時間的形狀——相對論史話(增訂版)

時間的形狀——相對論史話(增訂版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

汪詰
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具體描述

史上最好懂、最精彩的相對論!
完全不同於一般傳統的科普書,更像一本閒暇時可以翻閱的小說。
淺顯的語言、身邊的事例、思維的實驗,這是一本人人都能讀懂的相對論。

★★★此次增訂版,於第五章的「從黑洞到蟲洞」、「壓軸大戲」;第七章的「時間旅行」;第九章的「EPR實驗」、「宇宙大法官」等章節有新增的內容,針對蟲洞、奇點、宇宙膨脹、量子糾纏(量子纏結)等,補上最新的資訊。

這本書保證有趣。跟隨作者,你可以進入愛因斯坦的夢境,坐在牛頓老師的課堂裡,來到星光實驗的現場……零距離接觸科學的知識與思維。

從小到大,你可能一直有這樣的疑問:

光到底是什麼東西?

光速不變,代錶什麼意思?

宇宙到底長什麼樣子?有大小嗎?有生死嗎?

我們能不能穿越時空,任意到達未來或迴到過去?

時間到底是什麼東西?

時間會停止嗎?時間停止瞭宇宙還存在嗎?

這世界上的物質到底是由什麼構成的?

 

讀瞭這本書,你將會找到答案。

 

本書上半部(前五章)先迴顧一下物理學所走過的麯摺歷史,這段歷史的精彩程度不亞於任何一段戰爭史。在伽利略、牛頓等巨星紛紛謝幕之後,超級巨星愛因斯坦閃亮登場。他就像一位橫空齣世的大俠,無門無派,一齣手即震驚天下,他的絕招就是「相對論」。

中間的第六章是一段橫跨半個世紀的真實歷史故事,這故事塵封已久,現在很多年輕人都不敢相信那是事實,但真相往往比小說更驚人。

最後四章是本書的下半部,比上半部更精彩,結構更宏大,故事更神奇。作者將細緻剖析時空的真相,帶你領略神奇的四維時空奇景,瞭解整個宇宙的終極圖像,再迴到原子的深處,見識不可思議的微觀世界,最後看一看當今物理學的最新發展——萬物理論。

本書最初於2011年在中國齣版,就蔚為風潮,備受讀者喜愛,更被推崇為與曹天元《上帝擲骰子嗎?量子物理史話》齊名的科普傑作。

對於想瞭解相對論、物理、宇宙、或是電影《星際效應》背後原理的讀者,將會發現這本書是如此的清晰易懂,先釐清一般人會想問的最基礎問題,把問題描述清楚瞭,纔進入科學傢的研究成果等等,這樣一來,讓物理變得更親切、有趣,進而產生好奇心,是這本書的最大特色。

 

初版專業好評:

林秀豪 清華大學物理係特聘教授

蔣正偉 颱灣大學物理係教授

孫維新 國立自然科學博物館館長、颱灣大學物理係及天文所教授

作者用生動的語言,營造趣味盎然的場景,為讀者介紹時間、空間、相對論背後的科學。特別是作者虛擬的對話,以淺顯迷人的方式,切入一個又一個的精彩話題:引人入勝,又不失科學的嚴謹性。在喧囂繁雜的日常生活裡,你可曾想過時間是什麼?如果是,那這是一本你不可錯過的好書。

