在眾多學科之中,物理學是極為不同的。它是我們認識世界的基礎,許多學科都是從物理學中發展而來的。相信很多讀者都驚嘆於物理定律描述真實世界的精妙之處,也有很多人止步於煩瑣的理論計算。
那麼,物理學這座宏偉大廈是如何搭建而成的?本書作者基於多年來對物理學的熱愛,嘗試采用中國傳統的章迴體格式,將各個時期物理學的重大進展、基本思想以及主要定理融入到真實的故事當中,展示瞭物理學的麯摺發展曆程,並用生動的筆觸講述瞭亞裏士多德、伽利略、牛頓、愛因斯坦等偉大人物鮮為人知的一麵。你在閱讀過程中若能偶爾捧腹一笑,便是對我們的鼓勵。
從亞裏士多德到牛頓再到愛因斯坦,從行星運動三大定律到經典力學再到相對論和量子力學……這些偉大的人物不斷探索物質世界的規律,一次又一次革新人類對世界的認知,由此我們纔得以不斷接近事物的本質。然而,物理學的每一次進步都需要人類付齣巨大的努力。本書以時間為主綫,通過一段段生動的故事展現物理學的發展曆程,以曆史的眼光看待這些正確的理論以及已被拋棄的錯誤理論對物理學的發展所起的作用。同時,書中也介紹瞭一些物理學傢之間的恩怨糾葛,力圖還原曆史人物的真實麵貌。
本書可供對物理學感興趣的讀者閱讀。
汪振東:先後畢業於西安郵電學院(本科)和中國科學院研究生院(碩士),曾在中國科學院物理學院學習,後在中國科學院國傢授時中心工作,參與研究原子鍾、時間比對以及北鬥等諸多項目,對基礎物理有深刻的瞭解。
第 一部分 經典力學 1
第一迴 從古希臘說起 2
第二迴 完美地心說 9
第三迴 不完美的日心說 15
第四迴 伯樂與韆裏馬 20
第五迴 近代物理學的開端 24
第六迴 宇宙的新發現 30
第七迴 一個美麗的實驗 38
第八迴 一個淒美的故事 43
第九迴 淺談微積分 50
第十迴 力學三大定律 57
第十一迴 蘋果的故事 61
第十二迴 牛頓與上帝 67
第十三迴 有趣的天文測量 72
第二部分 電磁學 79
第十四迴 靜電學簡史 80
第十五迴 從青蛙腿到持續電流 85
第十六迴 尋找電與磁的聯係 89
第十七迴 電動力學 92
第十八迴 電磁感應 98
第十九迴 電磁學的大統一 106
第二十迴 波 111
第二十一迴 尋找電磁波 116
第三部分 熱力學和統計力學 121
第二十二迴 熱力學簡史 122
第二十三迴 熱的本質 129
第二十四迴 熱力學 135
第二十五迴 統計力學 142
第四部分 光學 149
第二十六迴 光,波或微粒? 150
第二十七迴 光譜的故事 156
第二十八迴 光速的測量 163
第五部分 相對論 169
第二十九迴 第 一朵烏雲 170
第三十迴 為以太辯護 175
第三十一迴 愛因斯坦與狹義相對論 179
第三十二迴 關於狹義相對論的一些淺見 186
第三十三迴 愛因斯坦的睏惑 192
第三十四迴 廣義相對論 198
第六部分 量子力學 205
第三十五迴 微觀世界 206
第三十六迴 黑體輻射 213
第三十七迴 光電效應 217
第三十八迴 原子的核模型 219
第三十九迴 量子軌道 224
第四十迴 電子的故事 228
第四十一迴 矩陣力學 235
附一迴 愛因斯坦與諾貝爾奬 237
第四十二迴 電子也可以是波 240
第四十三迴 一個鬼魅般的實驗 244
第四十四迴 風流纔子薛定諤 247
第四十五迴 波動力學與矩陣力學 250
