相对论，爱因斯坦教会我们什么？：图解20世纪最伟大的科学理论（畅销新装版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　◎日本Amazon物理学类书蝉连「七年销售排名前百大」，让网友跪求续集！
　　◎「原来如此！」──漫画式图解爱因斯坦100年「相对论」，一看就懂！
　　◎日本东北大学二间濑敏史教授、台大傅昭铭教授　联合审订！

　　科技发展日新月异，随着时代愈进步，我们愈该了解什么是相对论。
　　号称20世纪最伟大的科学理论，本书却用漫画图解方式呈现，
　　将打破你对科学理论书的刻板印象，让你不禁大喊──
　　「终于读懂相对论了！」

　　相对论有多重要？
　　物理学教授摩尔说：「上至变形金刚，下至发电机，只要用到电的地方就有相对论效应存在。」
　　距今已留传百年的相对论，其实离我们的生活十分贴近。凡举现今人车一台的GPS导航系统、脸书打卡、核能发电等等都跟它有关！
　　人类一百年来的科技发明及科学发想，它们背后的基础理论，都与「相对论」脱离不了关系。

　　本书适合对象：
　　想了解科普知识的「入门读者」──漫画图解、文字浅白易懂！
　　为了搞懂相对论而伤透脑筋的「专业读者」──台、日物理系教授双重审订，解释最正确！
　　与作者一样是爱因斯坦迷的科学知识「重度爱好者」──本书从读者的角度介绍伟大的理论！
　　相信本书将颠覆各位的认知，轻松地理解相对论的伟大之处。

本书特色

　　本书3大特色

　　1最易懂！漫画图解理论，文字深入浅出，一看就懂！
　　因为作者本身并非学术界人士，更能够站在广大读者的角度，由浅入深地为读者解释「相对论」。再加上活泼有趣的漫画式图解，以及延伸补充的Q&A，使得日本Amazon读者大唿：本书是入门理解相对论的唯一读物。

　　2最好读！举证实例阅读不吃力，有助激发你的逻辑力！
　　书中举出许多简单的假设性问题或是以常见的题材作举例，再也不觉得科学理论艰涩难消化。小题目与公式解说激盪你的脑力，有效轻松理解、融会贯通。

　　3最正确！台日专家学者联合审订，解释相对论最精准！
　　让艰深晦涩的相对论更容易消化，本书日文版由日本东北大学物理系二间濑敏史教授负责审订。另外，配合中文读者需求，邀请了台大物理学系傅昭铭教授协助审订。保证书上每一字、每一句都能够正确无误地解释相对论。
 

