范洪义，一位在科技领域有着卓越成就的学者，于1947年出生在中国浙江省鄞县。他是中国首批仅有的18名博士学位获得者之一，这一成就是在1982年5月取得的。他的学术贡献得到了广泛认可，其中最显著的是他在1989年独立获得了教育部科技进步一等奖。此外，范洪义还涉足了动漫产业，担任了《量子王国的故事》这部动漫片的科学顾问，展现出其知识的广度和应用能力。国家教委因其突出的学术贡献，授予他“有突出贡献的中国博士”称号，这无疑是对他学术生涯的高度赞扬。

这本书的内容是关于物理学家在闲暇中寻找灵感和智慧的故事，通过他们的思考方式和生活情趣，读者可以了解物理学的魅力和文理交融的美感。书中不仅包含西方科学家的智慧故事，也融入了中华先贤的物理理念和生活雅趣，适合不同领域的读者欣赏。



内容提要

理论物理学家在探索自然规律时的角色类比为写意画家，他们依靠自由意志创造理论，如量子力学的基本对易关系。这种“写意”画法强调神似和情感表达，而物理学家的“写意”则不带个人情绪，更注重科学准确性和普遍性。培养一个优秀的理论物理学家需要长时间的专注与灵感，他们的成果能深远影响人类对自然的理解。



理论物理学家的写意画

作者年轻时放风筝的经历和对物理知识的运用，通过调整风筝线的张力来控制风筝的姿态。同时提到了本杰明·富兰克林关于闪电实验的故事，强调了科学探索的重要性，并对比了东西方对于自然现象理解的差异。



放风筝的物理

量子纠缠和薛定谔的猫等理论科普作品的阅读体验，作者建议读者不必过于深究细节，而是欣赏其中的文学色彩和历史背景，增长见识即可。同时强调科普作品科学内容要准确，形式可以多元但不能荒诞。作者自己虽是量子力学专家，却因担心误导读者而不敢轻易撰写科普书籍，认为写好科普需要深厚的专业素养和理解读者的能力。



不求甚解地读量子科普作品

读书的艺术，特别是读物理书的方法。作者提倡带着问题阅读，边读边思考，质疑和联想，并在读后用自己的话重述内容，形成自己的理解。强调读书要有目的，注重实际应用和写作输出，以及根据需要选择阅读的内容和方法，甚至学会快速抓住文章核心的技巧。



读物理书的艺术

关于物理的幽默故事，包括爱因斯坦对量子力学的质疑、玻尔的回应、狄拉克和范生的不同观点，以及将科学理论与佛学、历史人物等相联系的趣味解读。这些例子用轻松的方式展示了物理学中的深奥概念和思想碰撞。



关于物理的几则幽默

王维诗句“白云回望合，青霭入看无”对科研人员的启示。在研究中遇到问题导致目标模糊时，应把问题表述清晰作为新目标，调整思路；而在思考过程中迷失思路时，要善于回顾整合信息。这反映了人脑与电脑的不同之处。



“白云回望合，青霭入看无”新解

类比在文学和物理学中的应用，它能促进理解和发展，但也有其局限性。通过历史上的例子，如狄拉克的量子对易括号与经典泊松括号的类比，以及电子自旋和经典角动量的误解，说明了类比虽有启发作用，但也需要结合数学推导和全面的物理考虑，以避免错误的结论。



文学中的“比”与物理学中的“比”

数学和理论物理之间的关系，并通过莫比乌斯带的例子指出将两者比喻为硬币的两面并不恰当。相反，作者认为将它们比喻为书法与绘画的关系更为贴切，因为好的理论物理学家需要深厚的数学基础，就像优秀的画家需精通书法一样。虽然一些物理学家可能自创数学方法，但大数学家未必具备相应的物理背景。



“时将书法作画法”——小议数学和理论物理的关系

时间这一概念在科学和哲学领域的复杂性。古代诗词中的“不知今夕何夕”与现代物理学家对时间流逝方向的探讨相呼应。古人通过日晷、动物习性等方法感知时间，而现代科学家则用更精确的方法如铯-133辐射周期来定义一秒。时间与空间、物质紧密相连，地质学将时间视为自然不稳定性的反映，地球的演化呈现单向性和阶段性。不同文化对时间的表达方式可能存在差异，但人们对时间的关注始终不变。



