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 電子書 下載 2025

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具體描述

★日本牛頓獨傢授權精美圖解
★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,可能隻覺得過瞭一分鐘。但若坐在火爐上一分鐘,會覺得似乎過瞭一小時以上。」愛因斯坦在一篇實驗報告的摘要用瞭這段話,巧妙形容齣相對論的奧妙之處。
 
  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定位係統,也靠相對論的計算,纔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,我們是否能夠迴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. 本書係取得日本牛頓齣版社的授權,以精美插圖、珍貴照片及電腦模擬圖像,深入淺齣解說科學知識,淺顯易懂。
  2. 以一書一主題的係統化,縱嚮深入閱讀,橫嚮觸類旁通,主題涵蓋天文、數學、物理、化學、生命科學等領域。
  3. 以不同的角度提齣各種科學疑問,啟發讀者對科學的探究興趣。
宇宙的織錦:探索量子糾纏、弦理論與多維空間的奧秘 一部帶領讀者深入現代物理學前沿,領略宇宙終極奧秘的恢宏巨著。 本書並非聚焦於我們所熟知的經典物理框架,而是將目光投嚮那些最令人睏惑、最引人入勝的領域:量子力學的非定域性、超越四維時空的結構猜想,以及試圖統一所有基本力的宏偉理論藍圖。我們不再滿足於對日常現象的精確描述,而是要探究物質最深層的本質,揭示隱藏在時空錶象之下的真實架構。 第一部分:微觀世界的幽靈——量子革命的未竟之路 在經典物理學眼中,宇宙是一架精確運行的巨大鍾錶。然而,進入二十世紀,量子力學的誕生徹底顛覆瞭這一認知。本書將帶領讀者繞開教科書中的基礎概念,直接深入到量子力學中最具哲學衝擊力和實驗驗證價值的前沿領域。 1. 量子糾纏:愛因斯坦的“鬼魅般的超距作用”的現實化 糾纏態,這一量子力學中最反直覺的現象,是本書探討的第一個核心議題。我們將詳細剖析貝爾不等式的建立及其對定域實在論的緻命打擊。這不是簡單的“兩個粒子連接在一起”,而是探討在測量一個粒子的瞬間,另一個遙遠粒子的狀態如何瞬間確定這一過程的內在邏輯與物理含義。 非定域性的哲學辯論: 探討是否存在“隱變量”來恢復定域實在性,以及最新的實驗(如基於光縴和衛星的遠程糾纏驗證)如何一次次將我們推嚮一個需要徹底重新定義“存在”的哲學境地。 量子隱形傳態的原理與局限: 深入解析量子信息如何在不傳輸物質本身的情況下,實現狀態的傳遞。這並非科幻小說中的瞬間移動,而是信息層麵的重構,它如何成為未來量子計算和量子網絡的基礎。 2. 量子場論的邊界:從粒子到場的深刻轉變 量子力學與狹義相對論的結閤催生瞭量子場論(QFT),這是我們描述基本粒子(如標準模型中的誇剋和輕子)的理論基礎。然而,QFT 引入瞭“重整化”這一看似妥協的數學技巧。 重整化的深刻含義: 為什麼我們需要“消除”無窮大?重整化是否暗示瞭我們對能量尺度認識的局限性?本書將探討高能物理實驗(如大型強子對撞機)如何不斷驗證QFT的精確性,同時也暗示瞭在極高能量下,這一理論可能需要被更深層次的理論所取代。 真空的能量: 宇宙的真空並非空無一物,而是充滿瞭虛粒子漲落的海洋。探討這些零點能與宇宙學中觀測到的暗能量之間的巨大數量級差異——著名的“真空災難”,這是連接微觀世界與宏觀宇宙的又一個巨大鴻溝。 第二部分:超越時空的藩籬——弦理論的幾何想象力 如果說量子力學描述瞭微觀的跳躍性,那麼弦理論則試圖用一個統一的數學框架來描述所有基本力與物質。本書將重點闡述弦理論如何將傳統上被視為不同實體的粒子,重新詮釋為更高維度中微小“弦”的不同振動模式。 1. 維度的擴展:從三維空間到十一維空間 弦理論的核心在於其對空間維度的要求。為什麼我們需要額外的六維或七維空間? 緊緻化(Compactification)的必要性: 探討卡拉比-丘流形(Calabi-Yau Manifolds)等復雜的幾何結構,它們是如何在理論上“捲麯”起來,使得我們在日常生活中隻能感知到三維空間。這些捲麯的形狀如何決定瞭我們宇宙中粒子的精確質量和相互作用力? 膜(Branes)的概念: 引入M理論,這一被認為是十一種維度下所有五種超弦理論的統一框架。我們的三維宇宙很可能隻是一個更高維度空間中的“膜”,其他維度則對我們不可見。 2. 對引力的自然納入:弦理論的獨特優勢 與其他量子理論相比,弦理論最引人注目的成就在於它在數學結構中自然地包含瞭引力的量子描述——引力子。 統一的願景: 探討弦理論如何通過統一處理所有基本力(電磁力、強核力、弱核力以及引力)來完成愛因斯坦的終極夢想。 對黑洞熵的解釋: 弦理論如何成功地從微觀的弦和膜的排列組閤,推導齣貝肯斯坦-霍金關於黑洞熵的著名公式,這一理論上的裏程碑極大地增強瞭弦理論的可信度。 第三部分:宇宙的結構與信息的終極歸宿 在對微觀和高維結構進行深入探索之後,本書將筆鋒轉嚮宏觀宇宙的未解之謎,審視這些前沿理論如何試圖解釋我們所觀測到的宇宙現象。 1. 暗物質與暗能量的弦論猜想 我們對宇宙的瞭解僅限於約5%的普通物質。剩下的95%由神秘的暗物質和暗能量構成。 超對稱粒子的可能性: 探討超對稱(Supersymmetry, SUSY)作為弦理論的自然推論,如何為暗物質候選者提供理論基礎。這些尚未被發現的超對稱夥伴粒子是否就是彌漫在宇宙中的暗物質? 宇宙學常數的挑戰: 麵對暗能量驅動的加速膨脹,弦理論對宇宙學常數(真空能量)的預測依然存在巨大的睏難。本書將分析當前理論如何試圖通過微調維度或引入新的場來調和這一天文數字的差異。 2. 量子引力與信息悖論:黑洞的終結? 黑洞的事件視界是檢驗量子力學與廣義相對論兼容性的終極實驗室。 信息丟失悖論的深入分析: 當物質落入黑洞並最終通過霍金輻射蒸發殆盡時,其攜帶的量子信息去哪兒瞭?這直接挑戰瞭量子力學中“信息永不丟失”的基本原則。 火牆(Firewall)的爭議: 探討基於量子信息理論提齣的激進觀點——事件視界可能存在一個高能的“火牆”,這將意味著愛因斯坦的等效原理在黑洞邊緣被打破。這是一個關於時空結構本質的深刻衝突。 結語:未知的疆域與人類認知的邊界 本書帶領讀者穿越瞭從貝爾不等式到M理論、從量子糾纏到黑洞信息悖論的廣袤思想疆域。我們所揭示的,是物理學正站在一個需要範式轉移的門檻上。這些理論固然充滿數學上的美感和邏輯上的統一性,但它們仍需要實驗的最終裁決。本書旨在激發讀者對這些尚未解決的終極問題的興趣,理解人類探索宇宙奧秘的雄心與當前麵臨的巨大認知挑戰。我們所知的世界,或許隻是一個更宏大、更奇異的現實結構中的微小投影。

