虛數:完整數的世界 觀念伽利略3

虛數:完整數的世界 觀念伽利略3 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

日本Newton Press
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具體描述

★日本牛頓授權2021全新係列
★以手繪插圖、四格漫畫搭配文字敘述,兼顧圖解與訊息量
★整理觀念精華,掌握重點,提高學習效率


  虛數是個相當抽象的觀念,這從它的英文imaginary number就可以「想像」。虛數正是「想像齣來的數」,用i來代錶,定義是(-1)的平方根。也就是說,虛數的平方是負數,這跟一般「負負得正」的概念是相反的。

  但是在量子世界想要觀測微觀世界,就要用到虛數計算;而在天文領域想要探究宇宙初始的大謎題,也會討論到虛數時間。

  由於虛數的抽象性,以及實際運用的重要性,人人齣版有三個係列都處理瞭「虛數」的題材:《更加瞭解虛數:平方為數的神奇數》(人人伽利略)、《虛數:輕鬆認識虛數》(少年伽利略),以及「觀念伽利略」係列的《虛數:完整數的世界》。

  本書著重以文字來解釋虛數,搭配情境題目,與讀者一起驗證虛數被大眾承認的過程,建立清楚的觀念吧!

係列特色

  1. 日本牛頓齣版社獨傢授權。
  2. 以手繪插圖、四格漫畫與專欄小故事,兼顧圖解與訊息量。
  3. 清楚解釋基本觀念,搭配「人人伽利略」、「少年伽利略」係列,提升學習效果。
 
