徐一鸿新书自序：不谈“最热最新”，只论“恒久而冷清”

我在此务请读者首先阅读这篇序言，以了解本书的宗旨。若读者是来寻找物理学“最热最新”的课题，还请上网搜索爆款热帖，本书恐怕会令你失望。

我构思这本书已至少三十年，也许有四十年了，早在我写下第一本学术专著《自然力的统一》（译者注：原著为 Unity of Forces in the Universe，无中译本，为行文通畅，特添加译名）以及第一本通俗科普《可畏的对称》（Fearful Symmetry）之后不久。¹（译者注：如无特别说明，本文所有注释均为作者自注）在写作这些书时，我会思索“统一”（unity）和“对称”（symmetry）如何成为了理论物理学的两大基石理念。此后多年间，我陆续写下了自己心目中“理论物理十大理念”的清单。这本书的部分灵感可说源于上世纪八十年代美国深夜电视节目中主持人宣布“十大榜单”的传统，尽管那些榜单常常荒诞不经（译者注：例如“最不受猫欢迎的十大猫粮口味”、“十大迹象表明你可能就是班里最傻的学生”）。于是我自己也会戏谑性地列出榜单，比如“凝聚态物理中最难看的十大术语”，挂在办公室门口以娱乐同事。

直到近年，当我向普林斯顿大学出版社提交本书计划，并着手动笔时，我翻出多年来零星记录下的五六份理论物理的“十大理念”清单。颇为有趣也令我欣喜的是，纵然细节略有变动，排序有所调整，但核心内容几乎一致。这让我深感安慰：经历了理论物理研究的潮流变迁，这些念兹在兹的思想到底是有恒久价值，经得起岁月淘洗。

本书每一章会探讨一个基本思想，简要阐述其精义，下面我将用一两句话分别对书中十章进行小结：

1. 世界是可以被理解的。

人类所怀的最不可思议的信念，正是宇宙是可以被理解的。而大自然也一次又一次对理论物理学家投以她的仁慈。

2. 物理定律无所不在、恒古不变。

若物理的存在并非普遍而永恒，我们就无法理解宇宙，亦无法追溯其“婴儿时期”。

3. 世界的本质是量子的。

我们所处日常世界之下，竟潜藏着一个神秘的量子世界——在这里，常识和传统意义上的“现实”分崩离析——堪称是人类最震撼的发现。

4. 量子场，恒久不息——爱因斯坦的至爱。

宇宙是一场量子场的交织之舞。这些永恒之场激发孕育出我们熟知的粒子：有些稍纵即逝，有些看似不朽——但也许并非如此。

5. 可畏的对称：宇宙处处是对称。

为何越深入本质，物理越对称、越简洁、越“优雅”？这是个真正深奥的谜题。

6. 爱因斯坦：用相对论终结的“相对性”，编排时空之舞。

物理定律不应物理学家的视角而变——真理并不“相对”，这与某些哲学家向你宣扬的恰恰相反。

7. 自然力的统一。

物理曾由繁杂定律构成，而20世纪几乎不可思议的成就，是将其简化为四种基本相互作用，其中三种已统一为“大一统理论”，惟独引力仍拒绝入列共舞。

8. 造物主说的是数学的语言。

维格纳（Wigner）曾质疑数学之于物理的高效是否过于“不合理”。我和多数（但非全部）理论物理学家都对此深感困惑。

9. 熵与热涨落：一切关乎“分享”。

从两个粒子的交互中无从知晓亿万粒子的集体行动——熵与时间之箭由此而生。这正是“多者异也“的体现——整体多于部分之和。

10. 物理关乎“作用量”。

从费马（Fermat）的“最短时间原理”开始，我们离开了牛顿的方程体系，转而以“作用量”构建自然的演化。这是物理最深层的语言。

以上就是十章的内容，每章探讨一个重大理念。我曾想半开玩笑地加上与破产相关的第十一章，题为：《物理危机：道德破产的警世故事》²，但最终还是删去了——不过，谁知道呢，也许将来它又会在另一本新书中冒出来。

