相對論超入門:連文科生也能輕鬆讀懂劃時代理論

相對論超入門:連文科生也能輕鬆讀懂劃時代理論 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

Yobinori Takumi
圖書標籤:
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具體描述

史上最短、最容易理解的劃時代教學!
睏難的用語、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瞭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「真實麵貌」。
  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瞭「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」的部分隻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齣現的時光機那樣,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,根據您的要求,我將為您創作一本名為《宇宙的呢喃:從量子糾纏到暗能量的奇妙旅程》的圖書簡介。該簡介將聚焦於現代物理學的其他前沿領域,詳細闡述其內容,確保不提及您提供的書名,且行文風格自然、信息豐富。 --- 宇宙的呢喃:從量子糾纏到暗能量的奇妙旅程 獻給所有對宇宙終極奧秘心懷好奇的探索者 我們身處的宇宙,其運作的底層邏輯,遠比我們日常的直覺所能觸及的更加奇異、精妙,甚至帶著一絲魔幻色彩。從微小到不可思議的粒子尺度,到浩瀚無垠的星係尺度,物理學正以前所未有的速度揭示著那些支配著萬物生滅的終極法則。 本書《宇宙的呢喃》並非要重述經典力學的基石,而是帶領讀者深入現代物理學的兩大核心疆域:微觀世界的怪誕性(量子物理)與宏觀宇宙的未解之謎(宇宙學與暗物質/暗能量)。這是一場跨越尺度、挑戰認知的旅程,旨在讓非專業讀者也能清晰地把握這些劃時代概念的精髓及其對人類文明的深遠意義。 --- 第一部分:微觀的迷宮——量子世界的顛覆性革命 在經典物理學的宏偉殿堂之外,隱藏著一個完全由概率和不確定性主宰的微觀領域。本部分將係統地剖析量子力學的核心概念,探究它們如何徹底顛覆瞭我們對“實在性”的傳統認知。 第一章:世界的顆粒性與波粒二象 我們首先要理解,物質並非連續不斷的,而是由微小的“能量包”——量子——構成的。本章將詳細介紹普朗剋的黑體輻射之謎如何催生瞭量子化概念,以及光子和電子如何展現齣既像粒子又像波的詭異特性。我們將通過思想實驗,直觀地理解“雙縫乾涉實驗”這一物理學史上最富爭議的實驗,探究觀察行為本身對物理現實産生的影響。 第二章:疊加態與薛定諤的貓 量子力學的核心魅力在於“疊加態”——一個粒子可以同時處於多種可能狀態的奇特現象。我們不僅會解釋這一概念在數學上的錶達,更會深入探討“薛定諤的貓”這一著名思想實驗的深層含義。這不僅僅是一個關於貓生死的悖論,更是對“測量問題”——即量子態如何坍縮為確定的經典結果——這一核心難題的哲學探討。 第三章:幽靈般的超距作用——量子糾纏的奧秘 如果說疊加態已經足夠驚人,那麼“量子糾纏”(Quantum Entanglement)則將怪異程度推嚮瞭極緻。愛因斯坦曾輕衊地稱之為“幽靈般的超距作用”。本章將詳細解釋兩個或多個粒子如何被“綁定”,無論相隔多遠,對其中一個粒子的測量會瞬間影響到另一個粒子的狀態。我們將探討貝爾不等式(Bell’s Inequality)如何通過實驗證實瞭這種“非定域性”的關聯,並展望量子糾纏在量子計算和量子通信領域的革命性潛力。 第四章:量子場論的圖景——萬物皆是激發態 要將量子力學與狹義相對論結閤,我們需要進入更高階的理論框架——量子場論(QFT)。本章將引入費曼圖(Feynman Diagrams)這一強大的可視化工具,幫助讀者理解基本粒子是如何通過交換虛粒子進行相互作用的。我們將簡要介紹標準模型(Standard Model)的構建,以及它如何成功描述瞭電磁力、強核力與弱核力這三種基本作用力。 --- 第二部分:宇宙的宏大敘事——從引力彎麯到暗界探索 我們的目光從微觀尺度拉升至宇宙的邊界。本部分將聚焦於廣義相對論所描繪的動態宇宙圖景,以及現代宇宙學觀測所揭示的、占據宇宙絕大部分質量與能量的神秘物質與能量形式。 第五章:時空的織物——廣義相對論的幾何學 牛頓的引力是“力”,而愛因斯坦的引力是“幾何”。本章將用通俗易懂的語言解釋廣義相對論的核心思想:質量和能量告訴時空如何彎麯,時空告訴物質如何運動。我們將解析引力透鏡效應、水星近日點進動等經典驗證,並探討時空彎麯帶來的極端現象——黑洞的形成、事件視界以及奇點的概念。 第六章:宇宙的膨脹與宇宙微波背景輻射(CMB) 宇宙並非靜止的,它正在加速膨脹。本章將追溯哈勃的觀測如何奠定瞭現代宇宙學的基石,並深入探討宇宙微波背景輻射(CMB)這一“宇宙大爆炸的餘暉”。CMB圖譜上微小的溫度漲落,蘊含著早期宇宙的結構信息,是理解我們宇宙起源與演化的最寶貴“化石”。 第七章:隱形的骨架——暗物質的證據與猜想 我們所能看到的恒星、氣體和塵埃,僅占宇宙總物質構成的不到百分之五。那麼,剩下的絕大部分物質在哪裏?本章將詳細梳理支持暗物質存在的關鍵觀測證據,包括星係鏇轉麯綫的異常、星係團的引力效應,以及宇宙大尺度結構的形成。我們將介紹目前主流的候選粒子(如WIMPs等)及其探測的最新進展,揭示我們如何試圖“稱量”這個看不見的宇宙骨架。 第八章:驅動加速膨脹的神秘力量——暗能量的崛起 如果說暗物質是宇宙的“膠水”,那麼暗能量就是宇宙的“反引力引擎”。本章將解釋對遙遠超新星觀測的分析如何齣人意料地揭示瞭宇宙膨脹正在加速,這需要一種具有負壓力的、均勻分布的神秘能量來驅動。我們將探討暗能量最簡潔的模型——宇宙學常數(Lambda),以及其他更具動態性的理論嘗試,如第五元素(Quintessence),並思考暗能量對宇宙終極命運的決定性影響。 --- 結語:未完成的交響樂 《宇宙的呢喃》的收官部分將把讀者帶迴當前物理學最前沿的思辨場域。我們麵臨著兩大理論體係的終極不兼容——量子力學與廣義相對論。本章將簡要介紹量子引力的探索方嚮,例如弦理論(String Theory)和圈量子引力(Loop Quantum Gravity),它們試圖描繪一個更統一、更完整的宇宙藍圖。 本書旨在激發讀者對科學的敬畏之心,理解人類認知邊界的拓展是多麼的艱難而又激動人心。宇宙的呢喃仍在繼續,而我們,正站在聆聽和解碼這些宏偉樂章的最前沿。 準備好,與我們一同穿越時空的迷霧,觸摸那些定義瞭我們存在的終極法則。

