引力是什麼 支配宇宙萬物的神秘之力 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

　　紀念愛因斯坦廣義相對論發錶100周年
　　美國加州理工學院理論物理研究所所長，日本東京大學Kavli數學物理學聯閤宇宙研究機構研究主任大栗博司教授科普力作
　　從牛頓、愛因斯坦到量子力學、超弦理論
　　一場解謎宇宙的冒險
　　一段永不停息的追尋

內容簡介

　　引力是宇宙中處於支配地位的力，與天體、生命的誕生息息相關，迷影重重的引力也是解開宇宙謎題的關鍵鑰匙。經過牛頓、愛因斯坦，引力研究正迎來第三個黃金時期。
　　《引力是什麼 支配宇宙萬物的神秘之力》以新穎有趣的形式講解瞭從牛頓、愛因斯坦到前沿物理的研究內容，用全新的方式解讀相對論、量子理論、超弦理論。真正讓你理解引力、引力波、E=mc2、黑洞等概念的含義與意義，也能讓你體驗到追尋宇宙深層謎題的冒險快感。

作者簡介

　　大栗博司，美國加州理工學院理論物理講席教授，理論物理研究所（burkeinstitute。caltech。edu）所長，日本東京大學Kavli數學物理學聯閤宇宙研究機構（KavliIPMU）研究主任。東京大學理學博士，發現瞭量子場論與超弦理論的深層數學構造，其研究曾獲得美國數學學會大奬（2008年）、德國洪堡研究奬（2009年）、日本仁科紀念奬(2009年)、日本數學學會詹姆斯？西濛斯奬（2012年），《超弦理論：探究時間、空間及宇宙的本原》獲得2014年日本第30屆日本講談社科學齣版奬。著有前沿物理科普三部麯《引力是什麼》《強力與弱力》《超弦理論》，數學入門科普《用數學的語言看世界》等。

精彩書評

　　“僅僅讀這本書並不能推導齣E=mc2，但是卻能讓你徹底明白愛因斯坦在想些什麼，更能讓你從意義的層麵上理解，為什麼物理學傢會如此費心研究引力？引力對於宇宙的意義是什麼？我也認為這是一本科普書真正該寫的東西。”
　　——小飼彈（日本博客作傢，博客“404 Blog Not Found”）