物理不只是“代入公式，算出结果”。然而，中学乃至大学、研究生阶段的“题海战术”，让学生难免得出这种印象。追求“结果”确是部分物理学家的动力，但绝非全部。迪克·费曼（译者注：即著名物理学家理查德·费曼的昵称，原文为 Dick Feynman）或许以其独特的文采说得最为精辟：“物理就像性爱：当然，它可能会产生某些实在的结果，但这可不是我们做它的原因。”追逐结果或可赢得名声与财富，但许多人，包括我自己，更多的是被理解宇宙运作之奥秘的渴望所驱使。我和一些朋友沉醉于理念之间的逻辑关联，惊叹于这些理念竟让我们人类如此渺小的存在，得以理解从微观到宏观、几乎匪夷所思的复杂宇宙！“匪夷所思！”这句话似乎就是为物理学量身定制的。

爱因斯坦说：“我想知道上帝如何创造这个世界。我不关心这个或那个现象。我想知道的是祂的思想，其余皆为细枝末梢。”说得多好！但恐怕只有他这种地位，才敢一口否定物理学中的大部分知识为细枝末节。我当年在《可畏的对称》（Fearful Symmetry）中引用这句话，颇为惊艳，却也收到些“决斗状”般的邮件。有人一辈子钻研“这个”，因此愤怒非常；也有人是“那个”方面的全球权威，却从未听说“这个”。爱因斯坦已故多年，无从为这份“狂妄”买单。若他尚在，或许会调皮地建议我让“这个博士”与“那个教授”直接联系。

放轻松。其实所有物理学家都在研究“这个或那个现象”，包括爱因斯坦自己。除了探讨时空与量子，他还研究过湿沙的粘滞性³以及冰箱的热力学原理——读来妙趣横生。事实上，几乎所有物理学家⁴一生研究的都不过是爱因斯坦眼中的“这个或那个”。

而确然，几乎所有重大突破也都源于对“这个或那个”的研究。比如，年轻的马克思·普朗克（Max Planck）开创量子革命，并非因为哲思宇宙，而是缘于钻研加热腔体中的电磁波；又如，暗能量的发现，建立于对超新星爆炸机制的深入理解。我常说，物理有如大马戏团，万象并存：驯兽师、空中飞人到杂技小丑⁵，皆有其位。物理学的前沿在诸多领域推进，因此关于空间和时间本质的根本性洞见也必然——与许多物理学爱好者的想象大相径庭——千载难逢。是的，我理解“多者异也”的概念，程度或许比你认为的还要深。

尽管如此，你手中的这本书所谈的正是物理学的基础理念，不特别关注爱因斯坦口中的“这个或那个”，除非作为说明需要。所以，在读者想向我发送愤怒邮件前，请先记住这一点。固然我知道“细节决定成败”（devil is in the weeds），学会钻研细节很重要，但本书宗旨是提供全面概览。

首先说明几点：这既不是一般的通俗读物，也不是教材。哪怕只讲其中一个思想，展开来也够写一本书。比如第四章所讲的量子场论，我就写过一本科普书、一本专业教材和一本半科普半专业读物。我常需在简洁与“不让读者完全懵圈”之间寻找平衡。因此许多必要主题被省略或一笔带过⁶。可想而知有些学界的同行会因此不满，但我会鼓足勇气直面他们的顾虑和怒火。

我的目标是传达这些思想的意义，并略述其来龙去脉。有时我会集中讲某一专题。例如，要讲量子物理，面面俱到绝无可能，于是我选了贝尔不等式（Bell’s inequality）来切入，也因为写书时恰逢三位验证该理论的实验物理学家获得诺贝尔奖。而为解释贝尔不等式，我必须介绍电子自旋——这或许是最诡异的物理概念之一，但我们当今的科技社会正高度依赖它。

再如，熵与信息两个概念在大众认知中常被误解，我便几近教科书式地详加阐释。

我提过自己出版了多本物理科普读物和教科书，因此本书内难免会重复旧作。为什么要重复？费曼早年自问此事时给出了我十分认同的回答：“因为人类的每天里都有新的一代诞生。因为人类的历史上总有伟大理念诞生，而这些理念若不刻意、清晰地传给新的一代，就无法长存。” ⁷

无疑，不少专家会对书中的泛泛论述颇有微词。但若我列举所有保留条件和详细说明，要写的恐怕就不是一本书，而是一整座图书馆了。普通读者肯定会不堪重负。

我同样确定，若请别的物理学家列出物理学“十大理念”，他们的清单必然和我的不同。对此，我只能说：这份清单源于我个人在理论物理上的探索旅程；而这种书必然、且最好是：理直气壮地带有鲜明的个人观点。若你极力反对，我诚挚地邀请你写一本自己的书。

