公式之美:23個經典公式,掌握宇宙萬物法則,喚醒你的數學魂

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量子學派
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具体描述

  萬物速朽,宇宙終歸虛無,唯有公式永恆,超越世間價值。
  一種愛上數學的另類途徑,一本讓每個人都心動的公式概念書。
  23個經典公式,用人文解析數理,用感性碰撞理性,從本質上看見數學的美!
 
  為什麼1+1=2?
  為什麼存在萬有引力?
  三體文明背後的悖論是什麼?
  比特幣的基石居然是橢圓曲線方程?
 
  公式之美,美在哪裡?
 
  「公式」以數學的形式標誌著人類從古至今文明上的非凡突破,成為科技發展的基石。公式之美,就美在足夠簡單而純粹,短短一個方程,竟能表達萬物複雜多變的現象和法理,更甚於千萬文字圖像,從天體到地球,從熱能到電磁,涵蓋天文、物理、電學、動力學、時間和空間,蘊含無比的價值:
 
  ◆愛因斯坦的「質能方程式」證明質能可以互換,而原子彈的發明主導了全球生命的存續與消亡。
  ◆牛頓「三大運動定律」用數學推演物理現象,最終掌握宇宙天體運行的規則。
  ◆薛丁格的貓行走於生死之間,穿越於平行世界,「量子理論」改變了人類看待世界的方式。
 
  「畢式定理」說明了所有直角三角的三邊關係,將數學和平面維度做了完美的結合。
 
  熱力學的「熵增定律」說明一個封閉系統必定走向混亂崩潰,但生命卻總朝著有序發展,這是微小人類心智對宇宙所能展現的最大敬意……
 
  從抽象到具象,從理論到應用
 
  本書介紹23個影響世界深遠的經典公式,帶領讀者認識數學天才們探索自然的偉大旅程。這些公式分為「理論篇」和「應用篇」,從數字、幾何到代數的抽象遊戲,引導讀者進入生活應用,包括解決人口移動、氣象變化、時空丈量等社會文化領域的問題,以及日常種種情境。
 
  ◆彈道的計算方程,可以決定你在面對槍口時,是否能死得痛快又無感?
  ◆為什麼阿基里斯永遠無法追上速度慢吞吞的烏龜?
  ◆賭場裡,你和莊家的勝算並非一半一半,所以確保勝利的法則就是——「不要下注」!?
  ◆混沌理論和蝴蝶效應,告訴你不規則海岸線永遠測不準的原因。
 
  概念的翻轉和推演
 
  這些天才科學家的畢生追求,就是找到最精確的公式來囊括所有的未知現象。推論過程中,他們或許著力於純理論的突破,然而這些公式在各異的環境條件下不斷推翻並重建,最後一旦成立,往往能解決當下實際而迫切的問題。這種局勢的翻轉正是公式誕生最迷人、也最重要的過程。
 
  23張插畫呈現視覺化的數學美感
 
  進入每個公式篇章前,收錄一張跨頁大幅手繪插畫。以細膩構圖和豐富色彩將對公式的理解過程和具體情境,做了形象化的模擬,帶領讀者進入想像的畫面,激發創意,充滿震撼感。
 
  數千年來,人類發明數學公式來描繪浩瀚宇宙和萬物百態。愛因斯坦的質能方程和楊振寧的規範場,摸索出宇宙終極遊戲的規則;費馬大定理和歐拉等式,揭示出宇宙變化背後的數學世界;從凱利公式到貝葉斯定理,逐漸完全預測人類行為;蝴蝶效應的勞倫茲方程組和三體問題,則告訴我們數學的界限。
    
  處於資訊爆炸而理性匱乏的年代,我們需要重塑數理思辨能力和深度思考能力,無論是公式中內含的優美邏輯和嚴謹推理,還是公式背後存在的偉大歷史和頂尖智慧,本書都用整個宇宙的繁複多變,映襯出符號公式的簡潔之美。翻開本書你會發現,那些你以為晦澀難懂的公式,都變得鮮活而有趣。
 
