“物理夜航船”指的是这样一种不利的思考环境：你没有资料，不能演算，不仅无人交流，周围还吵闹得很，但是你仍然坚持思考物理问题，所以必须粗线条地勾勒问题，大刀阔斧地删减枝节，依靠直觉和猜算来解决问题。

《物理夜航船：直觉和猜算》跨越了钟摆到粲夸克、水黾到原子弹、量子场论到黑洞的理论广度，在向读者展示物理学独特魅力的同时，也介绍了与物理学前沿主题相关的霍金辐射、引力波等问题，并通过精妙的“夜行法”分析，帮助学生深入理解日常所学的方程，帮助研究者们产生物理直觉。

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本书作者徐一鸿是美国著名的华裔物理学家、科普作家和教科书作者。他把自己几十年来的科研、教学和科普经验，应用到最近几年讲授的专题课程，最终总结为《物理夜航船：直觉和猜算》，向学习物理的学生介绍如何利用物理推理和明智的猜算来找到解决问题关键的途径。

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本书译者系中国物理学会半导体物理专业委员会秘书长、浙江大学求是特聘教授和博士生导师、科学网博主姬扬。自2002年起，姬扬在中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室工作，从事半导体自旋物理学方面的实验研究。他曾在半导体物理学领域发表过几十篇学术论文，并出版过3本相关译著——《半导体物理学(上下册)》《半导体自旋物理学》和《半导体的故事》。

夜航物理学家的秘密武器

“夜航物理学”是信封背面的物理学和骑马思考时的物理学的现代版，也就是我们经常说的定性和半定量物理学，用直觉和猜算来解决现实世界中的问题。在科学前沿的探索就仿佛在黑暗中摸索前进，更多依靠的是物理直觉，经常需要做各种各样的估算、猜测和开脑洞。这就是作者所说的“Fly by night physics”。

在物理学前沿工作的人，自觉或者不自觉地都会用一些夜行法，夜航物理学家的秘密武器是量纲分析。

美国的许多小镇都有一块木牌，竖在通往村庄的路上，上面写着关于这个地方的一些基本数字，例如“欢迎来到达姆达姆镇，愤怒的鸭子之家，建立于1869年，人口12，海拔233英尺，总计2114”（2114为1869+12+233之和）。

这个笑话暗示了物理学的一个基本原则：只有当各种量用相同的单位表示时，我们才能把它们加起来。此外，有意义的数值应该不依赖于传统惯例，而1869年并非如此。由此可见，在物理学里，我们不应该根据华伦海特的腋窝来标记温度。

即使各种量的单位相同，仍然有可能无法相加。例如，在以色列死海附近的沙漠公路上，高科技显示板给出了公共汽车的目的地和它们的预计到达时间：耶路撒冷35分钟，贝尔谢巴14分钟，埃拉特29分钟，那么总和是78分钟。

可见，只有当各种量以相同的单位表示时，我们才可以将其相加或相减。在物理学里，方程的左边和右边必须有相同的物理量纲。这个声明看似平淡无奇，其实在物理学里非常重要，但是物理学以外的人往往会感到惊讶。

培养物理学的直觉

大学生倾向于认为物理学是合乎逻辑地精确推导出来的。出于必要和充分的理由，本科课程中的物理学表现为严密的推理。但是，计算太多而理解太少了。当然，理解往往只能来自于反复进行的详细计算。

然而，不精确的计算更可能有机会做出重要的发现。让普朗克的精神鼓舞你！他的黑体辐射分布定律并不是推导出来的。那时候还没有量子力学，更不用说量子统计了。

在某些物理学领域，例如天体物理学，即使基本定律是已知的，也不可能确定所有的输入变量。那么，夜航物理学不仅是好主意，而且是迫不得已的手段。

那么，怎样培养物理的直觉？可能真正诚实的答案是，你生来就有这种能力，就像莫扎特。但是，同样诚实的答案是，你要练习，练习，再练习，就像亨德里克斯。本书就是试图提供练习的指南。

让我们翻开《物理夜航船》，以直觉和猜算勾勒物理的蓝图，进入抓住问题核心的思考维度；从钟摆的摆动到粲夸克的奥秘，感受夜航物理应用的独特魅力。

即日起至2025年3月18日23点，

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