想成为物理学家? 请从统计物理入行! 精选

想成为物理学家? 请从统计物理入行! 精选

已有 28523 次阅读 2011-12-2 20:46 |个人分类:大学教育|系统分类:教学心得| 理论物理, 统计物理, 成材

———

插播一:湘女、湖南烟酒茶及其他

湖南出美女、湖南人好客,和湖南出好烟酒茶是否有因果关系?

湖南属丘陵省份,降雨量大,云蒸雾罩的日子多,尤以湘西为最。由于地利之便,遍产烟酒茶。湖南烟酒,以“鬼”酒(即“酒鬼”酒)“王”烟(即“芙蓉王”烟)为代表。湖南茶,绿、黑、红三色都有上好者。湖南人好茶,别看正经茶文化发展不良,边缘茶文化,例如擂茶,可谓源远流长。湖南的烟酒文化,算的上有点规模。土著对烟敬而远之,酒可以浅酌,茶则牛饮。土著每次见师长朋友,从来都是自带酒水。不怕伤身,实怕败兴下面谈点最近“酒鬼”酒的一点变化,请饮者指教。

2007年开始,“酒鬼”酒从主打“兼香型”渐渐变化到主打“馥郁香型”。主流产品包装不变:54度540ML,俗称“大酒鬼”。终于被市场认可。我也认为“馥郁香型”不同凡响,前途可期。可惜,2011年起,“大酒鬼”换装,价格几乎翻倍。“大酒鬼”(特别是2010年“出口专用”版)甚至比新版(价格高很多)口感还要醇和一点。知道老版已经绝版的行家里手,早就动手收集了一些。土著感到年关渐近,无酒难渡时,市场上已经陈量不多,价格也上去了。还是赶紧谋得几瓶。

最近我关注了一下,长沙个别街道上的大小商店、酒楼、饭店,几乎无酒不假。

各位,圣诞、元旦、春节临近,谨防假酒!

———

 

一,物理学式微?

哄骗一帮应用物理专业的本科生和物理专业的研究生,学一点物理的干货,真是不易!本学期主要为本科生开设热力学与统计物理72课时)和为研究生开设量子统计32课时)这两门课。另外,给自己研究小组中的成员讲授电动力学梗概(约18课时)。教材分别是《热力学与统计物理》(林宗涵,北大,2010),《Statistical Mechanics(2nd ed.) (Pathria, 2001),《电动力学》(第二版)(郭硕鸿,高教,2002)。课程都已接近尾声。一学期下来,又和一群懵懵懂懂的小朋友斗智斗勇一番。

 

有位美女研究生,言辞恳切告诫我,他们其中顶多也就20%喜欢物理。其余80%可以分为两种,一种是想学但是学不好,也没有学习的动力;一种是根本不想学,其中还有一些是由于拿到了保研指标,又不想浪费,甚至还徘徊在学与退学之间。物理和鸡肋无异啊老师。老师要想办法如何放这80%的学生一马!

 

物理学真的式微? 不见得!

 

二,一条成为理论物理学家的捷径

本学期,又一次大强度地暴露在“熵”、“相变”、“系综”等统计物理名词中,逼得我不得不思考一些关于统计物理教、研和成材等方方面面的问题。突然发现一个规律:从统计物理入行,有一条成为理论物理学家的短程线。

 

物理学中,基本运动方程就那么几个,最终状态常常取决于初始状态。

 

一般认为,理论物理成为一个独立的学科,以麦克斯韦的电磁通论和分子运动论为标志。

麦克斯韦的分子运动论及其速率分布律,无疑是统计物理作为一个独立学科的开创,奠定了基础。

爱因斯坦,博士论文是《分子大小的新测定》。

普朗克,本行就是热力学。

玻尔,硕、博士论文都是关于金属电子论。

狄拉克,统计物理大家Fowler的博士生。入得门来,首先是写了两篇统计物理的文章,然后才由Fowler的怂恿(aroused)转而对量子力学展开研究。

杨振宁和李政道,自不待言。

身边人物,国内理论物理最年轻的院士孙昌璞教授。他也是从统计物理入行。何以见得? 我是《大学物理》的编委,浏览过这个杂志全部文章。记得在1984年前后有他独立完成的一篇论文,谈的是在如何称量大气的重量。这篇文章,当是孙教授本科学习时的习作。2010年,他还在《物理》杂志上写过论文讨论量子adiabatic过程和热力学绝热过程之间的有关问题。

更近一点,博主之一,陈焕阳教授新科尽管他现在的领域在超颖材料和“隐身术”,话说我也是从统计物理入行!  陈老师是博主马红老师的学生,而马老师是蔡建华先生的学生。二位都算是统计物理入行!

