物理早自习 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Leonid V. Azaroff

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　　这是一本对话形式的故事书，是物理学家阿札罗夫，和不熟悉物理的妻子贝慈，每天早餐时间的闲谈。闲谈的内容，就从「第一位物理学家是谁？」开始，搭配了贝慈每天准备的美味早餐，例如高「质量」的班尼迪克蛋、苹果「重力」薄煎饼、有「惯性」的熟煮蛋……

　　阿札罗夫借题发挥，用18顿早餐时间，娓娓道出四百年来、数十位大物理学家的轶事，以及他们的大发现，因此而勾勒出一部物理简史。

　　如果你以为物理学就是一堆恼人的公式和演算，这本《物理早自习》可以帮助你拨开迷雾，直接见识到物理学的精华。如果你学过物理，只知其然却不知所以然，只要轻轻松松自修《物理早自习》，就能对「万物之理」获得前所未有的洞识。

作者简介

阿札罗夫（Leonid V. Azaroff ）

麻省理工学院物理博士，有四十年以上的物理和材料科学教学经验。

　　出生于俄国莫斯科，第二次世界大战之前移民美国。1953年起，从事固态物理研究；1956年担任伊利诺理工学院冶金工程教授，1966年出任康乃狄克大学材料科学研究所所长。1992年退休，成为康大荣誉教授。

　　在忙碌的教学、研究、行政生涯，阿札罗夫共发表了大约一百篇学术论文，撰写了七本X射线结晶学及材料科学教科书，赢得学界、校方及康州州政府的许多奖项和荣耀。退休后，阿札罗夫致力于物理学普及工作，《物理早自习》就是他最着名的科普书。

译者简介

叶伟文

　　1950年生于台北市。国立清华大学核子工程系毕业，原子科学研究所硕士（保健物理组）。曾任台湾电力公司核能发电处放射实验室主任、国家标准起草委员（核子工程类）及中华民国实验室认证体系的评鑑技术委员（游离辐射领域）。现任台湾电力公司紧急计画执行委员会执行祕书。

　　译作有《爱丽丝漫游量子奇境》、《硅晶之火》、《小气财神的物理梦游记》、《干嘛学数学？》、《物理马戏团I ~ III》、《数学小魔女》、《统计，改变了世界》、《数学是啥玩意？I ~ III》、《葛老爹的推理游戏 1、2》、《典雅的几何》、《太阳系的华尔滋》、《一生受用的公式》、《看漫画，学物理》、《诡论、铺瓷砖、波罗米欧环》、《迷宫、黄金比、索马立方体》、《统计你赢的机率》、《苏老师化学黑白讲》、《搞定几何！—问数学博士就对了》、《别让统计图表唬弄你》、《搞笑学物理》、《费曼手札》、《刻卜勒的猜想》、《神奇数学117》《苏老师化学五四三》、《牛顿物理驾训班》、《苏老师化学聊是非》、《相对世界的美丽》、《薛丁格的兔子》、《观念化学I》、《灵魂有多重？》、《隐藏的逻辑》、《物理早自习》、《相对世界的美丽》等三十多种书（皆为天下文化出版）。并曾翻译大量专业作品，散见于《台电核能月刊》。

