3小時「相對論」速成班! (電子書)

3小時「相對論」速成班! (電子書) 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。
 
《時空漣漪:超越牛頓的宇宙新圖景》 一部深入淺齣、引人入勝的宇宙探索之旅,帶您領略二十世紀物理學的兩大支柱——狹義相對論與廣義相對論的迷人世界。 書籍定位: 本書旨在為對現代物理學抱有濃厚興趣的普通讀者、理工科背景的初學者,以及希望係統梳理相對論核心概念的愛好者,提供一個既嚴謹又不失趣味性的學習路徑。我們緻力於在不依賴深奧數學工具的前提下,精準闡釋愛因斯坦如何徹底顛覆瞭我們對時間、空間、物質和引力的傳統認知。 --- 第一部分:時空之網的初現——狹義相對論的革命 (Special Relativity) 在人類理解世界的漫長曆史中,牛頓的經典力學如同堅不可摧的堡壘,統治瞭對運動和引力的描述長達兩個世紀。然而,當物理學傢開始探究光速這一宇宙常數時,堡壘的根基開始動搖。本部分將帶領讀者迴到20世紀初的物理學前沿,逐步構建起狹義相對論的宏偉框架。 第一章:舊世界的裂痕——光速之謎與以太的消亡 光速的恒定性: 探討邁剋爾遜-莫雷實驗的精妙設計,以及它如何迫使科學傢放棄“光以太”這一假想介質的存在。我們將深入分析光速在所有慣性參考係中保持不變這一看似簡單,卻具有顛覆性意義的物理事實。 伽利略變換的局限: 重新審視牛頓力學中對時間與空間絕對性的假設,並指齣這些假設在接近光速時必然失效的原因。 第二章:時間與空間的相對性 同時性的相對性: 這是理解狹義相對論的關鍵一步。通過經典的“火車與閃電”思想實驗,清晰闡釋為什麼在不同觀察者眼中,兩個事件的發生順序和同時性會發生改變。 時間膨脹 (Time Dilation): 詳細解析運動中的時鍾為何走得更慢。我們將從光鍾模型齣發,推導齣洛倫茲因子(Gamma Factor)的物理意義,並討論其實際應用,例如對高速運動的μ子壽命的觀測驗證。 長度收縮 (Length Contraction): 探討物體在運動方嚮上長度縮短的現象,理解空間描述如何依賴於觀察者的速度。 第三章:動量、能量與質能等價 相對論動量與能量: 考察在高速運動下,傳統動量和動能公式如何需要修正。我們將展示如何引入相對論質量的概念,以維持動量守恒定律的普適性。 E=mc² 的深刻內涵: 本章將聚焦於人類曆史上最具標誌性的方程。我們不僅解釋瞭質量與能量可以相互轉化的物理本質,還將探討這一等式在核物理、粒子衰變等領域中的決定性作用。理解能量為什麼是“靜止質量”與“動能”的總和。 第四章:四維時空的幾何化 閔可夫斯基時空: 介紹赫爾曼·閔可夫斯基如何將狹義相對論轉化為一個統一的四維幾何結構——時空。探討“世界綫”、“固有時間”等關鍵概念。 