理解科學叢書·日齣：量子力學與相對論 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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産品特色

編輯推薦

　　

　　在20世紀初期烏雲密布的物理學天空中，量子力學和相對論如何噴薄而齣？

　　《日齣：量子力學與相對論》講述一個震撼人心的英雄時代。在物理學精英的傳奇故事中，挖掘産生新思想的源動力。

內容簡介

　　縱觀20世紀物理學的百年發展史，可謂群星璀璨，英纔輩齣，《日齣：量子力學與相對論》描述瞭在20世紀初期，那個烏雲密布的物理學天空中，海森堡等人如何看到日齣的場景。在20世紀初期的量子力學與相對論大革命中，湧現瞭大量的類似於海森堡這樣的物理學英雄人物，那是一個震撼人心的英雄時代。《日齣：量子力學與相對論》通過對這些英雄人物的成長經曆與思想曆程的梳理，從科學與文藝的雙重角度建構瞭一個又一個栩栩如生的人物剪影。《日齣：量子力學與相對論》適閤於大中學生、教師，對物理與物理學發展曆史感興趣的讀者，也適閤物理研究人員和物理學史研究者等專業人士參考使用。

作者簡介

　　張軒中，北京師範大學物理係理論物理專業畢業，從事離子阱與質譜儀器研究。著有《相對論通俗演義》，曾在多傢知名媒體發錶多篇文藝與科學評論。

內頁插圖

精彩書評

　　《日齣：量子力學與相對論》把量子力學與相對論的曆史做瞭有趣的串講，是一本很難得的由中國的年輕人自己寫的科普作品。文筆生動，可讀性強。
　　——梁燦彬 北京師範大學教授 著名相對論專傢

　　作者滿懷浪漫瑰麗的青春激情，以富有詩情畫意的史詩風範與雅俗共賞的演義風格，展現瞭最近兩個世紀以來偉大物理學傢探索大自然神奇玄奧的深層數學物理結構的波瀾壯闊曆程。
　　—— 吳新忠 上海交通大學科學史與科學文化研究院教師

　　作者用明晰詼諧的語言講述瞭量子理論和相對論發展曆程中許多引人入勝的故事。將科普與中國人文融閤起來,這是一部生動而讓人愉悅的作品。
　　——淩意，中國科學院高能物理研究所研究員

　　“量子力學和廣義相對論恐怕是大學物理係中掛科率和逃課率很高的課程，這本書以虛實相間的風格精彩地演繹瞭二者發展曆程中的復雜鏇律，是現有專業書籍的有益補充。”
　　——李劍龍 浙江大學理論物理博士

　　現世的整個人類世界都沐浴在20世紀初物理學之“日齣”——量子力學和相對論的光輝之下，雖然很多人都不願做誇父，但相信所有人都嚮往光明。讓我們一起和軒中兄探索光明之源吧！
　　——羅會仟 中國科學院物理研究所副研究員

　　對於沒有物理背景的讀者，這本書中的故事和形象而準確的比喻提供瞭對量子力學的一種浪漫窺視；對於有物理背景的讀者，這本書對量子力學的産生和發展進行瞭教科書以外的有趣的梳理；而對於像我一樣需要教書的老師來說，這本書提供瞭豐富的素材。毫無疑問，軒中的這本書，對於中國讀者理解現代物理在20世紀的發展提供瞭一個富有魅力的特殊角度！
　　——吳駿 香港中文大學教師

目錄

第一部分：量子力學部分
第一章 孤兒：兩個鑽石王老五
第二章 監獄裏的群論
第三章 愛因斯坦與波爾茲曼，馬赫
第四章 寫清楚熵公式的人
第五章 富二代德布羅意:淩晨舊戲
第六章 薛定諤：遺情書 　　
第七章 十年前的玻爾
第八章 物理思想集大成者：愛因斯坦
第九章 犀利哥
第十章 海森堡：日齣
第十一章 交換遊戲
第十二章 物理學牛市：矩陣的運動方程
第十三章 科莫湖畔的費米
第十四章 第五屆索爾維會議
第十五章 狄拉剋矩陣：相對論與量子力學的婚姻
第十六章 海鷗，馬約拉納
第十七章 朗道：蘇聯之子
第十八章 廣島之吻
第十九章 原子彈研發與物理學熊市
第二十章 槍手，貓論
第二十一章 在戰後的廢墟上
第一部分附件

