解密相對論:說明時空之謎與重力現象的理論  人人伽利略29

解密相對論:說明時空之謎與重力現象的理論 人人伽利略29 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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具体描述

★日本牛頓獨家授權精美圖解
★認識「廣義相對論」和「狹義相對論」的基礎概念
★瞭解相對論對現代物理學和科技的應用
 
  「如果與美女對坐一小時,可能只覺得過了一分鐘。但若坐在火爐上一分鐘,會覺得似乎過了一小時以上。」愛因斯坦在一篇實驗報告的摘要用了這段話,巧妙形容出相對論的奧妙之處。
 
  相對論聽起來非常深奧遙遠,但它可以解釋太陽為何可以持續燃燒數十億年,還有鐵會被磁鐵吸引的原因,我們常用的GPS定位系統,也靠相對論的計算,才能減少傳遞資訊的時間差等等。不用多說,相對論是時間、空間相關的革命性理論,也是現代物理學的重要基礎。
 
  根據相對論的說法,時間跟空間都會伸縮。那麼,我們是否能夠回到過去或前往未來呢?真的有可能進行星際旅行嗎?相對論不僅為物理學帶來巨大貢獻,與生活還有什麼關聯性呢?本書還特別以電腦繪圖模擬相對論實際上看起來的樣子,如果過去對相對論不是非常瞭解,又或可能有些誤解,趕快透過本書的專業圖解,感受相對論的魅力之處吧!
 
