《費曼的6堂Easy物理課》別懷疑，你就是原子，你全家都是原子
內容目錄
為何而讀
了解世界
掌握底層智慧
在去年分別閱讀《別鬧了費曼先生》、《通往財富自由之路》、《精準學習》，對於物理學領域的知識，以及費曼教學方法的好奇就未曾間斷。
前些日子讀完《經濟學的40堂公開課》重新認識了經濟學，對於理解世界的方式產生了巨大的改變，不禁讓我想暫時投入另一門學科的懷抱，體會物理學帶給我的感動，尤其是透過物理界的教育大師 – 費曼來授課，效果必定不同凡響。
費曼與本書簡介
理查．費曼不僅是繼 18 世紀牛頓、19 世紀愛因斯坦之後，20 世紀以來最偉大的物理學家，他也是備受世人推崇的教育家。
曾在大學教授基礎物理學，很多學生慕名而來聽他講物理，而後整理成《費曼物理學講義》，造福無數莘莘學子踏入物理學殿堂。
而《費曼的6堂 Easy物理課》就是根據該書擷取出來的精華，分別講述「原子、基本物理學、能量守恆、重力理論、量子物理」的觀念。用最簡單、最少數學的方式介紹物理之美，是一本了解世界運作的好書！
本書分為六個篇章，本文將依序整理在粉專發佈的閱讀分享文章，依序為「篇章重點、心得分享、金句」，誠摯與您分享物理世界的奇幻美妙。
《費曼的6堂Easy物理課》篇章重點
Ch.1
一、從何學起
- 定律：歸納的簡單、明確原則
- 沒有絕對事實：未知過多，世界是持續在拼湊的拼圖
- 物理學家的分類：理論 vs. 實驗
二、原子組成的世界
- 原子假說：一切東西皆由原子構成
- 性質：熱、力、運動
- 分子、離子：持續受熱影響、運動、化學反應
- 布朗運動：粒子受撞擊的不規則運動
Ch.2
一、科學方法
- 目的：找出遊戲規則（基本物理）再“統合”
- 方法：觀測、推理、實驗
- 歸納：特殊狀況、一般性結果、近似法
- 具體統合實例：熱學＋力學、電磁光、化學量子力學
二、1920年以前的物理
- 主要元素：空間、時間、粒子（原子量級）
- 長程力：重力
- 短程力：電力，產生電場）；電力有相對運動場造成磁力，產生磁場
- 三種波的行為：場、波、粒子
三、量子物理（1920以後的物理學）
- 緣由：原子核內的世界
- 特色：與古典力學相違背，無法同時觀測粒子準確位置與速率（測不準原理）
- 新發現粒子：光子、正子、反粒子
- 結果：量子電動力學，幾乎解釋目前可看到的物理現象
四、原子核與粒子
- 基本粒子：重子、介子、輕子
- 粒子交互作用（依序遞減）：核力、電磁、β衰變、重力
Ch.3
- 「自然哲學」進步為「自然科學」
- 物理學與「化學、生物學、天文學、地質學、心理學」的緊密關係
- 「它是怎麼來？」的生命追問
Ch.4
ㄧ、什麼是能量
- 世間上的一種量，我們稱之為「能量」，在自然進行各種變化時，這個量會維持不變。
- 他不是在描述一種機制，或任何具體的東西，它只是在描述一個奇怪的事實。
二、重力位能
- 重力位能 = 重量 x 高度 = WH
- 能量變化 = 力 x 力所推過的距離
三、動能
- 動能 = WV²/2g
四、其他型態的能量＆守恆律
- 型態：彈性能、熱能、電能、輻射能(光能)、化學能、核能……
- 守恆律
- 具有空間/時間性：能量守恆、線性動量守恆、角動量守恆
- 簡單定數性：電荷守恆、重子守恆、輕子守恆
Ch.5
一、重力公式 F = Gmm’/r²