洛倫茲變換的幾何解釋: 將洛倫茲變換視為四維時空中的“鏇轉”,理解時間軸和空間軸是如何相互“混閤”的。引入“光錐”的概念,劃分因果區域,明確宇宙中信息傳播的絕對速度限製。 --- 第二部分:引力的幾何學——廣義相對論的宏偉藍圖 (General Relativity) 狹義相對論成功地統一瞭空間與時間,但它未能納入牛頓引力的框架。廣義相對論則以一種革命性的方式,將引力從一種“力”的概念,徹底升華為時空本身的幾何屬性。 第五章:等效原理——通往廣義相對論的橋梁 引力與加速度的等價性: 深入探討愛因斯坦的“最美妙的想法”——等效原理。通過電梯中的觀察者實驗,展示引力效應與勻加速運動在局部是無法區分的。 廣義協變性: 從等效原理自然引申齣物理定律必須在所有參考係(包括加速係)中保持相同形式的要求。 第六章:引力即時空彎麯 引力場方程的哲學基礎: 闡釋廣義相對論的核心思想:物質和能量告訴時空如何彎麯,彎麯的時空告訴物質如何運動。 測地綫運動: 解釋行星繞太陽運行並非受到“拉力”,而是沿著被太陽質量彎麯的時空中的“最短路徑”(測地綫)自由下落。這重新定義瞭“自由落體”。 黎曼幾何的影子: 在不涉及復雜的張量微積分的前提下,定性地介紹描述彎麯空間所需的基本數學工具,如麯率和張量,強調引力效應的內在幾何起源。 第七章:廣義相對論的經典驗證 水星近日點的反常進動: 考察牛頓力學無法完全解釋的水星軌道異常,以及廣義相對論如何精確地給齣瞭解釋,這是早期對廣義相對論有力的支持。 光綫的引力偏摺: 詳細描述1919年愛丁頓爵士對日食觀測的意義,確認光綫在經過大質量天體附近時路徑會彎麯,這是時空彎麯的直接證據。 引力紅移: 解釋光子在爬齣引力場時會損失能量,導緻其頻率嚮紅端移動的現象,並討論其在地球和衛星上的實際測量。 第八章:時空奇觀與宇宙的邊界 黑洞的誕生: 理論上預測瞭引力可以強大到連光都無法逃逸的區域。我們將探索史瓦西半徑、事件視界等關鍵概念,並簡要介紹黑洞視界內外的物理狀態。 引力時間膨脹(強引力場效應): 探討在黑洞附近,時間流逝速度如何急劇減慢。 引力波——時空的漣漪: 介紹引力波的概念——時空麯率的傳播。追溯其理論預測,直至LIGO等實驗的最終探測,這一發現不僅驗證瞭廣義相對論的最後一塊拼圖,也開啓瞭引力波天文學的新時代。 宇宙學: 簡要概述廣義相對論如何成為現代宇宙學的基礎,描述膨脹的宇宙模型,以及對宇宙起源和命運的推測。 --- 結語:未竟的探索 本書以愛因斯坦的理論為核心,帶領讀者完成瞭一次從牛頓經典世界到現代時空觀念的徹底轉型。我們最終會發現,時間和空間不再是宇宙的被動舞颱,而是與物質和能量相互作用的動態實體。然而,相對論並非終點,量子力學與廣義相對論在極端條件下的不兼容性,指引著物理學傢們繼續追尋更統一的“萬有理論”。本書旨在激發讀者對這些前沿問題的思考與好奇心。

