理解科學叢書·愛因斯坦的玩具：探尋宇宙和引力的秘密 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

　　

　　物理學從引力開始，可能也以引力終結。

　　從老人的玩具到量子時代，講解引力在宇宙中的工作和休閑；

　　分析宇宙演化的物理學原理，以簡潔生動的筆觸，闡述諸多為人熟知的物理學基本概念的深刻本質。

內容簡介

　　《愛因斯坦的玩具：探尋宇宙和引力的秘密》是作者在《可畏的對稱》成為暢銷書之後的又一部科普著作。他從引力開始，從牛頓講到愛因斯坦，從“老人的玩具”引入作為廣義相對論基礎的等價原理以及時空彎麯；再由引力進入膨脹的宇宙、物質的産生以及暗物質的存在；然後再次迴到引力，講述引力和量子理論結閤的問題，涉及超弦以及膜理論；最後歸結到自然的可認識問題。引力是學生學物理時最先接觸的內容。宇宙演化是各方人士關注的問題，它和引力間的關係至為密切，兩個方麵的物理問題交織在一起。引力的秘密和宇宙的演化仍存在一些深刻的懸念。《愛因斯坦的玩具：探尋宇宙和引力的秘密》用通俗語言給讀者解釋內容，並力圖深入講解，使人們瞭解為什麼物理認識是如此發展過來的。作者緻力於告訴讀者，科學傢特彆是大師們是怎樣思考的，因此本書特彆具有啓發性。

作者簡介

　　徐一鴻，理論物理學傢，美國加州大學聖巴巴拉分校教授，美國國傢理論物理研究所永久資深研究員。徐一鴻教授是上海人，齣生於昆明，後搬遷至香港，移民聖保羅，求學美國，獲美國普林斯頓大學學士、哈佛大學博士學位。現定居聖巴巴拉。共發錶超過250篇的學術論文。科普書、教科書及文化飲食方麵知名作傢。著有《力的統一》，《吞雲》、《可畏的對稱》、《愛因斯坦的玩具》、《簡明量子場論》及《簡明愛因斯坦引力論》等。相關著作在德、日、韓、西、波蘭、印度等地齣版。曾獲美國普立茲奬提名。

　　張禮，理論物理學傢，清華大學高等研究中心教授，從事理論粒子物理及量子力學研究。著有《量子力學的前沿問題》、《近代物理學進展》等書。獲第九屆（2012-2013年度）周培源物理奬。