《宇宙的呢喃：星际航行与文明的曙光》 这是一部探索宏大宇宙图景、聚焦于人类文明未来走向的史诗级科幻巨著。 本书并非聚焦于日常的学习与规律的重复，而是将读者的思绪引向那片浩瀚无垠、充满未知与奇迹的星辰大海。它描绘了一个在数千年后，人类文明挣脱了母星的束缚，踏上跨越光年之旅的恢宏时代。 第一部分：跃迁的黎明 故事的开端，将读者带入一个技术奇点已被突破的时代——“曲率驱动”技术不再是理论，而是日常的交通方式。然而，这种技术的成熟也伴随着巨大的伦理与生存挑战。地球，这个曾经孕育了人类的摇篮，在过度开发和气候剧变后，已不再是理想的家园。 小说的主角之一，天体物理学家兼工程师艾莉亚·文斯，是“方舟计划”的核心成员。这个计划的目标是寻找并殖民一颗位于天鹅座星系边缘、被命名为“新伊甸”的宜居行星。艾莉亚的工作不仅仅是计算航线，更重要的是破解数百万年前，一个在她看来是神话的古老文明——“织梦者”留下的航标信息。这些信息，被认为是通往银河系中心“原初能量源”的关键。 内容侧重： 详细描绘了曲率引擎的工作原理（基于对空间拓扑学的革命性理解，而非简单的虫洞理论），以及在星际航行中，船员必须面对的长期时间膨胀效应（Time Dilation）对社会结构和心理的深远影响。书中花了大量篇幅探讨“代际飞船”的概念，即船上的居民经历了数代人的繁衍，他们的文化和身份认同与地球文明已完全脱节。 第二部分：寂静的哨兵 “方舟号”在穿越一片被称为“虚空之纱”的暗物质聚集区时，遭遇了前所未有的危机。这不是简单的机械故障或能源危机，而是“智慧的沉默”。 他们接收到了来自未知方向的信号，但那不是通讯，而是一种复杂的、几何学上的“存在证明”。追溯信号源，他们发现了一系列由奇异物质构成的巨型结构——被称为“哨兵”。这些哨兵环绕着一些看似随机的恒星系统，它们没有表现出敌意，却散发着一种绝对的、令人窒息的秩序感。 艾莉亚发现，“织梦者”文明的遗迹并非用于引导，而是用于隔离。他们似乎在保护银河系中的某些区域，或是在阻止某些“东西”的传播。在这个部分，小说深入探讨了“费米悖论”的另一种解答：智慧生命可能存在，但它们都在进行某种程度上的自我约束或休眠，以避免触发宇宙中更高级的规则。 内容侧重： 涉及对非碳基生命形式的猜想与描绘，特别是一种以信息波形式存在的“共振生命体”。书中创造性地引入了“熵的逆转”理论，探讨了在局部区域维持高度复杂性的代价。探险队为了解读哨兵的几何语言，不得不运用最新的量子认知技术，这使得他们的意识在短时间内与冰冷的机器逻辑产生了危险的融合。 第三部分：文明的镜像 “方舟号”最终抵达了“新伊甸”，一个比预期更美丽，但也更具挑战性的世界。行星表面被一层独特的电磁场笼罩，使得地球上的一切能源技术都变得低效。 在这里，探险队遇到了“定居者”——另一个比人类早到几百年、但因技术路径不同而陷入停滞的殖民群体。这个群体发展出了一种基于生物技术和集体意识的网络，他们完全抛弃了物质工具，将自身融入了行星的生态系统。他们称自己为“根系”。 根系文明对“方舟号”带来的技术——曲率驱动、人工智能——报以极大的警惕。他们认为，正是这种对“外部驱动力”的过度依赖，导致了地球的毁灭。他们所追求的是内在的平衡与适应，而非无休止的扩张。 艾莉亚必须在两种截然不同的未来路径之间做出选择：是运用地球的先进科技强行改造新伊甸，以确保人类文明的“延续性”；还是放下傲慢，与“根系”的智慧融合，换取真正的“和谐”？ 内容侧重： 深入剖析了“进步”的定义。小说探讨了信息时代后的文明形态：是机械的、数字化的，还是生物的、共生的？书中描绘了根系如何通过基因编辑和精神链接来管理社会资源和控制冲突，这种看似完美的社会结构，其代价是对个体自由意志的彻底牺牲。高潮部分，艾莉亚必须决定是否切断“方舟号”的核心人工智能“奥德赛”与人类的物理连接，让它自由进化，还是将其锁定为工具。 尾声：回响 小说在艾莉亚的抉择之后戛然而止，留下了一个开放式的结局。无论她选择了哪条路，人类都将永远失去其作为地球物种的身份，成为星际图谱上的一个新符号。本书的核心在于对“家园”的重新定义，探讨了当物理边界消失后，人类精神边界将如何重塑。它是一部关于探索、适应、以及面对宇宙中更高智慧时，自我定义的史诗。 本书适合对深空探索、高级社会学理论、哲学思辨以及对人类未来命运抱有宏大想象的读者。