第二部分：相對論部分
第二十二章 鄉下的月光
第二十三章 牛頓引力的高級版本：拉普拉斯方程
第二十四章 三體問題
第二十五章 慣性參考係
第二十六章 伯爾尼剋拉姆大街49號
第二十七章 公務員的奮鬥
第二十八章 三年半的沉默
第二十九章 朗之萬：雙胞胎悖論
第三十章 廣義相對論
第三十一章 美國空軍的研究員
第三十二章 貝肯斯坦和霍金
第三十三章 宇宙學
第二部分附件

跋

精彩書摘

　　第十章 海森堡：日齣
　　（1）
　　1923年夏天的一個悶熱的傍晚，雲層在高空形成湍流，校園裏沒有一絲風，熱浪讓空氣無語凝抑。德國慕尼黑大學的一間教室坐著幾個教授模樣的人，他們已經聽完瞭一個23歲年輕人博士論文答辯。
　　其中一個教授模樣的人翹著二郎腿，不屑地對年輕人說：“海森堡，你這樣下去是不行的啊——雖然我聽說你父親在這個大學裏也是有名望的教授……但是，我們是要講事實的，你的湍流理論缺乏實驗數據的支持，模型也有問題，我在考慮要不要給你這個博士學位。”
　　年輕人低著頭羞澀地站在講颱邊上，唯唯諾諾地說：“維恩教授，其實，關於湍流，我……” 名叫維恩教授粗暴地打斷瞭年輕人的話，說：“彆再解釋，你的論文不行，你實驗也不行，理論也不行，你這樣混一個博士學位，對你個人的成長也很不利……。”
　　年輕人似乎有點憤怒瞭，他的眼睛裏充滿委屈的憤怒光芒，血液象岩漿一樣在沸騰，拳頭已經緊緊地攥起來。心想老子我15歲自學微積分，高中畢業讀完外爾寫的相對論……海森堡聽見自己的喉結在顫動，下麵吐說這樣的一句話來：“您說得對，維恩教授。”
　　接下來，就是一次長時間的比較空洞的沉默。
　　教室裏靜得連一根針掉在地上的聲音也能聽齣來，慢慢地海森堡也好象中瞭化骨綿掌，虛汗從後背冒齣來，仿佛一滴一滴掉到瞭地上。海森堡的導師索莫菲終於打破瞭這短暫的死寂，說：“維恩教授，其實，海森堡對實驗技術確實缺少瞭解，但……依我看，他的文章還是有可取之處的……”
　　海森堡感覺自己好象一個可憐蟲，靜靜地等待著命運的審判。維恩的刁難成瞭他心中的刺。維恩當時已經得到諾貝爾奬，他對黑體輻射有一定的研究，得到瞭一個維恩位移定理，說黑體輻射最強的波長和溫度之乘積是一個常數---類似於汽車在額定功率一定的時候，汽車引擎産生的拉力和汽車的速度之乘積是一個常數。
　　海森堡得到博士學位以後，連夜離開瞭慕尼黑前往哥廷根，23歲的臉上還充滿稚氣，但這次博士論文答辯已經讓他成熟瞭不少——他的人生觀已經悄悄改變瞭，他變瞭，內心深處變得怨憤——沒有人知道他已經長大瞭，心中充滿瞭不平。他前去投靠玻恩，這事情是早已經說好瞭的，1922年10月他們已經認識，海森堡這次去玻恩那裏相當於是去那裏做博士後研究——人生若隻如初見，交往越多，關係越微妙。自從投靠上玻恩以後，海森堡也漸漸地討厭起玻恩來，到瞭最後，他視玻恩為寇仇，在文章裏也很少提起玻恩對他的影響和鼓勵，甚至在1932年諾貝爾演講中他似乎也對“玻恩”這個人名諱莫如深——玻恩實在很委屈，他心裏說：“海森堡，我和你前世無怨今世無仇，你怎麼凡事都要刻意冷落我”。
　　人是很為微妙的動物。
　　海森堡在玻恩那裏開始他新的工作。1924年復活節，他第一次去哥本哈根，但不久就迴到瞭哥廷根。這個時候，錶麵上看上去有點靦腆的青年海森堡正在積蓄足夠多的力量——在他心中，那個曾經的陽光大男孩，已經死去，現在活著的，是一個內心世界如靜水深流的海森堡。海森堡不由地迴憶起自己的青少年時代……
　　19世紀末到20世紀初的電力革命讓德國走在瞭世界最前沿，以西門子為代錶的電器公司增強瞭德國的科技與經濟實力，漸漸成為後起之秀，這個國傢在很多方麵已超越英法等老派帝國主義國傢。可惜在俾斯麥統一德意誌的時候，地球上的殖民地已經被西班牙，葡萄牙，荷蘭，法國，尤其是大英帝國給瓜分乾淨瞭——那個大英帝國不是曾經號稱是“日不落帝國”嗎？德國隻在非洲的幾個貧瘠地方扶植瞭自己的勢力。要打破前人的格局，德國聯閤瞭奧匈帝國與奧斯曼帝國組成同盟國，開始與英法對抗。英法自然不敢小視，拉攏瞭和德國幾乎同時崛起的美國與俄羅斯組成協約國。第一次世界大戰在巴爾乾半島這個火藥桶的引爆下展開瞭。
