導讀

《趣味物理學》（Physics Entertainment）是一本經久不衰、多年來廣受各國讀者歡迎的科普名作。該書初版于1913年，最后一版是1936年的第13版，但是在這之后也不斷地以各種語言重印。

該書作者雅科夫·伊西達洛維奇·別萊利曼是蘇聯著名科普作家，生于1882年12月4日，1909年畢業于圣彼得堡林學院的林學專業。因為《趣味物理學》的成功，別萊利曼后來還寫了《趣味物理學續篇》《趣味物理實驗》《趣味力學》《趣味化學》《趣味天文學》《趣味魔法數學》《趣味代數》《趣味幾何學》，等等。遺憾的是，1942年3月16日，在列寧格勒（由圣彼得堡改名）被德國軍隊封鎖期間，別萊利曼因饑餓而死。為了紀念他，月球上一座環形山以他的名字命名。

《趣味物理學》按照所屬的物理領域分為10章，基本覆蓋中學物理和大學普通物理的骨干內容：力學、液體和氣體、熱學、光學，唯一缺少的領域是電磁學（在《趣味物理學續篇》中有一章是關于電磁學）。特別值得一提的是，本書還包括通常物理學教程所忽略的、與生理學和心理學相關的視覺、聽覺方面的內容。可以稱這些內容為“日常世界的物理學”。每一章的每一節集中講解了一個問題。

直到今天，中學物理和大學普通物理的骨干內容仍然是這些經典的、宏觀的物理，基本沒有變化，所以這本書至今也沒有過時。20世紀物理學研究前沿最主要的發展在量子力學和相對論方面，這些方面通常不包含在“日常世界的物理學”中，在中學物理和大學普通物理中也只占有限篇幅。

當時曾經有人建議作者別萊利曼，加入物理前沿的問題（無線電、原子核，等等）。但是他認為，這些課題是其他書的任務，而這本書有其明確的目的。這使得這本書的目的和特色很鮮明，也是本書經久不衰的一個原因。

我們今天的科普讀物大多集中在科研前沿，就物理方面來說，主要是相對論和量子力學以及與它們相關的科學前沿進展。因此，集中于“日常物理學”的《趣味物理學》也就占據一個特殊的地位。另一方面，這也啟發廣大科普作者，對于老的科學，特別是與日常生活密切相關的科學，科普依然大有作為。

下面來談談為什么要讀這本書。

第一，培養對物理學的興趣和親近感。

2011年出版的本書一個英文版的封面上，引用了作家西爾維婭·納沙爾（Sylvia Nasar）的一句話：“《趣味物理學》確實有趣味——這是對美國的科學畏懼癥的解藥。”事實上，在世界各地，很多人都對物理有畏懼心理。原因各種各樣，可能是因為自己沒有理解物理概念，也可能是因為老師沒有講好，還可能是沒有領略到物理學的趣味以及與日常生活的聯系，等等。不管是什么原因，這本《趣味物理學》都可以提供幫助，消除這些畏懼心理。通過閱讀這本書，讀者能夠感受到物理學是有趣的、令人親近的。

第二，擴大知識面，增長見識。

英文版封面之所以引用納沙爾的話，想必是因為她寫過關于俄羅斯數學家格里戈里·佩雷爾曼（Grigory Perelman，2006年證明了數學上非常重要的龐加萊猜想）的著名報道，而《趣味物理學》就曾經對佩雷爾曼少年時期的成長發揮過重要作用。他告訴納沙爾，當時他的父親給了他很多書讀，包括這本《趣味物理學》。這表明，課外閱讀在一個人的成長過程中非常重要，也許對于科學家來說，更是如此。還有一個巧合，別萊利曼和佩雷爾曼實際上是同一個姓，俄文和英文都是一樣的，不過這兩人并不是親戚。

我本人在少年時期也曾經閱讀過很多課外書籍，包括科普書。回想起來，這對培養科學興趣，對于學好科學，增加對各種專業的了解，發現自己的志趣所在，選擇將來從事的職業和專業，都是非常重要的。

