迷你物理学

本书分为上下两部分，上部分系统性地介绍了100个常见的物理概念，涵盖宇宙学、量子力学、热力学等，是简单易读的物理学入门读物，其中没有复杂的数学公式，读者可以轻松上手。下部分是关于物理学思维的内容。学习物理知识关键是习得它背后的思考方式。物理对人们世界观的改变是巨大的，所以作者选取了一些对自己有触动的话题放在书中，比如什么是科学之美、什么是混沌、什么是牛顿的世界观，等等。希望本书能让初学者轻松跨过物理学的门槛，开启探索自然的美妙旅程。

修饼，毕业于北京电影学院文学系，自2019年在网络科普物理知识。

物理学很热闹，它能让你看见黑洞、看见弯曲的时空、看见各种鬼魅的现象，符合大众猎奇的心理需求。刷短视频久了会让人感到虚无，但学物理久了会让人感到充实。学物理不失为一种很好的休闲娱乐方式。

序言 科普和我们有什么关系

几乎每个科普作者在做科普的时候，都会考虑到自己的受众和与之对应的风格，这里我想分享一下我做科普时的感受。

一、迷你

这本书的名字叫《迷你物理学》，它最重要的风格就是“迷你”，每个知识点的内容都追求尽可能短。我曾经收到一些朋友的疑惑，为什么要用快餐式的方式讲物理呢，这么短的篇幅很难把物理深奥的知识点讲明白，蜻蜓点水地学些粗浅的知识又有何用？

这就要看我们面对的受众是谁了，如果是在校物理专业学生、物理专业人士、资深物理爱好者，我想他们是不需要看这本书的，对于他们来讲书里都是一些近乎常识的内容。我脑子里构想的受众都是非物理专业人士，比如服装店店员、银行从业人员、电影工作者等。我在写作时会经常把自己的同事当作参照系，他们的工作跟物理没有一点儿关系，可以不用关心任何科学进展，照样能把生活过好，假设扔给他们一本厚厚的物理书，比如《费曼物理学讲义》之类的，他们是不会看的，内容太多意味着有很高的阅读门槛，就算耐着性子读下去，发现太难了就会立马放弃。对大部分人来说没必要费这么大劲来学习物理，所以内容短浅是让物理进入普通人视野最好的方式，只有尽可能降低学习门槛，减少阅读摩擦力，才能让物理更容易被接纳。在我过往的观念里，物理是中学教科书中枯燥的计算和复杂的概念，相对论、量子力学这些太难了，压根不是我们可以学的，但实际上，这些看似生涩的知识相当平易近人，完全不需要数学功底，光靠阅读理解就能了解它们的粗浅概念，所以我希望用一本书把物理学涉及的常见概念和它背后的哲学讲一讲。物理学可以学得很轻盈。

那普通人学一些粗浅的物理学有什么用呢？我的答案一直都是：娱乐。

娱乐是人的天性，学物理跟看电影、听音乐、打游戏是一样的，都是一种打发时间的方式，既然可以打游戏、看电影来消磨时间，为什么就不能学物理呢？我学物理的动因就是因为我太爱看热闹了，物理学就很热闹，它能让你看见黑洞、看见弯曲的时空、看见各种鬼魅的现象，符合我想要看稀奇的心理需求。刷短视频久了我会感到虚无，但学物理久了会感到充实。对于我来说，学物理是很好的休闲娱乐方式。我并不特殊，所以我猜一定还有很多人跟我一样，可以感受到学物理放松的一面。学习粗浅的物理知识，就是进入这条路的门槛。

既然学习粗浅的物理知识就可以了，那么为什么不直接看百度词条呢？一直以来，都有网友调侃我讲的内容就是从百度百科搬运来的二手知识。我其实想反驳一下。大家可以去查一下百度词条的物理词条，大多数知识点非常复杂，很少有小白能看懂的，比如百度对黑洞的解释是：“黑洞是现代广义相对论中，存在于宇宙空间中的一种天体，黑洞的引力极其强大，使得事件视界内的逃逸速度大于光速。故而，黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体。”这段话对于普通人来说非常拗口，像广义相对论、事件视界、逃逸速度、时空曲率这些词有一定的理解门槛，小白是看不懂的。所以，科普作者没有自己的话术是不行的。另外，百度词条的篇幅通常比较长，我倾向于“短平快”的内容，篇幅不同，意味着表达结构完全不同。

