中国教育

    1.“文科物理不过是物理系普通物理的简写本罢了。”这是过去对文科(泛指非物理系)开设物理课程的一种看法。相应的一种做法是：在不改变传统物理课程体系的条件下，压缩课时，结果引不起学生兴趣，甚至引起反对开设物理课程的意见。其实一门课要上好，首先要有思想性。所谓物理思想，首先指贯穿在物理内容中的人文思想。例如，每个同学在中学都学过F=ma，他也许已(初步)知道公式是什么(What)?但这仅是一个W，还有两个W。这个力学规律是如何(How)被发现的呢?为什么(Why)前后竟花了2 000年时间呢? F、m、a这三者定义都是独立的吗?等等，他都不清楚，即使我们做老师的，也需要经历一个“山薄到厚再到薄”的过程，才能用准确而精练的语言讲清这个F=ma，这绝不是简单的压缩学时的问题。

    2.“物理是严格的科学，是最客观的，我不讲哲学。”这是过去相当一部分学者和教师对科学和哲学的看法，其实谁也没有离开哲学，差别在于自己究竟受哪一种哲学思想支配?那一种哲学到底是高明还是不高明?以及自己受支配的程度(或者说自觉地意识到的程度)如何?以我自己来说，认识过程也是漫长而曲折的。例如，过去解释狭义相对论(SR)中的相对性原理，总把相对性说成是两个参考系在描述物理规律时是等价的。这话并不错。可是直到几年前，我才恍然大悟：既然参考系指的是坐标系加观察者，因此SR中相对性原理的本质，首先在于作为认识主体的人与客体之间的相对性。一切物理理论，包括SR和QM(量子力学)，既是对自然规律的发现，也是人的发明。爱因斯坦谆谆告诫我们：不要去讨论绝对空间、绝对时间和绝对运动，而应该讨论相对空间、相对时间和相对运动。SR成功的经验实际上昭示我们，空间和时间的概念不是属于客体的，而是主体为了描述客体的运动而引入的。一个粒子的空间和时间坐标是主体赋予它的，因此，它们只能是相对的，而且只有当运动有所变化时才能真正(在严格意义下)被认识到。空间、时间坐标尚且如此，更不用说动量和能量了。简言之，没有变化就没有信息。信息并非客观存在，而是主体施变革于客体时才共同创造出来的。物理作为“物”之“理”，只能是相对的道理，而不是绝对真理。我们过去有时觉得，有些物理理论如QM的解释讲不清楚，很大程度上是由于不知道自己早已进入了理论，却以为自己正在讨论纯客观世界的缘故。苏东坡诗曰：“横看成岭侧成峰，到处看山了不同.不识庐山真面目，只缘身在此山中。”实在是妙极了。

    3.“文科学生最怕数学，数学一多就难教。”我们书中对数学的分量和难度是注意控制的，但是决不回避它。这是因为重视数字和数学，正是西方哲学之所以能促进科学发展的精髓所在。没有数学就没有物理学。反过来，正因为物理学比其他任何自然科学都更成功地运用数学，学物理便成为学数学的捷径。“学不在多，到手则灵。”请看香农，他深入地学习了玻尔兹曼关于熵的表达式，才能提出类似的看起来很简单却开辟了信息科学技术新时代的信息量公式(我觉得为了学习对数函数，没有比香农公式更重要和容易懂的应用实例了，通过它还可强调量纲问题，这是初学者最会发生混淆的问题)。再看生态学中那个逻辑映照公式，看似十分简单，居然引出了出人意料的一大套混沌规律。这两个科技熵革命性的创造都用到一点数学，这一点，看起来不多，却起了画龙点睛的作用。我们希望本书能够帮助同学了解数学在科学中的重要地位，通过物理学到一点数学。我们在教学中如能循序渐进，把重点放在启发思考，引起同学兴趣，而不提出过高的要求，从而使他们克服讨厌或害怕数学的心理，转变为愿意学，甚至喜欢学，这对他们将来的职业生涯会有深远的影响。我们劝同学们静下心来，下一些功夫，趁年轻时不要错过结合物理学数学的好机会。年纪一大，那就更学不进了。