序曲 18顿美味早餐，通识一门物理课　10

第1顿早餐：有惯性的熟煮蛋　14

第一位物理学家是谁呀？　14
物理学是怎么来的？从滚动的球开始！　18

第2顿早餐：高质量的班尼迪克蛋　26

什么原因让球滚来滚去？　26
序曲 18顿美味早餐，通识一门物理课　10

第3顿早餐：苹果重力薄煎饼　33

苹果怎么会从树上掉下来？　33
如何为地球秤重？　40

第4顿早餐：果麦脆片低卡路里　43

有了能量，才能继续前进　43
热量可不是流动的物质喔！　46

第5顿早餐：带着能量的热蛋糕　49

有多热？　49
让热做功吧！　52

第6顿早餐：法式吐司有热力　59

热力学第一定律：你不可能赢！　59
热力学第二定律：你也不可能平手！　62
热力学第三定律：你还不能不玩！　67

第7顿早餐：冷盘不来电 69

放风筝去引闪电！　69
伏特∕安培＝欧姆　76

第8顿早餐：蓝莓松糕来电了！　82

导体 VS. 非导体　82
交流电 VS. 直流电　90

第9顿早餐：苹果油炸饼与「磁」爱　97

磁力　97
磁场　102
马克士威写了些什么？　109

第10顿早餐：酥脆培根水波蛋　116

制造波动 116
波动可以搞什么飞机？ 121

第11顿早餐：燕麦粥吃光光　131

什么是光？　131
我们为什么能看见东西？　135
这是个万紫千红的彩色世界！　144

第12顿早餐：贝果相对燻鲑鱼　149

光速是什么？　149
真的是相对的吗？　152
相对论的弔诡与黑洞　155

第13顿早餐：量子谷麦粉　162

有人相信量子吗？　162
量子论和原子有何关系？　168

第14顿早餐：波粒丹麦酥　179

波函数是什么？　179
玻恩和海森堡有了答案　186

第15顿早餐：原子松饼　192

原子也能很有趣　192
原子怎么会互相吸引在一起？　202

第16顿早餐：固体甜甜圈＆流体咖啡　210

我们被流体包围了　210
我们得依赖固体　215

第17顿早餐：美式米花大放射　219

谁怕放射性？　219
原子核里面有什么故事？　224
可以为善、也能为恶的核能　228
我们的核能遗物往哪儿摆？　241

第18顿早餐：夸克玉米饼　246

乱成一团的粒子　246
什么？还有更多的守恆律？　252
夸克，和更多夸克　259
物理学的大一统　265

终曲：前面还有什么？　271

寻找起源　271
对称与混沌　276
还有什么新鲜事？　282
志 谢　284
物理名词注释　285
科学家简介　296

18顿美味早餐，通识一门物理课

　　近来我已经学乖了，不再随便跟人家说我是物理学家。每次与一个新朋友初次认识后不久，我总会碰到这样的问题：「您是从事哪一行的？」我以前傻傻的，总是据实以告：「我是物理学家。」然后我会看到对方的眼中流露出一股怜悯的表情，令我浑身不自在。久而久之，我决心不说自己是物理学家，现在碰到同样的问题，我总是说自己是材料科学家。

　　这个答案让问的人比较没有压迫感，也觉得比较有意思，通常还会引出进一步的话题。例如：「材料科学家都做些什么？」我会说，我在康乃狄克大学负责一个研究所，而这个研究所，专门研究各种材料的特性。职业的话题通常谈到这种程度就差不多了，接下来我就迅速换个话题，谈些别的。

　　如果朋友问的是：「材料科学是什么？」我就回答说，是研究组成世界上所有东西（包含人在内）的材料或物质，研究这些物质的物理特性与结构。一讲到这里，通常问的人就会改变话题了。

