写在书单之前的话
我一直都想写一个书单,给物理系亦或是想读物理的朋友介绍一下物理这个领域的经典。以前觉得学识浅薄,读了这么多年物理,虽然也看了几本书,其实也没什么太大的长进。此时快要了,觉得应该把这个书单写出来,留给我航的物理学习者。我想这么做的原因是:个人觉得,北航的物理系相比于其他专业,最大的弱点就是:缺少传统。因为没有什么历史和传统,所以每届物理系的同学们总是茫然的入学,至少茫然的度过两年时间,然后匆忙在毕业时再次选择。没有一个物理系的过来人来告诉他们经验,告诉他们物理应该是什么,应该怎么学,未来又能做什么。导致的结果就是,部分物理系毕业的学生还是和民科没有区别。另外一方面,我想说的是,这个世界上任何一个顶级的工科学校都有一个顶级的物理系存在。我不知道我航是否有可能成为一个例外……
所以,接下来我将会花几天的时间去完善我的书单。因为只想提供个人经验,我只会提到那些我看过(虽然不一定看完)的书,如果有些经典之作没有出现在我的书单里,请原谅我的学识浅陋,鞠躬……
第一年
这一年主要是以数学基础(我不会谈论这个)和力学、热学为主。主要的学习目的是,让一个高中毕业生尽快摆脱高中应试式的学习方法。说句心里话,高中的学习方法除了在刷分时效果显著以外,对物理的学习没有太大帮助。
《力学》,舒幼生著。我校物理系力学教科书,也是北大物理系力学教科书。是学力学最主要的,也最应该看书。作者舒幼生是力学教学专家,此书写得逻辑清晰,难度梯度略大,但不影响正常学习。我说此书重要,不是因为它真的很好,只是因为它很基础,很实用(学完之后你应该就能算各种力学题目了),而且是中文的。但除了应付考试以外,远远不够。我对这本书的评价是:一本适用于物理入门的工具书。
Mechanics, Landau著。这是著名的朗道十卷第一本,也是朗道本人亲笔撰写的一本书,五星级推荐。这本书是纯正的力学经典,基本包含了理论力学的一切基本概念和思想。通过读这本书,应该能够窥见到理论物理的一角,而且里面的计算不难(绝对没有工科的理论力学难),但是包含的物理思想却是现代物理的基础。分析力学的思想贯穿全书,这是现代物理的基础理论,却是工科理论力学课程中最轻描淡写的部分。因为分析力学建立在没有“力”的抽象概念(势,拉氏量和作用量)之上,对用工程应用来说有点难以理解。我喜欢此书的原因主要有两点:1. 薄,毫无心理压力;2. 深刻,几乎每句话都是作者斟酌之后写出来的,如果能做到每句话都理解,那对物理的“内功”修养是有大大的好处的。建议在学习完一遍力学之后读此书,微言大义。另外,如果读此书,一定要看英文版的,我对中文翻译实在无力吐槽。
Classical Mechanics, Greiner著。万门似乎也推荐了这本书,但是个人对此书的感觉不是特别好(吐个槽,Greiner的书除了量场以外,都缺少让我读下去的欲望),因为太技术性(technical)了。第一章就
讨论旋转系的的动力学相信会吓到不少人的,而之后流体力学部分的讨论比较突兀,混沌和稳定性的讨论对大一的学生来说难度很大(有高中竞赛基础的童鞋不在这个范围之内)。所以,个人建议在读完上面两本书之后再来读这本书,能够学到处理力学问题时各种技巧,还能加深对Landau书中概念的理解。题外话,作者Greiner写了N(>10)多本书,或者说至少挂他名的书有很多,之后我还会提到他的好几本书。但这个德国老头是自学成材的,这个需要膜拜……同上,请看英文版,中文版还是翻译地惨不忍睹。
《经典力学》,张启仁著。这位仁兄的书我读了四本,恰好对应物理系的“四大力学”。但说实话,中规中矩,没什么特别的地方,堆砌的概念很多。很奇葩的地方在于,这本书的最后竟然还提到了力学中不同于Newtonian和Lagrangian的Nambu Formalism,这点是我认为全书唯一惊艳的地方。建议怎么读呢?前面那些书读过的话,就放在床头读,当拓展视野。没读过之前那些书的话,这本书就当Index读,每个概念都要去更好的书来学习。二星级推荐。
《热学》,秦允豪著。此书为物理系的热学必修教材,不忍心评价。不是因为书不好,而是因为热学(或者大学物理中的热学部分)实在是太……混乱了。热学大概是所有物理教学中最接近高中物理的课程了,概念不清晰,逻辑混乱,倒是题变着花样出。相信同学们在学完热学之后,能够熟练地算出温度,压强以及熵的热力学量,但如果有人问你温度究竟是个啥,你就答不出来吧……没关系,这些在未来的高级课程“热力学和统计力学”中就有
