本书为年轻人献上了一堂精彩的物理通识课，分为经典物理篇、近代物理篇两册。全书从时间、空间等基本概念开始讲起，基于粒子宇宙图景、力学逻辑等核心思想，构建起质量、能量、动量等相对复杂的概念。在这个框架下，本书用简单的原理和公式解释了日常生活中的直观现象，逐渐搭建起一座物理学大厦。作者用生动通俗的语言描述了搭建物理学大厦的每一步，让我们明白物理学家是如何思考的，物理学又如何通过一步步实践变成今天的样子。本书用这种循序渐进的方式，把物理学的基本逻辑和思维方法传递给读者。
本书适合对物理学感兴趣的所有读者阅读。

赵智沉
高能理论物理博士，专业方向为弦论、超对称、超引力、黑洞。现任软件工程师。
本科毕业于北京大学元培学院，博士毕业于密西根大学物理系、理论物理中心。

第1章 什么是物理学
第2章 时间与空间
第3章 粒子宇宙图景
第4章 运动学
第5章 力
第6章 基本作用力
第7章 能量
第8章 简单机械
第9章 对称
第10章 动量、角动量、对称与守恒
第11章 声音
第12章 热
第13章 熵
第14章 原子结构
第15章 电
第16章 电和磁
第17章 光
第18章 生活中的物理学
第19章 机械宇宙图景
附录

这种对抗变化的普适性
给人一种强烈的印象：纷繁
变幻的世界被一条永恒不变
的客观规律支配着，而物理
学就是人类寻找并使用数学
语言书写这条规律的学科。
这种印象抹去了物理学在大
众眼里的历史性。既然存在
一个终极理论，而物理学是
不断逼近这个终点的旅途，
那么过去的理论相对当今理
论而言是模糊、狭隘甚至完
全错误的。如果学习物理学
的目的是追问那个终极理论
，那么当下的理论体系就是
最好的近似，了解它就足够
了。
于是，无论物理学教科
书还是科普书，通常都呈现
给读者一幅静态的剖面图，
描述着当下这个“最好”的状
态。“静态”有两个方面：一
是忽略理论在发展过程中留
下的历史印记，以及时代思
潮对物理学家产生的微妙而
深刻的影响；二是缺失物理
学内部不同分支之间的核心
概念、理念和图景的密切关
联（尤以力学对其他学科的
影响为甚）。于是，读者常
常不假思索地接受当代物理
学的时空观念、力学的基础
地位、粒子宇宙图景、机械
宇宙图景、“实体”的指称等
，而不清楚它们如何从一些
朴素、原初的体验和观念一
步步发展到今天。我们只看
到了恢宏的大厦，但没有看
到脚手架拆除之前的样貌。
一些物理科普作品还有
一种倾向：将物理学奇观化
，并将物理学科普书调配为
满足猎奇心理的“快餐”。物
理学在20世纪经历了两场革
命：相对论和量子力学的提
出，推翻了牛顿经典力学的
地基，奠定了现代物理学理
论的基础。这两个理论分别
在高速世界和微观世界呈现
出我们在日常生活中无法体
验的新奇现象，它们所依赖
的理论基础和衍生出的概念
也是相当奇特的，黑洞、虫
洞、时空扭曲、双生子佯谬
、薛定谔的猫、高维时空、
多重宇宙等很多概念甚至借
助文艺作品成为流行文化的
一部分，其意向也常常超出
了严格的物理学概念。然而
，有些科普作品成功地渲染
了这些理论的奇异性质，却
没有试图解释背后合理、严
谨的原则和观念，以及它们
从经典物理理论汲取的丰富
养料。仿佛在20世纪初，物
理学家从钟表匠摇身一变成
为魔法师，以违背常识的特
异思维从事着天马行空的研
究工作。
我希望本书能带来一些
新的科普阅读体验。在上册
中，我试图从时间、空间、
运动、力、声音、冷热等日
常原初体验出发，从零构建
一套基于力学的理论体系。
我希望你能参与到这座大厦
的设计和构建过程当中，而
不只是跟随导游浏览完工后
的作品。我花了很多笔墨剖
析那些不那么“新奇”的理论
，这是因为它们贯穿了物理
学的很多核心观念和方法，
为许多前沿理论提供了丰富
的养料。当读到下册中的那
些新奇的理论时，你会看到
很多熟悉的身影，不会觉得
它们毫无根据且异想天开。
从电磁学开始，推进物
理学发展的实验会脱离日常
经验的范畴。此时，我会将
视角投向历史，梳理理论演
进的历史脉络，试图还原一
些关键历史节点上的灵光、
混沌、踌躇、粗粝，一些跨
越时代的思辨，一些后知后
觉的革新。
当然，本书并不承诺能
翔实地梳理物理学史，这实
在超出了我的能力。这依然
是一本立足于当今物理理论
的科普书，我在此基础之上
尽可能地补充一些历史脉络
，强调贯穿各个理论的核心
观念，也会跳出理论框架，
从科学哲学角度审视理论大
厦。本书不是对当今物理学
的全面概述。我在博士阶段
研究的课题是高能理论物理
，对一些不太了解的领域（
例如凝聚态）只好略过，还
有一些非常前沿的话题，需
要相当深厚的数学功底才能
理解，有些还未得到实验的
检验，本书也只能略过。
抛开巨大成功不谈，物
理学是一门优美的学科，也
是一门非常艰深的学科。我
无法承诺你读完本书就能理
解物理学，但我努力不给你
“读完本书就能理解物理学”
的错觉。我希望将物理理论
中非常重要但相当晦涩抽象
的部分尽量诚实地呈现给你
，为你设计一条尽量平缓的
路径，去试着攀爬一下理论
的高峰，然后俯瞰周遭风景
，而不只是远远地透过云山
雾罩指一下若隐若现的峰顶
。为此，我心目中的读者是
接受过高等通识教育、对于
抽象概念有一定接受和思考
能力、非物理专业的物理学
爱好者。我不避讳在书中引
入数学公式，但不会超出四
则运算的范围。我认为数学
公式在很多时候是最简洁、
最明晰、最准确的解释途径
。我不认同“简洁的科普不
需要数学公式”的说法，尤
其是我认为本书的读者拥有
基本的数学阅读能力。
比喻是科普作者常用的
方法，但我非常谨慎地使用
。比喻方法可行的前提在于
，作者和读者在本体、喻体
和比喻关系这三者上有着高
度的默契；而这在著书中非
常困难，因为我无法预计读
者的认知背景。当作者用一
个日常概念（比如被重球压
凹陷的床单）比喻物理概念
（比如非平直时空）时，他
的脑中有一个明确的范围，
即哪一部分是可以类比的，
以及类比在多大程度上是准
确的；然而作者在使用比喻
时常常略过了这些重要信息
，读者则只能按自己的习惯
自由发挥，导致很多过犹不
及的误解。因此，在