给几个一年级学生的大致课程安排,第一学期

数学:按能力、兴趣选择微积分或者数学分析,按能力、兴趣选择线性代数或者高等代数。学习数学要做到理解定义,以及理解为什么这样定义,从数学或者物理的角度。要经常思考所以然的问题。数学是思维创造出来的结构,当然创造的时候经常接受现实世界的启发。

物理:力学概论,选择方励之、Feynman或者Greiner的书,有余力的,可以学习Landau的力学。理解物理学的思维方式,学会像物理学家一样思考。注意理想模型、抓住主要因素、运用数学语言,思考时间空间等基本问题。学习中一定要注意概念与概念的联系,而不是通过记忆来学习。经常回答同学们的问题,或者把一个概念解释给自己来听。物理学是为现实世界寻找其数学结构,为数学结构寻找其现实。所以,数学就是物理,物理就是数学。我经常说,一个苹果是物理学,一个苹果的一是数学,因为它还能够表示一支铅笔的一,还能够用来标记事物(符号)、排序(有序集),进行数量的运算(加法、减法映射)。

计算机:C语言。学习过程中可能需要一点点数据结构与算法的知识。坚决不允许使用谭浩强的教材。可选的教材见我整理的"工具、学习资料"。鼓励用gcc,make来编译运行。坚决不能用集成编程环境。学会用gdb、valgrind调试程序。学会用Linux,让Windows和盗版软件见鬼去吧。

英语:以听力为导引,每天坚持,提高听说,阅读原版教材。找到难度合适的材料,看得懂听得出大概听不懂细节的材料。voa是个好东西。

2+1+1+听力,也就4门课。要做习题,不求多,要做够一定的量,不做题发现不了问题。要理解型学习,不要记忆型学习,要从概念之间的联系出发。多问问题,多读书多google,学会自己解决问题。多去答疑,也可以来问我。

转贴:一年内自学4年MIT计算机科学的33门课程并通过MIT的实际测试,中文版

最近,我的朋友Scott Young成就了一个惊人的壮举:他在一年之内,完成了传说中的MIT计算机科学课程表的全部33门课,从线性代数到计算理论。最重要的是,他是自学的,观看在线教程讲座,并用实际的考试作自我评估。(Scott的FAQ页面:http://www.scotthyoung.com/blog/mit-challenge/)

按照他的进度,读完一门课程大概只需要1.5个星期。我坚信,能快速掌握复杂信息,对成就卓越事业至关重要。因此,我很自然地问起Scott,让他给我们分享他的学习奥秘。所幸他答应了。接下来是一份斯考特的详细解说稿,深入剖析他的学习技巧(包括具体例子),展示他如何拿下这MIT挑战。以下时间交给Scott……

A~看我怎么驾驭MIT计算机科学的课程

我老想着学快一点,再快一点,并为此兴奋不已。掌握那些重要的学问吧,专业知识与娴熟技艺将是你的职业资本,帮你赚取金钱与享受生活。如果过得好是你的目标,学问能引你到向往之地。

尽管学得更快有很多好处,但大多数人并不愿意学习“如何学习”。大概是因为我们不肯相信有这种好事,在我们看来,学习的速度只取决于好基因与天赋。确实总有些人身怀天赋本钱,但研究表明你的学习方法也很重要。更深层次的知识加工,与时而反复的温故知新,在某些情况下会加倍你的学习效率。是的,“刻意练习”方面的研究表明,没有正确的方法,学习将永远停滞。

今天,我想分享一下学习策略,看看我如何在12个月内完成4年MIT计算机科学的课程。这套策略历经33门课的锤炼,试图弄清楚学得更快的窍门,哪些方法有用,哪些没用。

“为什么临时抱佛脚没用?
很多学生可能嘲笑我,妄想只花1年的时间学会4年的课程。毕竟,我总可以临时抱佛脚,什么都不懂还能顺利通过考试,不是吗? 很可惜,这个策略在MIT行不通。首先,MIT的考试苛求解决问题的技巧,还经常出些没见过的题型。其次,MIT的课程讲究循序渐进,就算你能死记硬背侥幸通过一次考试,同系列课程的第七课可能就跟不上了。除了死记硬背,我不得不另辟蹊径,加速理解过程。

你能加速理解吗?
“啊哈!”当我们终于想通了,都曾经这样恍然大悟地欢呼过。问题是,大多数人都没有系统地思考。经典的学生求学之路,就是听讲座,读书;如果还不懂,只好枯燥地做大量习题(题海)或重看笔记。没有系统的方法,想更快地理解似乎是天方夜谭。毕竟,顿悟的心理机制,还全然不知。
更糟的是,理解本身,很难称得上是一种开关。它像洋葱的层层表皮,从最肤浅的领会到深层次的理解,逐层巩固对科学革命的认知。给这样的洋葱剥皮,则是常人知之甚少、易被忽略的理解过程。
加速学习的第一步,就是揭秘这个过程。如何洞悉问题,加深你的理解,取决于两个因素:

建立知识联系;
自我调试排错。

知识联系很重要,因为它们是了解一个想法的接入点。我曾纠结于傅里叶变换,直至我意识到它将压强转化为音高、或将辐射转化为颜色。这些见解,常在你懂的和你不懂的之间建立联系。调试排错也同样重要,因为你常常犯错,这些错误究根到底,还是知识残缺,胸无成竹。贫瘠的理解,恰似一个错漏百出的软件程序。如果你能高效地自我调试,必将大大提速学习进程。建立准确的知识联系与调试排错,就足够形成了深刻的问题见解。而机械化技能与死记硬背,通常也只在你对问题的本质有了肯定的直觉以后,才有所裨益。”

