这是一部宏伟的物理史诗，它是一连串将在后代中闪耀的名字。他们是：牛顿、高斯、黎曼、麦克斯韦、阿尔伯特·爱因斯坦、杨振宁、拉马诺扬、霍金......
物理学是一座大厦，大厦的居民都是自然界中的物理现象。居民不是随意分布在建筑物中，而是由物理学家安排在每个房间里。这座大厦的基础是力学，在此基础上开发了声学、光学、热学和电磁学。建筑结构紧凑稳定，能经受住各种实验的考验。- 这是经典物理学。
在经典物理学面临危机的时候，包括阿尔伯特·爱因斯坦在内的一大批年轻英雄纷纷站出来，提出新颖奇特的理论，重塑物理大厦的基础，从而诞生了相对论、量子力学和量子场论。狭义相对论揭示了接近光速的运动定律;量子力学描绘了接近原子大小的微观世界;量子场论将两者结合起来。除此之外，广义相对论取代了牛顿的万有引力定律，成为描述引力的基本理论。- 这就是现代物理学。
今天，新的物理大楼仍在建设和改进中。
赵志深，北京大学元培学院物理学博士和密歇根大学高能理论物理学博士，分为经典物理学和现代物理学两卷，以生动通俗的语言描述了建造物理大厦的每一步，让我们了解物理学家是如何思考的，以及物理学是如何通过一步步的实践变成今天的。
来源 |什么是物理学：通过物理学的镜头看世界（一套 2 卷）。
作者 |赵智深
文章 |前言：为什么要写一本关于物理学的科普书？
普遍和可靠是人们对物理学的普遍印象。
这种普遍性和可靠性与数学不同。后者是一座毋庸置疑的、非此即彼的理论大厦，完全建立在人类心灵的世界中。数学定理中没有“时空性”。我们无法想象物理学家写过哪些文章，一个数学定理只在 2022 年的海南岛是正确的，而在其他时间和地点是错误的。
然而，物理学面对的是外部世界，即存在于时空中的外部世界。物理定律在任何时间、任何地点都有被事实推翻的风险。如果有一天太阳从西边升起，大家都会感到震惊，但还是可以想象的。尽管如此，物理定律以简洁、通用（即数学）的语法描述世界定律，并在尚未发生的任何时间和任何地点以非常精确的方式进行预测。预测有时会失败，但经过反复的修正和改进，人们对物理理论的信心会增强。
这种对变化的普遍抵抗给人一种强烈的印象，即不断变化的世界是由永恒不变的客观定律支配的，而物理学是人类用数学语言找到并书写这条定律的学科。这种印象抹去了物理学在公众眼中的历史性。既然有一个终极理论，而物理学正在朝着这个目标迈进，那么与今天的理论相比，过去的理论是模糊的、狭隘的，甚至是完全错误的。如果研究物理学的目的是质疑终极理论，那么目前的理论体系是最好的近似值，理解它就足够了。
因此，物理教科书和科普书籍通常都会向读者展示一个静态横截面图，描述当下的“最佳”状态。“静态”有两个方面：一是忽视了理论在发展过程中留下的历史印记，以及时代精神对物理学家微妙而深远的影响;二是物理学不同分支的核心概念、概念和景观之间缺乏紧密的联系（尤其是力学对其他学科的影响）。于是，读者往往不假思索地接受了时空的概念、力学的基本位置、粒子宇宙的图景、机械宇宙的图景、当代物理学中“实体”的命名，不知道它们是如何从一些简单原始的经验和概念一步步发展到今天的。我们只看到了宏伟的建筑，但没有看到拆除前的脚手架。
一些关于物理学的科普作品也具有把物理学搞得壮观的倾向，把物理学的科普书籍当作“快餐”来满足好奇心。物理学在 20 世纪经历了两次革命：相对论和量子力学，它们推翻了牛顿经典力学的基础，奠定了现代物理学理论的基础。这两个理论分别呈现了我们在高速世界和微观世界中日常生活中无法体验到的新奇现象，它们所依赖的理论基础和衍生的概念也相当奇特，如黑洞、虫洞、时空扭曲、孪生悖论、薛定谔猫、高维时空、多元宇宙等众多概念甚至借助文艺作品成为流行文化的一部分， 他们的意图往往超越了严格的物理学概念。然而，一些科普著作成功地夸大了这些理论的奇异本质，却没有试图解释其背后理性严谨的原则和概念，以及它们从经典物理理论中汲取的丰富滋养。似乎在 20 世纪初，物理学家从制表师转变为魔术师，以违背常识的独特头脑从事异想天开的研究。