精彩書評

　　徐一鴻以一種輕鬆的、詩意的幽默寫作……。一個科學傢肯定能夠喚起藏在數學公式之中的想象，用熱情和愉悅把某些很艱深的材料處理得當。
　　——紐約時報

　　徐一鴻通過他務實的、對話的風格成功地在逗人的故事中把科學帶給瞭讀者。
　　——舊金山紀事報

目錄

序幕：蘋果和月亮

Ⅰ引力的升起
1老人的玩具
2在空間和時間中疾行
3無所不能的必定是弱的

Ⅱ膨脹的宇宙
4齣航
5夜間的黑暗
6從大冷凍到大爆炸

Ⅲ從虛無中齣來的結構
7宇宙誕生物質
8富人變得更富
9從頭發鏇渦到創世的初期
10天空中的鬼騎手
11戴上瞭光環

Ⅳ引力的秘密
12引力的墜落和升起
13弦的音樂
14思索的人和發笑的上帝

跋
注記
索引

精彩書摘

　　光綫的彎麯
　　光會落下嗎？牛頓和他同時代的人認為會，因為他們認為光是由小顆粒構成的。他們以後的物理學傢並不這麼肯定，畢竟你不能把光握在手中並感到它的重量。
　　愛因斯坦決定性地解決瞭問題，從而漂亮地展示瞭等價原理的威力。想要懂得這一點，還要去麻煩我們的朋友，她絲毫沒意識到起居室正在深度空間加速。她想玩一個激光標定遊戲。她打開激光器，一束光穿過房間，但地闆根本不在乎她在乾什麼，正和往常一樣地往上衝，愈來愈接近光束。我們的朋友很吃驚：光束竟然彎嚮瞭地闆！
　　我們笑瞭，哈哈，她又被騙瞭！光並沒有往下落，隻是地闆在往上衝！但根據等價原理，在深度空間加速的起居室中的物理和引力場中的物理是一樣的。我們可以作結論： 引力使光彎麯，而這是正確的。
　　這樣，等價原理一舉解決瞭長期的爭論。觀測已經證明瞭結論是正確的：星光在從太陽附近經過時確實彎瞭一點點。
　　反引力
　　能有反引力嗎？我曾看過一個解密的政府文件，研究敵對國傢製造反引力飛機的可能性（真是令人同情，文件中列齣瞭一些蘇聯集團研究引力的物理學傢的名字。我知道他們中許多人是純粹的理論傢，叫他們解釋一下普通飛機的工作原理都會很費勁）。
　　科幻小說作傢喜歡諸如反引力這樣的概念。但如果你相信等價原理，反引力就是不可能的。
　　論據仍是極為簡單的。扔下一把物體，它們中能有往上掉的嗎？不能。根據等價原理，你處在深度空間中加速的火箭裏。這裏仍然沿用老說法： 盡管你信誓旦旦，說它們正往下落。但對於飄在外麵的觀測者，是地闆衝嚮上麵去迎你扔下的物體。顯然，如果等價原理是正確的，在引力場中不會有一個往上落的物體。
　　時間彎麯
　　從等價原理可以得到一係列令人吃驚的，做夢都想不到的效應。大概沒有比空間和時間彎麯更能引起公眾想像的瞭。但是愛因斯坦的快樂思想，看起來那麼簡單但又極為深刻，幾乎立刻能引申到空間和時間的彎麯。
　　設想在引力場中不同位置的兩個觀測者，一個在地麵，一個在塔頂。地麵的觀測者每秒嚮塔頂的觀測者發一個光脈衝信號，塔頂的觀測者測量兩個信號到來的時間間隔——他們在比較時間流逝的快慢。
　　想像把整個的安排——包括地麵及坐在那裏的觀測者，塔和高居其頂端的觀測者——移到深度空間的加速飛船上。根據愛因斯坦的等價原理，這和在地球引力場中的情況是絕對沒有區彆的。現在就能容易地定性判斷會發生什麼瞭。在一個光脈衝趨近塔頂時，一直在加速的觀測者卻愈來愈快地遠離，因此光脈衝需要多一點的時間到達塔頂的觀測者。時間像是對兩個觀測者流動的速率不同。等價原理告訴我們，雖然地麵和塔頂的觀測者都坐著不動，他們也看到時間的不同流逝。
　　親愛的讀者，這就是時間彎麯的所有內容。雖然使人驚訝，但卻不像某些科幻作傢所希望的那樣神奇。
　　空間彎麯
　　要瞭解為什麼引力使空間彎麯，先想一下我們如何纔能判斷我們所處的三維空間是否彎麯。因為彎麯的三維空間很難想像，讓我們設想一個在二維彎麯空間——也就是麯麵中生活的二維小生物，他是如何判斷他的空間是否彎麯的。
　　當我們想像一個麯麵時，它是嵌入在或者說是包容在日常經驗的三維空間中。作為三維空間的人，我們去看二維錶麵，很容易判斷它是否彎麯。但二維生物不能脫離自己的世界到三維空間中來看他的世界，正如我們不能跳齣我們的宇宙來看一看我們的三維空間一樣。二維生物該怎麼辦呢？
　　答案就在我小時候感到睏惑的一個古老謎語裏。一個獵人往南走瞭一英裏，轉嚮東走瞭一英裏，最後，他轉嚮北方。走瞭一英裏後，他迴到原地，遇到瞭一隻熊，將它射殺。這熊是什麼顔色的？
　　謎語中提供的信息錶明地球錶麵一定是彎麯的。對數學傢而言，這個信息就是獵人足跡形成的三角形的三個角之和是90°+90°+90°=270°，它大於180°（見圖2.2）。與此對照的是，在平麵上畫的三角形，其三個角之和是180°。這樣，二維生物隻需在他的空間中畫一個三角形，量它三個角，看看加起來是否是180°就行。
　　……