第四十六迴 不確定原理和互補原理 253
第四十七迴 愛因斯坦與玻爾的“戰爭” 256
第四十八迴 EPR佯謬與薛定諤的貓 262
第四十九迴 愛因斯坦的憂傷 266
第七部分 宇宙學 271
第五十迴 宇宙在運動 272
第五十一迴 探索宇宙起源 275
第五十二迴 神奇的中子 278
第五十三迴 恒星的命運 282
第五十四迴 尋找大爆炸的證據 285
第五十五迴 黑洞 288
第五十六迴 奇點可以存在 292
第八部分 量子場論及弦理論概述 295
第五十七迴 量子場論概述 296
第五十八迴 最後的統一? 298
這是一本簡述物理學發展曆史的故事書。
物理學知識浩瀚如海,倘若麵麵俱到地平鋪直敘,則會導緻有頭沒尾,所以本書避重就輕地介紹瞭物理學史上一些重要的理論及其誕生過程。要寫過程,又必須以曆史人物的視角去看待當時物理學中存在的問題,於是“問題”成為本書的主要綫索。本書基本上是按照“分析問題——解決問題——帶來新問題”這一循環性思路寫作而成的。在這些問題中,有的被曆史證明是錯誤的,如“地心說”“圓慣性”等。如何理解錯誤的理論,是我寫作時遇到的最大睏難,卻是本書有趣的部分之一。
隻寫問題仿佛又太單調,所以在書中增加些曆史人物的故事是在所難免的。每個曆史人物都是傳奇,每個傳奇都是一部書,為避免將本書的頭寫得像頸、頸寫得像肩、肩寫得像腰、腰寫得像水桶,本書剔除瞭和主旨無關的故事。不可否認,每個人都會從生活中汲取靈感,這些生活故事被保留瞭下來,如笛卡兒因觀察蜘蛛結網而發明瞭坐標係。書中保留下來的這些故事也多見於野史傳說,不作曆史考究。
本書總共分為八大部分,以演義的方式敘述瞭物理學的發展過程。
第一部分介紹經典力學。從古希臘的地心說寫起,首先介紹瞭地心說成型的原因以及後人的完善過程,再由地心說存在的問題引入哥白尼的日心說以及開普勒的行星三大運行定律。為瞭詮釋日心說,伽利略提齣“慣性”概念,慣性思想後由笛卡兒完善並最終被牛頓力學所統一。
第二部分介紹電磁學。首先從靜電力學的發展曆史寫到“動物電流”假說,再由“動物電流”假說寫到具有革命意義的發明——電堆。電堆的發明導緻奧斯特發現電流磁效應,由此引齣安培,再由安培引齣法拉第。法拉第在實驗中所總結的電磁效應最終被麥剋斯韋方程組所統一。當時人們總想將電磁學納入牛頓力學的範疇,導緻牛頓的超距理論與場理論産生衝突。最終,赫茲的實驗證明瞭場理論的正確性。
第三部分介紹熱力學與統計力學。從人類對火與溫度的認知談起,介紹瞭“燃素”與“熱質”被否定的過程,進而介紹瞭熱力學的發展曆史,以及在微觀上解釋熱現象所導緻的統計力學。
第四部分介紹光學。分析瞭波粒之爭的成因、人們對光譜的認識和光速的測量,再由光與以太的關係引齣第五部分相對論。
第五部分介紹相對論。首先介紹瞭尋找以太卻沒有找到的“零結果”實驗,由該實驗引齣洛倫茲等人的貢獻,再由此引齣狹義相對論。狹義相對論的局限性讓愛因斯坦感到不滿意,從而導緻廣義相對論的誕生。
第六部分介紹量子力學。首先介紹人類對微觀世界的認知以及原子論的誕生過程,再由電子的發現引齣人們對原子模型的假設。為解釋原子模型與經典電磁學之間的悖論,玻爾在普朗剋與愛因斯坦的量子理論基礎上提齣瞭量子化模型,由量子化模型的種種局限與悖論引齣瞭電子自鏇、矩陣力學和波動力學。矩陣力學最終導緻不確定原理的誕生,而對波動力學中 ψ 函數的解釋導緻量子力學與決定論産生衝突,從而導緻物理學中一場經典的大辯論。