答案了。回到这本书,物理系的同学必须要看,因为作业和考试都从这本书出来的……
很遗憾的地方在于,我整个读书阶段,整个热学书就看过这么一本(不算助教时看的大学物理热学部分,同样混乱不堪),所以就对进一步的介绍无能为力了。有人向我推荐过香港科技大物理系用的热学书An introduction to thermal physics, Schroeder著。鄙人没看过,不敢评论,但是作者Schroeder写了一本场论书,逻辑清晰,是自学的上佳之作。如果这本热学也能继承风格,理论上应该也是不错的。突然想起来了点什么……
《新概念物理:热学》,赵凯华著。这本书不错,内容较为现代,风格也挺轻快。但也有可能是借鉴了费曼太多,所以才显得不错。此书为我某日在图书馆倦怠之时,随手翻了一下,感觉不错,遂花了一个下午时间读完的。所以对此书颇为推崇的同学请原谅一个不正经的读者的胡言疯语。
Feyman's lecture on Physics (vol.1), Feynman著。此书享誉多年,一卷包含力学和热学的内容。物理图像异常清晰,大家风范显露无疑。好听的话我不想多说,就说我现在没事还会翻翻看就行了。同样,觉得自己中文纠错能力特别强的同学看中文版我没意见……
大一其实能认真读这么几本书就很不错了,打基础不用说,而且能帮助一个高中生很快地认识现代的物理研究方法和思想。所以,这一年学好数学,打好力学基础是关键。热学没学明白没关系,四大力学的时候就能很容易地补回来。
%-----------------------------------割一刀------------------------------------------------------------------------第二年
如果在第一年完成了足够的阅读量,现在已经会对现代物理有些许感觉了。虽然觉得热学很奇怪,但也说不出具体哪里让人不爽。这种现象就说明,你的“品位”已经逐步建立起来了,但阅历还不够。解决办法自然就是继续坚持阅读经典。
《新概念物理:光学》,赵凯华著。这本书是物理系上课使用的教科书。难度适中,内容信息量比较大。个人感觉没有太大的缺点。包括全息在内,该书的大部分内容都是经典的几何光学和Abel光学就能解决的问题。如果觉得最后一章的内容很奇怪,Don't panic. 最后一章本来就和前面的内容属于不同的时代,记住那些奇怪的结论就行了。我的建议是,几乎那些你认为神奇和诡异的地方,等学完了电动力学和量子力学,再来考虑它们。不过,
必须承认:我对光学无感,而且这么多年从来没有接触过光学的研究。这些话如果有不当
之处,行家笑笑就好。
《现代光学基础》,钟锡华著。这本书就看过一遍,感觉……难。此书内容和目录和赵的书几乎一致,但不知道就是感觉要那么难度大一些,信息量比赵的书还要大。当年我是和
赵凯华的书一起读,但是考完试后再看一遍感觉比赵的书对一些概念的讲解更加透彻。而且,从事光学
研究(不是量子光学,那是另外一码事)的同学(不是教授)告诉我,这本
书几乎有你研究所需的一切,做个SRTP绰绰有余。补充说明一下,现阶段的光学究竟在兀怎么读
学什么。光学最重要的性质是它的波动性,对于它粒子性的特性,牛顿力学已经告诉你足
够多的东西了。光学就是让你熟悉“波”的课程,请一定要注意到那个神奇的相位因子,它
是现代物理最为关注的对象之一。
《电磁学》(上下册),钟锡华&陈熙谋著。这本书没什么好说的,和市面上能卖的到的电磁学书一模一样,静电场--->电介质---->稳恒电流---->静磁场---->电磁感应---->麦氏方程组。这样讲的好处是,难度和抽象程度递增,容易上手。不好的地方是,这么讲不符合理论物
理的逻辑。在理论物理的研究中,实验现象是检验理论模型的判据。如果一开始不明确要
研究的理论是什么,怎么能知道哪些现象重要,哪些现象典型呢?也许一百年前的物理是
从现象抽象到理论。但现代物理更多的是相反的情况,纯理论的预言指导现象的发现。从Yukawa的介子、Dirac的正电子,到去年的Higgs,今年薛启坤他们的量子反常霍尔效应,哪一个不是理论走在前面?
