一套书为物理正名，呈现一个有趣、好玩的物理世界！

没有复杂的公式和烦琐的推理，让你分分钟变学霸！

书名：魔鬼物理学系列（套装共3册）

定价：164.00元

作者：(美) 詹姆斯·卡卡里奥斯

出版社：中信出版集团

出版日期：2018-04

装帧：平装

开本：32开

ISBN：9787508684130T

此套装包含：

从早晨的阳光射进你的房间，到结束繁忙的一天关灯入睡，恍然间你会发现自己就置身于一个奇妙的物理世界中。生活中常见的电子设备都可以成为我们学习物理知识的教具，就这样，你的生活与物理学紧紧联系在一起。就连我们认为古怪并且难以理解的量子力学，都改变着世界的方方面面。X射线光谱技术，促进了晶体结构的研究，从而解码人体基因组；笔记本电脑，手机的出现要得益于电子的自旋。量子力学解答了科幻世界的所有疑惑，为我们开启新世界的大门。

同时，物理也不该仅仅是脱离实际的冷冰冰的公式，从漫画英雄口中讲出的物理学知识，将颠覆你对物理的所有认知。在这里，物理将成为英雄施展超能力的魔法棒，一定让科幻爱好者、漫画迷们大呼过瘾。

“魔鬼物理学”系列丛书共三本，既可成系列阅读，也可单本欣赏。“魔鬼物理学”系列告诉你，学物理不只是背公式、建模型、做习题！生活中的物理到处可见，漫画书里也有，观察生活的点滴、看看漫画书就能把物理学懂！

《魔鬼物理学1：隐藏在日常生活背后的物理学知识》主要从日常生活中随处可见的电子设备出发，讲述我们身边的物理学。物理世界不只有黑洞、引力波、相对论、希格斯玻色子……电动牙刷、导航仪、冰箱、飞机等背后也隐藏着奇妙的物理学原理。

《魔鬼物理学2：迷人又有趣的量子力学》主要讲述了隐藏在科幻小说和漫画中的量子力学知识。抛开复杂的数学公式，量子力学其实看起来也不是那么晦涩难懂，普朗克，玻尔，爱因斯坦，薛定谔，海森堡等量子物理学家们都变成了科幻世界中的“超级英雄”，借助异想天开的观点，讲解量子力学知识。

《魔鬼物理学3：超级英雄故事里的物理学》主要讲述了漫画中的物理学知识。让超人演示牛顿运动定律，让蜘蛛侠解释摆球振荡，让万磁王展示电磁感应，这样学物理是不是更好玩儿？

第1章 起床啦！

清晨，你前一晚设定的闹钟准时把你叫醒；而10分钟之前，你的咖啡机已经开始工作了；你一边收听节目，一边吃早餐；这时你突然意识到自己还没有刷牙，于是赶紧冲进浴室，从充电底座上拿起电动牙刷……

第2章 开车进城去！

你乘坐电梯来到地下车库，按下无钥匙遥控器打开车门，启动那辆油电混合动力汽车；你在汽车内置的导航系统中输入医生办公室的地址，按照提示向那儿开去……

第3章 看医生

你乘坐电梯来到医生办公室，将平板电脑连上这座大楼的无线网络，护士用体温计给你测量体温，一位技术人员给你做X射线扫描，医生告诉你，你还得做超声波扫描并注射可的松……

第4章 去机场

你进入机场的停车场，在电子停车票读取器前刷了一下信用卡；你突然发现自己忘了带现金，于是就近找到一台自动取款机，点击触摸屏取出100美元；你在安检处停下来，和人流一起经过一个金属探测仪……

第5章 坐飞机

飞机在跑道上加速，机身朝天空上方抬升；很快，飞机就在空中平稳地飞行了。窗外的景色美极了，你拿出手机，拍下云朵的照片。你拿出耳机，打算观看视频打发剩下的时间……

第6章 做商业报告

你用USB闪存盘将文件上传至会议室的计算机，为了和听众更好地互动，你用复印机将材料复印了多份；你将计算机与LCD投影仪相连，很快，报告就要开始了……

第7章 留宿酒店

你用酒店前台交给你的近傍型门卡打开房门，接着用遥控器打开墙上的平板电视，你选择了科幻电影《回到未来》，里面会飞的汽车令人惊叹……

致谢

注释

詹姆斯 · 卡卡里奥斯 译者：鲁冬旭

美国明尼苏达大学物理学与天文学教授，畅销书作者。他是凝聚态物理学领域的一位实验物理学家，研究范围非常广泛，涉及纳米材料和神经系统中的随机共振分析等。由于在科普方面做出的杰出贡献，他曾被美国物理学会和美国科学促进会授予相关奖项。

不管你想了解漫画书中的超能力的奥秘，还是想了解日常生活中隐藏的科学原理，物理学都是所有答案的核心。《魔鬼物理学1》用物理定律来解释我们周围的世界，你很难找到比这本书更棒、读起来更令人愉快的书了。