第三，本書是物理學系統學習的輔助資料。

本書從知識范圍上說，覆蓋了大部分的中學物理和大學普通物理（除了電磁學），因此自然可以作為對系統學習基礎物理的很有幫助的輔助資料。而且，與通常的輔助資料有所不同，本書特別有助于活躍思想，告別“死板學習”。

一般來說，與日常生活相關的趣味性科普往往寫得不夠系統。與此相反，本書卻寫得很有系統性，對于學生、教師、科普作者和科研工作者，都很有啟發性。

第四，增強對日常現象的科學認知。

對于大多數公眾、非專業人士來說，學習科學的一個主要意義，就是了解科學是如何與日常現象、日常生活密切相關的，這使得生活更有意義，“活得更加明白”。對科學的感性認識，也使得公眾更支持科學研究事業。楊振寧先生說過，對于非專業人士來說，了解發電機的原理這些與日常生活相關的科學知識是非常重要的。

而這本書正是立足于日常生活中觀察到的現象和遇到的問題，給出了非常好的、有趣的物理解釋，從感性認識出發，打開物理學的大門。比如，對于風箏、像滑翔機一樣的動物、滑翔的種子、回旋鏢這些熟悉的事物，介紹了絕大多數讀者并不了解的物理原理，知道動物的滑翔巧妙地利用了空氣阻力來克服重力，飛機的發明更是對這個原理的神奇運用。

在中學物理和大學普通物理的學習和教學中，加強和日常生活的聯系非常重要。基礎科學教育不僅可以讓學生了解日常現象的科學原理，還非常有利于培養物理直覺，有助于對科研工作者的培養。

第五，本書包含了很多一般人意想不到的物理現象或者原理，很值得了解。

本書討論了一些通常意想不到的現象。比如：火車車輪上有些區域的速度與火車行駛速度相反；在空氣中，稱出來的一噸木頭和一噸鐵的真正質量是不相等的；紙盒子裝水，放在火上，不容易燒著，因為水或金屬吸收了熱量；不平滑冰面比平滑的冰面更滑，因為接觸面積小，所以壓強更大，冰的熔點更低；如果光能瞬時傳播，日出的時刻不會提前，反而延遲，因為日出其實是源于地球的自轉，而且瞬時傳播使得折射現象消失，如此等等。

另外，有些司空見慣的現象卻有著令人驚訝的原理。比如：用吸管喝水的原理；洗澡后腳穿不進鞋的原因；關著的窗戶透風的原因是室內空氣溫度的不均勻；衣服保暖的原因是阻擋我們身體的熱量向外傳遞；關于冰柱的問題：屋頂的雪比地面的更容易融化，是因為太陽光與房屋屋頂的角度大于與地面的角度；昆蟲的嗡嗡聲來自翅膀的高頻率振動，以及“側耳傾聽”的道理，等等。

第六，提高鑒別偽科學的能力。

從歷史到如今，偽科學和騙局一直不斷地存在。本書能幫你提高鑒別能力。比如，在第四章介紹了若干所謂的“永動機”，解釋了它們如何違反物理原理，是不可能的，介紹了一些“永動機”騙局。除了這些具體的例子，通過本書的閱讀，也能提高讀者從物理學角度分析問題的能力，從而有助于鑒別其他的偽科學和騙局。

第七，了解基于物理原理的一些生活技巧。

掌握了物理學，可以透過現象看本質，因此也能提高生活技能。比如：在跳離行駛的車時，應向什么方向跳；如何巧妙地用不準的秤測量質量；如何分辨生雞蛋與熟雞蛋；怎樣找到回聲；回聲的原理；如何用聲音傳播時間來測量距離，如此等等。

我特別推薦關于視覺的一章，其中又特別是關于看照片或繪畫時，如何獲得最佳效果的那些討論。我想，絕大多數人乃至絕大多數物理學工作者平時都沒有想到過這些問題。有趣的是，作者告訴我們，在這方面近視眼有其優點。只用一只眼睛，而且放在合適的距離，更能看出立體效果，而最佳距離就是照相機的焦距。但是因為這是正常人眼焦距的一半，所以只有近視眼可以實現；對于正常眼，需要將照片放在眼睛焦距處，并借助放大鏡，這樣等效于將原照片放在照相機焦距處。作者還告訴我們電影院里最好的座位，如何看畫報，如何看繪畫，解釋了其他有助于產生立體感的方法。現在立體電影很普遍，我們可以在立體電影院體會本章的有些內容。作者還討論了繪畫藝術中對于視覺錯覺的利用，這是個很有趣的話題，至今一直有人在研究，感興趣的讀者可以尋找相關的資料，做進一步的了解。本章還有很多其他的物理學與生理學和心理學結合的例子，這些問題，今天還值得進一步研究。

