汤姆金斯先生是一家大的城市银行里的一个小职员。他对现代物理学感兴趣，但像很多人一样，物理理论的长篇大论让他昏昏欲睡。而在梦境中，他进入了许多不同寻常的物理世界：有个世界的光速变得很小很小，有个宇宙的膨胀和收缩周期只有短短两小时，还有个世界的普朗克常数变得很大很大，而在原子世界中，他则化身为一个电子……

就这样，通过汤姆金斯先生在这些梦中物理世界的种种奇遇，乔治·伽莫夫在《物理奇遇记》这部科普经典中向我们生动讲解了相对论、宇宙学、量子理论以及粒子物理的诸多基本概念，让我们得以更清晰地理解我们所实际生活的物理世界。这些故事最早在二十世纪四十年代出版，并在六十年代经伽莫夫亲自加以增订。

通过汤姆金斯先生在多个不同寻常的梦中物理世界的奇遇，乔治·伽莫夫在《物理奇遇记》这部科普经典中向我们生动讲解了相对论、宇宙学、量子理论以及粒子物理的诸多基本概念，让我们得以更清晰地理解我们所实际生活的物理世界。不同于后来经过他人增补的版本，本书保留了伽莫夫文字的原貌，是原汁原味的经典版本。此外，本书添加了约翰·胡卡姆在部分故事第 一次出版时专门绘制的插画。而为了反映物理学的新进展，本书添加了一些必要的注释。本书适合青少年儿童和科学爱好者阅读。

引言

1 城市速度极限

2 教授那场让汤普金斯先生听睡过去的相对论讲座

3 汤普金斯先生休了个假

4 教授关于弯曲空间、引力和宇宙的讲座

5 脉动宇宙

6 宇宙歌剧

7 量子台球

8 量子丛林

9 麦克斯韦妖

10 快乐的电子部族

10 汤普金斯先生睡过去的那部分讲座

12 在原子核内部

13 老木雕师

14 真空中的空穴

15 汤普金斯先生品尝了一顿日本料理

3 汤普金斯先生休了个假

汤普金斯先生对于自己在相对论城市的奇遇感到很是欣喜，同时也感到遗憾没有教授在身边为自己解释所观察到的那些奇怪现象：铁路制动手如何能够阻止乘客变老这个谜团尤其让他困惑不已。许多个夜晚，他上床睡觉时都希望能够再次见到这个有趣的城市，但他做梦不多，即便做了，大多数还都是不愉快的。上一次，他就梦到了银行经理由于他为银行账户引入了不确定性而要开除他……所以他觉得自己最好休个假，去海边哪里待上一周。现在他就坐在火车的包间里，看着窗外的景色逐渐从城郊的灰色屋顶变成了乡间的绿色草地。他拿起一份报纸，试图让自己感兴趣于越南冲突。但一切看上去如此乏味，而车厢的晃动令人舒适……

当他放下报纸，再次看向窗外时，外面的景色已经变得大不相同。根根电线杆之间相距得如此之近，看上去像一排篱笆。树的树冠也非常之窄，看上去就像地中海柏。在他对面则坐着他的老朋友教授，他正兴致勃勃地趴在窗户上朝外看。他很有可能是在汤普金斯先生忙着看报纸时进来的。

“我们是在相对论世界，”汤普金斯先生说道，“是不是？”

“喔！”教授惊呼道，“你已经知道这么多了！你是从哪儿了解到的？”

“我已经来过这里一次，但上次没这么荣幸，没有你的陪伴。”

“所以这次很有可能你要给我当向导了。”老先生说道。

“还是不要吧，”汤普金斯先生回应道，“上次我见到了许多不同寻常的事情，但我问过的那些当地人都不理解我的困惑。”

“这很正常，”教授说道，“他们出生在这个世界，身边的各种现象在他们看来都是不言而喻的。但我想，要是他们无意之中来到了你曾经生活的那个世界，他们也会相当惊讶。一切在他们看来也会如此不同寻常。”

“我可以问你一个问题吗？”汤普金斯先生说道，“上次在这里时，我遇到了一位铁路制动手。他坚持认为，由于火车的启启停停，车上的乘客要比城市里的人衰老得慢得多。这是魔法，还是也可以用现代科学来解释？”

“从来都不应该找借口拿魔法当解释，”教授说道，“这是物理定律的直接结果。基于他对于空间和时间的新（或者我应该说，与世界一样古老但最近才被发现的）概念的分析，爱因斯坦已经证明了，所有物理过程，当它们所在的系统改变速度时，都会变慢。在我们的世界中，这些效应小到几乎观察不到，但在这里，由于光速很小，它们通常是显而易见的。例如，如果你尝试在这里煮一个鸡蛋，并且你不停地把平底锅前后移动，而不是让锅在炉灶上静止不动，那你或许要花上六分钟而不是五分钟时间才能把鸡蛋煮熟。而如果一个人坐在（比如）一把摇椅或一列速度有变化的火车上，则他身体中的所有过程也会慢下来；在这些情况下，我们衰老得慢了。然而，由于所有过程都变慢相同的程度，所以物理学家更喜欢说，在一个非匀速运动的系统中，时间流逝得更慢。”

“但科学家在我们的世界中真的观察到这样一种现象了吗？”