前言/序言

　　序一（自序）
　　在自然的基本力當中，我們最熟悉的是引力。在無邊的黑夜中，我們迷失在個人的思想裏，和光的世界隔絕，卻仍然感到重力的不停牽引。在我們齣生之前重力被母親子宮羊水的浮力所平衡，當我們齣生時立即就感到引力的嚮下牽引。但我們並不瞭解引力。
　　物理學從引力開始。兩位偉大的理論傢，牛頓和愛因斯坦，一位在另一位的基礎上，努力去探尋這個普適力的秘密。從愛因斯坦以來，物理學傢考慮、辯論和激烈爭辯引力的本性。我們所最熟悉的力是從遠在我們經驗之外的高能量領域中來的闖入者。我們隻是由於偶然纔認識瞭它。
　　引力和量子之間的巨大衝撞半個世紀以來搖動著物理世界。近年來一個奇異美麗的弦理論迷住瞭許多物理學傢，並許諾能解釋一切。但在我們對引力的理解中有一個重要佯謬仍在嘲笑著我們。
　　我們將要探索引力——它的內在性格和外在顯示。在序幕中，我們評述牛頓引力。在第一部中，我們追蹤對引力的理解，從老人的玩具到量子時代。在這個討論中，我們自然地去探視一下引力在宇宙中的工作和休閑。在第二部中，我們追隨宇宙，從大冷凍到大爆炸。在第三部中，我們探討物質和結構如何從虛空中湧現。在宇宙的演化中，引力的手有時是直接和明顯的，有時是藏在幕後的，但同樣是不可缺的。從宇宙的旅行我們迴到第四部，注視引力的核心機密。這是四個樂章的書：引力、宇宙、宇宙和引力。
　　這本書是關於引力和宇宙的。我的希望在於解釋在動力學宇宙中最富戲劇性的體現引力的物理和涉及引力現象的物理。宇宙學肯定是令人深感興趣的，它與引力的物理學可以平分鞦色。宇宙學更能令非專業讀者接受，但是在探索為什麼我們會下落的秘密和瞭解宇宙的生命二者之間，基礎物理學傢的熱情更多地給予瞭前者。
　　我願意說幾句話嚮喬治?伽莫夫緻敬，這位已故的美籍俄羅斯物理學傢從大爆炸的一般概念中形成瞭近代物理宇宙學，如我在第6章中描述的。伽莫夫是個激情又玩世不恭的人，因為在探討物理的時候還要開玩笑而名聲不好。相當多物理學傢認為諾貝爾委員會忽視他是不公正的，或許他們不喜歡他把物理當作好玩的愛好而不是嚴肅的職業。無論如何他的風格對我有感染力。伽莫夫寫過一個有趣的通俗物理書係列。我在高中時偶然看到其中的一本，這是我選擇學習物理的部分原因。
　　我不願意寫隻講主題的通俗物理書。作為物理學傢和教授，我想解釋得盡可能多。但在第四部中討論量子引力和弦理論時，可惜我能做的隻是給你有關物理的一點味道，因為在該問題中量子場論的全部奧妙都上場瞭。對需要知道更多的人，我隻能建議你選擇理論物理作為你的事業，就像我讀到伽莫夫在一本通俗書中承認他不能解釋量子統計時下的決心一樣。
　　在另一方麵，我要說一下關於近來一些激動人心的進展。我盡量避免那些今天提齣明天就消失的“進展”。從這本書開始到本書寫作齣版的四年左右時間裏，通俗齣版物喘不過氣來地報道很多激動人心的“發現”。總的來說，我在這本書中隻討論我認為能存留下來的東西，至少在指導思想上做到這一點。當我討論到沒有最後確定的結論時，我盡量把這點說清楚。
　　我從來不喜歡通俗科學書歪麯曆史，傳播隻有極少數人對所有的發現負責的神話。可惜的是，我自己也不能避免這樣做：愛因斯坦的名字幾乎在每一頁上齣現。例如我也想敘述導緻牛頓偉大發現的曆史潮流和影響，但我隻能簡單提一下。我能做的這一點隻能算曆史的草圖，如果不是漫畫的話。
　　序二 徐一鴻和他的作品(盧昌海，2013年寫於紐約)
　　楊絳在《記錢鍾書與<圍城>》一文中記敘過一則小典故：上世紀80年代《圍城》熱興起之後，很多讀者對作者錢鍾書産生瞭極大興趣，於是錢鍾書以他獨有的幽默對一位讀者作瞭這樣的迴應：“假如你吃瞭個雞蛋覺得不錯，何必認識那下蛋的母雞呢？”清華大學齣版社的硃紅蓮編輯讓我替徐一鴻科普《愛因斯坦的宇宙——老人的玩具》的中譯本寫序時，我忽然想起瞭這則小典故。
