盖瑞·祖卡夫著的《像物理学家一样思考》这是一本写给行外人的物理之书，荣获了美国科学图书奖，第七届文津图书奖推荐图书，并得到伦敦大学物理学教授大卫·玻姆、佐治亚理工学院物理学教授大卫·芬克斯坦、上海交通大学教授江晓原、清华大学教授刘兵、北京师范大学教授田松、中国科学院自然科学史研究所方在庆等业内专家的联手推荐。全书没有难懂的公式，没有晦涩的术语，围绕谐音物理、吾理、握理、悟理、无理等的相关哲学解释，让人又爱又怕的物理学就这么直观明了而又生形象地呈现了出来。全书语言通俗，深入浅出，想象丰富，含义深刻，是一本非常难得的物理科普图书。

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，盖瑞·祖卡夫著的《像物理学家一样思考》给你一个起步，一种启发，物理，吾理，握理，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。

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

光电效应

波，波长，频率，振幅

绕射

双缝实验

波粒二象性

概率波

 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

概率函数

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

玻恩概率波

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

 第六章 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

转动的同心圆

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

粒子物理学

有趣的气泡室

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

学生做实验的智力内涵……也就是开创新领域的创意和能力……我们教得不够深入……我个人的看法是这种事你要自己来。你之所以做实验是因为你的哲学使你想要知道答案。生命太短，不能因为别人说一件事很重要就去做。这样也太辛苦了。你必须自己去感觉事情……(注三)

不幸的是，大部分的物理学家都不似拉比。事实上，大多数物理学家一辈子都在做别人说是很重要的事。这就是拉比的意思。

这种情况使我们都产生一种误解。对大部分人而言，他们口中的“科学家”事实上是“技师”。技师是受过高度训练的人，他的职业是应用已知的技术和原理，他处理的是已知的事物。科学家则是追寻自然界真实性质的人，他处理的是未知的事物。

简而言之，科学家是发现，而技师则是应用。然而，科学家到底是发现事物还是“创造”事物，事实上已经不再那么清楚。有很多人认为“发现”事实上就是一种创造。如果是这样的话，那么科学家、诗人、画家、作家就不是那么截然有别了。事实上，科学家、诗人、画家、作家可能都是一个族类。这个族类天生有一种才能，能够将我们视为平常的事物用一种新的方式提出，进而打破了我们的划地自限。凡是特别表现了这种才能的人，我们就叫他天才。

大部分的“科学家”其实只是技师。这是事实。根本上新的事物他们没有兴趣。他们的视野比较狭窄。他们的精力都用在将已知事物应用出来。他们往往把鼻子埋在一棵树的树皮上，所以很难跟他们讨论树林。神秘的氢光谱实验就很能说明科学家和技师的不同。

白光——譬如太阳光——照进三棱镜里面以后，就会发生一种最美丽的现象，那就是，从棱镜另外一边出来的，不足白光，而是所有彩虹的颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。这是因为白光原本就是由这些色彩构成的缘故。白光是一种组成物，可是红光就只含有红光，绿光只含绿光，依此类推。三百年前，牛顿就在他的名著“光学”(Optiks)里面论及这种现象。这一种色彩的铺陈叫作白光谱(white li曲t spectrun)。我们若是对白光谱做光谱分析，就会现出一个完整的光谱。因为，凡是我们的眼睛看得到的色彩，白光都有(有一些我们看不到的，譬如红外线、紫外线，白光也有)。

钠光谱

可是，并不是每一次光谱分析都会产生完整的光谱。譬如，假设我们拿化学元素钠，使它发光，然后照到棱镜里面。这个时候，我们得到的就只有一部分的光谱。

假设有一个暗室，里面有一个物体。此时如果我们看得到这个物体，这个物体就是在发光。譬如说，如果这个物体看来是红色的，那么它就是在发红光。光，是由“激动”的物体发出来的。所谓刺激钠，意思并不是说给它super Bowl①的入场券。刺激钠意思是为它加一点能量。其中一个方法就是加热。我们将激动的(白热的)钠放出来的光照到棱镜或分光器里面，这时我们得到的就不是白光全部的色彩，而是其中的一部分。就钠而言，我们得到的是两条细细的黄光。

