無是什麼:「零」的應用&「無」的本質  少年伽利略34

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具体描述

  ★日本牛頓獨家授權,全彩豐富圖解
  ★80頁內容輕量化,價格門檻低
  ★適合國中生輔助學習課程內容
 
  現代人熟悉的「零」其實得來不易? 
  「無」的本質是什麼?
  空無一物的世界真的存在嗎?
 
  我們平常總是不經意地運用「0」這個數,從國小就開始學習簡單的0的加減法運算。0在數的表記和計算上堪稱不可或缺的存在,但令人意外的是,0在過去有很長一段時間未被視為數字。除此之外,在我們生活周遭也有各式各樣的「無(零)」,像是家電產品或日用品有時候會運用到「真空」。真空往往令人聯想到連呼吸也沒有辦法的虛空世界,但是就某個意義而言,我們所處的世界也在真空的包圍之下。
 
  本書從「數字的零」、「零與無限」、「溫度的零」、「真空」、「宇宙的無」這五個面向來探討無究竟是什麼。盡情沉浸在不可思議的無的世界吧!
 
系列特色
 
  1. 日本牛頓出版社獨家授權。
  2. 釐清脈絡,建立學習觀念。
  3. 一書一主題,範圍明確,知識更有系統,學習也更有效率。
《時間的迷宮:相對論與宇宙的邊界》 內容簡介 《時間的迷宮:相對論與宇宙的邊界》是一部旨在深入淺出地探討愛因斯坦狹義相對論與廣義相對論核心概念的科普著作。本書跳脫傳統教科書的刻板敘述方式,透過生動的歷史脈絡、貼近生活的思維實驗以及對前沿物理學問題的哲學反思,引領讀者穿越時空的奧秘,直抵構成我們現實結構的基礎。 本書共分為五個主要部分,層層遞進,構建起一個關於時空結構的完整圖景。 第一部:牛頓世界的終結與光速的謎團 在本書的開篇,我們將回溯到十九世紀末物理學家們所面臨的困境。經典力學在處理高速運動物體時顯露出難以調和的矛盾,尤其是在電磁學(麥克斯韋方程組)與力學的結合上。我們將詳細介紹邁克爾遜-莫雷實驗的歷史意義,探討「以太」這一假設的興衰,並最終引出狹義相對論的兩大基本公設:光速不變原理與相對性原理。 這部分將通過著名的「火車與月台」的場景,直觀地解釋「同時性的相對性」。讀者將會了解到,在不同的慣性參考系中,對事件發生順序的判斷並非絕對。進一步地,我們將剖析時間膨脹(Time Dilation)與長度收縮(Length Contraction)的數學推導及其物理意義。重點在於強調,這些效應並非儀器誤差,而是時空結構本身所固有的性質。我們將探討如何利用洛倫茲變換來精確計算這些效應,並結合歷史上對宇宙射線與介子衰變的實際觀測,證明狹義相對論的準確性。 第二部:質能等價與四維時空的建構 狹義相對論不僅改變了我們對時間和空間的看法,更徹底顛覆了我們對物質與能量的理解。第二部分將重點闡述 E=mc² 的深刻內涵。我們將討論這個簡潔公式背後蘊含的巨大能量,從核能的釋放到恆星的生命週期,質量如何轉化為能量,能量如何凝結成質量。 隨後,本書將引入閔可夫斯基(Minkowski)的四維時空幾何觀念。空間不再是三維的,時間作為第四維度被納入一個不可分割的實體——時空連續體。我們將解釋「世界線」、「固有時間」以及「光錐」的概念。光錐定義了因果關係的邊界,它清晰地劃分了過去、未來以及「他處」——那些我們永遠無法到達的區域。這部分旨在讓讀者建立起對時空幾何的直覺理解,為理解廣義相對論中時空彎曲的物理圖像打下堅實基礎。 第三部:引力的幾何學——廣義相對論的誕生 廣義相對論是愛因斯坦最偉大的成就,它將引力從一種「力」重新定義為時空本身的「彎曲」。第三部分將追溯愛因斯坦在等效原理上的思考歷程。等效原理指出,在一個足夠小的區域內,引力效應與加速度效應是無法區分的。我們將探討「自由落體」如何成為慣性運動的真正形式,以及這種洞察如何迫使他放棄平直的閔可夫斯基時空,轉而擁抱黎曼的微分幾何。 本書將力圖清晰地解釋愛因斯坦場方程(Einstein Field Equations)的含義,儘管我們不會過度糾結於張量微積分的複雜細節,但會著重闡述其核心哲學:物質告訴時空如何彎曲,彎曲的時空告訴物質如何運動。我們將分析最著名的三個檢驗廣義相對論的實例:水星近日點的進動、光線在太陽附近的彎曲(光線的引力偏折),以及引力紅移。 第四部:極端的時空——黑洞、蟲洞與引力波 廣義相對論預言了宇宙中存在著極端的時空結構。第四部分將深入探討這些驚人的預測。我們將詳細分析史瓦西解(Schwarzschild Solution),揭示黑洞的事件視界、奇點的本質,以及史瓦西半徑的意義。讀者將了解到,黑洞並非「吸塵器」,而是時空結構被極度扭曲的邊界。 接著,本書將擴展到更具推測性的領域,包括蟲洞(愛因斯坦-羅森橋)作為連接遙遠時空區域的可能性,以及穿越蟲洞所面臨的物理學挑戰(例如負能量密度的需求)。 最重要的是,我們將聚焦於引力波——時空本身的漣漪。本書將回顧數十年來對雙星系統的間接觀測,直到 LIGO 探測器首次直接捕捉到兩個黑洞合併產生的時空震盪。引力波的探測標誌著天文學進入了一個全新的時代,讓我們能夠「聆聽」宇宙的劇烈事件。 第五部:宇宙學的邊界與未來的懸念 最後一部分,我們將把相對論應用於整個宇宙的尺度,探討弗里德曼方程和 ΛCDM 標準模型。我們將討論宇宙膨脹的觀測證據(哈勃定律、宇宙微波背景輻射),以及時間在宇宙起源時的意義。當我們回溯到大爆炸的起點時,我們在哪裡停止?時間是否真的「開始」了? 本書將以對當前物理學重大未解難題的反思作結。我們將討論當相對論預言的奇點出現時,廣義相對論的失效,這預示著量子力學與引力的統一(量子引力)的迫切性。讀者將被引導思考,我們對時空的理解是否已經達到終點,或者我們只是站在了更宏大理論的門檻上。 《時間的迷宮》是一次智力的探險,它不僅傳授了物理學知識,更挑戰了讀者對「實在性」的根深蒂固的直覺,鼓勵人們以全新的視角去觀看我們腳下堅實的地面和頭頂浩瀚的星空。