第八，科普與科幻的結合。

本書的問題除了出自日常生活，還有一些是來自科幻小說，主要是凡爾納和威爾士的作品，這是當時的主要科幻作品。現在，科幻小說和科幻電影更是琳瑯滿目，廣受歡迎。作者對他所在時代的科幻中的科學元素（包括錯誤）做了討論，這能夠引導讀者對我們目前的科幻作品中的科學元素做類似的分析。

第九，培養物理直覺和物理思維方法。

直覺對于學好物理是很重要的，在此基礎上的數量級分析是物理學研究和學習的一個基本技能。本書對于培養物理直覺、物理方法和精神，都是非常有益的。

比如，本書第一章對于若干常見運動，給出了速度的大概數值，培養了讀者對速度的直覺，然后以太陽、地球和月球為例，進一步闡述了速度數量級，這也有利于培養空間想象力。

本書中的有些問題，愛思考的人可能想過，但不一定想到正確答案。有些現象是經常碰到的，但是大概并沒有很多人思考背后的物理學。讀者可以想想：“我為什么沒有提出這樣的問題，或者我提出了這樣的問題，為什么沒有得到正確的答案？”

下面談談如何閱讀這本書。

前面對于“為什么讀本書”的討論，就包含了一些關于“如何讀本書”的信息。下面我主要講講讀這本書的兩種順序。從順序上來說，閱讀本書有兩種方法。

首先，是將本書作為一本系統的書，從頭到尾系統、循序漸進地閱讀。這樣可以系統地獲得作者傳遞的信息，對這些基礎物理內容做一個系統的瀏覽。

第二種方法，是選讀和查閱。本書整體上有它的系統性，但每一章是基本獨立的，甚至每一節也基本相對獨立，除了少數情況下有一點連貫性。

不管采取哪種順序，都可以對照相應的物理原理來閱讀。為了深入全面理解相應的物理內容，可以在閱讀本書之前，先復習相應的物理教科書。

比如，對應于熱脹冷縮這個物理原理，本書第六章討論了火車鐵軌、電話線、埃菲爾塔、玻璃杯的炸裂、古希臘的祭壇和一種自動上發條的鐘；對應于費馬原理（光線沿著最短路徑傳播），本書第八章討論了反射定律、與反射定律類似的烏鴉飛行路線、折射的原因和折射定律。

最后，我講一位大物理學家的故事。在20世紀，費米是最重要的物理學家之一，是唯一在實驗和理論上都做出杰出貢獻的物理學家。他是意大利人，由于納粹上臺，移民美國（他妻子是猶太人）。費米是美國研制世界上最早的原子彈的領袖科學家之一。第一顆原子彈試爆的時候，費米做了很簡單的實驗。爆炸40秒后，空氣沖擊波到達費米的隱蔽所。他在沖擊波到達之前，到達期間，以及到達之后，都丟下了一些小紙片。他測量了這些小紙片飄過的距離，發現沖擊波經過的時候，紙片飄過了2.5米。據此，他估計出爆炸的能量相當于1萬噸TNT（三硝基甲苯炸藥）所產生的能量。這個估計的數量級是對的，后來通過放射化學的方法，測量出能量是1.8萬噸TNT。

費米對美國物理學影響極大。他的個人風格，比如重視物理圖像和直覺，在美國物理學中留下了烙印。他的學生有很多，包括大家熟悉的李政道和楊振寧。上面這個故事說明了，科學研究中做定性和半定量估計的重要性和趣味性。

而《趣味物理學》正適合培養這種對科學的感性認識以及定性和半定量估算能力。

施郁

（復旦大學物理學系教授）