象


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