在这本书中，高能物理学家李学潜教授从牛顿力学讲起，简明介绍了电磁学与统计物理学、狭义和广义相对论、量子物理、量子场论、粒子物理学以及高能天体物理学的相关知识和重要的进展。此外，本书还剖析了物理学与数学的关系，以及物理学与科学技术各领域的发展和人类文明发展的密切联系，给读者绘制了物理文化与人类文明的绚烂多彩的图景。
本书涵盖的内容虽然广泛，但通过作者通俗易懂、深入浅出的讲解，能让爱好物理学的中学生、大学生从书中体会到物理学的魅力。

李学潜，1944年生，1967年本科毕业于南开大学物理系，1985年于美国明尼苏达大学获博士学位，1985～1987年在中国科学院理论物理研究所做博士后，1987年于南开大学物理系执教。现任教授、博士生导师，主要从事高能物理学唯象理论研究，发表学术论文150余篇。曾任天津物理学会副理事长和全国高能物理学会常务理事。

第一章 从牛顿开始
牛顿开启了物理学的大门
牛顿力学的应用和哲学意义
开普勒的行星运动三大定律和牛顿的万有引力定律
光是粒子还是波
牛顿在物理学、数学等各方面的涉猎
第二章 物理学的实验和理论研究
粗粒化和微扰论——误差的存在和分析
镜像法——看得见的数据
材料的检验
信号——远程传输和测量
再论加速器
利用微扰论验证理论
第三章 当数学遇到物理学
数学在物理学中的重要作用
几何和代数
万物皆数
对称和非对称
微分几何和量子场论
第四章 麦克斯韦理论
电、磁研究塑造现代文明
麦克斯韦方程组
电磁波和光、反射和折射规律，以及干涉、衍射
迈克尔逊-莫雷实验，否定了电磁以太的存在
第五章 相对论
光速不变的秘密
“同时”不同时——时间的相对性
相对论的直接验证
狭义相对论的应用
广义相对论
黑洞与奇点
引力波
虫洞
未来的星际旅行
第六章 认识宇宙
人类在宇宙中的地位
太阳
恒星的死亡过程
宇宙的创生和演化
正反物质的不对称性
暗物质与暗能量
第七章 统计物理的古怪研究
统计对物理学有多重要
微观和宏观世界的桥梁
多体问题
熵的引入和热力学第二定律
负熵告诉你，人为什么会衰老和死亡
相变
细胞、染色体和DNA
什么是生命？
COVID-19的传播和变异
第八章 玄妙的量子物理世界
黑体辐射
旧量子论和新量子论
不确定性原理
纠缠态和远程传输
量子计算机
量子力学的局限性，二次量子化和量子场论
再论冠状病毒的变异（量子力学）
第九章 基础物理是理解世界体质的工具
关于物理学
夸克模型的建立
粲偶素粒子开拓人类对物质结构的新认知
新夸克结构
4种相互作用与杨-米尔斯理论
对称性和对称性破缺
现有理论的缺陷
微扰和非微扰，物理的解析和数值表述
第十章 中微子的故事
中微子的发现
太阳中微子“丢失”之谜
中微子物理可以为人类造福
结束语：终极真理是否存在
后记与致谢

