物理精神――物质、信息与人工智能自组装

　　本书旨在揭示人类从早期好奇探索到当今全力投入、认知和操控宇宙自组装机制的全景。第一部分描述物理学如何成为人类知识与技术的基础。首先讲述物理学从孕育到今日的知识；接着以信息科技为例，介绍这些知识是如何变成技术用于制造物质和物品的。然后，其他科学基于物理学知识和技术进行了根本性地重建。今天，很难想象从事化学、生物学、地球科学研究的科学家和工程师们不掌握量子力学的理论体系、观测技术和计算工具。本书第二部分梳理了物理科技对战争力和生产力的作用，历史告诉我们，基于物理精神的创新是竞争效率极高的创新。离物理知识和技术越近，则战争力越强，经济运行的效率越高，企业生存的概率越大，人民物质生活的质量越好。第三部分揭示了物理精神的全新活动——自下而上的自组装。纳米科技提倡自下而上的物质和物品自组装，是材料科技和机器制造的终极前沿；人工智能提倡自下而上的智能自学习，将物品和机器变成智能实体，使其自行组装物品、能量、信息和知识。纳米科技和人工智能是人类精神物理化的产物，表达了物质、能量、信息和思维自组装的自然趋势，体现了人类依据物理科技追求美好未来的终极意志。

　　方礼勇，长春地质学院应用地球物理学学士、北京大学国发院EMBA、武汉大学应用数学博士。曾任联想集团信息服务群组研发总监，北京壹人壹本联合创始人；资深IT专家，北京信息服务业25年有突出贡献人才。

部分物理学的进化：从物理学到物理科技1
第1章综述：用物理制造出来的世界2
11文明是什么：从手工制造到自组装3
12世界是什么：物质、能量、演化与数学6
13技术是什么：材料、信息、制造与合成9
14经济是什么：人工物的生产效率与消费12
15物理精神：通过测量驱动物质、信息与人工智能自组装15
第2章探究原理的理论物理学18
21孕育期的物理学：自然哲学20
22次物理革命：牛顿力学与机器宇宙23
23能量的发现：热力学与电磁学27
231热力学：能量与统计28
232电磁学：电、磁、光与场30
24第二次物理革命：能量与物质的量子作用32
241能量即物质：狭义相对论33
242基础物质：原子内部结构34
243量子理论：从量子力学到量子电动力学35
25至微物质：物质基本结构与演化机制39
251粒子物理学的诞生与发展39
252标准模型与物理理论大统一的尝试41
26至大物质：宇宙的诞生与演化45
261宇观观测技术与新天文学的诞生45
262当代宇宙演化理论48
第3章建立技术原理的介观物理学54
31原子结构与分子构造：原子理论的拓展56
311原子的电子组态56
312分子与化合物的构造59
32解剖固态物质：固态物理学60
321物质的力学性质：晶体的几何结构60
322物质的导电性：固体能带理论63
323物质的磁性：荷电粒子的自旋与相互交换66
33构造固态物品：半导体元器件69
331N型半导体与P型半导体70
332二极管与三极管71
333单晶硅、分立元件、集成电路与芯片72
34探究物质的不同物态：凝聚态物理74
341凝聚态物理的核心概念74
342低温下的物质：超导体与超流体78
343其他状态下的物质举例81
35构造光子：光子的能量、信息与操控84
351激光与激光器84
352光导纤维与光纤通信86
353光子操控87
354非线性光学90
355量子光学与量子信息光学91
36操控微观：显微镜技术92
361光学显微镜92
362电子显微镜93
363原子力显微镜95
364微观操控技术的重要性96
第4章科学重建：奠基在物理科技上的新科学98
41化学：从焙烧、电离到合成99
411炼丹术和炼金术100
412近代化学的诞生100
413现代化学的重建104
42医学与生物学：从性命、机器到基因编辑108
421古代医学：性命的禁区108
422近代医学：人是机器110
423现代医学：测量与精准医药112
424现代生物学：基于分子的观测与编辑114
43心理学：从个人内省、行为反射到认知科学119
431近代心理学的诞生121
432行为心理学三阶段124
433认知科学的诞生127
44地球科学：从观察归纳到探测反演133
441近代地质学133
442现代地球科学136
第二部分物理科技的应用：物质文明的生产力142
第5章资源之争：战争的制胜力143
51操控生物能量：士兵、战车与战马144
511驯化中的马和步兵方阵144
512游牧民族的骑术霸权147
52操控人造火：火枪与火炮150
521始于中国的火枪与火炮151
522火炮与城堡的科技进化154
523枪炮的自动化与杀戮机器156
53操控波与粒子：无线电与原子弹158
531钢铁机器与无线电之战158
532原子弹：还原一切为物质与能量160
533以物理科技优势冰封战争164
54新军事竞争：从微电子到量子信息165
第6章宏观经济：工业的驱动力173
61发明时间与空间：科技与工业革命的准备174
611统一时间的诞生174
612空间的发明176
613特殊的材料：玻璃177
62真空与机器：次工业革命179
621真空的发明179
622蒸汽机的发明竞赛181
623英国纺织业的逆袭183
63化学与电磁力：第二次工业革命185
631元素、电化学与合成化学186
632电的工业化使用188
633德国的工业化超越191
64信息物理化：次信息革命193
641信息的发明195
642信息物理化与计算革命200
643美国的称霸和中国的崛起208
65量子信息化：第二次信息革命217
651硅基半导体的极限219
652量子信息科技的兴起220
653角逐量子信息科技制高点223
第7章微观经济：企业的颠覆力226
71工匠：探索材料物理与工程227
711早期工匠：神秘制造技艺的守护者227
712现代工匠：先进材料和加工工具的创造者231
72流水线：组装自动化制造237
721美国制造体系：可互换部件的系统化238
722福特流水线：机器系统的自动化组装239
723丰田精益制造：回归工匠243
73工业研究实验室：基础研究才是护城河245
731工业研究实验室的起源与德国合成化学246
732美国的工业研究实验室249
733基于物理原则：看懂谷歌与华为253
74硅谷模式：以物理科技颠覆旧经济255
741早期硅谷——无线电发烧友255
742缔造半导体产业257
743新经济：个人电脑、生物科技与信息科技259
第三部分物理精神在当下：自动化组装世界263
第8章纳米科技：自下而上的物质自组装264
81自下而上的理念与国家意志264
811费曼：终极问题是操作原子制造各种物品264
812纳米科技的兴起与全球行动267
813新模式：科学、技术、制造一体化269
82自下而上地组装物质世界274
821自下而上：材料科学的第三次革命276
822物质自组装：从纳观、微观到宏观279
第9章人工智能：始于思维测量的知识自组装286
91人类智能物理化的理念与追求287
911役使万物：从驯化、制造到机器自动化287
912测量思维：哲学、数学、逻辑、认知与计算290
92用物理智能实体实现知识自组装303
921物理化智能：人工智能的三次浪潮303
922定义人工智能：理性地行动310
923实现人工智能：构造理性Agent313
924知识自组装：智能机器的自学习317
结语：物理——无尽的前沿320
参考书目325