漫谈时间

爱因斯坦对科学语言在日常生活中应用的看法。他认为，尽管科技产品和术语越来越常见，但过于专业的表述并不适用于日常生活交流。他举例说明，人们在实际生活中并不会使用化学式去买盐，也不会关心高铁的加速度，这反映出人们对艺术、娱乐等领域的情感连接可能远超过对科学的理解。因此，科学内容在日常语言中的融入应自然适度，不必强求深入每一个细节。同时，文中也提到了科学语言普及程度与网络语言相比的相对滞后。



日常生活中的科学表述

作者对禅师的崇拜和疑惑，他们高超的悟性令人佩服，但关于能量基本单位和对外界感知的理解与科学存在差异，这使得作者在理解禅宗思想时有所保留。通过比较物理学家观察世界的方式，作者展示了从直观感受、理解概念到深入领悟的层次变化，强调了理性思考和科学探索的重要性。



物理与禅

《超然台记》中苏轼表达的即使面对挫折也能保持乐观的人生态度，并通过物理学家的独特视角解读文中的“物”，将日常事物与物理学研究相联系，展现出不同的解读乐趣。



物理人读《超然台记》

杜甫的两首诗，其中《曲江二首》表达了他对物理学美的欣赏和理解自然规律的快乐，认为浮名会阻碍这种追求。另一首《小至》则通过描述冬至前后气候的变化，展现了古人用苇膜烧灰预测节令的物理方法，体现了他们质朴而智慧的科学思想。



杜甫诗《小至》中的物理

北宋文人欧阳修的《钟莛说》一文，文中通过甲乙两人的对话，探讨了声音来源的问题。他们用铜钟、钱积和木头等物作为实验工具，讨论了声波在不同介质中的传播。尽管他们的讨论并未深入到现代理论物理学的层面，但欧阳修通过这种方式展示了朴素的理论物理思维。



以物理观点读欧阳修的《钟莛说》

教育学生时，应让他们先独立思考，当他们苦思冥想仍无法解决问题时再给予启示。作者的做法是在学生遇到困难时提出相对简单的问题，通过分析和批驳引导他们展开想象力，形成有逻辑的思维，最终培养出主动运用想象力的习惯。这种日常训练有助于学生在关键时刻得到灵感，发挥丰富的想象力。同时，保持开阔的胸襟也有助于想象力的发展。



我怎样启发研究生的想象力

作者对物理现象与心理活动关系的研究经历，以及从唯物主义到考虑感觉因素的转变。提到爱因斯坦的相对论和马赫的理论对作者的影响，特别是马赫关于时间、空间和意识的观点，这些都挑战了传统的物理学观念，并引发了对量子力学中意识角色的讨论。



读马赫《感觉的分析》的一点体会

量子力学的教学应该注重科学思维的培养，例如通过矩阵力学、波动力学和符号法等不同视角理解微观世界。作者的研究强调算符排序论、光学变换与量子力学幺正变换的联系，以及充分利用表象来简化问题。其著作《量子力学律髓简学》旨在引导初学者快速掌握量子力学的核心概念和思维方式。



讲授量子力学宜介绍科学思维

物理理论需要欣赏，能欣赏才能谈研究，就像卞和识玉、师旷听音一样。理论物理欣赏追求简洁和美，需要数学推导能力、抽象思维、艺术修养和科学质疑，并提倡举一反三与想象力的发挥，同时强调人品与科学道德的重要性。欣赏时应保持虚静心态，以便接纳新知并深入思考。



如何提高欣赏理论物理的才能

抽象的概念，它是从多个事物中提取共性特征并忽略非本质特征的过程。抽象思维通过概念、判断和推理对现实进行间接概括，获取超出感知的知识。科学的抽象需要实际依据，如物理学中的麦克斯韦方程组就是精炼的抽象结果。抽象的角度影响结果，过度或不够抽象都可能导致问题。人的抽象能力有差异，有些人能轻松理解深奥的概念。物理抽象关注现象的本质规律，而哲学抽象更侧重于对生活哲理的思考。