二、行星運動的歷史
- 哥白尼
- 第谷
- 克卜勒三大定律
- 行星以橢圓軌道繞太陽運行
- 太陽與行星徑向量，在相同時間掃過的面積一致
- 繞太陽行星週期 T 與軌道半長軸（橢圓最長直徑之半） a 的關係：T² ∝ a³
三、牛頓的重力定律
- 萬有力：每件東西都會吸引其他每件東西
四、萬有引力
- 羅默：推測出「光速」
- 亞當斯＆萊威利埃：推測出「海王星」
- 卡文迪西：計算出重力定律常數 Ｇ
- 科學家解釋星系、星團、星際存在現象
五、重力與相對論
- 愛因斯坦重力定律：相對論修正牛頓重力定律
Ch.6
ㄧ、原子行為：粒子、波
二、想像（干涉）實驗
- 子彈實驗：無干涉效應
- 水波實驗：有干涉效應
- 電子實驗：有干涉效應
三、干涉實驗
- 觀察：無干涉效應，似子彈
- 不觀察：有干涉效應，似水波
四、量子力學發展
- 海森堡的測不準原理 (Uncertainty Principle)：無法同時得知一個粒子的位置與動量（或能量與時間）。
- 第一原理：「可以決定實驗進行方式，干涉不會發生；沒有試著決定，干涉就會發生。」
- 第一原理延伸定義：「第一原理通常是跟計算聯繫在一起的……，沒有其他實驗的、經驗的或半經驗的參量，且具有很好的移植性。」
五、延伸參考
心得分享
Ch.1
原子組合的奇妙
本書第一個章節，費曼使用非常淺顯易懂的方式來描述原子、分子、粒子等等性質與現象。容易吸收的程度，我相信小學生都能快速理解。
費曼用大量的比喻，不禁讓我聯想原子間的互動，也能用來比喻人與人之間的互動關係。
- 吸引力：兩個距離再遠的原子，當陰錯陽差地讓他們彼此相遇，又正負相吸，再遠的距離，也可能讓彼此靠近
- 排斥力：兩個太過靠近的原子，當彼此性質不對盤，又不小心靠得太近，那麼就會有股力量讓他們彼此排斥。
所以說，兩個人會互相吸引或互相討厭，有沒有可能是全身原子吸引力、排斥力的加總結果呢？ 這真是個耐人尋味的問題，哪天腦神經學家會做出相關研究也說不定！
除了原子級別的電力，後面還會提到重力，以及因電場移動產生的磁力，都是可以拿來類比人與人之間遠近疏離的絕佳範例（力）。
．
為己所用的定律
物理學家的工作，就是將已知的客觀事實，整理歸納出一個禁得起驗證的假說，乃至於成為定律。
人們一生的勞碌，就類似物理學家，透過假設、實驗、試錯，歸納出自己的一套人生定律，為己所用。
如果能借助物理學家已發現的事實，或使用實驗物理學家實事求是的實驗方法，來歸納自己所看到的現象，那麼對於理解世界如何運作，將會更加了然於胸。以致於有能力進一步歸納、推測事件走向，減少人生涉入未知領域的系統性風險。
最後，我也想感謝這些偉大的物理學家們，窮盡一生的光陰，為世人拼湊這幅奇妙的宇宙地圖，雖然這幅拼圖很可能沒有拼完的一天，但是透過他們的努力，我們不斷發現驚喜、也能夠持續讚嘆造物主的奇妙可畏。
．
保持彈性
原子很奇妙，在不同的狀態，會呈現不同的物理性質。
人也是一樣，身處不同環境、不同場合、面對不同壓力的情況，人流露出的情緒、行為、話語也會不同。
這樣的不穩定，造就了這個世界既繽紛又充滿危險。
繽紛在於，生物的個體差異，註定了世上不會有兩條重複的生命軌跡，人與人的相遇，都會激盪出屬於他們各自擁有的火花，別人搶也搶不走；危險在於，這些因環境而造成的差異，人的行為看來變幻莫測，無法百分之分預期，我們只能期待事情會如此發生，從物理學家的角度來看，這一切預期都成了概率的算計。