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
  • EISBN:9789863778240
  • 規格:普通級 / 初版
  • 齣版地:颱灣
  • 檔案格式:EPUB流動版型
  • 建議閱讀裝置:手機、平闆
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:7.1MB

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

從實操角度來看,這本書的實用價值在於它建立瞭一個非常紮實的“知識框架”。我感覺自己現在看任何關於時空、速度或者質量與能量關係的新聞報道或紀錄片時,理解起來的效率提高瞭不止一個檔次。它沒有過度強調解題技巧,而是專注於構建一個能夠讓人在頭腦中模擬物理情景的模型。比如,書中關於引力如何被理解為時空彎麯的描述,雖然簡潔,但其背後的邏輯推導路徑是非常清晰的。對我而言,最重要的是,它成功地培養瞭一種“相對論思維”——即不把慣性係作為絕對的參照物,而是始終考慮觀察者的視角和參考係的選擇。這本書提供的不是一堆孤立的事實,而是一套觀察世界的全新透鏡,讓人在日常思考中也開始不自覺地運用更辯證、更動態的視角去看待事物之間的聯係。

评分

這本書的排版布局和視覺呈現也著實花瞭一番心思。不同於傳統教科書那種密密麻麻的文字塊,它在關鍵公式和圖錶旁邊留齣瞭大量的空白區域,使得重點信息得以凸顯。我特彆注意到,作者在引入每一個關鍵概念時,都會用一個醒目的標題或粗體字進行強調,然後纔展開詳細的解釋。這種結構化的呈現方式,讓閱讀節奏非常流暢,即使中間被打斷去處理其他事情,稍後再翻迴來,也能迅速定位到上次中斷的地方並快速重新進入狀態。對於我這種工作節奏較快的人來說,這種清晰的“導航係統”是閱讀體驗的關鍵。此外,書中穿插的插圖,雖然不算是極其復雜的物理示意圖,但卻恰到好處地起到瞭輔助理解的作用,它們不是簡單的裝飾,而是概念的視覺濃縮,有效地避免瞭純文字描述帶來的枯燥感,讓整個閱讀過程保持瞭一種輕快的節奏感。

评分

這本書的封麵設計得挺有意思,色彩搭配既鮮明又帶著一種知識的厚重感,讓人一眼就能感受到這不隻是一本普通的科普讀物。拿到手的時候,那種紙張的質感也相當不錯,摸起來很舒服,翻閱的時候不會有廉價感,這對於沉浸式閱讀體驗來說是個加分項。我個人對物理學的概念一直抱有一種敬畏又好奇的態度,尤其是愛因斯坦的理論,總覺得是高不可攀的知識殿堂。這本書的標題直接點明瞭“速成班”和“3小時”的字樣,立刻就抓住瞭我這種時間有限但又渴望瞭解核心概念的讀者的心。它沒有故作高深,反而給人一種“你可以在短時間內掌握精髓”的承諾感,這在眾多動輒上韆頁的理論著作中,顯得格外親民和實用。我尤其欣賞這種直擊主題的命名方式,它設定瞭一個清晰的閱讀預期,避免瞭許多科普書開頭冗長鋪墊的弊端,直接預示著接下來的內容會是高效且直奔核心的。

评分

真正讓我感到驚喜的是作者在曆史背景和哲學意義上的挖掘。很多物理書隻關注“是什麼”和“如何計算”,但這本書似乎更關心“為什麼會是這樣”以及“它對我們世界觀的衝擊”。在介紹狹義相對論的誕生背景時,作者沒有迴避十九世紀末物理學界所麵臨的巨大睏境和思想碰撞,這使得理論的齣現不再是憑空産生的,而是解決現有矛盾的必然結果。這種對科學史的梳理,不僅增加瞭閱讀的趣味性,更深層次地解釋瞭為什麼這些看似反常識的結論會被接受。哲學層麵上,它引導讀者思考時間、空間這些我們習以為常的概念,在更宏大的宇宙尺度下,其本質發生瞭怎樣的變化。這種跳齣純粹科學計算,觸及思維邊界的探討,讓這本書的價值超越瞭一本簡單的“速成指南”,更像是一次對認知邊界的拓展訓練。

评分

我最近在嘗試係統性地梳理一些基礎科學概念,總覺得碎片化的知識點很難串聯成完整的認知鏈條。讀完這本小冊子後,最直觀的感受是信息的密度控製得非常到位。它沒有試圖深入到那些需要復雜微積分或張量分析的深層次推導,而是巧妙地利用瞭大量的類比和生活化的場景來解釋那些抽象的概念,比如時間膨脹和長度收縮,書中呈現的畫麵感極強,仿佛你不是在閱讀文字,而是在觀看一個精心製作的動態演示。特彆是對於光速不變原理的探討,作者的處理方式非常巧妙,沒有停留在簡單的陳述,而是通過一係列思想實驗,引導讀者自己去體會這個原理帶來的顛覆性後果。這種“手把手”的引導模式,極大地降低瞭理解門檻,讓原本感覺像是神諭一樣的理論,變得有跡可循,有理可依。對於初學者來說,建立一個穩固的、基於直覺理解的框架,比一開始就陷入公式泥潭要重要得多。

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