3小時「相對論」速成班!

3小時「相對論」速成班! pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

齋藤勝裕
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具體描述

  ~嚮愛因斯坦請教,53個想知道的物理理論~
  從基礎開始,發現原來「相對論」竟然能應用如此廣泛!

  愛因斯坦頂著一頭白髮,對著鏡頭吐舌頭的肖像;
  在輪椅上的霍金,藉由語音閤成器與外界對話。
  相信任何人對這兩位20世紀的天纔並不陌生,對吧?
  不過,他們提齣的理論究竟是什麼?又帶給世界如何貢獻?
  或許很多人腦內浮現的是影集《世紀天纔》或電影《愛的萬物論》,一時間也很難給齣迴答吧?
  
  這次,3小時速成班將加開全新的課程──「相對論」。
  打開本書,文組人也能學會的相對論速成班,即將開課!

  正式開課之前,各位不妨先思考下麵的問題,作為簡易的課前測驗吧!
  Q1・光的速度一直都是保持不變嗎?
  Q2・太空船上的太空人,會比地球上的人老得慢嗎?
  Q3・「質量」和「重量」有什麼不同?質量等於「能量」嗎?
  Q4・為什麼「重力波」被譽為「愛因斯坦最後的功課」?

  想要融會貫通相對論,有一點很重要,那就是保持「腦洞大開」的良好狀態。

  在物理學的世界,有別於實驗室裡具體操作實證,特別講求運用想像力,假定一切實驗條件均為最理想狀態,對一套假說在大腦中進行實驗,因此又稱做「思想實驗」。

  物理史上著名的思想實驗,包括──
  永動機▸▸不需要額外提供能源或能量,而能恆久運作的機械。
  牛頓大砲▸▸有一座大砲從高山上發射,發射的砲彈軌道取決於初始速度,呈現環形永不下墜軌道、橢圓軌道、拋物線軌道逃離地球。  
  孿生子悖論▸▸雙胞胎的一人搭乘太空船旅行,另一人留在地球,當旅行者多年後迴到地球,發現自己比手足更年輕。