第七部分介紹宇宙學。從廣義相對論之後人們對宇宙模型的思考寫起,引齣穩恒態宇宙與大爆炸理論。二者交織發展、相互辯證,最終以大爆炸理論暫時勝齣而告終。最後介紹瞭宇宙大爆炸之逆過程——黑洞産生的條件以及廣義相對論與量子力學的衝突。
第八部分概述性地介紹瞭量子場論以及弦理論。由經典理論與量子理論的衝突引齣量子場論,進而介紹大統一理論目前所處的睏境,簡單介紹瞭弦理論的誕生背景與前景。
我本想寫一本不帶有任何數學公式的物理學科普書,但事與願違,最終書中還是提到瞭幾個重要的數學公式。有些問題若用公式錶達會變得簡潔明瞭,有些問題非公式不能錶達,後者如熱力學部分的卡諾熱機效率公式。好在這些公式都不復雜,應該不會影響本書的流暢性。為瞭便於錶述,本書中插入瞭不少圖片。這些圖片多為示意圖,並非按比例繪製,隻求扼要展示問題主旨。縱然如此,仍不能將很多問題錶述清楚,故敬請讀者朋友注意本書中的修飾性詞語,如“也許”“幾乎”“大約”等。
本書力求語言生動幽默,盡量貼近當下生活,如用象聲詞“ Duang”錶示“瞬間”。另外,本書采用瞭一些通俗流行語言來錶述某一段曆史和曆史人物,隻為增加可讀性,並非對任何事、任何人不敬和褻瀆。本書中有多處對白,這些對白非外文直譯,隻求意近。如有用詞不當或者詞不達意之處,敬請指正。
我原想寫一本不含作者主觀意識的科普書,但沒能忍住,修改時雖做瞭不少刪減,但到底還有部分被保留瞭下來,而保留下來的亦不知所雲。不過管窺蠡測,隻為拋磚引玉,倘有畫蛇添足之處,請讀者朋友跳過這些地方;倘有一兩處對讀者朋友有所裨益,則不枉往日的筆耕辛勤。
謹以此書獻給“物理,我們曾經愛過”的人們。
《物理學史話:在悖論中前行》這本書,對我來說,不僅僅是關於物理學知識的獲取,更是一種思維方式的啓迪。我一直認為,我們對世界的認知,往往是被我們固有的思維模式所限製的。而那些物理學中的“悖論”,恰恰就是打破這些思維定勢的絕佳例子。它們挑戰著我們最基本的邏輯和直覺,迫使我們去重新審視那些習以為常的觀念。我特彆想知道,作者是如何將那些艱深晦澀的物理概念,用一種“史話”的方式,變得生動有趣,並且深入人心。例如,在量子力學中,疊加態和測量問題引發瞭深刻的哲學討論,這本身就是一個巨大的悖論,因為它挑戰瞭我們對客觀實在性的理解。還有,相對論中的時間膨脹和長度收縮,也與我們日常的經驗相悖。我期待這本書能夠深入剖析這些悖論的根源,以及科學傢們是如何一步步地去理解和化解它們。它不是簡單的科普,而是一種智慧的傳承,一種勇於質疑、敢於挑戰的精神的傳遞。我希望通過閱讀這本書,能夠培養齣自己獨立思考的能力,並且更加欣賞科學的嚴謹與創新。
評分拿到《物理學史話:在悖論中前行》這本書,我腦海中立刻浮現齣那些經典的物理學難題,比如“飛矢不動”的芝諾悖論,或者“以太”問題。我一直認為,科學的魅力不在於它有多少確定的結論,而在於它有多少未解的謎題,以及人們如何去解決這些謎題。而悖論,正是這些未解之謎中最引人注目的部分。它們挑戰著我們的直覺,甚至我們最基本的邏輯。這本書,我期待它能夠帶領我走進那些偉大的思想傢們的心靈世界,去感受他們是如何在這些看似無解的睏境中掙紮、思考,並最終找到齣路的。我想象著,伽利略在比薩斜塔上進行實驗的場景,或是愛因斯坦在辦公室裏苦思冥想廣義相對論的情景。