所以回到原點來看，原子的性質會因狀態不同而變化，無法一概而論了，更何況是由原子組成的人呢？
Ch.2
我與物理學家的共同點
「思考的最終目的，就是將實驗、經驗歸納為己所用，再予以分享。」
當我們在網路上讀到一篇引人共鳴的文章，往往是創作者將個人感知透過文字表達，一旦正巧歸納倒眾人的經驗，創造出集體共感，就會成為一篇「爆款文」。
其實仔細一想，物理學家也在做同樣的事情，只是他們解釋的現象，是那些人們對於大自然本應有的好奇心，只可惜教育環境一不小心就扼殺的珍貴寶物。
前者是對於普遍經驗的歸納，後者則是對自然現象予以總結。
我在學習與思考的過程中驚訝地發現，透過閱讀與創作，將持續激發自己對於周遭事物的感知能力。在這過程中，使用學到的新工具予以歸納、並連結底層知識，建構出自己對於世界的認識，最後總結分享。其實在做的事情，與這些偉大的物理學家差距不遠！
擁抱未知的恐懼
従18世紀到20世紀前後，科學革命推展人類對於世界的認知邊界，已遠超乎過去數千年的總和。
然而従量子領域被探索至今，物理學家所做的努力，也存在近乎百年的歷史，至今仍無法完全掌握該領域所有存在的粒子，更遑論這些粒子的特性與一個統合的定律。
人生也是一樣。
在成長的過程，我們持續學習，掌握更多世間的知識，然而過程中會發現所認識的世界背後，隱藏的是更多未知。
生命有限、宇宙無限，如何在有限的生命，面對更多未知的恐懼，進而去擁抱它；如何抓住僅存的有限，以換取的生命的無限。這是每一個人，都必須持續去思考的問題。
預測的必要性
《致富心態》一書，有一句話我很喜歡：「安全邊際就是讓預測變得毫無必要」。
這是生活的智慧，在物理的世界，也同樣看得到這個現象。
量子力學領域，科學家可以安排原子發光，並在之後捕捉到這個發光原子的「光子」。然而科學家做不到的，是該原子「何時」發光，以及「哪一個」會發光。
這與投資市場相類似，我們每每看到市場預言家說：「市場即將迎來泡沫」，但他卻不會明說是哪個市場，抑或是指名特定標的會崩盤，卻從來不說何時。
原因很簡單，他不會知道也無從知道，就如「發光」的原子一般，「吸引眼球」很容易，但是預測卻毫無意義。
了解了這層量子力學背後的道理之後，或許也可以幫助我們對於人生的抉擇，有不同於以往的思考。
Ch.3
從科學談不科學
「如果有人說某件事物不科學，並不一定意味該件事物真的出了什麼差錯，而只是指它不是一門科學罷了。」
費曼這位堂堂物理學家，從科學的視角去看不科學的事物作出的評論，讓我感到慚愧不已。
由於自己深受島國隔離政策之苦，該政策幾乎可定調為世界數一數二奇葩的妨害自由規定。我曾天真地以為國家的防疫作為，就是應以科學為根據，然而事與願違卻因此憤恨不平。
在看了費曼對於「不科學」所下的註腳，心中稍得安慰。因為這個世界的複雜，本就非單純使用科學可解釋。經濟、政治、外交、階級制度……等諸多因素參雜其中，就是讓身處島國的台灣機組員，享受到這個得天獨厚的無限緊箍咒。
儘管時不時會因此而心生埋怨，但是當百年前的人物，說了一句意味深長的不科學評論，再想想《活出意義來》在集中營倖存的 Viktor Emil. Frankl ，就會覺得隔離的痛苦真的不算什麼了。
持續改變的事實真相
