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本书是作者在多年教学实践和研究，特别是课程思政教育教学的研究基础上，打通文理界限，融通科学人文而编著的一本集物理知识、思想、研究方法和人文情怀、生活智慧于一体的通识类读物。
本书共20讲，从物理知识的角度讲，涉及力学、热学、电磁学、光学、相对论、量子力学各领域的知识；从人文情怀和生活智慧上讲，涉及如何处理个人与自然、与他人、与社会的关系，如何看待社会的评价，如何进行理性的思考，如何追求和实现人生的价值等。
本书可作为高等学校各专业、特别是文科类专业通识选修课的教材，也可供具有初步物理知识的读者阅读，还可供各级各类物理教师参考。
庄子云：天地有大美而不言，万物有成理而不说。
于是，无数的科学家，特别是物理学家们，耗尽毕生心血和智慧，替天地而言，为万物而说。
物理学家用语言、用文字、用公式、用图表、用装置、用实验、用假说、用推演……用他们所能想到的一切方法和手段来描述天地大美，解析万物成理。其中的每一个字、每一张图、每一个定理、每一个公式都浸透着物理学家的汗水，都携带着物理学家的体温，都饱含着物理家的智慧和深情。
物理学家的智慧和深情，隐藏在物理的理论、概念、定理、公式、人物、故事之中，改变了世界的面貌，改变了人们的思想和生活。为了更清晰展示其中的智慧和深情，笔者专门开设了选修课“物理的理与情”，和学生一起探讨物理中的“美与智，理与情”；希望在探讨的过程中，在品味和欣赏物理智慧的同时，起到触动内心、抚慰心灵、点燃激情、坚定理性的作用。希望物理之光可以照亮每一名学生的前行之路，助他们创造奇迹，获得幸福。
作为一名高校物理教师，有时会感到尴尬，因为在我的身边，太多的学生对物理印象不好，感情不深，一副副被物理试卷折磨多年、苦大仇深或冷漠以对的面孔常常扎疼了我的心。
作为一名既热爱物理、又理解学生的普通老师，我希望能拉近学生与物理的关系，增进学生与物理的感情。我想大声地说，物理不是试卷上所呈现出来的那副枯燥无情的样子！她有血肉、有智慧、有力量、有真情，她可以、也愿意成为我们最知心的朋友。
于是，我像“媒婆”一样在物理和学生中往来穿梭。在学生面前，尽可能说物理的好话，把这些好话集中起来，就有了大家眼前的这本《物理与人生智慧》。另外，在物理面前，不断说学生的好话，希望物理能更加理解学生成长的艰难和学习的不容易，希望物理能更加亲切、平易近人、诙谐有趣，这也是本书尽量想做好的事情。
只不过，当好“媒婆”实在是件非常困难的事情，必须做好两头不满意、被骂为“骗子”的思想准备，内心总是惶恐与不安。只好希望物理、学生和读者都能宽宏大量，原谅作者的才疏学浅，原谅作者的自以为是。当然，请求原谅并不等于请求认同，如果您认为不当不妥之处，特别是有严重错误的地方，真诚地请您不吝赐教，作者会万分感激，并认真研究您指出的问题。
本书不是专业的物理教科书，行文也带有很大的感情色彩，表达也没有完全遵守教科书的各种规范。因为教科书已经够多够丰富，大家可以将此书作为吃了教科书大餐之后上的一点小菜或拼盘，调节一下口味。当然，也可把此书作为吃大餐前的一点零食，提前吃一吃，稍微填一填肚子。又或者，您本对物理不感兴趣，看一看书里描写的风景，听一听书里所讲的故事，也能给茶余饭后增加一点谈资。
总之，作者希望每一名读者都能在轻松愉快的气氛中，从本书中获得知识、获得思想、获得启发、获得灵感、获得动力，获得内心的安宁，获得生活的幸福。
2020年秋季学期，2021年春、秋季学期，作者以书中的内容，开设了选修课“物理的理与情”，以“品物理之光辉，感世间之情理”为主线，进行了初步的教学实践。在结课论文中，学生提出了许多宝贵的建议，也谈到了课程的特点和自己的感悟。
有学生谈道，所有人的眼光都盯着我们优不优秀，却少有人在乎我们健不健康。我们需要的正是这样一门课程，在身心疲惫的时候坐下来听听老师分享一些特别的东西（物理中的理，物理中的情），我们可以认为这是一门简单的物理知识普及课，也可以认为是一门心理治愈课，或者是一门思政教育课。
而这正是作者所追求物理课的一种境界，其中有丰富的知识，有智慧的火花，有理性，有能量，有温情。