Feyman's lecture on Physics (vol.2), Feynman著。对这本书, 我之后还会提到一次。但是不再给评价了。总的评价就是:好,非常好,谁看谁知道。但是建议是: 这一套书真的不适合入门即读。费曼的书从他给Caltech讲课的讲义整理而来,国内大概只有清华基
科班使用。所以,各位掂量一下自己,补充一下自己,然后再读,其乐无穷。
《新概念物理:量子物理》,赵凯华著。为什么又是赵凯华?因为他老人家写了一整套"新概念物理"教材。但个人观点认为,此书为最烂的一本,明显地抄袭费曼的书不说,概念的
突兀和逻辑的混乱是真是非常的astonishing. 我是第一次看到先出现算符这个概念,隔了一章后再出现量子态这个概念,试问算符往哪作用呢?当时,我和我的小伙伴都惊呆了!
这门课原本应该是对应大学物理中的“近代物理”。可是究竟什么是近代物理呢?经典物理
之外的就是近代物理(请自觉排除相对论)。个人认为,这个环节的学习应该回归高中方法,记住各种奇怪的实验结论和唯象的解释。你会努力地想明白那一堆毛线背后究竟是什么。
请不要急,和光学一样,等学完量子力学之后,再回来思考这些问题。题外话,个人以为,赵先生最好的一本书是《定性与半定量物理》,那里讲的才是真正的物理。
《近代物理学》,徐克尊著。此书系中科大的精品教材系列(名字是精品,没说内容肯定是精品)之一。内容正统,从简单的原子物理开始,慢慢地到分子轨道各种概念,然后扯
了一点核物理。点到为止,不像上面提到的《量子物理》到处乱吓人。
Feyman's lecture on Physics (vol.3), Feynman著。
这一年的学习压力有点大,因为繁琐的习题非常多,各种混乱、缺少的逻辑的概念也跟一
万头一样奔腾在脑海中。这一年我干什么去了呢?除了应付这些奇怪的课程和考试外,我学数学去了。个人建议,在这学期学些数学,包括:
物理系本身的课程《数学物理方法》(实际就是复变函数+偏微分方程),参考书当然是Courant&Hilbert的那套数学物理方法经典教材。
请复习线性代数,不管你对它的初印象如何,你是离不开它的。
常微分方程理论。物理学家一天在草稿纸上面写的方程有一半是常微分方程,了解它们是必须的。
微分几何。这个可能是现阶段你觉得最难的数学,但请学习一点,对后续物理课程(统计力学、电动力学、量子力学)的学习,概念的理解都有很显著的帮助。
我不想提论,因为这个时候一般人的经验还不够,理解如此抽象的一堆概念真的是很有难度。但如果有竞赛背景,请阅读一下,如果遭遇了深深的挫败感,不要灰心。世界上有两种人,一种人是没学过论的,另外一种人是学过但忘记了。这个东西有什么用?现在很难体现出来,但它是你品位的一部分,等你接触量子场论的时候,它的威力就会体现出来。
如果学有余力的话,可以尝试阅读Goldstein的Classical Mechanics. 这本书我接下来会提到,但是建议是越早读越好,一百年前的知识就不要拖太久了……
我必须要强调的是,以上的学习进度是非常标准化的安排,也是完全可以实现的,不需要多少的勤奋都是可以做到的(请自行查阅南大、交大和复旦的物理系课程设计)。对于那些高中有竞赛基础的学生,这两年的学习他们基本上都在高中搞定了。建议直接从第三年的学习开始。
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第三年
按照常规物理系的进度,从现在开始进入真正的理论物理学习阶段。主要内容有俗称的“四大力学”:即理论力学、统计力学、电动力学与量子力学。让我按难度分的话,理论力学最简单,电动力学难一些(主要是数学),统计力学和量子力学是一个量级的难度与重要性。如果按照第一年的书目读下来,此
时你的格调已经有些影子了。在学完四大力学之后,你将完成自己的物理公设体系建造,然后再也看不上大学物理那些散杂的知识点了。