宇宙的織錦:探索多元宇宙的物理學前沿 一部引人入勝的科普著作,帶領讀者深入當代物理學最富爭議、最迷人的領域——多重宇宙理論。 自古以來,人類便對我們所處的“世界”的邊界感到好奇。我們所能觀測到的星辰、星係,是否就是一切的全部?《宇宙的織錦》將帶領讀者穿越時空,從經典的宇宙學模型齣發,逐步揭示現代物理學如何一步步將“單一宇宙”的觀念推嚮“多元宇宙”的宏大圖景。這不是一部充滿晦澀公式的教科書,而是一場思想的探險,旨在用清晰、生動的語言,闡述那些驅動著理論物理學傢夜不能寐的深刻問題。 第一部分:何為“宇宙”?從牛頓到愛因斯坦的邊界收縮 本書的開篇,將考察人類對“宇宙”認知的曆史演變。早期的世界觀中,宇宙是有限且以地球為中心的。隨後,哥白尼和伽利略的革命性發現,將地球推嚮瞭太陽係的一隅,宇宙的尺度開始膨脹。 我們將迴顧牛頓引力理論如何成功地將行星運動統一於一個可預測的框架內。然而,這種確定性的世界觀在二十世紀初受到瞭劇烈的衝擊。愛因斯坦的狹義相對論與廣義相對論徹底重塑瞭我們對時間、空間和引力的理解。廣義相對論描繪瞭一個動態、彎麯的時空結構,並為大爆炸理論奠定瞭理論基礎——我們所知的宇宙,有一個起源,並且正在膨脹。 然而,廣義相對論本身也為未來的難題埋下瞭伏筆。當我們將目光投嚮宇宙的極端區域——黑洞的奇點,或大爆炸的初始瞬間——經典物理學的方程開始崩潰,預示著我們需要一個更深層次的理論來描述現實的本質。 第二部分:量子之舞與真空的沸騰 要理解多元宇宙的可能性,我們必須深入二十世紀最成功的理論之一:量子力學。 量子力學描述瞭微觀粒子世界的怪異行為:不確定性原理、波粒二象性、以及著名的“疊加態”。在本書的這一部分,我們將詳細探討哥本哈根詮釋的核心思想,以及它所帶來的哲學睏境——測量行為如何使得一個概率雲塌縮為一個確定的現實? 隨之而來的,是量子場論(QFT)的構建,它成功地將量子力學與狹義相對論結閤起來,成為粒子物理學的標準模型。在QFT的框架下,我們發現“真空”並非空無一物,而是充滿瞭不斷産生和湮滅的虛粒子,即“量子漲落”。這種內在的活力,為多元宇宙的産生提供瞭最初的能量基礎。 第三部分:暴脹的宇宙與永恒的創生 當代宇宙學最引人注目的理論之一,是關於大爆炸初期瞬間的“暴脹模型”。 暴脹理論解決瞭標準大爆炸模型中遺留的幾個核心問題,如視界問題和平坦性問題。它假設在宇宙誕生後的極短時間內,它經曆瞭一次指數級的、極速的膨脹。 但正是暴脹模型本身,催生瞭最激進的多元宇宙猜想——永恒暴脹(Eternal Inflation)。如果暴脹一旦開始,它在某些區域會永遠持續下去,而隻有在局部區域,暴脹纔會停止,形成我們所觀察到的“泡泡宇宙”。 《宇宙的織錦》將詳細分析永恒暴脹的數學邏輯,解釋為何這種機製似乎是不可避免的。在這樣的場景下,我們的宇宙不再是唯一的劇場,而是永恒膨脹海洋中無數氣泡中的一個。每一個“泡泡”可能擁有不同的物理常數、不同的維度,甚至不同的粒子種類。這引齣瞭一個深刻的問題:我們宇宙中那些看似“精調”的常數,究竟是宇宙學的必然結果,還是僅僅是“中奬”的結果? 第四部分:弦論與景觀:無限的可能性之海 當我們試圖將引力納入量子框架時,我們遇到瞭理論上的瓶頸。弦論(String Theory)及其後繼的M理論,被視為最有希望統一所有基本力的“萬有理論”。 弦論的核心觀點是,所有基本粒子都是一維的、振動的“弦”。為瞭保持數學上的自洽性,弦論要求時空必須具有額外的、捲麯的維度(通常是九個或十個空間維度)。 本書將探討卡拉比-丘流形(Calabi-Yau Manifolds)的概念,它們是描述這些額外維度如何“捲麯”的方式。令人震驚的是,理論物理學傢發現,這些捲麯方式的可能性是天文數字般的——估計有 $10^{500}$ 種之多。 這 $10^{500}$ 種不同的可能性,對應著 $10^{500}$ 種不同的物理定律和基本常數。弦論的這種“景觀”(Landscape)效應,與永恒暴脹結閤起來,為我們提供瞭一個基於理論推導的、極其廣闊的“多元宇宙圖譜”。我們的宇宙,僅僅是這個龐大景觀中能量最低、最穩定的一個區域。 第五部分:多重宇宙的分類與可觀測性之辯 多元宇宙不再是一個單一的假說,它在現代物理學中以多種形式齣現。本書將清晰地區分物理學傢們正在研究的主要類型: 1. 第一類:可觀測範圍之外的區域(基於有限光速和宇宙膨脹)。 2. 第二類:暴脹産生的“泡泡宇宙”(具有不同物理常數)。 3. 第三類:量子力學的多世界詮釋(Many-Worlds Interpretation, MWI),即每一個量子測量都會導緻宇宙分裂。 4. 第四類:膜宇宙(Brane Worlds),即我們的宇宙是高維空間中一張“膜”上的投影。 然而,挑戰在於:如果這些其他宇宙在定義上是不可觀測的,它們是否仍屬於科學範疇?本書將深入探討尋找多元宇宙存在的“間接證據”的努力,例如宇宙微波背景輻射中可能存在的“宇宙撞擊點”的痕跡,以及對基礎物理常數選擇的“人擇原理”的哲學反思。 結語:重塑現實的邊界 《宇宙的織錦》不僅介紹瞭前沿的理論,更激發瞭讀者對“實在”本質的終極思考。我們所熟悉的物理定律,是宇宙獨一無二的規定,還是在無限的可能中偶然齣現的穩定配置?探索多元宇宙,是對人類認知邊界的一次終極挑戰,它要求我們將科學的視野從我們能觸及的星空,拓展到我們能夠想象的,甚至不能完全想象的每一個可能性。

著者信息

圖書目錄

緒論
這就是虛數!⋯⋯⋯⋯⋯10
虛數的誕生,來自於無解的問題 ⋯⋯⋯⋯⋯12
用麵積思考「和為10,積為40」⋯⋯⋯⋯⋯14
[專欄]在日本用來錶示麵積的單位 ⋯⋯⋯⋯⋯16
 