  愛因斯坦的相對論,正是透過思想實驗來建構理論。

  當我們初次接觸相對論、甚至是難以理解的量子力學時,放下自我設限的成見,以開放的心態參與一場場的思想實驗,纔能透視日常所見的巨觀世界,領略奧妙的微觀世界。

  就讓相對論推你一把,跨越想像力的限製,從此看見不一樣的宇宙吧。

本書特色

  ◎從理論公式推導,到「黑洞」的探索新突破,由日本的理科博士轉譯抽象的相對論與量子糾纏,化為文組人也能輕鬆理解的簡明概念。

  ◎全書架構以11個章節、53個單元組成,從基本知識開始掌握,循序漸進瞭解相對論如何解釋宇宙與星星的誕生。

  ◎搭配主題,細數與愛因斯坦同期的偉大科學傢,同步瞭解近代科學發展的多元麵貌。
 
穿越時空的思想之旅:宇宙、物質與現實的深度探索 書名:《超越牛頓的邊界:現代物理學的基石與未來圖景》 作者:[此處可填寫一個富有學識感的虛構作者名,例如:林 宇航] 齣版社:[此處可填寫一個虛構的專業齣版社名稱,例如:星瀚文化] --- 簡介: 我們生活的世界,其運作的底層邏輯,遠比日常經驗所揭示的更為奇特、精妙,且充滿令人震撼的悖論。從宏觀的星係運動到微觀的粒子碰撞,牛頓的經典力學框架在十九世紀末期逐漸顯露齣其解釋的局限性。本書並非一本簡單的科普讀物,而是一次深入現代物理學核心概念的智力探險,旨在為那些對宇宙本源、時間本質、物質結構抱持深刻好奇心的讀者,構建一座堅實的理解橋梁。 本書將帶領讀者跨越兩個世紀以來物理學革命的浪潮,聚焦於量子力學與廣義相對論這兩大支柱如何徹底顛覆瞭我們對實在的傳統認知。我們不會停留在對公式的膚淺羅列,而是深入剖析其背後的哲學意涵、實驗驗證的艱辛曆程,以及它們對現代科技(如核能、激光、半導體)産生的深遠影響。 我們承諾,本書的敘述將力求嚴謹而又充滿敘事張力,如同跟隨先驅者們一同站在知識的懸崖邊,眺望未知的領域。 --- 第一部分:光速的藩籬與時空的重塑 (The Revolution of Spacetime) 在進入本章之前,請暫時忘卻您對“絕對時間”和“固定空間”的固有觀念。我們將從麥剋斯韋方程組的完美優雅性齣發,追溯愛因斯坦如何敏銳地捕捉到其中潛藏的宇宙新法則。 1. 經典物理學的黃昏:以太之謎與電磁學的勝利 我們首先迴顧十九世紀末物理學麵臨的睏境。光速的恒定性如何挑戰瞭伽利略的相對性原理?邁剋爾遜-莫雷實驗的“零結果”究竟意味著什麼?我們將詳細解析狹義相對論誕生的曆史背景,這不是憑空齣現的靈感,而是對實驗數據最誠實的迴應。 2. 狹義相對論:時間膨脹與洛倫茲收縮 時間不再是宇宙的背景節拍器,而是與觀察者的運動狀態緊密耦閤。我們將用清晰的思維實驗(如“雙生子佯謬”)來闡釋時間膨脹的真實含義,並探討動量與能量如何在大速度下發生質變。E=mc² 不僅僅是一個公式,它是質量與能量可以互相轉化的鐵律,是核時代降臨的理論前奏。 3. 廣義相對論:引力的幾何化革命 牛頓的引力是一種“超距作用”,而愛因斯坦則將其提升到瞭幾何的維度。引力不再是一種力,而是質量和能量對時空結構自身的彎麯。本書將詳細描繪黎曼幾何如何被引入物理學殿堂,並解釋等效原理的深刻性——引力與加速度的不可區分性。 4. 觀測的證據與宇宙學的應用 從水星近日點的進動,到1919年日食對光綫彎麯的驗證,再到現代的引力透鏡效應,廣義相對論的勝利是一場場教科書般的實驗佐證。我們還將探討黑洞的理論預測、引力波的發現,以及它如何成為我們探索宇宙最極端區域的“聽診器”。 --- 第二部分:微觀世界的幽靈:量子力學的興起 (The Realm of Probabilities) 如果說相對論重塑瞭宇宙的宏大敘事,那麼量子力學則徹底顛覆瞭我們對“實在”本身的理解。本書將毫不迴避地麵對量子世界的奇異性與反直覺性。 1. 普朗剋的黑體輻射與能量的“顆粒化” 萬物的能量並非連續的,而是以一份一份的“量子”形式存在。我們將追溯這一革命性假設如何誕生,以及它如何與經典物理學産生不可調和的矛盾。 2. 薛定諤方程與波函數:概率的統治 我們不再能確定一個粒子的確切位置和動量,隻能描述它“可能”齣現在哪裏。本書將深入解析波函數的物理意義,以及“概率詮釋”如何成為現代物理學的基石。量子力學中的疊加態概念,如何描述瞭粒子可以同時處於多種狀態的奇特現象。 3. 不確定性原理:知識的根本限製 海森堡的不確定性原理並非測量技術的不足,而是宇宙固有的屬性。我們將討論位置與動量、能量與時間之間不可逾越的界限,以及這種內在的“模糊性”如何阻止瞭拉普拉斯決定論的最終實現。 4. 量子糾纏與貝爾不等式:幽靈般的超距作用? 這是量子世界最引人入勝的領域之一。兩個粒子即使相隔遙遠,其命運依然相互關聯。我們將清晰梳理貝爾不等式的核心思想,以及它如何被實驗(如阿斯佩實驗)推翻瞭“定域實在論”的可能性,迫使我們接受愛因斯坦所稱的“鬼魅般的超距作用”。 --- 第三部分:前沿的挑戰與統一的夢想 (Frontiers and Unification) 在掌握瞭時空和微觀物質的描述之後,本書將轉嚮現代物理學尚未解決的宏大問題,以及科學傢們為構建一個統一理論所做的艱苦努力。 1. 標準模型的勝利與未解之謎 標準模型成功地將電磁力、弱核力和強核力納入一個優雅的數學框架。我們將迴顧希格斯機製如何賦予基本粒子質量,並探討標準模型之外的遺留問題:暗物質、暗能量的存在性及其性質的推測。 2. 宏大尺度的鴻溝:引力與量子的不和 本書將重點分析廣義相對論與量子場論在描述宇宙的極端情況(如奇點內部或宇宙大爆炸的瞬間)時發生的數學衝突。這一“不相容性”是當前理論物理學的核心瓶頸。 3. 弦論與圈量子引力:兩種不同的路徑 我們將客觀地介紹當前主要的“萬有理論”的嘗試。弦論如何通過增加維度來試圖調和所有作用力?圈量子引力又如何嘗試將時空本身量子化?我們評估這些理論的數學美感、實驗檢驗的睏境,以及它們對我們理解時間起源的潛在啓示。 4. 結論:對實在的持續追問 物理學的目標是描述自然,但描述本身也在不斷進化。本書的結尾將迴歸哲學層麵,探討我們對“實在”的理解是否已經達到瞭盡頭,以及人類的認知能力在麵對宇宙的終極奧秘時,將如何繼續拓寬邊界。 --- 緻讀者: 本書的閱讀體驗需要專注,但絕不要求深厚的數學基礎。我們將用清晰的邏輯鏈條和豐富的曆史背景,將這些復雜概念“可視化”。準備好挑戰您關於速度、質量、時間和實在性的所有直覺吧。這不僅是一次對科學史的重溫,更是一次對您自身思維極限的探索。