著者信息

作者簡介
 
Yobinori Takumi(ヨビノリたくみ)
 
  教育係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瞭從事6年的補習班講師一職,為瞭推廣科普知識,決定開設YouTube頻道「予備校のノリで學ぶ『大學の數學・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年鞦天起在AbemaTV的東大閤格企劃節目『DRAGON堀江』以綽號「數學魔術師」的數學講師身分登場。
 
  目前除以教育係YouTuber的身分繼續活動外,也齣演瞭包含綜藝節目在內的各種活動與電視企劃。
 
  著作有《予備校のノリで學ぶ大學數學(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)。

圖書目錄

前言……3

HOME ROOM 1 為什麼你應該學相對論?……12
HOME ROOM 2 隻要用「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「慣性係統」?……45
LESSON 5 光從「所有慣性係統」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 時空圖會隨慣性係統改變……168
JIKUZU 3 將2個時空圖閤起來思考……178

結語……183

圖書序言

  • ISBN:9789865115821
  • 叢書係列: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
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

前言
 
  目前,我正在YouTube上經營一個名為「予備校のノリで學ぶ『大學の數學・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。至今發錶的影片數量在2019年11月的現在已超過350部,頻道訂閱者也突破20萬人。
 
  我在頻道上發錶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纔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」!》。
 
  而本係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‧愛因斯坦提齣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瞭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「真實麵貌」。
  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,也感受到瞭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隻需要「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」,就是我最大的榮幸瞭。
 
Yobinori Takumi

用戶評價

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。如果這本書在颱灣發行時,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,我個人非常重視圖錶的品質。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,那就太棒瞭。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,隻顧內容而犧牲瞭視覺的享受,畢竟,我們要的可是「超入門」,就是要讓閱讀過程賞心悅目纔行。

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坦白講,在颱灣的科普書市場上,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齣颱灣本土化的特色,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,他在提齣理論時遭遇瞭哪些質疑,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,它是充滿掙紮和靈感的過程。如果這本書能把理論與「人」的故事結閤起來,那它就不再隻是一本物理書,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。

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說到價格,在颱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,那實在是太不劃算瞭。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,哪怕隻是點到為止,讓我能知道相對論後麵的世界長什麼樣子。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瞭時代的脈動。如果它能在我已經有點瞭解基礎之後,還能拋齣幾個讓我迴傢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瞭。一本好的入門書,不隻是讓你「懂瞭」,更重要的是讓你「想學更多」。

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老實講,現在市麵上關於相對論的書多到爆炸,大傢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,如果為瞭追求「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,根本沒辦法在朋友麵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),而不是單純拋齣公式,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捲,而是一場思維上的冒險。

评分

這本書的封麵設計得挺有意思,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,給瞭我嘗試的勇氣。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,馬上就想退避三捨瞭。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,也能試著瞭解一下」。這種從讀者視角齣發的企圖心,在颱灣的科普市場上其實是相當難得的。很多號稱入門的書,其實隻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瞭。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,要把時空彎麯這種事講得像在聊隔壁鄰居的八卦一樣容易懂,那纔叫真本事。總之,光是從包裝和定位來看,它已經成功地引起瞭我這個物理絕緣體的好奇心瞭。

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