1. 虛數就這樣誕生瞭!
布滿數線的「實數」世界 ⋯⋯⋯⋯⋯20
有4000 年歷史的2 次方程式 ⋯⋯⋯⋯⋯22
古代美索不達米亞人早已解開2 次方程式 ⋯⋯⋯⋯⋯24
若沒有「平方為負之數」,便無法解答 ⋯⋯⋯⋯⋯26
最先齣現虛數的書:《大術》⋯⋯⋯⋯⋯28
卡當諾創造瞭虛數 ⋯⋯⋯⋯⋯30
以「公式解」求解卡當諾問題!① ⋯⋯⋯⋯⋯32
以「公式解」求解卡當諾問題!② ⋯⋯⋯⋯⋯34
以「公式解」求解卡當諾問題!③ ⋯⋯⋯⋯⋯36
Q答案為虛數之方程式 ⋯⋯⋯⋯⋯38
A答案為虛數?⋯⋯⋯⋯⋯40
笛卡兒把虛數稱為「子虛烏有的數」⋯⋯⋯⋯⋯42
沃利斯利用負麵積把虛數正當化 ⋯⋯⋯⋯⋯44
歐拉用「i」作為錶示虛數的符號!⋯⋯⋯⋯⋯46
[4格漫畫]背約的卡當諾 ⋯⋯⋯⋯⋯48
[4格漫畫]虛數是現代生活中不可或缺的一部分 ⋯⋯⋯⋯⋯49
 
2. 捕捉虛數的「樣貌」

利用數線將負數視覺化 ⋯⋯⋯⋯⋯52
虛數齣現於數線之外 ⋯⋯⋯⋯⋯54
由實數與虛數混閤構成的複數 ⋯⋯⋯⋯⋯56
[專欄]複數是虛數嗎?⋯⋯⋯⋯⋯58
利用箭頭思考「實數」的加法 ⋯⋯⋯⋯⋯60
利用箭頭思考「複數」的加法 ⋯⋯⋯⋯⋯62
[專欄]滑鼠的單位是「米奇」⋯⋯⋯⋯⋯64
 
3. 以鏇轉與放大進行複數運算!
負數的乘法運算是讓複數平麵上的點鏇轉180 度 ⋯⋯⋯⋯⋯68
虛數「i」的乘法運算是讓數線上的點鏇轉90 度 ⋯⋯⋯⋯⋯70
用i 與複數進行乘法運算 ⋯⋯⋯⋯⋯72
用複數與複數進行乘法運算 ⋯⋯⋯⋯⋯74
若用「3 + 2 i」進行乘法運算,北鬥七星將鏇轉放大 ⋯⋯⋯⋯⋯76
[專欄]北鬥七星曾是皇帝的座車?⋯⋯⋯⋯⋯78
以複數平麵確認「卡當諾問題」① ⋯⋯⋯⋯⋯80
以複數平麵確認「卡當諾問題」② ⋯⋯⋯⋯⋯82
[專欄]虛數有大小嗎?⋯⋯⋯⋯⋯84
[專欄]高斯平麵的發現者 ⋯⋯⋯⋯⋯86
用「複數平麵」來尋寶 ⋯⋯⋯⋯⋯88
用「複數平麵」來尋寶 Step1 ⋯⋯⋯⋯⋯90
用「複數平麵」來尋寶 Step2 ⋯⋯⋯⋯⋯92
用「複數平麵」來尋寶 Step3 ⋯⋯⋯⋯⋯94
Q按鈕在哪裡?⋯⋯⋯⋯⋯96
A順利脫睏!⋯⋯⋯⋯⋯98
[專欄]所謂的第二虛數是不存在的嗎?⋯⋯⋯⋯⋯100
[4格漫畫]纔華洋溢的高斯 ⋯⋯⋯⋯⋯102
[4格漫畫]計算星體的齣現時刻 ⋯⋯⋯⋯⋯103
 
4. 現代科學與虛數

探索微觀世界的「量子力學」……………106
沒有虛數,便無法說明電子行為 ⋯⋯⋯⋯⋯108
宇宙初始時,物理法則是不成立的?⋯⋯⋯⋯⋯110
在宇宙誕生之際,可能流動著虛數時間 ⋯⋯⋯⋯⋯112
宇宙初始因虛數時間而變得「平滑」⋯⋯⋯⋯⋯114
結閤虛數與波的「歐拉公式」⋯⋯⋯⋯⋯116
若想解析波與波動,絕對不能缺少歐拉公式 ⋯⋯⋯⋯⋯118
全世界最美算式「歐拉恆等式」⋯⋯⋯⋯⋯120
[專欄]為什麼虛數跟自然界有關呢?⋯⋯⋯⋯⋯122
[4格漫畫]薛丁格的小孩 ⋯⋯⋯⋯⋯124
[4格漫畫]薛丁格的貓 ⋯⋯⋯⋯⋯125
 

圖書序言

  • ISBN:9789864612574
  • 叢書係列:觀念伽利略科學叢書
  • 規格:平裝 / 128頁 / 14.8 x 21 x 1 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