本书并非线性叙述，章节安排基于我自己的逻辑。就像前文所说，这些理念的排序亦经调整。若读者看完某章节未尽理解，请不妨继续读下去。因为你并不需要这章的前置知识才能理解后一章。然而，各章的基础理念不可避免地交织在一起。例如，“规律越深入越显对称”（第五章）与“看似不同力的最终统一”（第七章）必然相关。熟悉我其他作品的读者知道，我偏爱大量使用尾注——有些或可发人深思，有些或只为引人发噱。首次阅读时也不妨忽略尾注，稍后再回看。这纯属个人喜好问题。

最后声明，我并非历史学家，书中叙事当然不保证历史严谨性。

我在自己的数本通俗科普书的前言中都包含了这一节：“本书为谁而写？”毫无疑问，如果有中学生、大学生因本书而立志投身物理，我将无比欣慰。而在受众的另一端，我知道还有许多在职或退休的职场人士，热衷阅读通俗物理书。此书也献给他们，致敬他们追求宇宙真理的勇气与热情。

当然，读者若能略知爱因斯坦的时空观及量子物理的基础，那自是更佳；毕竟这些革命性的思想已有百年历史，本书只能粗略点到。

总之，这本书献给所有真正意义上的“智识读者”：无论年长年少，只要你渴望一识物理的本质与真容。

*强烈建议读者，特别是年轻人，细读部分尾注，那里可能有更多数学讨论，以及一些职业建议——如果你决定进入物理学领域的话。例见第三章中海森堡（Heisenberg）评论克罗宁（Kronig）的尾注。

1. 该书最初由麦克米伦出版，后由普林斯顿大学出版社在 Princeton Science Library 系列中重新出版。我自豪地说，它已被翻译成德语、日语、韩语、法语、西班牙语、土耳其语和中文（包括繁体和简体）。多年来，尤其是在旅行讲学途中，我非常高兴能巧遇许多在其早期物理学生涯中读过此书的物理学家们。

2. 供非美国地区读者一哂，在美国，“破产法第十一章”含义通常等同于破产。

3. 很久以前，一家石油勘探公司甚至支付酬劳让我阅读爱因斯坦这项鲜为人知的贡献。多谢了，乔！

4. 那些不这么做的，至少在我看来，应归为数学家或哲学家。

5. 可悲的是，在我们当下的堕落时代，小丑似乎常常主宰了舞台。

6. 这部分内容是为了预防亚马逊网站上那些常把教科书和科普书混为一谈的读者。

7. R. P. 费曼（R. P. Feynman）著，《这个不科学的年代》(The Meaning of It All ），1963年出版。

*本书享新书首发85折优惠价，首批下单读者将获得作者亲笔签名本，数量有限，先到先得。

Top Ten Ideas of Physics: Foundations for Understanding the Universe

在本书中，徐一鸿邀请读者一同踏上探索之旅，揭晓他心目中的十大物理学原理，这些伟大的思想彻底改变了我们对宇宙的理解。本书以这样两个信念为基础：物理世界是可以理解的，且物理定律在任何时空中都是一致的。随着故事的展开，那看似坚实的现实世界逐渐消融为一个交织跳跃的场之网络，而这些场在更深层次上显现出更高层次的对称性。读者将逐步理解：物理真理是普适的而非相对的，宇宙中的各种力并非割裂的部分，而是尚未完全实现的统一整体。凭借他一贯的幽默风格与物理洞察力，徐一鸿在本书中揭示了自然之书为何以数学语言书写，熵与信息为何紧密相关，以及为何作用量原理是一切存在背后舞动的核心法则。

“（徐）将科学语言与小说家的世界建构本领融为一体，写出了一部引人入胜的数理神话史诗。”

——Emily Bowles,Library Journal 

“无论背景如何，读者都会喜欢这本书。徐一鸿对物理核心理念进行了不寻常而发人深省的提炼。”

——Edward Witten, 普林斯顿高等研究院 

“本书语调亲切自然，条理清晰地讲解了每个伟大思想背后的‘运作机制’，加上富有哲思与历史深度的探讨，令阅读过程充满乐趣。”

——Sanjoy Mahajan, The Art of Insight in Science and Engineering 一书作者 

“《绿野仙踪》曾劝告我们“别去看那幕后的人”，但徐选择了无视这一指令。Top Ten Ideas of Physics 拉开帷幕，为我们揭示了理论物理学世界的真貌，以及那些成就这一切的女性与男性。每一个梦想成为理论物理学家的学生都应当读这本书，并认真体会其中的诸多启示。”

