相對論超入門:連文科生也能輕鬆讀懂劃時代理論

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Yobinori Takumi
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具体描述

史上最短、最容易理解的劃時代教學!
困難的用語、複雜的計算全都捨棄!
1小時理解「狹義相對論」3大重點!
 
  相對論從根本上顛覆了我們在日常生活中對「空間和時間」的概念。
  換言之,學習相對論,就等於學習我們所生活世界的「真實面貌」。
  理解相對論後,你眼中所見的世界將會變成截然不同的風貌。
 
  相對論有以「時間和空間」為主題的「狹義相對論」,
  以及除此之外再加上了「重力」這個主題的「廣義相對論」。
  也許有不少人都會擔心「要讀懂相對論應該要具備數學和物理學的高深知識吧?」。
  但「狹義相對論」的部分只需具備國中程度的數學就能完全理解。
 
  「運動物體的時間流逝會減緩」、
  「運動物體的長度會縮短」、
  「質量與能量相同」
  以這3個重點為主來學習相對論的思考方式。
  完全不使用數學或物理上的專業用語,短短60分鐘就解說完相對論。
 
  重點① 運動中的物體「時間比較慢」
  第1個是「時間膨脹」。雖然不是像科幻電影中出現的時光機那樣,可以讓時間倒流,但相對論告訴我們「物體在移動時時間會變慢」。
 
  重點② 運動中的物體長度會收縮
  也就是說,「運動中的物體長度會收縮」這個現象。這也是相對論中非常有名的論點,而且已經被許多實驗證明是正確的。
 
  重點③ 質量跟能量相同
  簡單來說,這個重點的結論是:「質量可以轉換成能量,且能量也可以轉換成質量」。這個事實一般稱之為「質能等價」。
好的,根据您的要求,我将为您创作一本名为《宇宙的呢喃:从量子纠缠到暗能量的奇妙旅程》的图书简介。该简介将聚焦于现代物理学的其他前沿领域,详细阐述其内容,确保不提及您提供的书名,且行文风格自然、信息丰富。 --- 宇宙的呢喃:从量子纠缠到暗能量的奇妙旅程 献给所有对宇宙终极奥秘心怀好奇的探索者 我们身处的宇宙,其运作的底层逻辑,远比我们日常的直觉所能触及的更加奇异、精妙,甚至带着一丝魔幻色彩。从微小到不可思议的粒子尺度,到浩瀚无垠的星系尺度,物理学正以前所未有的速度揭示着那些支配着万物生灭的终极法则。 本书《宇宙的呢喃》并非要重述经典力学的基石,而是带领读者深入现代物理学的两大核心疆域:微观世界的怪诞性(量子物理)与宏观宇宙的未解之谜(宇宙学与暗物质/暗能量)。这是一场跨越尺度、挑战认知的旅程,旨在让非专业读者也能清晰地把握这些划时代概念的精髓及其对人类文明的深远意义。 --- 第一部分:微观的迷宫——量子世界的颠覆性革命 在经典物理学的宏伟殿堂之外,隐藏着一个完全由概率和不确定性主宰的微观领域。本部分将系统地剖析量子力学的核心概念,探究它们如何彻底颠覆了我们对“实在性”的传统认知。 第一章:世界的颗粒性与波粒二象 我们首先要理解,物质并非连续不断的,而是由微小的“能量包”——量子——构成的。本章将详细介绍普朗克的黑体辐射之谜如何催生了量子化概念,以及光子和电子如何展现出既像粒子又像波的诡异特性。我们将通过思想实验,直观地理解“双缝干涉实验”这一物理学史上最富争议的实验,探究观察行为本身对物理现实产生的影响。 第二章:叠加态与薛定谔的猫 量子力学的核心魅力在于“叠加态”——一个粒子可以同时处于多种可能状态的奇特现象。我们不仅会解释这一概念在数学上的表达,更会深入探讨“薛定谔的猫”这一著名思想实验的深层含义。这不仅仅是一个关于猫生死的悖论,更是对“测量问题”——即量子态如何坍缩为确定的经典结果——这一核心难题的哲学探讨。 第三章:幽灵般的超距作用——量子纠缠的奥秘 如果说叠加态已经足够惊人,那么“量子纠缠”(Quantum Entanglement)则将怪异程度推向了极致。爱因斯坦曾轻蔑地称之为“幽灵般的超距作用”。本章将详细解释两个或多个粒子如何被“绑定”,无论相隔多远,对其中一个粒子的测量会瞬间影响到另一个粒子的状态。我们将探讨贝尔不等式(Bell’s Inequality)如何通过实验证实了这种“非定域性”的关联,并展望量子纠缠在量子计算和量子通信领域的革命性潜力。 