人類為什麼要呼吸？因為維持生命需要吸入氧氣，同時排出二氧化碳。為什麼不是吸入二氧化碳，排出氧氣？因為氧氣與人體內的葡萄糖反應可以釋放能量，為人類所利用。為什麼氧化反應會釋放能量？為什麼地球上存在這麼多氧元素？為什麼宇宙中又能夠形成氧元素……其實，在這麼多為什麼的背後，還會有無限為什麼。
關於大自然，求知欲旺盛的人類，幾乎每個人都會不斷產生許多為什麼。為了尋找答案，有時你會要求助醫學，有時你要貫通生物學，有時你要引用化學。不過，1979年諾貝爾物理學獎得主溫伯格說，物理學的不同之處在於，如果你得到答案後繼續追問為什麼，連問幾次之後，必然會將問題引入物理學的範疇，畢竟物理學是一門研究物質基本組構和運動規律的基礎學科。從茹毛飲血、刀耕火種到遨遊太空、探索宇宙，人類文明進程中的每一個足跡無不深深烙下物理學進展的印記。
有物理學家曾自嘲，如果你讓他研究雞的特徵，他會先考慮真空中的球形雞。這是因為物理學喜歡從令人眼花撩亂的現像中抽取最核心的部分，將複雜的問題轉化成簡單的模型。例如，物理學家會將物質不斷分割，抽絲剝繭地分析最微小的基本粒子；又會將所觀察的世界不斷外延，高屋建瓴地研究最廣闊的宇宙時空。物理學就是用這種特有的研究方式，涵蓋了物質的組構及其運動規律的各個層次。
在物理學家的眼中，所有已知的世界都可以還原成時間、空間、物質（場、粒子）和能量等幾個基本要素。它們間所有形式的互動都可以歸結為萬有引力、電磁力、弱力（在放射性衰變中起作用）和強力（在核反應中起作用）的相互作用。這些基本要素和基本相互作用就像計算機中的“0”、“1”和幾條基本指令一樣，通過千變萬化的排列與組合，使它們呈現為固態、液態、氣態或等離子體態，可以化作導體、絕緣體、半導體或超導體，可以發聲、發光、發熱或發電，甚至可以生長、繁衍、擁有思想以及為什麼。
物理學是一門高度融合數學、理論和實驗的學科，可以把看似無關的現象歸納成同一類理論，用抽象的數學語言書寫理論的框架，再用嚴格的實驗和觀測檢驗理論預言，以期為我們了解大自然的法則提供真知灼見。例如，蘋果下落和月亮轉動都可以用萬有引力來描述；根據牛頓的引力定律，人們又預言並發現了海王星的存在。在物理學中，這三個組成部分相得益彰，缺一不可。沒有理論和實驗，數學就是空中樓閣；沒有數學和實驗，理論就是空口無憑；沒有數學和理論，實驗就是無的放矢。只有將三者結合在一起，人類才能運籌帷幄之中，預言千里之外。
基礎物理學早已深入生活的每個角落，可以說，生活中處處充滿物理學原理。經典的熱學、電以及電磁波、流體力學等物理學研究使得蒸氣機、各種電器和通訊工具、飛機等得以發明，成為人類現代文明的柱石。而就現代物理學來說，僅看一看諾貝爾物理學獎的獲獎研究，我們就會發現運用物理學原理所推動的一系列技術創新已大大改善了人類的生活方式。諸如運用原子核的放射性和磁振造影的研究成果促成了醫院裡CT（X線計算機體層攝影）、PET（正電子發射電腦斷層成像術）和其他一系列現代檢測和治療手段；晶體管、巨磁阻和光纖的研究又促成了大規模集成電路、大容量磁碟和互聯網；激光、無線電、原子鐘和相對論的研究則促成了工業控制、無線通信和衛星定位系統……可以想像，石墨烯、高溫超導、量子操控、量子計算和量子通信，這些已初見端倪和仍在進行中的前沿物理學探究可望對人類的生存方式帶來可喜的革命性的變化。
物理學的探究是沒有止境的，因為我們每解決一個舊問題，又可以引入一系列新問題。雖然我們已經初步掌握了世界的基本組構和運動規律，卻遠遠沒有窮盡物質的所有可能形態，遠遠沒有領會規律的基本內涵，更沒有弄明白宇宙中佔比很大的暗物質和暗能量。諸如基本粒子還可以進一步分割嗎？時間和空間是連續的嗎？宇宙的終極命運是什麼？為什麼我們的宇宙會是這個樣子？為什麼不可以有另一個宇宙，擁有另一種樣子，甚至服從另外一套全新的物理學法則？更本質的問題還有：我們是誰？來自何處？欲往何方……看來，光物理學中的為何已遠不止十萬個，我們可以永遠追問下去。