　　“這本書精妙結構讓我沉醉不已，大栗先生是現代的愛因斯坦。”
　　——村山齊（東京大學Kavli數學物理學聯閤宇宙研究機構研所長）

目錄

第一章 引力的七大不可思議　　1
1．不可思議之一：引力是“力”　3
2．不可思議之二：引力的強度非常弱　6
3．不可思議之三：引力即使分開也能起作用　9
4．不可思議之四：引力對一切物體的作用都是一樣的　12
5．不可思議之五：引力是“幻想”　17
6．不可思議之六：引力的大小“恰到好處”　19
7．不可思議之七：引力的理論還不完善　21
第二章　具有伸縮效應的時空——狹義相對論　23
1．物理學傢是激進的保守主義者　25
2．物理學的理論是以“10億”米的步伐發展而來的　27
3．納米世界的納米技術　32
4．電波、光和放射綫都是電磁波的一種　34
5．無論怎麼疊加，光速都不變　36
6．驗證光速不變的“邁剋爾遜－莫雷實驗”　38
7．明明是同時齣的“石頭剪子布”，為什麼變成慢齣犯規呢？　42
8．列車內的1秒與外麵的1秒長短不同！　48
9．發生變化的不僅僅是時間，距離也會伸縮！　50
10．　E＝mc2是固定匯率製中的匯率　51
11．為什麼能量可以轉換成質量？　55
12．如果存在比光還快的粒子會怎樣？　59
第三章　為什麼會産生引力——廣義相對論　61
1．先來談談“低維度”的話題　63
2．如果“球”齣現在二維空間內，看起來將是什麼樣子？　65
3．在圓的中心放置物體後，圓心角將會比360度小？！　68
4．引力的真麵目為時空的扭麯　73
5．愛因斯坦人生中最棒的一次靈感閃現　75
6．可以消失的引力與無法消失的引力　78
7．在鏇轉的宇宙空間站中發生瞭什麼？　81
8．圓周率＝3．14…不成立的世界　83
9．數學傢希爾伯特與愛因斯坦的激戰　88
10．愛因斯坦理論的驗證之一——能夠解釋水星的軌道　91
11．愛因斯坦理論的驗證之二——能夠觀測引力透鏡效應　93
12．愛因斯坦理論的驗證之三——捕捉引力波　98
13．愛因斯坦理論的驗證之四——可靠的汽車導航　102
第四章　黑洞和宇宙的誕生——愛因斯坦理論的界限　105
1．如果把地球的半徑壓縮到9毫米也會變成黑洞　107
2．一旦跨過就無法返迴的“視界”　110
3．超級黑洞——類星體　112
4．暴露愛因斯坦理論破綻的“奇點”　115
5．哈勃的發現闡明瞭宇宙的膨脹　117
6．加速宇宙膨脹的“暗能量”是什麼？　121
7．　137億年前宇宙呈火球狀態時的“餘燼”　124
8．強烈反對大爆炸理論的科學傢們　127
9．霍金初齣茅廬，證明瞭愛因斯坦理論的破綻　130
第五章　貓是活著還是死瞭——量子力學　135
1．應該以“光的真麵目是波”的結論而完結　137
2．“光是波”的結論所無法解釋的光電效應　140
3．愛因斯坦的“光量子假說”認為“光是粒子”　142
4．具有放射綫危害的裝置也能說明“光是粒子”　144
5．所有粒子既是“粒子”又是“波”　146
6．令人難以接受的量子力學　150
7．認為“可能存在的情況其實全部存在”？！　152
8．“活著的貓”和“死瞭的貓”一比一地重疊？！　154
9．不確定性原理——確定瞭位置就無法測量速度？！　157
10．融閤量子力學和狹義相對論，預言“反粒子”　160
11．為什麼必須是從未來迴到過去的粒子？　162
12．粒子和反粒子反復湮滅和産生　167
13．憑空無限産生粒子的“量子場論”　171
第六章　迫近宇宙這頭洋蔥的芯——超弦理論　175
1．“宇宙這頭洋蔥”的皮要剝到什麼程度　177
2．隻要增大加速器的規模，就能看到無限小的東西嗎？　179
3．宇宙這頭洋蔥的“芯”為“普朗剋長度”　182
4．解釋宇宙根源的終極統一理論是什麼？　184
5．朝永振一郎、費曼、施溫格的“重整化理論”　186
6．基本粒子為像小提琴的“弦”那樣的東西？！　189
7．從弦理論到超弦理論　191
8．揮之不去的六個額外維度和神秘粒子　193
9．施瓦茨用10年的堅守換來瞭革命性的發現　195
10．六個額外維度麯捲於狹小空間？！　198
11．已經備齊解釋標準模型需要的所有工具　203
12．能夠在六維空間的計算中使用的“拓撲弦理論”　206
第七章　被扔進黑洞的書的命運——引力全息原理　211
1．粒子的能量變為“負”值所引起的麻煩　213
2．在黑洞中能量將變為“負”值　216
3．　導緻黑洞蒸發的“霍金輻射”　219
4．宇宙背景輻射的“漲落”證明瞭霍金理論　220
5．　把書投入黑洞之後，其內容還能再現嗎？　223
6．到底能否齣現1010^78個狀態數　226
7．假想“二維的膜”“三維的立體”，打開突破口　229
8．貼在黑洞錶麵的“開弦”　231
9．根據通常的物理法則可以計算齣巨大的黑洞　233
10．利用“拓撲弦理論”計算微小的黑洞！　235
11．熵與錶麵積成正比，而不是與體積成正比的奇妙現象　237
12．一切現象都被映到瞭二維的銀幕上　239
13．黑洞信息丟失問題變成瞭量子力學的單獨問題　242
14．霍金嚮賭局的勝者贈送百科全書　244
第八章　世界最為深奧的真相——超弦理論的可能性　247
1．全息原理的意外應用　249
2．宇宙不止一個，存在無數個宇宙？　253
3．這個宇宙碰巧適閤人類？　255
4．融閤相對論和量子力學的唯一候選　259
後　記　265

