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格物致理:改變世界的物理學突破 版權信息
- ISBN：9787121411779
- 條形碼：9787121411779 ; 978-7-121-41177-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
格物致理:改變世界的物理學突破 本書特色
書中每一章都從物理學一個學科分支的起源講起，突破了一般教科書的寫法——上來先給出定律的范式，然后是解釋，*后落腳到分析和求解應用題。這樣就回到了人們探索、發(fā)現(xiàn)世界奧秘的起點，從這些引人入勝的線索，跟隨前赴后繼的“物理學偵探”們抽絲剝繭，能夠逐漸產(chǎn)生對一個學科分支形成的認識，知道物理學的大廈并不是建立在“天才們的想象”之上的，而是實實在在從對自然的觀察和生活問題的解決中自下而上“生長”出來的。本書作者采取了一種克制的行文手法，通篇不做個人評論，而是盡可能精確還原物理學突破道路上的事實和轉折，同時配以大量其來有自的珍貴科學史圖片，讓讀者扮演那個科學史偵探的角色。進入物理學的奇幻宇宙，黑洞、白洞、蟲洞，時空彎曲，以及量子糾纏……在神奇、浩瀚的物理宇宙中，體會自由漫步的歡欣。
格物致理:改變世界的物理學突破 內(nèi)容簡介
物理學不是普通的"一門”學科，而是關于這個世界本源的"專享”學科。尋常的生活和工作不會直接用到有關世界本源的知識，但是每個人都有必要知道這個世界是怎么回事兒。 本書以通俗的語言和清晰的時間線索探索改變世界的物理學領域重大突破，解密引人入勝的物理世界和物理學家探索和發(fā)現(xiàn)的故事。以歷史的方式講述物理知識，以故事的形式介紹物理研究方法和物理思想，全面展示物理學基礎概念、重大突破技術及其背后的科學發(fā)現(xiàn)的方法。本書聚焦古往今來很聰明的一群人是如何探索世界本源的――學校里那些課本和試題辱沒了他們的智慧，本書帶領我們重返發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場，去體會當初的震驚、不解、斗爭和糾結。
格物致理:改變世界的物理學突破 目錄
**章 物理吸引力
第二章 經(jīng)典氣體
第三章 力的世界
第四章 光
第五章 物質(zhì)狀態(tài)
第六章 觸電體驗
第七章 電磁學
第八章 熱力學
第九章 萬物相對
第 十 章 時空彎曲
第十一章 量子領域
第十二章 粒子與未知
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格物致理:改變世界的物理學突破 節(jié)選
從很大程度上來說，科學的目的是解釋現(xiàn)實并找到驅動自然現(xiàn)象的基本規(guī)則和秩序。物理學是關于物質(zhì)、能量及兩者之間相互作用的科學。換句話說，它是一切的基礎，也正如歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937年）所言：“所有科學要么是物理學，要么是集郵。” 物理學與獲取知識，以及了解我們周遭的世界息息相關。為了種群的興旺，我們的祖先通過觀察和實驗相結合的方式來了解世界是如何運轉的。出于生存的迫切需要，人類成了科學家。例如，在制造工具時，人們需要依據(jù)工作的性質(zhì)來選擇材料——有些石頭能被磨削鋒銳，有些則不能。**批工具制造者不得不通過反復實驗來驗證猜測。人們需要獲得可以被實踐的知識并將其傳授給他人，于是播下了科學的“**粒種子”。 同樣地，早期人類已經(jīng)意識到了許多自然現(xiàn)象具有可預測的規(guī)律性——每天早晨太陽升起，春天總在冬天后出現(xiàn)，拋出的石頭永遠會掉落在地上。因此我們不難理解，人們在嘗試解釋這些自然秩序時可能會依靠宗教和魔法。 **個使用公認的科學方法來思考事物的思想家也許是米利都的泰勒斯（Thales，約公元前624—約公元前546年）。泰勒斯是古希臘七賢之一，他認為所有現(xiàn)象都可以用自然、理性的方式來解釋，而非人們普遍認為的超自然力量。要了解世界，必須先了解它的本質(zhì)或“Physis”（本性，“Physics”的前身）。泰勒斯與其他古希臘哲學家的思想在公開的、批判性的辯論中接受檢驗，當時所有理論和解釋都可能受到挑戰(zhàn)。直到今天，這種方式對科學探索仍然影響深遠。古希臘科學家與當今科學家的不同之處在于，他們認為沒有必要通過實驗檢驗假設——對他們來說，一個合理的、自洽的論點就足夠了。 亞里士多德（Aristotle，公元前384—公元前322年）認為所有自然現(xiàn)象都對應著自然法則。他除了對物理學感興趣，對哲學、邏輯學、天文學、生物學、心理學、經(jīng)濟學、詩歌和戲劇也很感興趣。