物理精神：物質、信息與人工智能自組裝（簡體書）

本書旨在揭示驅動物質文明進步的根本力量――物理精神。本書第一部分從物理學的誕生開始，梳理了物理學的發展歷程，勾勒出當代物理學的大廈，進而展現了物理科技如何成為現代化學、生物學和醫學、心理學、地球科學的基礎。第二部分講述了物理科技在戰爭史、第一和第二次工業革命、信息革命和企業創新中發揮的根本作用，說明了如何將物理科技應用于捍衛國家安全、產業進步和企業創新上。第三部分介紹前沿科技――納米技術、人工智能的緣起、基礎和當前進展，展現了自組裝是驅動物質、信息和人工智能發展的機制。

方禮勇地球物理學碩士、MBA學位，數學博士生學歷IT行業老兵，連續創業者

物理精神――向科技創新要答案一部講述自然科學和技術發展與模式演變的百科全書一部講述物理重構化學、生物學和醫學、地球科學等學科的思維導圖一部將量子力學和人工智能變為常識的書一部講述如何將基礎科學用於軍事、工業和企業的書一部講解自然起源與演化的新進化論的書科技創新是推動文明進步的重要力量。本書作者以自下而上的視角，描述了物理科技簡史，論證了基礎物理是科學和技術創新的源頭，並展示出了物質、信息與人工智能的自組裝技術實現的可能性，試圖以此揭示出科技創新的最有效途徑。作者的這種嘗試是大膽而有新意的，特推薦給大家鑒賞。
―― 于剛，博士2002年Franz Edelman 管理科學成就獎獲得者，1號店聯合創始人/榮譽董事長，1藥網聯合創始人/執行董事長
創業的過程也是一種創新的探索，無論模式創新，還是技術創新，都是創業過程中一定要面臨的問題，而引領創新的源頭問題往往是底層邏輯認知的突破，看透本質往往是創始人們的獨特競爭力。本書作者從物理科技到物理精神的發展史的角度，融合了科學技術、管理思維、商業發展的多元跨界，很適合創業管理者作為創新源頭的思考參照。
―― 王志東校內外董事長，北京大學校友創業聯合會
物理學科在教育部“拔尖計劃”和“強基計劃”中佔有極其重要的地位。《物理精神》可以激發青少年對物理的學習志趣，引導廣大中學生熱愛物理、熱愛科學，培養青少年的科學素養。
―― 劉源，博士，清華大學教授

物理是科學的基礎，也是計算機、機器人、人工智能等前沿科學的基礎。《物理精神》得以讓我們從全新的視角來重新認識工業革命和科技創新。面對正在到來的智能經濟時代，量子計算、納米科技等所採用的自組裝模式也許真可以讓未來機器人變為現實“新物種”。
―― 王沛霖《中國計算機報》總編輯、《機器人產業》雜誌總編輯、《人工智能》雜誌總編輯

《物理精神》將人工智能建立在測量思維的基礎上，揭示了人工智能的本質、基礎和模式，令人對指導人工智能未來發展的第一性原理有了清晰的認識。
―― 盧廣京米創教育聯合創始人/董事長，微軟認證全球教育工作者