B~钻研(The Drilldown Method):你学得更快

经年累月,我完善了一个方法,可以加速逐层增进理解的过程。这个方法至今已被我用于各科目的课题,包括数学、生物学、物理学、经济学与工程学。只需些许修改,它对掌握实用技能也效果很好,比如编程、设计或语言。这个方法的基本结构是:知识面、练习、自省。我将解释每个阶段,让你了解如何尽可能有效率地执行它们,同时给出详细的例子,展示我是怎么应用在实际课程的。

“第一阶段:知识面覆盖

你不可能组织一场进攻,如果你连一张地形图都没有。因此,深入研习的第一步,就是对你需要学习的内容有个大致印象。若在课堂上,这意味着你要看讲义或读课本;若是自学,你可能要多读几本同主题的书,相互考证。
学生们常犯的一个错误,就是认为这个阶段是最重要的。从很多方面来讲,这个阶段却是效率最低的,因为你每单位时间的投入只换来了最少量的知识回报。我常常加速完成这个阶段,很有好处,这样,我就可以投入更多时间到后面两个阶段。
如果你在看课程讲座的视频,最好是调到1.5x或2x倍速快进。这很容易做到,只要你下载好视频,然后使用播放器(如VLC)的“调速”功能。我用这法子两天内看完了一学期的课程视频。如果你在读一本书,我建议你不要花时间去高亮文本。这样只会让你的知识理解停留在低层次,而从长远来看,也使学习效率低下。更好的方法是,阅读时只偶尔做做笔记,或在读过每个主要章节后写一段落的总结。
这里有个例子,是我上机器视觉这门课时的笔记。

第二阶段:练习

做练习题,能极大地促进你的知识理解。但是,如果你不小心,可能会落入两个效率陷阱:

1.没有获得即时的反馈:研究表明,如果你想更好地学习,你需要即时的反馈。因此,做题时最好是答案在手,天下我有,每做完一题就对答案,自我审查。没有反馈或反馈迟来的练习,只会严重牵制学习效率;
2.题海战术:正如有人以为学习是始于教室终于教室,一些学生也认为大多数的知识理解产自练习题。是的,你总能通过题海战术最终搭起知识框架,但过程缓慢、效率低下。

练习题,应该能凸显你需要建立更好直觉的知识领域。一些技巧,比如我将会谈到的费曼技巧(the Feynman technique),对此则相当有效。对于非技术类学科,它更多的是要求你掌握概念而不是解决问题,所以,你常常只需要完成最少量的习题。对这些科目,你最好花更多的时间在第三阶段,形成学科的洞察力。

第三阶段:自省

知识面覆盖,与做练习题,是为了让你知道你还有什么不懂。这并不像听上去那么容易,毕竟知之为知之,不知为不知,难矣。你以为你都懂了,其实不是,所以老犯错;或者,你对某综合性学科心里没底,但又看不确切还有哪 里不懂。
接下来的技巧,我称之为“费曼技巧”,将帮助你查漏补缺,在求知路上走得更远。当你能准确识别出你不懂的知识点时,这个技巧助你填补知识的缺口,尤其是那些最难以填补的巨大缺口。这个技巧还能两用。即使你真的理解了某个想法,它也能让你关联更多的想法,于是,你可以继续钻研,深化理解。”

C~费曼技巧(The Feynman Technique)

这个技巧的灵感,源于诺贝尔物理奖获得者,理查德·费曼(Richard Feynman)。在他的自传里,他提到曾纠结于某篇艰深的研究论文。他的办法是,仔细审阅这篇论文的辅助材料(supporting material),直到他掌握了相关的知识基础、足以理解其中的艰深想法为止。

费曼技巧,亦同此理。对付一个知识枝节繁杂如发丝、富有内涵的想法,应该分而化之,切成小知识块,再逐个对付,你最终能填补所有的知识缺口,否则,这些缺口将阻挠你理解这个想法。对此,请看这个简短的教程视频。

费曼技巧很简单:

1.拿张白纸;
2.在白纸顶部写上你想理解的某想法或某过程;
3.用你自己的话解释它,就像你在教给别人这个想法。

最要紧的是,对一个想法分而化之,虽然可能重复解释某些已经弄懂的知识点。但你最终会到达一个临界点,无法再解释清楚。那里正是你需要填补的知识缺口。为了填补这个缺口,你可以查课本、问老师、或到互联网搜寻答案。通常来说,一旦你精准地定义了你的不解或误解,找到确切的答案则相对而言更轻松。

我已经使用过这个费曼技巧有数百次,确信它能应付各种各样的学习情境。然而,由于学习情境各有特点,它需要灵活变通,似乎显得难以入门,所以,我将尝试举些不同的例子。

“1 对付你完全摸不着头脑的概念
对此,我仍坚持使用费曼技巧,但翻开课本,找到解释这个概念的章节。我先浏览一遍作者的解释,然后仔细地摹仿它,并也试着用自己的思维详述和阐明它。如此一来,当你不能用自己的话写下任何解释时,“引导式”费曼技巧很有用处。这里有个例子,展示我如何理解摄影测量学。

2 对付各种过程
你也能通过费曼技巧去了解一个你需要用到的过程。审视所有的步骤,不光解释每一步在干什么,还要清楚它是怎么执行的。我常这样理解数学的证明过程、化学的方程式、与生物学的糖酵解过程。这里有个例子,展示我如何想到怎么实现网格加速。

3 对付各种公式
公式,应该被理解,而不只是死记硬背。因此,当你看到一个公式,却无法理解它的运作机理时,试着用费曼技巧分而化之。这里有个例子,展示我如何理解傅里叶分析方程。