著者信息

作者簡介

齋藤勝裕


  1945年5月3日生。名古屋工業大學榮譽教授,理學博士。1974年修畢日本東北大學研究所理學研究科博士課程,專業領域為有機化學、物理化學、光化學與超分子化學。主要著作有《圖解高分子化學:全方位解析化學產業基礎的入門書》(颱灣東販)、《食品的科學:烹飪、營養、美學與科學,滿足你對食物的好奇心!》(晨星)、《週期錶一讀就通》、《3小時讀通無機化學》係列(以上皆世茂齣版)等多本書籍。


譯者簡介

陳聖怡


  享受有日文的生活,曾留學東京,熱愛筆譯。

  譯有《世界史是化學寫成的:從玻璃到手機,從肥料到炸藥,保證有趣的化學入門》、《推理迷必備的犯罪現場科學搜查》、《心理學使用說明書》、《嚮阿德勒學習:為活得更好而工作》、《極簡德國史》、《極簡俄羅斯史》、《極簡法國史》,以及多種歷史、旅遊、生活實用書。
 

圖書目錄

◎前言
 
●第1章 相對論為什麼如此重要?
.1 在愛因斯坦以前的物理學
.2 顛覆十七世紀以來的常識
.3 量子理論如何孕育而齣?
❖專欄 瑪麗.居禮的成就
.4 相對論是什麼樣的理論?
❖專欄 愛因斯坦其人
 
●第2章 相對性原理的基礎
.1 伽利略的相對性原理
.2 等速直線運動如何發生?
.3 當加速度發揮作用時,物體會發生什麼事?
 
●第3章 光速不變的原理
.1 話說迴來,「光」是什麼?
.2 光速一直都保持不變嗎?
.3 傳導光的物質──乙太
.4 光速可以測量嗎?
.5 超越光速的物質存在嗎?
 
●第4章 在光速中時間會延遲
.1 每個人的時間速度都一樣嗎?
.2 用光速移動的話,就會老得比較慢嗎?
.3 以光速移動,時間會延遲多少?
.4 時間延遲程度的指標──勞侖茲因子
.5 時間延遲與相對論的關係
.6 浦島太郎的故事可能發生嗎?──孿生子悖論
 
●第5章 在光速中長度會縮短
.1 以光速飛行,太空船的長度會縮短?
.2 為什麼速度愈快,長度愈短?
.3 以接近光速移動,物體間的距離也會縮短嗎?
.4 速度再加上光速,結果會超過光速嗎?
 
●第6章 能量等於質量
.1 「質量」和「重量」的差別
.2 愈接近光速,質量就會變得愈大?
.3 能量和質量的關係
.4 質量可以等同能量嗎?
.5 解謎愛因斯坦的經典公式「E=mc⊃2;」
.6 粒子必然成對生成與消失嗎?──成對產生、成對消滅
❖專欄 如何導齣「E=mc⊃2;」
 
●第7章 重力與時空的扭麯
.1 「質量」和「重力」的差異
❖專欄 希格斯玻色子
.2 平行線會相交嗎?
.3 重力如何扭麯空間?
.4 重力也能扭麯光線嗎?
.5 我們如何看到重力的作用?──重力透鏡效應
.6 愛因斯坦最後的功課──重力波
❖專欄 LIGO(雷射乾涉儀重力波天文颱)
 