第四章:量子场论的图景——万物皆是激发态 要将量子力学与狭义相对论结合,我们需要进入更高阶的理论框架——量子场论(QFT)。本章将引入费曼图(Feynman Diagrams)这一强大的可视化工具,帮助读者理解基本粒子是如何通过交换虚粒子进行相互作用的。我们将简要介绍标准模型(Standard Model)的构建,以及它如何成功描述了电磁力、强核力与弱核力这三种基本作用力。 --- 第二部分:宇宙的宏大叙事——从引力弯曲到暗界探索 我们的目光从微观尺度拉升至宇宙的边界。本部分将聚焦于广义相对论所描绘的动态宇宙图景,以及现代宇宙学观测所揭示的、占据宇宙绝大部分质量与能量的神秘物质与能量形式。 第五章:时空的织物——广义相对论的几何学 牛顿的引力是“力”,而爱因斯坦的引力是“几何”。本章将用通俗易懂的语言解释广义相对论的核心思想:质量和能量告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。我们将解析引力透镜效应、水星近日点进动等经典验证,并探讨时空弯曲带来的极端现象——黑洞的形成、事件视界以及奇点的概念。 第六章:宇宙的膨胀与宇宙微波背景辐射(CMB) 宇宙并非静止的,它正在加速膨胀。本章将追溯哈勃的观测如何奠定了现代宇宙学的基石,并深入探讨宇宙微波背景辐射(CMB)这一“宇宙大爆炸的余晖”。CMB图谱上微小的温度涨落,蕴含着早期宇宙的结构信息,是理解我们宇宙起源与演化的最宝贵“化石”。 第七章:隐形的骨架——暗物质的证据与猜想 我们所能看到的恒星、气体和尘埃,仅占宇宙总物质构成的不到百分之五。那么,剩下的绝大部分物质在哪里?本章将详细梳理支持暗物质存在的关键观测证据,包括星系旋转曲线的异常、星系团的引力效应,以及宇宙大尺度结构的形成。我们将介绍目前主流的候选粒子(如WIMPs等)及其探测的最新进展,揭示我们如何试图“称量”这个看不见的宇宙骨架。 第八章:驱动加速膨胀的神秘力量——暗能量的崛起 如果说暗物质是宇宙的“胶水”,那么暗能量就是宇宙的“反引力引擎”。本章将解释对遥远超新星观测的分析如何出人意料地揭示了宇宙膨胀正在加速,这需要一种具有负压力的、均匀分布的神秘能量来驱动。我们将探讨暗能量最简洁的模型——宇宙学常数(Lambda),以及其他更具动态性的理论尝试,如第五元素(Quintessence),并思考暗能量对宇宙终极命运的决定性影响。 --- 结语:未完成的交响乐 《宇宙的呢喃》的收官部分将把读者带回当前物理学最前沿的思辨场域。我们面临着两大理论体系的终极不兼容——量子力学与广义相对论。本章将简要介绍量子引力的探索方向,例如弦理论(String Theory)和圈量子引力(Loop Quantum Gravity),它们试图描绘一个更统一、更完整的宇宙蓝图。 本书旨在激发读者对科学的敬畏之心,理解人类认知边界的拓展是多么的艰难而又激动人心。宇宙的呢喃仍在继续,而我们,正站在聆听和解码这些宏伟乐章的最前沿。 准备好,与我们一同穿越时空的迷雾,触摸那些定义了我们存在的终极法则。

著者信息

作者簡介
 
Yobinori Takumi(ヨビノリたくみ)
 
  教育系YouTuber。東京大學研究所畢業。學生時代專攻理論物理學,在大學研究「物理化學」,研究所則研究「生物物理」。考上研究所博士班後辭去了從事6年的補習班講師一職,為了推廣科普知識,決定開設YouTube頻道「予備校のノリで学ぶ『大学の数学・物理』(用上補習班的心情學大學數學・物理,簡稱:YOBINORI)」。現頻道訂閱數已突破24萬人。其影片曾在多所大學被當成授課參考資料介紹給學生。自2018年秋天起在AbemaTV的東大合格企劃節目『DRAGON堀江』以綽號「數學魔術師」的數學講師身分登場。
 
  目前除以教育系YouTuber的身分繼續活動外,也出演了包含綜藝節目在內的各種活動與電視企劃。
 
  著作有《予備校のノリで学ぶ大学数学(用上補習班的心情學大學數學)》(東京圖書)、《鍛鍊你的「微積感」!:連文科生都能一小時搞懂的微積分》(五南)。

图书目录

前言……3

HOME ROOM 1 為什麼你應該學相對論?……12
HOME ROOM 2 只要用「國中數學」就能理解相對論!……14
HOME ROOM 3 狹義相對論的3個重點……20
HOME ROOM 4 搞懂相對論,就能理解這世界!……26
HOME ROOM 5 要搞懂相對論最重要的一件事……31