4 对付需要记忆的内容
费曼技巧,也可以帮你自查是否掌握非技术类学科那些博大精深的知识概念。对于某个主题,如果你能顺利应用费曼技巧,而无需参考原始材料(讲义、课本等),就证明你已经理解和记住它。这里有个例子,展示我如何回忆起经济学中的掠夺性定价概念。”

D~形成更深刻的直觉(Deeper Intuition)

结合做习题,费曼技巧能帮你剥开知识理解的浅层表皮。但它也能帮你钻研下去,走得更远,不只是浅层的理解,而是形成深刻的知识直觉。直观地理解一个想法,并非易事。它看似有些许神秘,但这不是它的本相。一个想法的多数直觉,可作以下归类:

“1 类比、可视化、简化
类比:你理解一个想法,是通过确认它与某个更易理解的想法之间的重要相似点;
可视化:抽象概念也常成为有用的直觉,只要我们能在脑海为它们构筑画面,即使这个画面只是一个更大更多样化想法的不完全表达;
简化:一位著名的科学家曾说过,如果你不能给你的祖母解释一样东西,说明你还没有完全理解它。简化是一门艺术,它加强了基础概念与复杂想法之间的思维联系。

你可以用费曼技巧去激发这些直觉。对于某个想法,一旦你有了大致的理解,下一步就是深入分析,看能不能用以上三种直觉来阐释它。期间,就算是借用已有的意象喻义,也是情有可原的。例如,把复数放到二维空间里理解,很难称得上是新颖的,但它能让你很好地可视化这个概念,让概念在脑海中构图成型。DNA复制,被想象成拉开一条单向拉链,这也不是一个完美的类比,但只要你心里清楚其中的异同,它会变得有用。

2 学得更快的策略
在这篇文章里,我描述了学习的三个阶段:知识面、练习、与自省。但这可能让你误解,错以为它们总在不同的时期被各自执行,从不重叠或反复。实际上,随着不断地深入理解知识,你可能会周而复始地经历这些阶段。你刚开始读一个章节,只能有个大概的肤浅印象,但做过练习题和建立了直觉以后,你再回过来重新阅读,又会有更深刻的理解,即温故而知新。

3 钻研吧,即便你不是学生
这个过程不只是适用于学生,也同样有助于学习复杂技能或积累某话题的专业知识。学习像编程或设计的技能,大多数人遵循前两个阶段。他们阅读一本相关的基础书籍,然后在一个项目里历练。然而,你能运用费曼技巧更进一步,更好地锁定与清晰表述你的深刻见解。积累某话题的专业知识,亦同此理;唯一的差别是,你在建立知识面以前,需要搜集一些学习材料,包括相关的研究文章、书籍等。无论如何,只要你弄清楚了想掌握的知识领域,你就钻研下去,深入学习它。”

转贴:一年内自学4年MIT计算机科学的33门课程并通过MIT的实际测试,英文版

Mastering Linear Algebra in 10 Days: Astounding Experiments in Ultra-Learning
Patterns of Success for Students, Patterns of Success for the Working WorldStudy HacksOctober 26th. 2012, 7:00am

The MIT Challenge

My friend Scott Young recently finished an astounding feat: he completed all 33 courses in MIT’s fabled computer science curriculum, from Linear Algebra to Theory of Computation, in less than one year. More importantly, he did it all on his own, watching the lectures online and evaluating himself using the actual exams. (See Scott’s FAQ page for the details of how he ran this challenge.)

That works out to around 1 course every 1.5 weeks.

As you know, I’m convinced that the ability to master complicated information quickly is crucial for building a remarkable career (see my new book as well as here and here). So, naturally, I had to ask Scott to share his secrets with us. Fortunately, he agreed.

Below is a detailed guest post, written by Scott, that drills down to the exact techniques he used (including specific examples) to pull off his MIT Challenge.

Take it away Scott…

How I Tamed MIT’s Computer Science Curriculum, By Scott Young
I’ve always been excited by the prospect of learning faster. Being good at things matters. Expertise and mastery give you the career capital to earn more money and enjoy lifestyle perks. If being good is the goal, learning is how you get there.

Despite the advantages of learning faster, most people seem reluctant to learn how to learn. Maybe it’s because we don’t believe it’s possible, that learning speed is solely the domain of good genes or talent.

While there will always be people with unfair advantages, the research shows the method you use to learn matters a lot. Deeper levels of processing and spaced repetition can, in some cases, double your efficiency. Indeed the research in deliberate practice shows us that without the right method, learning can plateau forever.

Today I want to share the strategy I used to compress the ideas from a 4-year MIT computer science curriculum down to 12 months. This strategy was honed over 33 classes, figuring out what worked and what didn’t in the method for learning faster.

Why Cramming Doesn’t Work

Many student might scoff at the idea of learning a 4-year program in a quarter of the time. After all, couldn’t you just cram for every exam and pass without understanding anything?

Unfortunately this strategy doesn’t work. First, MITs exams rely heavily on problem solving, often with unseen problem types. Second, MIT courses are highly cumulative, even if you could sneak by one exam through memorization, the seventh class in a series would be impossible to follow.

Instead of memorizing, I had to find a way to speed up the process of understanding itself.

Can You Speed Up Understanding?

We’ve all had those, “Aha!” moments when we finally get an idea. The problem is most of us don’t have a systematic way of finding them. The typical process a student goes through in learning is to follow a lectures, read a book and, failing that, grind out practice questions or reread notes.

Without a system, understanding faster seems impossible. After all, the mental mechanisms for generating insights are completely hidden.

Worse, understanding is hardly an on/off switch. It’s like layers of an onion, from very superficial insights to the deep understandings that underpin scientific revolutions. Peeling that onion is often a poorly understood process.

