推荐序

2012年我和薛加民博士在美国偶遇，我们都深受一位老科学家的影响，认为作为研究人员，做一些科普工作非常重要，并且应该注重科学上的新发现、新发展和科学思想的传播。当收到本书的部分书稿时，我先睹为快，阅读时颇有惊艳之感。我认为这是一部极有特色的好书，因此我愿向爱好科学的读者，特别是喜爱物理学的青年读者们热烈推荐。

科学和技术支撑着现代社会的运转，其重要性自然无须多言。但是对于很多不从事科学研究的人来说，科学更像是一种魔法，需要它、使用它，却并不了解它。所谓科学家，固然是一种职业身份，但其实更根本的区别则在于能否以科学之眼光看世界，以科学之方法探寻事物规律。就此而言，一个人不必非从事职业研究工作，如能掌握科学的方法和一些基本的科学知识，也完全可以称为科学家，或者至少可说是具有科学素养的人。提高国民的科学素养，于国家之文明、发达有极大关系，本书之旨正在于此。

其实，许多基本的科学原理和知识，在中学、大学课程里都有，现代一般受过教育的人都曾学过，但为什么对于许多人来说，它仍然显得那么神秘呢？著名美国物理学家费曼在他那本《别闹了，费曼先生》（Surely You are Joking, Mr. Feynman)中有一段关于他20世纪50年代访问巴西并在那里教物理的故事，也许可以说明这个问题。在巴西上了一段时间课以后，费曼在一次会议上直言不讳地抨击了当时巴西的物理教学方式：孩子们从很小的时候就开始学习物理，课程内容很多、很难，学生们学习很勤奋，考试成绩优秀，但课程结束后他们却并不真正理解物理，因为他们仅仅是死背下了一些定义和公式，却完全不知道怎样把他们所学的知识用到实际当中。我想，中国读者看了费曼这段话后，恐怕都会心有戚戚焉——很大程度上，这也是我们中国教育（还不仅仅是物理教育）之弊，也许在很多方面我们还有过之而无不及。

但是，在教育上，指出存在的问题比较容易，找到好的解决方案却很难。在改进教育方面，需要的主要不是“破”，而是“立”，解决的方案不应该是废除理论学习，而是要增加在实际运用方面的训练。但这又是很难的，因为具体应用很难像一般原理那样可以直接写在书上，并且很多教师自己也同样不会实际应用。改革开放后，这一问题也还是没有解决，高分低能、动手能力弱一直是中国学生中普遍存在的问题。

如果说课堂讲授和书本学习有一定局限性，动手的物理实验是否能成为理论与实际之间的桥梁呢？从原则上讲应该是这样，但遗憾的是，就我所见，目前的中学和大学物理实验课程在这方面的作用非常有限。现有课程中的实验内容比较单调、枯燥，大多是验证某个原理或定律。由于安排教学的需要，这些实验都是预先安排好的，所用的实验设备由教师预先采购、安装，学生只能是按照实验手册上给出的方案操作，而很少有自己设计、探索、动脑的余地。近年来，为了方便教学，中学和大学物理教学实验设备越来越“高级”，越来越简单化、自动化，学生从中得到的训练也就越来越不足。做完之后未必能加深理解，更谈不上训练学生将所学知识运用到实际中去。

本书也许可以在增强读者的动手能力、加深对物理学原理的理解、锻炼实际应用能力方面发挥相当好的作用。和大多数科普书内容不同，本书不是仅仅“坐而论道”，讲一些科学知识或者科学史上的故事，而是把物理学知识和一些读者可以自己做的小实验结合起来。

比如，在本书卷1第3章“沿弧线传播的光”中，就介绍了一个用透明盒子、冰糖、水和激光笔这些简单材料就可以进行的一项有趣的物理实验：让光沿着弧线传播。这一实验虽然简单，读者却有很大的空间自己思考、探索、体会。而且，这一简单实验涉及的物理知识也是多方面的，不仅有光学折射方面的知识，而且还包括统计物理、作用量原理等—这也正是实际运用中经常出现的情况：和教学与课堂练习时分成一个个各自独立的单元不同，在实际运用中往往需要综合运用多方面的知识，而不仅仅是局限于某一个单一的原理或定律。实验当中，一些并不起眼的细节有很大的影响，本书的作者对这些也颇为注意，根据自己做这些实验的体会提醒实验者。本书并非教科书，无须过多顾及教学大纲安排，而可以兴之所至，发挥自如，正可以弥补传统的物理实验课程之不足，这是其一大优点。

本书在内容上有许多新颖之处，文笔也非常风趣。比如，Andrey Geim 教授2010年获得了诺贝尔物理学奖，而有趣的是他此前还因为让青蛙悬浮而获得了哈佛大学的搞笑诺贝尔(Ig Nobel)奖。虽然名为搞笑诺贝尔奖，此奖其实颇有深意。本书卷1第7章对此娓娓道来，与之相联系的卷1第8章，又介绍了磁悬浮陀螺。这些实验不仅有趣，更重要的是，简单的实验现象背后隐藏着深刻的物理学原理，因此做这些实验不仅“动手”，也要“动脑”，启发读者深思，也教会读者如何用数学、物理学的方法分析实验现象。说到这里，我不禁想到，其实在我国，固然动手能力弱的人居多，但也有一些动手能力很强而缺乏理论知识的民间人士，比如有农民自己试制飞机、机器人等的，本书对于他们，也许可有开阔眼界之功。

总之，我觉得本书实为一本不可多得的科普佳作，非常适合大、中学生和科学爱好者阅读，即使是已经身为科学家的专业研究人员，比如我自己，阅读本书也有许多收获。希望读者能在这些有趣的实验中，体味物理规律之奇妙，并能有自己的创新和发现。

陈学雷博士
中国科学院国家天文台
宇宙暗物质暗能量组首席研究员