這些曆史的瞬間,因為有瞭悖論的存在,而變得更加富有戲劇性和啓迪性。例如,量子糾纏的“鬼魅般的超距作用”,它打破瞭我們基於經典物理的“定域性”觀念,迫使我們重新審視因果關係和信息傳遞的本質。這種顛覆性的思想,往往是最能激發人思考的。我希望這本書能夠深入剖析這些悖論的成因,以及它們是如何被逐一解決的,並且在解決的過程中,如何孕育齣更深刻、更宏大的物理理論。它不僅僅是知識的傳播,更是一種思維方式的啓迪。
評分《物理學史話:在悖論中前行》這本書的書名,就充滿瞭哲學思辨的意味。我一直覺得,物理學不僅僅是關於物質和能量的學科,它更是關於我們如何認識世界、如何理解宇宙的學問。而“悖論”,正是我們認識過程中遇到的那些最深刻的矛盾和挑戰。在我看來,物理學的發展史,就是一部不斷化解悖論的曆史。從古希臘哲學傢對無限和連續的思考,到牛頓力學麵對的“繞月之謎”,再到量子力學中概率性的崛起,每一個重大的飛躍,都伴隨著對舊有觀念的挑戰和對新思路的探索。我很好奇,作者是如何將這些復雜的曆史進程,用一種“史話”的方式呈現齣來,讓我們這些非專業人士也能領略到其中的精彩。是否會像一個精彩的故事,將科學傢們的探索過程描繪得栩栩如生?是否會深入淺齣地解釋那些抽象的物理概念,讓我們能夠理解悖論的本質?我希望這本書能讓我看到,科學的進步並非是順風順水的,而是充滿瞭麯摺和反復。那些看似“錯誤”的觀點,有時反而能為我們指明方嚮。例如,熱力學第二定律的齣現,是為瞭解釋能量轉化過程中的不可逆性,而這種不可逆性,也正是宇宙演化的重要綫索。這本書,我期待它能讓我體會到,物理學的美,在於它能夠不斷地挑戰我們的認知,並且在挑戰中不斷升華。
評分這本書的書名就很吸引我——《物理學史話:在悖論中前行》。單是這個名字,我就能想象到其中必然充斥著那些挑戰認知、顛覆常識的物理學思想,以及科學傢們如何在這些看似無法解決的矛盾中,一步步推動我們對宇宙理解的邊界。我期待的不僅僅是枯燥的公式和理論,而是那些充滿戲劇性和智慧的探險故事。想象一下,亞裏士多德的“自然運動”理論,被伽利略的落體實驗無情地擊碎;牛頓的經典力學,在黑體輻射和光電效應麵前顯得捉襟見肘;甚至量子力學本身,也充滿瞭薛定諤的貓、海森堡的不確定性原理等令人費解的悖論。這些悖論,就像是物理學前進道路上的一個個“鬼打牆”,科學傢們並非簡單地繞過,而是直麵它們,分析它們,最終將它們轉化為通往新世界的鑰匙。我很好奇,作者是如何將這些復雜的概念,用“史話”的方式娓娓道來,讓普通讀者也能領略到科學的魅力,體會到智識的樂趣。是會像一部跌宕起伏的偵探小說,將綫索一一揭示?還是會像一堂生動有趣的公開課,將抽象的概念具象化?這本書的價值,我想就在於它能夠讓我們看到,科學並非一成不變的真理,而是一個不斷修正、不斷超越自我的動態過程,而悖論,正是這個過程中最耀眼的火花。它讓我們明白,那些看似“不對勁”的地方,往往蘊藏著最深刻的道理。我希望這本書能夠給我帶來一次思想的洗禮,讓我重新審視那些我曾習以為常的物理概念,發現其中隱藏的另一番天地。
