盖瑞·祖卡夫所著的《像物理学家一样思考》是对1979年以来量子物理学发展的整体概述，集中了量子力学、量子逻辑、广义相对论、狭义相对论之精华，外加一些物理学未来走向的新观念。

《像物理学家一样思考》既做到了内容准确，又做到了生动。这本书在将狭义相对论、量子力学等内容阐释透彻的同时，还将其与佛学、中华文明结合得如此紧密。即使是科学领域的门外汉，也能在这本书中找到乐趣和知识”。

写给所有人的物理之书。

物理是一种想象力，物理是一种思维方式，量子力学，量子逻辑，狭义相对论，广义相对论，这些都是人类心灵自由创造出来的观念。

《像物理学家一样思考》给你一个起步，一种启发！

物理，吾理，掘理，悟理，无理……

你的想象力有多大，你的思维方式就有多独特，你就越接近自然界的本相！

《像物理学家一样思考》由美国作家盖瑞·祖卡夫所著。

序

译序

引论

部一　物理？（导言）

第一章 大苏尔的大礼拜

 物理

 汉语和英语

 物理师父

 钠光谱

 玻尔的原、子模型

第二章 爱因斯坦不喜欢

 新物理学与旧物理学

 牛顿物理学

 一部大机器

 是我们创造了实相吗

 客观性的神话

 亚原子粒子

 统计学

 气体动力学

 或然性

 量子力学哥本哈根解释

 实用主义哲学

 脑分割分析法

部二　各种形态的有机能（新旧物理学）

第三章 活的？

 有机与无机

 普朗克

 片断式

 1905年的爱因斯坦

 光电效

 波，波长，频率，振幅

 绕射

 双缝实验

 波粒二象性

 几率波

第四章 事情是这样的

 量子力学的程序

 预备区

 被观察系统与观察系统

 作为关联物的光子波函数

 几率函数

 量子跃迁

 测量理论

 量子力学的形而上学

 量子力学的多重世界解释

 薛定谔的猫

 多疑的托马斯

部三　吾理（量子力学）

第五章 “我”的角色

 心与物的幻象

 互补假说

 康普顿散射

 德布罗意与物

 质波

 薛定谔的波动方程

 泡利不相容原理

 玻恩几率波

 原子的量子模型

 海森堡的矩阵力学

 测不准原理

 桌子翻了

部四　无理（相对论）

第六章 初心

 无理

 禅者的初心

 狭义相对论

 伽利略相对性原理

 伽利略转换

 光速恒定原理

 以太

 迈克尔逊—莫雷实验

 菲茨杰拉德收缩

 洛伦兹变换

第七章 狭义无理

 狭义相对论

 “本征”与“相对”的长度与时间

 特雷尔

 对相对论收缩的解释

 相对质量的增加

 同时性

 时空连续体

 时空间隔

 明可夫斯基空间

 质能关系

 守恒定律

第八章 广义无理

 重力与加速度

 升降机内外

 重力质量与惯性质量

 时空连续体地图

 欧几里得几何

 转动的同心

 非欧几何

 爱因斯坦的预言

 水星近日点

 太阳光弯曲

 重力红移

 黑洞

 “无理”的幻象

部五　握理（粒子物理学）

第九章 粒子动物园

 变化的障碍

 镜面的大厅

 新世界观

 粒子物理

 有趣的气泡

 创造与湮灭之舞

 轨迹是什么

 量子场论

 使用日常语言的两难

 粒子的质理

 无质量粒子

 电荷

 自旋

 角动量

 量子数

 反粒子

第十章 这些舞蹈

 时空图

 费曼图解

 又是创造与湮灭的舞蹈

 又是反粒子

 时间的幻象

 熵

 虚光子

 电磁力

 汤川秀树

 π介子

 粒子的自我互动

 引力

 虚粒子

 真空图解

 守恒律

 对称

 夸克

 S矩阵理论