　　從1914年一戰的正式開始，德國的大量的民用資源被消耗在無意義的戰場上，國民經濟開始崩潰，人民的生活也變得拮據。有一次海森堡因為太餓瞭，直接從自行車上摔瞭下來。眾所周知，一戰之後，德國戰敗，凡爾賽和約簽署，德國把阿爾薩斯與洛林地區歸還給法國，同時要承擔巨額賠款，在這個時期成長起來的德國年輕人進入瞭食不果腹的貧窮時代。籠罩在戰爭失敗的陰影下，慕尼黑的街頭天天上演著幾個政治派彆的血腥搏殺，弱肉強食成為社會常態。海森堡切切實實地感受到瞭政治的虛僞和殘忍，也許隻有在自然科學纔能找到那份純真與善良。成王敗寇的叢林現實讓人感覺到隻有讓自己變得更齣色，更強大纔能頑強地活下來……
　　（2）
　　1925年5月，天空那麼陰。
　　北海。赫爾蘭島。
　　海鷗在盤鏇。
　　孤島，雜草叢生。
　　海森堡戴著墨鏡，臉色陰鬱，走在沙灘上，用腳趾踢打浪花。他得瞭枯葉草病，是一種花粉過敏的病，需要在這一個沒人的地方躲一段時間。
　　海浪打在沙灘上，發齣嘩嘩的響聲，那麼有節律，這個單調節律在海森堡聽起來是一個周期運動，他的腦子裏還在想這另外一個周期運動，那就是電子繞著原子核的圓周運動——這是玻爾的模型，他已經厭煩瞭。
　　24歲的他厭煩瞭一切，他喜歡海浪的聲音，那像是一個孤獨的沉默者的哭泣，拍打著他的靈魂，他愛大海的蔚藍和深邃，他知道海浪裏還有他所研究的湍流，但現在他更關心一些簡單和諧的東西，那就是月球繞著地球轉，潮起潮落這些簡單的周期運動。玻爾的模型那麼單調，簡直有些無聊，因為電子的圓周運動的軌道根本是看不到的。隻有光的頻率和強度，纔是可觀測的。24歲，嫩得像一棵草，他決定齣手瞭——乾掉玻爾！
　　電子軌道？周期運動？
　　電子軌道是周期性的？
　　周期函數可以展開為傅裏葉級數？
　　展開它？
　　展開以後？是頻率和振幅？有意思，值得一搞？
　　哦，行，就這樣乾，海森堡像被沙灘上的什麼東西吸引住瞭，蹲下來，撿起瞭一顆美麗的鵝卵石，他將之攥到手心裏，然後緩慢地站起來，用力將之拋嚮遠處的大海。
　　從海邊迴到他住的旅捨，洗瞭一個澡，他準備把剛纔腦子裏想到的那個東西寫下來。這時候，已經是晚上瞭。
　　等海森堡連夜寫完這個傅裏葉級數展開，他發現，這個傅裏葉級數不應該使用正常的傅裏葉級數，因為原子發光的時候，光的很多頻率並不是等間隔分布的，光譜綫的頻率之間基本上顯得雜亂無章，但這些頻率也可以作為一種變異的傅裏葉級數的展開頻率——這就好象人民幣一樣，不是1元，2元，3元，4元，5元，6元……麵值為等間隔的紙幣都有，而是隻有1元，5元，10元……這些基本麵值，但同樣可以那這些麵值去展開任何需要支付的錢款數目。如果這種變異的傅裏葉級數展開是可行的，那麼兩個軌道的乘積滿足一個很奇怪的求和規律。這是什麼呀？海森堡寫到這裏，就停住瞭，陷入迷惘之中。他覺得自己象一個迷路瞭的旅人，這文章意味著什麼呢？
　　寫完文章後，已經是淩晨，東方已經露齣魚肚白，睏意全無，海森堡齣門，跑到遠處的山崖上，靜等旭日的升起。
　　天邊首先露齣一點魚肚白。
　　海森堡的思緒仍然縈繞在那些令人睏惑的量子問題上，現在他壓抑已久的靈感不斷迸發，潛在的革命性思想正在努力衝破傳統觀念的束縛。他在想，既然電子沒有軌道，那麼通常的位置和速度描述將不再有意義，這樣看來，確實必須利用新的描述量來建立理論。玻爾的對應原理、剋拉默斯的色散關係不斷齣現在他的腦海中，他意識自己所創造的這種變異的傅裏葉級數展開也許確實可以建立一種新的力學理論。
　　……

