在这本书中，作者构想了一个名为汤普金斯的普通职员，也就是本书的主人公，他对科学一窍不通，却通过科学讲座以及神奇般地梦游物理奇境而捕获了众多的物理学知识，尤其是关于相对论和量子理论的相关知识。作者利用一系列有趣的故事将抽象的物理概念和规律形象化，用通俗的语言阐述深刻抽象的物理学原理。

郭天鹏（1986-），男，山西晋城人，中国商飞上海飞机设计研究院环控氧气部设计师，2012年1月毕业，获北京航空航天大学和法国巴黎中央理工大学双硕士学位，目前主要从事民用飞机噪声及湿度控制系统研究设计工作。

1 限速之城
2 第一讲：相对论
3 滨海假日
4 第二讲：弯曲空间5闭合宇宙
6 黑洞、热寂与喷灯7宇宙歌剧
8 量子斯诺克
9 量子游猎
10 麦克斯韦妖
11 电子部落
11 1/2 睡过的课
12 原子核内
13 老木雕匠
14 真空之穴
15 “原子粉碎机”
16 最后一讲
后记
词汇表

如梦一样漫长，如梦一
样短暂，如梦一样幸福。居
然真的翻译完了乔治·伽莫
夫的《物理世界奇遇记》。
伽莫夫是我学术上的偶像之
一，书中奇遇正是留学时学
习的内容，我感到很兴奋，
甚至有一种莫名的不真实感
。
曾经我的物理学得并不
算好，回想开窍的一刻，应
该是听到一个词——“见物
讲理”。按我朴素的理解，
这种“理”应该是大多数人都
能够听得懂的道理。
尽管已经过去了一百多
年，站在理论物理前沿的依
然是爱因斯坦、玻尔、薛定
谔等如雷贯耳的前辈，相对
论、弯曲空间、量子力学、
宇宙学、粒子物理……依然
前沿到给人感觉可能很复杂
、可能看不懂。
从应用物理专业的视角
，其实完全可以自信点儿，
把“可能很复杂”的“可能”去
掉；所以更要感谢乔治·伽
莫夫，用最朴素的梦去掉了
“可能看不懂”，让现代物理
“飞入寻常百姓家”，飞入汤
普金斯先生和莫德的梦里；
在梦里飞看相对论，在梦量
子游猎，在梦里量造两个自
己喜欢的原子甚至是原子核
。
这可不是什么忽悠，在
校对译稿的过程中，我一字
一句地把《物理世界奇遇记
》读给了6岁的女儿。她问
我，“爸爸，是不是我们跑
得快了就会变瘦？”“爸爸，
可不可以让那个小妖（麦克
斯韦妖）来帮我们收拾屋子
？”……
因为，在梦里，最能顿
悟日有所思！
同样，在梦里，最能追
忆曾经拥有！
翻译于我而言，也是追
忆在巴黎留学的日子。一开
始我们10个同学，后来毕业
了8个，所幸我没落下，顺
利完成学业；接着西蒙、菲
利普、查理、玛丽、爱娃、
蕾蒂西亚、贝阿特利斯都继
续读了博士，我执拗地开启
职业生涯，谈不上后悔，但
不舍总归还是有的，十多年
忆同学少年，数十次梦里曾
相见。
在梦里有关于量子理论
的争辩，在梦里柯内夫
（Kornev）教授会操着浓重
的口音“爬地考（particle）
、爬地考”，在梦里我们总
相聚在美妙的甜甜圈里……
那是曾经去过的两个环形粒
子加速器，一个在汉堡、一
个在日内瓦，种种过往，全
是第16章“原子粉碎机”的魅
影。
我还有幸去过法国国家
原子能委员会（CEA）的“
加速器”，那里用的就是“固
定靶”——一个小小的玻片
里嵌着需要研究的材料，常
常感慨回忆那时的对答。
“粒子加速后做什么？”
“轰击靶材料。”
“轰击靶材料做什么？”
“了解材料结构。”
“知道结构做什么？”
“不知道，现在可能没什
么用，但总有一天也许有用
。”
如果说在留学中有什么
印象深刻的，应该都与粒子
物理有关，汉堡、日内瓦是
游学的回忆，这次短短的对