部六　悟理（量子逻辑与贝尔定理）

第十一章 超越两者

 物理与悟道

 贝尔定理与量子逻辑

 冯·纽曼

 投射的命题

 直接的经验与虚构的语言

 分配律

 叠置

 量子逻辑

 证明

 跃迁表

 冯·纽曼对分配

 律的反驳

 量子拓扑学

第十二章 科学的结束

 悟与统一

 量子关联

 EPR思想实验

 超光速沟通

 局部因果原理

 贝尔定理

 克劳赛与费里曼实验

 阿思培克实验

 超决定论

 多重世界理论

 量子力学与哲学

 暗含的秩序

 东方心理学

 无相道

后记

附录一：注释

附录二：基本粒子表

玻尔的原子模型

1913年，丹麦物理学家玻尔提出了一个非常合理的学说，使他得到了诺贝尔奖。他的学说跟物理学上的大部分观念一样，基本上是很简单的。玻尔不从“理论上已知”的原子结构着手。他从他“真正知道”的着手，也就是说从原始的分光资料着手。玻尔推测，电子与原子核的距离并非随随便便，而是有一定的轨道，或者说有一定的“外壳”。这些外壳(理论上数量无限)与原子核之间都有一定距离，每一个都带有一定数量的电子，不会超过。 假设一个原子的电子数量已经超过第一层外壳能够容纳的数量，超过的就会挤到第二层。如果原子的电子数超过第一层和第二层外壳能够容纳的数量，超过的就会挤到第三层；依此类推：

外壳层 1 2 3 4 5……

电子数 2 8 18 32 50……

玻尔这里的数字是依照氢原子计算出来的。氢原子只有一个电子；所以，依照他的理论，这个电子与原子核将一直维持最近的距离。换句话说，这个电子会一直在第一层外壳上面。这就是氢原子的最低能量状态。不论是哪一种原子，其最低能量状态物理学上都称之为“基态”。氢原子如果受到刺激，它的电子就会跳到外壳上来。跳到第几层，跳多远，要看我们加给它多少能量而定。原子只要确实加热了(热能)，它的电子就会跳得很远，一直跳到某一层外壳上面。能量越小，跳的距离越小。然而，这个电子(只要不再加热)随时都会回到里面的外壳；最后便回到第一层。电子由外面的外壳跳回里面的外壳时会放出能量，这就是光。这个时候，它放出的能量即等于向外跳时吸收的能量。玻尔发现，氢原子回返基态(第一层外壳)一路上所有可能的跳跃方式，其数目即等于氢光谱上色线的数目。

这就是玻尔对这一个“大钢琴”的奥秘著名的解说。假设在氢原子里面，电子只跳跃一次就从外面一路上回到最里面的外壳，那么它就释出某一定数量的能。这在氢光谱上就是一条线。假设电子从外向内小小跳跃一下，那么它就释出某一个小小的能量。这在氢光谱上又是另一条线。如果电子是由第五层回到第三层，这又是另一条线。如果是从第六层回到第四层，再从第四层回到第一层，这就是另外的两条线，依此类推。这样，我们就可以解释整个氢光谱现象了。

换一个方式，假如我们不用热而是用白光刺激氢原子，这样产生的便是我们前面说过的吸收现象。每一个电子由里面的壳向外面的壳跳的时候，所需要的能量都是一定的，不多也不少。由第一层外壳向第二层跳时，需要某一个能量，但也只需要这一个能量。由第五层跳到第七层也是一样，依此类推。电子每次由里面的壳向外面的壳跳所需要的能量都是一定的，不多也不少。

我们用白光照射氢原子的时候，我们给它的是一个备有各种能量的超市。可是它并不能全部都用。它只能用其中一定的量。譬如说，如果电子由第一层外壳跳到第四层，它就会从我们给它的包裹之中拿掉其中的一包。它拿掉这一包以后，就会在原本完整的白光谱上形成一条黑线。从第三层跳到第四层是另一条黑线。从第一层跳到第二层，再从第二层跳到第六层，又是另外两条黑线(跳跃的方式各式各样)。