——林秀豪 清華大學物理係特聘教授

好的,以下是一本不含《時間的形狀——相對論史話(增訂版)》內容的、關於其他主題的圖書簡介,力求詳盡、自然。 --- 書名:《寰宇深處的迴響:探索宇宙大尺度結構的奧秘》 作者:[此處可想象的作者名,例如:李 宏 宇 / 或保留空白] 頁數:約 680 頁 裝幀:精裝 / 函套 定價:RMB 188.00 ISBN:[此處可想象的ISBN] 齣版日期:[此處可想象的日期] --- 核心內容概述: 《寰宇深處的迴響》是一部宏大敘事與精微分析並重的科普巨著,它帶領讀者穿越時空,深入探究宇宙結構從微觀漲落到宏觀網狀結構的演化曆程。全書以現代宇宙學觀測為基石,融閤瞭粒子物理學、廣義相對論(不涉及狹義相對論的曆史發展脈絡)的最新理論成果,緻力於揭示宇宙“骨架”是如何形成的,以及那些我們尚未完全理解的暗物質與暗能量在其中扮演的角色。 本書並非一本單純介紹天體物理現象的圖鑒,而是一部聚焦於“結構形成理論”的深度導覽。它從宇宙微波背景輻射(CMB)中微小的溫度漲落開始,追蹤這些漲落如何通過引力作用,在百億年的尺度上被放大、拉伸,最終形成瞭我們今天所見的星係、星係團以及橫跨數億光年的巨大縴維狀結構。 全書結構嚴謹,分為五大部分,層層遞進,力求讓非專業讀者也能領略宇宙構造的磅礴之美和背後的物理機製。 --- 第一部:原初的種子與暴脹的遺産(約 150 頁) 本部分著重於宇宙的“嬰兒期”和“青春期”初期的物理條件。我們首先迴顧標準宇宙學模型(Lambda-CDM 模型)的基石,但迅速將重點轉嚮結構形成的起點:原初密度漲落。 詳細闡述瞭暴脹理論(Inflation Theory)如何解釋這些漲落的起源,特彆是量子漲落被拉伸至宇宙學尺度,並成為後來所有結構的“種子”。我們將深入解析CMB各嚮異性的觀測數據(如普朗剋衛星的測量結果),解釋為什麼CMB的功率譜形狀,尤其是其特徵峰,直接證明瞭這些早期漲落的統計特性是近乎隨機的、符閤高斯分布的。 此外,本部分會討論宇宙在“復閤紀元”前後發生的相變,以及物質與輻射的退耦過程,這些事件為後續引力的作用設定瞭初始的“舞颱”。重點區分瞭熱暗物質(如早期宇宙中存在的粒子)與冷暗物質(Cold Dark Matter, CDM)的差異,並論證為何CDM是當前結構形成模擬的必要前提。 --- 第二部:引力的編織與暗物質的主導(約 180 頁) 結構形成的主鏇律是引力,而暗物質是這場宏大工程的首席建築師。 本部分詳盡地描述瞭綫性引力坍縮的過程。在早期宇宙,物質密度擾動很小,演化可以被綫性方程描述。然而,即使是微小的初始偏差,在引力作用下也會隨著時間指數增長。 核心內容集中在暗物質暈(Dark Matter Halos)的形成。我們將分析暈的閤並樹(Halo Merger Trees),解釋從小尺度的微小暗物質團塊如何通過持續的並閤和吸積,成長為容納數韆億顆恒星的巨大星係所需的核心結構。本書將引入並詳細解釋“亞裏(Dwarf)”和“子結構(Substructure)”的概念,即大型暈內部必然存在著大量未被完全並閤的小型“衛星”暈,這為檢驗和限製暗物質的性質提供瞭關鍵的觀測窗口。 書中將運用大量基於 N-體模擬(N-body Simulations)的圖像和數據分析,展示結構形成過程中的“絲狀結構”和“空洞(Voids)”的齣現,勾勒齣宇宙的宏大縴維網絡(Cosmic Web)的初步形態。 --- 第三部:從氣體到恒星:重子的介入與反饋(約 160 頁) 暗物質搭建瞭引力的骨架,但我們能看到的恒星和星係,卻是重子(普通物質)在這些骨架中冷卻、聚集並點燃核聚變的産物。 本部分深入研究瞭重子物理過程在結構形成中的關鍵作用。我們將探討早期宇宙中的氣體如何被引力拖拽進暗物質暈,並經曆冷卻、輻射和坍縮,最終形成星盤或橢球狀星係。 重點討論瞭恒星形成反饋(Stellar Feedback):超新星爆發産生的巨大能量和周期性噴流如何將熱氣體從星係內部甚至從小質量星係中驅逐齣去。這種反饋機製是理解“星係形成與演化”中諸多難題的關鍵,例如為什麼宇宙中質量較小的星係數量沒有模擬預測的那麼多,以及為什麼大質量星係內部的恒星形成活動會提前停止。 此外,書中還詳細分析瞭活動星係核(AGN)反饋的作用,探討瞭超大質量黑洞如何通過噴流和輻射對宿主星係的演化施加巨大的、有時甚至是抑製性的影響。 --- 第四部:宇宙學網格的成熟與觀測證據(約 140 頁) 結構形成理論的最終檢驗,在於其對當前觀測到的宇宙結構的精確再現能力。 本部分將焦點轉嚮大規模結構(Large Scale Structure, LSS)的統計學描述。我們將詳盡介紹如何通過星係紅移巡天(如 SDSS, DESI 等)來繪製三維的宇宙地圖,並量化其結構。 核心概念包括:功率譜(Power Spectrum)和雙星關聯函數(Two-point Correlation Function)。讀者將學習如何通過測量星係在不同尺度上的聚集程度,來反推宇宙中暗物質和暗能量的密度參數。特殊強調瞭重子聲學振蕩(Baryon Acoustic Oscillations, BAO)作為“標準尺度的度量”,它在早期宇宙中留下的印記,至今仍被用於精確測定宇宙膨脹的曆史。 此外,本部分還將介紹星係團作為宇宙網的“節點”,它們如何通過碰撞和氣體加熱達到熱平衡,以及這些最密集區域如何成為檢驗結構形成理論極限的天然實驗室。 --- 第五部:未解之謎與未來的探索方嚮(約 30 頁) 盡管Lambda-CDM模型取得瞭巨大的成功,但結構形成理論仍麵臨著懸而未決的挑戰,這些挑戰往往指嚮我們對暗物質和暗能量本質的認知可能存在偏差。 本部分將簡要介紹當前研究的前沿和爭議點,包括: 1. “內稟結構問題”:例如,為什麼觀測到的最亮星係暈的亞結構數量,似乎少於純粹的冷暗物質模擬所預測的(即“缺失的衛星問題”的某些方麵)。 2. 暗物質的性質:探討如果暗物質不是完全“冷”的,例如存在溫熱暗物質(Warm Dark Matter)或具有自相互作用的暗物質(Self-Interacting Dark Matter),它們將如何影響小尺度結構的形成。 3. 宇宙網的早期演化:對更早期宇宙(如再電離時期)結構形成細節的推測。 《寰宇深處的迴響》旨在提供一個全麵而深刻的框架,使讀者能夠理解我們所處的宇宙,是如何從一個幾乎均勻的狀態,演化齣今天這幅浩瀚而精妙的結構圖景。它是一封寫給引力、時間和物質,以及人類求知欲的情書。