用戶評價

评分

這本書的排版和字體選擇,給人一種沉穩、耐人尋味的感覺,不會有那種為瞭吸引眼球而設計的花俏裝飾,完全是內容為王。我常常覺得,一本好的科普書,它的「閱讀體驗」本身就是內容的一部分。如果作者是想探討「完整」這個概念,那麼書本的物理呈現,也應該要體現齣某種程度上的完整性或平衡感。我很好奇作者是如何將那些抽象到幾乎無法想像的數係,轉化為我們可以用日常生活經驗去類比的例子。特別是如果它涉及瞭複數或更高維度的思考,那如何避免讓讀者在腦中迷失方嚮,是一門大學問。我希望作者的論述是層層遞進、紮實穩固的,而不是一開始就丟齣太過跳躍的結論,讓人望而卻步。

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翻開書本的前幾頁,那個語氣就非常到位,有一種老派知識分子跟你娓娓道來的親切感,但同時又帶著一種銳利的批判性。它不是那種故作高深的學術論文,而是很誠懇地在對話,像是在跟你討論下午茶時該配什麼點心一樣自然,隻是談論的主題是數的本質。我注意到作者在敘述一些歷史脈絡時,特別著重於「觀念的轉變」,而不是單純的年代羅列。這點非常重要,因為很多時候我們學到的知識都是被簡化和標準化過的結果,卻丟失瞭當初發現者那種「豁然開朗」的震撼感。如果這本書能成功地把那種歷經掙紮、最終突破的過程描繪齣來,那讀者光是跟著作者走一遍這個思想的旅程,就已經值迴票價瞭。畢竟,知識如果沒有瞭溫度和故事,就隻是一堆冰冷的符號而已,而這本書顯然不想隻停留在符號的層麵。

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這本書的封麵設計真的很有意思,那種深邃的藍色配上線條感的圖案,一下子就把人拉進一個數學的宇宙裡。我常常在想,現代人學數學,是不是越來越少去思考那些最基本的概念瞭?我們都在忙著計算、忙著套用公式,卻忘瞭「數」本身到底是什麼。這本書的書名雖然聽起來有點硬,但我覺得它更像是一種邀請,邀請我們重新檢視那些看似熟悉、卻又充滿神秘感的數學世界。光是看到「觀念伽利略」這個副標題,我就能想像作者肯定是用一種很顛覆傳統、很啟發性的方式來闡述觀點。我特別期待它能帶領讀者跳脫教科書的框架,去體會數學背後更宏大、更哲學的意義。我身邊很多朋友都說學數學很枯燥,但如果能有這樣一本引人入勝的書來當作敲門磚,或許能讓更多人對數學產生興趣,不再隻把它視為考試的工具,而是欣賞一種思考的藝術。這種深度的探索,在颱灣的科普書市場上其實不算常見,通常都是偏嚮實用或工具書,所以這本感覺特別珍貴。

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總體來說,這本書給我的感覺,像是在一個已經被水泥叢林覆蓋的城市裡,突然發現瞭一塊未被開發的古老花園。它不是在教你怎麼蓋新的大樓,而是在提醒你,腳下這塊土地的根基是什麼、它原本長什麼樣子。這對於習慣快速吸收資訊的現代人來說,或許是一種挑戰,需要放慢腳步,靜下心來跟著作者的思路走。我特別欣賞這種願意去觸碰那些被主流教育體係邊緣化的「觀念本質」的努力。在颱灣,很多時候我們都在追求「實用性」,但真正能讓我們走得更遠的,往往是那些看似「無用」卻能支撐起所有知識體係的基礎概念。這本書,我認為就是提供瞭一次深度迴溯的機會,去重新認識我們賴以生存的數學語言的最深層結構。

评分

閱讀這本關於「數」的書,最讓我驚喜的是它處理「不確定性」和「邊界條件」的方式。在我們日常的認知裡,數往往代錶著精確和絕對,但這本書似乎在挑戰這個前提。我猜測它可能涉及瞭某些現代數學分支的基礎思想,像是集閤論的悖論,或者更基礎的邏輯結構。在颱灣的教育體係裡,我們對數學的訓練往往是「求一個標準答案」,但現實世界哪有這麼多標準答案?如果這本書能讓人理解,那些看似「不存在」或「無法定義」的數係,其實是更完整邏輯架構所必須包含的元素,那將會極大地拓寬我們看待問題的角度。我認為這比學會解任何一個複雜的微積分題目都更有價值,因為它訓練的是一種「容忍模糊性」的能力,這在當代社會簡直是必備的生存技能。

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