50则非知不可的科学概念 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Paul Parsons, Gail Dixon

图书标签:

• 科学
• 科普
• 知识
• 概念
• 思维
• 理解
• 探索
• 自然
• 文化
• 学习

●用简单的词汇解释基本的概念
　　●清楚的图表和时间轴
　　●完整地综观科学

　　什么是大爆炸？
　　地球上的生命如何出现？
　　量子力学描述的宇宙是什么模样？
　　真能有人工智慧吗？
　　生命是否存活在其他的行星上？

　　《50则非知不可的科学概念》用50则精确、深入、搭配图解的短文，涵盖物理学和天文学、地球和生命科学、化学和材料、心理学和电脑，探索它们彼此之间的联系及对我们的冲击。

　　从原子和分子的基本原则、牛顿的物理学定律和生命的基本构件，到最新的奈米科技、爱因斯坦的相对论和复制，这本书简要说明科学的各个世界。

　　书中包含各个科学领域最重要的疑问和最深奥的概念，提供最理想的入口，让我们探索这些令人目眩的问题。
 

探寻未知的边界：一部关于宇宙、生命与技术的宏大叙事 《星辰低语：跨越时空的科学奇观》 这是一部带领读者进行一次深刻而激动人心的智力探险的著作。它并非聚焦于我们日常生活中耳熟能详的科学原理，而是将目光投向那些隐藏在主流叙事之外，却对人类理解自身和宇宙至关重要的新兴、边缘或前沿的科学领域。本书旨在揭示那些尚未被教科书广泛收录，但正在深刻重塑我们未来认知图景的关键概念。 第一部分：宇宙的深层结构与超乎想象的物理学 我们习惯于从牛顿和爱因斯坦的框架来审视宇宙，然而，现实比我们想象的要怪异得多。本书的第一部分将深入探讨那些挑战我们直觉的宇宙学分支。 暗物质与暗能量的“缺席”证据： 我们将跳出标准的宇宙膨胀模型，探讨一些大胆的替代理论。例如，修正牛顿动力学（MOND）如何试图在不引入额外物质的情况下解释星系旋转曲线。我们将追溯那些在超灵敏实验中捕捉到的、暗示着粒子物理学标准模型之外存在的微弱信号，比如那些指向“隐形部门”（Hidden Sector）的假说——一个与我们所知的普通物质几乎不发生相互作用的物质世界。 量子引力的边缘探索： 弦理论和圈量子引力虽然是主流的候选者，但本书将侧重于那些更为激进的视角，例如“因果集理论”（Causal Set Theory），它认为时空并非连续的，而是由离散的、有因果关系的基本事件点构成的“沙粒”。我们将审视，如果时间本身是一种涌现现象而非基本属性，这将如何改变我们对大爆炸和黑洞奇点的理解。 非标准天体物理学： 抛开对类星体和脉冲星的常规描述，本书将剖析一些近乎科幻的理论，如“星际际介质中的电磁结构”——一些科学家认为星系间并非真空，而是充满了复杂的、具有拓扑特性的等离子体结构，这些结构可能影响了宇宙射线的传播路径。我们还将探讨“白矮星的超冷阶段”以及那些被认为已经死亡的恒星核心可能孕育的奇异物质形态。 第二部分：生命的起源与进化的隐秘路径 生物学领域远非“达尔文主义”能完全概括。本书将探索那些关于生命起源、演化加速器和潜在替代生命形式的边缘猜想。 非DNA/RNA的生命基础： 遗传信息的复制和存储是否必须依赖核酸？我们将考察“肽核酸”（PNA）和“硫醇核酸”（TNA）等替代聚合物，以及它们在模拟早期地球环境中作为生命前体的潜力。更进一步，我们会讨论“无细胞生命系统”——一个完全在试管中构建，不依赖细胞壁和复杂代谢网络的生命模型，以及它对“生命定义”的冲击。 表观遗传学的深层逻辑： 抛开基因序列的宿命论，本书将重点解析那些影响基因表达但本身不改变DNA序列的机制。但这并非简单的甲基化研究，而是探讨“跨代记忆”——后天获得的性状如何通过表观遗传标记传递给数代后裔，以及这是否意味着拉马克主义的某种回归，并在更精密的分子层面上被验证。 合成生物学的“灰区”： 介绍那些尚未获得广泛监管或伦理共识的生物工程前沿。例如，构建具有全新代谢途径的“异种生物圈”的设想，或者利用微生物群落进行大规模的、自我修复的“活体建筑材料”的开发，这些技术远超基因编辑的范畴，触及了生命设计学的核心。 第三部分：信息、意识与新兴技术的哲学交汇 现代科学的边界正越来越多地与哲学和计算机科学重叠。本部分关注的是那些关于心智、计算和现实本质的颠覆性概念。 信息物理学的反思： 我们将探讨“信息是物理学的基础”这一激进观点。这不是简单的信息存储，而是探讨信息熵与能量耗散之间的基本联系，以及“比特”是否比“原子”更接近宇宙的底层现实。我们会研究“Landauer原理”的极限应用，即计算过程的物理成本，以及它对未来超级计算的根本制约。 意识的整合信息论之外： 抛开当前流行的整合信息理论（IIT），本书将考察那些认为意识是宇宙基本属性的“泛心论”的现代变体。特别是“结构实在论”——认为物理学的定律描述的是结构之间的关系，而非结构本身，并探讨意识是否是信息结构在特定复杂性层次上涌现出的固有属性。 计算极限与不可判定性： 我们不仅讨论量子计算的潜力，更着重于其局限性。我们将深入探讨哥德尔不完备定理和图灵不可判定性在实际科学发现中的隐性影响。是否存在某些宇宙规律，是任何有限的计算系统（无论其性能多强大）都无法推导或验证的？ 超越硅基的计算范式： 介绍那些仍在早期理论阶段的计算方式，例如利用“拓扑缺陷”或“活体神经元网络”进行计算的尝试。这些方法旨在突破传统冯·诺依曼架构的瓶颈，探索计算的物质形态本身。 总结：在不确定性中寻找确定性 本书的宗旨是展示科学探索的本质：它是一个充满不确定性、悖论和尚未被完全理解的领域。它不是一本提供标准答案的参考书，而是一张前沿地图，标记着那些最富有想象力和挑战性的科学前沿阵地。通过理解这些“非知不可”的概念，读者将装备自己，以更具批判性和开放性的眼光去迎接即将到来的科学革命。本书是对所有对世界怀有深刻好奇心，并愿意挑战现有知识边界的求知者的邀请函。

