奇思妙想大本營:從數學到天文地理,探索生活中的小科學 (電子書)

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潘秀英
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具体描述

◤悄然而變,難以察覺

地球的許多變化是十分緩慢的,似乎是地球背著人們在偷偷摸摸地變化。例如,地球上發生的大規模垂直運動和水平運動,憑人的感覺難以發現。但人類畢竟已有幾千年文字記載的歷史了,靠著世世代代積累的觀察資料,加上現代科學技術,人們已經發現了這種變化。

「晴川歷歷漢陽樹,芳草萋萋鸚鵡洲」。唐朝詩人崔灏《黃鶴樓》詩中膾炙人口的詩句多麼引人入勝,然而,時隔一千多年,當年武昌長江中風景秀麗的鸚鵡洲已被江水吞沒,杳如黃鶴了。

位於青藏高原的喜馬拉雅山是世界上最高的山。在山上,人們發現了海中生物的化石,說明這裡曾經是一片汪洋。古人所雲「滄海桑田」確實是存在的。根據生物化石反映的那些生物生存的年代來推測,喜馬拉雅山上升到今天的高度,經歷了幾百萬年的漫長歷程。而它卻是地球上最年輕的山脈之一。你知道嗎?青藏高原現在仍以每年平均5毫米~6毫米的速度上升。這樣緩慢的變化,如果沒有精密的地形測量,人們是察覺不出的。

◤瞬間突發,難以防範

地球上的變化大多非常緩慢,但有時也會出現突然的變化。這種突變往往給人類帶來災難,例如大地震和火山爆發。

地震是發生在地底下的震動,事實上它時時刻刻都在發生。據統計,地球上每天發生的地震平均有一萬多次。當地球內部變化不激烈時,地震不大,構不成對人類的威脅。只有當地球內部發生激烈變化時,才會顯示出它可怕的威脅力量。

地球表面有許多火山口,它是地表通向看不見的地球內部的通道。在火山寧靜時,它是奇異的自然景觀;當火山發怒時,它是吞噬一切生命的魔鬼。義大利的龐貝城就是被火山噴發毀滅掉的。火山噴發時的情景,常常給人一種恐怖的感覺。

◤暗變難察,外力誘發

在地球的某些地方,表面上看起來很平靜,由於內部的變化,同樣可以造成地面上的災難,比較典型的是洞穴塌陷和「魔鬼」地區。

地些洞穴在地底下形成並逐漸擴大,在地表是看不見的,一旦地面造起建築物,就不知哪一天會突然坍塌,造成生命財產的嚴重損失。中國三峽大壩的壩址由南津關移到了三鬥坪,就是因為南津關那裡有地下溶洞。20世紀40年代,美國專家來長江考察時,看到長江在南津關江面狹窄,形如漏鬥,認為那裡是修建三峽大壩最理想的地方。解放後,經中國地質人員勘察發現,南津關地區地下有許多溶洞,一旦建壩,基礎不穩,後果簡直不堪設想。經地勘探人員多年努力,終於找到了理想的壩址——三鬥坪,大壩可以建築在堅固的花崗岩上了。

在地球表面上一些地方,由於不知道的原因,常常出現莫名其妙的災難,我們把這種地方稱為「魔鬼」地區。世界上最著名的魔鬼地區是百慕大魔鬼三角區,它是大西洋上的一片海域。在這裡,飛機常常迷失方向,輪船會莫名其妙地失蹤。據說至今已有一百多只艦船和三十多架飛機在這個海區消失。中國也有類似的地方,例如鄱陽湖的魔鬼三角區,早在北宋時就已發現,並有記載。解放後從20世紀60年代初到80年代末近30年間,在這裡有二百多只船沉沒,一千六百多人喪生。這裡風速可達每小時200千米,真是令人莫測高深。透過調查發現,地球上還有不少其他的魔鬼地區存在,且大多數在水域。我們很自然地聯想到,這些不幸事件雖然發生在地表的魔鬼地區,而其內在的原因可能就在我們看不見的地下。

當你仔細觀察地表的山川分佈時,你會驚奇地發現,世界上最高的山峰——高8848米的珠穆朗瑪峰和最深的海溝——深11034米的西太平洋馬里亞納海溝,均在北緯30°線附近。一些大江大河的入海口也在北緯30°線附近,例如中國的長江和美國的密西西比河。此外,撒哈拉大沙漠和百慕大魔鬼三角區等也在這一緯度附近。有人提出了這樣的疑問:這些地表上的特殊現象都集中在北緯30°附近,是巧合還是與我們看不見的地下風雲有著某種內在的聯繫呢?