我不理解什么是二手知识，所有物理知识都是科学家一手研究再传播给他人的，如果非要论知识是否嫡出，除了科学家本人，其他人拿到的都是二手内容。知识就是知识，无论从哪里学到，只要是被精准传达的，都不应该贬值，我们就是要站在巨人的肩膀上传播他们的智慧结晶。当然，知识虽然无所谓一手、二手的，但表达方式需要一手的，我希望能找到自己的表达结构，至少我讲的内容必须是自己完全理解的，有我的自主知识架构的。

二、答案的层级

我在做物理科普时，总有网友说听不懂。确实我在解释问题的时候，有时会用一个复杂的概念去解释另一个复杂的概念，我并没有意识到我的解释本身也需要解释，同时为了压缩篇幅，没有足够的空间去把所有概念都说清楚，所以在做科普时，常常面临一个问题：究竟应该把答案解释到哪个层级，才能让读者看懂？

比如一个问题，苹果为什么落地？因为存在万有引力。那么为什么存在万有引力呢？因为地球质量太大，弯曲了时空，改变了周遭物体的运动方向。为什么地球质量大就可以弯曲时空，而苹果就不会？其实有质量的物体都会弯曲时空，只不过质量大的物体造成的弯曲程度大，质量小的物体造成的弯曲程度小到可以忽略不计。为什么有质量就可以弯曲时空？为什么物体会有质量？……

对每一个物理问题都可以像套娃似的，一层层追问下去，直到问出那个永远无法解答的问题，最后发现问题的尽头没有答案。你看，同一个问题的答案是有层级的，对于不同的人，想要得到的答案层级是不一样的，我很难掌握所有人想要理解的那个层面，只知道我自己感兴趣的层面，所以大部分时候，我只能不停地去回想自己当初刚学物理时的感觉，但其中的悖论在于，当我们真正学懂一个知识后，就很难回到不懂时的状态了，会忘记自己在不懂时是怎么想的。

比如，熵增是一个广为人知的热力学概念，但我曾经真的不理解什么是熵，认为它太抽象了，可我鬼使神差地在某一天突然茅塞顿开，明白了这个概念的来源及它在统计学上的意义。自此之后，我又开始不明白，为什么这么显而易见的概念，几年前的我就想不通，完全忘记了我作为小白时的茫然状态。所以做科普需要想象力，想象作为一张白纸的状态，学习如何“简易又准确地表述”。

三、表达的严谨性

科普到底是语文工作还是物理工作？我时常感觉做物理科普是在做语文题，因为理解基本的物理知识并不难，难是难在如何让表达不失真，需要在语言上精准定义物理概念，同时还要用尽量朴实的语言。可是，有些物理场景真的太抽象了，在传达的时候只能用近似的语言，包括教科书都在精准度上做了些让步，为了把知识点简化，势必会牺牲一些准确性。

比如电子，我上中学那会儿时常在物理课本上看到一张原子示意图，这张图上的电子被画成一颗小圆球围绕着原子核旋转，包括《生活大爆炸》的片头都用过这个画面，可实际上电子并不长这样，没有任何科学家直接观察过电子的形态。科学家通过观察射线的轨迹推导出存在一种带负电的粒子，这种带负电的粒子被命名为电子，电子真实的模样无从得知，至少可以确定电子不是圆球状的。这张原子示意图虽然不准确，但能很好地传播知识，便于理解。大家对原子形态理解个六七成就够了，如果真的很感兴趣，可以再找别的资料深入学习。除了电子，还有像自旋、量子叠加等概念在现实生活中找不到具象的对应，只能靠一些近似的描述来让人理解。

除了表达上的近似性，连物理本身都是一种近似的模型。物理是对宇宙的一种描述，宇宙过于复杂，做不到对任何细节都精确计算，只有建立一个模型便于我们理解，以及在一定程度上预测未来，理论值和实验值存在误差很常见，像一些复杂的非线性系统，如果不做近似的研究很难解析问题。

科学很难做到百分百精准，科普也不行。为了尽量减少表达上的失真，我养成了一些小癖好，比如会刻意回避使用比喻（但大部分情况下不得不使用比喻），因为比喻容易让意思走样，让大家理解错位；也尽量不讲故事，有些作者会为了降低理解难度，讲很多小故事，在故事里镶入科学道理，让读者脑补一些科学家在搞新发明时的场景和心理活动，这也是我不擅长且会刻意回避的。我担心太多的故事会稀释真正有效的信息；我也不习惯融入太多个人情绪化的描述，担心影响意思的传达。