前言/序言

　　無法停止的“好奇心”
　　我每天都在思考引力。沒錯，就是那個將我們自身以及我們周圍的一切物質——桌子、桌子上的杯子、汽車、海水和空氣等，維持在地球上，不至於使其飛入宇宙空間的引力。
　　我已經持續研究瞭幾十年引力。在世人眼裏，我可能會被視為一個怪人。地球上沒有人不受引力的影響，認真思考自己體重的人成韆上萬，而重新思考引力的人卻寥寥無幾。
　　因此，有時孤獨感便由心而生。例如去孩子學校齣席傢長會的時候，如果自己被初次見麵的傢長詢問“您從事哪方麵工作”，隻要我迴答“我在研究引力”，對話基本就進行不下去瞭。哪怕對方隻說上一句“很久以前我就覺得引力不可思議”，我也會滔滔不絕地談下去，然而大部分對話都會就此終止。即使偶爾對方給予迴應，也基本上是消極地說：“哦，在上高中的時候，我最頭疼的就是物理。”如果遇到的是醫生或律師，任何人都有想谘詢的事情吧。但遇到引力研究者的時候，幾乎沒有人會想到“機會難得，這次要問個究竟”。
　　實際上，即使我介紹瞭專業領域的相關內容，也不會對人們的日常生活有什麼幫助。假如瞭解引力可以幫助減肥的話，那麼我想在開傢長會的時候，我會成為眾人的焦點。
　　但是，我想通過自身的努力讓更多的人瞭解我所從事的研究。理由很簡單，就是因為它非常有趣。
　　在幾韆年的曆史長河中，我們人類通過反復嘗試不斷摸索，解開瞭很多自然界中的謎題。雖然我們是身高僅為1～2米的生物，但是從大小相當於我們身體10億×10億×10億倍的宇宙，到隻有10億×10億分之一米的微觀世界，如今我們都可以對其進行觀測和理解。
　　當然，還有很多沒有解決的問題。人類能夠深入理解“與自己身高（尺寸）不符的”世界，真是一件不可思議的事。如果隻是為瞭生存，那麼隻要掌握從我們身高的1000倍（大約1～2韆米）到1000分之一（大約1～2毫米）左右的世界就足夠瞭吧。與之相比，地球到月球的距離約為4億米 ，最近經常聽聞的“納米”則為10億分之一米。從進化論的角度來講，人類即使不理解那些上億級的世界，也不會被淘汰。我們完全沒有必要掌握那些知識。
　　但是，人類已經獲得瞭知曉與生活基本無關的事物的能力。即便明知沒什麼用，也會敗給好奇心。而且我認為人類的這種行為是非常有價值的。
　　在僅此一次的人生中，我希望盡量深入地瞭解這個世界，因此我從未間斷過我所從事的研究。引力是主導我們生活的力，它就在我們的身邊。但是，我們還沒有完全看清它的真麵目，如果不能理解引力，就無從知曉自然界中最深層的真相。因此，我認為引力研究很有意思，我也想讓更多的人瞭解該研究領域的意義。
　　如果沒有引力研究，就不會誕生GPS
　　另外，這些研究也會在我們生活中發揮齣意想不到的作用。
　　1969年，費米國傢加速器實驗室的第一任主任羅伯特?威爾遜（Robert Wilson）曾作為證人在美國議會上被問道：“建造粒子加速器對我國的國防有什麼幫助？”這裏提到的“加速器”是指基本粒子研究中不可或缺的實驗設備。具體情況我會在後麵解釋，這裏隻要把它理解成觀察微觀世界的巨型顯微鏡就可以瞭。
　　當時已經提齣瞭在芝加哥郊外建造加速器的計劃。該項計劃是美國原子能委員會事業的一環，因為該委員會曾主持研製原子彈“曼哈頓計劃”，所以即使在基本粒子物理學研究的建設上，也試圖先賦予其國防使命。而且當時這項計劃需要幾億美元的預算，毫無用處的建設是不會得到國民同意的。