好的，这是一份不包含您的指定书籍内容的图书简介，着重于描述其他引人入胜的科学、历史或哲学主题，并力求内容详实、叙述自然。 --- 探寻未知：从古文明的辉煌到宇宙的深邃 第一部分：失落的智慧与文明的兴衰 《巴比伦的星辰与尼罗河的秘密：古代世界的工程奇迹与宇宙观重构》 本书带领读者穿越回人类文明的摇篮地带，探索美索不达米亚的泥板档案与古埃及的金字塔群背后，蕴藏着怎样令人惊叹的数学、天文学和工程学知识。我们不只是简单地陈述历史事实，而是深入挖掘这些古代文明是如何组织社会结构、管理资源，以及他们对头顶星空所构建的完整世界图景。 在苏美尔人的楔形文字中，隐藏着最早的代数运算痕迹；而在哈特谢普苏特女王的方尖碑下，我们能窥见精确的测量技术如何支撑起宏伟的建筑。重点解析巴比伦人在计时系统（六十进制）上的创新，以及他们如何通过细致的星象观测，发展出影响后世数千年的占星术与历法体系。我们将探讨，这些看似“原始”的知识体系，在特定历史环境下，是如何成为指导农业生产、国家治理乃至宗教信仰的核心支柱。 接着，我们将把目光投向地中海的东部。古希腊的哲学家们是如何将经验观察提升到抽象逻辑的层面？欧几里得的几何学是如何建立起对空间认知的公理化基础？阿基米德在叙拉古的浴缸里，是否真的只发现了浮力定律，抑或是他在杠杆原理和微积分思想的萌芽中，触及了物理世界的更深层结构？本书将聚焦于早期科学思想的“范式转移”——即人类如何从神话解释转向理性探究的艰难历程。 第二部分：工业革命的引擎：物质、能量与人类社会 《蒸汽的呐喊与电磁的低语：塑造现代世界的物理学革命》 十七世纪至十九世纪，人类对物质和能量的理解发生了根本性的飞跃，这不仅是科学发现，更是一场彻底重塑社会结构的工业革命的驱动力。 本书将详细剖析牛顿力学体系的建立过程，阐述其在机械时代所起到的决定性作用——从钟表到蒸汽机的每一次精妙运转，无不建立在对绝对时空和相互作用力的理解之上。我们将深入研究早期热力学的发展，探讨“能量守恒”这一看似简单的原理，如何被卡诺、焦耳等先驱者从对热机效率的实用追求中提炼出来，并最终成为物理学最重要的基石之一。 然而，真正的革命发生在电与磁的交汇处。麦克斯韦的统一场论，这项整合了法拉第、奥斯特等无数实验成果的伟大成就，以其优雅的数学形式，揭示了光本身就是一种电磁波。我们将描绘科学家们如何从最初对静电的恐惧，发展到理解电流、磁场和电磁感应的规律，并最终展示这些规律如何催生了发电机、电灯，乃至早期的无线电通信技术。这部分内容将侧重于理解科学理论的“工具性”——理论是如何转化为改变日常生活的具体技术的。 第三部分：深入微观：原子世界的重构与量子革命的冲击 《不可见的幽灵：从粒子到场的探索，现代物理学的哲学阵痛》 进入二十世纪，人类对实在本质的认识遭受了前所未有的颠覆。本书将聚焦于原子内部世界的探索，以及由此引发的物理学哲学危机。 我们将追溯卢瑟福的粒子散射实验如何“看穿”了汤姆孙的“葡萄干布丁”模型，并确立了原子的核结构。然而，经典物理学在描述原子内部电子的行为时遭遇了彻底的失败。随后，普朗克提出的能量量子化假设，以及玻尔原子模型的建立，标志着一场彻底的反叛——量子力学的诞生。 我们不会停留于简单的公式介绍，而是深入探讨海森堡的矩阵力学与薛定谔的波函数方法之间的等效性，以及由此引发的深刻哲学讨论：波粒二象性究竟意味着什么？测量行为在物理过程中扮演了什么角色？概率和不确定性如何取代了经典物理学中那种确定、可预测的宇宙观？本书将特别关注哥本哈根学派的核心思想，解析“量子纠缠”这一“幽灵般的超距作用”如何挑战我们对局域性的直觉认知。 第四部分：时空的弯曲与宇宙的边界 《宏大叙事：从时空几何到宇宙的诞生与终结》 在探索微观世界的同事，人类的目光也投向了宇宙的尺度。本书将详尽介绍对经典时空观的彻底超越。 我们将系统梳理庞加莱、洛伦兹等人在经典物理学边缘所做的铺垫工作，最终引向爱因斯坦对时空本质的重新定义。这里，我们着重探讨的是引力不再被视为一种“力”，而是时空本身弯曲的几何表现。我们将通过思想实验（如电梯中的观察者），直观地理解等效原理，并解析广义相对论如何成功地预言了光线在强引力场中的弯曲，以及水星轨道的微小异常。 最后，我们将把这些理论应用到宇宙学的尺度上。从弗里德曼方程的推导，到哈勃对星系退行的观测，本书将勾勒出大爆炸模型的建立过程。我们将探讨黑洞的形成机制、事件视界的物理意义，以及宇宙学中尚未解决的难题——暗物质和暗能量。我们追问：我们所能观测到的，是否只是宇宙的微小冰山一角？人类认知的前沿，正指向何方？ --- 本书特点： 本书力求在宏观叙事与技术细节之间找到平衡点，通过历史背景、人物传记和思想演变脉络，构建起一个完整的科学知识图谱。它不仅是一部科学史，更是一部人类理性思维如何一步步揭开自然界神秘面纱的史诗。适合对科学历史、哲学思辨和基础物理学有浓厚兴趣的读者。