小议物理抽象

理论物理学作为物理学的重要分支，它在人类文明中的基础作用以及对时空观、哲学观的影响。理论物理研究需要创新思维，但必须基于实验验证和逻辑推理，强调与实践的结合及实证检验的重要性。同时指出，脱离实践经验并过度依赖抽象数学的理论可能会退化，强调了理论与实际相结合的必要性。



理论物理学家之诫

鲁迅和爱因斯坦在创作时的专注与投入，说明长时间休息后，脑细胞可能无法回到原有的激发状态，影响创作或科研效率。作者也分享了自己处理疑难问题时保持思维活跃的经验，强调连续思考的重要性。一气呵成的作品通常更流畅、自然。



写论文宜一气呵成

物理学家对世界现象规律的研究中，相似性是推动进步的重要因素。麦克斯韦通过类比发现物理定律之间的共性，如狄拉克从海森堡的文章中联想到经典力学的泊松括号。然而，在利用类比的同时，也必须注意不同现象间的差异。例如，麦克斯韦方程组中的以太理论后来被爱因斯坦的狭义相对论所取代，光速不变成为基本原理。物理学家在探索过程中需谨慎使用类比，以免过度推广导致误解。



似曾相识每弯月，颠沛流离各自星

提出科学问题的重要性，以及作者自己提出问题的方法，包括从不同角度思考已解决的问题、用新方法证明定理、在读文献中发现问题等。同时强调了训练提出正确科学问题能力的几个方面：见多识广、删繁就简和联想能力。



谈避免科研上的“宫墙数仞不得其门终外望”

年轻时发明有序算符内的积分（IWOP）方法的经历，作者在大学时期注意到量子力学理论中对狄拉克符号积分的缺失，并持续思考但无果。直到成为研究生后，他受到狄拉克关于数学美的理念启发，联想到了人类适应倒立图像的过程，从而设想将ket-bra组成的算符有序排列，使得原本不对易的部分可以互换，进而实现积分。尽管直觉引导了方法的诞生，但后续的理性推理证明了其正确性和应用价值。这段经历体现了直觉在理论物理研究中的重要性，以及从特殊到一般和从一般到特殊的思维路径。



直觉让我发明IWOP方法

量子物理中光场真空投影算符|0><0|的表示，它可以通过基本算符a和a†来表达，其中a是光子湮灭算符，a†是光子产生算符。为了理解光的量子本性，引入这些算符来描述光子的产生和消失过程。通过谐振子的量子化为例解释了这个概念，谐振子的经典振动模式被转化为量子能级，而|n>代表不同数量光子的状态。在量子理论中，需要注意算符的排序问题，例如a†a表示“数钱”的操作，即产生和湮灭光子的过程。正规乘积形式则通过Baker Hausdorff公式进行排列，并利用积分技术得到其精确表达式。这个例子展示了理论物理学家如何在变化的形式中寻找不变的本质。



从孙悟空的火眼金睛漫谈量子算符函数的排序

量子力学的魅力和与数理统计的关联。通过正态分布函数，展示了随机现象的规律性和概率论在研究中的应用。此外，还提到了量子力学中的算符概念及其与经典力学的关系，暗示了不同观察者可能有不同的理解。



量子力学的魅力——从数理统计谈表象

量子力学中算符的不对易性导致了算符函数排列的复杂性，不同的算符排序会产生不同的特殊函数。经典相空间与量子相空间存在差异，量子世界中无法精确观测到一个相点，而是对应于一个面积为ћ/2的小圆，即相干态。经典函数在不同量子化方案下的表现也不同。以射线为例，Weyl量子化下，射线在量子相空间中的映像是射线本身，但在Q-P或P-Q排序量子化中，则会变成椭圆。这说明量子化方法对量子相空间的几何形状有显著影响。



量子力学的魅力——从几何图形谈算符排序

理论物理研究的难度和要求，比喻为骑马射箭，强调了基本功的重要性以及融会贯通的必要性。作者描述了在研究过程中如何协调目标与方法，以及遇到的挑战和收获。虽然科研工作充满辛苦和不确定性，但每完成一篇论文都是难得的成就。



