你知道吗？物理其实是一种高科技范儿的人文教育。懂点物理，能改变生活，开阔眼界，让我们了解和关心身边的世界。大到头条国际大事，小到日常活动，都涉及许多重要和前沿的物理知识。本书源自美国著名物理学家穆勒在加州大学伯克利分校（UCB）开设的通识课，连续几年受学生热捧，教室座无虚席。成书后十余年里多次再版，成为15所美国名校教科书，获《科学》杂志高度赞誉。作者以全新的视野、幽默的语言，从热、声、光、电、原子能、量子、宇宙论等13个角度，阐述了新能源、核安全、太空探索、减灾防灾、全球变暖等热门话题中的物理知识，同时解释了减肥、开车、听歌、购物等日常生活背后的科学。
跳过烦人计算，摆脱复杂公式，直达精髓，培养智识。
本书不仅帮助我们消除对物理的刻板印象，更是新时代每个人必修的科学人文课。

理查德·A.穆勒是加州大学伯克利分校的物理学教授，是畅销书《未来总统的物理课》和《速成物理学家》的作者。他的穆勒联合公司为政府和企业的能源技术和战略提供咨询。他的伯克利地球表面温度计划成为世界各地的头条新闻，该项目用严格的方法证实全球的确在变暖。穆勒和他的妻子露丝玛丽居住于加州伯克利。

前言
第1章 能量、功率以及爆炸
第2章 原子和热
第3章 引力、力与太空
第4章 原子核和放射性
第5章 链式反应与核反应堆
第6章 电和磁
第7章 UFO、地震和音乐
第8章 光
第9章 不可见光
第10章 气候变化
第11章 量子力学
第12章 相对论
第13章 宇宙
后记

物理是高科技范儿的人
文教育
能源、全球变暖、反恐
、健康、互联网、卫星和
遥感、导弹和反弹道导弹
、DVD和高清电视——现在
，全球政治经济新闻中的
高科技内容越来越多，但
很多关心现实的人却没学
过多少物理，不了解相关
的科学和技术。甚至，在
我工作的学校加州大学伯
克利分校（UCB），物理学
也不是一门必修课。如果
误解了科学，我们将来就
会做出错误决策，本书想
解决的就是这一问题。物
理学是高科技范儿的人文
教育，理解了物理，你就
不会再被科技的飞速进步
吓倒。本书的主旨，就是
引起年轻读者的兴趣，帮
你们掌握必要的物理与技
术知识。
科学太难了？不，只是
教学方法不对。我来举个
类似的例子：查理曼大帝
是个半文盲——他会读，但
不会写。对古人来说，写
作曾经也是一件难事，就
像今天的物理学一样。但
是如今世界上的大部分人
都有读写能力，很多孩子
在上幼儿园之前就会阅读
了。在中国，有84%的人
口拥有读写能力（据经济
合作与发展组织的报告）
。其他国家也必须在科学
素养方面达到同样的水平
。
学物理的时候能绕过数
学吗？当然！数学是一种
计算工具，但它并不是物
理的精髓。我们经常会劝
导优秀的学生：“用物理学
思考，而不是用数学思考
！”不必研究音乐理论，你
就能理解音乐甚至作曲；
不了解麦克斯韦方程，你
也能理解光是什么。这门
课的目的并不是制造小小
物理学家。每学期当我上
第一节课时，都会给学生
们讲一个小故事，让他们
知道这门课要教的内容，
接下来，我把这个故事告
诉你，你也会了解我的目
的。
理想的学生是什么样
利兹是我以前的学生，
有一天，她来到我的办公
室，迫切地想要分享她几
天前的一次奇妙经历。她
们家邀请了一位物理学家
来共进晚餐，这位物理学
家在劳伦斯利弗莫尔国家
实验室工作。
晚餐时，他给大家分享
了工作上的故事，介绍了
受控热孩案受以及该孜不
在满足能源需求方而的广
阔前景。利兹说，当这位
科学家讲述自己的丰功伟
绩时，她的家人都惊呆了
。利兹对核莱变的了解比
她的父母多，因为我在课
堂上讲过这方面内容。
晚餐的最后，家人们都
静静地沉浸在敬仰之情当
中。但利兹终于忍不住开
口了：“太阳能也是很有前
景的。”
“呵！”物理学家笑道。
（他并不是故意盛气凌人
，但是物理学家的语气经
常会产生这样的效果。）“
如果你想给加州供应足够
的电力，”他说，“你就得把
整个国家都铺上太阳能电
池板！”
利兹马上做出了回应。“
你说得不对，”她说，“1平
方千米的光照，就能产生1
吉瓦的电力，核电站的产
能大致也是这样。”
物理学家惊愕得说不出
话来。他皱了皱眉，最后
回答道：“嗯，你的数据听
起来没错。当然，现在的
太阳能电池只能达到15%
的效率……但这并不重要。
嗯，我得再回去查一下数
据。”没错！我希望读者获
得的正是这种敢于质疑的
能力。不是微积分，不是
花式计算，不是对科学方
法夸夸其谈，也不是阐述
角动量守恒的深层含义，
而是能让一个没做好作业
的高傲物理学家闭嘴！利
兹不仅记住了事实，也掌
握了关于能源的足够的知
识，在面对所谓“专家”时，
她能自信地展示她的证据
。倘若你知道太阳能只是
这门课的一小部分，她的
表现就会更让人钦佩了。
之所以能记住重要数据，
是因为她觉得这些知识既
有趣又重要。她不只记住
了数字，也思考过这些信
息并和同学们一起讨论，
这些知识融入了她的身体
，可以在需要时回想起来
并加以运用。
写给未来人的物理学
本书不是速成的物理学
，而是一种高级的物理学
。本书覆盖了一些最有趣
、最重要的科学主题。在
认识了自己所学知识的价
值后，人们自然有动力去
深入学习。在每一章中，
读者都能找到想要与人分
享的内容。我没有把学生
们放在数学的琉璃穹顶下
仰望它，而是让他们置身
于其上。“你没有时间，也
没有意愿学数学，”我告诉
他们，“所以我们跳过这部
分，直接学习重要的东西
。”接下来，我会教给他们
一些连物理学专业学生在
读到博土之前都可能忽略
的知识。
一般的物理学专业学生
，甚至有的物理学博士都
不太清楚本书要讲的内容
。他们对以下事物知之甚
少：核武器、光学、流体
、电池、镭射、红外线、
紫外线、X射线、伽马射线
、MRI（磁共振成像）、
CAT（X射线计算机辅助断
层成像）以及PET（正电子
发射计算机断层扫描）扫
描。
你可以问一个物理学专
业的学生：核弹的工作原
理是什么？他只会告诉你
他在高中学过的知识。正
因如此，我们在伯克利分
校也向物理学专业的学生
开设了这门课程。这里的
大部分内容对他们来说都
是崭新的。这不是什么“少
儿物理学”，而是一门高级
的物理学。
我必须承认，我对伯克
利分校的学生做了一个重
大让步。他们特别想了解
相对论和宇宙学，这两个
主题有些深邃，但对喜欢
思考的学生来说则特别有
吸引力。所以，我在本书
结尾