著者信息

图书目录

一、導言
「無」究竟是什麼東西 2
從各個面向來探討「無」的世界 4

二、特別的數「零」與無的歷史
有很長一段時間「零」不是「數」 6
即便是偉人也未必能理解零 8
零是非常方便的符號 10
妥善使用零並非易事 12
率先將零當作數來使用的印度 14
把零當作數是誕生自筆算? 16
Coffee Break 乘以「0」得「0」的神奇性質 18

三、「零」與無限的世界
令人困擾的「無限」分割和零的關係 20
解決無限悖論的概念 22
Coffee Break 不能除以「0」 24
「無限」和零的關係如同親戚一般 26
雖然是「全體」和「部分」,大小卻相同? 28
發明微積分的天才數學家 30
微積分促進了文明的發展 32
Coffee Break 大小為零的點可以集合成線? 34

四、溫度為「零」的不可思議世界
物質在「絕對0度」會如何運動? 36
電阻為零的「超導現象」 38
「超流動性」是超出常識的不可思議現象 40
利用超導的線性馬達車 42
Coffee Break 用了才會明白0的重要功能 44

五、密度為「零」的空間「真空」的世界
「真空」真的存在嗎? 46
真空的存在已藉由實驗證明 48
眼前的空氣中也有真空存在? 50
原子裡面也有幾近空無一物的「無」 52
能穿透一切的「幽靈物質」 54
最新技術創造的10兆分之1大氣壓 56
真空真的是空無一物的空間嗎? 58
雖說是真空,卻非完全的「無」! 60
Coffee Break 生活中能切身體會0的重要性 62