The first step is to demystify the process. Getting insights to deepen your understanding largely amounts to two things:

Making connections
Debugging errors
Connections are important because they provide an access point for understanding an idea. I struggled with the Fourier transform until I realized it was turning pressure to pitch or radiation to color. Insights like these are often making connections between something you do understand and the material you don’t.

Debugging errors is also important because often you make mistakes because you’re missing knowledge or have an incorrect picture. A poor understanding is like a buggy software program. If you can debug yourself in an efficient way, you can greatly accelerate the learning process.

Doing these two things, forming accurate connections and debugging errors, is most of creating a deep understanding. Mechanical skill and memorized facts also help, but generally only when they sit upon the foundation of a solid intuition about the subject.

The Drilldown Method: A Strategy for Learning Faster
During the yearlong pursuit, I perfected a method for peeling those layers of deep understanding faster. I’ve since used it on topics in math, biology, physics, economics and engineering. With just a few modifications, it also works well for practical skills such as programming, design or languages.

Here’s the basic structure of the method:

Coverage
Practice
Insight
I’ll explain each stage and how you can go through them as efficiently as possible, while giving detailed examples of how I used them in actual classes.

Stage One: Coverage

You can’t plan an attack if you don’t have a map of the terrain. Therefore the first step in learning anything deeply, is to get a general sense of what you need to learn.

For a class, this means watching lectures or reading textbooks. For self-learning it might mean reading several books on the topic and doing research.

A mistake students often make is believing this stage is the most important. In many ways this is the least efficient stage because the amount you can learn per unit of time invested is much lower. I often found it useful to speed up this part so that I would have more time to spend on the latter two steps.

If you’re watching video lectures, a great way to do this is to watch them at 1.5x or 2x the speed. This can be done easily by downloading the video and then using the speed-up feature on a player like VLC. I’d watch semester-long courses in two days, via this method.

If you’re reading a book, I would recommend against highlighting. This is processes the information at a low level of depth and is inefficient in the long run. A better method would be to take sparse notes while reading, or do a one-paragraph summary after you read each major section.

Here’s an example of notes I took while doing readings for a class in machine vision.

Stage Two: Practice

Practice problems are huge for boosting your understanding, but there are two main efficiency traps you can get caught in if you’re not careful.

#1 – Not Getting Immediate Feedback

The research is clear: if you want to learn, you need immediate feedback. The best way to do this is to go question-by-question with the solution key in hand. Once you’ve finished a question, check yourself against the provided solutions. Practice without feedback, or with delayed feedback, drastically hinders effectiveness.

#2 – Grinding Problems

Like the students who fall into the trap of believing that most learning occurs in the classroom, some students believe understanding is generated mostly from practice questions. While you can eventually build an understanding simply by grinding through practice, it’s slow and inefficient.

Practice problems should be used to highlight areas you need to develop a better intuition for. Then techniques like the Feynman technique, which I’ll discuss, handle that process much more efficiently.

Non-technical subjects, ones where you mostly need to understand concepts, not solve problems, can often get away with minimal practice problem work. In these subjects, you’re better off spending more time on the third phase, developing insight.

Stage Three: Insight

The goal of coverage and practice questions is to get you to a point where you know what you don’t understand. This isn’t as easy as it sounds. Often you can be mistaken into believing you understand something, but don’t, or you might not feel confident with a general subject, but not see specifically what is missing.

This next technique, which I call the Feynman technique is about narrowing down those gaps even further. Often when you can identify precisely what you don’t understand, that gives you the tools to fill the gap. It’s the large gaps in understanding which are hardest to fill.

The technique also has a dual purpose. Even when you do understand an idea, it provides you opportunities to create more connections, so you can drill down to a deeper understanding.

The Feynman Technique
I first got the idea from this method from the Nobel prize winning physicist, Richard Feynman. In his autobiography, he describes himself struggling with a hard research paper. His solution was to go meticulously through the supporting material until he understood everything that was required to understand the hard idea.

This technique works similarly. By digesting the big hairy idea you don’t understand into small chunks, and learning those chunks, you can eventually fill every gap that would otherwise prevent you from learning it.

For a video tutorial of this technique, watch this short video.

The technique is simple:

Get a piece of paper
Write at the top the idea or process you want to understand
Explain the idea, as if you were teaching it to someone else
What’s crucial is that the third step will likely repeat some areas of the idea you already understand. However, eventually you’ll reach a stopping point where you can’t explain. That’s the precise gap in your understanding that you need to fill.

From that gap, you can research the answer from a textbook, teacher or online. Generally, once you’ve narrowly defined your misunderstanding it becomes much easier to find the precise answer.

I’ve used this technique hundreds of times, and I’ve found it can tackle a wide variety different learning situations. However, since each might be slightly different, it may seem hard to apply as a beginner, so I’ll try to walk through some different examples.

For Ideas You Don’t Get At All

The way I handle this is to go through the technique but have the textbook open to the chapter explaining that concept. Then I go through and meticulously copy both the author’s explanation, but also try to elaborate and clarify it for myself. This “guided” Feynman can be useful when trying to write anything on your own would be impossible.

Here’s an example I used for trying to understand photogrammetry.

For Procedures

You can also use the method to fully understand a process you need to use. Go through all the steps and explain not only what they do, but how they execute it. I would often go through proof techniques by carefully explaining all the steps. I also used it in understanding chemical equations or in organizing the stages of glycolysis in biology.

You can see this example I used when trying to figure out how to implement grid acceleration.

For Formulas

Formulas should be understood, not just memorized. So when you see a formula, but can’t understand how it works, try walking through each part with a Feynman.

Here’s an example I used for the Fourier analysis equation.

For Checking Your Memory

Feynmans also offer a way to self-test your knowledge of the big ideas for non-technical subjects. Being able to finish a Feynman on a topic without referencing the source material means you understand and can remember it.

