序言

物理学总是那么迷人，每个时代都有伟大的思想者为它倾倒，像牛顿、爱因斯坦或海森伯。

秋天，落叶的味道透过窗子传进来。我们十几个人，围坐在一张长桌旁，这些人中有学院副院长、戏剧导演、剧作家、金融家、漂亮的女演员，以及几位物理学家。大卫·凯泽端坐在主持人的位置上，衣着得体，神情专注。我们正在讨论一部即将在附近的剧院演出的科学新剧，目前剧本还没完成，这部新剧将是一次科学与艺术的美妙交汇，是牛顿、爱因斯坦冰冷的方程式与契诃夫、王尔德感人心扉的剧作之间的交融。严谨中带着随性，理性中充满情感，科学与艺术并存。每年我们总会在这里聚几次，像这样在两个世界中徜徉。

凯泽教授作为一名物理学家和科学史学家，这几年来又多了一个一流的剧作家的名头，他的文章和书不仅有许多前沿的科学理念，还记录了众多科学家生活的点滴故事，以及对科学相关体制和文化的深入思考。这些都在本书中以一篇篇精彩纷呈的文章逐一呈现。为什么会有这么多物理学家坐在这里呢？

现代物理学试图将整个世界归结为基本粒子和力——用最简洁的方式解释世界。我觉得，这体现了人类对所处的世界建立秩序的深切愿望。这里说的世界，不仅指的是牛顿和爱因斯坦所定义的物理世界，还包括了纷繁复杂的有机世界。格式塔心理学家说，我们人类不可避免地倾向于将世界归纳为一种有意义的模式，哪怕这种行为只是一种幻觉。例如，我们会把天空杂乱无章的繁星，看作某种图形，并把它定义为一个星座。如果我们看到一个残缺的圆圈，我们大脑中会倾向于填补缺失的那部分。柏拉图把世界归结为水、火、土、气四种要素；古印度人则认为：火与骨头和语言相关，水与血和尿相关，大地与灵和肉相关；亨利·亚当斯更是想从能量和热力学第二定律的角度去解释人类文明历史的起起落落。这些都说明，我们是模式的追求者，也是模式的制作者，物理是这种追求的终极方式，艺术也是。这就是为什么今天会有这么多的物理学家坐在这里。

虽然，具有心灵的人类同时创作出了科学与艺术，但现代科学的成功，更大程度上应当归功于不带情感的人类理性地对冰冷世界的逻辑思考。1969年负责首次登月计划的科学家计算了火箭推力和轨迹，使航天器可以准确进入月球轨道。这些计算不会包含宇航员的任何情绪或个人生活的参数。

一个与此相关的问题是：科学通常不关注它自己（人类）发现历史的叙事。在这个意义上，科学是不同于人文学科的。人文学科的知识主体可以称为“横向的”，所有时代的开创性作品都被认为是同样重要的，没有一个时代的作品被认为是优于其他时代的。例如，当我们学习哲学时，我们可能从孔子、柏拉图和亚里士多德开始，向尼采和罗素发展，或者在文学上，我们可能会从《伊利亚特》和《奥德赛》开始，逐步过渡到《了不起的盖茨比》。但不能说，《了不起的盖茨比》就比《伊利亚特》有任何更“正确”或高明的地方。相比之下，科学的发展则是垂直进行的。一般认为，每个时期的科学理论、方法和知识都可以改善或取代之前时期的理解。在预测行星轨道和引力现象时，爱因斯坦的引力理论比牛顿引力理论更准确。一名理科研究生在进入该领域的“前沿”研究之前，他更关注的是该领域的最新成果，而一般没有时间，也没有兴趣去图书馆研究尘封的学科发展历史。现在大学关于热力学的教科书——《热物理学》中满是描述现代对热的理解，比如分子和原子的随机运动方程，而不会有一个词提到曾经流行一时的燃素说，更不会提到本杰明·汤普森（1753—1814）的精彩故事。本杰明·汤普森曾是新罕布什尔州的教师，在独立战争后因支持英军而逃往英国，成为巴伐利亚军队的领袖。在慕尼黑军工厂监督火炮管生产期间，汤普森发现，热是运动而不是物质。汤普森在1798年伦敦皇家学会的文章中写道：“在平凡生活的事务和职业中，机会常常蕴含在思考大自然的奇特行为中……当考虑到是枪管中两种金属表面的摩擦使铜枪变热时，在一瞬间，我被击中了！”

但与通常理解的科学书籍不同，本书充满了伴随科学发现而产生的戏剧性的历史桥段。

树叶的气味和它们的颜色提醒着我，人类丰富的感官给了我们一个不真实的世界图景——这幅不真实的图景正在被现代物理学彻底修正。我们了解到，与直觉不同，地球正在高速自转，并围绕太阳旋转。我们了解到，与直觉不同，我们每秒钟都接收到无数X射线、无线电波和伽马射线，而这些是肉眼看不到的。我们了解到，在原子的微观世界中，粒子的行为是它们可以同时出现在多个地方，而且相互纠缠影响，这显然违反了日常的因果概念。最后的发现是量子物理学的主题，也是凯泽新书的主题：如果我们必须质疑我们感官感知的有效性，如果我们必须放弃对“现实”的直观理解，如果我们必须接受对物质世界新的描述方式，那么让我们至少用本书中迷人的人类故事来理解。

艾伦·莱特曼