如何向14歲的孩子解答物理學的疑問，並推薦學習方法與書籍？

11-29

小侄子今年14歲，剛上初二，一直對物理學很感興趣，偶像是愛因斯坦。最近經常向我提出很多關於弦理論、場理論、量子力學的問題，因為本人學習文科，雖然略懂一些物理學的淺顯知識，但確實感覺力不從心。送上他今天問我的幾個問題，請各位大神在方便的時候幫助解答。
1、夸克、光子等沒有靜態質量，按理說應該0+0=0，為什麼組成質子、原子、分子後有重量？
2、愛因斯坦的能量守恆公式說明，能量也是物質的一種形態，與物質可以互相轉換，那麼以前人們以前理解的物質豈不是要重新定義？
3、如果黑洞確實是密度無限大、溫度無限高、質量無限大的點，既然物質和能量也是一樣的，而能量也可以扭曲空間，會不會黑洞的中心是能量呢？
此外，還有兩個問題，也向大神們求助：
1、有什麼適合這個年齡段的學習資料，既使他學有餘力，還能學有所得？
2、如何進行引導，鼓勵他在不影響正常功課的情況下繼續保持對物理學的旺盛興趣？
首次發帖，拜謝各位大神！

可以找一些大學物理的導論來看看，不要數學太多的那種。主要是看物理史上有哪些經典的實驗，準確理解實驗結果，少在概念上糾結過久。
14歲的孩子不建議上普通物理。
另外，看什麼書不那麼重要，關鍵是這個年齡去看大學物理級別的東西，切忌獨立思考和質疑，因為他想的要麼是錯的，要麼是對但是劣質的。
把獨立思考和質疑放在和年齡相當的學校課程或奧賽中去。
等到了高中在自學完高中數學物理的基礎上，可以從高等數學開始系統接觸大學物理。數學學得半吊子去想物理問題是變成民科的第一步。
當然，看的過程中有些不懂的問題可以和懂的人討論，不要奢求馬上理解，要虛心接受別人說自己想錯了的地方，如果實在想不通就暫時放一邊。切忌和其它不懂的人討論，只會淪為互相裝逼或合起伙來向別人裝逼。
P.S.從問的三個問題來看，又是個把質能方程理解偏了的孩子。而且引用的部分錯漏太多（夸克沒有靜質量、能量是物質的一種形態、黑洞質量無限大，都是錯的），讓他仔細看書。

一套普通物理教材，包治百病。

1. 夸克是有靜質量的，然而光子沒有。之所以組成質子中子等粒子後質量顯著增大，是因為考慮質子質量的時候也把夸克的相互作用也考慮進去了。這一點是和愛因斯坦的質能方程相一致的。單純地認為質子的質量是夸克質量之和，是基於無相互作用夸克得出的結論。
2. 物質如何定義，這一點並不由物理學解答，而是哲學。物理學只研究客觀存在的東西，能量也是客觀存在的，也是可以被研究的。是否重新定義物質，並不影響物理學。
3. 關於黑洞的中心是什麼，這一點尚無定論，不過關於黑洞是如何形成的這一點更有意義。

適合這個年齡段的資料，還是多看書，以及找到合適的玩伴。普通物理學教材包治百病，如果真的學有餘力，是很有意義的。這個年齡本身記憶力就很好，但是這個年齡段特有的中二病，使得大多數時候都是在記憶名詞，而不是在思考。他需要的是引導，讓他得以窺探更高處都有什麼，而不是自己中二病認為自己無所不知。【恩，其實是在說十年前的自己】

費曼物理學教程其實不錯，數學分析講義也很好。這些東西都是上古大神留下的新手指南。
看一遍啪啪啪打臉，發現自己其實什麼都不懂。
看兩遍啪啪啪打臉，發現自己的想法那麼naive。
看三遍啪啪啪打臉，發現自己原以為弄明白了其實沒明白。。
看四遍，那是真愛了，已經小有所成了。。

謝邀。

如果是我，就告訴他：「不要輕易下結論，不要經常把自己不懂的概念掛在嘴邊，多看書。」至於書嘛，如果培養興趣，看看科普書無妨，如果真的想研究物理，有人說到普通物理教材，我嚴重同意。

先學點數學吧…基本的微積分和微分方程。學完了就可以解決一些牛頓時期的比如曳物線的形狀之類的問題了(那個時候有很多這種又一般又能嚴格解的力學問題)，我覺得小朋友做這種問題又有意思還能具體解出來增加成就感應該很不錯…然後再學普物就行了…

謝邀
首先，能想到這些很好，我十四歲的時候還在玩泥巴。
下面說問題：問題出在你是在援引理論推導的結果來質問理論的成因。你是在向隔壁老王借了一萬塊之後拿著一萬塊說我現在這麼有錢我怎麼可能向人家借過錢。
我一條一條給你解釋。

