《物理学的概念与文化素养》章节试读

《物理学的概念与文化素养》的笔记-第5页 - 原序

科学并不仅仅是一堆知识。它是一个提出、检验和精炼一些想法的过程。知识来自经验并且必须经受观测和理性思维的检验这一观念是科学的最基本的价值，或许也是它带来的最大的好处。

《物理学的概念与文化素养》的笔记-第26页 - 哥白尼革命：近代科学的黎明

科学时代源于历史上的两个进展。一个是毕达哥拉斯学派对自然和谐的信念，这种思想吸引了希腊哲学家，然后传播到欧洲和全世界。其基本前提是，宇宙是组织在一个有一些原理构成的框架中的 ，而这些原理是可以通过观察发现的。另一个历史进展是对「地心幻觉」的拒绝，这种幻觉以为地球是宇宙的中心，从而更不不同于宇宙的其余部分。这一进展是哥白尼启动的，因此被称为哥白尼革命。它带来的冲击是，正想地球是一颗与其他行星类似的行星，大自然基本到处都一样，只是在不同地点和时间在细节上有所不同，但总是遵循同样的普遍原理。通过这样的表述，我们能看到在哥白尼观点中存在着某种对称性。对称是贯穿科学的一个重要主题。若一个物体从几个方向看上去都依然相同，通常就说这个物体据有对称性。例如。一个正方形可以从四个方向看上去依然相同。哥白尼观点的眼神就是无论你在宇宙的什么地方，其基本运作原理地球上的相同。哥白尼播下了许多革命的宗旨。亚里士多德曾发展了一种以地球为中心的物理学，它有两组自然定律，一组用于地球上的事物，一组用于天界。一旦哥白尼宣布地球是一个行星，牛顿就得以把天上的与地上的物理学统一为一门新物理学，他的基本原理在整个宇宙中的各处都同样起作用。与哥白尼把地球与其他行星统一起来一样，达尔文构思出一个生物进化论，把所有的生物统一起来，而人类只是许多物质哦你中的一种。哥白尼和牛顿（案：达尔文？）关于自然规律意思同仁地适用于各处和所有人的观念，是从中世纪的权威想法子与民族制度的政治过得的重要组成部分。宗教与哲学领域正确地意识到哥白尼天文学的革命性。托勒密体系是和以地球为中心的亚里士多德物理学并行发展起来的，而亚里士多德的思想则是天主教神学的基础。如果托勒密体系受损，那么天堂的完美、尘世的缺陷以及人类在上帝的宇宙蓝图中的中心地位就将受到威胁。

《物理学的概念与文化素养》的笔记-第43页 - 2.6原子唯物论：原子和虚空

关于什么是实在、什么不那么实在的这些观点，已经超出了能够观察和证明的范围，因此它不属于科学。这是一种哲学观点而不是科学观点。这些观点都是唯物主义的一个版本。唯物主义是一种哲学，它认为物质是唯一的实在，一切事物都由它的机械运动确定。关于哲学的一点令人放心的事是，每个好的哲学观念，也会有好的论据来反驳。物理学家尼尔斯·波尔是这样表述这一点的：「一个深刻观念的标志，就是它的反命题也是深刻的。」（3）一切科学观念都只是尝试性的，包括原子唯物主义。例如，我们并不能确凿知道万物整个都是由原子构成，因为我们并没有观察过没一种东西。

《物理学的概念与文化素养》的笔记-第27页

科学最突出的特点是：理论和观察之间的相互支持关系。

《物理学的概念与文化素养》的笔记-光与电磁 - 光与电磁

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《物理学的概念与文化素养》的笔记-第21页 - 科学：大自然与心智的对话

观测指的是数据采集过程。测量是定量的观察，而实验这是由人设计和控制的观察，可能是在实验室中进行的。
科学理论是一个得道充分证实的思想框架，对我们观察到的东西进行解释。模型是一种可以直观想象的理论，而远离或定律这是更普遍的理论中的一个观念。定律这个词由于听起来如此确定，可能会造成误导。我们将会看到，科学概念永远不是绝对确定不变的。注意：理论是一个得道充分证实的实现框架。认为科学理论只是一种猜测，像非科学家有时把某个科学想法说成是「不过是个理论」那样，这是错误的观念。一些不喜欢哥白尼理论的人政变说它「只是个六年而已」，不需要认真对待。当今不喜欢生物进化论的人以类似的理由攻击它。理论——被充分证实的对我们的观察结果的解释——是科学的真正目的，而且像科学中任何一个概念一样地确定。
用来表示一个合理的但未得到证实的科学设想（或猜测）的正确词语是假说。例如开普勒最初尚未正式的设想即行星可能是在椭圆轨道上运动，就是一个假说。一旦第谷和其他人的数据证实了开普勒的设想，椭圆轨道就具有了理论的地位而不再仅仅是假说。