六、從宇宙思考「無」的世界
光是質量為零的粒子? 64
質量為零的光會彈飛電子 66
質量為零的天體「黑洞」 68
愛因斯坦預言的時間延遲 70
Coffee Break 飛向黑洞的探測船行蹤 72
廣大宇宙初生時的模樣 74
宇宙從「無」誕生的根據是什麼? 76

图书序言

  • ISBN:9789864613168
  • 叢書系列:少年伽利略科學叢書
  • 規格:平裝 / 80頁 / 19 x 24.8 x 0.7 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

 
「零」的應用&「無」的本質
《無是什麼》
 
  我們平常總是不經意地運用「0」這個數,
  而且從國小就開始學習簡單的 0的加減法運算。
  0在數的表記和計算上,可謂不可或缺的存在,
  但令人意外的是,0在過去有很長一段時間未被視為數字。
  
  除此之外,我們的生活周遭也有各式各樣的「無(零)」存在。
  像是在家電產品及日用品上,有時會用到「真空」一詞。
  真空往往會令人聯想到連呼吸也沒有辦法的虛空世界。
  但是就某個意義而言,我們所處的世界也在「真空」的包圍之下。
  
  本書從「數字的零」、「零與無限」、「溫度的零」、「真空」、
  「宇宙的無」這五個面向,來探討無究竟是什麼。
  盡情沉浸在不可思議的無的世界吧! 

用户评价

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說到最近的閱讀體驗,有一本小說簡直讓人欲罷不能,名字姑且叫做《時光迴廊裡的最後一位旅人》。這不是那種高來高去的科幻史詩,而是一部非常內斂、充滿後設(Meta)意味的文學作品。它主要圍繞著一位患有罕見記憶疾病的圖書館管理員展開,他的人生被困在不斷重複的某幾天裡,但他卻發現自己唯一能做的,就是透過整理圖書館裡那些「被遺忘的書籍」,來拼湊出自己遺失的過去。這本書的敘事結構極度破碎,大量的內心獨白、手稿摘錄、甚至是虛構的書評穿插其中,讀起來的門檻確實有點高,需要讀者非常專注地去辨識哪一段是「真實」,哪一段是主角「建構」出來的記憶泡沫。但一旦你沉浸進去,那種被作者精妙的文字遊戲所包圍的感覺,實在是太過癮了。它探討的主題很深:記憶是否就是我們的本體?如果所有歷史都是可以被重新編寫的,那麼「真實」的錨點在哪裡?小說高潮部分,主角試圖用一本不存在的書來證明自己的存在,那個瞬間的虛無感,簡直讓人脊背發涼。這本書對語言的玩弄達到了爐火純青的地步,讀完後會讓人忍不住開始懷疑自己剛才讀到的內容是否真的存在過。

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欸,最近在書店翻到一本封面設計得很樸實,但書名卻讓人忍不住停下來多看幾眼的書,名字叫《知識的迷宮:從古希臘到量子糾纏的思維漫遊》。這本書的作者顯然是個深愛哲學思辨和科學史的傢伙,光是目錄裡那些橫跨數千年的專有名詞交錯,就夠讓人頭皮發麻了,但同時又帶著一股莫名的吸引力。我翻了幾頁,發現它並不是那種枯燥的教科書,反而更像是一場由博學的朋友帶著你進行的深度對談。作者很擅長用非常生活化的例子去解釋那些晦澀難懂的概念,像是用排隊買滷肉飯的場景來比喻資訊熵的累積,這點真的蠻厲害的,讓原本遙不可及的學術理論瞬間變得可以親近。整本書的結構很有意思,它不依循傳統的線性敘事,而是像蜘蛛結網一樣,把不同的思想節點串聯起來,從柏拉圖的洞穴寓言跳到愛因斯坦的相對論,然後又突然繞到東方禪宗對「空」的體悟,讓人讀起來有種不斷在不同時空背景下穿梭的刺激感。我特別欣賞作者處理議題的廣度,他似乎對人類認知邊界的探索抱持著永不滿足的好奇心,不斷追問我們是如何知道我們所知道的,那種對知識本身的反思,比起直接告訴你知識的內容,來得更有價值。