　　如果新朋友的好奇心非常强，问得更深入，我会对他解释自己的研究兴趣是找出物质里个别原子的物理性质，以及这些原子如何影响了物质表现出来的特性。通常说到这里，面前的新朋友常会告诉我，他（或她）有些害怕物理，也不太习惯和物理学家面对面谈话，不管什么原因，绝大部分的情况是，话题会就此打住。

　　但也有极少数的例外，居然能把这个话题谈得更深入。有的时候，我会说出自己还编写过几本物理课本。通常听到这件事，对方的反应常常是：「如果你能写一些我们这些外行人看得懂的书，就太好了！」

　　几年前，我亲身经历了一次我们这些物理学家最担心的情况。当时，我在耶鲁大学的纽海文医院等待割喉咙（应该说切脖子）。在手术前的准备室里，负责这次颈动脉手术的外科医生和我聊天，缓和我的焦虑。他一听说我是物理学家，非常同情的看着我说，他知道学物理的艰辛，他在读大学的时候，物理成绩非常差，害他差一点进不了医学院。

　　我听得冷汗直冒。现在，你们知道对陌生人承认自己是个物理学家，为什么不是好主意了吧？

　　在聊过天的朋友当中，女性朋友表达出来的同情与关切，更胜过男性朋友，尤其是未婚女性，当她们知道我仍是个单身汉时，关怀之情更是溢于言表。我一个人去搭加勒比海邮轮散心的时候，就碰上这么一位非常关心我的女性新朋友，令我感动与心动，结果在旅程结束之前，我就忍不住向她求婚了。

　　贝慈是个很有才华的心理学家，专长是学龄儿童的行为管理。而物理教授对于调皮捣蛋的小鬼，总是觉得束手无策、疲于应付。一位很成功的儿童心理学家，怎么会喜欢我这样的科学怪人呢？贝慈从来没有告诉我原因，只是一再表示，她自己从来没有把物理学好，因此非常敬佩在物理上很有成就的人。

　　贝慈是明尼苏达大学的心理博士，已经有九年没碰物理学了，但她仍受过一些科学上的训练，尤其她修过科学哲学课程，在这门课程里，她发现大自然的法则是非常简单的：对于自然现象，最简单的解释往往是正确的。虽然没有真正上过物理课，贝慈却了解，身为一门最基础的科学，物理学对自然现象的解释一定是最简约的，因此她相当遗憾自己没上过物理课。她天生好奇，乐于知道保险丝是怎么发挥功能的，火箭是怎么飞的，或者为什么白天的天空是蓝色的，傍晚时分却彩霞满天。我们一起吃早餐的时候，她总是爱问东问西，不肯离开餐桌。

　　其实不仅是贝慈，很多小孩子，尤其是女孩子，在学物理的过程中，遭遇到许多挫折，而我早年学习自然科学的经验，却大部分是正面的。我发现所有的科目，尤其是数学，都非常简单，我也喜欢老师慷慨给予我的关注和鼓励，他们常夸我是「小爱因斯坦」。

　　为了不辜负老师对我的期望，我从小就立志要做个像爱因斯坦的物理学家。当然，我小的时候并不知道当个物理学家是什么意思，只知道这跟同学想当会计师、医师、律师或棒球选手的志向是不一样的。等我进了大学，念了物理，我才明白，物理这门学问的乐趣或挑战，与别的同学选择的领域一样，但它仍让我着迷不已。一直等到我辛苦念完所有研究所的课程，我总算知道，做个物理学家和当爱因斯坦并不是同义词，但是生米已经煮成熟饭，我没法回头，只好继续向前走。

　　为什么物理会让这么多的人望而生畏？事实上，物理并不比大学里的其他课程难。物理看起来很难，可能是因为非物理学家的穿凿附会，而物理学家又喜欢装模作样，故示神祕。我也发现在自己当了物理老师之后，觉得用数学语言来表达或描述某种现象，比用普通的词汇去说明解释，要容易多了。难怪很多物理老师会乐此不疲。可惜的是，这种风气使得一些准备功夫下得不够的老师，让学生觉得物理是一门很难而没有趣味的课。

