目 錄
前言
1.物質
2 術語
4 原子
6 質量
8 固體
10 液體
12 氣體
15 人物傳略：伽利略
16 等離子體
18 反物質
21.光
22 術語
24 電磁波譜
26 顏色
28 光子
30 反射
32 折射
35 人物傳略：邁克爾·法拉第
36 極化
38 小作用量原理
40 光速
43.量子理論
44 術語
46 量子
48 波粒二像性
50 薛定諤方程
52 不確定性原理
54 量子隧道
56 量子電動力學
59 人物傳略：理查德·費曼
60 量子糾纏
63.力
64 術語
66 力和加速度
68 電磁理論
70 重力
72 軌道和向心力
75 人物傳略：艾薩克·牛頓
76 弱核力
78 強核力
80 場還是粒子
83.運動
84 術語
86 運動、速率和速度
88 動量和慣性
90 伽利略相對論
92 牛頓定律
94 摩擦力
97 人物傳略：阿爾伯特·愛因斯坦
98 流體力學
100 狹義相對論
103.能量
104 術語
106 功和能量
108 功率
110 動能
112 勢能
114 化學能
116 核能
119 人物傳略：歐內斯特·盧瑟福
120 機器
123.熱力學
124 術語
126 熱
128 熱機
130 溫度
133 人物傳略：詹姆斯·克拉克·麥克斯韋
134 熱力學第零定律
136 熱力學定律
138 熱力學第二定律
140 熱力學第三定律

前言

物理學可以說是終極的科學。它描述萬事萬物的工作方式。歐內斯特·盧瑟福曾詼諧地說“所有的科學要麼是物理學，要麼僅是集郵而已”。這句話在當時說的是事實。在盧瑟福的年代，其他科學主要專注於收集和構建信息，並不探求對信息的解釋。現在情況不再如此，但物理學仍然居於科學發現的核心位置。
物理學（Physics）一詞來源於拉丁詞彙（Physica），意思是自然科學總論（“科學”一詞涵蓋了所有知識），這反映了古希臘哲學家亞裡士多德使用物理學一詞的方式。但從18世紀起，物理學則被更嚴格地定義為非生命物質和能量的科學，並且毫無道理地不包素、化合物及其反應。因此，物理學的範圍涵蓋力、光、物質的本質、天文學乃至宇宙學。
當今的物理學包羅萬像，小到極微之物，如亞原子顆粒的本質，大到支配宇宙形成的機制。雖然物理學旨在解釋實體世界的活動，但它也引起了實實在在的進步。例如，直接使用量子力學的技術，其產出約占到發達國家GDP的35%，而人類對光的探索則帶來了從X光到Wi-Fi等事物的出現。
上學的時候，人們很容易被物理學弄得毫無興趣，因為一些基礎的物理學，如力學和光學，都太無聊了。物理學有科學中燒腦的一些內容。不論我們是與量子理論還是與相對論打交道，物理學都讓黑洞、時空旅行和隱形傳送等概念變得真切起來。
本書對物理學的探索從物質開始，原子是物質的核心。除了固體、液體和氣體等我們熟悉的物質形式，我們還研究等離子體和反物質的神奇世界。但如果隻有物質卻缺少了光，不會讓我們走得更遠。光是本書第二部分的主題。我們傾向於認為光是幫助我們看見物體的東西，但光的作用不僅限於此。光是一種無須外界幫助的電磁相互作用，其完整的電磁波譜涵蓋了無線電、微波、紅外線、可見光、紫外線、X光和伽馬射線。人類看見的光隻是光的電磁波譜中非常小的一部分。
光自然而然帶來了顏色，光與物質發生相互作用，如反射和折射。現在我們常將光描述成量子粒子的集合或量子場的擾動，這就自然地讓我們來到了本書的第三部分，即量子理論。通過對波粒二像性、不確定性原理和量子糾纏的研究，我們開始在量子的尺度上體驗光和物質的奇異特性。
支配光和物質間大部分力學作用的電磁理論，是本書第四部分中的一部分。除了自然界中的四大基本力，我們還要研究軌道及如何更好地描述力的作用。一般來講，力產生了運動，運動是第五部分的主題。在運動這一部分中，牛頓運動定律與愛因斯坦狹義相對論一路互相競爭，而狹義相對論把空間和時間在單一實體即時空中結合起來。
為了產生運動或其他任何事物，還需要能量。能量是本書第六部分的主題。能量是從生物到機器的所有事物的核心。蒸汽機作為機器的一個特定子集產生了本書後一部分的主題，即熱力學。熱力學定律初用於改進蒸汽技術，但實際還包含更多的知識，包括宇宙的潛在命運。
不管我們的興趣在哪裡，物理學都在那裡，它幫助我們認識周圍的世界。