本書特點
 
  ●介紹23個影響人類科技文明的偉大公式
  ●解析觀念,用故事認識公式發展的歷史
  ●收錄情境式手繪插畫,從理性思維躍入想像世界
  ●顛覆科普書枯燥的印象,讓人立馬迷上數學的「公式概念書」
 
得獎紀錄
 
  ★本書榮獲第十六屆文津獎
  (文津圖書獎是中國國家圖書館主辦並聯合全國圖書館界共同參與的公益性圖書獎項)
 
專業推薦
 
  洪萬生/臺灣數學史教育學會理事長、臺灣師範大學數學系退休教授
  林福來/臺灣師範大學數學系名譽教授、遠哲科學教育基金會董事長
  李政憲/新北市林口國中教師、教育部師鐸獎得主
 
專家推薦+讀者評論
 
  ★本書內容相當紮實,而且努力連結到現代的應用,書寫用心,更有許多洞見,值得推薦!——洪萬生/臺灣數學史教育學會理事長,臺灣師範大學數學系退休教授
 
  ★《公式之美》是一場科學與藝術的激烈碰撞,書中公式均有藝術插畫,帶給讀者無與倫比的視覺盛宴,喜歡至極!每個公式背後都有一段歷史:古埃及人捕魚、哥德巴赫的手稿、歐拉的回信……每個公式背後都隱藏著一個理性世界、自然數的表現方式、皮亞諾五條公理……每個公式都是人類智慧的結晶:加法和後繼數、「二進位」銀幣……小小的公式,藏著大大的宇宙!
  當我們打開這本紙張上乘,印刷精美,配圖雅致的《公式之美》,也許是我們在浮躁的今天,給自己的靈魂一次思考永恆是什麼的機會。讓自己假裝思考過人類,思考過宏觀,思考過這世界的終點,不妨從這本《公式之美》開始。
 
  ★誰能想到,一本講人類歷史上23個經典公式的書會擊敗各路好書,成為大暢銷書?也不奇怪,對於我們這樣的中年人,書裡提到的每一個公式都伴隨著我們度過了小學初中和高中,甚至是大學。我們學了這些公式,考了這些公式,但似乎從來沒有真正弄懂過這些公式,更不瞭解人類中最優秀的人,為了推導出這些最美公式,背後有怎樣的故事。這本書讓你大開眼界。
 