評分《物理學史話:在悖論中前行》這本書,不僅僅是一部關於物理學發展史的流水賬,它更是一部關於人類理性思維如何剋服認知障礙、不斷逼近真理的宏大史詩。我之所以這樣說,是因為我深切地體會到,我們對世界的理解,往往是被我們固有的思維模式所限製的。而物理學中的那些悖論,恰恰就是打破這些思維定勢的利器。比如,光究竟是粒子還是波?這個看似簡單的問題,卻引發瞭長達幾個世紀的爭論,最終催生瞭波粒二象性的概念,徹底顛覆瞭我們對物質本質的認知。又比如,牛頓的萬有引力定律,在解釋行星運動方麵取得瞭巨大的成功,但它卻無法解釋水星近日點的進動,這成為瞭一個令人頭痛的“小尾巴”。直到愛因斯坦的廣義相對論齣現,纔真正地解決瞭這個問題。這些故事,讓我深刻地感受到,科學的進步,並非是綫性疊加,而是一種螺鏇式上升的過程,其中充滿瞭麯摺和反復。每一次悖論的齣現,都像是一次對現有知識體係的“敲打”,迫使我們去反思,去尋找更深層次的解釋。這本書,我期待它能夠讓我看到,科學傢們是如何運用他們敏銳的洞察力和嚴謹的邏輯,去拆解這些悖論,並最終從中提煉齣新的、更普適的物理規律。它是一種智慧的較量,是人類探索宇宙奧秘的偉大徵程。
評分我拿到《物理學史話:在悖論中前行》這本書,首先就被那封麵設計所吸引,一種深邃而又充滿活力的感覺撲麵而來。翻開書頁,我就被帶入瞭一個波瀾壯闊的科學畫捲。從古希臘樸素的哲學思辨,到近代科學革命的烽火狼煙,再到現代物理學的奇詭世界,作者以其獨特的視角,將物理學的發展曆程串聯成一部引人入勝的史詩。我尤其關注書中所提到的那些“悖論”。在我看來,悖論並非是科學的絆腳石,而是其生命力的象徵。就像是一個個尖銳的問號,它們迫使我們去質疑、去探索、去突破現有認知的局限。想象一下,以太的存在,曾經是多麼堅實的物理學基石,然而邁剋爾遜-莫雷實驗的“零結果”,卻給它帶來瞭緻命一擊,最終促成瞭狹義相對論的誕生。還有能量守恒定律,在放射性物質的研究中,也曾麵臨能量去嚮不明的睏境,最終引齣瞭中微子的假設。這些故事,在我看來,比任何嚴謹的公式推導都更能體現科學的偉大之處。它是一種精神,一種勇於承認未知、敢於挑戰權威的精神。這本書,我期待它能夠深入淺齣地講述這些故事,讓我不僅僅記住那些物理定律,更能理解它們是如何被發現的,又是如何被一次次地“推翻”又“重建”的。我想要看到那些科學傢們,他們麵對難題時的糾結、睏惑,以及最終豁然開朗的喜悅。我想,這纔是真正的科學魅力所在,是人類智慧不斷超越自我的證明。
評分讀過《物理學史話:在悖論中前行》,我最大的感受就是,物理學的發展並非是一條筆直的大道,而是一條布滿瞭荊棘與岔路的崎嶇小徑。這條小徑之所以能夠不斷嚮前,正是因為那些看似無法逾越的“悖論”。這些悖論,就像是路上的一個個巨大的石頭,前人無法搬走,後人也曾試圖繞過,但最終,隻有那些敢於直麵它、深入研究它的人,纔能找到解決之道,從而開闢齣新的道路。書中關於“連續與離散”的爭論,從古希臘的芝諾悖論,到量子力學中能量和動量的量子化,貫穿瞭物理學史的始終。這種看似哲學層麵的思辨,卻對物理學的發展産生瞭深遠的影響。還有“確定性與概率性”的較量,經典力學追求的確定性,在量子世界中被概率性所取代,這本身就是一個巨大的觀念轉變。我特彆好奇,作者是如何將這些抽象的概念,用生動的故事來解釋,讓讀者能夠感受到這種觀念的衝擊力。例如,原子模型的發展,從道爾頓的實心球,到盧瑟福的行星模型,再到玻爾的量子模型,每一步都伴隨著對原有理論的質疑和修正。這種層層遞進的探索過程,讓我看到瞭科學的迭代性和革命性。這本書,我希望它能讓我明白,每一個偉大的科學理論,都是建立在對前人錯誤的深刻反思和對未知世界的勇敢探索之上的。悖論,與其說是終點,不如說是新起點。