作者简介

保罗‧帕森斯

　　科普作家，拥有宇宙学博士学位，之前曾编辑过《BBC Focus》这本赢得奖项的科学与科技月刊。他的着作还包括《超时空奇侠的科学》（The Science of Doctor Who），科普作品也曾登在《新科学人》（The New Scientist）和《男士健康》（Men’s Health）等刊物上。

盖尔‧迪克森

　　记者与编辑，经验丰富。她曾在《BBC Focus》担任组稿编辑，作品定期刊登在《你以为你是谁？》（Who Do You Think You Are?）杂志上。她跟帕森斯所合着的《週期表》（The Periodic Table）曾登上亚马逊网路书店排行榜第一名。

译者简介

严丽娟

　　台大外文系毕业，英国伦敦大学语言学硕士及西敏斯特大学翻译硕士，业余喜爱阅读和翻译。译作有《黑洞简史》、《必然：掌握形塑未来30年的12科技大趋力》、《爱的万物论：史蒂芬‧霍金与洁恩的真实故事》等五十余种。
 

简介
01 费马原理
02 牛顿定律
03 牛顿重力
04 电磁学
05 热力学
06 狭义相对论
07 广义相对论
08 量子力学
09 量子场
10 粒子物理学
11 核能
12 弦理论
13 资讯理论
14 混沌理论
15 量子电脑
16 人工智慧
17 原子和分子
18 週期表
19 放射性
20 半导体
21 超导体
22 巴克球和奈米碳管
23 奈米科技
24 生命的起源
25 光合作用
26 细胞
27 病菌说
28 病毒
29 基因
30 演化
31 源出非洲
32 双螺旋
33 复制和基因改造
34 合成生物学
35 意识
36 语言
37 冰河时期
38 板块构造
39 大灭绝
40 气候变化
41 哥白尼的太阳系
42 星系
43 大爆炸
44 暗物质
45 暗能量
46 宇宙之死
47 黑洞
48 多重宇宙
49 系外行星
50 外星生命
词汇表