  ★公式的美,說明了公式代表的東西非常引人深思,讓人理解本質,掌握思維方法。這本書將零維的知識提升到多維面向,以科普讀物激發興趣,正是本書大受歡迎的緣故。
宇宙的织锦:探索数字背后的诗意与力量 在这部引人入胜的著作中,作者带领我们踏上了一场穿越时空、横跨学科的宏大旅程,去探寻隐藏在自然界、艺术、乃至人类思维深处的那些根本性的结构和规律。它并非聚焦于某个特定领域的公式推导,而是致力于揭示模式、对称性与和谐之美如何共同编织出我们所感知到的现实世界。 本书的视角独特而开阔,它将数学视为一种语言,一种描述宇宙运行机制的强大工具,但其核心关怀远超符号的堆砌。作者以散文诗般的笔触,剖析了那些跨越文化和时代,被不同领域的思想家所共同珍视的基本原理。 第一部分:可见世界中的秩序之锚 在本书的开篇部分,叙事聚焦于我们日常可感知的世界中,那些支撑其稳定性的基本法则。我们不是在学习如何计算抛物线的焦点,而是探讨为什么自然界会偏爱这种形状。 1. 黄金分割与斐波那契数列的韵律 作者深入探讨了斐波那契数列($1, 1, 2, 3, 5, 8, dots$)如何无处不在地展现其存在感。这不是简单的数列展示,而是对生长、优化与效率的哲学思考。从鹦鹉螺的外壳螺旋到向日葵种子的排列,从古希腊帕特农神庙的比例到文艺复兴时期的绘画构图,作者揭示了这种比例如何成为自然界最优化的生长策略。它是一种内在的、无需教导的平衡美学。书中会详细描绘这种比例在生物形态学中扮演的角色,以及它如何影响人类对“美”的主观感知,探讨这种美感是否源于人类大脑对有效信息处理的偏好。 2. 最小作用量原理与世界的“惰性” 本书将“最小作用量原理”(Principle of Least Action)提升到形而上学的层面。它不仅仅是物理学中描述光线传播或物体运动的数学表达,更是对宇宙基本哲学的探讨:万物是否倾向于以最高效、最节省“努力”的方式运动?作者会用生动的比喻,比如游泳者选择水流最弱的路径,来阐释这个原理的普遍性。这部分内容侧重于展示,无论是牛顿力学还是拉格朗日力学,其背后都潜藏着一个关于“节俭”的宇宙观。 3. 对称性:平衡与美的基石 对称性被视为理解结构的关键。本书将探讨对称性的破缺(Symmetry Breaking)如何驱动了世界的演变,从物质的基本属性到宇宙的形成。书中会通过晶体结构、分子的几何形状,乃至艺术设计中的重复与镜像,阐述对称性如何提供稳定感,而其微妙的打破又如何催生复杂性与多样性。这部分内容侧重于几何直觉与物理规律的交叉点。 第二部分:超越直觉的抽象结构 在深入探讨了可见世界的秩序之后,本书转向了那些虽然抽象,却深刻影响了我们理解数据、连接与随机性的核心概念。 4. 概率的悖论与信息熵 信息论和概率论在此被视为衡量“无序”与“确定性”的标尺。作者将引入信息熵的概念,并非着眼于其在工程学中的应用,而是将其视为衡量一个系统不确定性或“知识缺乏程度”的量度。书中会探讨为什么熵总是增加的趋势,这与我们对时间流逝和宇宙最终命运的直观感受有何关联。通过剖析生日悖论或蒙提霍尔问题等经典概率难题,作者挑战了读者的直觉,展示了理性逻辑如何战胜经验偏见。 5. 图论:连接世界的骨架 图论,作为研究点与线之间关系的最基本工具,被视为理解网络化社会和复杂系统的钥匙。本书将探讨图的遍历性、最短路径等概念如何映射到物流网络、神经元连接乃至社交媒体的传播模式。重点在于展示,如何通过最简化的结构(节点和边)来建模和理解看似无比复杂的现实互动,揭示隐藏在表象下的拓扑联系。 6. 拓扑学:不变性的优雅 拓扑学被称为“橡皮泥几何学”,它关注的是在拉伸、扭曲而不撕裂的前提下,形状所保持的基本属性。作者会通过著名的“甜甜圈与咖啡杯的等价性”等例子,引导读者超越欧几里得空间的束缚,去思考连续性与连通性的本质。这部分旨在培养一种对结构本质的深刻洞察力,理解事物在表面变化下保持不变的核心要素是什么。 第三部分:人类心智与创造力的蓝图 最后一部分将视野收回到人类自身,探讨这些结构如何塑造了我们的认知、决策以及对真理的追求。 7. 傅里叶分析:分解复杂的声音 傅里叶分析被定位为一种解析世界复杂性的通用方法。本书将解释,任何复杂的声音、图像或信号,都可以被分解为一系列简单的正弦波。这不仅是信号处理的基础,更是认识到复杂性往往是简单组件叠加的结果的哲学启示。作者会用音乐的复调、光线的色谱来类比这一过程,强调理解“基础频率”对于洞察整体的重要性。 8. 几何的视界:非欧几里得空间的想象力 本书将挑战读者对平直空间的固有观念,引入非欧几里得几何。这不仅仅是数学上的拓展,更是对“真理是否绝对”的深刻反思。当我们的经验受限于三维平坦空间时,非欧几何教会我们,不同的公理体系可以导出同样自洽的、描述其他可能世界的逻辑结构。这培养了一种超越经验限制的思维模式。 9. 混沌理论与可预测性的边界 作者讨论了确定性系统如何产生不可预测的长期行为——混沌。通过洛伦兹吸引子等经典模型,本书揭示了微小的初始差异如何被指数级放大,从而定义了我们理解气候、经济乃至日常生活的长期预后能力的极限。这部分内容旨在探讨科学的局限性,以及在看似随机的行为中寻找深层规律的必要性。 全书贯穿始终的主题是:我们周围的宇宙并非由孤立的事件组成,而是一张由深层数学和结构规律精心编织而成的宏伟织锦。阅读本书,就像获得了一副新的眼镜,它能让你看穿表面的喧嚣,直抵事物运行的优雅、简洁和不朽的美。它唤醒的不是计算能力,而是对万物关联性的深刻敬畏。

