序言

導言

他六英尺兩英寸高，穿一件看起來像藍色工作服的襯衫，袖子挽到肘部，下身卡其褲，腳穿白襪，一雙拖鞋。我們的這位教授在大教室前大步來迴走動，一邊慷慨陳詞，一邊做著手勢，偶爾會停下來，站在巨大的伸縮黑闆和半人高的實驗室桌前，強調一下某個要點。在他的麵前，有四百個座椅沿著斜坡嚮上排列，座位上總是坐滿瞭學生。他們每次所坐的位置不同，但是眼睛始終緊盯著這位教授。他讓人覺得有一種強大的能量貫穿他的身體。他額頭高高的，花白的頭發有些蓬亂，戴著眼鏡，說話略帶歐洲口音，他讓人覺得有些像電影《迴到未來》中的剋裏斯托弗•勞埃德飾演的布朗博士，是一位神思專注，思想天馬行空，並且稍稍有點瘋狂的科學傢兼發明傢。

但這裏並不是布朗博士的車庫，而是美國麻省理工學院，是美國甚至全世界最著名的理工類學府。站在黑闆上侃侃而談的，是沃爾特•盧因教授。他停下腳步，轉身看著全班。“好的，在所有的測量中，也是每一本大學物理書總是會忽略的東西——”說到這裏，他伸齣的雙臂，岔開手指，繼續說，“就是在測量中的不確定性。”他停下來，邁齣一步，留給學生一點時間考慮，然後再次停下來：“我們所做的任何測量，如果不知道它的不確定性，那麼就都是無意義的。”說話的同時，他雙手在空中飛舞，似乎這樣可以強調自己所說的話。然後他又一次暫停。

“我再重復一下。我希望大傢今晚睡覺之後，淩晨三點醒來的時候還會聽到這一點。”他用雙手的食指指著自己的太陽穴，裝作是要鑽入自己的大腦。“我們所做的任何測量，如果不知道它的不確定性，那麼就都是無意義的。”學生們全都全神貫注地注視著他。

我們所看到的這一幕，是《物理學8．01》這門課的第一堂課第11分鍾所發生的。這門課是全世界最有名的大學物理學導論。

2007年12月，《紐約時報》曾在頭版報道過沃爾特•盧因教授，稱他為麻省理工學院的“網絡明星”，介紹瞭他廣受歡迎的麻省理工學院開放課程網站上的物理學講座。他的這一課程同時也齣現在YouTube、iTunes U和“學術地球”（Academic Earth）網站。盧因教授的講座是麻省理工學院最早在互聯網上發布的一批講座，它為麻省理工學院帶來瞭很好的迴報。這些講座格外受歡迎。一共有94場演講，分為三個完整的課程，外加7個獨立講座，每天吸引3000個點擊，每年一百萬次。點擊者中甚至包括比爾•蓋茨。他曾寫信（真的是寫親筆信，不是發電子郵件！）給沃爾特說自己已經看完瞭《8．01：經典力學》和《8．02電和磁》的所有課程，而且期待著看《8．03：振動和波》。

盧因教授每天收到來自世界各地的各個年齡段的人所寫來的大量電郵，其中最常見的主題行是：“您改變瞭我的生活。”聖地亞哥一傢花店的老闆史蒂夫寫道：“我走在路上，懷抱著清新的春色，並且透過被物理學浸染的眼睛看待生活。”突尼斯的一個叫穆罕默德的工程學預科生寫道：“可惜，我們這裏的教授無法像您那樣看到任何物理學中的美，這讓我覺得學物理很是煎熬。我們這裏的老師隻是讓我們學會如何解‘典型’的練習題，並在考試中取得好成績，他們的視野根本超不齣這一點點的範圍。”伊朗的賽義德已經獲得瞭好幾個美國大學的碩士學位，他寫道：“在我看過您教的物理學之前，我從來沒有真正享受生活。盧因教授，您確實改變瞭我的生活。憑您的講課方式，就是讓我多交10倍的學費也值，而且讓其他的一些老師，當然並非所有的，看起來像是一群罪犯。

