如何從零開始學習天體物理學?

2021-01-19 星空天文


一個幾乎把物理忘光的人如何從零開始學習天體物理?


嚴重反對給推薦科普書的。人家是正經八百想學天體物理的呀,那些科普書除了讓人暈乎,真是啥用都沒有(是的,我在開玩笑)。


另外,樓上有說「樓主來泡物理男的,正兒八經回答的歇啦」——您確認這不是「小夥伴們的好事,大快所有人心的大好事」?


來,我傳題主一套咒語,免費的喲~ 跟我默念三遍:


天體物理是物理學中最容易入門的分支。

天體物理是物理學中最容易入門的分支。

天體物理是物理學中最容易入門的分支。


是的,您沒看錯。在下智商不過 75(省婦幼保健院實測值,非爛大街智商 App 數值),有學習障礙,記憶力一塌糊塗,學校辦特奧會的時候有人把我當運動員的,竟然都在天體物理界混著,您大可以多點兒自信。大不了,咱還可以去天文臺維護望遠鏡和值班嘛。


啊呀,題主被剛才的咒語迷倒了,中了邪魔了,咋辦?沒事兒,我這兒有解藥,免費的喲~ 跟我默念三遍:


天體物理是物理學中最「噁心」的分支。

天體物理是物理學中最「噁心」的分支。

天體物理是物理學中最「噁心」的分支。


凝聚態物理,不管數學結構如何 sophisticated,總是瞄著實驗上的實現,而且偉大的凝聚態和冷原子實驗家們,甭管怎樣的球形雞,總能給您造一個出來,還就這麼妥妥地擱真空裡,讓人食慾大開。


高能麼,能做得了的實驗,人們都做得非常極致。做不了實驗的…… 實在不行咱做數學去吧,沒看人 Witten 拿的是菲爾茲獎麼。最不濟,物理學的其他部分甚至其他門類的科學都在衝咱們借方法吶。


天體物理?得了吧,宇宙給咱什麼,咱就只能看什麼,數據都糟爛得跟一坨那 X 似的。理論?別提了您哪,實驗上沒法做的東西,要是宇宙中還找不到,您跟誰說理去?哦,感情您編那麼複雜一個故事,都只是為了騙騙自己?數學?那麼 naive 的方程組您跟我談數學?誰管您找了個全世界前幾的超級計算機吭哧吭哧跑了多少個半天啊。


廢話說完,推薦步驟。


美帝有一些學校的天體物理系開設了 Post Bachelor 項目,專供轉行人士使用;價格略坑爹,性能不知,謹慎參與。本系今年入了倆 PostBach 的哥們兒,一個原是做經濟(還是偏人文的經濟)的,另一個原是做工程的。


要是想自學,您得有個前提:大學物理多多少少得撿起來點兒,手邊還得備一套物理專業普物教材。無他,有時候用得上啊。不過,也別貪多,當成資料,不懂的時候翻翻就是。


可以去 MOOC 或者 Coursera 平臺上找公開課,但是也別貪多,天文 101 之類的也多坑爹(真的,101 們就是讓您瞅瞅天文美圖的,要這樣還不如多去看看電影),2 字頭之類的可以考慮試試。Yale 的天文系不大(在化學系樓的地下室和三樓各擠了半層我瞅了直接寒心不敢去了我會亂說麼),開的課卻也還不錯。到了 3 字頭,就需要一些實打實的數學物理知識了(不過還好,是普通物理級別的);不才本學期帶了系裡的 AST 303 課(作為助教),深感小朋友們的數理基礎略略捉雞(平均而言;大牛總是有的)。不過,一套紮實的普物教材(高教社的《新概念物理教程》 其實不錯),會讓您有信賴的趕腳的。


至於天體物理本身的教材…… 我得發表點兒容易被噴的個人觀點。


天體物理的很多觀念革新得太快,從教材中獲取的知識,或多或少都有不成熟甚至錯漏之處。所以,與其推薦題主閱讀大部頭,私以為,也不如那本被萬眾鄙視的小黑書:徐仁新的《天體物理導論》。當然,這與我個人偏好有關:我更喜歡先儲備 minmal 但是夠用的預備知識,剩下就的「在戰爭中學習戰爭」好了。