著者信息

作者簡介
 
量子學派
    
  量子學派是專注於自然科學領域的教育平台,其公眾號「量子學派」註冊會員200萬,為全中國十大科普教育平台。該平台推出了一系列深受好評的課程,包括《數學之美》《邏輯之美》《理性之美》《科學之美》等,打造中國數理哲愛好者NO.1科學社群,集納了中國科學圈的最高品質用戶。 
    
  目前已推出《量子物理趣畫》《元宇宙叢書》《人人都懂區塊鏈》等優秀圖書,同時發布一系列閱讀量達十萬點擊率自然科學文章,深受讀者喜愛。並推出《人類最美的54個公式》《99天,打開理性思考之門》《和孩子一起愛上物理》等系列課程,希望透過科學精髓的展現,與更多人一起探索數理之美,建立一個華人圈的理性世界。 
 
羅金海
    
  《公式之美》主編,量子學派CEO,2140發起人,科普/科幻作家,子彌實驗室元宇宙研究院副院長,無限∞世界創建者,長年專注於普及自然科學和邏輯理性。他同時也是國家級技術中心工程師、南方報業2009年度記者。著有《牛頓的新裝》《上帝的骰子》《元宇宙》《人人都懂區塊鏈》《落腳之城》等作品。 

图书目录

前言
【理論篇】
1  1+1=2 :數學的溯源
2 畢氏定理:數與形的結合 
3 費馬大定理:困擾人類 358 年
4 牛頓 - 萊布尼茨公式:無窮小的秘密
5 萬有引力:從混沌到光明 
6 歐拉公式:最美的等式 
7 伽羅瓦理論:無解的方程 
8 危險的黎曼猜想 
9 熵增定律:寂滅是宇宙宿命?
10 麥克斯韋方程組:讓黑暗消失 
11 質能方程:開啟潘朵拉的魔盒 
12 薛丁格方程:貓與量子世界 
13 狄拉克方程:反物質的「先知」
14 楊-米爾斯規範場論:大統一之路 
 
【應用篇】
15 向農公式:5G 背後的主宰 
16 布萊克-斯科爾斯方程:金融「巫師」
17 槍械:彈道裡的「技術哲學」
18 胡克定律:機械錶的心臟
19 混沌理論:一隻蝴蝶引發的思考
20 凱利公式:賭場上的最大贏家
21 貝葉斯定理:AI如何思考? 
22 三體問題:揮之不去的烏雲 
23 橢圓曲線方程:比特幣的基石
人物索引 

图书序言

  • ISBN:9789864897155
  • 叢書系列:科學.不思議
  • 規格:平裝 / 312頁 / 17 x 23 x 1.9 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

前言  
 
人類的墓誌銘
 
  萬物速朽,唯有公式永恆;人間虛妄,數學是唯一真理;
  存在即數,0和1統治一切;大道至簡,數是最美的語言……
 
  哥廷根是德國薩克森州的一座小城。它占地120平方千米,有13萬居民。這座小有名氣的「花都」,曾經是數學世界的「麥加」。哥廷根小城有一個墓園,是科學愛好者眼中的「聖地」。在這小小的墓園裡,長眠著數位優秀科學家。走近這個小世界,人能一瞬間變得安詳、靜穆,不再有任何雜念。
    