话则是认知的冲击，关于基
础科学的认知冲击。
突然觉得重新翻译《物
理世界奇遇记》有了一种别
样的意义，尽绵薄之力传递
探索世界奥秘的好奇心，与
诸君一起筑梦基础科学的明
天。
所以翻译中偶尔会顽皮
一些，比如夹杂上娃娃的画
、比如用一些歇后语、比如
把宇宙歌剧诌成五言诗，都
是希望大家——包括大小朋
友们——不要害怕传说中如
“洪水猛兽”的相对论、量子
力学和粒子物理……
在乔治·伽莫夫笔下，理
论物理非但通俗易懂，而且
很有意思。愿我们一起：
走进汤普金斯先生的梦
里！
走进追忆学生年华的梦
里！
走进基础科学复兴的梦
里！
郭天鹏
2022年10月1日于上海

“天下万物生于有，有生于无。”
“老头，你在说啥？”
“相对论、量子力学、宇宙大爆炸、
粒子物理学……”
“这么多，到底哪一个？”“都是！他们是一家！”
多读书，好吹牛！
老少咸宜、童叟无欺！
这是《物理世界奇遇记》！
这本书不仅受到了科学界的普遍重视，也吸引了无数的普通读者和科普爱好者。

那天天气炎热，阳光明
媚，非常适合坐在外面的花
园里。不过黄昏将近，天色
渐暗，汤普金斯先生放下了
手里的书，朝着旁边画着画
的莫德打开话匣。
“画什么呢？能让我看看
吗？”
“又来，我说很多次了，
不喜欢把还没有完成的工作
拿给别人看！”
“这么暗的光线，会把眼
睛弄坏的。”
“真想知道？那我可以和
你聊聊关于这座雕塑的想法
。”
“什么雕塑？”
“给实验室设计的雕塑。
”
“什么实验室？我有点懵
。”
“就是我们参观过的那个
实验室啊……亲爱的，我好
像忘了告诉你啦，那天你去
包扎伤口的时候，我在外面
等你，闲极无聊就和公关部
的负责人里奇特先生聊了会
儿。我开玩笑说他应该在前
院摆一座雕塑。他竟欣以为
然，还说老早就想了，他似
乎对烧焦的东西特别感兴趣
，觉得这些东西可以帮助人
们理解高温、高能及猛烈的
碰撞等诸如此类的现象，所
以这个雕塑最好能表征这些
玩意，而不是那种常见的老
一套雕塑。”
“那么，你被委托建造这
座雕塑了？”
“哪有那么容易？至少现
在还没，我得先画草图、提
出构想、预估资金。他也可
能找别人，不过他倒是知道
我挺喜欢物理的，这一点或
许有点帮助，而且他知道我
爸爸，这也是个加分项。”
莫德把草图放到一边，
两人一起凝视着夜空中的第
一颗星星。
“你有没有后悔过放弃物
理学？”汤普金斯先生问莫
德。
“比如那次参观之后？有
时候会想想，要不要做些科
技前沿的事情。不过肯定算
不上后悔，也谈不上放弃，
事实上我有很多时间可以继
续做自己喜欢的事情，不过
组织一个庞大的研究小组，
完成要5年、6年或者7年才
能完成的实验……我想我没
有这个耐性。”
“我就一直忘不了那些，
尤其是那台加速器，想想也
觉得可笑，人们想要了解的
东西越小，需要的仪器却越
大。”
“的确如此，同样有意思
的也像整个研究，为了搞清
楚物质的最小组成部分，我
们却要去了解整个宇宙。反
过来认识宇宙的关键却又在
于那些看不见的粒子的性质
。”
“什么意思？”
“就是关于宇宙早期自发
对称破缺的研究啊！与膨胀
理论有关，也是为什么宇宙
密度接近临界值的原因，我
告诉过你的，别说你忘了哈
！”
“哪里哪里，当然记得。
不过好像我也没有搞清楚这
些关系……”
“想想看，爸爸是怎么说
各种作用力的‘相变’的，就
是呈现出它们各自不同的性
质，他说有点像形成冰晶体
，对吧？”
汤普金斯先生点点头。
“那好，水冻结成冰时就