過去的詩人，在尚未了解星球的組成真相，會用盡各樣的詩歌頌詞來描述星體之美。「然而為何今天面對事實的詩人，卻都變成了啞巴呢？」這是費曼的調侃追問。
這不禁讓我思考，在歷史長流中人們所面臨的問題，其實都大同小異，只是以不同形式出現在不同時期而已。
自有文字發明以來，千百年來的作家，始終不曾在歷史上缺席。
創作者會用他們眼睛所看見的事實，經過咀嚼思考後，用文字來描述一己之感知。這種將內心景況投射出來讓人們理解的過程，不僅有趣，也是我熱衷的事。
在這持續思考的過程，事實會不斷被推翻、觀念會不斷被更新，對同樣的事物也常常會有全然不同的想法。
其實這與物理學的發展也相類似，18世紀我們以「牛頓力學」來描述世界，到了今日會發現 F=ma 無法解釋很多現象，取而代之的是「量子力學」。
在學習過程中持續調整自我、描述事實，目的就是為了讓人們可以更貼近去掌握世界的真相。
知音難尋
「知音難尋，然而這個世界不就是如此嗎？」
女孩：「瞧瞧這閃亮的星星，多麼的美麗啊！」
男孩：「可不是嗎！我可是世界上，唯一知道恆星為何發光的人！」
一個了解星球如何發光的天文學家，在花前月下的夜晚，沒有體會到女孩感受到的美，而是自個兒萌生一股「知音難尋」的感慨。
這個有趣的事實，在學習路上也時不時會盤旋在心中。
透過洞悉物理，掌握天文，了解自身存在猶如滄海之一粟，就會體會到這種的煩惱根本算不了什麼，不過就是腦神經細胞的原子胡鬧作祟、無病呻吟罷了！
Ch.4
能量與目標的關係
我們應該都聽過一個諺語：「量變帶來質變」。
在讀完關於位能公式的解說之後，我對於這句話有了更多一層的體會。
Level 1：従原子的角度
量變的「量」，通常我們指的是「數量」。
可你曾想過，這些數量其實是無數「能量」積累所達成的？
能量存有很多種形式，其中最具威力的就是現在科技還無法完全掌握的核能。
科學家透過微小粒子產生撞擊，就能造成原子核內部產生本質上的變化，也就是所謂的「質變」。
原子能「量」的碰撞，帶來本「質」的改變，這股能量從何處來呢？其實人生無一處非由能量組成不是嗎？我們與這些能量相遇之後，自身就不斷受刺激而改變，這是一種「量變帶動質變」，也是我對於原子能「量」的第一層思考。
Level 2：従能量的角度
”重力位能 = 重量 x 高度“
當努力完成一項艱鉅的任務我們會說「成功」，這過程，通常需要投注一定程度的資源。
如果把重力位能的「重量」比喻為做事情的「方法與觀念」，那麼重力位能 「高度 」就可以比喻為「時間、耐心、毅力」。
這兩天正巧在《劉軒的 How to 人生學》EP75 聽到了「心理摩擦力」的概念。
在結束中摩擦力是這麼被描述的：「在前進的過程中，摩擦力勢必得存在，當摩擦力被克服了，物體（鞋子、輪胎）才得以往前進。」
物理學中提到的「功」定義是「力 x 距離」，其單位和重力位能其實是相同的，只是用不同軸向的運動在思考能量這件事。
一個艱鉅的任務要成功，往往會有很多條件需要被克服，任務的盡頭也並非總是能看見，或是被清楚定義。
所以持續的學習，改進做事的「方法與觀念」，持續努力，抱持「時間、耐心、毅力」，克服困難事物本質上會有的「摩擦力」，其過程就好似物理上的「作功」。
當一切條件水到渠成之後，該發生的事，就會自然發生，也就是開頭所說的「量變帶來質變」。
努力用「功」與成「功」，不僅在中文字上巧妙的用上了同樣的字，也將物理與現實世界巧妙地做了連結。
飛行說穿了就是能量管理
