《時與光：一場從古典力學到量子力學的思維盛宴》是一本相對論與量子力學的零基礎入門書，同時也是一套描繪人類思維發展曆程的精彩畫捲。跟隨書中的一個個智者，你將從古典力學走嚮經典體係，終跨入理論物理的前沿陣地——量子迷域。

一路上：拉普拉斯妖、麥剋斯韋妖、芝諾的小烏龜、薛定諤的貓、布裏丹的驢子、坐在超級鋼琴旁狂敲鍵盤的小猴子……一輪又一輪的思想實驗將把你捲入無窮盡的謎題當中：時間擁有方嚮性的根源何在？“對稱”這一審美基調為何會對物理學造成如此深刻的影響？137這個數字又為什麼會對物理學傢有著如此巨大的吸引力……

待到你通過閱讀和思考，親自將答案挖掘齣來，相信你收獲的不僅僅是答案本身，更有學習過程中本真的樂趣。

棽棽，雲南昆明人。山東大學應用化學學士，復旦大學物理化學碩士。喜好神遊四海，偶爾亦會逃離地球，卻怎麼也逃不開對宇宙設計的好奇。探索其間的樂趣，願與你一同分享。

如果你曾被《從一到無窮大》深深觸動，那麼你也會喜歡上這本書的。八零後作者棽棽用簡潔流暢的語言，對物理學近兩韆五百年的發展史做瞭全景式的精彩描繪，其中既有牛頓力學、狹/廣義相對論與量子力學的誕生過程，又有諸位科學大師的成長曆程。

短時間原理

17世紀60年代，人類引逗光綫的本領日漸高超，有關反射、摺射的歸納性法則也已初現端倪。首位嘗試解答這一“為什麼”的天纔終於在萬事俱備之際乘著東風翩然而至，他便是來自法國的職業法律顧問兼“業餘”數學傢皮埃爾·德·費馬（Pierre de Fermat）。弗吉尼亞·伍爾夫（Virginia Woolf）曾說過：“所謂天纔就如同流星一樣，他們劃過夜空，撕破黑暗，道齣真相，然後消失。”費馬的一生便是對這句話為生動的詮釋。這位命運的寵兒衣食無憂且與世無爭，從律師到法官，他錶麵上循規蹈矩，過著與其貴族身份相符的平順生活；而私底下，他卻悄悄為自己營造瞭一整座美輪美奐的思維殿堂，像個孩童一般流連其間、盡情玩耍。

費馬慣於獨自潛行，他終生遠離學術圈，卻也偶爾捉狹地浮齣水麵冒個泡，寫上一封短信給當時的某位教授，將他近遊玩時無意間瞥見的美妙景象透露稍許，微微地撩撥一下學界的神經：一個原本無意流傳後世的“費馬大猜想”——xⁿ+yⁿ=zⁿ，當整數n＞2時，方程無解——令韆萬邏輯狂人撓破頭皮求證瞭足足358年；另一個關於多級指數的猜想——（2的2ⁿ次方）+1是素數——又讓眾多數論名傢信以為然、琢磨良久，終卻發現那是錯的……關於費馬的傳奇足有一大籮筐，可惜此處留白太小，寫不下。現在，讓我們先著重來領略一下費馬殿堂的明珠“短時間原理”的風采吧，一個把數學當娛樂的頑童一不小心道破瞭宇宙的天機。

大約1662年前後，費馬在他某張信稿邊頁以其一貫的潦草筆鋒輕描淡寫地留下瞭一行小字：“在從一點行進到另一點所有可能的路徑中，光所選擇的是耗時短的路徑。”這便是赫赫有名的“費馬短時間原理”。也許你會想：這不顯而易見嘛，隻要足夠機靈，放著捷徑誰還願意繞遠道呢？但在費馬之前，還鮮有人嘗試把自己融入一束光來思量其處境。況且一條論斷之所以能被冠以“原理”頭銜，僅靠揣度是不夠的，它必須嚴格建立在事實與邏輯的雙重基礎之上。下麵，請你試著玩幾個簡單的幾何遊戲，來證明這一原理吧（參見附錄一）。

耗時短，實則意味著跑得快。速度與角度，兩個原本風馬牛不相及的物理量通過費馬原理竟微妙地聯係到瞭一塊兒，這不得不說是對大自然的一次深刻洞見。不僅如此，費馬對光行為那頗具人性化的詮釋總透著一股子說不清道不明的刁鑽氣息，自問世之日起數百年來，它就像費馬本人一樣，激起的贊美與嘲諷兩相滔滔，至今仍不絕於耳。按照斯涅耳定律，光從光源齣發之後，若碰到不同介質，由於事先已約定好摺射率，它隻需依照老規矩及時調整方嚮，便可在各介質間彎來摺去、暢行無阻瞭。整個過程自先而後，與慣常所期待的因果律恰相吻閤。然而，短時間原理的橫空齣世卻打破瞭這片祥和：如果說每趟旅程都必須考慮時間損耗，那麼在齣發之前，光是如何確定自己將駐步何方，途中又會遭遇怎樣的流轉與機變的呢？從A到B，它可以直奔主題，也可以醉鬼似地打著鏇晃蕩過去，精力充沛的話，甚至可以撲騰到海角天涯再摺返迴來……退一步說，即使能夠預知終落點，它究竟該采用何種方式來尋齣優路綫呢？

本章我們暫且不去探究光是如何自三韆弱水中毫不猶疑地取齣瞭屬於自己的那一小瓢，僅隻考慮它能於事件發生之前便知曉結果這一點，就足令眾人頭疼不已。試想，假如你是一束光，正準備從A點去往B點，依據時空王國新近頒布的“短時間章程”，你不僅得知道目的地B的位置，更需詳細瞭解沿途將經過幾層界麵，各界麵的具體位置，各介質分彆是什麼……每段路況皆無疏漏，如此纔有可能定製優方案。倘若你尚未摸清狀況便貿然前行，悶頭一陣疾馳之後，猛然撞見一界麵，這纔臨時決定進退轉圜，勢必得反復修正原初的軌跡。而既然還有調整的餘地，則意味著它並不是上上之選，比起動身之前一口氣描畫的路綫，勢必耗時更多。因此，“費馬章程”若想順利施行，光就必須在跨上起跑綫的瞬間便對所有的選擇都瞭然於心，並早早做好計劃——沿著結果去譜寫過程，這簡直就是一場逆時而上的盛大！“先”和“後”、“因”與“果”顛倒錯亂，原本規規整整的邏輯拼圖霎時被震得七零八落，彌散不知所蹤。

與我們形影相隨的光背後竟藏匿著如此紛繁的秘密。隨著實驗器材的改良，學者們進而又發現，費馬對光行為的解讀仍不夠全麵，光程除瞭取極小值之外，有時也會取定值（例如當光源位於橢圓反射鏡的焦點之一時），必要時甚至還會取極大值（這需要耍點兒花招，對光進行“誘”。例如仍把光源置於橢圓鏡的任意焦點上，再緊貼橢圓內壁鑲嵌一塊拋物鏡，則光綫必定落於拋物麵底端）。因此，費馬原理為的錶述應該是：“過兩個定點A、B的光總選擇光程一階變分為零的路徑。”多年以後，隨著人類對世界的瞭解不斷深入，短時間原理漸漸化身成羽翼更為豐滿的“小作用量原理”，傲然翱翔在諸如廣義相對論、量子場論等現代物理各前沿陣地上空。然而，有關行程的詭譎思辨不過是光奉獻給世人的一碟開胃小菜而已，觥籌交錯間，一場從古典力學到量子力學的思維盛宴正緩緩拉開序幕……