Here’s one I did for an economics class, recalling the concept of predatory pricing.

Developing a Deeper Intuition
Combined with practice questions, the Feynman technique can peel those first few layers of understanding. But it can also drill deeper if you want to go from not just having an understanding, but to having a deep intuition.

Understanding an idea intuitively isn’t easy. Once again, getting to this point is often seen as a quasi-mystical process. But it doesn’t have to be. Most intuitions about an idea break down into one of the following types:

Analogies – You understand an idea by correctly recognizing an important similarity between it and an easier-to-understand idea.
Visualizations – Abstract ideas often become useful intuitions when we can form a mental picture of them. Even if the picture is just an incomplete representation of a larger, and more varied, idea.
Simplifications – A famous scientist once said that if you couldn’t explain something to your grandmother, you don’t fully understand it. Simplification is the art of strengthening those connections between basic components and complex ideas.
You can use the Feynman technique as a way of encouraging these types of insights. Once you’ve gotten past a basic understanding of the idea, the next step is to go further and see if you can explain it using some combination of the three methods above.

The truth is plagiarism is okay too, and not every insight needs to be unique. Understanding complex numbers as being two dimensional is hardly original, but it allows a useful visualization. DNA replication working like a one-way zipper is not a perfect analogy, but so long as you understand where it overlaps, it becomes a useful one.

The Strategy to Learn Faster

Learning faster doesn’t need to be a trick to work well. It simply means recognizing what is actually going on when we reach a new level of insight and finding tools to help us reach those stages consistently.

In this article I described learning as being three stages: coverage, practice and insight. This gives the false impression that these three occur always in distinct phases and never overlap or repeat.

In truth you may find yourself going between them in a loop as you successfully peel down to deeper layers of understanding. The first time you read a chapter you may get only superficial insights, but after doing practice questions and building intuitions, you may go back and read for deeper understandings.

Applying the Drilldown Method for Non-Students

This process isn’t one you need to be a student to apply. It also works for learning complex skills or building expertise on a topic.

For skills like programming or design, most people follow the first two stages. They read a book teaching them the basics, then they practice with a project. You can extend that process however, and use the Feynman technique to better lock in and articulate the insights you create.

For expertise on a topic, the only difference is that, prior to doing coverage, you need to find a set of material to learn from. That could be research articles or several books on the topic. In either case, once you’ve defined the chunk of knowledge you want to master, you can drill down and learn it deeply.

To find out more about this, join Scott’s newsletter and you’ll get a free copy of his rapid learning ebook (and a set of detailed case studies of how other learners have used these techniques).

转发一个关于科学与哲学的关系的讨论(来自于某语丝)

  哲学与科学:谁能回答生活的大问题?

  英国,《观察家报》,2012年9月9日

  哲学家朱利安·巴吉尼(Julian Baggini) 担心,随着我们对宇宙认识的加
深,科学家们变得越来越执着地要把他们的足迹踏入其它的领域。在这里,他就
科学家的越权问题,向理论物理学家劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss) 提出了
质疑。
  The Observer, Sunday, 9 September 2012
  
http://www.guardian.co.uk/science/2012/sep/09/science-philosophy-debate-julian-baggini-lawrence-krauss

  巴吉尼:没有一个哪怕只是了解一点点科学所揭示的关于宇宙的东西的人,
不对宇宙和科学产生敬畏之心的。把自然科学和人文社会科学相比,科学家总是
比较得意,而其他人不免感到有点嫉妒。尤其是我们这些哲学家们,会羡慕那些
穿白大褂的。我们多么希望我们的成就也可以如此清晰明了和无可辩驳啊!如果
哪天我们这些人也可以不必继续为证明我们学科的价值而努力,将是一件多么美
好的事情。

  但是一一我确信你知道会有一个但是的一一我的确好奇,最近的越权行为是
否也影响到了科学本身?有些科学家并不满足于自己获得的如此成就,而想要占
领其它学科的领域。

  我并不认为哲学的问题只能由哲学家来回答。历史显示,曾经有许多出生在
哲学家庭中的课题,后来都慢慢成长,离家出走,并定居到其它地方去了。科学
曾经就是自然哲学,而心理学是随着形而上学发展起来的。但是,有些与人类生
存相关的课题,肯定不是科学的课题。比如说,我无法想象,仅仅依靠事实本身
怎么能解决什么是道德上正确的或错误的问题。

  你的某些言论表明,你赞成科学帝国主义者的某些方面的野心。那么,请你
告诉我,你认为科学能够并且应该在多大的程度上,为目前仍然被认为是属于哲
学范畴的问题提出答案?

  克劳斯:谢谢你关于科学的美言和慷慨的态度。至于你的“但是”部分,以
及你对我具有帝国主义者的野心的感觉,我却完全不认为它是帝国主义的。它只
是要把可以回答的问题和不可回答的问题加以辨别。大致说来,所有可回答的问
题最终都跑进了经验知识的领域,也就是科学的领域。

  比如,你所说的道德观问题,科学为道德决定提供了依据。只有基于理性的
道德决定才是明智的,而理性本身又必然是基于经验证据的。离开了只有经验证
据才能提供的有关行为可能产生的后果方面的知识,那么我想,孤立的“理性”
是无能的。如果我不知道我的行为将产生什么样的后果,我就无法判断这些行为
是正确或是错误的。我想,神经生物学、进化生物学和心理学的知识,最终将把
我们对于道德观的认识简化还原到某些科学可以充分说明的生物学结构上。