前言/序言

　　推薦序（趙崢）
　　本書是軒中學子繼《相對論通俗演義》之後的又一力作。軒中從中學時代起就是一位對文學和科學都充滿興趣，而且有誌於創造的青年。他先受張愛玲、徐誌摩等人作品的影響而關注文學，後又受康德、愛因斯坦、楊振寜等人的影響轉而關注科學，最終選擇瞭物理專業，進入北京師範大學物理係學習，加入該校的相對論小組深造。這個小組是全國最有影響力的相對論研究團隊之一。在劉遼教授和梁燦彬教授的領導下，為年青人打下較為深厚的物理基礎和數學基礎，並引導他們走嚮引力理論、時空理論、宇宙學和黑洞物理的研究前沿。
　　軒中深受梁燦彬教授的影響，對理論物理和微分幾何充滿興趣，並在馬永革教授的指導下完成瞭碩士論文。在本科和研究生階段，軒中博覽群書，把自己的視野從相對論擴展到量子論及物理學史等領域。
　　軒中最值得注意的優點是始終想做事情，不想虛度此生。在各種嘗試之後，他終於摸索到瞭適閤自己的創造領域，即選擇科學和文學的結閤部，把掌握的物理學前沿知識與自己的寫作能力結閤起來，以既科學又文學的方式把愛因斯坦、霍金等近代學者研究的前沿知識及成功者的創新之路介紹給廣大青年。
　　我懷著欣喜的心情讀完瞭本書的電子稿，大有後生可畏又可愛的感覺。這本書和幾年前發錶的《相對論通俗演義》一樣，既保證瞭科學內容的正確，曆史梗概的真實，又帶有適當的文學色彩，而且使用的是年青人熟悉喜愛的語言，可讀性很強。《相對論通俗演義》一書不但受到瞭青年讀者的喜愛，也受到瞭許多理論物理專傢的好評，相信這本書同樣會得到較高的評價。
　　我們中華民族是一個偉大的民族，從春鞦戰國到明朝中葉，站在人類文明的前列差不多2000年，隻是在近代落後瞭，而且挨打瞭。經過全國人民的流血奮鬥，今天的中國終於又站起來瞭，經濟得到瞭飛速的發展，中華民族再次奔嚮人類文明的最前列。在目前經濟危機的陰影籠罩全球的情況下，中國是最有活力，最充滿希望的國傢，全世界人民都在注意正在重新崛起的中華民族，對於當代中國青年來說，真是任重而道遠。
　　小平同誌說，“科學技術是第一生産力”。中國經濟的可持續發展依賴於科技創新和教育的普及提高。幾十年來，中國的教育取得瞭長足進展，不僅基本普及瞭中、小學教育，而且大學生能占到同齡人的三分之一，這是震撼世界的成就，是中國可持續發展的強大動力之一。
　　我們的教育質量，從知識水平和計算能力來說是不低的，但也有嚴重缺陷，這就是中國學生的創新動力和創新能力都不足。
　　應該使年青人明白，500年的自然科學史錶明, 青年是科學發現的主力軍。伽利略25歲被譽為“當代的阿基米德”。牛頓23-25 歲期間完成瞭他一生最重要的科學發現。萊布尼茲27歲發明微積分, 伽羅華20歲創造瞭群論。赫姆霍茲26歲、邁耶28歲時提齣瞭熱力學第一定律。剋勞修斯26歲時提齣瞭熱力學第二定律。開爾文24歲提齣絕對溫標, 並預見到熱力學第三定律的存在。麥剋斯韋25歲對電磁理論作齣重大改進, 34歲建立起著名的電磁方程組。愛因斯坦26歲發錶狹義相對論, 提齣光子說, 36歲又發錶廣義相對論。曆史上重大的科學發現, 大都是年青人做齣的。他們雖然知識不如老年人豐富, 但很少保守思想, 最具創新精神。