第一部分物理學的進化：從物理學到物理科技1
第1章綜述：用物理製造出來的世界2
11文明是什麼：從手工製造到自組裝3
12世界是什麼：物質、能量、演化與數學6
13技術是什麼：材料、信息、製造與合成9
14經濟是什麼：人工物的生產效率與消費12
15物理精神：通過測量驅動物質、信息與人工智能自組裝15
第2章探究第一原理的理論物理學18
21孕育期的物理學：自然哲學20
22第一次物理革命：牛頓力學與機器宇宙23
23能量的發現：熱力學與電磁學27
231熱力學：能量與統計28
232電磁學：電、磁、光與場30
24第二次物理革命：能量與物質的量子作用32
241能量即物質：狹義相對論33
242基礎物質：原子內部結構34
243量子理論：從量子力學到量子電動力學35
25至微物質：物質基本結構與演化機制39
251粒子物理學的誕生與發展39
252標準模型與物理理論大統一的嘗試41
26至大物質：宇宙的誕生與演化45
261宇觀觀測技術與新天文學的誕生45
262當代宇宙演化理論48
第3章建立技術第一原理的介觀物理學54
31原子結構與分子構造：原子理論的拓展56
311原子的電子組態56
312分子與化合物的構造59
32解剖固態物質：固態物理學60
321物質的力學性質：晶體的幾何結構60
322物質的導電性：固體能帶理論63
323物質的磁性：荷電粒子的自旋與相互交換66
33構造固態物品：半導體元器件69
331N型半導體與P型半導體70
332二極管與三極管71
333單晶矽、分立元件、集成電路與芯片72
34探究物質的不同物態：凝聚態物理74
341凝聚態物理的核心概念74
342低溫下的物質：超導體與超流體78
343其他狀態下的物質舉例81
35構造光子：光子的能量、信息與操控84
351激光與激光器84
352光導纖維與光纖通信86
353光子操控87
354非線性光學90
355量子光學與量子信息光學91
36操控微觀：顯微鏡技術92
361光學顯微鏡92
362電子顯微鏡93
363原子力顯微鏡95
364微觀操控技術的重要性96
第4章科學重建：奠基在物理科技上的新科學98
41化學：從焙燒、電離到合成99
411煉丹術和煉金術100
412近代化學的誕生100
413現代化學的重建104
42醫學與生物學：從性命、機器到基因編輯108
421古代醫學：性命的禁區108
422近代醫學：人是機器110
423現代醫學：測量與精准醫藥112
424現代生物學：基於分子的觀測與編輯114
43心理學：從個人內省、行為反射到認知科學119
431近代心理學的誕生121
432行為心理學三階段124
433認知科學的誕生127
44地球科學：從觀察歸納到探測反演133
441近代地質學133
442現代地球科學136
第二部分物理科技的應用：物質文明的第一生產力142
第5章資源之爭：戰爭的制勝力143
51操控生物能量：士兵、戰車與戰馬144
511馴化中的馬和步兵方陣144
512遊牧民族的騎術霸權147
52操控人造火：火槍與火炮150
521始於中國的火槍與火炮151
522火炮與城堡的科技進化154
523槍炮的自動化與殺戮機器156
53操控波與粒子：無線電與原子彈158
531鋼鐵機器與無線電之戰158
532原子彈：還原一切為物質與能量160
533以物理科技優勢冰封戰爭164
54新軍事競爭：從微電子到量子信息165
第6章宏觀經濟：工業的驅動力173
61發明時間與空間：科技與工業革命的準備174
611統一時間的誕生174
612絕對空間的發明176
613特殊的材料：玻璃177
62真空與機器：第一次工業革命179
621真空的發明179
622蒸汽機的發明競賽181
623英國紡織業的逆襲183
63化學與電磁力：第二次工業革命185
631元素、電化學與合成化學186
632電的工業化使用188
633德國的工業化超越191
64信息物理化：第一次信息革命193
641信息的發明195
642信息物理化與計算革命200
643美國的稱霸和中國的崛起208
65量子信息化：第二次信息革命217
651矽基半導體的極限219
652量子信息科技的興起220
653角逐量子信息科技制高點223
第7章微觀經濟：企業的顛覆力226
71工匠：探索材料物理與工程227
711早期工匠：神秘製造技藝的守護者227
712現代工匠：先進材料和加工工具的創造者231
72流水線：組裝自動化製造237
721美國製造體系：可互換部件的系統化238
722福特流水線：機器系統的自動化組裝239
723豐田精益製造：回歸工匠243
73工業研究實驗室：基礎研究才是護城河245
731工業研究實驗室的起源與德國合成化學246
732美國的工業研究實驗室249
733基於物理原則：看懂谷歌與華為253
74矽谷模式：以物理科技顛覆舊經濟255
741早期矽谷――無線電發燒友255
742締造半導體產業257
743新經濟：個人電腦、生物科技與信息科技259
第三部分物理精神在當下：自動化組裝世界263
第8章納米科技：自下而上的物質自組裝264
81自下而上的理念與國家意志264
811費曼：終極問題是操作原子製造各種物品264
812納米科技的興起與全球行動267
813新模式：科學、技術、製造一體化269
82自下而上地組裝物質世界274
821自下而上：材料科學的第三次革命276
822物質自組裝：從納觀、微觀到宏觀279
第9章人工智能：始于思維測量的知識自組裝286
91人類智能物理化的理念與追求287
911役使萬物：從馴化、製造到機器自動化287
912測量思維：哲學、數學、邏輯、認知與計算290
92用物理智能實體實現知識自組裝303
921物理化智能：人工智能的三次浪潮303
922定義人工智能：理性地行動310
923實現人工智能：構造理性Agent313
924知識自組裝：智能機器的自學習317
結語：物理――無盡的前沿320
參考書目325