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我最近剛看完一本關於都市生態學的專論,書名是《鋼筋叢林下的微觀世界:城市生物多樣性的秘密地圖》。坦白說,一開始我是被它書封上那隻在水泥縫裡綻放的小花吸引了,畢竟在台北這樣水泥鋪天蓋地的城市裡長大,對「自然」的定義可能僅限於大安森林公園那樣的規劃區域。沒想到,這本書完全顛覆了我對城市環境的刻板印象。作者是一位長期在城市中進行田野調查的生態學家,他帶著我們從馬路邊的雜草、騎樓下的昆蟲,到屋頂花園裡的鳥類群落,進行了一場微觀的「尋寶之旅」。書中詳細記錄了許多我們平時根本不會注意到的生命現象,像是某種特定的苔蘚只生長在受污染最嚴重的路口,或是某種夜行性甲蟲如何利用交通號誌的微光進行導航。最引人入勝的是,作者探討了這些「城市難民」如何與人類文明共存、競爭、甚至互相適應的複雜關係。它不只是在談論生物,更是在探討人與環境的邊界問題。這本書的論述非常紮實,每一個推論都有嚴謹的數據和觀察佐證,但它的敘事方式卻是詩意盎然的,讀完後,我再走在路上,看著那些被我忽視的生命時,感覺整個城市的景觀都變得立體和生動了許多,好像發現了另一個隱藏的平行宇宙。

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近期拜讀了一本關於經濟哲學的力作,書名暫定為《看不見的秩序:從重商主義到區塊鏈的權力轉移》。這本書的格局非常大,它沒有停留在那種計算GDP、分析利率波動的層面,而是深入探討「信任」這種抽象概念是如何成為現代經濟體系的基石,以及這種信任是如何被不同時代的政治結構所操縱或重塑的。作者對歷史的掌握非常到位,他將文藝復興時期銀行家的信譽體系,和當代去中心化金融(DeFi)的概念進行了跨時空的對比,你會發現,儘管工具變了,人類對「承諾」的恐懼與渴求似乎從未改變。我特別喜歡它對「透明度」的批判性分析,作者認為,過度的透明有時反而會導致系統性的僵化,而適度的「模糊性」或「私人性」才是市場動能的來源。書中關於貨幣的本質,從貝殼、黃金到演算法,每一段的論述都極富啟發性,讓人重新思考我們每天使用的鈔票和數位資產,其背後的社會契約究竟有多麼脆弱。這本書的行文風格穩健,邏輯縝密,雖然探討的是相當硬核的經濟學概念,但由於其強烈的哲學思辨底色,讀起來完全不會感到枯燥,反而像是在參與一場關於人類文明發展路徑的世紀辯論。

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不得不說,我最近入手了一本很有野心的傳記,叫做《時代的巨擘:改變世界的十三位邊緣人物》。這本書的選角非常獨到,它挑出來的不是教科書上最標準的那幾個「標準答案」式的人物,反而是那些在自己領域內幾乎被邊緣化、觀點太過前衛以致於初期飽受質疑,但最終卻深刻影響了歷史走向的怪咖、異議者,甚至是我們現在看來有些不可理喻的「瘋子」。作者的寫作筆觸非常細膩且充滿同理心,他並沒有試圖美化或神化這些人物,而是深入挖掘他們在掙扎、懷疑和被排擠時期的內心世界。比如說,書中有一章專門講述一位十九世紀的植物學家,他提出的某個進化論觀點在當時被主流科學界視為異端邪說,甚至影響了他的個人生活,但作者卻透過大量的書信和日記,勾勒出這位學者堅守真理的孤獨與偉大。這讓我思考,歷史往往只記得那些勝利者,卻忽略了那些在黑暗中摸索、為未來鋪路的先行者。閱讀這本書的過程,就像是和這些偉大的靈魂進行了一次深刻的對話,它讓我對「成功」和「主流」有了全新的定義。這本書的排版設計也很用心,穿插了許多當時代的插畫和文獻照片,讓閱讀體驗更具沉浸感,讀完後真的會讓人對自己的價值觀產生一輪強烈的衝擊。

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