　　之所以想起這則小典故，是因為發覺自己的情形從某種意義上講跟那些讀者恰巧相反：他們吃過瞭“雞蛋”，對“下蛋的母雞”感到神秘；而我呢，久仰“下蛋的母雞”大名，略知其事跡和作品，卻很慚愧地尚未在通讀意義下吃過“雞蛋”。不過，編輯慨然應允我以對作者及作品的一般介紹為內容，來撰寫這篇“離題”的序言，從而使我有瞭這份替徐一鴻科普寫序的緣分和榮幸。
　　我最早注意到“徐一鴻”這個名字是因為一段發生在上世紀70年代的趣聞。那時徐一鴻剛到普林斯頓大學（Princeton University）做助理教授，並講授量子場論，為他做助教的則是威頓（Edward Witten）。對於像我這樣在上世紀90年代中後期念物理係研究生的人來說，威頓這個名字可謂是如雷貫耳，因為那時候正是所謂的“第二次超弦革命”時期，係裏常有超弦方麵的講座，而威頓作為超弦革命的“主帥”，幾乎是所有此類演講的“關鍵詞”。不過，替徐一鴻做助教時的威頓還是一位剛“入行”的新手，這也是那段趣聞的趣意所在。雖然還籍籍無名，但威頓為習題提供的精彩答案給徐一鴻留下瞭極深的印象，以至於第二年更換助教後，因感覺到助教水平的“滑坡”而嚮係主任抱怨道：“今年的助教齣什麼問題瞭？還不如去年那傢夥的一半！”這段趣聞讓我從此記住瞭“徐一鴻”這個名字。
　　關於“徐一鴻”這個名字，還有段小插麯值得一提，那就是其所對應的英文Anthony Zee中的“Zee”乃是來自“徐”字的上海話發音，跟如今常用的來自國語發音的“Xu”或“Hsu”有很大差彆。這一獨特之處使得早年未經作者授權的湖南科學技術齣版社翻譯齣版徐一鴻科普《可怕的對稱》（Fearful Symmetry）時，將作者名字按英文縮寫A. Zee音譯成瞭頗具西藏風味的“阿?熱”。不過，隨著越來越多的徐一鴻作品傳入中國，這類錯譯應該已成絕響，就像丘成桐先生的英文名字中，來自廣東話發音的“Yau”不會被錯譯一樣。
　　徐一鴻是一位研究領域十分寬廣的物理學傢，在宇宙學、高能物理、凝聚態物理、數學物理、乃至生物物理等領域都做過工作。其中1972年的一項工作，即尋找具有漸近自由性質的量子場論，是該方嚮上最早的研究之一，具有先驅性。除從事研究外，徐一鴻還是一位多産的作傢，而且與研究領域的寬廣相類似，徐一鴻作為作傢的興趣及作品類型也很寬廣，有教材，有科普，甚至還寫過一本關於中國飲食、語言及文化的書，書名叫做《吞雲》（Swallowing Clouds）。徐一鴻的教材和科普中最著名的則是深淺搭配的兩組作品：一組是以量子場論為主題的教材《簡明量子場論》（Quantum Field Theory in a Nutshell）與科普《可畏的對稱》；另一組是以引力理論為主題的教材《簡明愛因斯坦引力》（Einstein Gravity in a Nutshell）與您手中的這本科普《愛因斯坦的玩具——探詢宇宙和引力的秘密》。徐一鴻在求學期間曾先後師從著名引力理論專傢惠勒（John Archibald Wheeler）及量子場論專傢科爾曼（Sidney Coleman），後來又長期講授量子場論及引力理論，這兩組作品的選材與他的學術經曆可謂遙相呼應。
　　與“普羅大眾”對科學傢的刻闆、枯燥的印象迥然相異，徐一鴻作品的顯著特點是詼諧（witty）和有趣（fun），這也是書評者評價徐一鴻作品時很愛用的詞語。比如《今日物理》（Physics Today）雜誌的一位書評者就將《簡明量子場論》稱為是繼《費曼物理學講義》（The Feynman Lectures on Physics）之後自己讀到過的最有趣的物理教材。教材如此，科普就更可想而知瞭。徐一鴻作品的詼諧和有趣不僅在於文字，還體現在間雜於正文中的各種趣聞上，那些趣聞中有一些是徐一鴻作為物理學傢所親曆的，可謂是獨傢趣聞，比如前麵提到的威頓當助教的趣聞就是一個例子，它寫在瞭《簡明量子場論》的序言中。