我们也可以反过来将白光对着钠气照射，从而产生钠光谱的反面景象。我们可以从这个反面景象看到钠气吸收了白光的哪些部分。白光通过钠气，再通过分光器以后，还是会产生全部彩虹的颜色，只是少了白热的钠所发出的两条黄光。

这两种方式不论是哪一种，钠光谱的形态都很明确。可以是在原本完整的光谱上只由黑线构成，也可以是只由色线构成而没有其他部分。但不论是哪一种情形，形态永远一样。②这一个形态就是钠元素的指纹。每一种元素发出(或吸收)的颜色都是一定的。同理，每一种元素的分光形态也是一定的，永远不变。

氢是最简单的元素。氢“好像”只有两个组成部分。其一是一个质子，带正电；另一是一个电子，带负电。我们只能说“好像”；因为从来没有人看过氢原子。如果有氢原子存在，那么一个针尖上就有几百万个。氢原子这么小是计算出来的。所谓“氢原子”，是一种“手表内部”的思维。我们只能说，唯有假设这种实体存在，才能够圆满地解释我们观察到的一些现象；如若不然就很难解释，并且无法摒除“魔鬼做的”这种解释。这种解释就是有人能够“证明”。(就是因为有这种解释，才促使伽利略、牛顿、笛卡儿创造了如今成为现代科学的那些学说。)

物理学家一度认为原子是这样构成的：原子的中心是核子，恰如太阳系的中心是太阳一样。原子的质量绝大部分都在核子，其中包含带正电的粒子(质子)，以及大小差不多一样但不带电的粒子(中子)c(各种元素里面只有氢核子没有中子。)好像行星绕日一样环绕核子的是电子。电子若与核子比较，几乎等于没有质量。每一个电子都带有负电。电子的数量又与质子相等，所以正电和负电彼此抵消。因此整个原子是不带电的。

这个用太阳系来比拟原子的模型是卢瑟福(Emest Rutherford)在1911年创立的。可是这个模型的问题，在于电子与原子核的距离事实上比行星和太阳之间大很多。用卢瑟福的话来说，如果拿原子与原子里面的粒子(绝大部分都在核子上面)相比，那么原子所占的空间实在太大了，环绕核子的电子相形之下，“好像大教堂里的苍蝇”。

这一幅熟悉的原子图画我们大部分人都是在学校里学的，通常还是强迫的。不幸的是这一幅图画已经过时，所以你忘了算了。当今的物理学家如何设想原子我们以后再讨论。此地要说的是，这个行星模型如今虽然已经过时，可是却是因为有这个模型作背景，我们才解决了一个最难的问题。以下我们就说明这件事。

氢是最简单的元素，可是氢光谱的光线就有一百条以上！其他元素当然就更多了。我们若将氢气光照到分光器里面，我们将得到依一定形态排列的一百多条色线。①问题在于：“氢原子这么简单的东西，只有一个质子与一个电子两个组件，为什么竟然产生这么复杂的光谱？”P9-11

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(Layman)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。

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(Jack Sarfatti，Ph D)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(David Finkelstein)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(BrianJosephson)、以色列巴依篮大学(Bar Ilan Uuiversity)物理教授杰墨(MaxJammer)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T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(HenryStapp Ph D)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(Elizabeth Rauscher)。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(Iohn Clauser，Ph D)、厄本哈(Philippe Eberhard．Ph D)、魏思曼(George Weissman，Ph D)、沃尔夫(Fred wolf．Ph D)、卡普拉(Fritjof Capra，Ph D)等人。

柏克莱加州大学物理学教授杰弗里思(Carson Jefferies)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(DavidBohm)阅读了部分原稿，我很感谢。锡拉格(Saul Paul Sirag)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(Sonoma State university)的心理学教授克丽丝威尔(Eleanor Criswell)给了我很有价值的支持。堪萨斯州立大学数学教授麦卡兰(Gin McCollum)协助我，又很有耐心地照顾我。c生命研究所(C life Institute)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(Thomas Linden Robinson)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(Harvey White)，个人提供了他著名的概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(Ronald Gronsky Ph D)提供的。我从柏克莱加州大学物理教授戴维(Summer David)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(Esalen Institute)赞助的。如果没有他们的指导委员会的热心，没有墨菲(Michael Murphy)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

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