  第一次來到哥廷根,穿越萊納河,拜訪雅可比教堂,瞻仰高斯雕塑,本以為已經走進了這座城市的歷史深處,瞭解了它的內心世界——它的沉默和嚴謹讓它站在了19世紀的學術巔峰,它的深刻和純粹使它成為20世紀的數學莊園。然而,只有走近這片迴盪著數學餘韻的墓地,看到這些刻著符號的墓碑,讀懂上面的銘文後才明白,為什麼這座面積不足中國香港1/9的小城會在科學史上留名,會吸引足足45位諾貝爾獎得主在此學習、研究、思考……最後長眠於此。
    
  相比帝王陵寢,這裡的墓碑並不恢宏。然而,只要你認真觀察,你會被一塊塊墓碑上的墓誌銘所震撼。奧托‧哈恩墓碑上的核反應公式,玻恩墓碑上的波函數概率分析,普朗克墓碑上的量子力學常數值……每一道墓誌銘背後,隱藏的都是一段輝煌人生。這些靈魂的偉大難以用文字來描述,每段人生都仰之彌高。唯有由數位、字母組成的極簡符號,即天書一般的公式,才能匹配他們的不朽。
    
  可能有人會質疑,這些數位記號既不能果腹也不能消遣,還有一些公式至今毫無用處,何以經得起如此之高的讚譽?是的,歐拉公式看似完美,實用性卻不強;三體問題爭論百年,至今懸而未決;還有更多公式始終讓人不明所以……但這些貌似「無用」的公式才是人類至寶。
    
  古希臘幾何學家阿波洛尼烏斯總結了圓錐曲線理論,一千多年後,德國天文學家克卜勒才將其應用於行星軌道;高斯被認為最早發現非歐幾何,半個世紀後,由他弟子創立的黎曼幾何成為廣義相對論的數學基礎。伴隨著槓桿原理、牛頓三大定律、馬克士威方程、向農公式、貝葉斯定理等,人類向蒸汽時代、電力時代、資訊時代乃至人工智慧時代徐徐邁進。
     
  此時,雨還在下,墓園十分幽靜,僅有的一座禮堂也被綠蔭遮蔽。沿著綠蔭大道走到藤蔓茂盛的蓮花池邊,諾貝爾獎得主普朗克、哈恩、海森堡、勞厄和溫道斯的墓碑一字排開,而極具爭議的科學家海森堡只有一塊紀念碑,他曾經的老師玻恩則靠近墓園東南角,似乎不太願意與這位弟子待在一起。此地還有無數先賢和隨行的癡者,同伴試圖找到狄利克雷、克萊恩、希爾伯特、外爾和閔可夫斯基的墓碑,但墓碑在林間散落,難以一一辨別。直面每一座墓碑上的公式,聆聽到的都是高維的回聲。雖有綠蔭掩映、雜草共生,但沒有什麼能遮蓋這無與倫比的光芒。
    
  回首人類文明,人類如果在熱寂的宿命裡要給自己建立一座墓碑的話,那墓碑上應該鐫刻些什麼呢?毫無疑問,一定是某個公式。至於到底是選擇牛頓的萬有引力定律公式,還是量子世界的薛丁格方程;是開創電磁時代的馬克士威方程組,還是洞察宇宙的愛因斯坦質能方程;是接近大統一理論的楊—米爾斯方程,還是放之四海皆準的熵增定律公式,每個人都有自己的答案。但無論是以上哪個公式,它們都會向整個宇宙訴說:在廣袤的宇宙中,有一個位於銀河系邊緣第三旋臂——獵戶臂上的藍色星球,這顆星球上存在的智慧種族,發現了宇宙的規律。

用户评价

评分

我最近迷上了看一些關於太空探索的紀錄片,每次看到那些精確的軌道計算、衛星的發射過程,我就會想,這背後到底需要多麼精密的數學支撐啊!這本書如果能涵蓋一些天文學或宇宙學相關的經典公式,那就太棒了。我希望它不只是介紹公式本身,更重要的是,要深入挖掘這些公式是如何從人類的觀察、猜想到最終被驗證的過程。歷史上的科學家們,他們在面對未知時的掙扎、靈光一閃的瞬間,這些「人」的故事,往往比冰冷的公式本身更吸引我。我非常期待看到作者如何描繪這些偉大心靈的探索歷程,讓我覺得自己彷彿也參與了一場跨越時空的智力探險。畢竟,科學的進步不只是公式的累積,更是人類理性與勇氣的展現。