 

序

　　爱因斯坦说过：「最伟大的科学家也是艺术家。」这句话很狂，因为科学看起来其实挺没有创意。受限于资料、事实和证据，似乎想法和创意的力量只有很小的发挥空间。但这个想法其实大错特错。爱因斯坦的重点在于，科学界真正能带领风潮的大师也是最有创意的人。他们用想法改变世界，而不是靠技术能力。

　　的确，科学研究大多以其他人的成果为根据——大体来说，科学是人类领悟力逐渐进化的成果。但有时候，创造力惊人的科学家站上舞台，他们的洞察力带来的不是进化，而是革命——颠覆他们研究的领域，把我们的领悟带到全新的层次。比方说，爱因斯坦跟他精简的相对论，达尔文跟他激进的自然选择演化理论，还有费曼大胆重新想像次原子粒子的世界。

　　并不是说这些人的技术能力不够卓越——他们当然都很出色。但少了创意天分的火花，数学能力再强，自然知识再深厚，也无法为科学带来这么大规模的变化。借此提醒教学人士，学校里的科学不应该只是死背硬记跟通过考试。

　　在本书的章节里，我列出多年来科学家提出的五十个伟大想法。主题的选择完全按我们的喜好——要是换一个人来写，内容一定看起来很不一样。但我们也想取得均衡，希望读者能跟我们一样享受其中。在篇幅许可的情况下，除了科学，我们也加入科学家的简传，介绍他们的背景和个人生活。这段旅程很神奇，带我们看到科学创意大师的成就。今日的科学家必然也有新的想法正在成形，或已经进入设计阶段——冀望在未来能够出现在我们眼前。
 

1687年，牛顿出版了一本书，在众人眼中代表现代数学物理学的萌芽。他的革命核心有三大原理，涵盖物体因为力的影响会如何表现。在二十世纪前，这些定律主导动作的物理学。

数百年前，牛顿的三大运动定律为日常物体的移动和互动提供最佳的描述——这个物理学的分支称为「力学」。1687年，经过大量实验和理论研究后，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书，简称《原理》，书里也包含三大运动定律。在这之前，力学的主要理论来自希腊哲学家亚里斯多德——而十七世纪发展快速的实验科学证实亚里斯多德的理论有严重的缺陷。牛顿的力学不仅率先提出精确的数学方程式，而这些方程式给出的答案也完全正确。

牛顿第一运动定律说物体会保持目前的静止或等速运动状态，除非遇到外力（义大利数学家和天文学家伽利略在1632年率先提出这个想法）。就本质而言，静止的物体会保持静止，已经在移动的物体则会以同样的速度移动，朝着同样的方向，除非施以外力。你可能会纳闷，如果你没拿好这本书，书为什么会掉到地上，但那是因为重力施加持续往下的力量。在重力场外，或在实际上「零重力」的情况下，例如地球的轨道，物体解除静止状态后，其实会挂在空中，符合牛顿的预测。

第二定律量化物体碰到外力时的动作变化。牛顿假设物体加速的方向跟力的方向一样，速度符合数学方程式，力=质量x加速度。这表示在同样的力作用下，较轻的物体加速的速度超过较重的物体：物体的质量减半，加速的速度会加倍。

巨大物体动作的阻力叫作「惯性」。可以从第一定律的角度来看。物体除非碰到外力，会保持静止或持续动作，而物体的惯性——由质量掌管——会决定碰到外力时静止或持续动作的状态会得到多大的干扰。

牛顿的第三定律则是物体的相互作用。定律说，对于每个作用，都有同样程度的反作用。因此当你坐在椅子上，你的体重因为重力作用而往下压，椅子往上推的相反力道则予以平衡。构成椅子的原子和分子之间的化学键形成网路，产生这种物理学家心目中的「法向反作用力」。当然，这种化学架构不一定靠得住——如果你太重，椅子塌了，法向反作用力也会消失。

 