上述種種地表現象,讓我們感覺到地球內部是一個不平靜的世界。

《探秘未知星空:宇宙演化与生命起源的宏伟叙事》 一卷穿越时空的史诗,一趟追溯本源的壮丽旅程 在浩瀚无垠的宇宙背景下,人类对自身起源与未来命运的追问从未停歇。本书并非聚焦于日常生活中的琐碎科学现象,而是将读者的目光投向宇宙尺度的宏大叙事,深入探讨从宇宙诞生之初到生命在行星间萌芽的每一个关键环节。它是一部集结了现代天体物理学、宇宙学、行星科学及基础化学的综合性著作,旨在为严肃的科学爱好者和对宇宙终极问题抱有好奇心的人们,构建一个清晰、深入且引人入胜的知识图景。 第一部分:时空之弦的拉伸——宇宙学前沿 本篇从普朗克时代的光芒开始,逐步揭示我们所能观测到的宇宙的诞生史。我们不会探讨如何用简单的数学公式解释生活中的力学问题,而是将焦点置于极端的物理条件: 1. 暴胀理论与微波背景辐射的密码: 我们将详细剖析暴胀理论如何解决了早期宇宙的视界问题和磁单极子问题。随后,深入解读宇宙微波背景辐射(CMB)中的微小温度波动——那些看似随机的“斑点”,实则是宇宙结构形成的最初种子。每一度的微小差异,都蕴含着关于暗物质密度、宇宙曲率的精确信息。我们将追溯不同卫星任务(如COBE, WMAP, Planck)的数据如何逐步完善我们对早期宇宙的理解。 2. 暗物质与暗能量的隐秘统治: 宇宙的绝大部分似乎由我们无法直接感知的物质和能量构成。本部分将系统梳理支持暗物质存在的动力学证据,包括星系旋转曲线、引力透镜效应以及宇宙大尺度结构的形成。随后,我们将进入更具挑战性的领域——暗能量。通过对Ia型超新星观测的分析,探讨宇宙加速膨胀的发现如何彻底颠覆了传统的静态宇宙模型,并介绍ΛCDM模型中暗能量的可能形态及其对宇宙未来命运的决定性影响。这不是关于日常生活中的光影魔术,而是关于支配整个时空结构的两种神秘实体。 3. 恒星与星系的生命周期: 宇宙并非一成不变的背景,而是一个充满生灭循环的动态系统。我们将详细描述恒星如何从分子云坍缩形成,经历主序阶段的核聚变平衡,直至红巨星阶段的氦闪,并最终以白矮星、中子星或黑洞的形式结束生命。特别是,我们将聚焦于超新星爆发——那些宇宙中最剧烈的事件——它们如何通过“R过程”合成比铁更重的元素(如金、铀),并将这些元素播撒到星际介质中,为下一代恒星和行星的形成提供原材料。接着,我们追踪星系的演化路径,从最初的小型不规则星系如何通过并合、潮汐作用,最终形成我们银河系这样的宏伟螺旋结构。 第二部分:行星的诞生与宜居性的密码 在宇宙的宏大舞台上,行星系统是孕育生命的温床。本部分将聚焦于太阳系外的探索,以及地球自身宜居性的独特性。 1. 原行星盘的凝结与分异: 恒星形成后留下的残留气体和尘埃构成了原行星盘。本书将详细阐述从微米级尘埃颗粒到公里级星子(Planetesimals)的吸积过程。我们着重分析“雪线”(Snow Line)对行星构成的决定性作用——在雪线内部,水、甲烷等挥发物只能以固态存在,形成了岩石质的内行星;而在雪线之外,大量冰体得以聚集,最终形成了气态巨行星。这种分异机制解释了太阳系内行星的明显差异。 2. 系外行星的侦测革命: 自从开普勒和TESS任务以来,我们已经确认了数千颗系外行星。本章将系统梳理主要的探测方法:凌日法(Transit Method)的高精度测光,以及视向速度法(Radial Velocity Method)对行星质量的测量。更进一步,我们将探讨直接成像技术和微引力透镜法在发现遥远或特殊轨道行星中的应用。这些数据正在帮助我们构建一个更真实的行星普查图景,理解行星形成的多样性。 3. 宜居带的复杂性与“第二地球”的搜寻: “宜居带”(Habitable Zone)的概念远比“液态水存在”要复杂。本书将超越传统的热力学定义,探讨行星磁场的保护作用、板块构造对碳循环的维持能力,以及大气成分(如温室气体浓度)对气候稳定性的关键影响。我们将深入分析一些具有潜在宜居性的系外行星系统,例如围绕红矮星运行的行星,以及“超级地球”的可能内部结构。这不是对如何在家中制作简易望远镜的指导,而是对前沿天文观测结果的深度解读。 第三部分:生命之源的化学景观——生物起源的非凡之路 宇宙的终极奥秘之一,在于无生命的化学物质如何组织成能够自我复制的生命体。本部分将探寻化学演化,而非生物遗传学的具体机制。 1. 原始地球的化学合成实验: 我们将回顾米勒-尤里实验的意义,但更重要的是,探讨现代科学对早期地球大气构成和能源输入的修正观点。我们关注“热液喷口假说”与“岩石-水界面”化学反应的重要性,即生命可能并非诞生于“原始汤”中,而是在特定矿物表面催化的复杂有机分子聚合。 2. RNA世界与遗传物质的起源: 聚焦于遗传信息是如何首次被捕获和复制的。本书将详细阐述“RNA世界假说”,解释核糖酶(Ribozymes)如何兼具催化和信息存储的双重功能,可能是生命化学的过渡阶段。我们还将探讨构成生命体的基本要素——氨基酸、核苷酸——如何在星际尘埃云中形成,并通过彗星和小行星的撞击作用输送到早期的地球表面。 3. 地球的非凡特例:深空环境下的生命探索: 本部分最后将视角转向太阳系内的其他天体——火星古老的水系遗迹、木卫二(Europa)冰层下的咸水海洋、土卫二(Enceladus)喷射出的羽流所携带的有机分子。我们探讨的是行星保护层下可能存在的独立生物圈的可能性,以及对这些环境进行未来探测任务(如欧罗巴快船)的科学目标。 本书旨在提供一个连贯的、基于前沿研究的宇宙演化故事,它要求读者具备对物理学和化学基本原理的深刻理解,并愿意跟随科学的脚步,探索那些塑造了我们存在的基础性、极端性、宏大性的科学问题。它是一本关于宇宙、时间和存在的深度思考之作。