還記得在航路訓練時期，有位教官曾跟我說：「飛機的操控，說穿了其實就是在管理能量」。事後我去咀嚼這句話，不禁深有同感。
當我進一步思考，試著將能量管理，分成飛機的外部與內部：
飛機外部
- 飛機：飛行員在空中使用一桿兩舵與油門，落地階段另外搭配減速板、反推力與煞車，透過操控「機械能、化學能、動能、位能」彼此的消長，來控制飛機理想狀態，就是飛行員所做的事情
飛機內部
- 與自己：管控好自己的疲勞程度，適度的分配自己的精神狀態，以應付長時間的低壓、乾燥、吵雜的機艙環境
- 與他人：與搭擋的組員，建立良好溝通橋樑，彼此在工作、話題上，能夠保持著正向、同頻率的互動，同樣需要智慧
不論是飛機本身，或是飛機內部發生的一切，其實都是巧妙地管理能量的任務。
所以說飛行員的工作就是在「管理能量」，真是一點也不錯！
Ch.5
萬有引力的重要性
費曼這段介紹重力，也就是萬有引力的章節，真是十分過癮。
基本上他把天文學従 15~18世紀的歷史簡單交代完了，這也讓我首度明白萬有引力的發現，對於人類科學，究竟帶來什麼樣重要的意義。
人類仰望星空，對於天體的好奇千百年來未曾間斷。
透過觀測、實驗、計算，科學家一步步地歸納出大自然的規律，整理成單一公式，而這條公式，可以描述我們看見的所有天體現象。
科學家在確立了重力公式之後，接著估算出光速大小、計算出重力常數的 G 值、了解潮汐現象原因、觀察到太陽系的其他行星……。
這些突破，帶領人類的科學文明大幅度的躍進，也讓人類得以離開地球表面，走進太空一窺宇宙的奧秘。
這一切的突破創新，都要歸功於掉到牛頓頭上那顆蘋果的「萬有引力」。
擺脫慣性，回到最初
慣性的意義就是：「物體慣性如果愈大，就愈難拉著它、讓它繞著一個圓圈旋轉」。
拿慣性定義，來比喻一個人容易改變的狀態，是再適合不過。
人隨著年紀增長，對於世間的事物會漸漸產生許多主觀的見解，通常是根深蒂固的。
「刻板印象、僵化思維、習慣動作」都是讓我們無法改變狀態的慣性；
相反的，一個習慣接收新事物的人，對於「改變」的狀態，相較他人來說，在打破「不變」的慣性，就顯得容易許多。
讓自己在實際年齡增加的同時，盡可能降低自身「慣性」，持續學習以適應變動的世界，我認為這也是推廣閱讀、終身學習的最大原動力。
潮汐現象
潮汐現象是如何形成的？過去在國中地球科學對於該現象一知半解。
透過費曼解釋萬有引力，再搭配李永樂老師的板書影片講解，令我更加明白該現象如何存在。
此外，月球因為奇妙的力平衡，在浩瀚宇宙中，總是以同一面向著地球，讓地球上的人們，從來沒有機會看見她背面的神秘面紗，這也是一件非常奇妙的事。
當了解越多，越無法不去讚嘆造物主的奇妙可畏！
Ch.6
被觀測的粒子
在量子力學的雙夾縫實驗結論 – 「粒子被觀測，與沒被觀測時，在實驗中產生的粒子分布狀況會產生不一」，我認為這與人的性質十分類似。
大多數的人，在未經特別訓練的狀況之下，對於上台講話必定充滿了焦慮感。
主要原因，就是因為感覺台下有千百隻眼睛盯著自己看，於是乎緊張失常；然而空無一人的情況下獨自練習，卻可以完美展現。
人就是那麼簡單，由原子組成，本質就和量子級別的粒子一模一樣！
待長大成熟之後，會漸漸發現一個事實：其他人某種程度上，其實真的沒那麼在意你的舉手投足。
你的說話語氣、走路姿態、是否吃螺絲、忘詞，這都只是一時的現象，觀眾並不會在一個人的心中無限播放、持續放大，會如此做的只有自己而已。