有学生谈道，一本正经地上一个小时的思想教育课的效果，或许还不如在适当的时候，用一种合适的方式说一句合适的话。
这也是作者尽量想做好的事，通过物理对宇宙万物的深刻洞察和物理强大的逻辑力量，借助优美的中文语言，把世间的情理恰到好处地展现出来，希望引起读者的思考和共鸣。
不过，要做好上面所说的事情，并不容易，书还没有写成，头发倒掉了不少。是学生的鼓励让我继续前行。
有一名学生在深夜给我发来刚写好的结课论文，文中写了这样一段话：“非常幸运，我在最后的时刻重新修改了一下选修课，从而聆听到陈老师精彩纷呈的课堂。您就像波纹，将智慧从周身传播出去，期盼着学生有所得，有所悟。愿您心藏诗林，用满心的温暖与善意，继续去感物理之情，去播撒智慧。”
我深深知道，学生的赞美有些言过其实，其中更多的是对老师的鼓励和期望。为了这份鼓励与期望，我只能竭尽全力，努力前行。更期待各位读者给以指点，给以批评，让《物理与人生智慧》这本书在将来更加符合读者的期待，更能展现这大千世界和美好人间的各种精彩。
最后，特别感谢重庆工程学院和重庆大学出版社对本书出版的大力支持，是他们的支持让作者的点滴心得得以汇成整体，成为大家今天见到的样子。
具体的支持有：
1.重庆工程学院对课程思政的重视和支持，物理教学部获2021年“重庆市课程思政示范课程、教学名师和示范教学团队”建设立项。
2.重庆工程学院对虚拟教研室工作的支持，物理教学部牵头组建“成渝地区大学物理实验虚拟教研室”并获得重庆市教委的立项支持。
3.重庆工程学院对开设选修课“物理的理与情”和教材出版工作的支持。
4.重庆大学出版社对该书的写作提出了宝贵的建议并做了大量校正修订工作。
研究项目的孵化和课程建设的支持为本书的成型提供了资金和智力保证，为教学实践提供了平台，为下一步的进步和提升奠定了基础，提供了资源保障。
编著者
2023年2月
早上起来，当我们听着鸟语，嗅着花香，迎着朝霞，开始拥抱又一个太阳升起的时候，我们希望上班上学的路上通畅无阻，那样，我们的心情会好很多。从物理的角度看，我们希望自己运动的速度可以快一些，能早一点到达目的地。谈到运动，谈到运动的快慢，首先需要一个参考系——我们认为不动的东西。
我们常常习惯以脚下的地面作为参考系，所谓“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”“飞流直下三千尺，疑似银河落九天”，都是选择了地面参考系。然而，有时候，当我们选择其他参考系时，会有别样的体验。“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”，前半句选的参考系是河岸，后半句选的参考系是竹排。而毛主席的诗句“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”，气势磅礴，前半句是以地心为参考系，我们每个人跟随地面，绕着地心做圆周运动，周期一天，处于赤道上的人每天运行一周大约4万km，即8万里。而后半句则以浩瀚宇宙为参考系，地球就是一艘巨大的飞船，承载我们芸芸众生，穿梭于星际之间，让我们可以自由欣赏璀璨的日月星辰。
从理论上讲，参考系的选择是任意的。然而，对具体的研究对象而言，“不恰当”（并非不正确）的选择，会造成困惑或复杂性的增加。
例如，繁华的大街上，突然有人大喊：“楼要倒了！”引起一片恐慌。调查结果，原来是一片乌云快速地从高楼上空飘过，人们下意识地以运动的乌云为参照物，便造成高楼运动的错觉。驾驶员常常有这样的体验，突然感觉车子快速“后溜”，于是本能地死死踩住刹车！其实，是被司机视为参照物的周围的车子突然前进造成的错觉。
“参考系可以自由选择”，这在今天看起来如此简单的道理，却是经历过“腥风血雨”，经过漫长的历史选择，才最终获得承认。
1600年2月17日凌晨，罗马塔凄厉的钟声划破夜空，传进千家万户。这是施行火刑的信号。通往鲜花广场的街道上站满了群众。布鲁诺被绑在广场中央的火刑柱上，他向围观的人们庄严地宣布：“黑暗即将过去，黎明即将来临，真理终将战胜邪恶！”最后，他高呼“火，不能征服我，未来的世界会了解我，会知道我的价值。”刽子手用木塞堵上了他的嘴，然后点燃了烈火。布鲁诺在熊熊烈火中英勇就义。