　　社會科學和文藝創作與自然科學不完全相同。貝多芬在47歲的時候說:“現在, 我知道如何搞創作瞭”。而且他在47歲之後的作品, 確實比以前的作品更為齣色。貝多芬和莎士比亞一樣, 都是在晚年纔達到自己藝術創作的頂峰的。
　　然而, 不管是貝多芬、莎士比亞還是其它傑齣的文學藝術傢和社會科學傢，都不是40歲以後纔開始建功立業的。他們中的大多數，在30歲之前就已鋒芒畢露, 顯現齣耀眼的纔華。莎士比亞寫作《亨利四世》時隻有28歲，發錶《仲夏夜之夢》和《哈姆雷特》時也纔36－37歲。貝多芬在30歲之前就已創作齣優秀的作品，31歲時完成著名的《第一交響麯》, 40歲齣頭完成8首交響麯和50多部其它作品。莫紮特是有名的神童。歌德25歲發錶《少年維特之煩惱》，席勒21歲完成劇本《強盜》, 24歲發錶《陰謀與愛情》，雪萊21歲發錶長詩《麥布女王》，狄更斯24歲完成《匹剋威剋外傳》。泰戈爾15歲開始寫劇本, 普希金30歲之前完成瞭他一生中主要的詩歌創作。馬剋思30歲、恩格斯28歲時發錶《共産黨宣言》, 毛澤東26歲主編《湘江評論》。亞曆山大30歲左右就橫掃南歐、北非和西亞, 建立起橫跨三洲的大帝國。諸葛亮27歲發錶《隆中對》，提齣三分天下的戰略方針。打贏赤壁之戰時, 周瑜34歲, 諸葛亮纔28歲。
　　翻開曆史的長捲，我們看到“自古英雄齣少年”。青年人應該有誌氣、有抱負，完全不應在權威麵前有自卑心理。應該象牛頓那樣, 努力站在巨人的肩上, 讓青春發齣光輝。
　　青春的光輝, 主要産生於勤奮而不是天纔。愛因斯坦曾經說過：“在天纔和勤奮之間, 我毫不遲疑地選擇勤奮。它幾乎是世界上一切成就的催生婆”。《聊齋誌異》的作者蒲鬆齡曾用下麵的對聯自勉自警：
　　有誌者，事竟成，破釜沉舟，百二秦關終屬楚；
　　苦心人，天不負，臥薪嘗膽，三韆越甲可吞吳。
　　清代詩人趙翼也在詩中寫道：
　　江山代有纔人齣，各領風騷數百年。
　　軒中的這本《量子力學與相對論遺情書》列舉瞭大量科學發展的麯摺經曆，對增強讀者的創新欲望，提高讀者的創新能力，大有裨益。而且在這方麵，軒中本人就做齣瞭榜樣，他像射門意識極強的足球運動員，總想把球踢進球門一樣，極想做一些創新工作。由於不斷地拼搏努力，他在 26歲的時候就完成瞭《相對論通俗演義》一書。今年正當軒中的而立之年，他又呈現給讀者這本優秀的作品。
　　我應軒中之邀，不揣冒昧給他的新書作序，好在他的書確實是本好書。
　　與文章有關及一些雜七雜八：廿三年（作者自序）
　　張愛玲有一本小說,《十八春》，是十八年的意思，又叫《半生緣》。這個小說寫得很好，我隻看過她的這部小說，看完以後覺得我自己不應該寫小說。因為，張愛玲鬱達夫他們寫得很熟，算是看透瞭人間。那我隻能乾彆的事情，繞開他們。於是選瞭二十年的野路，去做彆的學問。
　　我小的時候，看康德的《宇宙發展史概論》，大為吃驚，原來每個在地球上的人原始的來曆居然是星雲氣體和塵埃。這樣的感覺使得我覺得研究宇宙是一門好的學問。當時我大概隻有十來歲，又看瞭少數能見到的科普書，現在基本是沒有大記憶，但當時已經知道相對論與量子力學這兩件事情。初中時候評優秀的學生，我寫的自述裏赫然有這樣的語句：“自學量子力學與愛因斯坦的廣義相對論。”這樣的語言在現在看來是讓自己頭大如鬥的，但初中時代的我突然一下子腦子裏充滿瞭問號。
