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》