亞里士多德的思想影響了西方科學和哲學近兩千年，尤其是隨著中世紀科學的發(fā)展，其思想在歐洲受到極大歡迎，直到17世紀初，他的思想才受到伽利略思想的挑戰(zhàn)。 隨著時間的推移，越來越多的人認為自然現(xiàn)象是由可被發(fā)現(xiàn)和理解的自然法則主導的，而非超自然力量。方濟各會修道士和學者羅杰·培根（Roger Bacon，約1214—約1293年）是*早提及自然法則概念的人之一。據(jù)說，培根勸告人們“不要再被教條與權威統(tǒng)治，看看世界吧！”。培根的獨立思想導致他與在科學問題上擁護宗教和亞里士多德權威的天主教教會發(fā)生了沖突，以致他因思想異端而入獄15年，但他為自然界的科學研究鋪平了道路——一切源于實驗和理性。 培根的另一條格言是“數(shù)學是通向科學的大門和鑰匙”。這在物理學中毫無疑問是正確的，物理學在很大程度上與可測量和可量化的事物有關。數(shù)學分析是從實驗與觀測所得數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)意義、規(guī)律的可靠方法。在培根時代，數(shù)學家開始開發(fā)強大的新代數(shù)工具，該工具可以用符號表示未知量，并為科學家提供了前所未有的探索事物間關系的方法。在16世紀和17世紀，身為數(shù)學教授的物理學家伽利略·伽利雷（Galileo Galilei，1564—1642年）和艾薩克·牛頓（Isaac Newton，1643—1727年）開啟了物理“嫁接”數(shù)學精準性的新紀元。 在伽利略和牛頓之前，科學界發(fā)生了一場真正意義上的驚天動地的革命，尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473—1543年）否定了宇宙以地球為中心的普遍觀點，而主張宇宙以太陽為中心，地球繞著太陽運動。哥白尼還否定了上帝賦予人類以一切造物的中心位置的觀點，因此他不可避免地與天主教教會發(fā)生了沖突。伽利略因支持哥白尼的觀點而被以異端罪名控告，于1633年被宗教審判官傳喚。在酷刑的威脅下，伽利略放棄了地球圍繞太陽運動的觀點。據(jù)說，伽利略曾挑釁般地喃喃自語：“但地球仍在運動！ 正如培根所預言的那樣，數(shù)學確實成了研究宇宙物理學的鑰匙。約翰尼斯·開普勒（Johannes Kepler，1571—1630年）利用當時可用的*佳觀測數(shù)據(jù)，在1609年證明了行星確實圍繞太陽運動，但與之前的發(fā)現(xiàn)不同，行星的軌道路徑是橢圓形的而不是圓形的。這一發(fā)現(xiàn)證明了數(shù)據(jù)比宗教更重要。開普勒沒想到會發(fā)現(xiàn)以橢圓形軌道運動的行星，但他仍然選擇相信數(shù)據(jù)和數(shù)學原理。 隨后，牛頓解釋了開普勒發(fā)現(xiàn)的橢圓軌道。1684年，天文學家埃德蒙·哈雷（Edmond Halley，1656—1742年）問牛頓，如果行星被與距離平方成反比減弱的力吸引向太陽，它將如何運動？顯然牛頓幾年前就已經(jīng)找到了答案，據(jù)說他立即回答：“一個橢圓！惫渍f服牛頓，讓牛頓發(fā)表自己的計算結論，于是這個結論在1687年被發(fā)表，并成為科學史上*有影響力的成果之一。牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica）或簡稱為《原理》，闡明了牛頓對力和質(zhì)量的定義及三個運動定律。在該書的第三部分中，牛頓提出引力無處不在，作用在所有物體之間，引力大小與它們質(zhì)量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比，由此解釋了開普勒揭示的行星運動規(guī)律。 在牛頓提出無與倫比的洞見之后，科學家開始認同一切事物是可以被量化和理解的。牛頓提供了一個框架，在這個框架下，清晰的理性世界觀得以建立。 1812年，皮埃爾-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon de Laplace，1749—1827年）發(fā)表了一篇關于宇宙決定論的論文：《概率分析理論》（Essai philosophique sur les probabilités）。 他想象了一個超智能的存在——以“拉普拉斯妖”（Laplace's Demon）之名為人所熟知，其可以在一瞬間知道宇宙中所有物體的位置和速度，以及作用在它們上面的力，并且能通過這些數(shù)據(jù)計算物體在未來的位置與速度。 直到19世紀末，物理學大多是在完善機械宇宙觀。18世紀，工業(yè)革命中蒸汽機的發(fā)明促進了熱力學的發(fā)展，科學家和工程師開始尋找各種方法“榨干”機器的能效。