【现货速发】六极物理

       我认为不用高深的数学，也能理解高深的物理，其实是源自我的一段经历。
       在美深造期间，我曾受邀担任一场中学生科学创新比赛的评委。在比赛中，我注意到一位美国中学生参赛者的课题，居然是与费曼的路径积分相关的，这让当时的我大吃一惊。因为路径积分可以说是物理学中非常专业、高级的一部分，即便是物理学专业本科生也未必会去学习。所以我当时的感觉是，这孩子直不知轻重，后弄得一知半解，不够扎实，对于以后的物理学专业学习没有什么好处。物理学习的过程还是应该按部就班，一步一个脚印。但是后来听了这位中学生的演讲，可以说颠覆了我对物理学习这件事情的认知。他通篇没有进行任何数学计算，仅仅是从逻辑推理的角度，结合了生活中的一些经验，就把路径积分的核心思想解释得明明白白。这让我意识到，高深的物理学知识，经过拆解，其实甚至可以不用数学，就可以讲解得明明白白，因为大道，其实至简。
        所以就有了这本《六极物理》。
        六极物理，其实是依据人的感官，以人能感知的世界为线索，把现有的物理学重新做了一遍拆解：我们生活的环境中，所有物理参数相对我们来说，都是适中的、温和的，否则生命无法存续。我们用肉眼看不见宇宙的深处；我们的运动速度不会太快；地球的引力不会太大；我们用肉眼也看不见微观世界，看不见分子、原子，甚至细菌都看不见；地球上的气温不会太高，也不会太低，否则我们不被冻死也要被热死。因此，如果要让物理学的现象变得明显，一个方法是把环境参数调到极限，才能看到这里面的神奇表现。
       于是，我把物理学分为六个“极”，分别是极快、极大、极重、极小、极热、极冷。

多数人会觉得物理学是艰深晦涩的，但大部分人却不知道，物理学的深奥通常体现在数学计算的复杂上。物理学中*核心的思想，往往大道至简。

《六极物理》的宗旨，就是要绕开复杂的数学计算，用通俗的语言向你解释*核心的物理思想。所谓“六极”，便是从人类*直接的感知出发，延伸到极快、极大、极重、极小、极热、极冷六个极限状态，将前沿的物理学精髓尽数展现，让你抛开烦琐的数学，也能体会物理学思想的精妙。

如果跑得和光一样快，时间会静止吗？

如果有一天实现室温超导，石油产业会终结吗？

如果压缩到鸡蛋大小，地球可以变成一个黑洞吗？

如果热力学第二定律不可违背，宇宙*终会成为一锅热汤吗？

这些炫酷物理，将一个个为读者展现，送给每位普通大众的前沿物理启蒙书。

多数人会觉得物理学是艰深晦涩的，但大部分人却不知道，物理学的深奥通常体现在数学计算的复杂上。物理学中*核心的思想，往往大道至简。

《六极物理》的宗旨，就是要绕开复杂的数学计算，用通俗的语言向你解释*核心的物理思想。所谓“六极”，便是从人类*直接的感知出发，延伸到极快、极大、极重、极小、极热、极冷六个极限状态，将前沿的物理学精髓尽数展现，让你抛开烦琐的数学，也能体会物理学思想的精妙。

如果跑得和光一样快，时间会静止吗？

如果有一天实现室温超导，石油产业会终结吗？

如果压缩到鸡蛋大小，地球可以变成一个黑洞吗？

如果热力学第二定律不可违背，宇宙*终会成为一锅热汤吗？

这些炫酷物理，将一个个为读者展现，送给每位普通大众的前沿物理启蒙书。

严伯钧，知名科普作家、艺术研究者。

香港科技大学物理、数学双学士；香港科技大学物理学硕士；攻读美国布朗大学物理学博士。

网络头部知识博主，录制科普类、艺术类多门课程，时常逾500小时，播放量超10亿。

序言　什么是“六极”