本書特色
 
  1. 本書系取得日本牛頓出版社的授權,以精美插圖、珍貴照片及電腦模擬圖像,深入淺出解說科學知識,淺顯易懂。
  2. 以一書一主題的系統化,縱向深入閱讀,橫向觸類旁通,主題涵蓋天文、數學、物理、化學、生命科學等領域。
  3. 以不同的角度提出各種科學疑問,啟發讀者對科學的探究興趣。
宇宙的织锦:探索量子纠缠、弦理论与多维空间的奥秘 一部带领读者深入现代物理学前沿,领略宇宙终极奥秘的恢宏巨著。 本书并非聚焦于我们所熟知的经典物理框架,而是将目光投向那些最令人困惑、最引人入胜的领域:量子力学的非定域性、超越四维时空的结构猜想,以及试图统一所有基本力的宏伟理论蓝图。我们不再满足于对日常现象的精确描述,而是要探究物质最深层的本质,揭示隐藏在时空表象之下的真实架构。 第一部分:微观世界的幽灵——量子革命的未竟之路 在经典物理学眼中,宇宙是一架精确运行的巨大钟表。然而,进入二十世纪,量子力学的诞生彻底颠覆了这一认知。本书将带领读者绕开教科书中的基础概念,直接深入到量子力学中最具哲学冲击力和实验验证价值的前沿领域。 1. 量子纠缠:爱因斯坦的“鬼魅般的超距作用”的现实化 纠缠态,这一量子力学中最反直觉的现象,是本书探讨的第一个核心议题。我们将详细剖析贝尔不等式的建立及其对定域实在论的致命打击。这不是简单的“两个粒子连接在一起”,而是探讨在测量一个粒子的瞬间,另一个遥远粒子的状态如何瞬间确定这一过程的内在逻辑与物理含义。 非定域性的哲学辩论: 探讨是否存在“隐变量”来恢复定域实在性,以及最新的实验(如基于光纤和卫星的远程纠缠验证)如何一次次将我们推向一个需要彻底重新定义“存在”的哲学境地。 量子隐形传态的原理与局限: 深入解析量子信息如何在不传输物质本身的情况下,实现状态的传递。这并非科幻小说中的瞬间移动,而是信息层面的重构,它如何成为未来量子计算和量子网络的基础。 2. 量子场论的边界:从粒子到场的深刻转变 量子力学与狭义相对论的结合催生了量子场论(QFT),这是我们描述基本粒子(如标准模型中的夸克和轻子)的理论基础。然而,QFT 引入了“重整化”这一看似妥协的数学技巧。 重整化的深刻含义: 为什么我们需要“消除”无穷大?重整化是否暗示了我们对能量尺度认识的局限性?本书将探讨高能物理实验(如大型强子对撞机)如何不断验证QFT的精确性,同时也暗示了在极高能量下,这一理论可能需要被更深层次的理论所取代。 真空的能量: 宇宙的真空并非空无一物,而是充满了虚粒子涨落的海洋。探讨这些零点能与宇宙学中观测到的暗能量之间的巨大数量级差异——著名的“真空灾难”,这是连接微观世界与宏观宇宙的又一个巨大鸿沟。 第二部分:超越时空的藩篱——弦理论的几何想象力 如果说量子力学描述了微观的跳跃性,那么弦理论则试图用一个统一的数学框架来描述所有基本力与物质。本书将重点阐述弦理论如何将传统上被视为不同实体的粒子,重新诠释为更高维度中微小“弦”的不同振动模式。 1. 维度的扩展:从三维空间到十一维空间 弦理论的核心在于其对空间维度的要求。为什么我们需要额外的六维或七维空间? 紧致化(Compactification)的必要性: 探讨卡拉比-丘流形(Calabi-Yau Manifolds)等复杂的几何结构,它们是如何在理论上“卷曲”起来,使得我们在日常生活中只能感知到三维空间。这些卷曲的形状如何决定了我们宇宙中粒子的精确质量和相互作用力? 膜(Branes)的概念: 引入M理论,这一被认为是十一种维度下所有五种超弦理论的统一框架。我们的三维宇宙很可能只是一个更高维度空间中的“膜”,其他维度则对我们不可见。 2. 对引力的自然纳入:弦理论的独特优势 与其他量子理论相比,弦理论最引人注目的成就在于它在数学结构中自然地包含了引力的量子描述——引力子。 统一的愿景: 探讨弦理论如何通过统一处理所有基本力(电磁力、强核力、弱核力以及引力)来完成爱因斯坦的终极梦想。 对黑洞熵的解释: 弦理论如何成功地从微观的弦和膜的排列组合,推导出贝肯斯坦-霍金关于黑洞熵的著名公式,这一理论上的里程碑极大地增强了弦理论的可信度。 第三部分:宇宙的结构与信息的终极归宿 在对微观和高维结构进行深入探索之后,本书将笔锋转向宏观宇宙的未解之谜,审视这些前沿理论如何试图解释我们所观测到的宇宙现象。 1. 暗物质与暗能量的弦论猜想 我们对宇宙的了解仅限于约5%的普通物质。剩下的95%由神秘的暗物质和暗能量构成。 超对称粒子的可能性: 探讨超对称(Supersymmetry, SUSY)作为弦理论的自然推论,如何为暗物质候选者提供理论基础。这些尚未被发现的超对称伙伴粒子是否就是弥漫在宇宙中的暗物质? 宇宙学常数的挑战: 面对暗能量驱动的加速膨胀,弦理论对宇宙学常数(真空能量)的预测依然存在巨大的困难。本书将分析当前理论如何试图通过微调维度或引入新的场来调和这一天文数字的差异。 2. 量子引力与信息悖论:黑洞的终结? 黑洞的事件视界是检验量子力学与广义相对论兼容性的终极实验室。 信息丢失悖论的深入分析: 当物质落入黑洞并最终通过霍金辐射蒸发殆尽时,其携带的量子信息去哪儿了?这直接挑战了量子力学中“信息永不丢失”的基本原则。 火墙(Firewall)的争议: 探讨基于量子信息理论提出的激进观点——事件视界可能存在一个高能的“火墙”,这将意味着爱因斯坦的等效原理在黑洞边缘被打破。这是一个关于时空结构本质的深刻冲突。 结语:未知的疆域与人类认知的边界 本书带领读者穿越了从贝尔不等式到M理论、从量子纠缠到黑洞信息悖论的广袤思想疆域。我们所揭示的,是物理学正站在一个需要范式转移的门槛上。这些理论固然充满数学上的美感和逻辑上的统一性,但它们仍需要实验的最终裁决。本书旨在激发读者对这些尚未解决的终极问题的兴趣,理解人类探索宇宙奥秘的雄心与当前面临的巨大认知挑战。我们所知的世界,或许只是一个更宏大、更奇异的现实结构中的微小投影。