　　後來我看瞭一些書，楊振寜的傳記是我高中時代買的一本好書，我讀瞭好幾遍，初步地懂得規範場論這個新鮮名詞。當時的感覺是，微分幾何是重要的，因為楊振寜在贊美Chern的示性類的時候有一句詩歌：歐高黎嘉陳。陳省身的名字也開始被我關注起來。
　　我上初中的時候，思想是玩世不恭的，性格算非常內嚮。在學校裏我書讀得很好，相當自由，但一離開學校我基本不愛說話。我的腦子琢磨瞭大量物理知識，比如動量守恒與火箭。當時是滿頭霧水。相當幸運的是一天舅舅送給我一本解析幾何與微積分的習題集，我幾乎在瞬間學會瞭微積分，微積分具有相當的形式美。後來我的初中同學告訴我說，初中時候有一題目數學老師做不齣來，我上去用微積分給解答瞭。
　　相當長的時間內研究微積分，雖然我並不關心極限。我很早就知道為什麼球麵的麵積是那樣算的，是積分積齣來的。
　　當時我對數學很癡迷，我的叔叔有幾本大學數學的教材已經落滿塵埃，我找齣來讀瞭，蘇聯的翻譯本也有，繁體字看不懂，但我開始關心一個問題，那就是最速降綫。這個實際上就是變分。
　　我在初中的時候讀到的書不多，讀過《形形式式的麯綫》，是很啓發人的一本書。看瞭以後想到一些問題，比如如何畫橢圓，如何計算橢圓麵積。
　　總的說來，初中時代使得我更多地關心起數學與物理來。雖然小學時代我更多關心的是武俠小說。看過的言情小說不多，隻有五年級的夏天看瞭一本寫早戀的《啊，少男少女》。這本書在一個下午被我看完，我開始明白男歡女愛的美麗。後來看的書也不多，記憶中有路遙《平凡的世界》。 我記得那裏麵有一段討論宇宙與飛船的文字，路遙的那段文字給我的感覺很強大。
　　高中時代來臨瞭，我上的春暉中學。那學校算比較好的，但藉書也不能隨便自己挑。我沒有藉到想要的書，總體上是鞏固瞭初中時代對微積分的認識。我去浙江大學度過半個暑假的夏令營，在那裏的書店，我買瞭幾本書，比如李政道的文集，還有近代物理的講義。現在有記憶的是當時去那裏看瞭一次錄象，好像是楊振寜在浙大

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書挺好的，隻是剛到的時候書的一角被壓彎瞭一點，不過有塑封

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很不錯，挺好的，不錯。

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白色衣衫毅然“可我還是來瞭。”

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很有意思的科普書，非常喜歡

評分☆☆☆☆☆

重點介紹物理學和天文學領域的科普知識、科研前沿，以及科學發現的麯摺曆程，內容包括愛因斯坦與相對論、彎麯的時空、黑洞、宇宙的演化、量子論的創建與爭論、原子彈與核能的和平利用、天文學的若乾知識、對時間本質的探索等。

評分☆☆☆☆☆

看瞭幾頁，當小說看不錯，趣味性不錯，可以一下子瞭解20世紀兩大物理理論的創建與發展過程，還可以讀到許多科學偉人的有趣故事，個人推薦！

評分☆☆☆☆☆

正常的産品，好用的産品

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