理论物理研究心得漫谈

作者在博士生入学考试中出的一道题目：解释为什么北极熊的皮毛是白色的。这个问题的答案涉及基尔霍夫定律，该定律描述了物体辐射率与吸收比的关系。白色物体因其低吸收率也具有较低的辐射率，有助于北极熊在寒冷环境中保持体温。通过这个例子，展示了物理学原理如何应用于解释自然现象。



基尔霍夫热辐射定律与爱因斯坦辐射跃迁理论之理解

学习理论物理的方法和重要性，强调了学会独特科学思维的重要性，以及通过不同阶段的思索来深化理解。作者建议结合物理现实提出模型，追溯已有理论的来源，并能用自己的思路导出公式。此外，他还提倡多参考不同的书籍以获得更全面的理解，并鼓励自学培养直觉思维和深入探究的精神。



漫谈怎样自学理论物理

光的本性探索历程，从伽利略的望远镜到爱因斯坦的相对论，以及量子力学对光的研究带来的新发现。讨论了光的波粒二象性、量子光学的发展和光场的新量子态研究的重要性。作者通过自己的研究成果，展示了扩散过程和耗散如何导致新光场的出现，并介绍了有序算符理论在解决量子力学问题上的应用。



《新量子光场》绪言

量子力学的发展历程和基本原理，从普朗克的量子概念到海森堡的坐标-动量对易关系，以及狄拉克发明的δ函数在处理连续变量量子态时的作用。δ函数是数学物理方法中体现物理直觉的重要工具，它帮助统一了负载分布和点集中两种情况下的数学模型，并在量子理论中连接了波粒二象性。



从德布罗意的波粒二象理论和δ－函数谈傅里叶变换

原子物理的两个例子。第一个是薛定谔修正玻尔模型，通过物质波的波粒二象性解释电子在轨道上的行为，避免了能量损失和光辐射的问题。第二个是泡利的不相容原理，他提出在同一个能级中只能有最多两个自旋相反的电子，解决了原子半径与实验不符的矛盾，并对化学反应的可行性提供了解释。



当以最简捷的方式理解理论物理

对“形而上学”一词的理解变化，最初作为贬义词与辩证法相对立，后来理解为探究本质的学问，超越感性经验的存在。作者认为形而上学是研究世界本质的学问，与物理学紧密相关。物理学家的工作在很大程度上也涵盖形而上学范畴。同时提到物理学家对科学目标的不同看法，强调形而上学对艺术和科学的重要性。



物理学家不应回避形而上学

通过曹冲称象的故事类比，提出利用黑白条纹斑马皮、黑皮和白皮在雪地上的陷落深度来估算斑马皮的热吸收率的方法。这种方法体现了物理学家运用日常观察和创新思维解决科学问题的能力，比如费米通过小纸片卷入爆炸气浪的距离来估计原子弹威力的例子。



从曹冲称象谈到测斑马皮的热吸收率

中国劳动人民创造的特殊语言形式——歇后语，它短小、形象、风趣，由前后两部分组成，常常说出前半截让人领会后半截。文中作者尝试编了一些与物理和物理学家故事相关的歇后语，如“薛定谔养猫——存心不良”，这些歇后语既丰富了想象力，启发物理思想，也给文学成语赋予新的物理注解。



自编物理歇后语

蒙太奇手法在电影中的运用，通过镜头的组合创造出新的含义，强调其对时空转换和叙事方式的影响。同时，文中提到蒙太奇思维的重要性，它能激发创造性思考，如德布罗意受青蛙跳水启发发现波粒二象性，以及作者自身在理论物理研究中运用蒙太奇思维的例子。



物理学家的蒙太奇思维

唐代文人李肇所写的《王积薪闻棋》故事，讲述了围棋高手王积薪听到隔墙婆媳下盲棋的对话，次日复盘发现她们的棋艺超出自己预料，借此阐述了天外有天、学无止境的道理。同时，作者将这个故事与理论物理学的学习联系起来，强调图像思维和自我对弈在物理研究中的重要性，并以费曼为例，说明这种思维方式的应用价值。



理论物理学家的“下盲棋”思维

教学中出题的两种方法：换骨法和夺胎法。换骨法是改变题目表述但保持物理目标不变，而夺胎法则是在保留核心概念的基础上重新构建问题。好的学生能理解出题目的真正意图，而教师通过不同难度的题目来测试学生的知识掌握情况，从直接应用公式到复杂的综合类比题。文中还以诗词为例解释了换骨法和夺胎法在文学中的运用。



