站在巨人肩上（复刻彩图版）（二版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　霍金逝世週年纪念
　　霍金专文解析＋原典精髓摘录＋精美彩图呈现

　　「如果说我看得比别人远，那是因为我站在巨人的肩上」──牛顿

　　我们置身于宇宙中心的那种特权地位已然逝去。
　　透过原始文献经典来追溯人类理解天象的演化历程，
　　这是一段动人心魄的传奇知性之旅。

　　支配宇宙的自然法则为何？星球如何运转？又是什么力量让它们维持在轨道之上？千古以来的人类尝试追求这些问题的答案，这也使得那些有过人洞察力的科学家们勇于提出他们的独特见解。在这本彩图版的《站在巨人肩上》，我们将与五位高瞻远瞩的科学家相遇，他们分别是：哥白尼、伽利略、克卜勒、牛顿，以及爱因斯坦。

　　本书之所以是前所未有的创举，在于霍金将五部科学经典以选集的形式汇集在一起，这些巨着使世界科学进程产生革命性变化，全面展示了人类关于宇宙认知的演变历程。这其中包括了：哥白尼的《天体运行论》、伽利略的《关于两门新科学的对话》、克卜勒的《世界的和谐》(第五卷)、牛顿的《自然哲学之数学原理》，以及选自论文集《相对性原理》中爱因斯坦的数篇重要论文。

　　本书摘录了每本巨着最提纲挈领的原典精髓，搭配大量彩图与註解，让我们得以一窥大师们的弘思妙想。编者霍金更精心撰写了传记文章，介绍科学巨人们的生平与着作，讲述他们所面临的巨大挑战，以及如何「站在巨人肩上」，建立起自己的科学王国，从而创作出影响巨大的不朽名作，展现其不凡的人生经历中人性与科学的诸多面向。这种种不仅可以激发我们对他们的敬畏之情，也让你我对这个宇宙以及人在其中的位置有更深层的认知。


 

