·“重要的是要幫助學(xué)生培養(yǎng)更多的物理直覺(jué)，這也是我寫(xiě)這本書(shū)的原因之一。如何培養(yǎng)物理直覺(jué)？我在書(shū)里提到了兩種可能性：天生就擁有物理直覺(jué)，或者通過(guò)不斷練習(xí)發(fā)展物理直覺(jué)?！?/span>
徐一鴻教授。
“你應(yīng)該先思考。思考比計(jì)算要困難得多，大多數(shù)人都可以坐下來(lái)計(jì)算，但不計(jì)算就思考問(wèn)題，這是極其困難的。”
12月13日，美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（University of California, Santa Barbara）物理系教授徐一鴻（Anthony Zee）在線上參加了由普林斯頓大學(xué)出版社主辦以“物理直覺(jué)是如何養(yǎng)成的？”為主題的講座。會(huì)上，徐一鴻圍繞他的新作“Fly by Night Physics: How Physicists Use the Backs of Envelopes”進(jìn)行了分享，并作了上述發(fā)言。清華大學(xué)物理系教授樓宇慶主持活動(dòng)，并與上海交通大學(xué)李政道研究所物理與天文學(xué)院教授何紅建一起，與徐一鴻對(duì)話。
徐一鴻是美籍華裔物理學(xué)家、作家，籍貫上海，出生于昆明，后移民到巴西，現(xiàn)任美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校物理系教授。據(jù)“普林斯頓讀書(shū)匯”公眾號(hào)介紹，徐一鴻的研究領(lǐng)域十分廣泛，涉及高能物理學(xué)、場(chǎng)論、宇宙學(xué)、生物物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、數(shù)學(xué)物理學(xué)等諸多領(lǐng)域。據(jù)悉，徐一鴻已發(fā)表200多篇論文及一些科普著作，代表作有《可畏的對(duì)稱(chēng)》，《愛(ài)因斯坦的宇宙》》（原名《老人的玩具》），《吞云》，《力的統(tǒng)一》等。
會(huì)上，徐一鴻首先分享了他大學(xué)時(shí)期的經(jīng)歷。在上大學(xué)的第一周，徐一鴻的老師——著名理論物理學(xué)家 John Wheeler 對(duì)班上的同學(xué)們說(shuō)：“除非你已經(jīng)知道答案，否則永遠(yuǎn)不要計(jì)算！”同學(xué)們都覺(jué)得很震驚，因?yàn)樗麄冊(cè)诟咧袑W(xué)到的是，物理學(xué)的核心是盡可能多的計(jì)算，“計(jì)算到耳朵冒煙”。
“這句話意味著你應(yīng)該先思考。思考比計(jì)算要困難得多，大多數(shù)人都可以坐下來(lái)計(jì)算，但不計(jì)算就思考問(wèn)題，這是極其困難的?！毙煲圾櫿f(shuō)。
在多年的教學(xué)生涯中，徐一鴻觀察到一個(gè)明顯矛盾的現(xiàn)象：很多學(xué)生在課程上表現(xiàn)出色，在考試中表現(xiàn)得很好，但他們的研究很平庸?！斑@是因?yàn)樽鲎鳂I(yè)、考試和做研究是不一樣的。因?yàn)榇蠹以谧鲎鳂I(yè)、考試時(shí)有一種在課程中學(xué)到的方法，可以應(yīng)用于解決問(wèn)題。但是做研究通常沒(méi)有方法?！彼f(shuō)。
他記得，三四十年前，一位博士后熬了一夜，做了大約60頁(yè)的復(fù)雜計(jì)算。徐一鴻看到后說(shuō)，結(jié)果與他的直覺(jué)不太一致。并且，這位博士后不能用文字解釋他的結(jié)果。徐一鴻總是希望人們用文字解釋物理，而不是寫(xiě)下大量的方程式。在那60頁(yè)紙中，他們最后發(fā)現(xiàn)了一個(gè)復(fù)制錯(cuò)誤，意味著其余的計(jì)算都是錯(cuò)誤的。“這是一種盲目的計(jì)算，不用直覺(jué)來(lái)考慮問(wèn)題?！毙煲圾櫿f(shuō)。
其實(shí)，這位博士后看過(guò)很多書(shū)，在和他討論物理時(shí)，他總是告訴徐一鴻，書(shū)里有答案，可以查一查。最后，徐一鴻告訴他，把這些書(shū)都放進(jìn)紙箱里，不要再看任何書(shū)。40年后，這位博士后非常感激他，認(rèn)為徐一鴻當(dāng)時(shí)的建議十分正確。
因此，徐一鴻認(rèn)為要幫助學(xué)生培養(yǎng)更多的物理直覺(jué)，這也是他寫(xiě)作“Fly by Night Physics: How physicists Use the Backs of Envelopes”的原因之一。他在書(shū)里提到物理直覺(jué)的兩種可能性，一是天生就擁有這種直覺(jué)，二是通過(guò)不斷的練習(xí)去培養(yǎng)這種直覺(jué)。例如，通過(guò)做大量的計(jì)算，就有可能發(fā)展出物理直覺(jué)。
