當今最熱血、最善於演示的物理天王教授 ─《我在MIT燃燒物理魂》
書封

我在MIT燃燒物理魂
For the Love of Physics

華爾達•盧文(Walter Lewin) 與
沃倫•高斯坦(Warren Goldstein)著

蔡承志 譯

定價 399元 優惠價 315

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書籍簡介 關於作者 導讀與推薦 書摘鮮讀 延伸閱讀
書籍簡介

畫面截取自Youtube MIT Walter Lewin Promo video

他把自己的身體當做實驗設備,上課就像進行即興表演;
他充滿熱力,一上講台,立刻抓住學生的大腦;
他在教室裡變出一片藍天及一朵白雲;
將自己充電到三十萬伏特,讓頭髮全都豎立起來,
在課堂上對著兩個油漆罐開槍,
目的是要證明,水是無法壓縮的,但是空氣可以。
半世紀以來,他用不思議的方式打開物理之鎖,展現物理之美。
從最小的次原子到最浩大的宇宙,一一揭露隱藏在其中的奧妙;
他用物理之美導覽全世界,擴張我們認識世界的地平線。

華爾達•盧文(Walter Lewin),當代頂尖的天文物理學家之一,在美國麻省理工學院(MIT)任教逾三十年,發表科學論文超過450篇。但花去他最多心力的,卻是開設在大學部的三門基礎物理課。
「我一直嘗試將物理活生生地呈現在學生面前。……幫他們用不同的角度看這世界……。這也是本書的用意:幫你開啟雙眼,讓你看到物理是以多麼特別的方式支配著這世界,也讓你見識到物理本身令人讚嘆的優雅與美麗!」
他把自己的身體當成實驗器材,而上課,則經常像魔術表演或玩命的特技,「畢竟,科學需要有人做點犧牲。」這是他的口頭禪。
例如在教室裡變出一片藍天及一朵白雲;教你在自家做出一道彩虹,並且把它握在手上;或者在課堂上對著兩個油漆罐開槍,結果裝滿水的那罐炸了開來,九分滿的卻沒有,目的是跟學生證明,水是無法壓縮的,但是空氣可以;甚至將自己充電到三十萬伏特,讓頭髮全都豎立起來,然後告訴學生:高電壓本身並不會致命,關鍵是穿過你身體的電流有多少……「物理是對的!」他高喊。

關於作者

華爾達.盧文(Walter Lewin

Lewin Walter在荷蘭出生、長大,1965年於德夫特理工大學(University of Technology in Deft)拿到物理博士學位。1966年他到麻省理工學院擔任博士後研究員,同一年成為助理教授,並在1974年升任正教授。他是傑出的天文物理學家,是X射線天文學的先驅,已發表的科學論文超過450篇。

三十多年來,盧文在MIT教授三門物理學核心課程,由於非常受歡迎,因此還被拍成影片放到MIT開放課程(OpenCourseWare)、YouTube、iTunes U及Academic Earth上,點閱率極高──每年都超過100萬人次。包括《紐約時報》《波士頓環球報》《國際先驅論壇報》《衛報》《華盛頓郵報》《新聞週刊》《美國新聞與世界報導》等著名媒體,都曾報導他這些課程受到的高評價。

他的學術榮譽與獲得的獎項包括NASA傑出科學成就獎(1978)、亞歷山大.范.洪堡獎、古根漢基金獎(1984)、MIT科學委員會的傑出大學部教學獎(1984)、MIT物理系的布奇納(W. Buechner)獎(1988)、NASA的團隊成就獎(1997)(因為發現了爆發脈衝星),以及獎勵傑出大學部教學的貝克獎(Everett Moore Baker Award)(2003)。1993年,他成為皇家荷蘭人文與科學研究院的通訊院士,以及美國物理學會的院士。