第1章 什麼是「光速不變原理」?
LESSON 1 相對論到底厲害在哪裡?……34
LESSON 2 解開「光」的“巨大謎題”的愛因斯坦……36
LESSON 3 「移動中物體」之速度的計算方法……39
LESSON 4 什麼是「慣性系統」?……45
LESSON 5 光從「所有慣性系統」看來速度都一樣……48
LESSON 6 以光速移動時不能「自拍」?……55
LESSON 7 狹義相對論的指導原理……58

第2章 什麼是「同時性的相對性」?
LESSON 1 「時間」和「空間」其實不是「絕對的」?……62
LESSON 2 為什麼「時間」會膨脹?……65
LESSON 3 明明是「同時發生」卻不是「同時」……72
LESSON 4 所以說,「同時性的相對性」到底是什麼意思?……75

第3章 什麼是「時間膨脹」?
LESSON 1 我們每個人都活在不同的「時間軸」?……82
LESSON 2 所以說,「時間膨脹」到底是什麼意思?……110

第4章 什麼是「長度收縮」?
LESSON 1 相對論中的「空間」是什麼?……118
LESSON 2 所以說,「長度收縮」到底是什麼意思?……129

第5章 什麼是「質能等價」?
LESSON 1 原來「質量守恆定律」其實是錯的?……142

特別課程 用時空圖理解相對論
JIKUZU 1 用時空圖將「時間和位置」視覺化……164
JIKUZU 2 時空圖會隨慣性系統改變……168
JIKUZU 3 將2個時空圖合起來思考……178

結語……183

图书序言

  • ISBN:9789865115821
  • 叢書系列:樂讀科普
  • 規格:平裝 / 184頁 / 14.7 x 21 x 1.1 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

前言
 
  目前,我正在YouTube上經營一個名為「予備校のノリで学ぶ『大学の数学・物理』(用上補習班的心情學大學數學・物理,簡稱:YOBINORI)」的頻道,為理科的大學生或考生製作物理學的授課影片。至今發表的影片數量在2019年11月的現在已超過350部,頻道訂閱者也突破20萬人。
 
  我在頻道上發表的影片一部長度大約10分鐘,都是能利用零碎時間輕鬆看完一個單元的短片。然而,在數學和物理的世界,仍有一些需要好好坐下來花上半天時間研讀才能大幅提升理解度的單元。
 
  其中之一,就是前作《鍛鍊你的「微積感」!》。
 
  而本系列第二本著作所挑選的主題,則是「相對論」。相對論是20世紀初葉由阿爾伯特‧愛因斯坦提出的一個非常有名的理論。相信文科畢業的人應該也大多「聽過這名字」。
 
  相對論從根本上顛覆了我們在日常生活中對「空間和時間」的概念。
  換言之,學習相對論,就等於學習我們所生活世界的「真實面貌」。
  學懂相對論後,你眼中所見的世界將會變成截然不同的風貌。
  我自己也是,在第一次學到相對論時,也感受到了自己眼前的世界彷彿嘩啦嘩啦瞬間崩塌的震撼。
 
  在拿起本書的讀者中,也許有不少人都會擔心「要讀懂相對論應該要具備數學和物理學的高深知識吧?」。
  不過,經過本書的詳盡解說,你會發現要搞懂相對論其實只需要「國中數學」程度的知識。當然,你完全不必先讀過微積分。
 
  另外,跟前作一樣,本書是以對物理和數學一竅不通的社會人為目標讀者而設計的60分鐘課程。
  相信本書的內容一定會你看完後大嘆「我從來沒有看過這麼簡單易懂的相對論解釋!」。
  如果本書能讓這世上多一個人人覺醒「理科腦」,就是我最大的榮幸了。
 
Yobinori Takumi

用户评价

评分

這本書的封面設計得挺有意思,色彩搭配和字體選擇都蠻吸引人的,讓人一看就知道這不是那種硬梆梆的教科書。我平常對物理真的沒什麼概念,尤其是愛因斯坦的那些東西,聽起來就讓人頭皮發麻,但這本書的「超入門」三個字真的很關鍵,給了我嘗試的勇氣。我記得上次去書店看到類似的科普書,內容動不動就跳到高等數學,馬上就想退避三舍了。這本倒是很友善,光是標題就讓人覺得「沒關係,就算我高中物理不及格,也能試著了解一下」。這種從讀者視角出發的企圖心,在台灣的科普市場上其實是相當難得的。很多號稱入門的書,其實只是把大學的內容拆解得更零碎,根本沒有真正降低理解的門檻。如果這本書真的能做到連文科生都能輕鬆讀懂,那絕對是科普界的超級英雄了。我特別期待它在解釋那些抽象概念時,會不會用生活化的比喻,畢竟,要把時空彎曲這種事講得像在聊隔壁鄰居的八卦一樣容易懂,那才叫真本事。總之,光是從包裝和定位來看,它已經成功地引起了我這個物理絕緣體的好奇心了。