　　我在大学里，最讨厌、最害怕的课是诗歌。从那时起，我从来没有喜欢过诗歌。但是我听说非常高明的老师，能把诗歌讲得让人如醉如痴，吟咏不已。

　　关键就在于，你碰到的老师高不高明。因此，和贝慈结婚之后不久，我就决定写一本物理书，让一般的学生，不管是念文科的、还是念理科的学生，都觉得浅显易懂又有趣。我慢慢朝这个目标前进之际，想起来的都是我和贝慈在早餐时的闲谈。就好像《一千零一夜》的故事那样，我写了一本物理的早餐故事。

下面，就是珍藏于我记忆里的早餐故事……

【书摘】第1顿早餐：有惯性的熟煮蛋

第一位物理学家是谁呀？
我和贝慈之间的早餐物理闲谈是这样开始的。有一天早晨正准备吃熟煮蛋的时候，我忽然有感而发：「我发现早年物理学家有许多很精采的小故事，非常有趣，也非常令人感动。」

贝慈听了，很自然的就问我：「第一位物理学家是谁？」（她是个好奇宝宝，提出非常多的类似问题，各位很快就会发现了。）

我回答：「伽利略是第一位物理学家，虽然他本人并不知道这件事。我们把学者称唿为『科学家』或『物理学家』，还是十九世纪中叶以后的事。最初提出这些头衔的人，是惠卫耳，他是剑桥大学三一学院的院长，也是剑桥当时的副校长，在他之前，并没有人提过什么『科学家』或『物理学家』之类的名称。」

但是贝慈反驳说：「我相信在伽利略之前，一定有人研究过我们现在称为物理的课题。例如许多早期文明，像古埃及、古希腊文明、或者南美洲的马雅、阿兹特克文明，甚至亚洲或其他地区，难道都没有人研究过物理吗？」

评分☆☆☆☆☆

阅读《物理早自习》的整个过程，我体验到了一种前所未有的“顿悟”感。这本书的编排非常巧妙，它将看似零散的物理知识点，串联成了一条清晰的学习主线。我常常在阅读某个章节的时候，突然发现之前困扰我的其他问题也迎刃而解了。比如，在理解了电磁感应的原理之后，我对发电机的工作方式以及电力传输的机制有了全新的认识。书中对于一些抽象概念的阐释，更是做到了化繁为简，例如对“场”的概念的解释，作者通过类比“地心引力场”、“磁场”等，让我们能够直观地理解这种看不见摸不着的力量是如何作用于物体的。我尤其欣赏书中对“光”的讲解，从光的波动性到粒子性，再到光电效应，作者清晰地展现了物理学在认识光这个基本粒子上的不断深化过程。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维的启迪。它让我学会了如何去分析问题，如何去寻找规律，如何用科学的眼光去审视世界。每次读完一段，我都会不自觉地拿起笔，在书上做一些笔记，标记出那些让我觉得特别精彩的观点和例子。这种主动的参与和思考，极大地巩固了我对知识的掌握。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《物理早自习》是一本能让人“脑洞大开”的书。我之所以这么说，是因为它里面的很多内容，都挑战了我原有的认知，让我不得不去重新审视那些我曾经认为理所当然的“常识”。这本书在介绍物理定律的同时，非常善于引用一些有趣的实验和现实生活中的例子，让那些抽象的概念变得鲜活起来。例如，书中在讲解惯性定律时，不是简单地说“物体会保持静止或匀速直线运动状态”，而是通过描述我们坐公交车突然启动时身体会向后仰，或者急刹车时会向前倾的现象，让我们直观地体会到惯性的存在。这种“情景代入式”的讲解方式，让我感觉自己不再是被动地接受信息，而是主动地参与到知识的学习过程中。更让我印象深刻的是，书中对于一些物理学史上的争论和误区的介绍，比如亚里士多德和伽利略在自由落体运动上的观点差异，以及后来爱因斯坦如何推翻了牛顿力学的绝对时空观。通过这些历史的视角，我不仅了解了物理学的发展脉络，也体会到了科学探索的曲折和伟大。这本书让我明白，科学的进步不是一蹴而就的，而是建立在无数次的质疑、修正和突破之上的。