●第8章 粒子性與波動性
.1 光是波動,電子是粒子
.2 物質有「波」的性質嗎?──物質波
.3 什麼是「量子化」?
.4 光也能量子化嗎?
.5 愛因斯坦無法接受的理論──海森堡的不確定性原理
❖專欄 如何導齣海森堡的不確定性原理
 
●第9章 構成宇宙的物質
.1 宇宙的起源
.2 恆星的誕生
.3 原子的誕生與成長
❖專欄 原子核反應
.4 恆星的一生
❖專欄 元素週期錶
 
●第10章 黑洞
.1 星星會如何結束一生?
.2 日本觀測到星星的爆炸──神岡探測器
.3 黑洞是什麼?
.4 黑洞會「蒸發」?
.5 黑洞的一生如何度過?
.6 終於真正發現黑洞
 
●第11章 宇宙的未來
.1 宇宙正在膨脹嗎?
.2 無法觀測的宇宙成分──暗物質、暗能量
.3 宇宙發展的下一個階段
.4 古人眼裡的宇宙
 
◎後記
◎參考文獻・資料來源

圖書序言

  • ISBN:9789863778196
  • 叢書係列:圖解雜學係列
  • 規格:平裝 / 190頁 / 12.8 x 18.2 x 1 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

前言

  這本書為瞭讓逃避微積分、討厭數學的文化類讀者,也能夠愉快閱讀著名的愛因斯坦「相對論」,特別以簡單易懂的方式解說。

  這世上有好幾種堪稱經典的理論,像是歐幾裏得(Euclid)的「幾何學」、牛頓(Isaac Newton)的「自然哲學的數學原理」、馬剋士威(James Clerk Maxwell)的「電磁學」、剋勞修斯(Rudolf Clausius)等人的「熱力學」、愛因斯坦(Albert Einstein)的「相對論」、路易.德布羅意(Louis de Broglie)等人的「量子論」等等。這些經典理論就像是在比誰最艱深似地,長得一副「怎麼能讓你輕易看懂!」的模樣。

  但是到瞭20世紀以後,已經確立的相對論和量子論不隻是艱深費解,還包含瞭令人難以置信的觀點,相繼提齣讓人覺得根本不可能成立的論調。在理解這些觀點以前,必須先破除僵化的思維、讓思考更靈活一點。

  也就是說,在閱讀這種理論時,先別想著「我要看懂」。不管它談瞭什麼都無所謂,你隻需要一心一意地讀下去。如此一來,這些「難以置信的觀點」就會刻進你的腦海裡。

  第一次閱讀隻要這樣就好,別奢求能夠理解多少。重點在於後麵。第一次從頭通讀到最後,接著趁自己還沒有忘記太多內容時,再重新讀一次。這樣的話,一開始還難以置信的觀點,就會漸漸讓你覺得「這可能是真的」瞭。

  到瞭這個程度,它就是屬於你的知識瞭。即使隻有一部分也無妨,請再試著去讀懂你覺得自己好像可以理解的部分。這樣是不是開始覺得讀齣一點趣味瞭呢?

  沒錯,相對論其實很有趣。首先,它的格局非凡,談的是無邊無際的宇宙,談的是乘著光線四處馳騁、超越時間大幅飛躍。

  如果大傢都能透過本書體會到相對論的樂趣,我會非常高興。
 
2021年6月 齋藤勝裕

用戶評價

评分

哇,這本「相對論速成班」光看名字就覺得超有挑戰性的!身為一個對物理學很有興趣,但總覺得愛因斯坦的理論好像高不可攀的普通颱灣讀者,我對這種「3小時搞定」的承諾實在是既期待又怕受傷害。不過,光是這標題的氣勢就夠吸引人瞭,感覺就像是把一個宇宙級的難題,硬是用颱灣人最愛的「效率」和「實用」精神給濃縮進去瞭。我猜想,這本書的作者一定是用瞭很多生活化的比喻,可能用珍珠奶茶的杯子來解釋時空彎麯,或者用颱北捷運的尖峰時刻來比喻相對性原理吧?如果真能用短短三個小時,讓我這個對物理隻有基礎概念的人,至少能跟朋友聊天時,能插上幾句關於時間膨脹或質能等價的「專業」術語,那這本書就算值迴票價瞭。畢竟,誰不想在咖啡廳裡,優雅地解釋一下為什麼高速移動的時鐘會變慢呢?我個人超期待它能怎麼把那些抽象的數學公式,轉化成我們日常生活中能理解的圖像。這種「速成」的書籍,最考驗作者的功力,能不能在不犧牲核心概念的前提下,把複雜的東西「白話化」,這纔是重點。

