描述
开 本: 32开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787516828274
1.霍金推荐，爱因斯坦亲自撰写的经典物理科普书。
2.囊括物理学学习者极为关心的量子论、场论、相对论等话题，让你迅速get到知识点。
3.畅销80余载，已被翻译成11种语言版本，是一本不可不读的物理学著作。
4.本书赢得物理学家霍金、数学家T.贝尔、微生物学家保罗·德·克鲁伊夫高度评价。
5.备受读者推崇的豆瓣高分书籍，多地中学试题源自本书。
6.本书环保纸印刷，图文并茂，增添阅读趣味，丰富阅读体验。
温度计拥有的热量真的和人体一致吗?
热是一种什么样的物质?
如果和光一样快,时间会静止吗？
这些日常困扰着我们的问题，恰恰都是物理学所关注的话题。
现代物理学奠基人阿尔伯特·爱因斯坦、波兰物理学家利奥波德,英费尔德联合打造的物理学科普读物《物理学的进化》,自诞生以来,屡屡赢得读者的青睐。全书没用一个数学公式,却清楚地阐述了相对论、量子论和场论。
无论你是对物理学感兴趣,还是你就是物理学的研究者,阅读此书，都能有所收获。
部分 机械观的兴起
伟大的奥秘002
条线索004
矢量010
运动之谜016
还有一个线索029
热是一种物质吗033
起伏坡道041
转化率045
哲学背景049
物质的运动论053
第二部分 机械观的衰落
两种电流体062
磁流体072
个难题077
光的速度083
作为物质的光086
色彩之谜090
波是什么094
光的波动说099
纵波还是横波109
以太和机械观112
第三部分 场，相对论
场作为表征116
场论的两个支柱127
场的实在性133
场和以太140
经典力学的框架143
以太与运动154
时间、距离、相对论167
相对论与经典力学181
时空连续体187
广义相对论197
电梯内外202
几何与经验210
广义相对论及其验证221
场和实物226
第四部分 量子
连续性、不连续性232
物质与电的基本量子235
光的量子241
光谱248
物质波253
概率波262
物理与现实274
始阅读之前，想必有一些简单的问题有待解答——本书的写作目的是什么？它的目标读者又是谁？
要想一开始就得到清晰明了的解答是不容易的，而在书的后再回答这些问题虽然更容易，但也没有必要了。我们认为仅仅说明这本书不想做的事情似乎更容易些：这不是一本物理学的教科书，不包括基础物理事实以及有关理论的系统课程。我们更多的是希望粗略描绘出人类孜孜不倦地寻找观念世界与现象世界联系的图景。试图展现是怎样的动力促使科学创造出符合客观事实的观念。但我们的描述必须简单易懂，必须穿过错综复杂的事实和概念，选择那些看起来有代表性、重要的东西。为了主要的目标，我们不得不在事实和理念里做出抉择，舍弃涉及不到的事实和理论。一个问题的重要性不能以答案所占篇幅的多少来衡量。因此一些关键的思想脉络被略去不是因为它们不重要，而是因为它们不在我们选择要走的捷径上。
写作本书之际，我们对本书的读者有哪些特质有过长久的讨论，并为此思索良久。我们想象中的他缺乏任何有关物理和数学的念有兴趣，也欣赏他的耐心——因为尽管挣扎过，他依然走上了有些乏味且困难重重的道路；他知道想要理解任何一页的内容，必须将前一页读透彻；他知道即便是一本通俗的科普书籍，也不能像读小说一样读它。
阅读这本书是你我之间的一场简单对话。你可能会觉得它无聊或有趣，古板或令人惊奇。但假若本书的内容能给你一些启发，能让你了解极富创造力的人们为了充分理解物理现象的法则付出的恒久努力，那我们的目的就算达到了。