    4.教师不要怕对同学说“我不懂”。我在过去也怕这样说，力图把一门课上得面面俱到，每个式子都推导得一清二楚，以为这样才算是对同学负责，自己有水平的表现。后来知道自己错了。因为来提问题的多半是在计算中遇到困难的同学，而那些自以为学得很好的同学很少来提问题，这种现象与中国传统教育思想中一大缺点有关：过去科举制度提倡考据学，要求引经据典，甚至要求“无一字无出处”，致使不少读书人“死读书，读死书”，“皓首穷经”，一点创造性也没有。我自己挣扎了50年，才真正懂得了封闭式教学只能培养出书呆子。书(文章)当然不可不读，但“尽信书不如无书”。因此，本书写法上作一个新的尝试，即以介绍自然现象和实验事实为主，而不把已有的理论当作是天经地义，同时介绍不同的看法，力求反映科学的严谨性和科学发展中固有的大胆怀疑精神，提倡发散式思维。这一尝试集中地表现在第9章(天体物理)中，编写时我虽然努力阅读有关的总结性研究评述，但涉及面实在非常广，进展又如此之快，在许多专门问题上我只知其一，不知其二。假如有同学深入地与我讨论，在不少情况下，我会回答说“我不懂”或“我不知道”。但现在我知道，这样的回答比那种把现有理论讲得天衣无缝，无懈可击的说法要正确得多。

    5.写书中有一条线索，自己也是逐步理清楚的：在第2章力学中介绍了角动量、角动能和转动惯量等概念后，我们才能在第7章较全面地讨论分子的振动和转动谱，进一步较深入地解释物质的比热问题(同时介绍热力学第一定律)，这样既可了解物质结构的量子特性，又可为温室效应和全球暖化的探讨做准备。我们希望上述线索有助于显示物理学认识深化的规律：从宏观到微观，再回到宏观(甚至发展到“宇观”)。我们必须随时注意分辨什么是看得见的“可观察量”，什么是看不见的理论上讨论的量。我们始终强调实验是第一性的，但也重视理论，因为有时候只有靠理论才能告诉我们在实验中将看到什么。

    6.“既有幸福感，也有危机感”。我们在序言中讲到，这一做现代人的感觉随着写作过程而不断地加深。通过了解有关学科研究的新进展，本书力求反映人在自然界的历史和定位，反映当代人类的生存状态和面临的威胁。人能够在地球上生存并演化到今天，实在是无数幸运因素集合的结果，这个交集是很小的，给人类碰上了。在西方物理学界，常常谈论一条“人择原理(Anthropic principle)”——我们生活在我们能够生活的地方(因为物理常数都被精细地微调好了)，我一直不大相信这种说法，但通过写这本书和研究(Arxiv：physics/0506017)，实际上从不同角度达到了这个认识，不禁悚然。夜望星空，对清代诗人黄景仁写的两句诗(被誉为有清一代最美的诗，见沈致远书《科学是美丽的——科学艺术人文思维》，上海教育出版社，2002)：“似此星辰非昨夜，为谁风露立中宵”。才有了更深的感受。我一直记得邓小平的题词：教育要面向现代化，面向世界，面向未来。我们这本书，虽然只是一本普通的物理书，也希望朝这个方向作一份努力。这是因为我们已经知道自己活着是多么幸运，仅仅是为了表示感谢，我们每个人也都应该在“恰当的时候，恰当的地点，提出恰当的问题，做恰当的工作”。最近，听到2008年北京奥运会的主题口号：“同一个世界，同一个梦想”(One World，One Dream)。实在太好了，非常美，也十分恰当，它说出了每个人的心声。

    7.“现在是每个人都该冷静下来想一想的时候了”。这是本书结束语最后向读者发出的呼吁。学物理需要想，做其他事情也一样。现在的问题是：我们生活在竞争越来越剧烈，生活节奏越来越快，信息泛滥而危机四伏的时代，每个人都处于各种外界压力之下，身在江湖，身不由己，几乎没有时间去想了。这就需要一个自我解放的过程。我因为于1991年生白血病，连续16次化疗，2000年退休后侨居美国，客观条件迫使我“边缘化”之后，才真正有时间去想，才有可能和王老师一起写这本书，不但想通了一些基本物理问题，也想通了一些做人的道理(“哪怕是一个格言，非到被你自己的生活证明之时，亦非格言”，见本书第16页)。不要去怨天尤人，也不要羡慕别人，重要的是珍惜现在的每一分钟，把握住自己，问自己能够做些什么?德国诗人席勒有几句诗一直激励着我，尤其是当我感到困难和痛苦的时候：

我的心也像大海，有风暴有潮退潮涨。
也有些美丽的珍珠，在它的深处隐藏。