　　就在這預算是否能得到認可的關鍵時刻，威爾遜給齣瞭這樣的迴答：“加速器對於國防不會有直接的作用。但是，它對於保護我們國傢是有益處的。”
　　威爾遜的迴答很偉大，接受並通過計劃的議會也偉大。雖然費米實驗室的加速器現在被日內瓦的LHC（大型強子對撞機）取代瞭，但在很長的一段時期內，它作為世界上最強大的加速器，對物理世界貢獻巨大，很多令全世界感到自豪的重大發現都源於它。
　　進一步講，科學的發展並非隻是為瞭提高一個國傢的知名度。科學通過推廣閤理的思考方式，讓人類從迷信和偏見中解放齣來，通過探究宇宙和生命的奧秘，讓我們對世界的認識與體驗變得更加豐富。有句話這樣說：“科學的目的是人類精神的榮光。”正如此話所講，科學具有其自身的價值，創造齣這種價值的意義重大。
　　而且，雖然科學發現最初是源於研究者的好奇心，但是從長遠看，也有不少成果最終在實際應用中發揮齣瞭作用。獲得“菲爾茲奬”（也被稱為“數學諾貝爾奬”）的森重文對於自己研究的基礎數學這樣評價：“雖然現在不能馬上體現其作用，但是50年或100年以後它會發揮齣未知的作用。因此一顆探究之心是最好的指南針。”一提到算術或數學，厭學的孩子就會提齣這樣的疑問：“學它有什麼用？”但是，這些脫離日常生活的抽象研究往往會在未來起到意想不到的作用。
　　物理的世界亦是如此。例如17歲的伽利略?伽利雷在比薩的教堂發現瞭“擺的等時性”。當時伽利略或許是厭倦瞭比薩，心不在焉地盯著教堂的天花闆看，對頭上吊燈的搖擺産生瞭興趣。他用自己的脈搏計算時間，觀察一會兒後發現，擺動的周期與擺錘的重量以及振幅無關，隻取決於擺綫的長度。至於這個故事是否屬實，科學史傢們也持有不同的意見。雖然關於在何種情況下發現擺的等時性並沒有定論，但至少有記錄顯示在1602年之前伽利略已理解瞭這一原理。
　　這一發現衍生齣的“諧運動”被廣泛應用於解釋聲波和電波等諸多物理現象的理論中。當然，它也被用於實用的技術之中，在我們日常生活中發揮著重要的作用。
　　另外，科學傢在研究中使用的工具，有的經過改良也會被推廣到整個社會中。互聯網上的網頁瀏覽器就是其中之一。它是由在CERN（歐洲核子研究組織）工作的技術人員開發齣來的，剛纔提到的加速器LHC就在CERN。因為有幾韆名研究者在CERN共同工作，所以必須高效地實現信息共享。於是，那裏的技術人員開發瞭可以通過各自的電腦閱覽放置於服務器的信息的方法，並將那些信息免費公開。這一技術給我們每天的生活帶來瞭巨大的轉變。
　　引力的研究也以各種各樣的形式衍生齣瞭“有用的技術”。例如人造衛星中的GPS（全球定位係統）。如果不瞭解牛頓的萬有引力定律，就無法發射人造衛星。其實如果沒有愛因斯坦的相對論，也無法使用GPS準確地測定距離。關於這一點，我會在後麵的章節中做詳細說明。
　　引力研究與理解宇宙息息相關
　　萬有引力定律和相對論都是關於引力機理的劃時代的重大發現。而且現在的引力研究繼牛頓和愛因斯坦的時代之後，迎來瞭“第三個黃金時代”。關於引力的大型觀測和實驗項目相繼啓動，支撐它的理論也取得瞭巨大的進步。另外，根據這些理論我們也逐漸看清瞭宇宙的麵目。本書的內容是追溯愛因斯坦的相對論及其之後100年間的研究發展，以及最新的引力理論所描述的宇宙。

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讓我搞清楚瞭引力的這個脈絡

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