首先，你要了解你所說的質量到底是指什麼。基本粒子里只有光子是沒有內稟質量的，內稟質量是指，當我們恰當的尋找到一個參照系，在這個參照系中動量為0，那麼在這個參照系下測到的能量項就是這個粒子的內稟質量。我們沒法通過參照系變換找到光子動量為0的參照系。光子的速度是光速，對任何參照系來說都是光速。質能關係不光告訴我們質量會轉化成能量，還告訴我們在合適的角度看，能量會以質量的形式存在。（後半句少有人提，但是在真正搞理論而不是搞工程的時候卻更重要，）
而對於夸克和電子這樣的東西就不一樣，他們本身就存在著質量。然而你所題的問題依舊存在著，那就是1+1+1=10。u夸克和d夸克質量都不大，但是一個質子的質量卻要大得多的多，不在一個數量級，這是怎麼回事呢。
我們先來看衛星，一個衛星要能運行，不掉在地上一定是要有速度=有能量的，電子圍繞原子核運動也一樣，也需要有能量來保證，夸克們聚集在一起也需要能量。牽引衛星的是萬有引力，牽引電子的是電磁力，牽引夸克的是強相互作用力。萬有引力強度是很小的，而強相互作用力的強度就大的嚇人。在很遠很遠的地方來看，衛星和地球是一體的，在不那麼大的解析度下，原子也是一個整體，電子具有的能量也是被算在原子里的，這部分能量也被算在了原子的質量里。到了質子的部分，真正比較大的質量是來自於將夸克相互牽引的這部分強力，所以質子質量會遠大於組成它的「有質量粒子」。所以，雖然光子質量是0，但是也參與提供了原子的質量；雖然膠子質量是0，但是也參與提供了核子的質量（只不過光子提供的太小了可以被忽略，而膠子提供的很多）。

看完1，是不是稍微理解了一點質量是怎麼回事。

愛因斯坦的廣義相對論方程是這樣寫的：
$R_{mu u} -1/2g_{mu u}R=kappa T_{mu u}$
R是曲率，是時空彎曲帶來的，T的全名叫做能量動量張量。這個公式的意思是能量動量張量帶來了時空彎曲。而我們之後物質在空間中的運動需要在這個彎曲時空中運算。或者說我們扔小石子的平拋運動就是一個勻速直線運動在彎曲時空下的表現，時空是彎的嘛，勻速直線運動也就不是直的了。而時空有多彎，是地球的能量動量張量（在我們上面說的「動量為0的參照系下」，這個能量動量張量就會體現為只有地球質量這一個參數）決定的。雖然小石子的能量動量張量好像也有一點發言權，但是提供的貢獻太小了，完全可以忽略。
而愛因斯坦方程是怎麼寫出來的呢？算了，我還是切腹自盡吧。總之，寫出來的依據是a）：不應該有哪個參照系是比較特殊的，我們用什麼參照系來觀察世界都不會改變世界的運行。b）慣性質量和引力質量應該是一樣的東西。c）嚴謹的數學（在一個合格的理論家眼裡，「嚴謹的」這三個字是多餘而無意義的。）

看完回答應該知道自己好像想的不過多了吧。
所以呢，這就是為什麼要系統的學習，它能告訴你我們到底哪才是堅實的基礎，我們到底是為了克服什麼樣的困難才寫出了這麼佶屈聱牙的理論，這些和世界符合的這麼好的龐然的理論原來都建立在這麼簡單的幾條假設上。
這個世界最不可理解的地方，就是他可以被理解。被我們理解。

千萬不要以為熟讀科普著作就以為懂了一切。當然一般都會有這個時期的，有些問題不用回答。

能量跟質量是一種東西的不同表達方式，而不是互相轉換的關係。就好像氣體的量，可以用分子個數表示，可以用摩爾表示，也可以用體積表示。初中可以看高中的教材了吧。

我認為在國內的教育情況下，需要先有一個正確的數學觀念，再學習物理的深入知識。推薦柯朗等著的「什麼是數學」作為投身理學第一書。

我開始正式接觸物理以前也對這些東西很感興趣，其實我覺得很多男生都有過當物理學家的夢想，畢竟那些理論看起來多炫啊，其實當他真正了解那些到底是啥的時候興趣馬上就會消失，這是我的個人經歷，不過也感謝那段時間的興趣讓我的物理在最開始接觸時入了門，（物理這科入門最重要，可能初中學不好以後，就一直無法那些東西了）後來幾年學這門學科都沒怎麼費勁。
我給的意見還是首先讓他接觸一些初始的東西，把興趣先放在那，別剛剛還沒學什麼就想這個想那個，就算真的給他解釋了，他能聽懂嗎？
基礎最重要。十四歲才剛剛接觸物理，先入個門，把基礎打牢，真正有興趣等研究個幾年再去了解這些東西。