评分

老實講,我對市麵上那些掛羊頭賣狗肉的「速成」書籍已經有點麻木瞭,但這本「3小時相對論」的封麵設計風格,給瞭我一種很不一樣的感覺。它散發齣一種簡潔俐落、甚至帶點理工學院學生那種務實的氣息,沒有過度花俏的圖案或誇大的文字,反而讓我感覺到一種「敢說敢做」的決心。我猜測,這本書的內在結構一定安排得非常緊湊,可能前一個小時主攻狹義相對論的基本假設,第二個小時就直接切入光速不變和時間膨脹的震撼效果,然後最後一個小時,也許會試圖觸及廣義相對論的皮毛,比如黑洞和重力場的初步概念。如果真能如此高效地推進,那簡直是為我們這些忙碌的上班族量身打造的學習工具。我特別想知道,作者會如何處理「同時性」這個概念的相對性,因為這東西光是用文字描述就很燒腦瞭,如果能配上精確的圖錶或流程圖,那絕對是加分到不行。我個人對於那種拖泥帶水的解釋方式非常感冒,希望這本書能直接切中靶心,讓我快速掌握核心骨幹。

评分

從包裝上來看,這本書給我的感覺,比較偏嚮那種適閤在通勤的捷運上,或是午休的片刻,隨手翻閱的那種輕便讀物。它不會是那種需要鋪上墊闆、準備好咖啡和整套筆記工具纔能麵對的「硬書」。我猜測,作者在排版上一定下瞭很大功夫,可能用瞭大量的對話框、關鍵字標註,或者用不同字體顏色來區分「必須記住的核心概念」和「延伸理解的背景知識」。這種視覺上的引導,對於吸收快、遺忘也快的現代人來說,是極為重要的。我個人對於那些把重點文字縮在角落,或者整頁塞滿密密麻麻文字的書籍深感恐懼。如果這本書真能做到「3小時速成」,那它的結構性就必須非常清晰,讓我一翻開就知道現在在講哪一塊領域,花瞭多少時間在上麵,以及學到瞭什麼裏程碑式的成果。我非常看重這種清晰的學習路徑規劃。

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說真的,颱灣的讀者對於「專業知識普及化」這塊的需求其實非常高,但同時,我們對品質的要求也很嚴苛,不是隨便寫寫就能糊弄過去的。這本「3小時速成班」的書名,某種程度上也承載瞭一種壓力,就是它必須在「簡化」與「準確性」之間找到一個完美的平衡點。我最擔心的是,為瞭達到「速成」的目的,作者會不會犧牲掉關鍵的物理圖像,隻留下幾個空泛的名詞。例如,談到引力場時,如果隻是籠統地說「物體會讓時空彎麯」,而沒有用任何類比或視覺化的方式去描繪這種彎麯,那跟沒讀有什麼區別?我更希望看到的是,作者願意花點篇幅,用一些大傢能理解的日常現象來驗證這些看似遙不可及的理論。如果書中能舉例說明,例如GPS衛星定位的準確性,就必須考慮到相對論帶來的時間差,那種實際應用層麵的連結,會讓我對這「3小時」的投資感到物超所值,因為它證明瞭理論不再隻是書本上的文字,而是影響我們生活的科技基石。

评分

最近剛好在追一部講述科學傢生平的影集,裡麵對於愛因斯坦提齣「相對論」時,當時學術界的震撼與質疑描繪得非常生動,那種顛覆既有世界觀的衝擊感,讓我對這個理論更加好奇。所以我看到「3小時速成班!」時,腦中第一個浮現的就是:「它能帶我穿越那段歷史的震撼嗎?」我期待的不是成為一個能解微分方程的物理學傢,而是能理解那個時代的人,在聽到「時間可以被拉伸」這個觀點時,內心最原始的驚訝與睏惑。所以,我希望這本書的敘事風格,能像一個經驗豐富的導遊,帶著我們這些初學者,穿梭在物理學的歷史長廊中,講解每一個重要轉摺點。如果它隻是冰冷地拋齣公式和定義,那跟去圖書館藉教科書迴傢啃有什麼兩樣?我需要的是故事性,是那種「啊,原來是這樣!」的頓悟時刻。一個好的速成班,應該是引人入勝的,而不是讓人想打瞌睡的。

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