作者简介

新堂进

　　1971年生于日本长野县。专长是程式设计，同时也对物理学很有兴趣，阅读了大量相关书籍。接触相对论相关着作多达40册以上，是个不折不扣的爱因斯坦迷。

译者简介

陈威丞

　　辅仁大学日本语文学系、国际贸易与金融学系毕业。现职为日本口译导游、日中口译、翻译。

审订者简介

二间濑敏史

　　1953年生于日本北海道札幌市。毕业于京都大学物理所，于英国威尔斯大学卡地夫学院修毕博士课程。现为东北大学物理系天文学专任教授，专长为一般相对论、宇宙论的理论研究。

傅昭铭

　　台湾大学物理学系教授，比利时鲁汶（KUL）大学物理学博士。现任台湾磁性技术协会副理事长，曾任中华民国物理双月刊主编。
 

序／你以为的理所当然，其实不然！

第1章什么是相对论？
1.什么是「相对」？
2.「时间或空间本身是相对的」是什么？
3.伽利略的相对性原理
4.光速恆定的法则
5.为什么光的速度不会变化呢？
6.相对论的两个基础
7.花1秒，花不到1秒？
8.「绝对时间」和「固有时间」
9.矛盾的不只如此而已
10.相对论的解答
11.因相对论而发生的事情
Q&A
PLUS什么是相对性的现象？

第2章等时刻的相对性
1.相对论中的等时刻问题
2.在不同系统发生的「等时刻的相对性」
3.因果关系
Q&A
PLUS相对论的「约定」

第3章时间的延迟
1.时间的延迟
2.「相对性」的另一个意义
3.距离拉开时，时间也会拉开
Q&A

第4章长度的缩减
1.从太空船上看到的「长度的缩减」(1)
2.从太空船上看到的「长度的缩减」(2)
3.在太空站上看到的「长度的缩减」(1)
4.从太空站上看到的「长度的缩减」(2)
5.太空站的对时
6.未来是发生在现在的吗？
7.所谓「长度的缩减」，就是「空间的缩减」
8.连「现在」也不能够共有
Q&A
PLUS念相对论头脑会变好？

第5章相对论的本质
1.时间和空间的概念
2.所谓的座标系的移动是什么？
3.什么是特别的？
4.相对论的本质
5.速度是有上限的
6.速度合成法则
7.若以光速移动的话会怎样呢？
8.时间延迟的程度和长度缩减的程度
9.「伽利略的相对性原理」的原意
10.「相对」还有更广泛的涵意
11.爱因斯坦的相对性原理
Q&A

第6章E=mc2
1.质量和能量的相对性
2.质量的增大
3.「质量的增大」的例子
4.质量或能量会增大多少呢？
5.质量和能量的等价原理
6.E= mc2
7.将质量变为能量的方法
8.质能不灭定律
Q&A

第7章时空图
1.时空图是什么？
2.「次元」是什么？
3.类立体时空图
4.时空图的画法
5.「地球的时空图」和「电车的时空图」
6.事象
7.时空的本质
8.用时空图来理解「等时刻的相对性」
9.用时空图来理解「时间的延迟」
10.使用时空图理解「长度的缩减」
11.参考系
12.相对论的结论
Q&A

 第8章相对论的「前方」
1.「时间的前进」和「长度的延伸」(1)两艘太空船
2.「时间的前进」和「长度的延伸」(2)「延迟」和「缩减」是依观点而决定的
3.「时间的前进」和「长度的延伸」(3) 称之为「场所」的标准
4.双胞胎的悖论 (1)加速跃迁
5.双胞胎的悖论 (2)双胞胎的悖论
6.双胞胎的悖论 (3)浦岛效应
7.光圆锥 (1)光圆锥
8.光圆锥 (2)光圆锥和因果关系
9.快子 (1)超光速粒子「快子」
10.快子 (2)快子通信
Q&A
PLUS曾经很穷的爱因斯坦