一旦明白了這個粒子特性，克服這個「被觀察」的想像，或許就能「決定」自己本來應有的樣子。
確定與不確定
「古典物理 vs. 量子物理」最大的差別在於前者擁抱「確定性」，試著想找出公式來解釋萬物；後者則是擁抱「不確定性」，因為科學家無法預測在特定狀況下會發生什麼事。費曼形容道：「物理學家對於想了解自然的理想而言，這是一種『撤退』」！
這不禁讓我聯想與人生的相似性。
在人生初期，我們拼命學習，試著掌握世間一切知識，「確保」讓自己過上好日子，「確認」自己遇見對的人，「確信」自己的價值信念正確無誤，並捍衛到底，就如古典（舊時代）物理學家所做的努力；
人生中後期，我們明白許多事並非操之在己。世間萬事充滿隨機性，太多不可控、不確定、無法預測的事情相繼發生。金融海嘯、川普成為總統、Covid-19….，就是屬於這時代最鮮明的例子，正如20世紀後（新時代）物理學家所做的努力。
然而量子力學是否就是宇宙的唯一真相，目前還未可知。但是如何在「確定與不確定」的萬象世界，找到自己的人生方向，這會是值得思考的一個問題。
感動金句
Ch.1
- 一切東西皆由原子構成。
- 實驗是科學真偽的唯一裁判。
- 以哲學觀點來看，任何近似定律都是完全錯誤的。
- 只要是活著的東西所做的事，都可以經由以下兩點來理解，第一，他們是由原子構成；第二，原子行為遵守物理定律。
Ch.2
- 基本理論物理所面對的問題，是去「分頭發現實驗背後隱藏的定律，以便把這些分開的科目（熱、電、力學、磁、光、核物理）再度『統合』」起來。
- 實驗，是檢驗任何觀念是否屬實的唯一方法。
Ch.3
- 任何不科學的事物，不見得一定不好，愛情就是一個好例子。…… 所以如果有人說某件事物不科學，並不一定意味該件事物真的出了什麼差錯，而只是指它不是一門科學罷了。
- 世間一切皆由原子構成，而生物的所有行為都可以用原子永不休止的騷動來加以解釋
- 知音難尋，然而這個世界不就是如此嗎？
- 一旦動物學習到某件事，牠就變得能夠做些牠以前不會做的事情
Ch.4
- 凡是物體，只要「存在」就有能量。
Ch.5
- 唯有從新的定律中，推測獲得新知識，這新的定律對我們才有用處
- 「年」並不是一個自然單位，而是由人定義的
- 慣性的意義就是：「物體慣性如果愈大，就愈難拉著它、讓它繞著一個圓圈旋轉」
Ch.6
- 人的直覺經驗，只能適用於大物體；小尺度的東西，我們必須用抽象或想像的方式來學習。
- 在我們最好的安排下，要精確預測會發生什麼事是不可能的，我們只能預測機率而已，…… 必須體認到對於我們想了解自然的理想而言，這是一種「撤退」。
說書影片推薦
【好葉】費曼學習法
《費曼的6堂Easy物理課》 博客來購買連結 個人推薦指數 4.9/5 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
Amazon 評分 4.6/5 (1882)⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
喜歡這篇文章的話，請不吝嗇地 C.L.S. 或是右側欄位訂閱支持我。
Comment：歡迎在下面留言區和我分享你的想法或是行動
Like：或是在下方按個喜歡
Share：也歡迎分享給你的親朋好友 ❤️