  真正发展起来的主要哲学课题,都是那些后来进入了其它领域的课题。这个
说法用在物理学和宇宙学上尤为恰当。含糊的哲学争论,比如关于因果关系的争
论,关于存在和虚无的争论,一一自从我的新书出版以来我就不得不面对这些问
题一一就是这方面很好的例子。关于“非存在”到底是什么意思,我们可以争得
脸红耳赤,但是,尽管它可能是一个有趣的哲学话题,我得说,它实在是没有什
么用的。它不能提供任何有关事物到底是怎么产生和发展的内在信息。而这些才
是我真正有兴趣的。

  巴吉尼:我对你的立场的同意部分,也许比你预期要更多。我同意,许多传
统形而上学的问题现在最好是由科学家来处理,而你在辩论“为什么有总比没有
好”这个问题就是属于这类问题之一时,表现得非常出色。但是,如果我们像你
所说的那样,说“真正发展起来的哲学问题就是那些离开了哲学的问题”,那么
我们就忽略了某些东西。我想,你之所以会这样说,是因为你支持这样的一种信
念:关键的区别在于可被回答的经验问题(empirical questions)和无法回答的
非经验问题(non-empirical questions)之间。

  我的论点是,主要的哲学问题,是那些在哲学领域中发展起来并且没有离开
哲学领域的问题,是那些当所有的事实都已经清楚之后仍然没有得到回答的重要
问题。道德问题就是其中典型的例子。没有任何对真相的揭示就解决了对或错这
样的问题。但这并不意味着道德问题是空洞的问题或是伪问题。通过对真相的更
多了解,我们可以对这些问题有更深刻的思考,甚至可能对它们进行更有富有知
识的辩论。比如,当我们学习到有关动物认知行为方面的知识之后,我们关于动
物伦理方面的观点就得到了修正。

  科学至上主义坚持认为,一个问题如果不能被科学所解决,那么它根本就不
是一个值得认真对待的问题。对此我得说,人类生活的特征就是无可避免地要碰
到许多科学无法解决的问题,但是我们可以面对它们,尽可能地去理解它们,依
靠严密和认真的思考来面对和理解它们。

  你给我的印象是,你可能不同意我的看法而支持那些科学至上主义的观点。
我说的对吗?

  克劳斯:事实上,我对你的立场的同意部分,也许比你预期要更多。我的确
认为,通过对事实的反思,哲学上的讨论可以通过很多重要的途径为决策提供信
息,但是,事实的唯一来源最终还是由实验性探索而得到的。而且,我同意你的
观点,人类生活中有许多方面,要求我们对一些科学难以处理的问题作出决定。
人类事务和人类本身是一个巨大的混乱系统,仅仅理性甚至经验证据远不足以引
导我们顺利跨越所有的阶段过程。我曾经说过,我认为路易斯·卡罗齐(Lewis
Carroll)经由爱丽丝之口所讲出来的这些话是对的:我们每天在早餐之前其实都
有必要相信一些不可能确定的事情。要想从床上爬起来一一也许因为我们喜欢自
己的工作,或热爱自己的配偶,或是自爱一一我们每个人每天都得这样做。

  我可能不同意的地方是,这些会在多大的程度上是永恒不变的?今天看来是
科学没能解决的事情,也许明天就可以了。我们不清楚我们将从哪里去获得那些
方面的真正知识,而这点正是让探索的航程变得如此吸引人之处。而且我的确认
为,对真相的发现是可能解决甚至道德之类的问题的。

  让我们用同性恋来做个例子吧。铁器时代的经书可能声称同性恋是“错误
的”,但是关于各种动物物种中的同性性行为发生频率的科学发现告诉我们,在
一个相对稳定的群体比例上,这是非常自然的现象,而且它并没有明显表现出对
物种进化的负面影响。这就明确地告诉我们,同性恋是有生物学根据的,是无害
的,而不是天生就“错误的”。事实上,当你表述说,我们对动物认知行为的研
究已经改变了我们的伦理观点的时候,我想,你已经接受了这种关于科学的影响
力的观点了。

  我承认,我很高兴地知道,你同意“为什么有总比没有好”是一个最好让科
学家来回答的问题。但是,在这一点上,正如我曾经说过的,“为什么”的问题
其实就是“怎么样”的问题。你是否同意,所有“为什么”的问题,由于它们所
假定的那些“意图”可能根本就不存在,所以都是没有意义的问题?

  巴吉尼:如果把现在看来并非只是事实真相的问题,未来的科学会给出回答
的可能性,事先就都加以排除,那肯定是件愚蠢的事情。但是,对科学到底能走
多远提出恰当的疑问,同样也是很重要的。如果不是这样,我们可能会过早地把
重要的哲学课题交给科学家去处理了。

  你提到的同性恋问题就是个很好的例子。我同意,把这种事情看作是错误的
主要理由,与过时的思想方式有关。但是,你现在对它的表述是:因为科学向我
们显示了同性性行为“完全是自然的”,“对进化没有明显的负面影响”,是
“生物学上有根据的”,是“无害的”,因此,我们可以得出结论,说它“并不
是天生就是错误的”。你这个表述却是把伦理学的和科学的辩解方式弄混杂了。
同性恋在道德上是可以被接受的,但并不是因为科学的理由。正确与错误的问题,
并不只是诸如对物种进化的影响以及行为是否属于自然这样简单的问题。比如,
曾经有人说过,强奸行为不但是自然的行为,而且还有物种进化上的好处。但是,
说过这种话的人同时也非常努力地强调说,这些并不能让强奸行为变得正确一一
很无奈地,评论者们忽略了他们的这些强调。相似的说法也出现在对配偶不忠的
问题上。科学所揭示的某些性行为方式的自然属性,为伦理反思提供了信息,但
它并不能决定伦理反思的结论。我们必须把这一点说清楚。承认可能某一天这些
问题最好是由科学家而不是哲学家来回答,这是一回事情;把它们过早地交给科
学家,则是另一回事。