著者信息

作者簡介

汪詰
專業科普作傢;科學影視導演、編劇。
中國科普作協成員、「科學聲音」執行秘書。代錶作《時間的形狀——相對論史話》獲第八屆國傢文津圖書獎。科幻小說《時間囚籠》獲2019年百花文學獎。另著有《星空的琴弦》《億萬年的孤獨》《未解的宇宙》《少兒科學思維培養書係》《太陽係簡史》《植物的戰鬥》等十多部著作。執導(編劇)科技館特效影片《令人驚歎的宇宙》,獲2020年中國科普作協科學影視片金獎。自媒體電颱《科學有故事》榮膺喜馬拉雅FM 2019和2020年十大最具商業價值主播。


圖書目錄

 

第二版自序

前言
 

第一章  不得不說的廢話
關於相對論的謠言粉碎機
你必須瞭解的四個概念
 

第二章  伽利略和牛頓的世界
相對性原理
伽利略變換
史上最強煉金術士牛頓
牛頓的絕對運動觀
牛頓水桶實驗中的絕對時空觀
 

第三章  光的速度
伽利略吹響衝鋒號
光速測量大賽
驚人的發現
科學史上最成功的失敗
 

第四章  愛因斯坦和狹義相對論
兩朵烏雲
巨星登場
第一個原理:光速不變
第二個原理:物理規律不變
環球快車謀殺案
同時性的相對性
時間會膨脹
空間會收縮
速度閤成
質速神劍
光速極限
質能奇蹟
四個瘋狂的問題
 

第五章  廣義相對論的宇宙
愛因斯坦的不滿
生死重量
等效原理
太空大圓盤
時空彎麯
重力的本質
水星軌道之謎
星光實驗
沒見過這麼黑的洞
從黑洞到蟲洞
壓軸大戲
 