第9章悖论
1.「悖论」是什么？
2.超光速通信的悖论
3.车库的悖论
4.两道光的悖论
5.紧急加速太空船的悖论
6.超光速移动的悖论
7.回转圆盘的悖论

第10章从牛顿到爱因斯坦
1.牛顿和绝对空间
2.寻找以太
3.爱因斯坦登场
Q&A
PLUS因为相对论而受益的领域
 

作者序

你以为的理所当然，其实不然！

　　在日本经过三分钟，在美国也经过三分钟。同样地，在地球经过三分钟，位于宇宙遥远另一端的仙女座银河系，应该也经过了三分钟才对。你一定是这样认为吧？但事实并非如此。相对论，这是一个颠覆既有常识的惊人理论。也因此常有人认为相对论难以理解。其实不然。只要掌握诀窍，相对论实际上相当简单。「什么嘛，原来是这么一回事」甚至可以简单到让人萌生这样的想法。

　　虽然，相对论有几个「陷阱」，但只要不受困其中就没问题了。当然，它也的确是有点超越常识又有点复杂……

　　相对论，在解释该理论时，有三大重点──

　　第一，说明必须浅显易懂。这也是本书最高原则。怎么做才会让这个理论更简单？怎么做才会让本书阅读起来更轻松，连中学生也能够理解呢？笔者是抱着这种想法完成本书的。

　　第二，必须说明理论的本质。这一点非常重要，如果无法了解理论的本质，那么相对论对你而言就只是个「复杂啰嗦的理论」罢了。不过，若能够掌握这个理论的本质，应该会认为相对论是一个「除此之外，不必多说什么的单纯理论」才是。

　　接着第三，让读者抛弃一般常识。这一点最为重要。无法了解相对论的人，绝大多数都是困在这个地方。笔者曾经也是其中之一。

　　大部分的人都有这样的观念：「不管对谁而言，实际的时间间格应该都是一样的！」大部分的人都把这样的观念当作是一种常识。认定这样的观念是理所当然的。你应该也这么想吧？但，这就是相对论最大的陷阱。为什么相对论受人瞩目呢？正是因为它是一个颠覆传统常识的崭新理论。那么为何已经如此受人瞩目，还会被视为晦涩难懂的理论呢？那是因为人们没办法抛弃既有的常识。其实只要把既有的常识甩掉，相对论将变得很简单。

　　笔者之所以写出这本书，无非是希望让更多人了解上述事实。然后，笔者也希望让更多人明白，当下理所当然的事情，其实一点也不理所当然。当你察觉到实情的一瞬间，直到目前为止的常识，都将发生180度的转变。许多的「？？？」，将变成「！！！」。但愿你可以体验到这种震撼，这可是还搞不清楚相对论的人才享有的特权喔。

　　最后，想向协助笔者的贵人们致谢。包括给予我机会写下本书的益田总编、接下审订工作的二间濑老师。在此向两位敬上由衷的谢意。
 

◎什么是「相对」？
 
首先，我们就从「什么是相对」开始谈起吧。
 
「相对」具有一种「依据参考基准来决定」的意义。举例来说的话，身高就是其中一种。我们常说：「那个人很高」或者「很矮」等。那是依据一种「与平均身高比较」的「隐性参考基准」加以判断的。（註：参考基准又称参考座标系）
 
「相对性」的重点在于，若「参考基准改变，则时间及长度等定义（以后简称定义）也会跟着改变」。就算是身高较矮的人，一旦混在小学生之中就会变得比较高。就像这样，「依据参考基准来定义事物」的情况，便称为「相对性」。
 
类似这样的例子，其实充斥在我们的周遭随处可见。譬如说在杯子里的半杯水，要形容它是「多」或者「少」，都是使用相对的看法来决定。
 
「时间」其实也一样。「3分钟」这样的时间，要把它当成是「长」或者当成是「短」，都是相对的。如果跟广告的播放时间相比的话就是长，但若跟电影的播放时间相比的话就是短了。
 
