改变世界的方程：牛顿、爱因斯坦和相对论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[德] 哈拉尔德·弗里奇 著，邢志忠，江向东，黄艳华 译

图书标签:

• 科学史
• 物理学
• 牛顿
• 爱因斯坦
• 相对论
• 科学普及
• 传记
• 数学
• 经典物理学
• 现代物理学

出版社： 上海科技教育出版社

ISBN：9787542861436

版次：1

商品编码：11988366

包装：平装

丛书名： 爱因斯坦书系

开本：16开

出版时间：2016-06-01

用纸：胶版纸

页数：236

字数：251000

正文语种：中文

内容简介

　　一个简单的数学方程果真能够改变世界吗？它究竟隐含着如何深邃的物理意义？作者以简明清新、通俗易懂的文笔讲述了狭义相对论的基本思想，其中著名的质能方程E=mc2在人们认识自然界的物质结构和性质之中扮演了核心的角色。原子弹爆炸的巨大能量来源正是基于这个方程所描述的物理原理，因此后者通过前者而改变了整个世界。本书的主要内容是以虚拟的三人讨论的形式来表述的，参与者包括艾萨克·牛顿、阿尔伯特·爱因斯坦和一位虚构的名叫阿德里安·哈勒尔的理论物理学教授。他们代表了物理学发展的三个不同时代。通过三人之间生动活泼的对话，读者可以切身领会相对论的时空观，比如光速不变性原理、时间延缓和空间收缩。而质能关系的出现则加深了我们对物质世界的理解：核裂变、核聚变、粒子与反粒子的产生和湮没等等不可思议的现象都是物质和能量之间相互转化的例证。

作者简介

　　哈拉尔德·弗里奇(Harald Fritzsch)，著名理论物理学家与科普作家。1971 年在慕尼黑工业大学获得博士学位。曾经在斯坦福大学、加州理工学院和欧洲核子研究中心工作，1980 年受聘成为慕尼黑大学索末菲教授(Som?merfeld Chair)，2008 年退休。他与盖尔曼合作多年，共同为量子色动力学——描述强相互作用的理论——做出了意义深远的奠基性工作。他在大统一理论、味相互作用理论等许多领域都具有原创性的重要贡献。他的科普畅销书被译成多种文字，其中《夸克》（Quarks）一书的中译本拥有众多读者。在20 世纪80 年代，他制作的名为“微观世界”的电视系列片在德国常播不衰，影响广泛。

目录

中文版序言
英文版序言
引言
第一章牛顿与真理之海
第二章牛顿和绝对空间
第三章邂逅牛顿
第四章关于光的对话
第五章牛顿与爱因斯坦相会
第六章光速乃自然常量
第七章事件、世界线和佯谬
第八章时空中的光
第九章时间延缓
第十章快μ子寿命更长
第十一章双生子佯谬
第十二章空间收缩
第十三章时空之奇妙
第十四章质量的时空性质
第十五章改变世界的方程
第十六章太阳的能量
第十七章阿拉莫戈多闪电
第十八章隐藏在核子中的能量
第十九章神秘的反物质
第二十章对基本粒子感到惊奇
第二十一章物质衰变吗？
结语
引文出处
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术语表

前言/序言

　　1905年，年轻的爱因斯坦（AlbertEinstein）改变了我们思考空间、时间和物质的方式。他认识到，要理解为什么光速在所有参考系中都相同，唯一的方式就是假设时间并不像牛顿(IsaacNewton)所认为的那样是绝对的，而是相对的。在运动系统中，时间的流逝是不同的。而且，刚体的长度也不是恒定的，而是变化着的，这种现象被称为洛伦兹收缩(Lorentzcontraction)。此外，爱因斯坦还认识到，物质和能量在本质上是相同的。根据他的著名方程E=mc2，质量可以转变为能量。
　　爱因斯坦并不认为他的方程对描述粒子的相互作用会有用，可是我们已经看到，在适当的时候爱因斯坦的公式甚至还描述了电子及其反粒子(即正电子)湮没成两个光子，或者通过两个光子碰撞而产生一对正负电子。核反应堆中能量的产生也是爱因斯坦方程的直接应用。
　　在本书中，我以爱因斯坦、牛顿和一位名叫哈勒尔（AdrianHaller）的现代物理学家三人对话的形式描述了爱因斯坦的思想。我之所以选择这种形式是因为，这样可以更好地描述一个人在了解相对论(theoryofrelativity)的过程中所遇到的困难。在这方面我效仿了伽利略(GalileoGalilei)，他在1632年出版的《关于两大世界体系的对话》（DialogueontheTwoChiefWorldSystems）一书中采用了类似的形式。
　　我希望中国读者能喜欢牛顿学习相对论的方法，而且也能用这种方法去学习相对论。爱因斯坦的理论对于我们理解这个世界是非常基本的，每个人至少都应该知道它的主要思想。正因为如此，我希望本书在中国能有许多读者。
　　哈拉尔德·弗里奇
　　2004年10月于慕尼黑