學完那個,再好好看看概率統計,真的就足夠您進行觀測研究了。觀測研究者,需要的是敏銳的嗅覺、深刻的洞察力、堅韌不拔的意志(對,因為觀測要熬夜,特別是射電望遠鏡,白天也能看,整天都沒法碎叫),而不是當一個掉書袋子。


至於理論研究…… 那坑就大了。


首先,四大力學必須走起(分析、量子、電動、熱統),還得會玩流體力學,否則沒治。此後,如果真想玩兒《星際穿越》裡頭的東西,廣義相對論(GR)必須來一發,而 GR 需要比較紮實的高數和張量分析(如果想理解奇性定理之類,一般的高數也不夠了,數學分析才行),甚至微分拓撲。想做宇宙大尺度結構,量子場論也不能不學了。想做白矮星和中子星的內部結構,固體物理凝聚態理論,甚至量子色動力學都弄懂,也不嫌多。想玩兒星際介質,普通化學級別的化學,乃至物化,也都得搞懂一點兒。



別急,沒完。


那些東西的理論常常已經複雜到了人肉算不出來的地步了,所以您幾乎必須得會寫代碼。Python 總得會的(處理觀測數據用得上,順便鄙視 IDL),C/C++/Fortran 最好也得懂一兩個——拿來做大規模數值模擬用的。


當然,以上一切的基礎,是有強大的手工計算能力,吃掉一百張草稿紙不吐骨頭那種。


然後,弄完了那一切,您突然發現,擦,我做的是個神馬玩意兒,觀測現象解釋不了啊,坑爹呢這是!



