序言

顾民

科学普及，可谓一项艰巨之事，尤其是物理科普，更是难中之难！昔日有人问及相对论之含义，爱因斯坦回答道：“若你与一位美丽女子共度一小时，你感受如同一分钟；若独自一人静坐一分钟，便似度过数小时。此即相对论也。”言简意赅，形象生动，诚如春风拂面，不胜妙趣。然而以形象示人，以比喻启智，虽显优雅，实则无奈之举。以指标月，但见其指。物理奥秘，大众难窥，奈何！

所幸，迎难而上者时有所遇，西德尼·佩尔科维茨（Sidney Perkowitz）堪为一例。佩氏乃美国杰出学者，曾就职于著名的埃默里大学，为查尔斯·霍华德·钱德勒荣休教授，且为美国科学促进会会员，长年从事物理研究、教育及管理，倾心于科学普及和科普写作，著有众多作品，其中包括《光之帝国》（ Empire of Light ）、《普有泡沫》（ Universal Foam ）及《数字人》（ Digital People ），被译为多国语言，甚至盲文，广为传播。在此，我们介绍的是佩氏与牛津大学出版社合作的成果——科普读物《物理学》，此书收录于“牛津通识读本”之中，并广受国际读者欢迎。

首先，佩氏之书，独具匠心，虽言物理，而不沉溺于方程之海。凡论物理，即便科普，常离不开方程与公式，视之如蚯蚓般爬行、如蝌蚪般浮泅，读之更令人困惑不解。除少数专业学者外，其他人开卷不久就会梦见周公之蝶。可见方程之繁杂，公式之晦涩，困扰众生。佩氏深谙其中弊端，故在叙述物理内容时，不着痕迹，以形象生动、概念清晰的方式描绘，完全抛弃数学化语言，此举可谓本书最为卓越之处，犹如劈崎岖之山，成平坦之路；驱障眼之雾，启智慧之光。读者只需具备少量物理基础知识即可放心开卷阅览此书，赏析并深入地了解物理这门伟大的学科，探寻物理奥秘，此乃科普之至善也！

其次，本书叙述宏大，横跨古今，勾勒了物理学的发展历程及内在逻辑。物理学源自古希腊，众所周知，亚里士多德曾言：“质量越大，加速度越大。”然而，伽利略却推翻此说，他观察斜坡滚动的球体，提出自由落体定律，指出加速度与物体质量无关，建立了物理学中实验验证理论的标准。这些事实如今看来似乎十分简单，在当时却饱经论战，波澜壮阔，书中有详尽描述。哥白尼的日心说亦是如此。最终，经由开普勒和牛顿的努力，才确立了物理学的基本框架，既有实验，又有理论。二者相辅相成，缺一不可。然事实并非总是如此简单，以太理论、热力学、量子理论、宇宙大爆炸理论等，皆曲折复杂，书中详细描述，实事求是，值得深思。由此引发的问题，例如科学为何兴起于西方而非东方，亦值得我们深入思考。

最后，佩氏多角度介绍了物理学的应用，如潮汐、地磁、天文望远镜、晶体管、LED、激光、X射线、核磁共振、医学超声、太阳能电池、核能（裂变与聚变）、生物物理、放射医学、放射性测年（地质测年与考古测年）等，并讨论了一些热点问题，如暗物质与暗能量、薛定谔的猫和量子纠缠、量子计算和量子通信等。总之，佩氏在此书中全面展示了物理学的全貌，解答了物理研究的重要性及其对人类社会的影响等重要问题。易懂易读，实为一部难得的科普之作。

言之有味，译者功不可没。杨晨，北京理工大学物理学硕士。翻译出版多部图书，并曾为《环球科学》旗下“科研圈”公众号提供译文并参与审校工作。翻译乃文化交流之精髓，杨氏倾心其中已近十载，可谓卓越精深。今特译佩氏大众通识读本《物理学》，以供国内读者参考学习，实属一项极具意义之举。翻译之艰辛，信任与理解是关键。尤其是在物理学领域，术语繁多，理念玄妙，翻译起来可谓充满挑战，若非志愿者，岂能胜此重任？杨氏之译文，笔力沉稳，理念质朴，名副其实。闲暇之余翻阅，广博知识，润物无声！

本书一如既往地献给我挚爱的家人：献给我的爱妻桑迪，献给麦克、埃丽卡和诺拉。

是他们让我的生活和写作变得丰盈。 luZyeNKvLADS0NZPVT6v6/a4syM/rcNf439+rMLZYYR8mdZCI0jgzxnOGN5KPJmr

前言

“物理学”是一个宏大的课题，它跨越了漫长的时间和广袤的空间，贯穿着繁多的思想。这门学科和古希腊人的自然哲学一样古老，也和美国国家航空航天局（以下简称NASA）、欧洲核子研究组织（以下简称CERN）以及最新的技术一样年轻。它还是一项全球事业。它的许多成果，比如发现希格斯玻色子、探测引力波，都是由大型国际研究团队完成的。

物理学涵盖的范围比地球还要广大。它有一个目标，就是理解整个宇宙，理解宇宙从起始到终末、从夸克到全部时空的一切。物理学通过基本粒子、凝聚态和天体物理学等子领域和伙伴领域，为我们理解自然的各个尺度，推动那些塑造我们日常生活的技术，以及探索生命和包括人类在内的生物的本质提供了很大的帮助。

本书的目的，就是帮助读者深入了解这门大学科。我希望为各位充分展示物理学的样貌，展示这门学科及其历史的相关内容；带你们赏析物理学包含的东西；了解物理学家怎样从事研究，他们的研究为何重要；解读社会如何支持物理学研究，为何要支持这些研究，还有物理学怎样影响着社会；思考物理学将如何回答“万物始于何处？”“我们如何在地球上持续发展？”等人类重大问题。

这本概论吸收了我作为物理研究者、教育者和管理者的职业经验，也吸纳了我在科学推广和科普写作中的诸多成果。我在企业、学术和政府实验室等方面都有过研究经历，用自己实验室的桌面仪器做过“小”物理，也在洛斯阿拉莫斯国家实验室用大型设备做过“大”物理。我参观过许多在物理学史上留下浓墨重彩的地方，比如发现了膨胀宇宙的威尔逊山天文台、新墨西哥州阿拉莫戈多第一次原子弹实验的原址，还有第一次准确测量出光速的巴黎天文台。

我在分享各种物理学的经验与知识时，注重的是让这门学科平易近人。我假设读者只有少量物理学的预备知识，因此在叙述上没有使用数学化的语句，而是采用描摹式、概念式的描写。

如果你在读完《物理学》后，对物理学是什么、物理学和物理学家如何工作以及为何如此工作有了更深的理解，那么本书便成功了。而如果你在读完之后还想了解更多内容，甚至立志要从事物理学或其他科学研究，那本书便可谓双倍成功了。

不过最重要的，还是希望各位喜欢本书。

西德尼·佩尔科维茨
佐治亚州亚特兰大及华盛顿州西雅图
2017—2018年 luZyeNKvLADS0NZPVT6v6/a4syM/rcNf439+rMLZYYR8mdZCI0jgzxnOGN5KPJmr