反對上普通物理教材，普通物理需要用到微積分與線性代數，而微積分對初中孩子來說不啻天書。因此您的孩子需要的是打好數學基礎，這包括會解二元一次方程和一元二次方程，熟練運用平面幾何和立體幾何的一些概念和運算，尤其重要的是掌握三角函數，尤其重要的是掌握三角函數，這些知識就是微積分的前置知識，但是這些知識普通孩子直到高中才能完全掌握……對孩子的教育要謹慎一些，可以適當超前一些，但不要揠苗助長。
之後我想就可以上微積分了。微積分的學習我推薦用同濟高數，因為它難度不大，說數學分析的也很好，但容易迷失到定理的細節里……接下來是線性代數，不推薦用國內從代數學開始學的書，太抽象了，這方面推薦吉爾伯特?斯特朗寫的線性代數導論。我要說一句，至少在學了這兩門課之後您的孩子才能看懂普通物理教材的內容（事實上某些內容如光學還需要複變函數）。

題主，請容我惡意猜測一下（這也是為什麼我要匿名的原因），某個高票答案真實意圖其實是想通過讓孩子將物理學的態度因受到無緣故的困難而轉為厭惡，乃至將對學習的熱情轉為對學習的厭惡從而達到所謂消滅民科的目的。風險么？無非就是孩子對物理望而生畏，放棄了對物理的專研乃至對學習的熱情，厭學也不是沒有可能，甚至可能性很大。（沒錯，我就是不友善了，十分討厭這種挑唆初學者，尤其是讓孩子走歧路的答案。因為我本人就曾經因基礎不足聽了錯誤的建議走了一段十分痛苦的歧路，導致有段時間對數學十分厭惡）
言歸正傳，我認為題主應該聽取目前最高票答案的意見，讓孩子慢慢打基礎，了解一些物理學史就足夠了，要真正理解物理概念需要在堅實的數學基礎上深入而系統的學習，您的孩子目前還達不到這種境界。
千萬千萬不要聽某高票答案的胡說八道。
千萬千萬不要聽某高票答案的胡說八道。
千萬千萬不要聽某高票答案的胡說八道。
重要的事說三遍。

《從一到無窮大》這本科普不錯，較簡單
好好學習上少年班更實際

同意好好學數學，這玩意既有用又很難拿去裝逼，不要聽樓上某些大神說的看物理科普，看科普更容易裝逼，並陷入民科境地。建議先把朗道十卷擺在其桌頭，再擱上數分.吉米多維奇，然後就可以開始學數學了。

行而上學，不行千萬別誤導孩子就好。

推薦一本書，雖然話題各式各樣不是針對於物理學的，但是看看大師是如何對小孩子回答那些妙趣橫生的問題或許你能從中得到啟發。小孩看了會對這個充滿神奇的世界越發好奇，大人看了會懂得如何巧妙的回答孩子天馬行空的提問。

《孩子提問題，大師來回答》傑瑪· 埃爾文· 哈里斯著，杜冰　譯，上海社會科學院出版社，2013-9-1出版。

　　提問是孩子的專利，他們的小腦袋瓜里總是充滿了各種奇思妙問。宇宙的問題、動物的問題、自己身體的問題、哲學的問題、人人都會問的問題、天才才會問的問題、不能成為問題的問題……

　　但是，孩子們卻絕少有機會得到專業、準確又令他們滿意的回答。為此，本書編者從10所英國小學數千名4～12歲的孩子提交的問題中，精選其中115個最奇妙有趣的問題，然後邀請世界各領域的頂級人物——他們真的是最合適的人選——予以解答，最奇妙的問題，遇到最高明的解答，就是這本《孩子提問題大師來回答》。

　　《動物世界》的製作人大衛·阿滕博格爵士會告訴孩子「世界上還有沒被發現的動物？」

　　以小說《愛情筆記》舉世聞名的大作家阿蘭·德波頓會告訴孩子「夢是怎麼產生的？」

　　…………

　　還有《荒野求生》的製作人貝爾·格里爾斯、語言學之父諾姆·喬姆斯基、寫出《黑暗物質》三部曲的大作家菲利普·普爾曼等上百號大人物也會滿足孩子們的期待。

　　他們的回答簡明、幽默、嚴謹，有的頗具啟發性，有的具有無邊的想像力，有些回答甚至會讓你進入新的迷惑，但無論怎樣作答，都具有相當的廣度或深度，沒有孩子不會在其中樂而忘返。不僅對孩子來說，即使對大人，這樣的風采可能也從未領教過。