当物理学遇到头条新闻，会发生什么惊人反应？加州大学伯克利分校（UCB）爆款物理通识课讲义，哈佛大学、芝加哥大学等15所名校教科书。
2004年诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔泽克推荐。
被《科学》（SCIENCE）赞誉为 “大众科学传播的典范”；入选《抉择》（CHOICE）杂志2010—2011年度高校重要书单；获北加州非虚构图书大奖。
跳过烦人计算，摆脱复杂公式，人人都能掌握的物理与前沿科技，甚至可以和专业物理学家“battle”。
美国政府科学顾问、“麦克阿瑟天才奖”“艾伦·沃特曼奖”得主，不忘初心，关照现实。
消除对物理的刻板印象，新时代每个人必修的科学人文课，在被信息吞没的时代，用科技指引生活。

宇宙之初，一切皆无
没有地球，没有太阳
没有太空，没有时间
空无一物
时间开启
真空爆破
从空无一物，到火光四
射
愤怒的光和热
无处不在
宇宙生长，快如光芒
火爆渐衰
晶体登场
成为第一种物质的
珠滴，陌生的物质
脆弱的碎片
宇宙的十亿分之一
被无谓的湍流
所淹没
看起来
它们等待着
暴乱的平息
宇宙冷却，晶体粉碎
一次又一次
一次又一次
直到碎无可碎，碎片
电子，胶子，夸克
攫住彼此，却又被蓝白
热灼烧而
互相分离
此刻的炙热
仍没有原子的容身之地
太空增长，火焰渐熄
由白转红又到红外
直至黑暗
一百万年的毁灭已经过
去
在寒冷中粒子彼此拥抱
融合
结成原子——氢，氢，
简单的原子
世间万物皆源于此
重力牵引，原子聚集
而后分裂
形成大小各异的星云
恒星、星系与星系团
空隙中
第一次出现了
真空
在一小片星云中，一团
冷物质
压紧，加热
然后点燃
于是又一次，有了光
恒星深处，原子核
是燃料和食物，燃烧和
烹饪了
数十亿年，熔化成
碳、氧与铁，生命
和智能的原料由此缓慢
而来，埋藏
在恒星的深处
燃烧并背负着重荷，一
颗巨星的心
崩塌了
震颤，闪光，一瞬间
重力抛出的能量
让热度超载，掀起爆炸
，喷射出
恒星的外壳
超新星！越来越亮
亮过千颗星
越来越亮
亮过百万颗星、十亿颗
星，越来越亮
亮过整个星系
碳、氧、铁的余烬
被逐到太空
逃脱
自由！冷却变硬
它们成为尘埃，一颗恒
星的灰烬
是生命的基础材料
在室女座星系团
边缘
银河系中的尘埃分开又
聚集，开始塑造一颗新星
不远处的一团尘埃开始
形成一颗行星
年轻的太阳
压紧，加热
点燃
温暖着婴儿地球