总归一句话，如果我们用自光对着氢气照射，然后再通过棱镜，所得的结果便是我们熟悉的白光谱，只不过上面有一百条以上的黑线罢了。这些黑线每一条都对应了氢原子由内往外跳时的某一个能量。

白光谱上面这些黑线构成的形态，正好就是我们将氢气光直接照到棱镜上所得到的形态——只是黑线换成了色线，而其余部分则完全消失。当然，这些色线都是电子回返内层外壳时造成的。在这个过程中，电子释出的能量即等于它最初往外跳时所吸收的能量。玻尔的理论使物理学家得以计算出氢原子发光的频率。这样计算出来的数字与实际观察的情形一致。大钢琴的奥秘就这样解决了！

玻尔于1913年发表这个理论。不久一群物理学家就把这个理论应用在其他元素上面。在电子数很多的原子，这种计算过程是很复杂的。而且，关于原子现象的性质，物理学家的问题并没有因此完全得到解答。可是，物理学家却由这个工作得到了许多知识。

就像这样，这些应用玻尔的理论，甚至做进一步发展的物理学家，大部分都是“技师”。玻尔则是“科学家”，是新物理学家的创始人。

但是，这并不是说技师不重要。技师与科学家形成一种合作关系。玻尔如果没有充分的分光数据任他使用，就不可能构成他的理论。这些分光资料，都是实验室里无数工作累积的结果。此外，以玻尔一个人的力量亦不足以进一步充实他的理论。技师将他的理论应用在其他元素上，因而为他做了这件工作。技师是科学界里面很重要的人。然而，因为我们这本书讲的是物理师父，而不是技师，所以从现在开始，我们凡是讲到“物理学家”，指的都是兼为科学家的物理学家；换句话说，就是那些不为“已知”事物所限的人或物理学家。就我们对物理师父有限的了解而言，物理师父就是从这些人里面出来的。

凡是讨论物理学的书都有一些无法克服的难题。第一，要讲的东西太多，就算是写二十本都写不完。而且，每一年出版的“新”材料也很多，所以即使是物理学家也都没办法与整个物理学领域齐头并进。我们最多只能在阅读上“节食”，在某一方面跟上潮流而已。相对于本书收入的材料而言，没有收入的当然更多。关于物理学，不管你学了多少，总是有一些“新”的你不知道。物理学家同样有这个问题。P13-15

翻译，最忌讳译自己不熟悉的东西。对于物理，译者更是彻彻底底，的行外人。但我最终还是动手译了这本书。这里面自然有译者不敢妄自菲薄的原因。

首先，作者以他没有物理学背景的身份写这本书，一开始就是想写给行外人看的。作者既然点出这样的目标，那么一般读者，包括译者在内，是不是看得懂这本书，便成了此一目标的试金石。可喜的是，本书不但清晰易读，并且还趣味盎然。于是，这就给了译者一个充分的理由来翻译这本书。我想，既然了解了一本书，为何不能翻译这本书呢？

其次，翻译这本书事实上译者有一种大热情。任何关心生命终极意义的人都会喜欢这本书，任何对知识有好奇心的人都会喜欢这本书。研究物理的人，在本书可以扬弃符号与数学，得到一种平常的，不是那么浓得化不开的理解。研究灵异学的人可以在本书看到一点点可能的科学解释，譬如心电感应。至不济，如果摆脱这一切“有所为”，纯然是为了趣味，读本书将更得其所哉。要言之，对于任何一个有生命力的人，期待精神进化的人，想换一种新方式追求生命意义的人，觉得传统宗教哲学的用语已经讲烂了的人……这本书将是一个起步，一种启发。