对我来说，做科普就是在维系自己与科学的关系，之所以要维系这段关系，是因为它会让我体会到物理背后的精神，是快乐的。作为一个业余科普作者，我需要觉得自己是在从事科学事业，是科学传播者，是科学家的下游。

上 / 1
1． 黑洞 / 2
2． 白矮星 / 3
3． 中子星 / 5
4． 超新星 / 7
5． 流星和流星雨 / 8
6． 宇宙到底有多大 / 9
7． 红移 / 10
8． 暗物质 / 11
9． 暗能量 / 12
10． 宇宙微波背景辐射 / 13
11． 奇点 / 15
12． 引力的本质 / 16
13． 引力波 / 18
14． 史瓦西半径 / 19
15． 相对论 / 20
16． 狭义相对论 / 22
17． 广义相对论 / 24
18． 光速不变原理 / 26
19． 质能方程 / 28
20． 无法超越的光速 / 29
21． 宇宙中的超光速现象 / 31
22． 切伦科夫辐射 / 32
23． 钟慢尺缩 / 33
24． 双生子佯谬 / 36
25． 三大宇宙速度 / 39
26． 恒星测距 / 41
27． 潮汐力 / 43
28． 洛希极限 / 45
29． 拉格朗日点 / 46
30． 温度的本质 / 49
31． 热力学第零定律 / 50
32． 热力学第二定律 / 51
33． 麦克斯韦妖 / 53
34． 热寂 / 55
35． 布朗运动 / 56
36． 电磁波 / 57
37． 电磁波谱 / 59
38． 焰色反应 / 61
39． 辐射 / 62
40． 核裂变 / 64
41． 核反应堆 / 66
42． 原子弹 / 67
43． 对撞机 / 69
44． 可控核聚变 / 70
45． 氢弹 / 71
46． 中子弹 / 72
47． 钴弹 / 73
48． 放射性衰变 / 74
49． 火箭 / 76
50． 弹道导弹 / 77
51． 卫星 / 78
52． 全球导航卫星系统 / 80
53． 宇宙飞船、航天飞机、空间站 / 83
54． 稀土 / 86
55． 石墨烯 / 87
56． 黑体辐射 / 89
57． 物理学的两朵乌云 / 90
58． 量子力学 / 92
59． 基本粒子 / 93
60． 4种基本作用力 / 95
61． 波粒二象性 / 97
62． 单缝衍射实验 / 99
63． 双缝干涉实验 / 101
64． 光电效应 / 104
65． 光子 / 106
66． 电子云 / 107
67． 不确定性原理 / 109
68． 概率波 / 111
69． 薛定谔方程 / 112
70． 薛定谔的猫 / 113
71． 平行宇宙 / 115
72． 自旋 / 117
73． 量子纠缠 / 120
74． 量子隧穿 / 122
75． 泡利不相容原理 / 124
76． 上帝粒子 / 126
77． 反物质 / 128
78． 诺特定理 / 129
79． 宇称不守恒 / 132
80． 上帝掷骰子吗 / 134
81． 真随机和伪随机 / 136
82． 普朗克长度 / 138
83． 真空不空 / 140
84． 绝对零度 / 141
85． 一秒钟的长度 / 142
86． 激光 / 143
87． 半导体 / 145
88． 声控灯 / 147
89． 二极管 / 148
90． 太阳能电池 / 151
91． 芯片 / 153
92． 光刻机 / 155
93． 超导体 / 156
94． CT / 158
95． 核磁共振成像 / 159
96． 彭罗斯三角 / 161
97． 伯努利效应 / 163
98． 船吸现象 / 165
99． 虹吸现象 / 166
100． 湍流 / 168

下 / 169
101． 宇宙是个单行道：熵增 / 170
102． 混沌中的秩序 / 177
103． More is Different / 182
104． 迷你物理史 / 187
105． 牛顿宇宙的破绽 / 206
106． 科学的审美 / 213
107． 迷信科学？ / 221
108． 量子计算机和量子通信 / 228
109． 物理这门语言 / 233
110． 悖论和佯谬 / 240
111． 探索的勇气 / 245