◎[美]西德尼·佩尔科维茨
即便你不是物理学家、没学过一门物理课程，物理也是你生活的一部分。
你的智能手机使用了半导体芯片；如果你拍过 X光片或者做过核磁共振，那么你便体验了从物理实验室发展出来的医学技术的好处；如果你关心清洁能源、注重环境保护，或是担心爆发核战，那么这些话题也离不开物理学；如果你曾仰观夜空繁星，像众人一样想知道它们与世间万物从何而来，那么物理学会告诉你答案。
从消费用品到探索未知边缘的研究，物理学已经融入了我们的日常活动、社会文明和远大志向之中。它是一门获得了社会坚定支持的基础学科，也是其他学科与技术的根基。不过，这场人类伟业发轫于很久以前，最初的规模也很小，只存在于几位想要理解周身世界的希腊思想家的头脑之中。
从古希腊人实践的自然哲学到如今错综复杂的理论和仪器，物理学史如果有一个贯穿始终的永恒主题，那么它将包含两个方面：对大自然的好奇，以及我们人类能够理解自然的信念。日出日落、观海听涛，我们的古老先人想必对身边的自然现象惊讶不已、充满敬畏。这些情感，定然伴随着想要理解所见事物的愿望。
我们依旧会为周身的美好与造化惊奇不已，但今非昔比，如今我们对于感官感知或以专门器材测得的现象，虽说还不能尽数阐明，但也能解释大半。我们不断寻求更广泛、更深入的理解，现在又有了满足这份好奇的各种工具，这些工具的发展本身就是物理学等一切科学发展史的重头戏。
物理学在建立伊始就与自然有着深厚联系，它的名字来源于希腊语词根，意思是“自然”。但形成现代物理学的工具演化了很长时间。古老先人认为，希腊奥林匹斯主神宙斯会惩罚一切挑战其权威的神明与凡人，而自然造化就控制在这等反复无常的神明手中。后来，对神的信仰让位于一套融合于物理学的概念与技术，物理学成为探索宇宙的整体方法。
人类能够通过智慧的理智思考理解世界的造化，这个信念过去是、现在依然是物理学思想的要义。相比先前人们相信神明能够在人类的知识与控制之外随心所欲，这是一个重大的观念改变。因果思想与之有密切联系，它相信世间的物质作用（比如施加一个力）会产生可以预测的结果，且相同条件下，同样的原因总能产生同样的结果。
发展物理学的其他必要条件包括仔细观察、持续记录自然事件，比如行星与恒星的规则运动。再之后是定量分析。数学成为物理学的语言，是处理数据、表达物理思想、构建世界模型、预测世界行为的最有力、最简洁、最准确的方式。另外还有两个先决条件：一个是实验的概念，即通过人为设计限制现实实在的一部分，从而检验某个特定的思想，其典型形式是将观测与记录的量化数据相结合；另一个是理论物理学的发展，它用数学来分析、解释物理行为和实验结果。这些要素并非一蹴而就，也不在同一地点出现，它们诞生于不同的国家与文化，经历了几千年的时间。
世界上的其他古文明也提出了多种物理和量化科学，以及能够体现他们掌握了一些物理学原理的技术。例如，中国人发明了算盘和罗盘等诸多装置与方法；南亚的印度数学家提出或广泛传播了一些基础的数学观念，比如“零是一个数”、负数等概念；中美洲的玛雅人发展出了精密的天文学体系和历法；南美的印加人则设计建造了一套大规模的道路和沟渠系统，用以水文管理。
然而，自然“律”无须神明介入，可以用理性来理解的中心思想应当追溯到早期的希腊哲学家，尤其是亚里士多德，他在其《物理学》中提出了一个世界体系。这本书的书名与这个词现在的意思不同，亚里士多德这样的自然哲学家也不像如今的物理学家。他们不必做实验或是运用数学，但他们确实在寻找自然律，比如运动和变化的规律，这是物理学的主题。
希腊思想家非常看重研究运动，这似乎是必然之事。地球和天界很少有事物固定不变，我们身边到处是变化，希腊哲学家赫拉克利特就意识到这一点，写下了“人不能两次踏入同一条河流”这句话。而且，我们总能看到并本能地感受到日常生活中的运动因果，比如丢出石头要用力，而不同大小的力会让石头的轨迹有所不同。
亚里士多德对运动的分析有其洞见，但他的落体定律暴露了希腊思想的弱点，即它不会运用经验结果来理解自然。亚里士多德断言更重的物体下落得更快，这听上去符合常识，但并不正确。做过许多实验之后，我们就会明白，在给定的重力场中，一切物体都会以相同的加速度下落。然而希腊的思辨产生了一些重要思想，如阿布德拉的德谟克利特捍卫的原子论，他将其精简为这么一句话：“原子和空间之外无物存在，其他的一切都是观念。”不过某些早期思想家也确实做了一些实验与观察。例如，阿基米德发现了液体的浮力原理；而在公元2世纪，克劳狄乌斯·?托勒密搜集了光在不同介质间折射或者说弯折的数据。
随后的每个世纪都有自己的物理贡献。早先的工作追随着希腊哲学家尤其是亚里士多德的著作，但不是所有的文明都拓展了这些思想。罗马哲学家兼诗人卢克莱修只是向自己的市民同胞解释希腊科学，便产生了极大的影响。他的诗作《物性论》以清晰呈现原子论等希腊思想而闻名。这首诗影响了艾萨克·?牛顿对落体运动的理解，也影响了苏格兰数学生物学家、经典著作《论生长与形式》（1917）的作者达西·?汤普森对生物受到的物理约束的思考，他认为卢克莱修给每一代科学家都带来了灵感。
《物理学》，[美]西德尼·佩尔科维茨/著，杨晨/译，译林出版社2024年版