  克劳斯:我得再次说,我们的意见分歧只是很微妙的。人类是有智力的,因
此,在社会和谐的名义下,我们可以改变各种其它的生物学秉性。但是,我认为
科学可以改变或者决定我们的道德信念。比如,对任何一个有思考能力的人来说,
了解到对配偶不忠是一个生物学的事实,都将改变他对此行为的“绝对的”谴责。
而且,许多道德信念在不同的社会中是不一样的,说明这些道德信念是通过后天
学习而获得的,因此是属于心理学领域的东西。其它一些道德信念则是更加普遍
的,因而,是与生俱来的一一属于神经生物学的范畴。把问题回归于道德判断,
经常是太轻易地相信了自由意志之类某些幻想的信念。而我觉得这些东西是很幼
稚的。

  我想换个话题。我承认我很高兴你能够同意“为什么有总比没有好”是一个
最好由科学家来回答的问题。但是,换一种更一般的说法,我要说,唯一有意义
的“为什么”问题,其实是“怎么样”的问题。你同意吗?

  让我举个例子来把它讲得更清楚点。天文学家开普勒在1595年回答了一个重
要的“为什么”的问题:为什么宇宙有六个行星?他相信,答案在于那五个柏拉
图式的正多面体。这些正多面体的表面是由常规多边形一一三角形、四边形等一
一所组成的,并由随着这些表面多边形数量的增加体积也相应变大的球体作为它
们的外接圆的。如果这些球体正好分配了这些行星的轨迹,他推测,它们与太阳
的相对距离和数量可以在更深层的意义上被理解为上帝的意志的反映。

  “为什么”的问题在那个时期是有意义的,因为它的答案揭示了宇宙的意图。
现在,我们知道这个问题是没有意义的。我们不但知道行星的数量并不止六个,
而且太阳系也不是唯一的,甚至不一定是特殊的。重要的问题于是就成了:“我
们的太阳系是怎么样把这些数量的行星分配成现在这个样子的?”此问题的答案,
可能也会给比如寻找宇宙中其它星球上的生命等类似的问题提供启发。现在,
“为什么”的问题不仅变成了“怎么样”的问题 ,而且既然它所假定的意图其
实是缺乏根据的, “为什么”的问题也就变得毫无意义了。

  巴吉尼:我不知道这算是件好事还是件坏事,不过,在哲学上没有什么微妙
的分歧是“仅仅”的。既然我们在伦理学观点上已经走到了双方可能达到的最接
近点,现在,让我们来谈谈“怎么样”与“为什么”的问题之间的区别吧。

  同样地,我在这个方面也同意你很多的意见。比如说,我从来就不接受这样
的论点,认为宗教与科学,因为后者讨论“怎么样”的问题而前者谈论“为什么”
的问题,所以它们之间从来没有冲突。这两者之间是没有那么容易分解得开的。
如果一个基督徒声称,上帝能够解释刚才为什么有砰的一声巨响,那么他的言语
必然也论及在宇宙是怎么样成为今天这个样子的过程中上帝所担当的角色。但是,
我不会夸张地说,所有的“为什么”的问题都只能被理解为“怎么样”的问题。
最明显不过的,是人类行为方面的例子,对人类行为的充分说明很少能够不用到
“为什么”的问题的。我们做事情总是有原因的。

  有些固执的哲学家和科学家把它描述为一个方便的虚构,一个幻想。他们认
为,对人类行为的真正解释,处于“怎么样”这个层次上,具体地说,大脑是怎
么样接收信息,处理信息,并产生行为的。

  但是,如果我们要说明某些人为什么为了他们亲近的人而牺牲自我,一个纯
粹神经学上的解释不可能是个完整的解释。对事实的完整陈述必然也要包括一个
在这里起着作用的“为什么”:爱。的确,从根本上说,爱是神经触发和荷尔蒙
释放的产物。生物化学的和生理学的观点在这里是怎样调和一起的,的确是个令
人困惑的问题。但是,正如你论及自由意志时的那些话所暗示的,我们有关人类
自由的一些天真的假定几乎都是错误的。但是,我们并没有理由去相信,有一天
科学将使得我们完全没有必要去问一问有关人类行为的“为什么”的问题。这些
问题的答案应该是类似爱这样的东西。难道这只是浪漫的梦话?难道你费事费力
跟我进行了这一场对话,其中并没有任何原因,而只是因为你的大脑就是要这样
工作?

  克劳斯:我当然感到这是一场令人愉快的对话,这也是我“为什么”跟你对
话的明显原因。但是,我知道我的愉快感觉是来自一些内在的生物过程,这些生
物过程使得人们感到纠缠于某些语言学上的或哲学上的话题是件愉快的事情。我
想,我必须把你的问题转个方向,问一问,为什么(请原谅我的“为什么”问题!)
你认为类似爱这样的事情将永远不可能被还原为神经激发和生物化学反应?如果
这真是不可能的,它就意味着在纯粹的“物质”世界背后,必然还存在着某些东
西管理着我们的意识。我想,我看不出有任何的根据说这是真的。对于牺牲这个
现象,我们肯定已经获得了它的很多进化生物学方面的知识。在很多场合,牺牲
是有利于群体或家族的生存的。如果基因的传播是行为的一种基本驱动力,某些
人在某些场合下做出利他的行为,就完全符合进化的逻辑。想象一下,那些现在
被放在宏观标尺中来研究的社会行为,将来的某一天可能被分解开来,做为生物
学上的反应,被放在微观的标尺中进行研究分析。这种想象并不算是一个过分的
飞跃。

  纯粹从实际的角度来考虑,在可预见的未来,这可能是运算起来太困难的事
情。而且,它可能永远是件很困难的事情。但是,对这宇宙所了解的所有事情,
都使我在使用“永远”一词时不免感到胆怯。在某种意义上,自然规律尚未排除
的事情,都将是不可避免地要发生的。因此,目前我是无法想象我能够计算出我
所呼吸的这个房间中所有分子的移动,所以我必须取平均数并做一些统计来运算
出物质的行为。但是,也许有那么一天,谁知道呢?