 

想近距离成为理论物理学家? 无论你最终的研究领域何在,请从学通统计物理开始。而想学通,首先要培养出taste. 从统计物理的taste到最终成为理论物理学家,从统计意义上说,弯路最少。

 

三,为什么不怕理论物理学式微?

大学不是市场,不拼人气。

大学拼杀气!凭的是专业能力!专业冷僻一点,不是问题。

在我看来,面向小众才是大学教授的生存常态。

美国社会,那么资本主义化,物理学也长盛不衰。我就不信中国物理会死亡。实际上,在湖南大学,总有个别本科生喜欢物理甚至理论物理,这里有个统计平均问题,总会有人来。而且,这些人几乎都会投到我的门下来。

20年多来,我一个人坚持理论物理这半亩方潭,看天光云影,有酒也有茶。

 

———

插播二:段一士,郭硕鸿,葛墨林和《电动力学》

郭硕鸿先生《电动力学》(第二版)修订前,1993年,在西北工大,召开了一个全国性的研讨会。有一个专门的议程,就是研讨如何修订这本教材,主持人为兰州大学段一士先生。段先生当时的身份有半官方背景:教育部物理教学指导委员会成员(?)。参加成员有郭硕鸿,葛墨林等一代鸿儒。记得北师大田晓岑老师就一些基本问题发表了一些较激烈的看法和修改意见。

当时有一种看法认为应该加进一些新近的进展,把书变厚一点。但这种观点最终被段、郭等先生否定。他们认为只要加一点已经有定论且具有基本影响的内容。例如A-B效应,超导中的磁通量子化等内容,不能把书变厚。

郭硕鸿《电动力学》(第二版序)里的第一段简要记述了这一次会议。

1986年以前,葛墨林先生在兰州大学,主讲《电动力学》。有一本《大学物理中前沿问题》著作,190页、印数一千。但是,的确是部好书。

我个人喜欢应用性和现代化有特色的教材。但在教学角度上,尽管教师可以是应用性和现代化方面的专家,但教材只要两点就够了:简要,深刻。也就是:

本科理论物理教材内容只需要具有基本性和经典性这两性

其余当留给授课教师。

———

 

四,教书需要有心人

热力学与统计物理量子统计讲了十来遍,还是有新问题。

一位本科生问起,一维谐振子的每个量子态占据一个普朗克常数的相空间体()积元。那么基态占据多大的相空间? 没有理由说只有一半普朗克常数那么大吧?  这个问题的答案是:这个问题即使有,也成不了一个物理问题。一个甚至几个量子态,在全部微观状态中,微不足道,就不要去追究了。

不过如下相关问题很是麻烦。一般而言,证明一个三维体系中每个量子态占据一个普朗克常数三次方的相空间体积元,依赖的不是量子力学、而是准经典理论。参见Landau LifshitzStatistical PhysicsPart I, P.24. 我的问题是,为什么准经典理论这么准? 我知道这个问题,但是不知道答案。

Pathria一定曾经为这个问题而烦恼过。在他的著作中,讲述了这个问题的一段历史,P.39;还有一道习题,Ex. 2.5. Pathria的书给我们一个暗示:量子态占据多大的相空间体积元,其实是个假设或者拟合。

有人()认为,这个问题是量子力学测不准关系的必然结果。但是,没有看到定量的推导。不算数。

 

最后,指出林宗涵先生和Pathria的书有个共同的小毛病:涉及磁场和自旋相互作用时,国际单位制和高斯单位制混用。照本宣科一定出错。

 

照本宣科养不出杀气,教书呼唤有心人。

————

延展阅读:

1,    文双春:想成为物理学家?请先认识爱因斯坦!

2,    郑波尽大杀气


3,   


————

近独立粒子统计物理部分小考题一份  
湖南大学考试卷附答案 2011fall.doc

转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自刘全慧科学网博客。

链接地址:
https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-514218.html

上一篇:
量子力学史上的一桩公案

下一篇:
科学网与我的忘形之交—-贺科学网5岁生日

收藏