第六章  紅色革命
 

第七章  時空那點事
時空中的運動
四維時空
時間旅行
星際旅行
星際貿易
 

第八章  再談四維時空
宇宙的終極圖景
神奇的四維
 

第九章  上帝的判決
上帝玩不玩骰子?
美劇《宅男行不行》
要命的雙縫
波耳的上帝
EPR實驗
宇宙大法官
上帝的判決
萬物理論
 

第十章  宇宙是一首交響樂
萬物皆空唯有音樂
擊碎原子
宇宙中的四種「力」
超弦理論
偉大的設計
 

後記

第二版後記

名詞列錶

圖書序言

  • ISBN:9786269574773
  • 叢書係列:自由學習
  • 規格:平裝 / 368頁 / 23 x 16.8 x 2 cm / 普通級 / 單色印刷
  • 齣版地:颱灣
  • 適讀年齡:15歲~90歲

圖書試讀

 

第二版自序

本書自首次齣版到現在,一晃就是十年過去瞭。這是我人生的第一本書,我清晰地記得,十年前當我第一次拿到樣書時,內心的激動恐怕和奧運冠軍走上領獎颱時差不多。書上市後,我一口氣買瞭200 本。

我當時是一傢小公司的老闆,有四五十個員工。我就讓所有員工在我的辦公室門口排隊,每個人走過來,看著我在書上簽個名,然後領走,就好像在書店的簽書會一樣。但這也纔送齣去不到五十本書啊,這哪夠呢。於是我又開始在親戚朋友中送書,有朋友一傢三口(孩子剛上幼稚園),我就送三本,給每個人寫個贈言。我朋友尷尬而不失禮貌地微笑說其實有一本就夠瞭啦,小孩也還不識字,我說沒事沒事,放個十年就能看瞭。送完200本書後,我獲得瞭極大的滿足感,整天都樂嗬嗬的。

那時我是真沒想到這本書還能在颱灣齣版,甚至還能在颱灣齣到第二版,我以前以為隻有教科書纔需要這樣一版一版地修訂下去的。我也絕對沒有想到,十年後,我成瞭中國小有名氣的專業科普創作者,作品涉及圖書、音訊、視頻等各種形式,大大小小的獎盃擺滿瞭一櫥窗。而所有這一切的開端,都是始於這本書。

這本書不僅為我帶來瞭百萬數量級的讀者(包括有聲書聽眾),也讓我結識瞭許多重量級的科學界人士。2016年,我有幸認識瞭颱灣著名的科幻推廣者、科幻作傢葉李華博士,葉博士是加州大學柏剋萊分校的理論物理博士,曾在颱灣多所知名大學開課,目前任教於陽明交通大學理學院。葉老師不僅有深厚的理論物理功底,而且對科學傳播特別熱情。我與葉博士一見如故,相見恨晚。2019年5月我第一次去颱灣旅遊,葉博士特別花時間陪我遊覽瞭許多颱灣的名勝古蹟。

當然,我最感謝的還是葉老師為本書指齣瞭不少大大小小的錯誤,尤其是我對「時間旅行」的物理學原理方麵的錯誤,以及對量子力學的一些淺薄理解。

因此,這一版中,對原文內容做瞭比較多的修訂。例如,修訂瞭關於宇宙膨脹的內容,幾乎重寫瞭時間旅行的科學原理,修正瞭對量子力學的幾個不準確的理解。內容的準確和嚴謹性提升的同時,本書最大的特色,即通俗易懂、風趣幽默的特點並沒有被淡化,你依然需要做好一口氣讀完忘瞭睡覺的心理準備。

但是不得不說,物理學知識深不見底,任何一本科普書都不可能真正準確地傳達相對論的知識,這是因為科普和科研用的語言不一樣,隻有數學纔能真正準確地描述物理學知識,而自然語言最多隻能讓你形成一個粗略的概念。如果本書讓您對物理和數學產生瞭比以前更多的興趣或更加深入的探究欲望,就是對我最大的褒獎。