《物理学的概念与文化素养》的笔记-第44页 - 2.7三种原子模型：古希腊模型、行星系模型和良知模型

这样，我们对原子的认识就进来里了至少三种不同的理论。在每个阶段，新的实验否定了旧的理论，接着科学家就创立一个更广泛的理论，它既能解释旧的也能解释新的观察结果。当时，科学家并不抛弃古希腊模型和行星系模型，尽管它们有缺陷，这是因为这些模型在他们各自适当的范围内还是有用的。例如：我们能用古希腊的原子模型来说明像空气压强等很多通常的观察结果。我们无需用原子的行星系模型或原子的量子理论说明这些现象，因为原子的内部结构及其量子属性与这些现象无关。若局限在适当的范围内，古希腊的原子模型就是一个好的理论。我们再一次看到，对一个理论最好是说有没有用而不是说正确不正确。

《物理学的概念与文化素养》的笔记-第23页 - 科学：大自然与心智的对话

开普勒理论不知是描述了已知的数据，它还预言新的观察结果。例如，在发现新行星（天王星、海王星、冥王星）时，开普勒理论正确地预言它们也将在椭圆轨道上运动。没有预见性的理论，在说明每个新的观察结果是需要修补，这个理论就没有什么价值。例如，托勒密理论无疑能够用足够多的新本领理论理论加以修正，以与第谷的全部数据一致，但结果只会是乱糟糟、倒人胃口；而没有什么预言能力。这里的「预言能力」应该是可否证伪的特征之一，亦是科学与伪科学的区别。
好的科学总是暂时性的、非教条的。所有的理论都完全依赖于证据。现在高度精确的观察结果表明，行星运动的轨道的确偏离精确的椭圆。……偏离椭圆轨道运动的主要原因是各个行星之间的引力。行星际尘埃和许多别的东西也会引起小偏差。尽管如此，科学家们还是会保留开普勒六年，因为它是一个好的、有用的近似。也许我们应该用好或有用来描述一个理论，而不是正确。理论不是绝对可靠的这一事实，正是科学的力量而非其弱点。科学理论必须有观察结果检验。……由于不能检验，它就不属于科学范畴。这应该就是《与“众”不同的心理学》开篇所说的科学三要素之一——「系统的实证主义」。
第谷精致的仪器和毕达哥拉斯与开普勒充满灵感的理论表明，科学的心声依赖于创造性。这些美妙的发明能够产生一幅宇宙的协调一致的图画，这是大自然的一个秘密。科学是简单而优美的。

《物理学的概念与文化素养》的笔记-第40页 - 原子：事物的本性

原子是永存的。从50亿年前地球形成时起，地球上的原子一直存在着，只有很少的原子在这段时间内发生了变化（只有那些涉及放射性衰变、核裂变或核聚变的比较少的原子变成了不同种类的原子。）。发生变化的只是原子之间的联系。一个特定的氧原子今天可以是你脑神经细胞的一部分，一百年后可以是大气中某个水分子的一部分，再过一百年也可以是一棵树的一部分。「你的」原子，即你现在身体内的原子，只不过是从空气中、从地球上借来的，迟早还要还回去，当你去世时，就全部还回去了。

《物理学的概念与文化素养》的笔记-XU - XU

物理学的概念与文化素养
这本书好玩的地方：
1。丰富的人文知识合理贯穿全书。
例如：
所有深思过治理人类的艺术的人，都深信帝国的兴亡倚赖于他们的青年人所接受的教育。
——亚里士多德
（科教是兴国的必要条件。）
2。科学素养。包括科学认知过程。
例如：
物理教育研究表明，一切血色，不论是主修科学的还是不主修科学的，如果他们更优先地是通过具体的图像来思考物理问题，而不是通过方程式和数学，就能更好地掌握理学的基本思想。
3.有趣的引语。
例如：
相信独一无二的真理，相信自己是其拥有者，这些都是这个世界的万恶之源。——波恩
你每喝一杯水，大概至少会摄入一个曾通过亚里士多德膀胱的原子。
看这本书，你会觉得，物理是很酷的一门科学！