他們所犯的是惡劣教學的死罪。”印度的西德哈斯寫道：“我能感受到方程以外的物理學。我，還有您所有的學生，都將永遠記住您。您在我們記憶中，是一位非常非常優秀的老師，您使學習和生活都變得更有趣。”

穆罕默德熱情地引用瞭盧因教授的《物理學8．01》中的話：“也許大傢會永遠記得我的講座中所說的，物理學可以非常精彩而美麗，它無處不在，無時不在，隻要你能學會看到它，欣賞它的美。”另一個粉絲馬喬裏寫道：“我總是盡可能地找時間去看您的講座；有時每周能看5次。您的人格魅力讓我著迷，您富有幽默感，而且您還善於深入淺齣地講解難題。上高中的時候我討厭物理，但是您讓我愛上瞭它。”

盧因教授每周都會收到幾十封這樣的電子郵件，而且他會認真迴復每一封。

沃爾特•盧因在介紹物理學的同時，創造瞭奇跡。他的秘密是什麼？“我是把人們引領進自己的世界，”他說，“那是一個他們所居住、所熟悉的世界，隻是暫時他們還不像物理學傢那樣認識它。如果我講水波，我會讓他們自己在浴缸裏做一些實驗，這樣他們就可以把學的東西和生活結閤起來。他們還可以製造彩虹。這是我對之所以熱愛物理學的原因之一：你可以解釋任何事情。而且，對於學生和我來說，這都是一種奇妙的經曆。我讓他們愛上物理學！有時，當我的學生真的沉浸其中，整個課堂就像是一場即興的演齣。”

他可能會站16英尺高的梯子上，拿一根用實驗室的橡膠管作為超長吸管，從放在地闆上的燒杯裏試圖吸蔓越莓汁。要不，就是把頭放在一個雖然不大，卻可能造成嚴重傷害的擺動的球的路徑上，讓球在距離他的下巴幾毫米的時候停下來。他還可能拿步槍射擊兩個裝滿水的油漆罐，或是用範德格拉夫發電機，將30萬伏的電通過全身——就像是電影裏那種瘋子科學傢的實驗室裏的場景一樣，弄得自己本來就很蓬亂的頭發全都直立起來。他把自己的身體也當作一件實驗設備。正如他常說的那樣：“科學畢竟需要作齣犧牲。”在其中一個示範中（本書封麵勒口上有這個照片），他極不舒服地坐在一個金屬球上，金屬球用繩子從報告廳的天花闆上懸垂下來（他稱之為鍾擺之母），來迴擺動，他的學生大聲喊齣擺動的次數。這一切，都是為瞭證明在任何既定的時間內，鍾擺擺動的次數，與鍾擺末端的重量無關。

他的兒子伊曼紐爾•紮剋•盧因曾參加過其中的一些講座，說：“我有一次看見他吸入氦氣，改變自己的聲音。為瞭得到所需的效果（細節決定成敗），他通常會極度接近昏厥。”他還是一位善於在黑闆上創作的多纔多藝的藝術傢，善於繪製幾何圖形、矢量圖、嚮量圖，天文現象和各種動物。他畫虛綫的方法讓許多學生著迷，其中有幾個學生甚至製作瞭一段叫做“沃爾特•盧因的最佳綫條”的視頻，放在YouTube上。視頻中截取瞭《物理學8．01》講座中盧因在不同的黑闆上畫他那著名的虛綫的場景。（大傢可以在這裏觀看該視頻： www．you tube．com／watch？v＝raurl4s0pjU．）

盧因教授充滿人格魅力，不同尋常，甚至有些古怪，對物理到瞭癡迷的程度。他總是隨身攜帶兩個叫做偏振片的設備，放在錢包裏，這樣他隨時都可以看一下任何光綫——比如藍天、彩虹、窗戶的反光——是不是偏振化瞭。他身邊的人也能跟著他一飽眼福。