Classical Mechanics, Goldstein 著。此书乃公认的经典力学的经典教材,Greiner的书在某种程度上就借鉴了它。下面有同学提到了这本书,为什么我没有在第一年看,原因是那个时候还没有时间和能力消化这本书。而这本书很厚,记忆中有600+的样子,不可能啃第二遍,所以读一遍看不懂太浪费精力和时间。但是,对于理论力学(请记住,物理系和工科的理论力学差别还是很明显的)的学习,顶级推荐此书。如果有可能,放弃你们的教材,那本薄薄的《理论力学教程》(尽管有作业,但都不多而且不难)。读这本书最好能够把书上的公式都亲手Follow一遍,对常用技巧的学习十分有益,比如变分法。如果读了我之前列的书,这本书读起来不会有太大的难度,虽然是俄罗斯人写的,但语言比传统的俄罗斯教材要亲切的多。由于本人没有修过任何更高等的理论力学,所以认为此书已经是包含了所有你想要学并且需要的东西了,比如Hamilton-Jacobian Theory (没学过这个,请问怎么感受薛定谔方程?)。大学总要好好啃几部大部头,这就是我认为最好的选择。
《理论力学教程》,周衍柏著。虽是物理系的教程,但真的没怎么看过,唯一的影响是每章后面的习题,有个别题目还是费点功夫的。如果真的花功夫修炼了Goldstein的书,这
本书应该浏览一下就行了。因为没有怎么用心看过,我也不能给出更多的评论了。题外话,此书为早年国内物理学教育的“理论物理四大金刚”之一。
《经典力学的数学方法》,Arnould 著。此书很难。鄙人排除万险,历经苦难,读了四章,吐血身亡。如果有很强的微分几何和抽象代数背景,应该会读得很开心,收获也比我大。对于此书,虽然看不甚懂,但应该用很不同的角度(数学角度)讲了些很深的东西。无奈楼主太菜,没看完。用兴趣和能力的同学不妨试试,此书绝对是写给数学系童鞋的……
在学完理论力学之后,请务必,一定要再读一遍Landau的Mechanics。此时,细细评味
书中的每一句话,妙不可言。
《热力学》,王竹溪著;《热力学与统计力学》,林宗涵著,《热力学·统计力学》,汪志诚著。我为什么把这三本书放到一起?因为它们仨长得太像了,内容重复度极高。原因可能是后面两位先生都是王竹溪先生的徒弟(杨振宁先生也是)。王先生师从Fowler,对热统
的概念很有见解,加之文字功力深厚,因而解释得极为精确(有兴趣的同学可以搜一下王竹溪先生的简介)。此书是中文热统教材的经典,极力推荐。
Statistical Physics, Mandl 著。只有统计力学,落脚姿态高,辅助课程的学习效果“爽”。
Statistical Physics, Landau 著。“朗道十卷”之一,统计物理大神之作。但是很抱歉,没有看完,因为公式太多,看着看着就忘了读到哪里了,逻辑被掩盖了……
Topics in Statistical Physics, Cowan 著。万门大学推荐读物,现代统计力学上佳读物。为什么是“读物”,因为不是教材。所以请同学们在阅读前先学一遍统计力学。这本书基本
上涵盖了有关统计力学在现代物理中常用概念和应用的讨论,对于未来的量子统计课程学习帮助巨大。
统计力学虽然是在经典力学之后就开始学习,但是,它真的很难。如果你只上北航的课,考北航的试,是不会体会到它有多难的。它难在各种概念的理解和逻辑关系的掌握(不服的人给我解释一下“激光是很冷的”这个说法)。此外,统计力学应该是整个物理学里最完美的存在,它真的只有一个假设!而建立在这个假设之上,各种奇葩的数学推导(看到Riemann-Zeta函数不用担心,你用不到复数域性质的)是另外一个难度所在。总之,在
未来的学习和研究(不局限于物理。金融工程,信息论,复杂性系统都会涉及它)中,你会对它有更深的体会。
《电动力学》,郭硕鸿著。此为物理系主要推荐参考文献,即教科书。这本书很一般。很一般的意思是,读这本书你该知道的你都会知道,你想弄懂的基本都弄不懂。但鉴于它是教材,写作业和考试你还得用它,不多说了。
Introduction to Electrodynamics, Griffiths 著。公认的电动力学上佳教材,配套的还有视频教材:国立中
山大学电磁学公开课。这本书基本上能清晰地整理出电动力学的框架——Maxwell's equations, 并且能让你的学习的时候能够紧紧依附在框架之上。另外,此书的数学很初级,减少了很多人因为特殊函数而对电动力学产生的莫名恐惧。题外话,个人认为电动力学框架清晰,公式严谨,难度和经典力学真的在一个水平线上。
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