阿尔伯特·爱因斯坦 利·英费尔德
写于1938年
20世纪上半叶,量子理论改变了物理学的景观,就像电磁学理论在一个世纪前所做的那样。在《物理学的进化》一书中,爱因斯坦和英费尔德从风暴中心描述了这场革命。今天我们已经很习惯接受量子力学的概念,从而很容易忘记当初我们要从量子角度来思考时所需要的具有纪念意义的思想转变。
——物理学家 史蒂芬·霍金
该书以精巧的构思阐述了自伽利略以来的物理思想,不使用数学就能鞭辟入里地阐述现代物理学演化过程中的主要阶段,这是项了不起的成就。只有完全精通其学科以及其中涉及的数学,才可能做到这一点。爱因斯坦和英费尔德的著作能够极大地帮助我们理解和欣赏人类思想演进过程中令人激动的伟大一幕。
——数学家 E.T.贝尔
我从头至尾、逐字逐句读了这本书,它为我开启了一个全新的世界。
——微生物学家 保罗·德·克鲁伊夫
伟大的奥秘
想象之中存在一个完美的解谜故事。它展现了所有的关键线索，迫使我们自己得出对答案的见解。如果我们小心求证，将在作者揭晓终结论之前自己找到完备的解答。与那些较差的解谜故事不同，这个解答本身并不会让我们失望，不仅如此，它还会出现在每一个我们期望它出现的时刻。
我们能否将历代孜孜不倦地寻求自然奥秘之书答案的科学家们比作这样一本解谜之书的读者呢？这个比喻是不恰当的，不久将不得不被抛弃，但这个比喻多少有些合理之处，我们也许能通过延展和修正，使其更恰当地说明科学家们为解决宇宙奥秘所做的努力。
自然之书的伟大奥秘仍未解开，我们甚至无法认定是否存在一个终极答案。通过阅读我们已经学会了很多，它教会我们自然的基础语言，让我们能够理解许多解谜的线索，它们也是科学进步艰苦旅途中快乐与激情的源泉。但我们意识到，即使阅读过无数著作，我们离终的答案依然很远，如果真的存在这样的答案的话。每一阶段，我们都试着用已经发现的蛛丝马迹来寻求解释。我们目前接受的理论已能解释许多现象，但是没能演变出一个可以兼容所有的已知线索的解答。经常有看上去完美的理论，却在进一步考证下被检验出尚不充分。新现象相继涌现，但不是与现有理论相悖，就是无法被其解释。我们了解得越多，就越发钦佩自然这本大书的完美结构，即使在前进的路上，完美的答案似乎离我们越来越遥远。
自柯南·道尔写出令人赞叹的故事之后，几乎每一部侦探小说中的侦探都要搜寻他所需要的所有线索，无论是否只是一时之需。这些线索常常显得十分古怪，断断续续而且毫无关联。然而，伟大的侦探知道，在此时此刻并不需要深入的调查，仅凭纯粹的思考就能找到已知线索间的关联性。所以，他拉一拉小提琴，或是懒洋洋地靠在扶手椅上抽烟斗。一刹那，他想到了！不仅能够解释已掌握的线索，还知道了接下来必将会发生的其他事。一旦瞄准突破口，如果他愿意，很可能就会去为自己的理论搜集更多佐证。
阅读自然之书的科学家如果只是老生常谈，他们也必定能找到可以自洽的理论；然而他们不能像缺乏耐心的小说读者常做的那样——一下就翻到书的结尾。对我们而言，读者就是调查者，在寻求一个答案，至少是浩繁篇章中的部分答案。所以为了获得哪怕一点点的解答，科学家也必须搜集所有能观察到的无序现象，并以创造性思维去梳理和解释它们。
在接下来的内容里，我们的目标大致是描述物理学家像调查者一样进行的纯粹思考工作。我们将主要关注思考和观念在探寻客观世界知识征途中的作用。
条线索
理解伟大的自然奥秘的企图和人类思维一样古老。然而，在300年之前，科学家们才真正开始了解这个奥秘所使用的语言。从那个时候开始，也就是伽利略和牛顿的时代，对自然奥秘之书的阅读速度得到了迅猛提升。观察的技巧、找寻和跟踪线索的系统方法都得到了发展。部分自然之谜得到了解答，尽管在其后更深入的研究中，大多数的解答被证实是片面而且肤浅的。