「空间」也一样。八个塌塌米大小的房间，如果用拳头来比的话就很大，但用棒球场来比就太小了。
 
爱因斯坦的「相对论」，其实它的意思就是「时间或空间都是相对性的」。但是，爱因斯坦所说的并非「长」或「短」这种「感觉性」的东西，而是「时间或空间本身是有物理上的相对性」这样的涵义。
 
◎「时间或空间本身是相对的」是什么？
 
时间或空间本身是相对的。
 
这句话到底是什么意思呢？
 
譬如「长」或是「短」这样的感觉性形容词，都只能用相对的看法来决定。可是物理世界中的事物是用「单位」表达的。
 
比如说，我们常利用「单位」表达空间或是时间。假设在餐厅里，服务生对你说：「请稍候3分钟」，感觉上会比「请暂时稍等一下」要来得确定吧？像「暂时」这类的词汇，含有相对性的意义。经常人们把数秒钟以「暂时」表达，但也可能将数小时说成「暂时」。
 
不过在绝对的参考系统而言，「3分钟」就是「3分钟」；也就是说，不管你要把它说成是「长的」，或者说成是「短的」，「3分钟」就是「3分钟」。不管对象是谁，实际的时间间格应该都是一样的！
 
但是，对爱因斯坦而言，事情就不是这样了。「3分钟」这样的间格时间单位，对某个人而言，可能是「2分钟」；对另一个人而言，则可能会是「5分钟」。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直是我对物理学认知的“一次大扫除”。一直以来，相对论对我来说就像一个黑匣子，里面充满了各种神奇但无法理解的东西。但这本书，却像一把钥匙，轻轻一转，就让我窥见了里面的奥秘。我尤其喜欢书中对相对论的“历史脉络”的梳理，作者并没有直接跳到理论的核心，而是先介绍了当时物理学界面临的困境，以及爱因斯坦是如何在这种背景下，一步步构建起他的理论体系的。这种“追根溯源”的方式，让我对相对论的产生有了更深刻的理解，也更能体会到爱因斯坦的伟大之处。书中对“光”的讨论，也是我非常喜欢的部分。从牛顿的粒子说，到惠更斯的波动说，再到爱因斯坦的光电效应解释，书中清晰地展示了科学理论是如何在不断的辩论和发展中趋于完善的。这种循序渐进的讲解方式，让我在不知不觉中，就掌握了相对论的核心概念。而且，书中大量的图解，不是那种随意的插画，而是经过精心设计，能够准确地传达科学信息，比如，关于时空弯曲的各种模拟图，都让我印象深刻。总的来说，这本书让我明白，科学理论并非高高在上，而是可以通过清晰的逻辑和生动的表达，被我们每个人所理解和接受。它让我对爱因斯坦和相对论，有了全新的认识，并且更加敬佩这位伟大的科学家。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书为我打开了一扇通往未知世界的大门。在我看来，爱因斯坦的相对论，一直以来都是一个被过度神化、难以接近的领域。然而，这本书以一种极其亲切和开放的姿态，邀请我进入这个奇妙的世界。我非常欣赏作者的叙事方式，它不是单方面的灌输，而是通过一系列引人入胜的故事和设问，激发读者的思考。例如，书中在讲解狭义相对论时，引用了大量生活中的场景，将时空的相对性与我们的日常经验联系起来，让我感到科学理论原来离我们如此之近。而关于广义相对论的部分，书中对黑洞、引力波等概念的解释，更是让我惊叹不已。那些曾经只存在于科幻小说中的景象，在这本书里被赋予了科学的解释，并且通过精美的插图，让我仿佛亲眼目睹了宇宙的壮丽景象。我特别喜欢书中关于“时间旅行”的可能性探讨，虽然结论并非我们想象的那么简单，但作者通过严谨的科学分析，向我们展示了物理学在这一领域的探索边界，这本身就充满了吸引力。读完这本书，我感觉自己不仅学到了知识，更重要的是，我收获了一种对科学探索的热情，一种敢于挑战思维定势、追寻真理的精神。