沃倫.高斯坦(Warren Goldstein

是哈特弗大學歷史系的教授兼系主任,曾因學術創新而獲頒班特獎(James E. and Frances W. Bent Award)(2006)。

他對物理一直都非常感興趣。同時,他也是多產而且獲獎無數的歷史學家、評論作家、記者及演說者。作品包括《Playing for Keeps: A History of Early Baseball》及評價很高的傳記《William Sloane Coffin Jr.: A Holy Impatience;其他關於歷史、教育、宗教、政治及運動的評論文章則散見《紐約時報》《華盛頓郵報》《高等教育紀事報》《波士頓環球報》《紐約新聞日報》《芝加哥論壇報》《費城間詢報》《國家》《基督教世紀》《耶魯校友雜誌》《泰晤士報文學增刊》及《赫芬頓郵報》等。

譯者蔡承志

畢業於台大物理系。英國愛丁堡大學數學博士。目前為馬偕醫學院全人教育中心副教授。
著有《邏輯學的故事》《邏輯學入門》(與林照田教授合著);譯有《學微積分,也學人生》《超高效心智圖學習法》《數學馬戲團》《語言與真實-語言哲學導論》等。

專文導讀

專文導讀

洪 蘭  中央大學認知神經科學研究所所長
高涌泉  台大物理系教授
孫維新  台大物理系暨天文物理研究所教授/國立自然科學博物館館長
吳俊輝  台大物理系暨天文物理研究所教授/劍橋大學宇宙學博士

熱血推薦(按姓名筆劃為序)

王昭富  台中一中物理科教師
朱正明  台北建國中學物理科教師
朱慶琪  中央大學物理系助理教授
何興中  台南一中物理科教師
陳秋民  東吳大學物理學系副教授

 

看完這本書,深深感覺到物理學就是應該這樣教!
這是一本很好的科普書,科學並不可怕,它是你生活的一部分,請好好享受這本書! ──洪  蘭(中央大學認知神經科學研究所所長)

去年看了盧文出版了這本書,方才引發我好奇心,真的花了些時間去瞧瞧這些叫座的課。一看就嚇了一跳,因為太精彩了!他真的不是浪得虛名! ──高涌泉(台大物理系教授)

這本書裡,盧文教授描述了星系團周邊的電漿因為聲波傳遞,起了漣漪,產生宇宙天籟;也提到了洗澡的時候太陽光射入浴室,在眼前出現了伸手可及的彩虹!這是他所謂的「作為物理學家的特權」,我多麼希望這本書能夠開啟年輕學子的智慧耳目,有朝一日,也可以手握彩虹、耳聽天籟,認真享受作為一個物理學家的特權! ──孫維新(台大物理系暨天文物理所教授/國立自然科學博物館館長)

書中高明的地方之一,便是將很生活化的詞語和個人情感,融入到物理的講述之中,讓人馬上就能掌握到核心。──吳俊輝(台大物理系暨天文物理所教授/劍橋大學宇宙學博士)

在《我在MIT燃燒物理魂》這本光彩奪目的半科普半自傳中,盧文毫不掩飾地講述他對物理的熱情,這份熱情在書中的每一頁閃閃發亮,力透紙背。發現新事物的樂趣和興奮感,是會傳染的。 ──Mario Livio(《黃金比例Golden Ratio》作者)

在這本好玩、易讀、有趣的書中,課堂上的超級英雄盧文教授用他的神奇力量為我們服務!他跟大家分享「發現這世界是可以被發現」的樂趣。 ──James Kakalios(《超級英雄的相關物理 The Physics of the Superheroes 》)作者

在這本書中,作者以其專業知識教授物理,可以不必用數學就將物理表演得生動逼真,也可以不必使用艱深的數學就將物理講解得清清楚楚, ──王昭富(台中一中物理科教師)

這本書讓不具深厚背景知識的讀者,對物理相關知識能有更進一步、更全面的認識,甚至因此喜愛或更喜愛物理。 ──朱正明(台北建國中學物理科教師)

《我在MIT燃燒物理魂》作者盧文教授以大膽而幾近搞怪的方式教物理,不僅傳遞了熱情,更深入淺出地詮釋了物理內涵, ──朱慶琪(中央大學物理系助理教授)