由于有这样的一份热情，并且在技术上可能，所以译者译了这本书。至于内容，我不必在此多作阐释。因为，本书说理清晰明白，一般智力的人轻易可以理解，不必译者在旁越俎代庖。至于那些学识渊博，生命体验丰富的读者，译者更不必班门弄斧。总之，每一个人都是独立的生命。每个人得其所得。每个人有每个人的过程。这就是书中所说的“如如”。“如如”当然是东方的观念，作者是借用的。不过读者在书中将看到现代物理学以另一种方式达到了相同的观念。如何达到，以及这达到的本身，十足扣人心弦！让我们一方面安于如如，另一方面在精神进化上奋力精进。

廖世德 谨识

我无法充分表达我对下列诸位人士的感激。在本书的写作过程中，我发现，不论是刚毕业，或者已经是诺贝尔奖得主，物理学家实在是一群亲切的人；平易近人，乐于助人，做事专心。我向来对他们都有一个刻板印象，以为他们冷酷、“客观”。但是我的发现打破了这个印象。光是为了这一点，我就很感激这些人士。

物理暨意识研究会的会长萨法提是一个核心人物。没有他，我就不可能与下列诸位认识。太极师父黄忠良提供的是那完美的隐喻“Wu Li”(物理、无理、吾理、悟理)、灵感以及美丽的书法。佐治亚理工学院物理学校校长大卫·芬克斯坦是我的第一个私学老师。他们都是本书的教父。

除了萨法提、芬克斯．坦之外，剑桥大学物理教授杰西弗生、以色列巴依篮大学物理教授杰墨审读了全部的原稿。我特别感谢他们。(但这并不说他们，或者任何一个在这本书上协助我的思想家都同意我写的每一页，也不是说他们要为本书的任何错误负责。)

我也感激劳伦斯柏克莱实验室的史代普以及劳伦斯柏克莱实验室基本物理学会的创始人与赞助人罗舍。前者审读了部分原稿，后者一直鼓励非物理学家参加每周一次的物理学会议。这个会议本来一直只吸引物理学家参加。除了史代普、萨法提之外，这个学会还包括克劳赛、厄本哈、魏思曼、沃尔夫、卡普拉等人。

柏克莱加州大学物理学教授杰弗里思支持并审读了部分原稿，我很感谢。伦敦大学柏贝克学院的物理系教授玻姆阅读了部分原稿，我很感谢。锡拉格经常协助我。劳伦斯柏克莱实验室粒子资料群的诸位物理学家，协助我收集书后的稳定粒子表。加州州立索诺马大学的心理学教授克丽丝威尔给了我很有价值的支持。堪萨斯州立大学数学教授麦卡兰协助我，又很有耐心地照顾我。C生命研究所院长赫伯特提供他有关贝尔定理的精彩论文给我，并且允许我采用他一篇论文的题目“超越两者”作为本书一章的题目。我非常感激他们。

本书的插图全部由罗宾生绘制。

柏克莱加州大学物理学系退休名誉教授暨劳伦斯科学院院长怀特，个人提供了他著名的几率分布模拟图照片给我。电子散射的照片是劳伦思柏克莱实验室的龚思基提供的。我从柏克莱加州大学物理教授戴维那里学到了很多光谱学的东西。写这本书时，我想到了很多物理学家，但是另外还有很多人在我需要帮助时，给了我他们的时间与知识，我深深地感激他们。

1976年的物理暨意识会议是由依萨冷研究所赞助的。如果没有他们的指导委员会的热心，没有墨菲的热心，这一切都不可能产生。

对那些想了解现代物理学的本质的人，我强烈推荐此书。

——大卫·玻姆，伦敦大学物理学教授

本书极具可读性，它让普通读者懂得了物理学家是如何思考的。

——大卫·芬克斯坦，佐治亚理工学院物理学教授

最激动人心的智力历险。

——C·李曼一霍普特，《纽约时报》科学版主笔

让既不懂物理学又不懂非欧几何的人理解量子力学与广义相对论，是件多么了不起的工作啊。

——罗伯特·马赫，《今日物理学》主编

祖卡夫是一位写作天才，他让行外人都能欣赏物理学之美。

——马丁·伽登那，《科学美国人》主笔