作者:@王力樂

轉自《知乎》

相關焦點

  • 天體物理學就業前景如何
    現階段國家急需天體物理的人才。但是此專業在外向就業方面卻不是那麼好就業,所以一些考生在看到此專業時,會望而卻步。其實這個專業學好了,前景不比外向就業差。要知道進入科研場所或者高校,都是十分不錯的。隨著國家航天航空事業、天文事業的發展,天體物理專業的人才會享受越來越好的待遇。
  • 書評:《給忙碌者的天體物理學》
    自從劉慈欣的《三體》獲得雨果獎,收割歐巴馬、柳傳志、馬雲、馬化騰、雷軍、扎克伯格等一票粉絲,國內掀起了一股科幻熱,讀者對於天體物理學和探索太空,生出前所未有的欲望。 幾年前熱映的《人民的名義》, 「宇宙區長孫連城」夜觀星象還被觀眾調侃,如今讀者對於宙題材文學如饑似渴,市面上有很多質量很高的作品,今天要介紹的《給忙碌著的天體物理學》就是其中之一。
  • 如何系統地從零開始學習PLC?
    先要明白PLC本質是繼電器電路的軟體化,也就是在電腦上畫畫繼電器電路圖,這個是它的根本,所以在學習PLC之前,你一定要有點電工基礎,理解和實操過繼電器電路的使用,這個是非常重要的,畢竟PLC軟體的東西都是在模擬硬體電路,請關注:容濟點火器作為一個過來人,我當年也是從零開始學PLC的中國的大學教育,因為很多原因,往往比較重視理論教育,而在學校裡邊的動手機會是沒有那麼多的,特別是
  • 唯尋「定向專業」挖掘機|倫敦大學學院——天體物理學
    天體物理學不僅要學習大量的理論知識,還要進行頻繁的實驗研究,應用材料科學、光學和電子學等學科最為前沿的技術。天體物理學(astrophysics)就是探究這一領域的重要學科,它既是天文學的一個主要分支,也是物理學的分支之一。旨在利用物理學的技術、方法和理論分析、解釋天文觀測所獲得的數據和圖像。
  • 為什麼這個世紀將屬於天體物理學?
    而當質子、中子和電子被發現後,許多人認為物質的本質已經全被知曉,直到高能粒子物理學為我們帶來了一系列的基本粒子。如果我們能夠從中學習到什麼,那就是應該在自然面前保持謙遜。在過去的25年裡,有五個令人驚喜的發現改變了我們對宇宙的認知,而且每一個都具有潛力能夠帶來一場更大的革命。
  • 哥本哈根大學 天體物理學
    天體物理學是研究空間/宇宙/宇宙現象的物理學分支,例如恆星、星系和它們之間的物質,既通過理論水平,也通過天文觀測。作為天文學的夢想之地之一的丹麥,有著得天獨厚的地理位置優勢和國家長久以來的政策支持,如果有意求學,請將哥本哈根大學列入你的申請名單。哥本哈根大學,坐落於丹麥王國首都哥本哈根,是丹麥最高學府。
  • 如何從零開始逐步學習人工智慧
    良好的數學基礎,也是有利於以後同學們在後續的課程中更好的理解機器學習和深度學習的內容。同時對於AI研究尤為重要,例如人工智慧中的智能很大一部分依託「概率論」實現的。 使得我們能在學習機器學習的時候更加的輕鬆。 階段三:機器學習 開始進行機器學習。而機器學習中則涉及到很多複雜的算法,通過算法對數據進行分析和進行學習。然後對現實的情況作出判斷並對其進行回應。比如說語音識別,從外部用戶身上獲取語音數據,然後進行算法分析,最後識別為文字顯示在你的設備上。
  • 從零開始怎麼學計算機編程?
    於是很多人想投身其中,而且很大一部分都是零基礎非科班的狀態。在學習者中有大學生,也初高中生,他們都有一個共性,沒什麼基礎。從零基礎開始學習編程成為了一種常態,可是,也正是因為我們在編程方面是零基礎,很容易導致我們選錯專業和行業。從零開始學習電腦如何才能保證學好呢?以下為大家做一個簡單的總結,希望我們能在學習時有所參考。
  • 銀河系中心有「怪物」—諾貝爾物理學獎又雙叒叕頒發給天體物理學
    以表彰他們在天體物理學,特別是利用廣義相對論進行黑洞理論研究以及發現銀河中心超大質量黑洞方面取得的偉大功績。之前根據四大領域(天體物理學、粒子物理學、原子分子及光物理學和凝聚態物理學)輪流轉的不成文規律,在去年天體物理學成就獲獎後,委員會連續第二年把獎項發給這一領域,實在出乎意料。而再向前推移,2017年的引力波探測也屬於天體物理學範疇。這一領域四年三獲諾獎,實在是讓其他領域的物理學家們坐不住啊。
  • 英跳水選手攻讀天體物理學 劍橋博士想當飛行員
    斯塔西-鮑威爾  北京時間8月9日,2012年倫敦奧運會跳水項目自然還是中國選手獨霸天下,但是作為東道主的英國隊,他們的女子跳水運動員斯塔西-鮑威爾(Stacie Powell)卻是一個另類,與大多數運動員文化課不太好的普遍狀況不同,鮑威爾則是一名高級知識分子,她是劍橋大學天體物理學的博士生