科學,不是只有事實,更是一種態度,也是看待世界的觀點。
Walter Lewin利用這本書重新告訴我們這件事,同時也點燃熱愛物理的魂魄。 ──何興中(台南一中物理科教師)

若你是學生,聽Lewin上課,還是不喜歡物理,那你是真愚鈍。若你是老師,看Lewin授課,還是不懂得上物理課,那你是真打混。 ──陳秋民(東吳大學物理學系副教授)

書摘鮮讀

最懂解說技巧的物理導遊── 盧文

身高188公分,身材瘦長,穿著一件看起來像是工作服的藍色棉質襯衫,袖子捲到手肘,下半身卡其褲搭配輕便的涼鞋與白襪,這位教授在演講廳的講台上大步地走過來、走過去,一面講課,一面比手畫腳。偶爾,他會突然在黑板及實驗桌之間停下腳步,好強調某個重點。他面前的四百張座椅以一定的坡度往上升高,座位上的學生們偶爾會移動身體,但目光都鎖定在這位教授身上。這畫面給人的感覺,就彷彿有股強烈的能量正通過這位教授的身體,再四處散發開來。他額頭很高,滿頭雜亂灰髮配上一副眼鏡,說話時帶著不知是哪個歐洲國家的口音,讓人忍不住想起電影《回到未來》裡的那位布朗博士(Doc Brown)——來自另一個世界、性格強烈、有點瘋狂的科學家兼發明家。

但這裡不是布朗博士的車庫——這裡是麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology,簡稱MIT),是全美國、甚至全世界最卓越的理工科大學,而在黑板前面上課的則是華爾達.盧文(Walter H. G. Lewin)教授。他停下腳步,轉身面對學生。「各位,做測量時最重要、但卻總是被每一本大學物理課本忽略的事,」他伸出雙臂,十指張開,「就是測量的精確度。」他暫停片刻,往前走一步,讓學生們有時間做點思考,然後繼續說:「你所做的任何測量,如果你不知道它的精確度,那麼那個測量就沒有意義。」接著他的兩手迅速分開,劈砍空氣,以強調這點。另一次的暫停。

「我再重複一次。我要你們今晚凌晨三點醒來時重聽一次,」他用兩手食指抵著自己的太陽穴,同時扭轉手腕,彷彿要將這句話塞進他和大家的腦袋裡,「你所做的任何測量,如果你不知道它的精確度,那麼那次測量就完全沒有意義。」學生們全神貫注地盯著他看。

我們現在是在「物理8.01」——全世界最有名的普通物理課——的課堂上,這學期第一堂課才剛上了十一分鐘。

2007年12月,《紐約時報》在頭版報導了盧文的故事,將他譽為MIT的「網路明星」,並介紹他在「MIT開放式課程」(MIT OpenCourseWare)、YouTube、iTunes U以及「學術地球」(Academic Earth)等網站上提供的物理課程。盧文所開的物理課是MIT第一批放到網路上的免費課程,它們也沒有讓MIT失望,點閱率非常高。九十四堂課(合計三門課,加上七個獨立單元)平均每天有三千人次閱覽,一年下來的點閱人次高達百萬。其中的許多次是比爾•蓋茲貢獻的,根據他寫給華爾達的信(透過郵局寄出的信而非電子郵件!),他已經看完編號8.01的「古典力學」與8.02「電磁學」的所有課程,正打算繼續看8.03的「振動與波」。

盧文每天都收到來自世界各地、各年齡層的人寫給他的電子郵件,「您改變了我的人生」是其中一個常見的信件主題。

加州聖地牙哥一家花店的老闆史帝夫這麼寫著:「我現在走路時,彷彿腳下裝了彈簧,也懂得用物理的新眼睛來看這世界和人生。」穆罕默德,突尼西亞的一位工程預科學生則寫道:「很不幸的,在我們國家這裡,教授們和您很不一樣,他們並沒有在物理中看見任何的美,我因此活受許多罪。他們只希望我們學會如何解那些『必考題』,以便在考試中考出好成績,他們的目光就是那麼短淺。」一個已經在美國拿了幾個碩士學位的伊朗人沙伊德也說:「我從來沒有真正享受過人生,直到我上了您的課。盧文教授,您真的改變了我的人生。您的課值得十倍的學費,而且它讓某些老師變成罪犯了——沒把書教好是重罪哪!」還有印度的席德哈:「現在我可以在那些方程式之外感受到物理之美。您的學生們一定和我一樣會永遠記得您——您是一位非常非常棒的老師,您讓人生和學習變得比我原先想像的有趣多了。」

