影响物理发展的20个大问题

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“20个大问题”系列的每《影响物理发展的20个大问题》均由相关领域的专家学者执笔，通过对某一学科里20个最根本的问题的解答和讨论，介绍了学科发展的历史，勾勒出整个学科的概貌。针对每个精心挑选的问题，书中不仅做出详尽而富有启发的解释，还不失时机地穿插了妙趣横生的历史故事，令读者在不忍释卷的阅读体验中畅游科学的奇妙世界。
《影响物理发展的20个大问题》是该系列的物理卷，通过20篇生动精炼的随笔，阐述了物理学中最根本、最深刻的一系列“大问题”，让大家不仅充分了解这门深奥且历史悠久的学科，而且对物理学的著名人物和重大事件有了更好的认识。
薛定谔的猫究竟怎么了？上帝粒子是什么？自然界中最强的力是哪一种力？四维时空是什么样子的？这些简单的疑问带领我们进入物理学的各个分支，去追本溯源，了解学科的发展轨迹。书中涉及的内容兼顾了知识性和趣味性，既有理论阐述，又有生动的历史，极具可读性。让我们沿着大师们的足迹，去探索物理学的奥秘与真谛吧。
这是一本物理科普书。作者通过20 篇短文，介绍了物理学的起源及意义，其中涉及混沌理论、薛定谔的猫、引力、物理粒子、双逢实验、能量守恒等伟大的思想和系统。内容涵盖物理学发展史的方方面面，生动有趣，让读者为其深深吸引。
《影响物理发展的20个大问题》适合于对物理学感兴趣的各个层次的读者阅读。

Michael Brooks 量子物理学博士，《新科学家》杂志的物理学及宇宙学顾问。曾在剑桥大学、美国自然历史博物馆及纽约大学举办科普讲座。《卫报》、《独立报》及《观察家报》等媒体都曾刊载过他的文章。除本书外，他还著有13 Things That Don't Make Sense。

《影响物理发展的20个大问题》
1 物理学的意义何在？
——无处着手的问题，意料之外的回报，以及对于已有理解永无休止的追问 1
2 什么是时间？
——演进、无序与爱因斯坦的弹性时钟 12
3 薛定谔的猫究竟怎样了？
——量子物理学与实在之本性 24
4 苹果为什么会下落？
——引力、质量与相对性之谜 35
5 固体真是实心的吗？
——原子、夸克以及从指缝间溜掉的固体 45
6 为什么没有免费的午餐？
——能量、熵以及对永恒运动的求索 55
7 一切归结为随机？
——不确定性、量子实在与统计学可能具有的作用 64
8 什么是上帝粒子？
——希格斯玻色子、LHC以及对于质量之含义的求索 75
9 我是独一无二的吗？
——我们所处宇宙的界限，以及对平行世界的寻找 85
10 我们能够进行时间旅行吗？

　　奋战数月，总算将译稿完成，掩卷之余，心底仍不免几分荡漾。故而虽自知学识有限，仍不免发几句如鲠在喉之言。
　　这是一本讲“大问题”的书。尽管很难为“大问题”下定义，但是我们确实有足够的理由借用希尔伯特于1900年时的演讲，来为“大问题”做一番至少是描述性的界定。即，一个“大问题”应该满足三个必要条件：清楚而易于理解（“能向在大街上遇到的第一个人解释它”），困难但并非不可解决（“在通向那条隐藏真理的曲折道路上……指引我们前进的一盏明灯”），在多个看似不同的知识领域之间建立联系。值得注意的是：希尔伯特本人正是20世纪上半叶促进物理学前沿完成公理化进程的先行者之一。
　　浏览一下目录便会发现，本书作者所要讲的正是这样的大问题。时间、光、固体与实心性质、随机性、“我”的唯一性以及自然界的种种作用力，无不是耳熟能详的概念，但也无不是令人感到“望山（却又）不是山”的问题。对这样一些问题的深入考察，也注定会超越单纯的某一具体学科。
　　以“什么是时间”为例，作者一上来便开始谈人对于时间流逝的心理感受及其生理学基础，这种看似迂回的写法恰恰凸显出了思考这个问题的必要性，因为有太多的因素会扭曲我们的感觉，“校准”问题便成为迫在眉睫的问题，由此自然会导向对于“什么是时间”问题的重新审视。
　　在“模拟世界”这一主题中，作者表现出对于各个相关领域中已有思考成果的热情和包容（对于一位量子物理学专业的博士来说，这多少算是一种意料之中的宝贵品质）。他引述了一位哲学家的论述，同时又结合物理学中的各方面探索来加以分析，这种构建跨学科思考的视野显得格外可贵。
　　本书贯通脉络，直抵前沿。近现代以来，科学领域中的思想观念和技术方法一直在以难以想象的速度和规模发生着变化。这给科学的普及（也包括基础教育）带来了巨大的挑战：如何以更有效的方式将这些新的成果表达给尽量多的人，以及更重要的，还要使大家确实理解其中的道理？
　　作者在关于“地磁屏蔽”的章节里做出了绝佳的示范。这一章的内容包括地磁观测的早期努力，地磁变化的现代模型研究，动物磁场，太阳风及其对行星的影响，甚至还有对于考古学成果的分析！如此丰富的内容，靠什么线索能够将其串成完整清晰的结构呢？事实上，一切都归结为“地球磁场的存在与演变”这一基本问题。以此为干，相关子问题为枝，各方面的成果自然附着其上，一目了然。
　　以“大问题”串领主线的方法，可以很自然地导向最前沿的成果，使读者越过很多技术性细节的困难而把握到其思想实质。作者在文中引述了不少最近十几年的新成果，但是读者在阅读时并不会觉得难懂，而且很自然地对于当代科学前沿产生向往之心。料想如有少年人因读此书而立志献身科学，实在是再合理不过之事。
　　最后谈谈我作为教育工作者的一点个人体会。作为基础教育领域的一名小兵，在完成本书的全部翻译工作之后，译者忍不住有一点感想。众所周知，自20世纪初以来，现代科学与社会的相互作用方式逐渐进入“大科技”模式。由此导致的后果是，在任何一个真正尊重最广大公民群体基本权益的文明社会中，科学家群体必须要靠努力“推销”科学才能赢得自身的生存空间。原因在于，基础研究需要充分的前期投入和后期转化才能变成（有时甚至不会变成）经济效益，因此，科学家只有将自己的成果以真实、自然更要简明的形式推介给大众，才有可能赢得纳税人的信任和支持，从而维持研究所必需的资金投入。其后果之一，便是造就了“大学者写小书”的高水平科普传统。基础科学领域中总不乏如理查德?费曼或乔治?伽莫夫一般文采飞扬之人，一旦有了阳光和土壤，丰收乃意料中事。在这样的带动之下，科普作家队伍的实力飞速增长，进而提高了读者的品味，水涨船高，形成良性互动之势。
　　一般来说，科普写作可能会存在两个方面的困难：高手名家擅雅乐，难为下里巴人之音；“半瓶酸醋”好妄语，徒成误人子弟之文。解决之道，大约只能求助于“高手名家”能够多多奋笔。只因写的明白人多了，总体水平自然逐渐高起来，才有可能形成良性循环。当然，要推动这种风气，还需要其他方面的积极促成。
　　最后，向参与本书编辑、校订工作的人民邮电出版社的相关人员表示真诚的谢意。
　　王耀杨
　　
　　