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对宇宙奥秘充满好奇的普通读者，我一直被爱因斯坦的名字所吸引，但苦于找不到合适的途径去理解他的伟大理论。这本《相对论，爱因斯坦教会我们什么？》简直是为我量身定做的！全书的语言风格非常平实易懂，没有使用过于专业的术语，即使是对物理学完全没有基础的人，也能轻松地跟随作者的思路。最让我惊喜的是，书中大量的插图和动画式的解读，把抽象的概念具象化，比如，当讲到光速不变原理时，书中用不同速度的人观察同一束光，然后得出相同的结论，这个简单的例子立刻就消除了我之前的困惑。还有关于引力如何弯曲时空的解释，书中用一个被压弯的布面上的小球滚动来比喻，形象地展示了引力场对时空的影响，简直是“点石成金”的教学手法。让我印象深刻的是，书中并没有把爱因斯坦塑造成一个不食人间烟火的天才，而是展现了他作为一个人，在探索科学道路上所经历的思考、挣扎和突破。读这本书，就像是和一位博学的智者在进行一次深入浅出的对话，他循循善诱，将最复杂的知识化繁为简，让我对宇宙的理解，不再停留于表面，而是有了更深刻的认识。它让我明白，伟大的科学理论，并非遥不可及，而是可以通过清晰的讲解和恰当的比喻，被我们每个人所理解和欣赏。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直把我对宇宙的认知彻底颠覆了！一直以来，爱因斯坦这个名字对我来说就如同一个遥不可及的科学神话，而《相对论，爱因斯坦教会我们什么？》这本书，就像一位耐心而又充满智慧的向导，将这个深奥的理论一点点剥开，呈现在我面前。初拿到这本书时，我抱着一丝忐忑，担心自己会被枯燥的公式和晦涩的术语淹没。然而，当我翻开第一页，我的担忧就烟消云散了。作者巧妙地运用了大量生动形象的图解，那些原本抽象的概念，在图画的辅助下，变得触手可及。比如，关于时间膨胀的论述，书中通过一个简单的时钟和飞船的对比，就让我瞬间理解了速度如何影响时间的流逝。还有关于质量和能量等价的E=mc²公式，不再是冷冰冰的符号，而是通过爆炸的威力、核能的发电原理等贴近生活的例子，让我体会到这句话背后蕴含的巨大能量。我尤其喜欢书中对“双生子佯谬”的解释，作者并没有直接给出结论，而是层层递进，引导读者一步步思考，那种参与解谜的过程，让学习过程充满了乐趣。读完这本书，我感觉自己不再是那个对物理学一知半解的门外汉，而是能以一种全新的视角去观察世界，去思考那些曾经觉得不可能的现象。它让我明白，科学并非遥不可及，而是充满智慧与想象的探索过程，而爱因斯坦，更是将这份探索推向了极致。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的震撼，不仅仅是知识上的拓展，更是一种思维方式的启迪。在阅读之前，我对“相对论”的理解，仅限于字面意思，觉得一切都是相对的，没有绝对的标准。但这本书让我看到，爱因斯坦的相对论，恰恰是在追求一种更深刻、更普适的“相对”规律，它颠覆了牛顿力学中绝对时空的概念，将时间和空间融为一体，揭示了引力并非一种力，而是时空弯曲的表现。我印象特别深刻的是书中关于“黑洞”的章节，那些令人敬畏的天体，在作者的笔下，不再是科幻电影里的怪物，而是时空极端弯曲的产物，是宇宙中最神秘的存在之一。通过图示，我能够清晰地看到，巨大的质量是如何扭曲周围的时空，以至于连光都无法逃脱。这本书还让我意识到，科学理论的发展，是建立在无数次的思考、实验和修正之上的。爱因斯坦并非凭空创造出相对论，而是站在前人的肩膀上，用他惊人的洞察力，构建了一个全新的物理学框架。这本书不仅仅是在讲授科学知识，更是在传递一种科学精神：敢于质疑，勇于探索，并且始终保持对未知的好奇心。读完这本书，我觉得自己看待问题的角度都变得更加开阔，不再局限于眼前的狭隘视角，而是能够思考更宏观、更深层的问题。