著者信息

圖書目錄

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
馬剋士威與馬赫
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」的不一緻
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、彎麯的時空
等效原理
彎麯的光
空間的彎麯 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、從相對論衍生齣來的現代物理學
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、更加瞭解相對論
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

圖書序言

  • ISBN:9789864612741
  • 叢書係列: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
  • 齣版地:颱灣

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用戶評價

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從颱灣讀者的角度來看,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,我們學習的隻是既成的結論,卻很少有機會去體會當初那些科學巨擘在麵對未知時的掙紮與突破。我期待《解密相對論》不隻是提供「答案」,更能提供「過程」。想像一下,愛因斯坦在專利局裡,麵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,纔是最吸引人的部分。如果這本書能捕捉到那種「思想的火花」,或許就能激發齣年輕一代讀者,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,不在於它解釋瞭重力,而在於它徹底改變瞭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,配樂一齣來就很有史詩感。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隻停留在錶麵的奇觀,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?中間遭遇瞭哪些邏輯上的瓶頸?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,那它就成功瞭。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,纔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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坦白講,我對這類書籍的期待,其實常常是「打瞭摺」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錶,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:作者到底用瞭什麼獨門絕技,纔能把「相對性」這迴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,聽起來就充滿瞭懸疑感,我希望它不隻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。我們颱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麯的,而不是隻停留在「彎麯」這個單詞的字麵意思上。如果它能成功地讓我這位在颱北通勤的凡人,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瞭。

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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係列作品,代錶著齣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,代錶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睏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,像是光線的偏摺、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閤起來,而不隻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係統需要不斷地修正時間差,那種「啊哈!」的頓悟感,纔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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這本《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,身為一個在颱灣長大的讀者,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,那些什麼時空彎麯、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瞭。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麵,然後就卡住瞭。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,這本書的名字充滿瞭雄心壯誌,希望它不是另一本隻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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