引论

几年前，我的一个朋友邀请我参加位于加州伯克利的劳伦斯国家实验室的一次午后会议，这是我接触量子物理学之始。那个时候我与科学界没有任何联系，所以我就接受邀请，心里想去看看物理学家是什么样子。我很意外地发现，一、他们说的事我都了解；二、他们讨论的东西听起来就像神学。我几乎无法相信。物理学这一门学科不是我向来以为的那么无聊与枯燥，反之其实是丰富而深奥的，到最后甚至与哲学不可分。但是，说来难以置信，除了物理学家，一般人却不知道这种重要的发展。所以，随着我的物理学知识越来越丰富，兴趣越来越浓，我便决心与别人分享我的发现。这本书是我的礼物，一系列中的一本。

大体说来，就知识的偏好而言，人可以分为两种，一种喜欢用精准的逻辑程序探索事物，一种喜欢以不那么逻辑的方式探索事物。前者会对自然科学与数学感兴趣。他们如果没有变成科学家，那是因为教育背景的关系。如果他们选择科学教育，那是因为科学教育可以满足他们的科学心智。后者会对人文学科感兴趣。他们如果没有人文素养，那是因为教育背景的关系。他们如果选择了人文教育，那是因为人文教育可以满足他们的人文心智。

由于这两种人都很聪明，所以彼此都不难了解对方在研究什么东西。然而，我却发现这两种人在交流上有一个大问题。我的物理学家朋友曾经有很多次想向我说明物理学的概念。尽管每次他讲得口干舌燥，但我听完后依然感到抽象、深奥而难以掌握。可是等我了解了，我却又很惊讶地发现那概念其实是很简单的。反过来说，有时候我也尝试着向我的物理学家朋友解释一些概念。尽管我用的概念似乎还是模糊不清，缺乏准确度，但在我看来，我已竭尽全力将我所说的清晰地叙述了出来。所以我希望这是一本有用的“翻译”，帮助那些（像我一样）没有科学细胞的人，了解理论物理学里所发生的种种非凡的过程。当然，这本翻译和其他翻译一样，不比原作好。这原因在于翻译者的不足。但是，不论是好是坏，我担任翻译者的第一个资格，就是我不是物理学家（和你一样）。

为了补足我物理教育（以及人文教育）的不足，我要求并且得到了一群优秀物理学家的协助，本书的“后记”里面提到了他们的大名。其中有四位读过全部的原稿，其余的看了部分的原稿。我每完成一章，就把原稿寄给他们每一位，请他们看看观念与事实上有没有错误。

一开始的时候，我原来只希望利用他们的批评来改正内容。可是，我很快就发现他们对这一份稿子的关切已经超过我原先的期待。他们的批评不但体贴、透彻，总合起来还可以成为一份很重要的数据。我越是读这些资料，就越觉得必须与你们分享。所以，除了修正内容，我还把这些数据加在注释里面，以免与正文重复。一些会使正文变得太过专业，或者与正文不一致，或者与他人的评论不一致的评论，我都特别放在注释里面。这些评论如果放在正文，会使本书变得复杂、冗长。但是放在注释里，我就可以将这些观念包括在本书之内。本书从头到尾，凡是初次用到一些词汇，没有不在之前或之后立即加以说明的。但是注释里面我们没有这样做。这样，就给了注释完全自由的表达。当然，这也就是说，注释里面有一些词汇是完全不解释的。内文尊重你在这个庞大而令人激奋的领域新来乍到的身份，可是注释并不。

然而，如果你读了这些注释，你会听到当今全世界最好的四个物理学家对这本书所说的话。这个机会难得。这些注释强调、说明、解释、刺激正文所有的一切。难以描述的是，这些注释表现出一种咄咄逼人的精准。科学家修正他们的同行著作上的瑕疵时，即使他们的同行没有受过训练（譬如我），即使著作并非专业的（譬如本书），仍然追求这种咄咄逼人的精准。

本书所说的“新物理学”一词，指的是量子论与相对论。量子论从1900年普朗克的量子理论开始；相对论从1905年爱因斯坦的狭义相对论开始。至于旧物理学，指的是牛顿的物理学。那是他三百年前建立的。“古典物理学”指的是“解释实相的方式总要使物理相的每一个元素，在理论里都有一个元素与之对应的物理学”。所以，古典物理学包括牛顿物理学与相对论。因为这两者都是以这样一对一的方式结构起来的。可是量子力学不然。这也是量子力学之所以独特的原因。这一点我们以后会讨论到。

读这本书的时候，请你对自己温柔一点。本书所说的故事很多都是丰富而样貌多变的，全部都是迷惑人的东西。读这本书好像读《战争与和平》《罪与罚》《悲惨世界》一样，没有办法一次学尽里面的东西。我建议你是为了让自己愉快才读这本书，而不是为了学里面的东西。本书前有目录，后有索引，所以你大可自由翻阅，对哪一个题目有兴趣，就读哪一个。此外，如果你让自己享受这本书，可能比决心在里面学东西记得还要多。

最后一点，本书并非讨论物理学与东方哲学的书。本书里面，“物理”这个诗意的架构确实有助于这样的比拟，可是本书讨论的却是量子物理学与相对论。未来我希望能够写一本书专门讨论物理学与佛教。但是，若以“物理”这个东方意味的观点看，我这本书确实已经包含了东方哲学与物理学的相近之处。这些相近之处对我而言，很明白，很重要。但我总得顺便提一下，以免造成各位的损失。

祝

读书快乐！

盖瑞·祖卡夫

于旧金山

科学的基本观念本质上大都很简单，通常都可以用人人皆知的语言来表达。

—— 爱因斯坦（注一）

用普通语言来说明事物，即使是对物理学家而言亦是观察理解程度的指标。

—— 海森伯（注二）

长期而言，如果你没有办法使大家了解你在干什么，那么你做的事就没有价值。

—— 薛定谔（注三）