評分在我看來,《物理學史話:在悖論中前行》這本書,是一部關於人類智力不斷突破極限的史詩。我一直對那些能夠顛覆現有認知、重塑世界觀的科學理論感到著迷。而“悖論”,正是孕育這些顛覆性思想的溫床。它們就像是科學發展道路上的一個個“路障”,錶麵上看是無法解決的難題,但一旦被突破,往往就能開闢齣全新的視野。我想象著,作者會如何將那些抽象的物理概念,轉化為引人入勝的故事,讓我們感受到科學的魅力。比如,從牛頓力學到相對論的轉變,從經典電磁學到量子力學的飛躍,這些都伴隨著無數的悖論和爭議。我非常期待,這本書能夠帶領我走進那些科學巨匠們的世界,去感受他們是如何在思考的海洋中遨遊,如何一次次地挑戰權威,如何最終用他們的智慧徵服那些看似無解的難題。我希望這本書不僅僅是提供知識,更是一種精神的激勵,讓我明白,在麵對睏難和挑戰時,勇於質疑和探索的重要性。它會讓我看到,科學並非一成不變的真理,而是一個不斷發展、不斷完善的動態過程。
評分當我看到《物理學史話:在悖論中前行》這個書名時,我就知道這本書肯定不會是那種平鋪直敘、枯燥乏味的科學科普讀物。它所蘊含的“悖論”二字,立刻勾起瞭我對那些挑戰直覺、顛覆常識的物理學思想的興趣。我一直認為,科學的進步,很大程度上就是源於那些難以解釋的“怪現象”和“矛盾”。這些悖論,就像是科學探索道路上的一個個“警示牌”,它們告訴我們,現有的理論可能並不完整,我們需要更深入地去思考。想象一下,在經典力學占據統治地位的時代,突然齣現瞭黑體輻射的“紫外災難”,這無疑是一個巨大的打擊。而最終,普朗剋的能量量子化假設,以及愛因斯坦的光電效應解釋,纔徹底解決瞭這個問題,並開啓瞭量子力學的新紀元。這種從一個巨大的難題中孕育齣全新理論的曆程,本身就充滿瞭傳奇色彩。我非常期待,這本書能夠生動地講述這些故事,讓我不僅僅是瞭解那些物理定律,更能理解這些定律是如何被發現的,又是如何一次次地被新的發現所修正和完善的。我希望作者能夠用一種引人入勝的筆觸,將那些偉大的科學傢們在麵對悖論時的探索、掙紮和最終的頓悟,都描繪齣來,讓我感受到科學的生命力。
評分《物理學史話:在悖論中前行》這個書名,立刻就吸引瞭我,因為它暗示著一種動態的、充滿挑戰的探索過程。我一直認為,科學的魅力,不僅僅在於它能夠解釋已知,更在於它能夠不斷地提齣新的問題,並且以一種係統性的方式去解決它們。而“悖論”,正是這些問題中最具代錶性的存在。它們挑戰著我們的直覺,甚至我們賴以生存的邏輯。我非常期待,這本書能夠用一種生動、有趣的方式,講述物理學發展史上的那些經典悖論,以及科學傢們是如何一步步地去理解、去化解它們。我想象著,作者會如何描繪那些偉大的思想傢們,在麵對這些看似無解的難題時,是如何進行思考、如何進行實驗,又是如何最終憑藉他們的智慧,開闢齣新的科學道路。例如,能量守恒定律在放射性研究中的齣現,它並非是推翻瞭舊的理論,而是對舊理論的補充和深化,並且指齣瞭能量轉移的復雜性。這種“在悖論中前行”的精神,正是科學最寶貴的財富。我希望這本書能夠讓我深刻地體會到,每一次科學的重大突破,都離不開對現有理論的深刻反思和對未知世界的勇敢探索。
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