十年,說短不短,說長也不長,我相信自己還有下一個十年創作期。經常有人問我,為什麼那麼熱愛科普創作?有些心裡話我放到書末的第二版後記中再說,先祝您閱讀愉快。

汪詰

2022年2月22日於上海

用戶評價

评分

讀這本書,我希望能得到的不僅僅是物理知識,更是一種哲學上的震撼。時間和空間,這兩個我們最習以為常的概念,一旦被相對論的視角重新審視,它們的本質便變得極其陌生而迷人。我很好奇作者是如何處理這種「陌生化」的過程的,他是如何引導讀者跳脫齣日常經驗的舒適圈,去接受一個非直覺的世界?如果這本書能讓我產生一種「原來我過去對時間的理解是如此狹隘」的體悟,那它就完成瞭對我個人最大的意義。這種從實證科學齣發,卻最終指嚮存在本質的探問,纔是真正頂尖的科普作品應有的風範,它讓科學不僅是知識,更是一種深刻的生命體驗。

评分

這本關於時間與空間的著作,光是書名就讓人忍不住想一探究竟。我一直是個對宇宙奧秘充滿好奇心的人,從學生時代起,那些關於光速不變、時空彎麯的奇特概念,總讓我著迷不已。這本書顯然不隻是教科書式的論述,它更像是一部帶著我們穿越歷史長河的冒險故事。我特別欣賞那種把艱澀的物理學理論,用講述歷史故事的方式呈現齣來的筆法,這讓原本高冷的相對論變得生動活潑,彷彿愛因斯坦的每一個轉念、每一次推導,都近在眼前。光是想像那個時代的科學傢們,如何在實驗室和學術殿堂中激盪齣劃時代的火花,就讓人熱血沸騰。這本書的架構想必是精心設計過的,它不隻讓我們理解「是什麼」,更讓我們探討「為什麼」會這樣思考,這種對思想脈絡的梳理,遠比單純的知識堆疊來得有價值。

评分

身為一個習慣從生活經驗去理解世界的讀者,我最怕的就是那種過於學術化、充滿術語的文字。這本「時間的形狀」聽起來就帶著一種溫潤的人文氣息,似乎暗示著作者試圖用更貼近常人的語言,來描繪那些改變人類認知邊界的理論。我猜測,作者在撰寫的過程中,一定花費瞭大量心力去蕪存菁,把那些複雜的數學推導轉化成視覺化的場景,讓我們能「感受」到時空是如何被扭麯、如何被重塑的。這種敘事上的「翻譯」工作,纔是真正考驗一位科普作傢的功力所在。如果它能讓一個非物理背景的人讀完後,仍能自信地與人討論光錐與引力波的概念,那這本書的成就就不僅僅是知識的傳播,更是一種思維方式的啟發。

评分

說真的,市麵上談論相對論的書籍不少,但要找到一本能真正觸動人心的,還真不容易。很多時候,我們讀完那些理論後,腦中留下的大多是冰冷的公式和難以捉摸的圖像。然而,從這本書的書名風格來看,它似乎更著重於「史話」的敘述,這讓我對其敘事手法抱有極大的期待。我希望它能像偵探小說一樣,層層剝開科學史上的迷霧,讓我們看到那些偉大理論背後,所隱藏的人性掙紮、學術爭議,甚至是時代氛圍的影響。畢竟,科學的發展從來不是一條直線,它充滿瞭迂迴和誤解。如果這本書能成功地將抽象的物理概念,巧妙地融入那個時代的社會文化背景中,那它就遠遠超齣瞭科普書籍的範疇,而成為瞭一部深刻的人文觀察錄。

评分

我對這類探討基礎物理學演進的著作,總是抱持著一種朝聖般的心情去對待。因為相對論的提齣,徹底顛覆瞭牛頓以來我們對宇宙的刻闆印象,它強迫我們重新定義「實在」。這本書如果能成功地梳理齣從牛頓的絕對時空觀,到愛因斯坦的相對時空觀的轉摺點,那它所提供的價值是無可估量的。我尤其關注的是,作者如何處理那些關鍵的「思想轉捩點」。是哪一個實驗,哪一句話,讓科學傢們不得不放棄舊有的框架?這種對「臨界點」的捕捉,往往是歷史學和科學史最引人入勝的部分。我期待這本書能像一個精準的鐘錶匠,為我們展示這場偉大思維革命是如何一步步被組裝起來的。

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