数千年来，因为其本身的复杂性而令人费解的基础问题是运动。我们能在自然中观察到的所有运动，无论是一颗石子被抛掷到空中，还是一艘船航行在海上，又或是一辆车沿路行驶，实际上都是非常复杂的。理解这些现象的明智方法是从简单的情况着手，再逐步推演到复杂情况。想象一个完全静止的物体，不存在任何的运动。为了改变这个状态，必须向其施加外力，推动、拎起，或者让别的东西，比如马或蒸汽引擎向它施加力。我们直觉的认识是，运动与推、拉、举起这样的动作有关。重复实验让我们得出进一步的推论：如果想让物体运动得更快，我们需要推得更用力。这样，作用于物体上的外力越大，物体运动的速度就越快，就自然产生了这个结论——一辆四匹马拉动的马车比两匹马拉动的马车运行得更快。因此，直觉告诉我们速度与外力作用有关。
侦探小说的读者都很清楚，错误的线索会混淆视听、阻碍判断。借由直觉所做的、看似有理有据的推测是错误的，导致对运动的观念也是错的，这个错误观念还延续了数个世纪。亚里士多德在欧洲享有的威望，大概是这个直觉观念流行了数千年的主要原因。在他2000年前写下的《力学》中，我们读到：
当推力无法再推动物体时，运动物体趋向静止。
伽利略的发现和科学推理方法是人类思想重要的成就之一，标志着物理学研究的真正开始。他的发现教会我们：基于即时观察得出的直觉结论并不总是正确的，它们往往指向错误的线索。
那么，直觉错在哪里呢？一辆四匹马拉的马车比两匹马拉的马车跑得快，这个说法难道不对吗？
让我们更深入地考察运动的基本事实，从简单的日常经验开始，从人类自文明起源时期、在艰难的生存奋斗中得到的认识开始。
假设一个人推着手推车走在水平路上，他忽然停止推车，这辆车会继续运动一段距离才停下。我们想知道：如何能拉长这段距离？
有几个方法，比如润滑车轮，或者把路面弄得非常平滑。车轮转动得越顺利，路面越光滑，小车就能运动得越久。那润滑和平整的作用是什么？只有一点：减少外部影响，称作“摩擦”的影响因素就降低了，无论是在车轮间的摩擦还是车轮与路面间的摩擦。这便是对于可观察证据的理论解释。这个解释实际上是武断的。只要向前迈出至关重要的一步，就能获得正确的线索。想象一条平滑的道路，车轮间也不存在摩擦。那就没有任何外力可以阻止这辆车，它将永远运动下去。这个结论只能在想象的理想实验中得出，在现实中绝无可能实现，因为外部因素不可能被完全消除。这一理想实验展示了真正构成运动的力学基础的线索。
对比这两种解决问题的方法，我们能说直觉观点认为外力越大速度越大。因此，速度大小显示出是否有外力作用。伽利略发现的新线索是，如果一个物体没有被推拉，也没有以任何其他方式被施加作用，或者，更简单地说，没有外力作用在这个物体上，它就会做匀速直线运动，也就是始终以相同的速度沿直线运动。
因此，速度无法说明物体上是否有外力作用。伽利略的结论是正确的，并在隔了一代之后成为牛顿惯性定律的基础。这通常是我们在学校学到的个熟记于心的物理知识，有些人也许还能记起：
任何物体都会保持静止或者匀速直线运动的状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。
我们已经知道，这条惯性定律不能直接从经验得出，只有当推断与观察一致时才能得出。理想实验永远不可能真实上演，尽管它使我们对真实实验有了深刻的理解。