谈教师怎样出考题

闲思悟理

马可尼，无线电的先驱，在21岁时发明了这项技术并持续改进设备。尽管专家们质疑无线电波无法绕地球传播，他却凭借坚定的决心实现了横跨英吉利海峡的通讯，开启了一个全新的通信时代，并因此荣获诺贝尔物理学奖。这一成就得益于大气中电离层现象的帮助，尽管当时人们对这一原理并不清楚。英国交通部总监普鲁斯的支持对马可尼的研究至关重要，他在英国协助马可尼进行研究并申请专利。马可尼的成功不仅是技术上的突破，他的故事还激励了后来的科研工作者勇往直前。

作者在文中分享了对文学作品和自然科学文章的看法，强调任何类型的写作都需要努力才能完成。他讲述了自己阅读的经历，认为阅读如同精神旅行，能让人从书籍中收获知识与乐趣。书癖的特点如收藏书籍、鉴赏优劣以及热爱逛旧书店也被提及，即使在网络时代，作者仍认为纸质书籍具有独特的魅力。文中还引用了爱因斯坦和萧伯纳的故事，提醒人们无论成就多大都应保持谦虚。

物理学习的深层价值在于理解公式背后的物理思想与原理，正如孔子学琴的故事所体现的，深入领会内涵比单纯掌握技巧更为重要。文章中提到了科技界的“草药现象”，即名声在外的事物有时不如默默无闻者有效，这引发了对未知资源的思考。庄子和惠子在濠梁上的辩论，关于鱼是否快乐的问题，探讨了观察者与被观察者之间知识的认知问题，以及量子纠缠领域的哲学议题。作者通过购买燕京大学借书牌和个人学术联系的发现，增添了故事的趣味性。

文章讨论了海森堡和泡利关于可观测量的对话，以及由此诞生的测不准原理。古诗的隐喻如何引发读者思考，以及物理与诗意结合的例子也被提及。此外，作者解释了诗词中“风正一帆悬”的科学含义，通过力的分解原则来解读诗句。这些内容展示了物理学与艺术、诗歌之间的联系，强调理解物理不仅需要知识积累，还需要艺术修养和悟性。

总之，马可尼的创新精神、阅读的乐趣、物理学习的本质、哲学问题的探讨以及科学与诗意的交融，共同构成了这段丰富的内容，激发了读者对不同领域的思考。

闲游古今

物理学家在闲暇中发现自然界的秘密，并通过科学研究方法将这些观察转化为理论。例如，牛顿通过观察风吹草动来测量风力，傅科制作摆来验证地球自转，布朗则从花粉颗粒的运动中推导出布朗运动。尽管他们在生前可能默默无闻，但他们的科学发现对后世影响深远。

量子力学领域中的狄拉克因其符号法被看作是该领域的语言，他的创新在增强理论正确性和展现数学之美上起到了关键作用。作者通过个人经历和对历史人物的评价强调了这一点。例如，费曼认为阅读伟大科学家如麦克斯韦的原始论文有助于理解他们的贡献与智慧。

文中还提及了历史事件的重要性，比如美国内战中林肯的角色，以及卡文迪许实验室在培养科学人才方面的成就。这里提到了老一辈学者对年轻一代的支持，这些都是科学发展的重要基石。

费曼的观点强调了理解科学家背后思考过程的价值，同时也肯定了其他领域如政治领袖在历史进程中的关键作用。这种跨领域的视角丰富了我们对科学、历史和人类进步的理解。

“圈”内闲谈

物理学家范洪义先生的散步习惯和生活方式，他在孤独中寻找灵感并写作，这本书是他在散步中思考的产物。虽然表面上看似悠闲，但作者认为这本书反映的是他的孤独。范老师对量子力学有独到见解，坚持自己的研究领域，即使年迈仍勤勉工作，这种从一而终的精神让他孤独但也充实。他用“闲”字来表达自己的状态，强调与科学的交流使他感到真实和满足。作者建议读者从不同的角度重新理解这本书，体验其中的孤独与深意。



散步是物理学家的天职