著者信息

潘秀英,編有《未知的角落:從「鬼城」到幽靈賽車,一探世界種種奇聞軼事》、《深度解讀大自然:從動物到天氣,探索世界自然科學之謎》。

图书目录

前言
第一章 數學科學
第二章 化學科學
第三章 物理科學
第四章 發明科學
第五章 生物科學
第六章 天文地理科學

图书序言

  • EISBN:9786263681675
  • 規格:普通級
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB流動版型
  • 建議閱讀裝置:手機、平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:0.7MB

图书试读

前言

科技人才的培養,基礎在於教育。誰掌握了面向未來的教育,誰就能在未來的國際競爭中處於策略主動地位。青少年是國家的未來,科學的希望,擔當著科技興國的歷史重任。因此,把科技教育作為一項重要的內容,從小學抓起,為培養未來的人才打下堅實基礎是勢在必行。

解析科技內容,進行科學普及,對培養廣大讀者學習科學方法,樹立科學思想和科學精神,從面成為具有創造精神的,適應未來社會發展的建設人才打下基礎具有十分重要的意義。

在新的世紀,隨著科學技術日益滲透於經濟發展和社會生活的各個領域,成為推動現代社會發展的最活躍因素,並且是現代社會進步的決定性力量。發達國家經濟的增長點、現代化的戰爭、通訊傳媒事業的日益發達,處處都體現出高科技的威力,同時也迅速地改變著人們的傳統觀念,使得人們對於科學知識充滿了強烈渴求。

對迅猛發展的高新科學技術知識的普及,不僅可以使廣大讀者瞭解當今科技發展的現狀,而且可以使我們樹立崇高的理想:學好科學知識,為人類文明作出自己應有的貢獻。

用户评价

评分

我必须承认,最初拿到这本书时,我有点犹豫,担心内容会过于偏向某一类学科,比如纯粹的数学推导或者艰深的物理公式。然而,随着阅读的深入,我发现它的广度远超我的预期。它巧妙地在看似风马牛不相及的领域之间架起了桥梁。比如,它如何用微积分的思想去理解行星的运行轨迹,又如何将统计学的概念应用于日常的概率判断。这种跨学科的整合能力,使得整本书的知识体系异常饱满且富有层次感。作者似乎非常擅长于“解构”现象,把一个宏大的科学概念,拆解成一个个可以被理解的小模块,然后再用生动有趣的叙述将它们重新组合起来。对于我这种喜欢融会贯通的读者来说,这本书简直是宝藏。它教会我的不仅仅是“是什么”,更是“如何思考”——如何运用科学的思维去审视我们习以为常的世界。读完后,我发现自己看天空、看水流、甚至看烹饪时的烟雾,都有了完全不同的视角,充满了探究的欲望。