穆罕默德十分贊同地引述盧文在物理8.01最後一堂課所說的話:「或許上過我的課之後,你們會永遠記得物理也可以是非常有趣、非常美妙的,而且它就在我們身邊的每個地方,無時無刻都在——只要你真正學會去看它,懂得欣賞它的美。」盧文的另一位粉絲瑪喬蕾寫著:「我只要一有空就上您的課;有時候一週五次。我欣賞而且佩服您的性格、您的幽默感,以及最重要的,您將事情變簡單的功力。我在高中時很討厭物理,但現在您讓我愛上了它。」盧文每個禮拜都會收到數十封這樣的信,而且一一回信。

盧文在介紹令人驚奇的物理現象時,就像是從平凡中創造出神奇。他的祕訣是什麼?「我把人們帶回他們自己的世界,」他說,「也就是他們居住並且熟悉的世界,只不過他們還未曾像物理學家那樣看這世界。如果我談到水面的波,我就會叫他們在自家的浴缸裡做些實驗,讓他們能親身體驗波動現象。他們也能親身體驗彩虹。這是我會愛上物理的原因之一:你可以解釋任何事物和現象。那是一種很棒的經驗——對他們來說,或對我來說,都是如此。我讓他們愛上物理!當學生們非常投入時,有時候上課就像是在進行即興表演。」

他的即興表演,可能是站到十六英尺高的梯子上,用一根以實驗室裡的管子接成、像蛇一樣彎來彎去的長吸管,來吸地板上燒杯裡的蔓越莓汁。或者,他可能冒著頭部被重擊的風險,讓自己的頭位於一顆極具破壞力的球形大鐵錘的擺盪路徑中,而那顆球只差幾公釐就會撞上他的下巴。他也可能是拿來褔槍朝著兩個裝滿水的油漆罐開槍,或是用一種稱作范德格拉夫起電機(Van de Graaff generator)的大玩意兒——就像是科幻電影裡,瘋狂科學家的實驗室會有的那種裝置,將自己充電到三十萬伏特,以至於他那原本就很亂的頭髮全都豎立起來。

他把自己的身體當成實驗器材,就如同他常說的:「畢竟,科學需要有人做點犧牲。」在某次示範中(就如本書封面所示),他把一顆鐵球懸掛在從天花板垂下來的繩索末端(他稱之為「單擺之母」),然後以極不舒服的姿勢坐到鐵球上,隨著鐵球前後擺動,同時請學生們齊聲唸出擺動的次數,而這一切只是要證明,單擺在一定時間內擺動的次數與擺錘的重量無關。

他的兒子伊曼紐(查克).盧文上過其中一些課,他如數家珍地說:「有一次他利用吸氦氣來改變自己的嗓音。為了得到正確的結果(最困難的地方就是在細節),他幾乎到了昏厥的地步。」盧文教授是位功力深厚的黑板藝術家,他可以狂放不羈地在黑板上畫出各種幾何圖樣、向量、圖形、天文現象。他畫虛線的方式讓許多學生印象深刻,甚至為他製作了一部有趣的影片,名叫《華爾達.盧文最美妙的線》(Some of Walter Lewin’s Best Lines),裡面全都是盧文上物理8.01時,在各個黑板上畫出的那些著名的虛線。

能掌控整個課堂而且充滿群眾魅力的盧文,真的是非常古怪的人——舉止怪異,一心只有物理。他的皮夾裡隨時都帶著兩塊稱為「偏光鏡」的器材,所以他不需多做準備,就可以看出某些光(例如藍天、彩虹,或是窗戶的反光)是不是「偏振光」,而當時剛巧在他身邊的人也可以看到這現象。