发生了膨胀，宇宙也一样：
随着宇宙的冷却，同样发生
了相变，进入了一种叫作‘
暴胀’的超速膨胀状态，之
后膨胀速度逐渐减慢，直到
变成今天的样子。暴胀的时
间只持续了10-32秒，但绝
对至关重要，宇宙的绝大多
数物质都是在这段时间内产
生的……”
“嗯？你说绝大多数物质
？不是宇宙中的全部物质都
是在大爆炸的瞬间产生的吗
？”
“不对，最开始时只有一
小部分物质，大多数物质都
是在那瞬间以后极短的时间
内产生的。”
“怎么会呢？”
“怎么不会呢？你知道冰
变成水时会释放巨大的熔化
潜热对吧？暴胀相变时也是
这样，释放出巨大的能量，
然后产生巨多的物质，这种
产生物质的机制正好使得物
质的数量恰巧能达到临界密
度——那个意义重大的临界
密度，你知道的，对吧？”
“当然，临界密度掌控着
宇宙的未来。它决定了星系
膨胀的速度将不断减慢，直
到最终不再膨胀，不过那是
猴年马月的事情了。”
“说得对！所以说无论是
宇宙的起源还是宇宙的未来
，关键都在于基本粒子，也
就是微观物理学。不仅如此
，我们还知道，要使密度达
到临界密度，宇宙中就肯定
还存在大量的暗物质，但具
体是什么我们还不知道，可
能是获得质量的中微子，也
可能是由大爆炸相互作用，
留下的一些未知的大质量弱
相互作用的粒子组成。科学
家们希望通过对高能物理的
研究回答这些问题。”
“哦，我明白你说的啦。
”
“反过来也一样，检验基
本粒子在大统一能量下行为
的唯一方法，就是看看大爆
炸早期它们是什么样的，因
为只有那个时候才存在那种
大统一的能量。”
汤普金斯先生思考了片
刻，“的确是，要把一切事
物都联系在一起。原来爸爸
这一系列的讲座都是有联系
的，比如基本粒子与宇宙学
、比如高能物理学与相对论
、比如基本粒子与量子理论
。世界多么奇妙！”
“还包括宇宙学与量子理
论，量子理论在最小的尺度
上才有最大的作用，那不就
是宇宙起源的时候吗？以宇
宙微波背景辐射为例，乍一
看，似乎完全均匀，在各个
方向都完全相同。不过事实
上这种说法根本经不起推敲
，如果密度没有至少一定程
度的不均匀性，星系和星系
团赖以形成的中心就不复存
在。事实上，不均匀性始终
存在，程度大约是万分之一
，很小很关键，正是这样极
小的不均匀性勾勒出

1 限速之城
汤普金斯先生是一家大银行的小职员，今天是公休日，他睡到很晚才起床，然后开始闲适地享用自己的早餐。“嗯，得好好安排下这个难得的假期。”他首先想到的是去看场午后电影。当他打开晨报，翻到娱乐专栏——色情、暴力……这些他已经看腻了。没有真正的冒险、没有什么不同寻常、没有让人激动的影片。汤普金斯先生努力搜寻着，终究一无所获，总不能看剩下的少儿电影吧？
无意间，他的目光落在小报一角的一则短消息上。市大学正在举办一系列现代物理讲座，今天下午的题目是爱因斯坦的相对论。得！这个听起来还不错，听人说，世界上真正懂得爱因斯坦理论的人只有一打，说不定自己凑巧可能就是第13个。汤普金斯先生决定去听听这个讲座，或许那正是自己想要的。
他到的时候，演讲已经开始了，年轻的学生已经坐满了学校大礼堂，当然也不乏大约跟自己一样年纪较大的听众。讲台上，黑板旁边站着一个高高的白胡子教授，他正在努力地为所有人讲解着相对论的基本概念。
慢慢地，汤普金斯先生已然听明白了爱因斯坦理论的全部要点——任何运动的物体都无法超越光速。这一事实会产生一些非常奇怪、不同寻常的后果。比如，当运动速度接近于光速时，空间会被压缩，而时间则会变慢。当然，教授也说了，光速高达30万千米每秒，所以在日常生活中我们很难观察到相对论效应。