物理学是自然科学中重
要的基础学科之一。它以实
验为基础，借助物质、能量
、空间、时间等基本要素，
研究物质的基本结构、物质
之间普遍的相互作用、一般
的运动规律以及所使用的实
验手段和思维方法。物理学
从17世纪作为一门学科诞生
之日起，迄今经过300多年
的发展所取得的辉煌成就引
发了一次又一次的产业革命
，从而极大地丰富了人们对
物质世界的认识，引领无数
科学技术领域的开拓和创新
，有力地促进了人类文明的
进步。正如国际纯粹物理和
应用物理联合会第23届代表
大会的决议《物理学对社会
的重要性》指出的，物理学
是一项国际事业，它对人类
未来的进步起着关键性的作
用，包括探索自然、驱动技
术、改善生活以及培养人才
。
“物理”一词最早出自希
腊文φυσικ，原意是指自然
。起初欧洲人（如牛顿）称
物理学为“自然哲学”。汉语
、日语中“物理”一词源自明
末清初方以智的百科全书式
著作《物理小识》。其实在
约公元前2世纪的《淮南子·
览冥训》的论述中就出现了
“物理”一词的粗浅含义，泛
指一切事物的道理，或称万
物之理。著名物理学家李政
道教授曾引用唐代杜甫《曲
江二首》中的诗句“细推物
理须行乐，何用浮名绊此身
”来说明物理一词在盛唐即
已出现。中文中的“物理”二
字，通常认为是取“格物致
理”四字的简称，即考查事
物的形态和变化，总结研究
它们的规律的意思。
记得从20世纪中叶起，
国内流传一句尽人皆知的警
句：“学会数理化，走遍天
下都不怕”。可见当时国人
对于物理、数学和化学的重
视。遗憾的是，到了80年代
以后，基础课程只剩下数学
，甚至关于在中学要不要选
修物理，也成了争论不休的
话题。
当前，我国正处于时代
转换的关键交汇点，向着全
面建成社会主义现代化强国
的第二个百年奋斗目标全力
推进的重要历史阶段。十四
亿同胞为了实现中华民族复
兴的中国梦而不懈奋斗。尽
管新冠病毒在全球肆虐，国
际环境异常复杂严峻。特别
是美国把我国看作主要的竞
争对手，在政治、经济、军
事各个领域施加越来越大的
压力。
当然也要看到，世界新
一轮科技革命和产业变革，
使我们面临千载难逢的历史
机遇。在这样的背景下，迫
切需要我们在科研和教学第
一线拼搏的科学家，在出色
完成承担的各项国家任务从
而对物理学等基础学科的发
展做出应有的贡献的同时，
不忘自己肩负的科普使命和
社会责任，发挥自身的专长
和优势向公众传播科学知识
，帮助提高全民的科学素养
。物理学是现代科学技术发
展的基石，是理工科各门专
业课程的最重要的支柱。因
此，大力发展基础物理学的
研究和普及，从而带动科学
的发展，推动文化、经济和
社会的发展，推动人类文明
的进步，直接关系到我国实
现中华民族伟大复兴的目标
。
在这种形势下，我们非
常地期待这本物理学的高级
科普读物的出版。在这本书
中，作者从牛顿力学讲起，
然后简明介绍了经典电磁学
与统计物理学、狭义和广义
相对论、量子物理、量子场
论、粒子物理学以及高能天
体物理学的相关知识和重要
的进展；剖析了物理学与数
学的关系，以及物理学与科
学技术各领域的发展和人类
文明发展的密切联系，给读
者绘制了物理文化与人类文
明的绚烂多彩的图景。作者
为南开大学著名理论物理学
家李学潜教授，他潜心研究
粒子物理和宇宙学50多年，
出色完成了近200篇在国内
外有影响的学术论文，培养
了几十名博士和硕士研究生
，其中不少成为千人计划、
百人计划、优青与杰青的中
选者。
李学潜教授多年来以极
大的热情积极投入物理学的
科普工作，除了翻译一些诺
贝尔奖获得者的科普名著外
，还撰写了多部科普作品，
并以视频形式给公众解读难
度比较大的一些高级科普著
作，深受读者欢迎。多年来
李学潜教授一直担任现代物
理杂志的编委，对于推进我
国物理学的科普工作，做出
了突出的贡献。如今虽已耄
耋之年，但仍精神抖擞、孜
孜不倦、耕耘不止。
本书的读者对象是爱好
物理学的中学生和低年级的
大学生或非物理专业的大学
生。其显著的特点是涵盖的
内容非常广泛，而且涉及很
多现代物理的抽象的概念。
虽然这些内容听起来很难，
但是通过作者通俗易懂、深
入浅出的讲解，相信能让本
书的读者有不小的收获。全
书叙述风格平易近人，犹如
家常聊天，娓娓道来，其中
还穿插一些趣闻，不会让读
者觉得枯燥乏味。此外，为
了尽可能地保证内容的科学
性和严谨性，作者没有刻意
丢弃公式。尽管这些公式从
数学角度来看会带来一定的
困难，但由于经过了作者的
精挑细选，把公式数量压到
了最小，因此对于阅读不会
造成太多的障碍。最后值得
指出的是作者尝试用现代物
理讨论新冠病毒传播的基本
特点，尽管没有给出明确的
结论，但也让人耳目一新，
受益匪浅。
希望读者们喜欢这本书
。
丁亦兵
中国科学院大学物理学
院
2021年12月于天津