著者信息

图书目录

一、相對論摘要
相對論誕生前夕
狹義相對論
E=mc^2
廣義相對論
 
二、相對論的兩大基礎公設
光速不變原理 ①∼②
變化的光速
以光速行進者
相對性原理 ①∼②
愛因斯坦與相對論 之一
16歲的疑問
馬克士威與馬赫
乙太之謎 ①∼②
兩大原理
 
三、伸縮的時空
時間的延緩 ①∼②
空間的收縮 ①∼②
「同時」的不一致
收縮物體看起來的真正情形
愛因斯坦與相對論 之二
突然閃現的靈感
時間與空間變化
與牛頓理論之間的矛盾
Column 1 根據相對論的速度加法
Column 2 從「時間圖」看交織的時間與空間
 
四、彎曲的時空
等效原理
彎曲的光
空間的彎曲 ①∼②
重力與時間的延遲
愛因斯坦與相對論 之三
重力與加速度等同
廣義相對論的誕生過程
廣義相對論的證明
 
五、孿生子悖論與時間旅行
孿生子悖論
弟弟的視點
哥哥的視點
解決方法 1
解決方法 2
時間旅行的方法
 
六、潛藏在物質中的龐大能量
質量轉化為能量
能量轉化為質量
速度與質量的關係
何謂質量(m)?
何謂能量(E)?
光與E=mc^2
 
七、從相對論衍生出來的現代物理學
狹義相對論與核反應
狹義相對論與質子質量
狹義相對論與加速器實驗
狹義相對論與同步輻射
狹義相對論與反粒子
狹義相對論與催化反應
狹義相對論與磁性的本質
時間延遲與GPS
廣義相對論與黑洞
廣義相對論與重力波
廣義相對論與宇宙論
愛因斯坦方程式
愛因斯坦「未完成的夢」 ①∼②
 
八、更加了解相對論
PART 1  藉由電腦模擬體驗相對論
以次光速穿過格子
通過眼前的汽車
兩個黑洞
黑洞拋擺
往黑洞落下
 
PART 2  超光速有可能實現嗎?
實現超光速的方法 ①∼②
實在的「超光速」現象 ①∼③
超光速粒子迅子 ①∼④

图书序言

  • ISBN:9789864612741
  • 叢書系列:人人伽利略科學叢書
  • 規格:平裝 / 176頁 / 21 x 27.5 x 0.88 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

用户评价

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坦白講,我對這類書籍的期待,其實常常是「打了折」的。因為坊間太多打著「人人都能懂」的旗幟,結果翻開來又是滿篇的術語和難以想像的數學符號,讀完後頭痛指數絕對破表,真正吸收到的東西寥寥無幾。所以,當我看到《解密相對論》這個標題時,心裡第一個盤算的是:作者到底用了什麼獨門絕技,才能把「相對性」這回事講得讓人不至於想直接把書闔上,轉去看一些輕鬆的日劇?特別是「時空之謎」這幾個字,聽起來就充滿了懸疑感,我希望它不只是在複述歷史上愛因斯坦的那些發現,而是能引導讀者進入那個思考的場景。我們台灣的科普教育其實很重視邏輯和基礎,但往往在「想像力延伸」這塊略顯不足。我盼望這本書能提供豐富的視覺化工具或比喻,讓我能真正「看見」那個四維時空是如何被恆星和行星扭曲的,而不是只停留在「彎曲」這個單詞的字面意思上。如果它能成功地讓我這位在台北通勤的凡人,體會到宇宙尺度的震撼,那這本書的價值就遠遠超過它的定價了。