极快篇 The Fastest

导读：如果你以光速运动会看到什么？ 

章：狭义相对论 

第二章：狭义相对论中的悖论 

第三章：人类提速之路 

极大篇 The Largest

导读：宇宙的起源 

第四章：宇宙的前世今生 

第五章：宇宙里有什么 

第六章：万有引力 

极重篇 The most Massive

导读：广义相对论 

第七章：广义相对论的基本原理 

第八章：广义相对论的验证及应用 

第九章 ：广义相对论的预言—— 黑洞 

极小篇 The Tiniest

导读：奇妙的微观世界 

第十章：原子物理 

第十一章：量子力学 

第十二章：核物理 

第十三章：粒子物理  

第十四章：标准模型

极热篇 The Hottest

导读：乱中有序的真实世界  

第十五章：热力学与统计力学 

第十六章：高温的世界  

第十七章：复杂系统

极冷篇 The Coldest

导读：冷即秩序 

第十八章：材料物理 

第十九章：固体物理 

第二十章：凝聚态物理

多数人会觉得物理学是艰深晦涩的，但大部分人却不知道，物理学的深奥通常体现在数学计算的复杂上。物理学中*核心的思想，往往大道至简。

《六极物理》的宗旨，就是要绕开复杂的数学计算，用通俗的语言向你解释*核心的物理思想。所谓“六极”，便是从人类*直接的感知出发，延伸到极快、极大、极重、极小、极热、极冷六个极限状态，将前沿的物理学精髓尽数展现，让你抛开烦琐的数学，也能体会物理学思想的精妙。

如果跑得和光一样快，时间会静止吗？

如果有一天实现室温超导，石油产业会终结吗？

如果压缩到鸡蛋大小，地球可以变成一个黑洞吗？

如果热力学第二定律不可违背，宇宙*终会成为一锅热汤吗？

这些炫酷物理，将一个个为读者展现，送给每位普通大众的前沿物理启蒙书。

严伯钧，知名科普作家、艺术研究者。

香港科技大学物理、数学双学士；香港科技大学物理学硕士；攻读美国布朗大学物理学博士。

网络头部知识博主，录制科普类、艺术类多门课程，时常逾500小时，播放量超10亿。

我们生活在四维时空（4-dimensional spacetime）中。

首先，空间有三个维度（dimension），譬如任何一个物体都有长、宽、高。长度、宽度、高度都是可以发生变化的，加上时间，时间也是可以变化的，如此便有了时空的四维。当然，更准确的描述是，我们生活3 1维的时空中。换言之，我们要描述在宇宙中发生的任何一个事件，都需要至少四个坐标（coordinate）。

例如，我给别人寄快递，要写对方的地址。地址其实就是一个三维的空间坐标，我肯定要写对方具体是在哪条街，几号，这里的街和号，就代表了两个空间坐标。我还要写对方是住在哪层楼，这就有了第三个空间坐标，即便对方家是别墅，也是有楼层的，别墅入口的楼层通常是一楼。

所以不管怎么样，写任何地址，都会有等效的三个空间坐标。除此以外，快递员要把包裹亲自交到对方手上，还得跟对方确认几点在家，也就是时间坐标。所以完全定下来一个事件，需要四个坐标，三个空间坐标和一个时间坐标。

这里就出现了一个看似不是问题的问题：时间坐标和空间坐标之间有关联吗？或者说，时间的流逝速度和你的空间位置，甚至是运动速度，有没有什么联系？

先别急着下定论，请先想象下面这样一个场景：我跟你两个人各佩戴一块手表，我们俩先把手表校准，然后你就坐着宇宙飞船，去太空游玩了一圈。我们假设两块手表都是非常精准的，那么请问：你去太空转了一圈回来之后，我们两人的手表指示的时间还会是一模一样的吗？

这个问题看似根本不是个问题，因为根据生活经验，既然两个人的表都很准，那不管是谁坐宇宙飞船出去转了一圈，表上的时间应该都是一样的。

这个答案其实就对应了牛顿（Isaac Newton）的时空观 （absolute space and time）。什么是时空观呢？就是牛顿，甚至爱 因斯坦之前的所有学者都认为，时间的流逝是的，它是独立运行的，跟空间没什么关系，全宇宙都可以使用同一个钟来计时。

当然，对于牛顿来说，这个结论其实是经验性（empirical）的， 他并没有什么实在的证据。只是因为在我们日常生活中，哪怕你是个飞行员，天天开飞机，你的手表跟地面上的人的也不会有什么不一样。

但就是这样一个看似不是问题的问题，引起了爱因斯坦的注意。相对论的一个核心就是：空间和时间不是割裂的，它们并非相互独立，而是有非常紧密的内在联系。