评分

這幾年,身邊的年輕人越來越多投入到科技業,他們對演算法、大數據的掌握程度讓我這個老一輩的感覺有點跟不上時代了。我買這本書,其實也帶點「想跟上時代」的心態,但不是為了要學寫程式,而是想理解我們現在生活周遭的許多便利服務,背後究竟藏了哪些基礎的數學原理。例如,推薦系統是怎麼知道我喜歡看哪一類的影片?密碼學是如何保護我的個資不被盜用?這些日常中無所不在的「魔法」,其實都是建立在那些經典公式之上。我希望這本書能幫我揭開一些現代科技的黑盒子,讓我從一個單純的使用者,轉變成一個略懂皮毛的觀察者。這樣一來,當別人討論到人工智慧或區塊鏈時,我至少能插上幾句話,不至於全程只能點頭如搗蒜,那種感覺實在是很遜色啦!

评分

我最近幾個月因為工作關係,常常需要接觸一些數據分析的東西,雖然都是基礎的統計應用,但總覺得自己像是個只會用工具的工人,對於背後的邏輯完全不理解,每次遇到需要調整參數或理解模型假設時,就露餡了。我一直在找那種可以讓我紮實補足理論基礎,但又不會把我嚇跑的入門書。網路上很多人推薦這類的科普讀物,但很多都流於表面,講一堆歷史故事,公式本身還是沒講清楚。我比較期待的是,作者能不能用一種比較貼近生活、甚至帶點哲學思辨的方式,來解釋這些公式的由來和它們在自然界中扮演的角色。像是牛頓的運動定律,我們都知道,但它背後隱含著什麼樣的宇宙觀?愛因斯坦的質能方程式,不就徹底顛覆了我們對物質和能量的認知嗎?如果這本書能讓我建立起一個宏觀的框架,讓我理解這些公式是如何建構起我們所認識的世界,那對我的工作和思考方式都會有很大的幫助。

评分

說實話,我對物理或數學真的沒什麼天分,國中理化老師都說我屬於「物理絕緣體」那種。不過,身邊總有幾個朋友,他們聊起數學和宇宙的奧秘時,眼睛是會發光的,那種熱情非常有感染力。我總覺得,如果世界上真的有什麼「普世的語言」,那數學和公式絕對是其中之一。這本書的標題裡提到了「喚醒你的數學魂」,這句話對我這種數學恐懼症患者來說,簡直是天籟之音啊!我承認,我對那些描述世界運作的終極答案充滿了好奇,但總是敗在起跑點上。我希望能有一本橋樑書,它不是教科書,也不會強迫我拿筆出來計算,而是用講故事的方式,讓我光是用眼睛看、用心去感受,就能體會到那些偉大發現背後的震撼。如果這本書能讓我對數學產生一點點親近感,那我就阿彌陀陀佛了,至少以後看到數學新聞不會馬上轉台了。

评分

哇,這本書的封面設計真是有夠吸睛的啦!我看到那個「公式之美」幾個大字,就忍不住想把它帶回家。說真的,我們從小到大接觸數學,很多時候都覺得公式就是死記硬背的代名詞,根本跟「美」沾不上邊嘛。每次老師在黑板上寫下一串串符號,我腦袋裡就自動跳出「看不懂」、「好難」的警報。可是這本書,光是書名就讓我覺得,也許數學不只是冰冷的數字,它或許真的有某種藝術性在裡面。我特別好奇,作者要怎麼把那些看似高深的物理定律、化學反應,用我們凡人能懂的方式呈現出來。畢竟,能把複雜的東西講得簡單又優雅,那才是真本事啊。我希望透過這本書,能重新燃起一點點對理科的好奇心,別再讓那些公式在我眼前變成一團馬賽克了。如果它真的能讓我感受到那種「原來如此!」的頓悟感,那這本書的價值絕對遠超乎書本本身的價格了。

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