在向英雄的布鲁诺表达最崇高敬意的时候，我们也许会想， 什么样的仇恨能让罗马教廷 如此丧心病狂呢 ？虽然原因很多，但与布鲁诺反对“地心说”有很大的关系。
需要强调的是，在“地心说”之前冠以“伟大的”评价，丝毫没有调侃的意思，而是表达对“地心说”及其创立者发自内心的敬意。地心说是人类历史上最早出现的能精确解释星体运动的科学理论。它不但能解释星体运动，理论也相当精巧。
地心说（或称天动说）是以地球为中心的一种宇宙学说。古人认为，地球是宇宙的中心，是静止不动的，其他星球都环绕着地球运动。地心说由米利都学派形成初步理念，由古希腊学者欧多克斯提出，经亚里士多德完善，在托勒密的努力下，实现精细化、精确化。时间跨度超过600年。
如图1-1所示，其主要的观点是：
（1）地球是宇宙的中心，地球周围的物体有天然落向中心的趋势，成功解释了自由落体运动现象。
（2）地球以外是刚性的天球，恒星、行星镶嵌于天球之中，处于固定位置，不会掉落到地球上。
（3）天球分成若干层，能被观察的最外层是恒星天，恒星天绕地球运动，周期为1天。因此，所有的恒星绕地球做完美的圆周运动，从而周期性地出现在人们的视野中。
（4）恒星天以内，由近及远，是月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星等不同的天层，各层转动速度不同，故绕地转动的周期不一样。
（5）行星完美运动的轨迹分均轮和本轮。均轮是围绕地球的圆周，行星在均轮上做匀速圆周运动的同时，绕均轮上的动点做本轮转动。
图1-1 地心说的宇宙观
本轮可以有多个，如某行星绕 A 点做圆周（本轮）运动，同时 A 点绕 B 点做圆周（本轮）运动， B 点绕 C 点做圆周（本轮）运动， C 点为均轮上的点，绕地球做圆周运动。随着本轮数的增加（最多可达80余个），地心说可以完美解释每一颗行星的运动轨迹。
由于地心说不仅定性而且定量地解释了所有天体的运行规律，能够帮助人们正确预测天象，在生产实践中起过重要作用，特别是将精确的数学用到宇宙运行研究之中，成为宇宙学研究的重要里程碑。
地心说一旦形成，几乎没有人怀疑，即使从托勒密时代开始算，哥白尼对它的修正也已经超过了1 400年。
公元15或16世纪的某一天，年轻的哥白尼突发奇想，天空的浩瀚远非大地所能比拟，为什么是无垠的天穹在旋转，而不是地球在转动呢？如果不是站在地球上，而是站在其他天体上看，宇宙会是什么样的面貌呢？
这一想法一经诞生，就再也挥之不去。哥白尼在长达近20年的时间里，每日每夜都不辞辛劳地测量行星的位置。在日复一日的观察和思考中，灵感的火花终于迸发出绚丽的光芒。
哥白尼发现，20年间，太阳的周年变化不明显，便想到以太阳为参考系来重新描绘星体的运行图景。结果是那样的激动人心，地心说假设的那些不明来源的众多“本轮”不需要了（更准确地讲，是需要的本轮数大大减少了，20余个足矣）！所有的恒星、行星，包括地球都围绕太阳做圆周运动，太阳才是宇宙的中心！我们的地球，只是行星中的一员，只有月亮（地球的唯一一颗卫星）绕着它旋转！这便是布鲁诺愿意用生命去捍卫的日心说，如图1-2所示。
千万不要小看这一参考系的转化，哥白尼突破常规，“站在太阳上”重新“看”宇宙，却意想不到的极大地加快了人类文明发展的进程！
图1-2 日心说的宇宙观
仅仅经过不到100年的时间，在第谷·布拉赫和学生约翰·开普勒的努力下，科学界修正了哥白尼的行星轨道。
（1）行星还是绕太阳转动，只不过由圆轨道变成了椭圆轨道，太阳位于椭圆的一个焦点上。圆轨道向椭圆轨道的修正，完全消除了那些来历不明的“本轮”，一下子让行星运动的轨道变得清晰而简单。
（2）行星运动的速度不再匀速，在近日点运动较快，远日点运动较慢。由太阳到行星的矢径，在相等时间内扫过的面积相等。
（3）不同行星绕日运动周期的平方，与它们到太阳平均距离的立方成正比。
上面三点，分别称为开普勒一、二、三定律，开普勒荣幸地被称为“天空立法者”。特别是第三定律，为牛顿发现万有引力定律奠定了坚实的理论基础，极大地促进了科学特别是物理学的发展。
