序章 我们生活在地球与宇宙的交界 。晴朗的夜晚，谁都能看到璀璨而广袤的星空，亘古不变的灿烂繁星以 的方式标记我们在宇宙中的位置。这些星辰进入了每一种文明的视野，但从未有人真正触摸过它们。我们在地球上的家园恰似星空的反面：混乱、无常、花哨，每天充斥着各种缠人的琐事。然而，平凡俗世中同样藏着宇宙运转的规律。物理世界的丰富多彩超乎我们的想象，同样的原子和同样的规则以不同的方式组合在一起，足以产生无数截然不同的结果。不过，这种多样性并非全无规律，世间万物的运行都遵循着自然的法则。
如果你把牛奶倒进茶水里快速搅拌，杯子里就会出现旋涡。两种液体旋转交缠，几乎称得上泾渭分明，而这样的奇景只能维持几秒，片刻之后，两者就会 融合在一起。不过，这短短的几秒钟足以让你看清，不同的液体会在美丽的旋涡中逐渐融合，而不是立即交融。我们在其他地方也能看到同样的现象。从太空中俯瞰地球，你会在云团中发现相似的旋涡，暖空气和冷空气不会直接融合，而是互相缠绕旋转，仿佛在跳一曲美妙的华尔兹。大西洋上空的旋涡定期向东运动，带给英国变幻无常的天气。当北方极地的冷空气和南方热带的暖空气相遇时，你可以从卫星云图上清晰地看到它们绕着圈子彼此追逐。这样的旋涡叫作“低气压”或者“气旋”，气旋所到之处常会出现晴雨不定的多变天气。
乍看之下，旋转的风暴和马克杯里旋转的茶水似乎毫无关联，但它们相似的模式 非出于巧合，其中蕴含的线索可以揭示 本质的规律。类似的构造隐藏着相同的道理，一代又一代人不断探索并通过严格的实验验证了这一点。这个探索与发现的过程就是科学：不断总结、验证我们对世界的理解，并发掘 多有待探索的东西。
有时候，我们很容易在不同的地方发现同样的模式；不过也有一些时候，事物间的联系没有那么明显，而 终找到真相时，你收获的满足感会 强烈。举个例子：你或许根本不会想到蝎子和骑行者有什么相似之处；事实上，两者会利用同样的科学技巧来保命，不过方式截然相反。
没有月亮的夜晚，北美的沙漠寒冷寂静，只有微弱的星光照耀着地面，你似乎不可能在这里完成对任何东西的搜寻。不过，为了找到一种宝贝，你带着特制的手电筒走进了黑暗。这种手电筒发出的是人类看不见的光——紫外线，也叫“黑光”。紫外线在沙漠中传播，但你看不见它，无从分辨它照到了哪里。然而突然之间，黑暗中爆出了一团怪异的蓝绿色闪光——紫外线落在了一只蝎子身上。
人们就是这样寻找蝎子的。这种黑色蛛形纲动物的外骨骼里有一种独特的色素，能够吸收我们看不见的紫外线，再反射出我们看得见的可见光。这的确十分机智，不过害怕蝎子的人可能无缘欣赏。这种光学魔术被称为“荧光性”。人们认为，蓝绿色的荧光能帮助蝎子在傍晚寻找 理想的藏身之地。紫外线一直存在，不过在太阳刚刚降到地平线下的傍晚时分，大部分可见光都已消失，留下来的只有紫外线。如果这时候蝎子还待在露天环境中，它的身体就会发光，变得十分显眼，因为周围的蓝光和绿光都已消失。哪怕蝎子的身体只露出来一点点，它也能探测到自己发出的光芒；于是它就会知道，应该再藏得深一点。这套信号系统简洁而高效——如果世界上没有紫外线手电筒的话。
幸运的是，对于恐惧蝎子和蜘蛛的人来说，要看到荧光，不一定非得走进节肢动物横行的沙漠不可。天气阴沉的清晨，城市里也随处可见点点荧光。我们不妨看看那些注重安全的骑行者：和周围灰暗的环境相比，他们身上的反光外套简直亮得刺眼。这些外套看起来像在发光，事实上，它们的确在发光。阴天的云层遮蔽了可见光，但大量紫外线仍能穿透云层。反光外套中的色素会吸收紫外线，反射可见光。这个原理和蝎子的把戏一模一样，不过人类和蝎子利用荧光现象的目的却截然相反。骑行者希望自己发光，因为这样一来，别人就 容易看到他们，由此可以减少事故的发生。对人类来说，荧光现象简直就是免费的午餐；我们本来看不到的紫外线转化成了可以利用的可见光，但我们不用付出任何代价。
荧光现象本身已经足够迷人，不过对我来说真正的乐趣在于，物理学的金矿不仅仅是有趣的消遣， 是实用的工具，能在很多地方派上用场。在上面这个例子中，蝎子和骑行者利用同样的物理现象来保命。汤力水1在紫外线下也会发光，因为水中的奎宁具有荧光性。衣物彩漂剂和荧光笔的“魔力”同样源于此。下次当你看到用荧光笔做记号的段落时，请务必记得，荧光笔的墨水也是一种紫外线探测剂；虽然你无法直接看到紫外线，但荧光会告诉你，它就在那里。
我研究物理学是因为它能够解释我感兴趣的事情。物理学让我看到日常世界背后的规律。 棒的是，它让我能够亲自找出一部分规律。虽然现在我已经是专业的物理学家了，但实际上，我的许多发现和实验室无关，也不需要复杂的电脑软件或昂贵的实验设备。 能带来成就感的发现常常来自与科学全然无关的日常小事。对物理学基础知识的点滴了解将整个世界变成了充满乐趣的玩具盒。
对于这些
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