——Steven K. Lamoreaux, 耶鲁大学 

“徐一鸿再施妙笔。他以一贯的洞察力、直觉、幽默、深度和原创性，为读者呈现出一系列最重要的人类认知成果——从对称性的作用到熵的统一力量。他籍此传授了极具现实意义的一课：我们对世界的理解，建立在深远而不可动摇的基本原理之上。正如我对他其他著作的态度一样，我将一次次重读这本书，而我相信，从满怀激情的青少年到学生再到资深研究者，所有热爱物理的人也会如此。”

——Rob Phillips, 加州理工学院 

“徐以风趣而引人入胜的方式，带领读者探索物理学中最基础的十个核心理念。这些概念优雅而简洁，甚至无需公式便可体会其美感与深意。通过他引人入胜、富有洞察的文字，读者得以惊叹于物理世界的奇妙。”

——Ian Low, 美国西北大学 

“Top Ten Ideas of Physics 承诺将引导愿意认真思考（并运用些许中学数学）的读者，深入理解现代物理的核心内涵。这是一段不适合胆小者的旅程，但徐轻松的文风与充满启发的历史轶事，使这段旅程变得妙趣横生。”

——Curtis G. Callan Jr., 普林斯顿大学 

“这不是一本面向普通大众的常规科普读物，也不是供专家研习的物理教材：徐独辟蹊径，为我们奉上一场穿越物理学历史的奇妙旅程。他以充满惊奇与幽默的文字风格，不受线性叙事的束缚，带领读者尽览这一领域的璀璨宝石，并以逸闻趣事与科学家速写为包装呈现。徐 并未对这些伟大思想轻描淡写——读者需要付出思考的努力，而这种投入必将收获非凡的理解与阅读乐趣。”

——David B. Kaplan, 华盛顿大学

 延伸书单

徐一鸿教授的研究领域十分广泛，涉及高能物理学、场论、宇宙学、生物物理学、凝聚态物理学、数学物理学等诸多领域。在学术研究之外，他也一直坚持写作。他的写作风格简要清晰，引人入胜，他的科普作品广为人知，撰写的教材无论对本科生、研究生，甚至是自学者来说都十分友好。PUP（普林斯顿大学出版社）共出版了他的7本著作。

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Quantum Field Theory, as Simply as Possible

量子场论是迄今为止物理学中最成功的理论，但也是最神秘的理论之一。Quantum Field Theory, as Simply as Possible包含量子场论的基本知识与概念，使读者了解这个物理学中最重要但又最令人困惑的主题之一。量子场论脱胎于20世纪30年代末的量子力学，由一代杰出的年轻理论家发展而来，包括 Julian Schwinger 和 Richard Feynman。他们的预测被实验证实，其惊人的准确性是其他物理学理论无法比拟的。量子场论结合了量子力学和狭义相对论，从而为理解亚原子世界的量子奥秘提供了框架。徐一鸿教授以其独具的智慧和物理学洞察力将读者从场的经典概念引领至量子场论的现代前沿。对于学生和普通读者来说，Quantum Field Theory, as Simply as Possible是一本独特而有价值的介绍，它解释了量子场论是如何帮助我们理解宇宙、以及它是如何揭示物理学中一些最深奥的奥秘的。

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Fly by Night Physics

在本书中，徐一鸿教授向物理学的学生和研究者们介绍了如何使用物理推导和合理猜算来解决问题，适合物理学高年级本科生和任何想要学习高等物理的读者。在传统的物理课堂上，学生们总是试图掌握艰深复杂的数学工具，以进行精确的物理计算。在这种学习模式中，似乎物理学总是由定义明确的问题组成，而这些问题可以通过严格的推导步骤来解决。标准的物理教科书也强化了这种错误的印象，因此，即使是最优秀的学生，在开始进行物理研究时，也会发现自己对所面临的挑战毫无准备。事实上，物理学充满了各种简要估算、对数量级的猜测和跳跃的逻辑。这本别具一格的教科书旨在帮助学生们转换思维，走出课堂“刷题”模式，进入真正的物理研究殿堂。本书提供了培养物理学直觉的必要练习，并覆盖了物理学前沿课题中令人兴奋的问题。从霍金辐射到引力波，徐一鸿教授将帮助学生更加深入地理解他们所学的方程，并且建立对物理直觉的信心。