书名： 探索宇宙的边界：现代天体物理学前沿 内容简介： 本书旨在带领读者深入探索当代天体物理学的广阔领域，聚焦于那些最令人兴奋和最具挑战性的研究前沿。我们不是简单地回顾历史上的发现，而是着眼于当前科学界正在积极攻克的难题，以及我们理解宇宙起源、演化和终极命运的关键性问题。 第一部分：宇宙的宏大结构与暗物质的谜团 本章将从宇宙学的大尺度结构开始，详细阐述星系团、纤维状结构以及宇宙网的形成机制。我们将回顾最新的星系巡天数据（如斯隆数字巡天和即将到来的大型巡天项目），分析它们如何揭示物质在宇宙中分布的不均匀性。 随后，我们将深入探讨一个核心难题：暗物质。我们将系统梳理当前主流的暗物质候选者——从弱相互作用重粒子（WIMPs）到轴子（Axions）——及其理论基础。内容涵盖直接探测实验（如XENONnT和LZ实验）的最新进展、间接探测（伽马射线和中微子信号）的分析方法，以及在粒子加速器中寻找新物理的努力。我们还将审视引力透镜技术在绘制宇宙中暗物质分布图方面的关键作用，并探讨替代引力理论（如MOND）在解释星系旋转曲线上的优缺点对比。本部分将侧重于如何通过观测现象来约束暗物质的性质，即使我们尚未直接“看到”它。 第二部分：黑洞的极限与时空几何 黑洞，作为广义相对论最极端的预言，一直是理论和观测的焦点。本部分将超越史瓦西和克尔解的基本描述，聚焦于现代研究的前沿。 我们将详细分析事件视界望远镜（EHT）合作组织捕获的M87和人马座A图像的物理意义，特别是如何利用这些图像来检验爱因斯坦方程的有效性，以及如何从中提取关于吸积盘动力学和磁场结构的信息。 随后，我们将探讨引力波天文学的爆发式发展。我们将解析LIGO、Virgo和KAGRA探测器捕捉到的双黑洞并合、黑洞-中子星并合事件的波形分析。重点将放在如何利用这些信号来： 1. 测量宇宙的膨胀率（标准汽笛）。 2. 测试极高密度环境下的物质方程，特别是中子星的内核状态。 3. 探索黑洞质量的“尺寸间隙”（Mass Gaps）是否存在，以及它们如何与恒星演化模型关联。 此外，本章还将涉及对超大质量黑洞（SMBHs）成长路径的深入理解，包括活动星系核（AGN）反馈机制对宿主星系演化的影响，以及如何通过重力波背景来探测宇宙早期更小质量的黑洞并合事件。 第三部分：恒星的诞生、死亡与超新星的物理 恒星生命周期中的关键转折点——超新星爆发——是理解宇宙中重元素起源的核心。本部分将集中于对不同类型超新星的最新分类和物理建模。 我们不仅关注Ia型超新星作为标准烛光在测量宇宙加速膨胀中的作用，更深入探讨了核心坍缩超新星（II型、Ib/c型）的复杂内部过程。内容将包括： 1. 中微子驱动的引擎： 详细描述引力坍缩过程中中微子如何携带绝大部分能量，并驱动冲击波反弹。 2. 快速旋转与磁场的作用： 探讨磁旋转驱动（Magnetar-powered）机制在产生高光度超新星（如超光速超新星）中的作用。 3. 引力波信号的捕捉： 讨论如何利用现有和未来的中微子望远镜（如IceCube）与电磁波观测相结合，对单次核心坍缩事件进行多信使分析。 此外，本章还将介绍极端致密天体的物理：脉冲星的观测性质、磁星的能量释放机制，以及白矮星、中子星和黑洞之间的质量转移与并合路径。 第四部分：系外行星与宜居性的前沿探索 系外行星的发现已经从“是否”存在转变为“有多少”和“它们是什么样的”。本部分关注我们如何从观测中推断行星的大气成分、内部结构以及潜在的生物特征。 我们将系统介绍下一代行星探测技术，特别是詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对系外行星大气透射光谱的革命性贡献。内容将包括：如何识别水蒸气、甲烷、二氧化碳等关键分子，以及如何构建大气模型的复杂性。 重点研究方向包括： 1. “地球2.0”的搜寻： 聚焦于红矮星周围的宜居带行星，分析它们可能面临的潮汐锁定和高能辐射挑战。 2. 系内行星形成与迁移： 深入讨论原行星盘的演化如何塑造最终的行星系统结构，以及“热木星”等异常系统的形成机制。 3. 生物信号与技术信号： 探讨当前对潜在生物特征（如氧气、臭氧、非平衡气体混合物）的观测策略，以及SETI（搜寻地外文明计划）的最新发展和挑战。 第五部分：宇宙的早期黎明与再电离 宇宙在诞生后的最初几亿年间经历了从黑暗时代到第一代恒星和星系形成的剧烈转变——再电离时期。精确理解这一时期的物理是理解宇宙演化的关键。 本章将整合来自不同波段的观测线索： 1. 21厘米信号： 详细介绍通过观测中性氢21厘米谱线来“绘制”早期宇宙的理论框架。我们将分析未来大型阵列（如SKA）如何突破目前地面观测的限制，捕捉到信号的演化。 2. 第一代恒星（Population III）： 理论预测的极端高温、无金属的恒星。我们将讨论如何通过寻找极其古老和贫金属的恒星遗迹，以及通过观测早期星系释放的特定光谱特征来确认它们的存在。 3. 早期星系形成： 利用JWST和高红移星系团巡天数据，我们分析最早星系如何快速聚集质量，并提供足够的能量（通过高能辐射或早期黑洞活动）来剥离包围它们的中性氢，结束黑暗时代。 本书力求以严谨的科学态度和清晰的叙述方式，为有志于深入理解现代天体物理学研究前沿的读者提供一个全面而深入的视角。它不仅仅是对已知知识的整理，更是对尚未解决的宇宙奥秘的系统性导览。

编者简介

史蒂芬‧霍金（Stephen Hawking）

　　一九四二年于伽利略逝世三百週年诞生，世人公认是爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家。承袭牛顿担任剑桥大学数学系卢卡斯讲座教授长达三十余年。其着作包括：《图解时间简史》（扩充修订新版）、《胡桃里的宇宙》、《新时间简史》（《时间简史》普及版），以及《大设计》等，并主编物理学与天文学经典《站在巨人肩上》五巨册（其中包括哥白尼、伽利略、克卜勒、牛顿，以及爱因斯坦，总计两百余万字的原典以及霍金的导论）。以上霍金各书中文版均由大块文化出版发行。霍金拥有十二个荣誉头衔，还获得许多奖项与勋章，他是英国皇家学会会员与美国国家科学院院士，他在进行理论物理学研究的同时，并没有忽视家庭生活（他有三名子女和一个孙子），此外为了科学知识的普及，他生前持续在世界各地旅行，并为公众演讲。二○一八年三月十四日，霍金结束他七十六年的精彩生命，留给世人一个永存记忆的科学典范。