评分

坦白講,在台灣的科普書市場上,很多「大師」級的著作其實翻譯腔很重,讀起來總覺得卡卡的,不像在跟一個真正的「人」對話。我非常期待這本《相對論超入門》在語言風格上能展現出台灣本土化的特色,或者至少是流暢、貼近現代白話文的語氣。我們不希望讀到那種冗長、充滿學術術語的句子結構,而是像聽一位很厲害的教授在課堂上,用最生動、最能引起共鳴的方式在解說。如果作者能穿插一些歷史典故,例如愛因斯坦當時在想什麼,他在提出理論時遭遇了哪些質疑,這樣的「人味」會讓整個理論顯得不那麼遙不可及。科學發展不是無菌室裡的產物,它是充滿掙扎和靈感的過程。如果這本書能把理論與「人」的故事結合起來,那它就不再只是一本物理書,而是一部關於人類智慧的傳記。這種溫度感,是機器冷冰冰的知識灌輸永遠無法取代的。

评分

老實講,現在市面上關於相對論的書多到爆炸,大家都在搶這個熱門主題,但真正能抓住「非專業」讀者胃口的,卻是鳳毛麟角。我比較在意的是,作者在處理理論演進的脈絡時,會不會過度簡化而失真。畢竟,科學的魅力就在於它的嚴謹性,如果為了追求「輕鬆易懂」而把很多關鍵的邏輯跳過去,那就變成一場空洞的講解,讀完後腦袋還是一片空白,根本沒辦法在朋友面前炫耀一下自己剛學到的新知。我希望它在介紹狹義相對論和廣義相對論的區別時,能夠有非常清晰的界線劃分,不要混在一起講,這對初學者來說是最大的障礙之一。我還在觀察它如何處理「光速不變」這個核心概念,這東西聽起來簡單,但背後的推論卻非常反直覺。如果作者能設計一些有趣的思考實驗(Thought Experiments),而不是單純拋出公式,那這本書的價值就會大大提升。畢竟,我們這些文科生要的不是一張物理試卷,而是一場思維上的冒險。

评分

從排版和書籍裝幀的質感來看,這本書似乎很注重閱讀的舒適度。書本的紙張選用,還有內文字體的大小和行距,都是影響閱讀體驗的關鍵因素。我常常覺得有些引進的翻譯書,字體小到像螞蟻一樣,讀個兩頁眼睛就開始酸痛,根本無法進入那個知識的殿堂。如果這本書在台灣發行時,有針對本地讀者的閱讀習慣做優化,那真的是佛心來的設計。另外,我個人非常重視圖表的品質。相對論的理解,很多時候是依賴視覺輔助的,那些關於光錐、時空圖、重力透鏡之類的圖示,如果能畫得清晰、標示明確,甚至是彩色的,那就太棒了。黑白、模糊的插圖根本是災難,它會讓本來就抽象的概念變得更加遙遠難以親近。我希望它在視覺呈現上能達到一個專業水準,而不是像某些學術書一樣,只顧內容而犧牲了視覺的享受,畢竟,我們要的可是「超入門」,就是要讓閱讀過程賞心悅目才行。

评分

說到價格,在台灣買科普書的成本其實不低,尤其引進的精裝本動輒數百元。所以,在決定入手之前,我會很仔細地研究它的「CP值」,也就是內容的深度與價格之間的平衡。如果一本書賣得貴,但內容卻是網路上隨便搜尋就能找到的二手資訊,那實在是太不划算了。我希望這本書在探討相對論的基礎概念之外,還能稍微觸及一些當代物理學的議題,哪怕只是點到為止,讓我能知道相對論後面的世界長什麼樣子。例如,它會不會提到引力波的發現,或者黑洞的最新觀測?這些最新的進展能讓讀者感覺自己跟上了時代的脈動。如果它能在我已經有點了解基礎之後,還能拋出幾個讓我回家後忍不住上網搜尋延伸閱讀的「懸念」,那就說明這本書的價值遠超乎它的定價了。一本好的入門書,不只是讓你「懂了」,更重要的是讓你「想學更多」。

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