“他们观察到了，不过这需要相当的技巧。技术上我们很难获得必要的加速度，但见于一个非匀速运动的系统的条件，与一个很大的引力的作用效果是近似的，或者我应该说是等同的。你可能之前注意到过，当你站在一部急剧加速上升的电梯中时，你会感觉自己变重了；相反地，如果电梯开始下降（当电梯绳断了时，你的感受会最明显），你会感觉自己变轻了。对此的解释是，加速度产生的引力场要在地球的重力的基础上加上或减去。此外，太阳上的引力势要比地球表面的重力势大得多，所以那里的所有过程应该要稍慢一些。天文学家也确实观察到了这一点。”

“但他们不可能到太阳上去直接观察啊？”

“他们不需要亲自到那里。他们只需观察太阳发出的光。这些光来自于太阳大气中不同原子的振动。而如果那里的所有过程都变慢了，则那里的原子的振动速度也会放缓。通过比较太阳发出的光与地球上的光源发出的光，人们就可以发现其中的差别。顺便一提，你知道……”——教授自己打断了一下——“我们现在正在通过的这个小站叫什么名字吗？”

火车正在通过一个乡间小站，站台上空空荡荡，只有站长以及一个正坐在行李车上看报纸的年轻搬运工。突然，站长张开双手，迎面倒在地上。汤普金斯先生没有听到枪声，它很有可能是被火车的噪声掩盖住了，但站长身下积起的一摊鲜血说明了一切。教授立即拉下紧急制动阀，火车猛地停了下来。他们走出车厢，看到那个年轻搬运工正跑向尸体，同时一个乡村警察也走了过去。

“子弹穿心而过，”那个警察在检查了尸体之后说道，然后他一只手重重按住了搬运工的肩膀，继续说道，“我现在以涉嫌谋杀站长的罪名逮捕你。”

“我没有杀他，”不幸的搬运工大呼道，“当我听到枪声时，我正在看报纸。火车上的这些先生很有可能目睹了一切，他们能够证明我的清白。”

P25-28

看到乔治·伽莫夫的两部珠玉之作（它们分别讲述了汤普金斯先生在假设光速变小或普朗克常数变大时可能出现的神奇世界的两段奇遇）现在再版为一本平装书，我着实感到高兴。虽然现在读来，其中有些细节可能值得商榷，但这些妙趣横生的故事所带来的兴奋之情一如我在五十年前第一次读到它们时那样。尽管物理学在许多方面都有了新的进展，但有关相对论和量子理论的基础物理学并没有改变。而通过他的天才巧思和叙述能力，伽莫夫得以将这一基础物理学（这一事实上仍属现代的物理学）中一些令人困惑的疑难问题变成了适合孩子们阅读的迷人故事。

我记得我是在相当小的时候读到（或听到）汤普金斯先生的故事，而我也确信，在相当大程度上，正是这些故事的魅力激起了我对于基础物理学的、贯穿一生的浓厚兴趣。我仍然能够清晰回想起量子丛林中的老虎、装满神秘色球（核子）的木雕师的盒子、因相对论效应缩短的自行车，以及教授在他和汤普金斯先生看到他们的微型宇宙正朝他们坍塌时喊出的“只管躺下，并观察”。是汤普金斯先生让这种新物理学变得生动真实，容易为年幼的我所理解，而我也相信，他将继续为许许多多其他孩子做同样的事情。

在二十世纪四十年代初写下这些故事（后在1965年加以更新）时，伽莫夫主要关注的是相对论和宇宙学以及量子理论和粒子物理学的一般原理。那么他的描述现在已经过时了吗？除了特定一些细节，其中的物理学的精髓并没有改变，所以伽莫夫的描述直到今天本质上仍然是现代的。或许物理学自伽莫夫的时代以来的进展主要见于粒子物理学领域。比起伽莫夫那时候，现在我们知道了更多的粒子，并且现在有很好的理论来描述它们。我们还知道核子的亚结构（用夸克来描述）以及粒子之间的强、弱相互作用（用“规范场论”来描述，后者是我们现在所谓“标准模型”的基础）。中微子，其存在性在伽莫夫第一次写下它时还是一个谜，而现在，它已经在理论和实验上都得到了确认。至于相对论，伽莫夫对于缩短的自行车和城市街区的描绘在直觉理解上很有帮助，但它们并不是一个观测者在那种情况下的实际所见。考虑到光的有限速度，小的物体在急速掠过时看上去是在旋转，而不是缩短。在他写作时，人们对黑洞还没什么了解，这真是可惜，要不然他毫无疑问会在自己的故事中给出精彩的应用。在黑洞以及宇宙大爆炸中不可避免会出现的奇点及其性质，让我们现在不免质疑起振荡宇宙论。但伽莫夫对于宇宙学以及宇宙起源所给出的先知般判断仍然经受住了时间的考验。正如伽莫夫所无法判断的，宇宙在空间上是开放的还是封闭的问题现在仍然悬而未决；但也正如伽莫夫所预测的，恒稳态宇宙论已经被否定，而他所描述的关于宇宙起源的大爆炸图景则已经令人信服地为人们所普遍接受。

罗杰·彭罗斯

1992年10月

尽管物理学在许多方面都有了新的进展，但有关相对论和量子理论的基础物理学并没有改变。而通过他的天才巧思和叙述能力，伽莫夫得以将这一基础物理学（这一事实上仍属现代的物理学）中一些令人困惑的疑难问题，变成了适合孩子们阅读的迷人故事。……是汤普金斯先生让这种新物理学变得生动真实，容易为年幼的我所理解，而我也相信，他将继续为许许多多其他孩子做同样的事情。

——罗杰·彭罗斯（英国数理物理学家、数学家和科学哲学家）