然而在汤普金斯先生看来，这一切都与常识相悖。他绞尽脑汁想象着“动尺缩短、动钟变慢”的场景，脑袋却无意识间慢慢垂到了胸前。
重新睁开眼睛时，汤普金斯先生发现自己已经不在礼堂的长椅上了，而是坐到了当街的长椅上——市政府为了方便乘客等候公共汽车设置了很多这样的长椅——这是一座美丽的古城，中世纪学院派的建筑沿街而立。汤普金斯先生感觉自己一定是在做梦，但好像并没有什么不对劲，对面钟楼上的时钟正好指向5点。
街上空空如也，只有一辆孤零零的自行车缓缓驶来。但当那人靠近时，汤普金斯先生简直惊掉了下巴。自行车、还有车上的年轻人在运动方向上都难以置信地被压扁了，仿佛汤普金斯先生与他们中间隔了一层柱形透镜。“当、当、当、当、当”，钟楼上的时钟敲了5下，骑自行车的年轻人显然有点着急了，他更加使劲地蹬着踏板。然而，在汤普金斯先生看来，速度并没有快多少，反倒是车和人变得更扁了，年轻人像是硬纸板剪成的薄片人儿一样向前驶去。汤普金斯先生猛然反应到，这就是运动物体的缩短，正如刚才听到的一样。这一瞬间，他自我感觉好极了，“这里的限速明显是比较低的”，他继续下结论说，“我看不会超过32千米每小时，高速摄像机在这里显然没有用武之地。”事实上，“疾驰”的救护车并没有比这辆自行车好多少，尽管它灯光闪烁、警笛嘶鸣，却显然与慢速爬行无异。
汤普金斯先生决定追上去，问问那个骑车的年轻人被压扁是什么感觉。那么问题来了，怎样才能追上他呢？啊哈！学院的外墙边正好有辆自行车——估计是哪个听讲座的学生停在这里的，“我只是借用一小会儿，又不会弄丢了！”——汤普金斯先生这样想着，瞅准旁边没人，便偷偷骑了上去，朝着前面的自行车疾驰而去（见图1）。
汤普金斯先生满心期待“运动”马上就会让自己“瘦”下来，他为此感到很是高兴，因为不断发福的体形已经困扰他有一阵子了。然而出人意料的是，这一切并未如期而至——车还是那个车、自己还是那个自己。反倒是街道变短了，商店的橱窗变成了一条条狭缝，人行道上的行人则变成了一个个细高个。
“啊哈！”汤普金斯先生兴奋地感慨，“我明白了，这就是‘相对论’——相对于我运动的物体，我算是缩短了，不管蹬自行车的是我自己还是别的什么人！”
汤普金斯先生骑车一向很出色，他使出浑身解数向前面的年轻人奔去。这时他才发现，骑在这辆自行车上加速可一点儿都不容易。尽管它已经用尽全力去蹬踏板，但自行车的速度几乎没怎么增加。他的双腿已经开始有点酸痛，但驶过路旁两根电灯杆间隔的时间并不比原先快多少，一切加速的努力似乎都是徒劳的。他有点明白了为什么刚才那辆救护车跑得并不比自行车快多少的原因了，教授说过，任何物体运动速度都不能超过光速。不过他也注意到了，自己蹬得越使劲儿，城市街道就会变得越短，前面的年轻人看起来也更近了——事实上，汤普金斯先生最终还是追上了他。并排之后他才发现，两个人的自行车看起来并没有压扁，一切如常。
“哦，这一定是因为我同他之间没有相对运动了。”汤普金斯先生恍然大悟。
“打扰了！”他同那个年轻人攀谈起来，“生活在这样一个限速极低的城市，你有没有觉得不方便？”
“限速？”这下年轻人有点摸不着头脑了，“我们这里没有限速啊！不管在什么地方，我想骑多快就骑多快；至少，如果我有辆摩托车而不是这辆老旧的自行车，我完全可以想骑多快就骑多快。”
“但是，刚才你从我面前骑过去的时候的确很慢啊？”
“我可不会称之为慢，从咱们开始说话