以现代人的眼光看，地心说也好，日心说也罢， 不过是参考系选择的区别 ， 本无对错之分 。为了研究的方便，我们完全可以另外选择一个星体作为参考系。日心说优于地心说，仅仅是研究太阳系的行星运动更方便。事实上，地球和太阳都不是宇宙的中心。
那么，罗马教廷为什么对日心说如此恐慌呢？ 真正的原因应该是对 “ 人心说 ”“ 我心说 ” 被 推翻的恐慌 。
科学的进步常常会对人们思想改变产生深远的影响。地心说符合基督教义中心思想。地球是宇宙中心，自然可以引申到人是万物中心。罗马教廷，作为掌管信徒的领导机构，理所当然就是中心中的中心。日心说的出现否定了地球的优越地位，自然对罗马教廷的中心地位构成了潜在的威胁，罗马教廷才会不遗余力地压制新学说的诞生。即使在一般信众的心里，“人为万物主宰”的优越感突然失去，内心估计也不好受，布鲁诺受刑时的万千看客一定都在心里诅咒他吧！
传统思想的突破确实万分艰难，即使是哥白尼本人，也是到了临终之前，才敢于出版自己的光辉著作。也正因为如此，布鲁诺慨然赴死的壮举才为后世永远吟唱。
然而，阴霾终究会过去，打开的光明之窗终究没有关上的可能。
1609年，伽利略使用天文望远镜发现：月球坑坑洼洼，并非古希腊人想象的那般完美；太阳存在黑子，天界或“月上界”并非不变和永恒；木星也有卫星，地球并非特别……
当人类终于认识到宇宙的浩渺，认识到自身的平凡后，心怀对自然和科学的敬畏，在冲破宗教思想自我设限的禁锢之后，科学发展瞬间提速，创造了近500年来日新月异的灿烂文明。
历史车轮滚滚向前，科学理性早已消除了人们自以为是的偏见。400年后，公元1992年，在布鲁诺被活活烧死的地方，罗马教皇为他平反昭雪，围观的教民万众欢呼。
虽然，对科学界而言，这一平反来得太迟，但这代表着罗马教皇愿意真心地与科学和解，愿意接受一个更加多元的世界，具有很强的象征意义。
而我们更希望教皇的这一举动，能进一步驱散“地心说”的阴霾，让世界更加和谐与安宁。
因为直到今天，由“地心说”引申出的“我心说”仍然深深地扎根于很多人的内心。
央视著名主持人白岩松讲过这样一件事：
一天下午，他和身后的车辆正常地行驶在车道上。突然，一辆豪华车逆行而来，鸣笛要他们让路。可是正常行驶的他们无路可让，于是，自我感觉被怠慢的那个车主，在车驶过他们身边时，摇下车窗将他们痛骂一番。
那一瞬间白岩松惊呆了，为那辆逆行而来的车和那个充满愤怒的人。车主是一位年轻女子，面容姣好，像是受过良好教育，然而，这一瞬间，愤怒让她的面容有些扭曲。
被指责的同时，白岩松竟然没有一丝的愤怒，倒是有一种巨大的悲凉自心中升起。
我们更是有这样的感觉，数百年前就已经在哥白尼、布鲁诺等科学家身上闪耀的理性与人性的光辉，却依然荡涤不了21世纪文明世界中某些自私的灵魂。
大到国家，总有些国家唯我独尊，当他们的导弹呼啸而下时，连看也不想看一眼那些无辜的平民。
小到个人，有人竟然因为自己坐车过站，在行驶的公交车上殴打司机，导致一车人命丧黄泉！
在他们眼中，自己心中的那个“地球”很大，周围的那个“天穹”很小。在他们的心中，参考系只能是自己，不能是他人。
他们在伤害别人的同时，却也在不断品尝生活的失败，常觉配偶不贤、儿女不孝、国家不好、世界不安，正如“地心说”的坚持者，虽然也可以解释行星的运动，但那得不断地添加“本轮”，最多要加到80多个，作为普通人，我们哪有那样的数学功底呢。
其实，我们只需把参考系移动到太阳上，就能看到宇宙的简单与和谐，星空的浩渺与璀璨。更为关键的是，把参考系移到太阳上，一切豁然开朗，行星的运动不再神秘，一切只是在太阳引力作用下的顺理成章，世界由黑暗走向光明。
做人也一样，只需要把参考系离开一下自己，就能收获不一样的人生。所有为他人谋幸福的人，最终都能收获自己的幸福。
1.李白在《望天门山》中写道，天门中断楚江开，碧水东流至此回。两岸青山相对出，孤帆一片日边来。诗人是怎样通过参考系的转换来描写天门山险水急、雄伟壮丽的自然奇观，并抒发自己豪迈之情的？
2.汽车在行进过程中，驾驶员和乘客为什么有时会有汽车在“后溜”的错觉？如何确认“后溜”是真实的还是错觉造成的？
3.我们应该如何通过“参考系”合理选择和转换来更加客观、理性地处理学习、生活、工作中的问题？举例说明。