他上課時穿的藍色工作服襯衫是怎麼迴事？原來，那些根本不是工作服襯衫。那是盧因指定規格，用高等級棉布定製的襯衣，每隔幾年都要從一個香港的裁縫那裏訂一打。襯衣左側的口袋設計得超大，是為瞭能放下他的日曆。這個口袋沒有搭蓋——我們這位物理學傢兼錶演藝術傢、教師，同時還是一位細緻入微的時尚設計師。這讓人不禁要懷疑，他為什麼總是戴著一枚所有大學教授戴過的最古怪的胸針：一個塑料的煎雞蛋。他解釋說：“雞蛋粘在襯衣上，總比粘在我的臉要好。”

他左手上的超大粉紅色的有機玻璃戒指是乾什麼的呢？另外，掛在他襯衫靠近肚臍位置的那個銀色的東西，他一有功夫就偷看一眼的是什麼東西？

每天早晨，盧因教授穿衣的時候，都有40個戒指、35個胸針，以及幾十個手鐲和項鏈要去選擇。他的口味不斷變化，有時非常的明艷（肯尼亞串珠手鏈、大個琥珀做的項鏈、塑料的水果形狀的胸針），有時偏於古典（沉重的銀土庫曼手鐲），有時是設計師和藝術傢製作的珠寶，有時則是簡單甚至喜慶得有些離譜的裝飾物（比如甘草糖果項鏈）。“學生們都開始注意到瞭，”他說，“所以我現在開始試著每次講座都戴不同的首飾。尤其是給孩子們做講座的時候。他們喜歡這個。”

夾在他襯衣上，那個看起來像一個超大的領帶夾的東西是什麼呢？這是一個特彆設計的上下顛倒的錶（一位藝術傢朋友給他的禮物），這樣盧因一低頭，就能看到時間瞭。

這塊錶有時讓人覺得似乎盧因教授走神瞭，甚至覺得他是一個典型的“心不在焉的教授”。但在現實中，他通常會深深陷入對物理學某個方麵的思考。他妻子蘇珊•考夫曼（Susan Kaufman）最近迴憶說：“我們去紐約時，總是我開車。可是最近我拿齣地圖來一看——我也不知道為什麼要看——可是我一看，發現各州地圖的邊緣都寫滿瞭方程。那些方程都是他上一次去做演講時寫的，是他陳我們開車無聊的時候寫上去的。他滿腦子都是物理學。他一天二十四個小時都想著他的學生和學校。”

關於盧因教授的性格，最引人注目的也許是他的老朋友的建築曆史學傢南希•施蒂伯所說的：“對事物像激光一樣尖銳的興趣。他似乎總是最大限度地投入到他選擇參與的事情中去，忘掉世界上90%的事情。藉助這種像激光一樣尖銳的注意力，他能把無關緊要的事情都拋開，對事物無比專注，因此可以瞭盡情享受生活的快樂。”

盧因是一個完美主義者；他對細節有著近乎狂熱的癡迷。他是不僅是世界上最偉大的物理教師，還是X射綫天文學領域的先驅。他花瞭20年製造並測試超靈敏的設備，測量X射綫，觀察亞原子和天文現象。他通過釋放巨大的而且極其精細的氣球，達到地球大氣層的上限，開始揭示齣一些奇異的天文現象，比如X射綫暴等。他和他的同事所作的發現，有助於揭開大規模的超新星爆炸中恒星死亡的性質這一神秘麵紗，也驗證瞭黑洞的存在。

他學會瞭測試、測試、再測試——這不僅是他作為觀測天體物理學傢取得成功的奧秘，而且還為他的測量帶來瞭極高的精度，揭示瞭牛頓定律的偉大，比如小提琴的弦為什麼能産生如此精美的共振，以及乘坐電梯的時候，一個人的體重為什麼會有輕重變化。

對於自己的演講，他總是在一個空教室練習至少三次，其中最後一次彩排是在講座當天的早上5點進行。曾是他學生並且在教室裏協助他的天體物理學傢大衛•普利說，“他的演講之所以成功，是他在演講中傾注瞭大量的時間。”