受John Wheeler 的啟發(fā)，徐一鴻在美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（University of California, Santa Barbara）開(kāi)設(shè)了一門(mén)關(guān)于“物理夜航學(xué)”的專(zhuān)題課程，在課堂上要求學(xué)生每次做計(jì)算時(shí)都先思考答案。徐一鴻在“Fly by Night Physics”前言中介紹，“物理夜航學(xué)”是指在長(zhǎng)途汽車(chē)或者飛機(jī)上的不眠之夜，沒(méi)有可供計(jì)算的筆和紙，一樣可以解決問(wèn)題。因此在徐一鴻的課上，學(xué)生們被要求把計(jì)算記在腦子里?！皼](méi)有筆和紙很有趣，你可能被迫專(zhuān)注于基本物理學(xué)的要點(diǎn)，而不是擔(dān)心工具、眼睛和各種事物的順序?！毙煲圾櫿f(shuō)。
但徐一鴻也并不是不喜歡日航式物理（fly by day physics，意即嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算的物理）。正如他在書(shū)中前言所寫(xiě)，“如果你能的話，當(dāng)然應(yīng)該做精確的計(jì)算！但即使你要這么做，也要先隨手拿張紙做個(gè)粗算，把關(guān)鍵點(diǎn)搞清楚，這將指導(dǎo)你準(zhǔn)確而深入的思考，并對(duì)你的答案進(jìn)行實(shí)在的檢驗(yàn)。等你一絲不茍地計(jì)算完，你還應(yīng)該看看是否能回憶起每一個(gè)數(shù)值因子2和π是怎么來(lái)的。這種做法可以賦予你第六感，使你之后在夜航般做物理時(shí)也能放進(jìn)一些數(shù)值因子2和π”。
徐一鴻表示，他的書(shū)強(qiáng)調(diào)如何基于物理直覺(jué)和理解來(lái)猜測(cè)答案。而這通常需要掌握基本的物理知識(shí)，知道什么是相關(guān)的、什么是不相關(guān)的。他還強(qiáng)調(diào)物理學(xué)的樂(lè)趣。他在前言中寫(xiě)道，“我意識(shí)到物理學(xué)能夠描述真實(shí)的世界！本書(shū)強(qiáng)調(diào)的是樂(lè)趣，是理解的樂(lè)趣，而不是技術(shù)上的掌握，當(dāng)然更不是乘除的能力?！?/p>
樓宇慶表示，徐一鴻告訴大家一種思考物理的方式：當(dāng)進(jìn)行非常復(fù)雜的計(jì)算時(shí)，應(yīng)該回想一下出發(fā)點(diǎn)是什么，哪幾步是最重要的。此外，從事前沿物理工作的人，在得出重要結(jié)果時(shí)，常常需要大膽的猜測(cè)，即需要一種勇敢嘗試的精神。
何紅建則表示，他在清華大學(xué)和上海交通大學(xué)教授多年的量子場(chǎng)論課程，一貫反對(duì)當(dāng)堂的閉卷考試。因?yàn)樵诹孔訄?chǎng)論領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)考試是沒(méi)有意義的。而中國(guó)的高考制度下，學(xué)生們?cè)谥袑W(xué)所受的訓(xùn)練都是為了解決一個(gè)已經(jīng)知道答案的問(wèn)題，因此對(duì)于不知道答案的做研究的方法，學(xué)生們可能需要更多感覺(jué)。此外他還認(rèn)為，數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家都有直覺(jué)，只是兩者的直覺(jué)不同。數(shù)學(xué)家只需把問(wèn)題證明出來(lái)，而物理學(xué)經(jīng)常不知道問(wèn)題在哪。
據(jù)“普林斯頓讀書(shū)匯”介紹，在典型的物理課堂中，學(xué)生們?cè)噲D掌握大量的數(shù)學(xué)方法以應(yīng)對(duì)物理中的精確計(jì)算。因此，學(xué)生們常常產(chǎn)生一種印象，認(rèn)為物理學(xué)由定義明確的方程式組成，必須通過(guò)嚴(yán)密推理和邏輯步驟來(lái)解決。標(biāo)準(zhǔn)化的教科書(shū)練習(xí)也強(qiáng)化了這種印象。但徐一鴻教授指出，這種標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)方式忽略了對(duì)“物理直覺(jué)”的訓(xùn)練。在現(xiàn)實(shí)中，物理學(xué)充滿(mǎn)了粗略的估計(jì)、數(shù)量級(jí)的猜測(cè)，以及各種邏輯上的“跳步驟”。即便是最優(yōu)秀的學(xué)生，在開(kāi)始進(jìn)行物理研究時(shí)，也會(huì)發(fā)現(xiàn)自己對(duì)所面臨的挑戰(zhàn)毫無(wú)準(zhǔn)備。
在“Fly by Night Physics”一書(shū)中，徐一鴻介紹了如何使用物理推導(dǎo)和合理估算來(lái)解決問(wèn)題，以幫助學(xué)生們轉(zhuǎn)換思維，走出課堂“刷題”模式，進(jìn)入真正的物理研究殿堂。從霍金輻射到引力波，該書(shū)涵蓋了物理學(xué)中所有令人興奮的前沿話題，它將幫助學(xué)生更深入地理解他們所學(xué)到的知識(shí)，開(kāi)始用直覺(jué)思考物理，以獲取他們所尋求的答案。