 

前言 7
 
哥白尼 Nicolaus Copernicus (1473-1543)
生平与着作 11
天体运行论（摘录） 21
 
伽利略 Galileo Galilei (1564-1642)
生平与着作 47
关于两门新科学的对话（摘录）59
 
克卜勒 Johannes Kepler (1571-1630)
生平与着作 97
世界的和谐（摘录） 111
 
牛顿 Sir Isaac Newton (1642-1727)
生平与着作 145
自然哲学之数学原理（摘录） 161
 
爱因斯坦 Albert Einstein (1879-1955)
生平与着作 193
相对论原理（摘录） 202
 
註译 250
 
图片使用说明 252
 

前言（霍金）

　　「如果说我看得比别人更远，那是因为我站在巨人的肩上。」伊萨克•牛顿在一六七六年致罗伯特•胡克的一封信中这样写道。尽管牛顿在这里指的是他在光学上的发现，而不是指他关于引力和运动定律的更重要的工作，但这句话仍然不失为一种适当的评论——科学乃至整个文明是累积前进的，它的每项进展都建立在已有的成果之上。这就是本书的主题，从尼古拉•哥白尼提出地球绕太阳转的划时代主张，到爱因斯坦关于质量与能量使时空弯曲的同样革命性的理论，本书用原始文献来追溯我们关于天的图景的演化历程。这是一段动人心魄的传奇之旅，因为无论是哥白尼还是爱因斯坦，都使我们对自己在万事万物中的位置的理解发生了深刻的变化。我们置身于宇宙中心的那种特权地位已然逝去，永恆和确定性已如往事云烟，绝对的空间和时间也已经被橡胶布所取代了。

　　难怪这两种理论都遭到了强烈的反对：哥白尼的理论受到了教廷的干预，相对论受到了纳粹的压制。我们现在有这样一种倾向，即把亚里斯多德和托勒密关于太阳绕地球这个中心旋转的较早的世界图景斥之为幼稚的想法。然而，我们不应对此冷嘲热讽，这种模型决非头脑简单的产物。它不仅把亚里斯多德关于地球是一个圆球而非扁平盘子的推论包含在内，而且在实现其主要功能，即出于占星术的目的而预言天体在天空中的视位置方面也是相当准确的。事实上，在这方面，它足以同一五四三年哥白尼所提出的地球与行星都绕太阳旋转的异端主张相媲美。

　　伽利略之所以会认为哥白尼的主张令人信服，并不是因为它与观测到的行星位置更相符，而是因为它的简洁和优美，与之相对的则是托勒密模型中复杂的本轮。在《关于两门新科学的对话》中，萨耳维亚蒂和萨格利多这两个角色都提出了有说服力的论证来支持哥白尼，然而第三个角色辛普里修却依然有可能为亚里斯多德和托勒密辩护，他坚持认为，实际上是地球处于静止，太阳绕地球旋转。

　　直到克卜勒开展的工作，日心模型才变得更加精确起来，之后牛顿赋予了它运动定律，地心图景这才最终彻底丧失了可信性。这是我们宇宙观的巨大转变：如果我们不在中心，我们的存在还能有什么重要性吗？上帝或自然律为什么要在乎从太阳算起的第三块岩石上（这正是哥白尼留给我们的地方）发生了什么呢？现代的科学家在寻求一个人在其中没有任何地位的宇宙的解释方面胜过了哥白尼。尽管这种研究在寻找支配宇宙的客观的、非人格的定律方面是成功的，但它并没有（至少是目前）解释宇宙为什么是这个样子，而不是与定律相一致的许多可能宇宙中的另一个。

　　有些科学家会说，这种失败只是暂时的，当我们找到终极的统一理论时，它将唯一地决定宇宙的状态、引力的强度、电子的质量和电荷等。然而，宇宙的许多特征（比如我们是在第三块岩石上，而不是第二块或第四块这一事实）似乎是任意和偶然的，而不是由一个主要方程式所规定的。许多人（包括我自己）都觉得，要从简单定律推出这样一个复杂而有结构的宇宙，需要借助于所谓的「人择原理」，它使我们重新回到了中心位置，而自哥白尼时代以来，我们已经谦恭到不再作此宣称了。人择原理基于这样一个不言自明的事实，那就是在我们已知的产生（智慧？）生命的先决条件当中，如果宇宙不包含恆星、行星以及稳定的化合物，我们就不会提出关于宇宙本性的问题。即使终极理论能够唯一地预测宇宙的状态和它所包含的东西，这一状态处在使生命得以可能的一个小子集中也只是一个惊人的巧合罢了。