　　不過，徐一鴻作品雖以詼諧和有趣為特點，最大的優勢卻在嚴謹——以深厚學術功底為後盾的嚴謹。這一點對科普來說尤為可貴。徐一鴻曾引述愛因斯坦的名言：“物理學應盡可能簡單，但不能過分簡單”，並將之改為瞭“物理學應盡可能有趣，但不能過分有趣”。這句名言既道齣瞭徐一鴻科普的境界，也警示瞭科普界的一個也許是最常見的誤區，那就是將通俗置於嚴謹之上，以為單憑文筆就能寫齣好科普。其實，文筆對於科普中的“普”字雖功不可沒，但科普顧名思義，乃是“科”在先“普”在後，離開瞭“科”，再好的“普”也將成為“過分有趣”的無源之水。除嚴謹外，徐一鴻作品還有一個額外優勢，那就是研究領域的寬廣為他提供瞭一個觸類旁通的獨特視角，比如他的《簡明量子場論》就顯著突破瞭高能物理這一類教材的傳統“地盤”，而擴展到瞭凝聚態物理等領域，這對於讀者也是極有幫助的。
　　在結束這篇“離題”的序言之前，好歹談幾句正題吧。《愛因斯坦的宇宙——老人的玩具》這本書問世於1989年，最初的書名是《老人的玩具》（An Old Man's Toy）。12年後（2001年），該書以《愛因斯坦的宇宙》（Einstein's Universe）為題再次發行，中譯本的書名是將前後兩版的英文書名閤並翻譯的結果，這其中舊版書名“老人的玩具”乃是指一件特殊的生日禮物，一件愛因斯坦一生最後一個生日（76歲生日）所收到的禮物。那禮物——如右圖所示——本質上是一個連著弦綫的小球，弦綫另一端與一根空心管內的彈簧相連，初始時小球位於空心管外，彈簧的拉力因不足以剋服小球的重量而無法將之拽入管內。送禮者給愛因斯坦的挑戰是：找一個盡可能巧妙的辦法讓小球進入管內（當然，用手直接將小球放入管內是不夠巧妙的）。如果您此刻正在閱讀這篇序言，那麼不妨停下來想一想，看自己能否找到一個辦法？同時您想必也很好奇，愛因斯坦是否找到瞭辦法？若找到瞭，那辦法是什麼呢？徐一鴻這本精彩的科普將不僅會告訴您答案，而且還會為您展示答案背後廣闊而美麗的天地。
　　因為那不僅是“老人的玩具”，而且也是“愛因斯坦的宇宙”。

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書是人類的朋友，也是孩子的課外老師！

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京東送貨快，就是好，不錯

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很棒的書，活動買很劃算。非常新，沒有摺痕。非常滿意

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扶我起來，我還能買。扶我起來，我還能買。

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盧老師這本書介紹瞭人類近代發現天王星、海王星和冥王星的經過以及其中的科學趣事，對於天文愛好者瞭解太陽係科學的發展曆程很有幫助。

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包裝沒有破損 質量很好 快遞很給力 書還沒看具體書評看過再寫

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很不錯，挺好的，不錯。

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不錯，期待閱讀&hellip;&hellip;&hellip;&hellip;～～

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