  巴吉尼:的确,谁知道呢?这也是为什么哲学有必要接受某一天它可能成为
多余的东西的可能性。但是,科学也同样有必要接受其能力可能是有限的这种可
能性。

  我不认为宇宙中除了自然科学所研究的东西之外,还有任何其它东西。但是,
人类的行为能否仅仅依靠物理学和生物学而得到解释,我表示怀疑。尽管在口头
上说,我们都是由那些和组成星球的物质相同的物质所组成的,但是它们构成了
一个如此复杂的系统,以致出现了意识之类无法仅仅通过考察玻色子和费米子等
的基础成分而得到充分理解的东西。至少,我认为它们是不可能的。我很高兴,
物理学家有很多的事情可做。但是,直到他们真正成功之前,我认为他们应该不
要急于宣称唯一真正的问题就是科学的问题,而其它的问题都不过是噪音。如果
那些话是对的,我们今天的对话不也就是噪音了吗?

  克劳斯:那么,我们可以以一些本质问题上的一致来结束我们的对话了。我
猜想,很多人会认为我的很多对话不过就是噪音而已。但是,无论如何,除非我
们去尝试,我们就不会知道科学究竟能否对现实世界提供一个全方位的完整清晰
的图像。你和我都基本同意自然现实代表了现实中的一切,而我们只是在科学方
法能够多么有效和完整地帮助我们了解现实的乐观程度上有所不同。我一直对科
学的进展感到惊叹,这种进展是通过不断地对自然提出问题并让科学经由实验来
回答这些问题而实现的。我预期,有关人类的问题比有关星球的问题更难以得到
回答,而这正是科学事业如此激动人心的原因所在。神秘的东西正是让我们觉得
活得有意思的东西。如果到了某一天,我们突然发现我们已经找不到可能被回答
的问题的时候,找不到能够被解决的迷惑的时候,我会觉得那是件很悲伤的事情。
让我吃惊的事情其实是,至少在某些领域,我们怎么反而成了自己成功的受害者。
当我们把宇宙当作一个整体来看,我们也许已经可怕地接近了由实验探索来引领
我们的认识过程的极限。在那之后,我们将只能依靠好的主张,而那总是更困难
也是更不可靠的。

  (未原译)

作为一般知识和技能的力学

学力学分几个层次:专门搞力学(流体或者空气力学),搞物理研究的,搞强梁建筑设计之类的把力学当成工具的,搞一般的自然科学的把力学当成思想的,搞社会科学的把力学当成参考模型、世界观以及思想的。

在这里,我想针对搞物理研究的、搞一般自然科学、搞社会科学的角度,来看一看力学应该优先学哪一些内容。这样的内容应该能够体现牛顿力学的世界观:绝对时间和空间、运动与运动变化原因之间的关系、守恒量、典型力学系统——中心势场、谐振子,然后训练学习者在运用数学结构方面的技能。

  • 先来看学习力学所需要的基础:微积分(一元微积分、不太多的多元微积分,也就是重点包含场的微积分,简单微分方程,矢量运算,线性代数有最好没有也不是大问题)。
  • 再来看牛顿力学,学了这些对于搞社会学的应该已经差不多在技术和思想上都算入门了:
    1. 运动的描述(从实际生活经验到力学概念的抽象过程,这个很重要),运动相关的物理量——位置(空间、坐标系,参考系)、时间、位移、速度、加速度、动量、能量(动能)、角动量
    2. 动力学:力与力的分解、加速度、牛顿第二定律、守恒量、势能,自由落体运动,谐振子,单摆,行星运动,中心势场
    3. 运动坐标系:平动、转动坐标系,运动坐标系下的微分运算,曲线坐标系
    4. 位形空间与相空间,微分方程的解的存在与唯一性
    5. 少体耦合系统,相互作用
  • 接着来看分析力学,对于搞物理的,搞基础自然科学研究的,分析力学是必需的:
    1. 位形空间与相空间,Lagrangian力学,Lagrangian量,作用量,相互作用,最小作用量原理,动力学方程、变分法初步
    2. Hamiltonian力学,Legendre变换,Hamiltonian方程,守恒量,相互作用与保守力
    3. Poisson括号,守恒量,Liouville方程
    4. 谐振子、耦合谐振子、其他耦合系统
  • 最后来看狭义相对论,目前看来只有搞物理的需要它:
    1. 牛顿时空观的问题,实验以及反思,相对性原理
    2. 狭义相对论的时空观,同时的相对性,尺缩钟慢
    3. Minkowski空间初步,空间的线元的长度,四维图,四维物理量
    4. 几何决定动力学,坐标变换不变性、协变性

前面两个部分,在本科一年级课程以内应该是能够完成的。对于数学好、悟性不太差的学生,前面三个应该都能够完成。例如,前4周(20学时)完成数学准备,再用4+2周完成第二部份(其中的两周10学时用在举例以及习题课),再用4周时间教授基本的分析力学,如果可能的话,还能够用两周左右时间讲授相对论。

试一试,有多大的可行性。当然,学生课后要花时间,要主动学习,才行。教材方面,可以参考Feynman’s Lecture on Classical Mechanics,力学概论by方励之,Mechanics by Landau,Classical mechanics:Point particles and relativity by Greiner W.