希望这本书能带来一些新的科普阅读体验。在第一卷中，我试图根据时间、空间、运动、力、声、冷和热的原始日常经验，从零开始构建一个基于力学的理论体系。我希望您成为这座建筑的设计和施工过程的一部分，而不仅仅是在导游的带领下参观完成的作品。我花了很多时间剖析那些不那么“新奇”的理论，因为它们贯穿了物理学的许多核心概念和方法，为许多前沿理论提供了丰富的滋养。当你阅读下一卷的小说理论时，你会看到很多熟悉的人物，你不会觉得他们毫无根据，异想天开。
从电磁学开始，推进物理学的实验与日常经验的领域分离。此时，我将把视角转向历史，梳理理论演化的历史脉络，尝试还原一些关键历史节点的灵气、混沌、犹豫、粗糙，一些跨时代的猜测，以及事后的一些创新。
当然，这本书并不保证是对物理学历史的详尽回顾，这超出了我的能力范围。这仍然是一本以当今物理理论为基础的科普书籍，在此基础上，我会尽可能地加入一些历史脉络，强调贯穿每个理论的核心概念，也会跳出理论框架，从科学和哲学的角度来审视理论大厦。本书并非旨在全面概述当今的物理学。在读博士期间，我学习的是高能理论物理学，我不得不跳过一些我不太了解的领域（比如凝聚态），还有一些非常前沿的课题，需要很多数学技能才能理解，还有一些还没有经过实验检验，在这本书中我只能跳过。
撇开巨大的成功不谈，物理学是一门美丽的学科，但它也是一门非常困难的学科。我不能保证你读完这本书后会理解物理学，但我尽量不给你一种读完这本书后你会理解物理学的错觉。我想尽可能诚实地向你介绍物理理论中非常重要但相当晦涩的抽象部分，并为你设计一条尽可能平缓的道路，尝试攀登理论的高峰，然后俯视周围的风景，而不仅仅是透过云雾指向若隐若现的山峰。为此，我牢记读者是接受过更高通识教育，具有一定接受和思考抽象概念能力的物理爱好者，不是物理专业的。我并不回避在书中介绍数学公式，但我并没有超出四种算术的范围。我认为在许多情况下，数学公式是解释它们的最简洁、清晰和准确的方法。我不同意“简明科学不需要数学公式”的说法，特别是因为我认为这本书的读者具有基本的数学阅读技能。
隐喻是科普作家常用的方法，但我非常谨慎地使用它们。比喻法可行的前提是作者和读者对本体、隐喻和隐喻关系有高度的默契。而这在写书中是非常困难的，因为我无法预测读者的认知背景。当作者使用一个日常概念（例如被沉重的球压陷的床单）作为物理概念（例如非平坦的时空）的隐喻时，他的脑海中有一个清晰的范围，即哪些部分是相似的，以及类比在多大程度上是准确的;但是，作者在使用隐喻时，往往会跳过这些重要的信息，让读者按照自己的习惯自由发挥，导致很多太多的误区。所以，在使用隐喻的时候，我尽量去解释隐喻的关系和应用程度，所以你会看到很多“这个隐喻的不恰当是......”的表达。
与比喻方法相关的是日常概念和物理概念之间的区别，尤其是当它们使用相同的词（例如，时间、空间、质量、能量）时。一方面物理学家写过哪些文章贝语网校，人们自然会把日常概念的意图误解为物理概念。另一方面，物理学的巨大成功往往伴随着世界图景对日常概念的引导甚至侵蚀，这使得人们缺乏想象不同视角的能力。我花了很多时间试图辨别基本的物理概念，它们与日常概念有何不同，以及它们的含义在整个历史中是如何演变的。这样做不仅是出于严谨，也是为了传达这样一种观点，即物理学是一种看待世界的视角和方式，但它不是，也不应该是，唯一的视角和方法。物理学具有无与伦比的普遍性和可靠性，并且也有明确的界限。我认为，了解物理学无法回答的问题与了解物理学可以回答什么以及物理学如何回答这些问题同样重要。
物理学是一门美丽的学科，但它也是一门非常困难的学科。它提供了一种对世界的理解，一幅普遍、准确、简洁、有时直观、有时晦涩难懂的画面。这不是一件容易理解的事情，但肯定是值得付出努力的。我想通过这本书带你踏上这样的旅程。