　　然而，本书中的最后一位思想家阿尔伯特•爱因斯坦的着作却提出了一种新的可能性。爱因斯坦曾对量子理论的发展起过重要的作用，量子理论认为，一个系统并不像我们可能认为的那样只有单一的历史，而是每种可能的历史都有一些可能 性。爱因斯坦还几乎单枪匹马地创立了广义相对论，在这种理论中，空间与时间是弯曲的，并且是动力学的。这意味着它们受量子理论的支配，宇宙本身具有每一种可能的形状和历史。这些历史中的大多数都将非常不适于生命的成长，但也有极少数会具备一切所需的条件。这极少数历史相比其他是否只有很小的可能性，这是无关紧要的，因为在无生命的宇宙中，将不会有人去观察它们。但至少存在着一种历史是生命可以成长的，我们自己就是证据，尽管可能不是智慧的证据。牛顿说他是「站在巨人的肩上」，但正如本书所清楚阐明的，我们对事物的理解并非只是基于前人的着作而稳步前行的。有时，正像面对哥白尼和爱因斯坦那样，我们不得不向着一个新的世界图景做出理智上的跨越。也许牛顿本应这样说，「我把巨人的肩用做了跳板。」

关于英文文本的说明

本书所选的英文文本均译自业已出版的原始文献。我们无意把作者本人的独特用法、拼写或标点强行现代化，也不会使各文本在这方面保持统一。此外：
 
尼古拉•哥白尼的《天体运行论》（On the Revolutions of Heavenly Spheres）首版于一五四三年，出版时的标题为De revolutionibus orbium colestium。这 选的是Charles Glen Wallis的译本。
 
伽利略•伽利莱的《关于两门新科学的对话》（Dialogues Concerning Two New Sciences）一六三八年由荷兰出版商Louis Elzevir首版，出版时的标题为Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, intorno à due nuoue scienze。这 选的是Henry Crew和Alfonso deSalvio的译本。
 
约翰内斯•克卜勒的《世界的和谐》（Harmonies of the World）共分五卷，作品完成于一八一六年五月二十七日，出版时的标题为Harmonices Mundi。这 选的是Charles Glen Wallis的第五卷译本。
 
伊萨克•牛顿《自然哲学之数学原理》（The Mathematical Principles of Natural Philosophy或Principia）首版于一六八七年，出版时的标题为Philosophiae naturalis principia mathematica。这 选的是Andrew Motte的译本。
 
我们从H. A. Lorentz, A. Einstein, H. Minkowski和H. Weyl的《相对论原理：狭义相对论原始论文集》（The Principle of Relativity: A Collection of Original Papers on the Special Theory of Relativity）中选择了阿尔伯特·爱因斯坦的数篇文章。整部文集原先是德文，被冠以《相对论原理》（Das Relativitatsprinzip）的书名于一九二二年首版。这 选的是W. Perrett和G. B. Jeffery的译本。
 
原编者
 

评分☆☆☆☆☆

**第三段评价 (风格：实用、启蒙，侧重学习和成长)** 我一直坚信，优秀的读物是个人成长的加速器，而这本书正是这样一本能“点亮”你人生道路的指南。它不是那种让你在短时间内获得速成技巧的快餐式读物，而更像是为你精心铺设了一张探索未知世界的地图。书中的每一个篇章，都像是一个个精心设计的“关卡”，需要你投入时间和精力去理解、去消化，但一旦你跨越过去，收获的将是视野的开阔和思维的升级。尤其是“复刻彩图版”的出现，让那些原本可能因为年代久远而显得晦涩的知识，变得更加生动直观。那些精美的插图，不仅仅是装饰，更是对抽象概念的具象化表达，能够极大地降低理解门槛，让你更容易抓住核心要义。我常常在遇到瓶颈的时候翻开它，总能从中找到新的视角和灵感，仿佛站在巨人的肩膀上，能够看得更远，看得更清晰。它鼓励我去质疑、去探索，去不断挑战自己的认知边界。这本书带来的不仅是知识的增量，更是学习方法和思维方式的革新，是一种潜移默化的自我提升。

