序言

《運動的旋律與變化的世界》分“動的世界”“柔情似水”和“空中旋律”三大篇。每一篇標題表面上看顯得很專，實際上牽引出很多其他問題，如數字7、時間、幾何圖形、圓周率、數學、少兒娃娃浪、大氣污染、音樂、說話的技巧、針尖效應等。用大主題關聯不同現象，用大視野看問題，正是本書的目的之一。例如，針尖效應出現在最后的雪花問題之中，但針尖效應又對理解植物葉子為何有的長有的短這類現象有幫助。因此表面上看很專的具體問題，往往牽引出更具普適意義的現象。

從結構上，本書每一篇分為四大節，每一節有五個主題，每個主題涉及的具體問題也可能包含許多相似或相關的現象。雖然各個主題具有一定的獨立性，但前后描述時所基于的知識有一定的關聯性，這種展現方式如同拴在抖動中的弦線上的珠子在一起舞動一樣。有的強調趣味性和知識性，有的也包含很深的邏輯推理。部分邏輯推理雖然以啟發式為主，但隱含的思維深度不一定亞于專業邏輯。這些有深度的內容也是為了適應那些喜歡深入思考的讀者。

膾炙人口的科普讀物將那些出現在厚厚的專業書中的知識提煉成人人都可以理解的內容，以現代小型讀本形式出現。正是這些小型讀本，使知識得到普及、求知欲得到激發，并給不同知識結構甚至不同行業的人群之間提供了認知世界的橋梁。

有關單一領域問題的科普讀物不勝枚舉，但更廣義的科普讀物并不常見。許多表面上完全不同的問題，實際上具有共性。例如，打水漂時，水漂的彈跳與沖浪運動中的騰空幾乎基于同樣的道理，漢代發明的櫓產生推進力的原理與現代飛機機翼產生升力的原理是一樣的。又如，漢字筆畫超過7筆后，具有相同筆畫數目的漢字數目的增加速率就下降了，11筆左右漢字數目最大。這個11除以7得到的比值，其實不局限于漢字筆畫數目的增長規律，許多其他現象都類似，比如說流行病爆發后，住院患者的數目就有類似規律。

許多現象，無論是科學、技術、經濟還是文學藝術，至少從某種角度看，是朝著省時、省力、省料的方向發展演化，演化的結局往往是簡單、簡約、簡美。例如，不管是什么類型的問題，對數目的選擇一般是在少了不夠和多了難以駕馭這兩種之間博弈的結果，妥協的結果是數字“七”可能得到寵愛，如七言詩、七色光、七大洲、七種味覺、物理學有七個基本單位、七種生命形態等。

千變萬化的世界中，許多問題、現象、知識和規律，看上去像散落的珠子。用一根弦把它們串起來，再抖動這根弦，我們就能看到它們相互關聯與共性的一面。

《運動的旋律與變化的世界》正是一種這方面的嘗試，通過適當采用直覺、類比和擬人化的手筆，給讀者串聯似地展示甚至解釋數百個與我們的生活息息相關的問題與現象。即使不得不借用一些專業邏輯，也盡量將這種專業邏輯變為可以直覺關聯的語言（站在專業角度看，當然適當犧牲了一些嚴謹性）。正是那些相互關聯且道理相通的原則，將千變萬化的運動和演化現象譜寫成優美的旋律，使表面上復雜的大自然也有簡單、簡約和簡美的一面。

奔跑中的腿和水面波浪中的水滴運動，顯得多么復雜。如果看成同時在做倒單擺運動和彈簧運動，就很容易理解了。一種稱為水黽的小昆蟲，借用腿上的小毛毛撐開水面，從而可以凌波微步和玩蹦床運動。蒲公英舉著冠毛傘留在空中，因為有了又小又多的冠毛而能隨風飄浮。都是小毛毛，前者憎水，后者戀風。鳥的翅膀橫著飛就是產生升力的機翼，豎著拍就是產生推進的螺旋槳。以這些方式理解或關聯知識和現象，正是本書的特點，期望讓讀者不需要掌握專業知識就能理解。

當然，不能純粹為了好表述就來篩選那種顯得又輕松又有趣的問題，也有一些顯得很沉重和深奧的內容，如相對論效應、振動的世界、演化的普適規律、飛機氣流和發動機。比如說，飛行的秘密專門有較為冗長的一節。站在科普一級，完全可以用有限的篇幅交代清楚，無非就是飛機和鳥有了機翼或翅膀，由迎角和彎度產生了上吸下舉的差異性氣流。然而，這部書并不是為了簡單羅列知識和堆砌原理，而是希望借此引導讀者用直覺進行非專業級的理解和思考，進而盡可能牽引出更多的常識來輔助理解和豐富知識。陳述歷史可以將本書的篇幅翻倍，然而，陳述歷史不是本書要突出的風格。對于每個問題，我們也不會采用統一的風格。比如說，開篇的打水漂，我們一開始就點出水漂彈跳的秘密。但有的問題，包含的原理貫穿于全文之中。

除了某些圖片包含若干數學公式，本書正文主要只是文字描述和數據。提供大量的數據信息和可幫助理解的示意圖，也是本書的一大特點。依據問題的性質，不同內容采用的語言風格可能不一樣。有的適合用擬人化語言，有的則需要顯得很書面很嚴肅。有的問題目前本來就不是特別清楚，反而適合用磕磕碰碰底氣不足的語言。

大部分問題與我們的生活息息相關，這些問題包括澡盆渦、玩具陀螺、自行車、波浪、衛星、打水漂、墨西哥人浪、肥皂泡泡、棒棒糖、筆畫、圓周率、飛機、高爾夫球、時間、高速列車、蚊子、潮汐、雪花等。對這些知識的介紹與討論，會關聯出一些與文字、音樂、體育、生物、氣象、數學和科技等方面的常識。

用小型讀本涉及較為廣泛的問題，正是為了體現現象具有碎片性而內涵具有關聯性。因此，部分內容所涉獵的知識跨度、寬度或深度，會留有余韻或瑕疵，如此可為讀者自己思考騰出或打開一些想象與思考空間。

本書是一部集知識性、趣味性和科學性于一體的綜合科普讀物。適合大中學生及以上具有各種知識結構的讀者群。家長也可以將其中一些內容剝離出來用于給少兒講故事。

吳子牛

2017年1月