《改变世界的方程：牛顿、爱因斯坦和相对论》是一本关于科学史上两位巨擘——艾萨克·牛顿和阿尔伯特·爱因斯坦——及其革命性理论的著作。本书深入探讨了他们如何通过一系列优雅而深刻的数学方程，重塑了我们对宇宙、时间和空间的认知。 第一部分：牛顿的宇宙——万有引力的统治 在探讨爱因斯坦的相对论之前，理解牛顿的伟大成就至关重要。本书将从牛顿所处的时代背景讲起，那时，人们对天体的运动仍然充满了神秘感和哲学化的猜想。牛顿的出现，犹如一道划破黑暗的闪电，用严谨的科学方法和卓越的数学工具，为我们揭示了宇宙运行的规律。 伽利略的遗产与牛顿的升华： 书中会回顾伽利略在观测和实验方面奠定的基础，例如对落体运动的探索以及对望远镜的应用。这些前人的工作为牛顿提供了宝贵的起点。牛顿则在此基础上，提出了惯性定律（牛顿第一定律），阐明了物体运动状态不变的条件。接着，是著名的牛顿第二定律，即力、质量和加速度之间的关系（F=ma），这个看似简单的公式，却能够解释从地面上抛起的石子到行星绕日运行的各种运动。而牛顿第三定律，作用力与反作用力定律，更是揭示了力的相互性，让人们看到了一个充满动态平衡的宇宙。 万有引力——宇宙的粘合剂： 本书的核心内容之一将是牛顿的万有引力定律。本书会详细解析这个颠覆性的公式——F = G(m₁m₂)/r²。我们会解释其中每一个符号的含义：F代表引力的大小，G是普适的引力常数，m₁和m₂是两个物体的质量，r是它们之间的距离。本书将深入浅出地阐述这个定律的普适性，它不仅解释了苹果为何会落地，更解释了月球为何会绕着地球转，行星为何会按照开普勒定律的轨迹运行。我们将描绘牛顿如何将看似不相关的现象（天上的月球和地上的物体）统一在同一套数学框架之下，这无疑是科学史上的一次伟大合成。 数学工具的革新——微积分的诞生： 为了建立他的力学理论和万有引力定律，牛顿不得不发明新的数学工具。本书会提及牛顿在发展微积分方面的贡献，尽管这部分内容会侧重于其科学应用而非纯粹的数学推导。我们会说明，微积分提供了一种描述变化率和累积量的强大方法，这对于理解速度、加速度以及计算曲线下面积（例如行星轨道）至关重要。没有微积分，牛顿的许多理论将难以被构建和验证。 牛顿时代的科学观： 在这一部分，还会探讨牛顿力学的哲学意义。牛顿的理论构建了一个机械的、可预测的宇宙图景。在这个宇宙中，一切都遵循着精确的数学法则，仿佛一台巨大的钟表。这种机械论的世界观在当时的科学界和社会上产生了深远的影响，塑造了启蒙运动的思想。本书会分析牛顿理论的强大之处，同时也可能 subtly 地提及它在某些复杂现象面前的局限性，为引出爱因斯坦的理论做好铺垫。 第二部分：爱因斯坦的宇宙——相对论的革命 在牛顿力学统治了宇宙长达两个多世纪后，爱因斯坦的相对论如同另一场宇宙级的革命，彻底颠覆了我们对空间、时间和引力的理解。本书将带领读者穿越20世纪初的科学前沿，感受爱因斯坦如何以惊人的洞察力和非凡的想象力，构建出全新的宇宙图景。 狭义相对论：时空的统一与光速不变的奥秘： 本书会从狭义相对论开始，介绍其核心的两条公设：光速不变原理和相对性原理。我们会解释，在惯性参考系中，无论观察者如何运动，真空中的光速总是恒定的。这个看似简单的物理事实，却带来了极其深远的推论。 时间膨胀与长度收缩： 通过对光速不变原理的深入探讨，本书将展示如何推导出时间膨胀和长度收缩的效应。我们会用生动的例子（例如双生子佯谬）来解释，快速运动的物体，其时间会流逝得更慢，其长度在运动方向上会缩短。这彻底打破了牛顿绝对时间和绝对空间的观念，揭示了时空的相对性。 质能方程 E=mc²： 狭义相对论最著名的成果莫过于质能方程 E=mc²。本书会详细解读这个公式的意义：质量和能量是同一事物的不同表现形式，它们之间可以相互转化，且转化系数是光速的平方。我们会解释这个公式在核能、粒子物理等领域的巨大应用，以及它如何深刻地改变了我们对物质世界的认识。 广义相对论：引力的新面貌——时空弯曲： 广义相对论是爱因斯坦对引力理论的又一次革命。它不再将引力视为一种作用于物体之间的“力”，而是将其解释为由质量和能量引起时空几何的弯曲。 等效原理： 书中会首先介绍爱因斯坦的等效原理，即引力效应与加速运动的效应是无法区分的。这个原理是构建广义相对论的关键思想之一。 曲率与几何： 接着，本书将重点解释广义相对论的核心——时空弯曲。我们将尝试用通俗易懂的方式（例如想象一个被重物压弯的橡胶膜）来描绘质量如何“压弯”了周围的时空，而物体则沿着这种弯曲的时空“轨道”运动，我们将其感知为引力。 