评分☆☆☆☆☆

**第五段评价 (风格：时代感、共鸣，侧重跨代传承)** 作为一名来自不同时代的读者，再次翻阅这本“二版复刻彩图版”，我深切体会到了经典的力量。它所蕴含的智慧和价值观，仿佛是一条看不见的纽带，将过去、现在和未来紧密地联系在一起。这本书在我成长的过程中扮演了重要的角色，曾经它是我认识世界、塑造三观的启蒙读物，而如今，当我以更成熟的视角重新审视它时，我发现其中蕴含的道理更加深邃，更加引人入胜。这本书最打动我的地方在于，它始终保持着一种跨越时代的深刻性，那些关于人生、关于社会、关于真理的思考，即使放在今天，依然能够引发强烈的共鸣。而“复刻彩图版”的出现，更是为这份经典注入了新的生命力，让年轻一代也能以更加直观、更加有趣的方式去接触和理解它。它不仅仅是知识的传递，更是一种精神的传承。我希望通过这本书，能够将这份宝贵的智慧和对知识的热爱，传递给更多的人，让经典在新的时代焕发出更加耀眼的光芒。

评分☆☆☆☆☆

**第一段评价 (风格：怀旧、感性，侧重精神体验)** 翻开这本书，仿佛打开了一扇尘封的时光胶囊，里面承载的不仅是文字，更是那个时代独有的温度和气息。我记得小时候，父亲的书架上就有这样一本，封面泛黄，纸页微微卷曲，那时候我总是好奇地踮着脚尖，小心翼翼地翻阅，那些鲜活的画面和跌宕起伏的故事，就像一颗颗种子，在我幼小的心田里埋下了对知识的渴望和对远方的憧憬。这次有幸能再次捧起“复刻彩图版”，那种熟悉的感觉瞬间涌上心头，仿佛又回到了那个无忧无虑的午后，阳光透过窗户洒在书页上，每一个色彩都那么饱和，每一个细节都那么清晰。它不仅仅是一本书，更是一种情怀，一种对过去美好时光的追忆，一种对精神食粮的回归。它教会我，即使时代变迁，有些经典的价值依然不会褪色，反而会在岁月的沉淀中愈发闪耀。每次阅读，我都能从中汲取力量，感受到一种穿越时空的连接，仿佛与那些曾经的智者对话，听他们讲述那些永恒的智慧。这本书就像一位老朋友，总能在你需要的时候，给予你最温暖的慰藉和最深刻的启迪。

评分☆☆☆☆☆

**第二段评价 (风格：理性、分析，侧重思想深度)** 从学术研究的角度来看，这本书的价值不容小觑。它所收录的内容，无论是在其原始版本时期，还是在如今这个信息爆炸的时代，都具有非凡的意义。二版的“复刻彩图版”在保留核心内容的基础上，通过精良的制作工艺，最大程度地还原了原作的风貌，这对于研究其历史文本、传播途径乃至当时的印刷技术都提供了宝贵的资料。书中涉及的观点和论证，其前瞻性和深刻性至今仍能引发深刻的思考，甚至可以说，许多后来的思想体系，都能在其发展脉络中找到根源。阅读此书，就像是在梳理一条思想的长河，探寻那些奠基性的学术思想是如何一步步形成并演变的。其严谨的逻辑、扎实的论据，以及对复杂问题的剖析能力，都值得当下许多研究者借鉴和学习。更重要的是，它所倡导的批判性思维和独立思考的精神，在信息茧房日益严重的当下，显得尤为珍贵。这本书提供了一个绝佳的平台，让读者能够置身于思想的源头，去理解一个领域是如何逐渐发展壮大的。

评分☆☆☆☆☆

**第四段评价 (风格：艺术、鉴赏，侧重视觉与内容的融合)** 第一眼就被这本“复刻彩图版”所吸引，它的装帧设计和印刷质量都堪称艺术品。那种沉甸甸的质感，翻页时沙沙的响声，以及扑面而来的油墨香，都让人感受到一种对经典的敬意。而其中最令人惊喜的，莫过于那些精美的彩图。它们不仅仅是简单的插图，更是与文字内容完美融合的视觉语言，将抽象的理念、复杂的场景，乃至人物的情感，都以一种令人惊叹的方式呈现出来。看着这些图画，我仿佛能够“看见”书中描述的每一个细节，感受到那个时代的风貌，甚至能体会到作者创作时的心境。这种图文并茂的呈现方式，极大地提升了阅读的沉浸感和体验感。它让原本可能略显枯燥的知识，变得生动有趣，充满魅力。这不仅仅是一本书，更是一次视觉的盛宴，一次对知识美学的探索。对于喜欢深度阅读，同时又注重阅读体验的读者来说，这本书无疑是绝佳的选择。它将阅读从一种纯粹的文字解读，升华成一种多感官的艺术享受。