而他那些藍色工作服是怎麼回事?原來那根本就不是工作服。那是盧文訂做的高級棉布衫,完全根據他的指示製作。他每隔幾年就會聯絡香港的一家裁縫店,一次訂購十多件。左側那個大口袋是設計用來裝他的行事曆。但口袋裡沒有保護筆袋。這位物理學家兼表演家兼老師是位很講究細節的人,因此這倒是讓人納悶。而他為什麼戴了一個不像任何大學教授會戴的怪異胸針:一個塑膠製的煎蛋?「有蛋在我的襯衫上,」他說,「總比在我臉上好吧!」

還有,他左手那個很大的粉紅色壓克力戒指是幹什麼的?那個夾在襯衫上的銀色東西又是什麼?(大約在肚臍眼的高度,他上課時經常會偷偷往那裡瞄。)

每天早上更衣時,盧文有四十個戒指及三十五個胸針可以選擇,還有幾十個手鐲和項鍊。他的品味特別,有許多五花八門的飾品(來自肯亞的串珠手鍊、由大塊琥珀串成的項鍊,以及各款塑膠製的水果胸針)、古董(一個很沉重的銀製土耳其手鐲),或由設計師與藝術家設計的首飾,還有一些荒唐古怪到極點的東西(例如由甘草糖串成的項鍊)。「學生們開始注意這些東西,」他說,「所以我每堂課都穿戴不同的配件,尤其是在我跟那些孩子上課時。他們很喜歡我這麼做。」

那麼,夾在襯衫上,看起來像特大號領帶夾的銀色東西到底是什麼?原來是一支特別設計的錶(一位藝術家朋友送他的禮物),錶面上下顛倒,這樣盧文就可以低頭偷看,以掌握時間。

有時候在別人看來,盧文似乎不知道在想什麼,或許可說是個完全心不在焉的教授。但其實,他通常是非常專心地在思考物理的某個面向。正如他太太蘇珊所回憶的:「我們去紐約的時候,通常是我開車。但最近我發現這張地圖,州界的空白處都寫滿方程式。那是他上次要去演講時寫的——因為在車上很無聊。事實上,他隨時都將物理掛在心上,一天二十四小時都和學生及學校在一起。」

根據他多年的好友,建築史專家南西.史蒂柏(Nancy Stieber)的說法,盧文最特別之處或許就是「他那和雷射一樣強的興趣。他似乎總是全心投入他要做的事,把世界的90%都從他心中消除掉。有這種雷射般的聚焦力,他可以把他認為不重要的東西都刪去,全神貫注在一件事上,這就產生一種非常獨特的『生活樂趣』」。

盧文是個完美主義者,他對細節的要求幾乎已到走火入魔的地步。他不只是世界頂級的物理老師,也是X射線天文學的開拓者之一,他花了二十年的時間建造、測試並使用一些專門用來精確測量X射線的超靈敏設備,來觀察次原子(指此原子更小的空間或粒子)及天文現象。他施放巨大但非常纖弱的氣球,讓它們沿著大氣層的最外圍移動,藉此發現許多奇特的天文現象,例如「X射線爆源」(burster)。他和他的夥伴在這個領域所做的貢獻,幫助科學界解開在巨大超新星爆炸中,恆星逐步走向死亡的奧祕過程,也協助證實了黑洞真的存在。

他知道物理研究需要測試、測試,再測試。這不只解釋了他為什麼可以成為成功的天文物理學家,也說明了為什麼他一方面能把牛頓定律的偉大闡釋得那麼清楚,另方面也能讓你了解小提琴的弦為何會產生如此和諧的樂音,以及當你搭電梯時為何一下子感覺自己變重,一下子又變輕。

為了準備一堂課,他總是會到空教室至少練習三次,第三次是在授課當天的早上五點鐘。「他的課之所以成功,」天文物理學家大衛.普利(David Pooley),一位他從前教過,後來還和他一起授課的學生說,「關鍵在於他所投入的時間。」