从我们周围存在的许多复杂的运动中，选择匀速直线运动作为我们的个例子。因为没有外力的作用，所以这是简单的例子。然而，匀速直线运动是永远无法实现的；从塔尖扔下的一块石头、沿路行驶的推车永远不可能做匀速直线运动，因为我们无法排除所有外力的影响。
在一个好的解谜小说中，明显的线索往往会引向错误的猜测。在我们试图了解已知自然现象的规律时也是如此，突出的直觉解释往往是错误的。
人类思想创造出了一个千变万化的宇宙图景。伽利略的贡献在于摧毁了直觉观念并以新的认知方式取而代之。这是伽利略的发现有意义的地方。
但是，另一个有关运动的问题随之产生。如果速度并不能表明有外力作用于物体，那什么能表明呢？这一基础问题的答案由伽利略发现，并由牛顿精简叙述，也形成了我们观察中的下一个线索。
要找到正确答案，我们必须进一步思考那辆在光滑的路面行驶的推车。在理想实验中，做匀速直线运动是由于没有任何外力。现在，假设在这辆匀速行驶的推车上施加一个与运动方向一致的推力。会发生什么？显然速率会提高。同样显而易见的是，若是推力与运动方向相反，那么速率会下降。在个例子中，推车因为推力加速了，在第二个例子中则减速了，或者说慢下来了。马上就出现一个结论：外力会改变运动的速度。因此，不是速度本身而是速度的变化才是推力或拉力的结果。此类外力是会提高还是降低速率，要看它作用的方向是和运动方向一致还是相反。伽利略清楚地看到这一点并在《关于两门新科学的对话》中写道：
……除增加了会加速或阻碍运动的外部因素之外，运动中的物体一旦具有任意大小的速度，将会严格保持速度不变，这种情况只会在水平面发生；在下行的斜面中，本就存在加速的因素；然而在上行的斜面中存在的是阻碍因素。据此，可以得出在水平面上的运动是永恒的。因为，一旦速度恒定，它就不能被削减，也几乎不会被毁坏。
循着这一正确的线索，我们对运动的问题有了更深的理解。力与速度变化相关是牛顿创立的经典力学的基础，而不是我们从直觉出发、理所当然想到的力和速度本身相关。
我们已经使用了经典力学中至关重要的两个概念：力和速度的变化。在之后的科学发展中，这两个概念都得到了延展和丰富。因此，我们现在必须更仔细地考察它们。
什么是力？直觉认为，顾名思义，力就是力。从肌肉对这些动作的感知而言这个概念来自推、扔或拉的作用。但力的概念远远超过这些简单的例子。甚至于我们在思考力时，都不需要想象马拉马车的场景！我们谈论太阳和地球、地球和月亮之间的引力，以及那些能引起潮汐的力量；我们说的力，能迫使我们和我们周围的所有物品都留在地球的引力范围内，还能让风掀起海浪、吹落树叶；通常来讲，无论何时何地，我们观察到速度的变化和外力的作用，都是由于力。牛顿在《自然哲学的数学原理》中写道：
作用力是施加在物体上的作用，目的是改变物体的运动状态，无论是使其静止，或者沿直线变速运动。
这种力只作用一次，动作结束后，它不会一直作用在物体上。物体此后的每一个新状态，都只是因为自身的惯性。作用力有不同的来源，可以是来自击打、挤压，或者向心力。
一颗从塔顶掉下的石头，它的运动不可能是匀速的，速度会随着石头的下降而提高。我们总结为：外力与运动的方向同向。或者，换句话说，是地球吸引了石头。我们再看另一个例子：当一颗石头被直直向上抛起会发生什么？速度会下降，直到石头达到点，然后开始下落。在这里，让速度下降的力和让下落物体速度增加的力是一样的。在一个例子中，力的作用与运动方向同向，在另一个例子中，力的作用与运动方向相反。力是一样的，但是根据石头下落或抛起的不同，它导致的结果一个是加速，一个是减速。
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