——肖恩·卡罗尔，加州理工大学物理学家、畅销书作者

我知道，有许多你挚爱的设备正主导着你每天的生活。想想看，如果你能理解这些设备的工作原理，生活将变得多么丰富。读完《魔鬼物理学1》以后，你可能会惊奇地发现，即使是日常生活中普通的电子设备，比如智能手机和全球定位系统，也要依赖于现代物理学的知识才能工作。在这本迷人、有趣又浅显易懂的书中，你将迎来一个新世界。

——劳伦斯·克劳斯，Origins Project负责人，畅销书作者

从页到后一页，这本书生动而又全面地介绍了许多主导我们日常生活的物理原理，这些原理决定了我们如何与其他人互动，也决定了我们如何与我们周围的世界互动。在这本书中，卡卡里奥斯再次找到了普通读者和物理学之间的共鸣点。这一次， 卡卡里奥斯深刻地向我们展示了物理原理是如何使我们的现代生活方式成为可能的。

——《柯克斯书评》

物理学家詹姆斯·卡卡里奥斯借用科幻小说，解释了量子力学如何为今天的技术提供了理论支撑，从DVD播放器到核磁共振成像扫描仪……他预测，有朝一日，纳米技术的突破可能会利用量子力学现象为我们带来喷气飞行背包，并实现时间旅行。

——《自然》杂志

卡卡里奥斯列举了原子侠、钢铁侠、X战警、蚁人、绿巨人等例子，涉及多个物理学领域，包括电磁学、量子力学、弦论、热力学等。更加入了幽默的元素，让这本书趣味横生。

——

《出版人周刊》

《魔鬼物理学3》第15章 钢铁侠遭遇强敌

非每个超级英雄都拥有超出常人的力量和能力。有些超级英雄，比如蝙蝠侠和野猫，仅靠一记右勾拳或者在公共场合内衣外穿的勇气，就能与坏蛋们作战。当然，蝙蝠侠凭借的还有他超常的智力、训练有素的身体，以及一系列打击犯罪的高精尖武器装备。超级英雄的工程师素质随着无敌钢铁侠的首次登场，在《悬疑故事》第39期中达到了。在天才的电气工程师和军火商托尼·史塔克穿上他那活动自如的红金色盔甲后，他变得力大如牛，他鞋底内置的喷射器能让他在天空中自由飞行，他的手套还能发射冲击光束。

关于史塔克和钢铁侠的种种能力，我还有很多话要说，在第24章讨论固体物理学的时候我会对此进行详细阐释。接下来我要介绍的是钢铁侠的宿敌之一，他给钢铁侠造成了无尽的困扰，是个真正让心脏插入碎片的史塔克感到恐惧的人。如果你穿着一身由钢铁制成的衣服，并且你所有的超能力都来自于这身盔甲，那么你害怕的恐怕就是遇到拥有“熔化射线”的人，因为他能把钢铁像平底锅里的黄油一样熔化掉。不幸的是，布鲁诺·霍根（熔炼者）就拥有一支能熔化钢铁的枪，而且他一心想用这支枪消灭钢铁侠。1963年熔炼者初次登场，那时熔化射线的概念还仅停留在漫画书里。而现在，科学和工程技术的快速发展使得这样的装置不再稀奇。你家里很可能也有。（没错，就是微波炉！）

为什么固体变热后会成为液体？在回答这个问题之前，我们需要先解决一个更基本的问题：为什么原子能组成固体？这一切都归因于能量和熵。在某些情况下，当两个原子足够接近，以至于它们的电子“轨道”发生重叠时，它们的总能量就会降低，还有可能形成化学键。这种能量的降低并不总是非常显著，如果两个原子靠近时的运动速度非常快，它们各自的动能会比结合后造成的能量损失大得多，它们就无法形成化学键。要想把拖车挂在卡车后面，慢慢靠近卡车的拖车一定比以100英里/小时的速度冲向卡车的拖车，挂起来更容易。原子运动得越慢，发生重叠时能量降低并形成化学键的概率就越大。

对于两个原子来说适用的道理，对于200个或2×1024个原子同样适用。随着气体的温度降低，每个原子的平均动能减小，原子发生碰撞时形成一种新的物质—液体的可能性就越大。给液体传递热量则会产生相反的作用，液体会沸腾甚至蒸发。同样地，当液体的温度达到某一点时，原子将不再自由移动，而是被锁定在一个牢固的结构中。压力在相变中也扮演着非常重要的角色。如果用力地挤压原子，让它们比正常情况下靠得更近，从而改变其温度，就会使其发生相变。