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这本《解密相對論:說明時空之謎與重力現象的理論 人人伽利略29》光是看到書名,就讓人腦袋裡嗡嗡作響,感覺是本硬到不行的科普書。不過,說實在的,身為一個在台灣長大的讀者,對愛因斯坦的理論總是有一種敬畏又好奇的心情。以前在學校學的時候,那些什麼時空彎曲、光速不變,聽起來就像是科幻小說裡的設定,總覺得離我們日常生活太遙遠了。特別是當提到「重力現象」的時候,腦中浮現的都是蘋果砸頭的畫面,然後就卡住了。我猜這本書應該會試圖用更生活化的例子來解釋那些抽象的概念吧?畢竟,要真正理解相對論,光靠教科書上那些冷冰冰的公式是絕對不夠的,需要有人能把宇宙的奧秘,像剝洋蔥一樣一層一層地帶我們看進去。我很期待它會如何處理「時間膨脹」這個概念,畢竟「時間」在我們的文化裡可是非常重要的資產,如果能搞懂它到底怎麼被重力影響,或許對規劃人生也能有點啟發?總之,這本書的名字充滿了雄心壯志,希望它不是另一本只會把人繞暈的理論堆砌,而是能真正點亮我們對宇宙基本法則的好奇心。

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收到這本書的時候,包裝上「人人伽利略29」這個編號,讓我覺得這應該是個長篇的科普系列作品,代表著出版社對這類深度內容有一定的市場信心。伽利略的名字本身就是個信號,代表著對舊有權威的挑戰和對科學方法的堅持。不過,挑戰愛因斯坦可比挑戰天主教會的困難度高上好幾個層級啊!我個人對於理論物理的理解,通常是建立在幾個關鍵的實驗證據上,像是光線的偏折、水星近日點的進動等等。如果這本書能紮實地把這些觀測證據和相對論的預測緊密結合起來,而不只是空泛地談論理論框架,那對我來說會是極大的加分。畢竟,科學的魅力就在於它能解釋我們肉眼所見的世界,並預測我們尚未見證的現象。如果它能讓我更理解為什麼GPS系統需要不斷地修正時間差,那種「啊哈!」的頓悟感,才是追尋真理過程中最大的報酬,遠勝於知道任何一個艱澀的名詞定義。

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從台灣讀者的角度來看,我們對於西方科學史的學習,往往是帶有一種「外來知識」的疏離感。很多時候,我們學習的只是既成的結論,卻很少有機會去體會當初那些科學巨擘在面對未知時的掙扎與突破。我期待《解密相對論》不只是提供「答案」,更能提供「過程」。想像一下,愛因斯坦在專利局裡,面對著時間的本質進行的種種思想實驗,那種純粹的理性思辨,才是最吸引人的部分。如果這本書能捕捉到那種「思想的火花」,或許就能激發出年輕一代讀者,對科學探究本身的熱情,而不僅僅是把它當成一種「知識」來記憶。畢竟,相對論之所以偉大,不在於它解釋了重力,而在於它徹底改變了我們對時間和空間這兩個最基本概念的認知。希望這本書能像一把鑰匙,為我們打開一扇通往更深層次物理思維的大門。

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說真的,現在網路上關於相對論的影片和文章多到數不清,很多都做得相當精美,配樂一出來就很有史詩感。那麼,一本紙本書籍,在數位資訊氾濫的時代,還能提供什麼不可替代的價值呢?或許關鍵就在於「深度」和「結構」。網路上的碎片化資訊很容易讓人只停留在表面的奇觀,比如黑洞、蟲洞這些吸引眼球的詞彙。但我更想知道的是,從狹義到廣義,理論的發展脈絡是如何一步步建立起來的?中間遭遇了哪些邏輯上的瓶頸?這本書若是能提供一個清晰、層層遞進的論述結構,讓讀者可以像蓋樓一樣,一步步建立起對時空概念的認知,那它就成功了。我尤其好奇,作者如何處理「場」這個概念,也就是重力如何不再被視為一種力,而是時空的屬性。這需要極高的敘事技巧,才能讓讀者在不被數學綁架的情況下,真正接受這種世界觀的巨大轉變。

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