评分☆☆☆☆☆

《物理早自习》给我最深刻的体验，是它所带来的那种“豁然开朗”的感觉。我一直对某些物理现象感到困惑，比如为什么物体在水里会浮起来，为什么摩擦力会阻碍运动，为什么我们需要电来驱动现代社会。这本书以一种循序渐进的方式，一层层地剥开了这些现象背后的物理原理，让我获得了前所未有的清晰认知。书中的很多讲解都非常具有启发性，它不仅仅是告诉你“是什么”，更是告诉你“为什么”。比如，在讲解能量守恒定律时，作者没有止步于公式的陈述，而是通过各种能量转换的例子，比如水力发电、太阳能利用，甚至是我们身体的新陈代谢，让我们感受到能量在不同形式之间的转化，以及能量的“不可灭”和“不可生”。这种深入浅出的讲解，让我能够真正理解这些物理定律的普适性和重要性。我特别喜欢书中关于“热力学第二定律”的讨论，它不仅仅是关于熵增的科学表述，更是一种对宇宙发展趋势的宏观解读，让我对时间的流逝和事物的演化有了更深刻的理解。读完这本书，我感觉自己的思维模式得到了很大的提升，看待问题的方式也更加科学和理性了。

评分☆☆☆☆☆

读完《物理早自习》，感觉像是经历了一场别开生面的知识盛宴。这本书给我最直观的感受是，它成功地将原本可能枯燥抽象的物理概念，转化为了一系列生动有趣、引人入胜的故事和场景。我常常在阅读的过程中，仿佛置身于那些物理实验的现场，或是与那些伟大的物理学家一同思考，一同探索。例如，书中对牛顿万有引力定律的讲解，不是简单地罗列公式，而是通过描绘苹果落地、月亮围绕地球运转的场景，辅以生动形象的比喻，让我一下子就抓住了核心思想。再比如，关于相对论的阐述，作者并没有直接抛出复杂的数学推导，而是巧妙地运用时间膨胀、长度收缩这些奇妙的现象，引发我的好奇心，引导我一步步去理解其中的奥秘。这种“润物细无声”的教学方式，让我觉得学习物理不再是一项艰难的任务，而是一种充满乐趣的探索。每一章的结尾，都会有一些引人深思的小问题，这些问题不是为了刁难读者，而是恰到好处地引导我回顾本章内容，并尝试将所学知识应用到实际生活中。我经常会花一些时间去思考这些问题，有时候甚至会和朋友讨论，这种互动式的学习体验，极大地加深了我对物理的理解和记忆。这本书的语言风格也非常独特，既有科学的严谨，又不失文学的趣味，读起来非常舒服，一点都不会感到疲惫。

评分☆☆☆☆☆

《物理早自习》给我的震撼，在于它所呈现出的物理世界的宏大与精妙。在阅读这本书之前，我一直认为物理学是一门高深莫测的学科，离我的生活很远。然而，这本书彻底颠覆了我的认知。作者以一种非常接地气的方式，将物理学的奇妙之处展现在我面前。书中关于量子力学的描述，让我惊叹于微观世界的奇特行为，粒子叠加、量子纠缠这些概念，在作者的笔下变得不再遥不可及，反而充满了哲学思辨的魅力。我尤其喜欢书中对“薛定谔的猫”这个思想实验的解读，它不仅仅是一个关于不确定性的故事，更引申出对观察者效应和测量问题的深刻探讨，让我对现实的本质产生了新的思考。此外，书中对宇宙学的一些介绍，比如大爆炸理论、暗物质、暗能量等，更是让我感受到了人类探索未知宇宙的勇气和智慧。虽然这些概念非常前沿，但作者用通俗易懂的语言，结合最新的科学发现，为我构建了一个清晰的宇宙图景。读这本书的过程，就像是在进行一次思维的拓展训练，我开始用物理学的视角去观察周围的世界，发现原来我们习以为常的现象背后，都隐藏着如此深刻的物理原理。这本书不仅仅是关于物理知识的传递，更是对科学精神的一种传承，它激发了我对未知的好奇心，让我渴望去了解更多。