评分

如果用一个词来形容这本书的整体风格,那就是“灵动”。它仿佛拥有生命力,文字间流淌着对世界无尽的好奇与热爱。它没有采用那种严肃的、居高临下的教育口吻,而是用一种平等、分享的姿态与读者对话。无论是对宇宙尺度的天文现象的描绘,还是对微观粒子运动的阐释,作者都能保持一种令人惊叹的平衡感,既不失严谨,又充满了诗意。我尤其喜欢它在讨论地理和气候现象时所展现出的那种宏大叙事能力,能够让人瞬间感受到地球的复杂和美丽。它成功地做到了“寓教于乐”,让科学不再是冰冷的公式集合,而是生动的、充满美感的自然规律的展现。读完后,我感到自己的思维被打开了,不再局限于单一的领域,而是能够更全面、更立体地理解这个我们身处其中的奇妙世界。这本书的价值,在于它点燃了阅读者心中那团永不熄灭的探索之火。

评分

这本书的叙事节奏把握得极佳,它不像那些堆砌事实的工具书,而是充满了人文关怀和探索的热情。整体阅读体验是极其流畅和愉快的,几乎没有让人感到枯燥或需要停下来查阅大量背景资料的地方。尤其值得称赞的是,作者在引入一个新概念时,总会先设置一个引人入胜的小故事或者一个日常生活中的小困惑,让人在不知不觉中就被带入了科学的语境之中。例如,在讨论大气压力时,它可能会从一个老式的吸管吸饮料的场景切入,而不是直接抛出巴斯卡定律。这种“情景导入”的方式,极大地降低了读者的心理门槛。同时,书中对历史背景的交代也恰到好处,让我们理解这些科学发现是如何一步步艰难地被人类文明所接受和验证的。这不仅仅是一本科学启蒙读物,更像是一部微型的科学思想史,让人在了解知识的同时,也对科学家的求真精神肃然起敬。

评分

对于我这样自认为对自然科学有一定了解的成年人来说,我原本以为这本书能提供的“新知”不会太多。但事实证明,我低估了“生活中的小科学”所蕴含的深度。这本书的精妙之处在于,它不是简单地重复高中课本里的知识点,而是用一种全新的、更贴近现代认知水平的视角去重新诠释它们。它会深入到一些我们日常生活中忽略的细节,比如为什么某些材料在特定温度下表现出奇异的性质,或者我们感知到的颜色是如何被大脑加工和“欺骗”的。这些内容要求读者有一定的基础思考能力,但同时又提供了足够的解释,确保即使是初学者也能跟上思路。我特别欣赏它那种鼓励批判性思维的态度,书中常常会提出一些似是而非的“常识”,然后引导我们用科学的证据去验证或推翻它。这种互动式的阅读体验,远比单向灌输知识要有效得多,它真正激发了我的求知欲,让我开始用更审慎、更科学的态度去观察和判断周围发生的一切。

评分

这套书给我的感觉,简直就是打开了一扇通往“为什么”的奇妙大门!我本来以为科学书可能都挺枯燥的,充满了各种公式和复杂的理论,但读完这本之后,完全颠覆了我的认知。它不是那种硬邦邦的教科书,更像是一位知识渊博又非常会讲故事的朋友,带着你一起在日常生活中寻找那些隐藏的科学原理。比如,它会解释为什么肥皂泡会变成圆形,或者我们看到的彩虹到底是怎么形成的。这些看似简单的问题,背后却蕴含着深刻的物理学和光学知识。作者的叙述方式非常生动,他总能找到最贴近生活的例子来阐述复杂的概念,让人感觉这些知识不再是高不可攀的象牙塔里的学问,而是触手可及的、可以用来解释我们身边一切现象的工具。我特别喜欢它那种“打破砂锅问到底”的精神,不放过任何一个细微的观察,然后用清晰的逻辑把这些观察串联起来。这本书的排版和配图也做得很有心思,让人在阅读的时候心情愉悦,丝毫没有学习的压力,反而是一种享受探索的乐趣。对于那些一直对世界充满好奇心,却又苦于找不到好的入门材料的人来说,这绝对是首选的读物。

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