當MIT物理系在2002年提名盧文角逐一項競爭激烈的教學獎項時,他的許多同事都不約而同地強調他的這些特質。關於跟盧文學物理的經驗,史帝分.立柏(Steven Leeb)給了一個相當令人玩味的描述(立柏現在是電機工程與資訊科學的教授,任職於MIT電磁與電子系統實驗室):「他充滿熱力地上到講台,抓住我們的大腦,讓我們馬上進入電磁學的雲霄飛車之旅。到現在我都還記得當初那種感覺!他是教室裡的天才,足智多謀,總是能找到辦法將物理概念解釋得簡單明瞭。」

盧文的物理系同事羅伯特.荷西瑟(Robert Hulsizer)嘗試把盧文在課堂上所做的一些示範實驗錄影下來,並剪輯精彩片段供其他大學參考。但他發現這項工作根本不可能完成。「這些示範實驗完全與物理觀念的開展交織在一起,包括準備工作及收場,所以示範實驗沒有明確的開始與結束。我的感覺是,華爾達的精彩表演,無法被切割成片段。」

盧文將物理之美介紹給學生的做法讓人感動,這是因為他讓我們也感受到他對這世界所有奇妙現象的熱愛。他兒子查克充滿感激地回憶,他父親一心想讓他和他姊姊及弟妹們也有這樣的熱情。「他能讓你看到一些東西,並且因為它們的美而大受震撼。他能把你心中的熱情、驚奇及振奮全挑起來。我所說的是他為你打開一扇扇不可思議的小窗,而他就在它們中間,你會很高興自己能活著,享受他的同在,享受他將要創造的事件。有一次我們到緬因州度假,那天天氣很好,我們小孩子都待在外面,而且就像小孩平常那樣開始覺得無聊。結果我父親拿出一個小球,並隨即發明一種奇怪的小遊戲。接著,一分鐘之內,隔壁家的小孩就過來加入我們,突然之間我們有四、五、六個小孩在拋球、接球而且笑聲不斷。我還記得當時我真的非常興奮、非常開心。如果我回顧過去,是什麼在我的人生中啟發我,讓我可以擁有那些全然開懷的時刻,讓我能預見一個美好的人生可以是多麼精彩,也讓我了解人生能夠裝載多少的豐富?答案就是:這些都是從我父親那裡得到的。」

盧文常會在冬天把他的小孩聚集起來玩一種遊戲——測試紙飛機的空氣動力學特性——把紙飛機射進客廳那個開放式大壁爐裡。「讓我母親花容失色的是,」查克回憶說,「我們還會從火裡把它們搶救出來...我們都還想在下一回合扳回一城呢!」

當客人來家裡吃晚飯時,盧文會帶領所有小孩玩「登陸月球」遊戲。查克記得:「我們把燈關掉,用拳頭敲打桌面並發出類似擂鼓的聲音,來模擬火箭發射時的那種噪音。有些小孩甚至會鑽到桌子底下敲打桌子。等我們升上太空,動作就停下來,然後到登陸月球後,又全都在客廳走來走去,假裝重力變得很小,並且跨著非常誇張的步伐。這時候客人們一定在想:『這些小鬼瘋了!』但對我們小孩子來說,那好玩極了!登陸月球呢!」

半個世紀之前,盧文第一次走進教室上課,從那時開始,他就一直帶著學生們到月球去。他一直被自然世界的奧祕與美麗所吸引,從彩虹到中子星(neutron star),從老鼠的大腿骨到音樂的聲音;他也著迷於科學家與藝術家闡釋、說明及呈現這個世界的方式,盧文可說是當今世上最有熱情、最有使命感、也最懂得解說技巧的科學導遊之一,他矢志為大家導覽這個世界。在接下來的各篇章裡,當他揭露他一生對物理的熱愛並且與你分享時,你一定能夠體會到他的那種熱情、使命感與技巧。

好好享受這趟旅程吧!

(摘自《我在MIT燃燒物理魂》前言,遠流出版)

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