如果原子或分子结合在一起（可能形成液体或固体）时能量降低，我们就必须施加能量才能让原子分开。想让水分子摆脱液体状态需要相当多的能量，这些能量来自于周围的环境，要么是液体的其余部分，要么是水所接触到的物体表面。不论哪种情况下，当水分子从液态变为气态时，也就是说在水蒸发的过程中，它周围的环境肯定要损失一些能量。水分子经历了从液态到气态的相变，将使热咖啡变凉，让出汗的皮肤感到凉爽。

相变发生时的精确温度和压力，取决于原子的电子云发生重叠时的情况。要确定液化或沸腾这类相变发生时的温度，只将打破每一个维系固态或液态的化学键所需要的能量简单相加是不够的，我们还应该考虑原子的熵。对于一个给定的内能，系统倾向于增加原子的熵， 因为在其他条件相同的情况下，无序排列比有序排列的可选方式要多得多。在降低能量和增加熵之间做权衡，会产生一个非常有趣的群体行为，即固体中的所有原子都会在相同的温度下发生熔化反应。顺便说一下，烧水时水壶里的气泡是由底部加热的细微不均匀引起的。水壶底部的个别点会比邻近区域的温度更高，水由液体变成蒸汽就首先发生在这些位置。蒸汽形成气泡，然后浮到水面上。

想让固体熔化，就必须对其施加能量。我们可以使用比较慢且常规的方法，比如把固体放进烤箱；也可以用更快的方法，比如熔化射线。在传统的烤箱中，无论是气态火焰还是电线圈等加热元件，都会使烤箱内的平均温度升高。把一个固体，比如一块质量上乘的肉，放在烤箱里。空气分子就会与烤箱壁发生碰撞，而获得更多的动能，这些快速移动的空气分子撞击肉的表面，将能量转移给肉，后让它达到与烤箱相同的温度。如果我们用的是导热烤箱，就必须等待做布朗运动的空气分子从热的烤箱壁移动至生冷的肉；如果我们用的是对流烤箱，风扇就会产生从热到冷的循环流动。在这两种情况下，肉的表面都会先热起来，然后再过一段时间，肉的中心才能达到较高的温度。随着肉内部的温度逐渐升高，原子振动会越来越剧烈，以至于偏离其平衡位置。在一定的温度条件下，起连接作用的纤维和脂肪开始振动，这表明这些纤维正在发生相变或熔化。这些组织把生肉中的肌肉细胞连接在一起，所以在发生熔化后，肉会变得更嫩更易嚼。闪电侠利用了同样的原理，才得以从冰冻队长制造的巨大冰块中脱身。

如果你赶时间，又没办法实现高速振动，那么可以尝试另一种做法：同时抓住固体中的每一个原子，来回地迅速摇动，利用内部摩擦力把肉烤熟。这就是微波炉（熔化射线）的作用原理。

固体中的每一个原子都是电中性的，原子核中有许多带正电荷的质子，周围有带相同数量负电荷的电子。但是，电子并非均匀地排布在原子核周围。由于概率云的不确定性和连接原子的化学键的性质，原子一端的电子可能比另一端更多。在这种情况下，原子的一端会带负电，另一端则带正电，就像条形磁体有两个不同的磁极一样。虽然这种电荷数量的不平衡不是很明显，但它产生了一个外部电场。即使分子的电荷分布完全对称，也可以通过外部电场使其极化。

如果在固体上施加一个足够大的电场，不平衡的原子就会与这个磁场方向一致，就像指南针的指针会指向外部磁场的方向一样。如果我现在突然反转了电场的方向，那么所有原子都会旋转180度，指向与原来相反的方向。如果把电场变回原来的方向，原子也会随之再次旋转。如果我把电场的方向每秒钟来回反转几十亿次，原子就会发生剧烈旋转。这种方法能够快速提高物体中每一个原子的平均动能，从而提高其温度。当外部电场作用于物体内部时，会有更多原子在同一时间内来回振动，而不仅仅是物体表面的原子。这个过程比通过空气分子的运动来传递能量的效率高得多。交变电场的振动频率集中在电磁波谱的微波部分，因此这种烹饪设备被称为微波炉。

第二次世界大战期间，因为雷达的应用而发明出微波发射器（磁控管）。这个装置的烹饪功能是在1945年被偶然发现的，珀西·L.斯潘塞在研究磁控管产生出的微波能量范围时，注意到他裤子口袋里的糖块化了。后来进行的爆米花实验，又进一步证明了该设备的非军事用途。

物体中的原子移动得越容易，随着振荡电场的旋转，物体的温度上升得就越快。正因为如此，在微波炉中加热液体比固体更快。你可以在一大块冰上挖一个深洞，并往里面灌满水，然后把这个装满水的“冰杯子”放进微波炉。结果是，水会沸腾，而“冰杯子”仍然是冰冷坚固的。但别让“冰杯子”在微波炉里待太久，因为交变电场也会让它融化，并且比在传统的烤箱中融化得更快。