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Quantum Field Theory in a Nutshell: Second Edition

自首版以来，Quantum Field Theory in a Nutshell 迅速成为这一深刻而迷人的理论物理学领域最易懂全面的介绍。在这一全面修订和扩展的版本中，徐一鸿教授加上了最新进展，同时为学生提供了扎实的概念基础，使之成为目前最新、最现代的量子场论教科书。该版本增加了几个子章节，以及一个全新的章节，来描述量子场论的最新进展。徐一鸿教授还提供了额外的习题、解释和例子，以及详细的附录、习题参考答案，以及延伸阅读建议。使用本教科书的高校包括加州理工学院、康奈尔大学、哈佛大学、普林斯顿大学、密歇根大学、麻省理工学院等著名学府。

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On Gravity

本书提供了一份对爱因斯坦广义相对论有趣且深入的解读。徐一鸿（Anthony Zee）教授从引力波的发现入手，讨论了弯曲时空、黑洞辐射、暗物质等与引力紧密相关的话题。本书简洁而准确，延续了作者温暖清新的写作风格，为理解引力和时空开辟了一条独特的途径。麻省理工学院物理学教授David Kaiser评价这书有趣且引人入胜，能给读者们带来一段令人愉快的广义相对论之旅。

本书是Choice 2018年度杰出学术著作奖得主之一

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Einstein Gravity in a Nutshell

这本独特的教科书对爱因斯坦的广义相对论进行了通俗易懂的介绍，广义相对论极具美感，在物理学中占据着重要地位。徐一鸿教授以其独具的智慧与敏锐，将读者从牛顿力学基础引领至当今最激动人心的研究前沿。与其他爱因斯坦引力主题的书籍不同，本书强调作用量原理和群论对物理学理论建构的指导作用。徐一鸿教授循序渐进地讲述各种课题，对初学者来说十分友好，而穿插其中的物理学史上的轶事也对学生和专家们颇具吸引力。他介绍了所需的数学知识，同时也不回避更进阶的数学问题，如微分形式。对黑洞的延伸讨论还包括了旋转和极端黑洞以及霍金辐射。Einstein Gravity in a Nutshell 是本科生和研究生的理想教科书，也为专业物理学家提供了必要的资源，任何熟悉经典力学和电磁学的人都可以阅读。本书包含大量练习以及详细的附录，涵盖了别处不易找到的众多主题。本书有以下特征：

• 通俗易懂地介绍了爱因斯坦的广义相对论
• 带领读者了解牛顿力学到现代研究前沿
• 重点介绍了对称性和爱因斯坦-希尔伯特作用量
• 涵盖爱因斯坦引力标准教科书中没有的主题
• 内含有趣的历史轶事
• 大量练习和详细的附录
• 课后习题答案（仅教授可用）
  

本书曾荣获2013年Choice年度杰出学术著作奖

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Group Theory in a Nutshell for Physicists

虽然群论属于数学学科，但从原子物理学到凝聚态物理学，从粒子物理学到弦理论，它也是现代理论物理学的许多领域不可或缺的。它对于理解基本力尤其至关重要。然而到目前为止，还缺少一本专门为物理学家编写的现代、易懂、自成体系的教科书。Group Theory in a Nutshell for Physicists 填补了这一空白，提供了一本好用的、经过课堂检验的教科书，重点介绍了物理学家最需要了解的群论相关部分。从群的基本直观概念开始，徐一鸿教授一路带领读者了解规范群的理论如何统合了四种基本力中的三种。他还简要介绍了群论所需的线性代数，因此本书十分适合自学。

本书曾荣获2017年度美国专业与学术杰出出版奖（the PROSE Award）

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Fearful Symmetry: The Search for Beauty in Modern Physics

对称性的概念有广泛的表现形式和许多不同的应用——从建筑学到数学再到科学。然而，正如20世纪的物理学所揭示的那样，对称性在自然界中具有的特殊核心作用偶尔会被神秘地违反。Fearful Symmetry 一书将当代物理学中对称性与非对称性的惊人发现带入每个人的视野。徐一鸿教授是一位杰出的物理学家、熟练的阐述者，讲述了当代理论物理学家追随爱因斯坦的脚步，追寻大自然的简洁之美的故事。Fearful Symmetry 充满了奇思妙想和崇敬之情，描述了20世纪物理学的磅礴气势和成就，这是人类思想史上最伟大的篇章之一。

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