熱、能量與功的性質(zhì)得到了前所未有的徹底研究。 在這些研究中，誕生了偉大的概念“熵”（系統(tǒng)中無序的量度，熱力學第二定律所包含的思想——熵總是趨于增加），以及“平衡態(tài)”與“不可逆”的概念。這些概念共同指向宇宙的*終崩潰，也就是宇宙學家亞瑟·愛丁頓（Arthur Eddington，1882—1944年）所說的“熱寂”的*終狀態(tài)。 愛丁頓在傳播有史以來*偉大的物理學家之一——阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein，1879—1955年）的思想中發(fā)揮了重要作用。在愛因斯坦之前，時空只是物理學家所關注事件的發(fā)生背景。相對論改變了這一點。1864年左右，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831—1879年）從電磁學的基礎常數(shù)中預測了光速。1905年，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)對于所有觀察者來說，光速必須保持不變，并且從這個看似簡單的前提出發(fā)，得出了涉及時空伸縮的無可爭議的結論。正如愛因斯坦曾經(jīng)的老師［譯者注：赫爾曼·閔可夫斯基（Hermann Minkowski）］所說：“此后，空間和時間本身注定要蛻變?yōu)榧兇獾幕糜，只有兩者的結合才能保持獨立的現(xiàn)實。”愛因斯坦證明了引力實際上是時空因嵌入其中的物質(zhì)而彎曲的結果，而不是牛頓所設想的力。正如美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒（John A rchibald Wheeler，1911—2008年）的簡潔描述：“時空告訴物質(zhì)如何運動，物質(zhì)告訴時空如何彎曲！ 20世紀初，人們看待宇宙的方式發(fā)生了深刻的變化，這是一個科學分水嶺，它將物理學劃分為經(jīng)典物理學和量子物理學。一些物理學家甚至認為愛因斯坦的相對論屬于“經(jīng)典物理學陣營”，而非嚴重偏離經(jīng)典物理學。但是，愛因斯坦對量子時代的發(fā)展起到了積極作用。 1905年，愛因斯坦發(fā)表了他對光電效應的定義：金屬表面在光輻射作用下發(fā)射電子的效應。他為此使用了馬克斯·普朗克（Max Planck，1858—1947年）五年前引入的物理學概念——能量不是連續(xù)的，而是以離散的小份（被稱為量子）出現(xiàn)的。 量子是物理學革命的“種子”。尼爾斯·玻爾（Niels Bohr，1885—1962年）、沃納·海森堡（Werner Heisenberg，1901—1976年）和埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrödinger，1887—1961年）等科學家在開始探索其意義時，建立了一種宇宙觀，認為宇宙中沒有什么是確定的，光可以作為波與粒子同時存在，在完全相同的實驗中可能會產(chǎn)生不同的結果，在測量之前物質(zhì)的屬性沒有實際意義。就量子物理學而言，沒有“真實的”世界，只有充滿各種可能性的無定形海洋。 物理學面臨的*大挑戰(zhàn)之一是找到一種方法，一種所謂的“萬物理論”來協(xié)調(diào)量子域的基本力與愛因斯坦的宇宙的引力和扭曲的時空。迄今為止，這一目標被證明是遙不可及的，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking，1942—2018年）和愛因斯坦等物理學家盡*大努力也無法接近它；艚鹫J為，包羅萬象的超級理論將永遠遙不可及，因為人類對現(xiàn)實的認識總是不完整的。然而霍金對此并不感到沮喪，他說：“我們擁有一生來欣賞宇宙的偉大設計，為此，我們深表感謝！” 在本書中，我們將僅介紹物理學在“理解”這一偉大設計過程中的一些發(fā)現(xiàn)。
格物致理:改變世界的物理學突破 作者簡介
羅伯特·斯奈登（Robert Snedden） 英國著名作家、出版人，擁有30多年出版業(yè)經(jīng)驗，科普創(chuàng)作奇才，以將復雜難懂的科學問題展現(xiàn)得有趣且令人發(fā)省見長，他的作品深受各年齡段讀者喜愛，無論成人還是孩童，均從中受益。 譯者 何佳茗 畢業(yè)于北京四中，現(xiàn)就讀于約翰斯·霍普金斯大學。 何萬青 博士，阿里云高性能計算負責人，曾在英特爾公司長期從事高性能計算對科研和工程客戶的技術支持工作，熱衷科普，有公眾號“四維碎片”。
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