引力场方程： 虽然不会深入复杂的张量微积分，但本书会提及广义相对论的场方程，并解释其核心思想：物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。这个方程是描述引力的数学核心。 相对论的验证与影响： 本书会回顾广义相对论被验证的关键实验和观测，例如光线在太阳引力场中的弯曲（爱丁顿的观测）、水星近日点的进动以及引力红移等。这些证据有力地支持了爱因斯坦的理论，并让公众开始认识到其革命性。 相对论的深远影响： 广义相对论不仅改变了我们对宏观宇宙的理解，也为黑洞、引力波等现代天体物理学的研究奠定了基础。它还对宇宙学的发展产生了决定性的影响，开启了对宇宙起源、演化和结构的全新探索。 第三部分：方程的力量——科学进步的脉络 本书的最后一章将回归到“方程”这一核心主题，探讨科学方程在推动人类认知进步中的关键作用。 方程的语言： 方程是一种简洁、精确、普适的语言，它能够以数学的形式，捕捉自然界的本质规律。本书将强调，牛顿和爱因斯坦的方程之所以能够改变世界，正是因为它们用数学语言清晰地表达了之前难以言喻的自然现象。 从牛顿到爱因斯坦的继承与超越： 本章会进一步分析，爱因斯坦的理论并非否定牛顿，而是在更广阔的尺度上对其进行了继承和超越。在弱引力场和低速情况下，相对论的方程会退化为牛顿力学的方程，显示了科学理论的层层递进和统一性。 方程与实验的互动： 方程的提出往往需要实验的验证，而实验的结果又会反过来激发新的理论和方程。本书会强调这种理论与实践之间相互促进的辩证关系，是科学不断前进的动力。 方程的未来展望： 最后，本书可能会对现代物理学中仍在探索的方程（例如量子引力）进行简要的展望，提示读者，科学探索永无止境，新的方程或许正在孕育之中，它们将继续改变我们对世界的认知。 总而言之，《改变世界的方程：牛顿、爱因斯坦和相对论》并非一本枯燥的数学教科书，而是一次穿越科学史的激动人心的旅程。它将用生动的故事、形象的比喻和严谨的逻辑，带领读者领略科学思维的魅力，感受人类智慧的伟大，并深刻理解那些改变世界的方程，是如何塑造了我们今日所知的宇宙。本书旨在让每一位对科学充满好奇的读者，都能从中获得启发和知识，重新审视我们所处的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧设计极具匠心，拿在手里就有一种沉甸甸的知识的厚重感。内页的纸张质地优良，印刷字迹清晰锐利，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。更值得称道的是，书中穿插的那些历史图片和示意图，质量都非常高，它们并非简单的装饰，而是对文字内容的有力补充。很多理论的阐释，仅仅依靠文字是难以理解的，但配图一出，豁然开朗。例如，对于某些复杂的时空几何概念，作者通过精妙的二维或三维示意图，极大地降低了读者的理解门槛。这种对细节的极致追求，体现了出版方对严肃知识的尊重，也极大地提升了读者的阅读体验，让这部科普巨著更像是一件值得收藏的艺术品。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书最令人拍案叫绝的地方，在于它对科学发现背后的“人性挣扎”和“时代背景”的刻画。它没有将牛顿或爱因斯坦塑造成不食人间烟火的圣人，而是还原了他们作为有血有肉的人所经历的怀疑、挫折、同僚间的竞争与支持，甚至是个人的情感波动。这种对人物命运与科学进程交织的叙事，极大地增强了故事的张力。比如，书中对特定历史时期社会思潮如何反作用于科学理论的接受程度的分析，视角独特且深刻。它提醒我们，科学并非真空中的理想产物，而是深受其所处时代的文化、政治和技术条件制约。这种对“环境塑造人”和“人推动环境”之间复杂动态关系的描摹，使得全书的格局远超一般的科学史记述，更像是一部宏大的文明发展史诗。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值在于它成功地激发了一种深刻的敬畏之心。它以一种近乎诗意的语言，描述了人类心智所能触及的最深邃的自然规律。作者在探讨那些超越日常经验的物理实在时，使用的措辞充满了对未知宇宙的谦卑与赞叹。这种情感上的共鸣，远比单纯的知识传递更具力量。它不仅仅是知识的传授，更是一种精神的洗礼，它让我们意识到，我们所生活的世界远比我们日常感知到的要奇妙、复杂和优雅得多。读罢全书，你会感到自己仿佛站在了巨人的肩膀上，看到了更广阔的星空和更深邃的时空结构，心中充满了对人类求知欲的由衷赞美。