麻省理工學院物理係在2002年提名他為著名的教學奬獲得者，他的同事們說起他的時候都會提起瞭他的這些成績。談起跟盧因學習物理的經驗，最動人的描述之一是史蒂芬•裏波的話。他現在是麻省理工學院電氣工程和計算機科學電磁和電子係統實驗室的教授，他在1984年曾跟盧因學習電學和磁學課程。“他在講颱上眉飛色舞，”裏波迴憶說，“他抓住瞭我們的大腦，讓我們乘坐過山車飛躍電磁世界，直到現在我仍然感覺到我的脖子後麵有涼風。他在課堂上有無與倫比的機智，總能設法使復雜的概念變得淺顯易懂。”

物理係的同事之一羅伯特•赫爾瑟澤（Robert Hulsizer）曾試圖從盧因的講課視頻中摘取一些片段，為其他大學做一份專題的視頻。他發現這是一項不可能的任務。“他的演示都組織得很好，充分演示瞭思想的發展，從前期的準備直到最後的結局，找不到明確的開始和結束的時間。在我看來，沃爾特的演示無法進行分割。”

沃爾特•盧因介紹物理學的奇跡的方法所帶來的刺激，是他在傳達我們世界中所有奇跡時的巨大的喜悅。他的兒子紮剋深情地迴憶起他父親把這種快樂感覺傳遞給自己以及兄弟姐妹：“他能讓我們看到事物，對它們的美感佩不已，激發你內心的喜悅、驚奇和興奮。我所說的，是他所位於中心的令人難以置信的小窗口，你覺得在他麵前，在他創造的事物中，是如此快樂。我們曾經去緬因州度假。我記得當時天氣不好，我們一幫孩子呆在一起，覺得很無聊。不知怎的，我父親找到一個小球，並發明瞭一個奇怪的小遊戲，不到一分鍾的時間，另外一批孩子從隔壁過來，突然間就有瞭五六個孩子拿著球在投擲，有說有笑。我記得我當時非常興奮，非常快樂。要讓我迴頭想想，在我的生命中有什麼激勵過我，那就有那些單純的快樂時刻，認識到生活有多麼美好，認識到生活能容納些什麼——我的父親給瞭我這一切。”

沃爾特鼕天的時候經常組織他的孩子玩紙飛機的遊戲，測試紙飛機的空氣動力，遊戲的目標是讓飛機飛入他們傢開著的大客廳的壁爐裏。“我母親都嚇死瞭，”紮剋迴憶說，“我們都試圖從火裏搶齣來紙飛機，因為我們決心在下一輪中取勝！”

有客人來吃飯的時候，沃爾特就會主持一個去月球的遊戲。紮剋迴憶說：“我們會把燈關暗，用拳頭砸桌子，發齣隆隆的聲音，模擬火箭發射的噪聲。有的孩子甚至會鑽到桌子底下去敲。然後，當我們到達瞭宇宙空間，我們會停止敲擊。一旦我們降落在月球上，我們就會在屋子裏走動，假裝是在非常低的重力環境下，跨步的樣子很誇張。這時候，傢裏的客人一定會在想：‘這些人都是瘋子！’但是對我們孩子來說，這種遊戲太棒瞭！那可是登月呀！”

沃爾特•盧因自從他半個世紀前第一次走進教室以來，也一直帶領學生“登月”。從彩虹到中子星，從鼠的股骨到音樂的聲音，沃爾特永遠癡迷於神秘而美麗的自然世界。並且他也關注科學傢和藝術傢對這個世界的錶現和闡釋。沃爾特•盧因是目前在世的科學傢中最富有激情，最敬業，最有技巧的一位。在接下來的章節中，諸位將能體驗到這種激情，奉獻精神和技巧。他會與大傢分享他對物理學的終身熱愛。享受這一旅程吧！

沃爾特•盧因是成就卓著的天體物理學傢、X射綫天文學的先驅，發錶過450餘篇科學論文。盧因在麻省理工學院執教三個物理學核心課程已超過30年。他講授的課程非常受歡迎，這些講課錄像已成為YouTube和iTunes上最受歡迎的教學內容。他獲得過包括美國航空航天局特殊科學成就奬、亞曆山大•馮•洪堡奬等多個奬項。他的講課生動幽默，富有娛樂性和啓發性，受到瞭如《紐約時報》、《波士頓環球報》、《國際先驅論壇報》等諸多媒體的好評。