  • 2021年初中物理知識學習技巧:學習物理學的工具
    中考網整理了關於2021年初中物理知識學習技巧:學習物理學的工具,希望對同學們有所幫助,僅供參考。   學習物理學的工具   學習物理的基本方法是觀察法和實驗法。熟悉物理學中的各種儀器是進行觀察實驗的基礎。能正確使用各種儀器,就能很好地學習物理。
  • 暗物質是天體物理學中的「異形」嗎?
    為了重現上面列出的全部觀察結果以及其他的觀察結果,暗物質不需要具有除以下之外的任何特性:它需要具有質量;它需要引力相互作用;它需要從很早的時候開始相對於光速慢慢地移動; 而且不需要通過其他任何力進行過多的相互作用,其他任何「互動」都受到嚴重限制,但不排除。
  • 德陽高中生獲英國初級天文學和天體物理學競賽銀獎
    在2020年英國初級天文學和天體物理學競賽(BAAO Junior)中德陽天立學校高一年級的何青純、陳昌文同學榮獲銀獎何青純陳昌文此次競賽中國賽區共有來自全國50多所國際學校和重點中學的近百名同學參賽「這兩個學生考試的分數在銀獎範圍內,成績還算不錯,這讓他們在未來的學習中更加充滿了自信。」指導老師童幫說,競賽是在3月份舉行的,最近才公布成績。何青純和陳昌文一直是班上的佼佼者,尤其是物理科目方面的成績比較拔尖,平時在學校也在上物理競賽課。由於比賽科目中還有天文學知識,指導老師童幫也專門利用網課將天文學知識進行了歸納,並對兩人進行了輔導。
  • 德陽高中生獲英國初級天文學和天體物理學競賽銀獎
    英國初級天文學和天體物理學競賽在2020年英國初級天文學和天體物理學競賽(BAAO Junior)中德陽天立學校高一年級的「我們把這個競賽往年的考試題進行了研究,然後針對其考試的知識點進行輔導,不過兩個孩子自己也自學了一些教材,取得這樣的好成績主要是他們基礎紮實,學習能力強。」童幫說,推薦學生參加這類競賽不僅可以讓孩子們體驗這種競賽模式、積累經驗,更可以豐富和拓寬他們的知識面,同時刺激他們對天文學和物理學的興趣。
  • 從玻璃工人到天體物理學之父,「他使星星變近」
    但絕大部分人不知道的是:這裡還誕生了天體物理學之父——約瑟夫·馮·夫琅和費。  夫琅和費1787年出生於巴伐利亞一個貧困的玻璃匠家庭,是這個家庭的第11個孩子。10歲與11歲時,夫琅和費先後失去母親與父親,成為孤兒。為了生存,他進入一家玻璃製造坊做童工。1801年,夫琅和費工作的破舊車間突然倒塌,14歲的他差點被壓死。
  • 12本關於量子物理學和天體物理學的科普書籍
    這僅僅是個開始。3.《最後一個無所不知的人:恩裡科·費米的生平與時代》,核時代之父,大衛·n·施瓦茨著物理學家恩裡科·費米被稱為「核時代的建築師」,他幾乎沒有留下任何關於他內心生活的線索。大衛.N.施瓦茲用鏡頭記錄了費米的早年生活,以及13歲時失去了他崇拜的哥哥朱利奧,力圖理解費米成長為一個無與倫比的科學家和教師,但又超然於家庭之外的男人。
  • 英語一竅不通從哪裡開始學 零基礎如何學英語
    英語一竅不通從哪裡開始學 零基礎如何學英語很多人說自己對英語一竅不通,英語上完全是零基礎,不知道從哪裡開始學英語,下面小編為大家介紹一些零基礎學英語的方法,讓你迅速學好英語。
  • 普林斯頓大學天體物理學 | 星河滾燙,你來回答宇宙之問
    「宇宙是如何出現的?」無論是科學哲學還是神學,人類都在不斷追求這個究極問題的答案。從「天地玄黃,宇宙洪荒」的混沌認識,到 1929 年美國物理學家埃德溫·哈勃通過觀測發現宇宙正在膨脹,人類的宇宙觀在過去的一百年間不斷被刷新顛覆。
  • 天體物理學與戰爭之間的糾纏,剪不斷理還亂
    「除此之外,它還能附帶用於天體物理研究。」但實際情況正好相反。深度參與阿雷西博項目的美國國防部科學家一直都表示,其對飛彈防禦並無實際用途;所謂的軍事用途只是研究人員為這架有利於科學發展的設備打掩護的說辭。事實上,軍事研究才是它的次要用途。科學家騙過了他們的軍事主人。
  • 如何自學英語零基礎?零基礎有什麼辦法去學習英語?
    我想點進來的人看,英語基礎為零或者是英語基礎比較差,在校園裡基本上是很少認真學英語,出來社會發展,才發現英語的重要性,這就是很多成人從零基礎開始學英語的原因,不過大家其實也不用太過於擔心學不好,誰剛開始學什麼東西都是從零開始學起,所以找好方法就對了,那麼如何自學英語零基礎?