评分☆☆☆☆☆

这部书的文字功底极其扎实，作者对物理学史的梳理脉络清晰，引人入胜。它不是那种干巴巴的教科书式的叙述，而是充满了对科学巨匠们思想火花的捕捉与再现。读起来，仿佛能身临其境地感受到那些划时代的思想是如何在历史的偶然与必然中孕育而生的。尤其在描述那些关键的实验和理论推导时，作者没有陷入晦涩的数学公式泥潭，而是用极其生动的比喻和清晰的逻辑链条，将深奥的物理概念化为可触摸的知识点。这种叙事的高明之处在于，它照顾到了对物理有基础了解的读者，同时也欢迎了那些仅仅怀有好奇心的普通读者。我特别欣赏其中对于科学哲学层面的探讨，它不仅仅是“是什么”的解答，更是“为什么会是这样”的深入挖掘，让人在了解科学发现的同时，也反思了人类认知世界的局限与飞跃。这种深入浅出的平衡把握，是许多科普读物难以企及的高度。

评分☆☆☆☆☆

全书的逻辑推进有一种令人信服的宿命感，仿佛作者是带着我们从微观的实验观察，一步步构建起宏伟的物理大厦。它巧妙地将不同的科学发现串联起来，展现了知识体系的迭代与继承关系。从早期的力学体系到后来的时空观革命，每一步的过渡都处理得极其自然流畅，几乎没有生硬的转折。阅读过程中，你会不断地体验到一种“啊哈！”的顿悟时刻，这种时刻并非来自书本突然抛出了一个结论，而是通过一系列缜密的推理和例证，让你自然而然地导向那个结论。对于希望建立系统性物理认知框架的读者来说，这本书无疑提供了一个极其坚实且逻辑自洽的蓝图，读完之后，对我们所处的宇宙观会有一个根本性的重塑。

评分☆☆☆☆☆

买了一本全都是公式的书，看的欲仙欲死，还是比较满意的，不过我并不懂

评分☆☆☆☆☆

书还是蛮不错的呢赞一个好评

评分☆☆☆☆☆

很好的书，是正品，不错。

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书不错啊，增加艺术欣赏能力

评分☆☆☆☆☆

很不错

评分☆☆☆☆☆

物流的速度挺快的。书本也可以，是挺喜欢的。

评分☆☆☆☆☆

还没看，阅后评论吧

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幸福的事情很多，其中之一就是囤一屋子高质量的图书！像是囤着一屋子的喜悦和希望。

评分☆☆☆☆☆

名家名作，慢慢学习。好好研读。