致同学们
欢迎大家进入《物理》（选修3系列）的学习。这个系列将为大家呈现比较完整
和综合的物理学内容，展示物理学发展中充满睿智和灵气的科学思维，弘扬前辈物
理学家探寻真理的坚强意志和科学精神。
在必修物理课中，大家学习了力学的主要内容。诚然，力学是物理学的基础，
是在物理学和其他学科中进行科学研究的典范。但是奠定基础是为了实现更高和更
强的目标，学习典范是为了追求超越和创新的理想。在这一过程中，一定会有意想
不到的坎坷和曲折，但探索未知的诱惑和超越已知的希冀，却总在前面向我们招
手……
从这种意义上说，物理课程的学习与物理学自身的发展具有惊人的一致性。
那是1955年4月17日，一个星期日的下
午，爱因斯坦从病榻上坐起来，开始了他一生
的最后一次计算。他以自己特有的干净利落
的笔迹，写下了一行行算式。在整理了一些数
字之后，他休息了。几个小时之后，20世纪
一位伟大的物理学家去世了。病床旁边放着
他最后的，也是失败的一项努力的记录：他
要创造一个“统一场理论”，以便对宇宙中已
知的几种相互作用做出统一的解释。
爱因斯坦的研究溯源于19世纪中前期
法拉第和麦克斯韦的工作。当奥斯特发现电流产生磁场的现象之后，法拉第想知道，
相反的情况是否可能发生————磁能
够产生电吗？
在失败了多次之后，他取得了
成功，提示了自然界一个具有深远
意义的奥秘————尽管表面现象不同，
但是电和磁仅仅是同一基本现象的
不同方面。这向人们暗示：宇宙中的
事物具有某种基本的统一性。
虽然法拉第以其高超的实验技能瞥见这种统一性，但他缺乏
阐述这一辉煌成果所需的数学工具。麦克斯韦用数学语言成功
地把法拉第的发现纳入了一个完美的框架，阐明了电与磁实
质上的统一性。
然而，他们没有考虑一个明显的问题：宇宙这种统
一性是否包括人们最熟悉的引力呢？这正是爱因斯坦智慧
的触角所指向的地方。也许是这个问题太多地超越了科学的
年轮，爱因斯坦穷30多年之力，却只能遗憾地把这一科学
重任留给后人。
在爱因斯坦忙于构建自己的统一场理论的同时，人们发现了另外两种基本的
力————凝聚原子核的强相互作用力和千万放射现象的弱相互作用力。从20世纪50
年代开始，物理学家的注意力转向了电磁力与弱相互作用的统一。到60年代末，
温伯格、格拉肖和萨拉姆分别在理论上表明，这两种力仅仅是同一种力的不同方
面，由此预言的一些现象在70年代被实验证实。这让他们共同获得了1979年诺
贝尔物理学奖。
70年代前期，格拉肖还提出了把电磁力、弱作用力和强作用力统一起来的数
学公式，并称为“大统一场理论”，但他的预言证实起来却有困难。
1984年，施瓦茨和格林等人终于宣布，能够把最后的局
外者————引力和其他的力统一起来。条件是不再把粒子看做
点状物，而是看做称为“超弦”的极小物体，它们像一些“琴
弦”，存在于10维的时空之中。
尽管这是一项重大进展，但超弦理论似乎仅仅是某种更
加根本的东西的一个影子。1995年，威滕把这个“东西”找
到了，并称它为“M理论”，或说是“膜理论”。以往的超弦
仅仅成为11维的膜的“边缘”而已，这11维时空中除了4维
之外全都卷曲起来，以致我们无法“看到”。
这就是爱因斯坦追求的目标吗？它可以通过实验证实
吗？除了4维之外的其他维度是如何卷曲的，以致我们看不
见？尚存的其他许多维的谜底在哪里？
“M”除了代表“Membrane（膜）”之外，可以代表“Mother（母亲）”，也可以代
表“Mystery（神秘之物）”，还可以代表“Magic（魔术）”，那么，它到底代表什么
呢？答案只能存在于未来的探索之中，也许它正向你们招手呢！
科学是人类物质文明和精神文明进步的伟大阶梯，它也映射出一个民族和国家
发展壮大的坚实脚步。中国是个有13亿人口的发展中
的大国，无论多么可观的财力、物力，考虑到巨大的人
口，就成了很低的水平。但是，情事也有另外一面。如
果13亿人都具备了较高的科学素质，以科学的精神和
思想方法面对挑战了机遇，中国人难道不可以为自己
乃至全人类的发展和进步，承担起无与伦比的重大责
任吗？
同学们，学好科学，增长智慧和才干，并把个人
价值的实现与祖国的繁荣富强联系起来，那么人生就
一定是充实而精彩的！
曾有一位旅行者在游览杭州西湖后写过一首打油诗：
昔年曾见此湖图，
不信人间有此湖。
今日打从湖上过，
画工还欠费功夫。
如果你在读了前面那些文字之后，对于物理学的博大精深及影响之巨仍然将信
将疑，那也没关系，还是先学下去吧，或许有一天你会拍打着教科书说：“编者
还欠费工夫。”