白垩纪末期正值恐龙生活的黄金时代，但当时一颗直径约为10英里的小行星或彗星以每秒20英里左右（比现在最快的子弹还要快10倍以上）的速度冲向了地球。很多这样的大型天体都曾经和地球擦肩而过，但是这一颗却真的击中了地球。这个天体几乎没有遇到空气的阻力，它在瞬间穿过了大气层，并在身后短暂地留下了一条真空通道。它撞击地球时的力量如此之巨，以至于它和周围的岩石瞬间升温至1000000℃以上，这比太阳表面的温度还要热一两百倍。小行星、岩石以及水（如果击中了海洋）全部瞬间汽化。爆炸释放的能量比1亿兆吨TNT爆炸所产生的能量还要大，这比美国和苏联的核武器能量总和还大1万倍……不到1分钟的时间，不断扩大的陨石坑就达到了60英里宽、20英里深。这个坑还会变得更大。撞击产生的炽热的汽化物质已经喷射到大部分大气层中，高达15英里。1分钟前仍然是发光等离子体的物质，现在开始冷却，凝结成尘埃和岩石。它们会散布到世界各地。
——理查德·A.穆勒，《涅墨西斯星》
假如一颗像珠穆朗玛峰那么大体积的小行星撞击地球，没人会怀疑它能造成多么巨大的破坏。同样，我们也不会怀疑这样的天体是否存在（图1.1）。这种威胁是很多灾难电影的主题，包括《彗星撞地球》（Deep Impact）、《地球浩劫》（Meteor）、《天地雄心》（Armageddon）等。小行星和彗星经常会从地球旁边飞过。每隔几年，我们就会看到报纸头条上“侥幸脱险”的标题，报道中会出现一个“只差几百万英里”就撞上地球的天体。这还远远称不上侥幸。地球的半径大概为4000英里，所以，相距400万英里的擦肩而过就相当于从千倍于地球半径的地方掠过，这样击中地球的概率之低堪比在标靶上击中一只蚂蚁。
虽然在你的一生中遭遇小行星撞击事件的概率非常低，但一旦遇上，后果就不堪设想了，几百万甚至数十亿的人会因此而丧命。正因如此，美国政府一方面持续资助小行星搜索，借以识别潜在的撞击天体；一方面资助可以移动或摧毁类似天体的研究。
但是，小行星是岩石而非炸药构成的，那为什么小行星撞击会导致爆炸呢？而且，为什么爆炸规模如此之大？说到底，爆炸是怎么回事？
爆炸和能量
当处于存储状态的大量能量，突然在有限的空间中转化为热时，爆炸就发生了，对手榴弹、原子弹，或者撞击地球的小行星来说都是如此。爆炸释放的热使物质汽化，成为温度极高的气体。这样的气体具有巨大的压力——也就是说，它给周围所有物质都施加了很大的力。没有东西能抵御如此强大的力，所以气体能迅速膨胀并把所有邻近的物体都推开。在爆炸中真正带来伤害的是飞散的碎片。在这里，能量的最初形式并没有严格的限制，它可以是动能（由运动产生），就像小行星携带的能量，或者化学能，就像三硝基甲苯（TNT）所蕴含的能量。从能量到热的快速转化，才是大部分爆炸的真正原理。
你可能已经注意到了，我在上一段使用了很多术语，但是我并没有解释它们。诸如“能量”和“热”这样有其日常的含义的词，在物理学中，它们也有各自确切的含义。物理学可以像几何学那样，借助演绎推理获得知识，但是用这种方法学习会有点困难。所以我们先从最直观的定义开始，随着对物理的逐步深入，再让这些定义变得更准确。下面有一些你可能会觉得很有用的初始定义，它们的确切含义会在接下来的三章中逐渐清晰。
P7-8