　　物理学之美浓缩于下面这个简单事实之中：就算是一个孩童，也能问出令一众教授都无法作答的问题。事实上，物理学中的“大问题”很像是干草堆中的干草。一说起物理学，好像就没有什么东西能算是小问题。看似无足轻重的疑问或尝试经常能够引出深刻的洞见。
　　有些问题可能只是前进了很小的一步，例如从物理学定律是否可能会改变或者被打破再到造物主是否存在。但它也许并不止于此。物理学告诉我们，造物主不一定就是神明；我们可能生活在如蜂巢般的无穷多个宇宙之中，每一个都是由仅比其中最伟大的造物稍微高级一点的智慧物种所创造的。甚至我们自己也会注定成为自己的宇宙的造物主。
　　熟悉了这些宏大的主题，你就不会奇怪为何我们这一代人中最出色的科学家全都投身于物理学中。阿尔伯特?爱因斯坦几乎是在一夜之间就声名大震，因为他的相对论改变了我们的宇宙观。卡尔?萨根的电视节目《宇宙》一直是公共电视频道最热播的系列节目之一。理查德?费曼对于挑战者号航天飞机灾难背后的物理因素所作的精彩评论展示出这一学科的实用知识可以具有多么强大的力量。斯蒂芬?霍金在他的杰作《时间简史》中所呈现出来的成果使那些以往从未关注过科学的人们激起了理解科学的渴望。大概也只有DNA的发现者们能够与之比肩了。
　　但不得不承认的是，人们通常还是会对物理学心生畏惧。如果我在一次闲聊中提到自己是一名科班出身的物理学工作者，那么人们的情绪反应通常都比较怪异，既钦佩又尴尬。尽管人们会向任何一个努力去理解宇宙的人表示崇敬，但是似乎有很多人认为这门学科完全超越了自己的理解范围。“哦，”他们说，“我从未真正理解过物理学。”
　　如果你想起自己也说过这样的话，那么本书将有望改变你的想法。也许物理学中最深藏不露的秘密就是，对于任何人来说都有太多的东西需要去理解。但这可不是个问题，而恰恰是物理学的魅力之源。
　　物理学中值得探索的东西太多了，因此一旦被她抓住了想象力，你就很难再脱身而去。墙壁上的钟表变成了象征时间那迷幻本质的标志。阳光是由被称为核聚变的绮丽炫目的粒子狂舞所导致的结果。当雨滴落向大地时，你会简单地自问一句“为何如此”，而对于答案的探寻则会使你流连于最漫长的暴风雨之中。向日葵的生长方式诠释出能量守恒的道理，告诉我们光的性质是如何塑造了地球上各种生物的形态。再问一句，光究竟是什么，那么你就窥探到了被公认为是自然界最玄妙的秘境。
　　本书的目的是为了说明一些简单的问题是怎样引领人类作出有史以来最深刻的一些发现。它们包含着你可能未曾在课堂上学到过的物理学知识：这门学问中真正的关键所在，物理学的内涵，对于宇宙我们都了解了哪些，还有哪些尚待探索。卡尔?萨根曾说过：“在某个地方，总有一些不可思议的东西等着我们去发现。”如果可以的话，让这趟发现之旅从此时开始吧。
　　

　　本书精巧实用，是阐释物理学所研究的最根本问题的科普书。书中的问题和解答都非常切合当前学科发展，可作为当代物理学的实用性概览。
　　——亚马逊读者评论