评分☆☆☆☆☆

对于我这种理工科背景不强的人来说，《50则非知不可的科学概念》这本书的出现，简直就是一场及时雨！我一直对“宇宙大爆炸”理论很好奇，但又怕那些复杂的物理公式让我望而却步。这本书就用非常清晰易懂的语言，勾勒出了宇宙从一个奇点膨胀到如今浩瀚星辰的宏伟画卷，配合书中插图，简直是视觉和知识的双重盛宴。我尤其喜欢书中关于“暗物质和暗能量”的介绍，这两样占了宇宙绝大部分的神秘物质，虽然我们看不见摸不着，但它们对宇宙的演化起着至关重要的作用。作者用一种引人入胜的方式，解释了科学家是如何通过观测来推测它们的存在，让我感受到了科学探索的智慧和勇气。这本书让我明白，科学并不是高高在上的学科，而是与我们生活息息相关的，充满了趣味和智慧。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直就是我近期的“精神食粮”！《50则非知不可的科学概念》的书名就足够吸引人，点进了内容才发现，果然名不虚传。我一直对“时间旅行”这个概念很感兴趣，书里就有一章节专门探讨了相对论中的时间膨胀现象，虽然不是直接的时间旅行，但通过爱因斯坦的理论，我理解了时间并非是绝对的，它会受到速度和引力的影响而改变，这真是太神奇了。另外，关于“基因编辑”的章节也让我大开眼界，了解了CRISPR技术如何能够精确地修改DNA，以及它在医学和生物学上的巨大潜力。当然，书中也提到了这项技术可能带来的伦理问题，这让我更加深刻地认识到科学发展与社会责任之间的紧密联系。我发现这本书最大的优点在于，它能够将复杂的科学原理化繁为简，并且常常能引发读者对更深层次问题的思考，让我不仅仅是“知道”，更是“理解”和“思考”。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我一开始拿到《50则非知不可的科学概念》这本书，心里还有点小小的期待，毕竟“非知不可”四个字分量不轻。但读进去之后，这份期待很快就变成了惊喜。书里关于“意识的本质”的探讨，让我感到非常着迷。作者从神经科学、哲学等多个角度剖析了意识的产生机制，虽然目前科学界还没有一个统一的答案，但书中提出的各种假说和实验，都极具启发性。读完之后，我感觉自己对“我”是谁，为什么会有“我”这个感觉，有了更深刻的认识。还有一个让我印象深刻的是关于“生命起源”的部分，从最基本的化学物质到第一个细胞的出现，整个过程的描述非常生动，仿佛在观看一部跨越亿万年的纪录片。这本书不仅充实了我的科学知识，更重要的是，它激发了我对未知世界的好奇心，让我愿意去探索更多科学的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本《50则非知不可的科学概念》真是让人耳目一新！读完之后，我感觉自己对世界的认识又深了一个层次。书里的内容涵盖了从宇宙的起源到微观粒子的奥秘，再到生物进化的奇妙历程，简直就是一个知识的宝库。我尤其喜欢书中对“量子纠缠”的解释，用生动的比喻把抽象的概念讲得非常透彻，让我这个对物理学不太懂的读者也茅塞顿开。还有关于“黑洞”的部分，作者不仅介绍了它的形成和特性，还探讨了它与时空的关系，读起来充满了科幻感，仿佛亲眼目睹了宇宙的奇观。最让我印象深刻的是，书里并没有枯燥的公式和晦涩的术语，而是用一种非常亲切、易懂的语言来解读科学，让你在轻松愉快的阅读中，不知不觉地吸收了大量知识。这本书绝对是想要拓展视野、满足好奇心的朋友们的必读之选，我强烈推荐！

评分☆☆☆☆☆

我一直对大自然和生命现象充满了好奇，《50则非知不可的科学概念》这本书简直就是为我量身定做的。书里关于“进化论”的讲解，我以前也读过一些，但这本书从一个全新的角度，结合了基因学、古生物学等多方面的证据，将达尔文的理论阐述得更加详实和令人信服。特别是书中对“趋同进化”的例子，比如鸟类的翅膀和蝙蝠的翅膀，虽然来源不同，但形态却惊人地相似，这让我看到了自然选择的鬼斧神工。另外，关于“气候变化”的章节，作者并没有渲染恐慌，而是用客观的数据和科学的分析，解释了气候变化的原因、影响以及我们能做些什么。这本书让我对我们赖以生存的地球有了更深的理解和敬畏，也更加明白环境保护的重要性。总的来说，这本书是一本集知识性、趣味性和启发性于一体的优秀科普读物。