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朱立春 著

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出版社： 天津科学技术出版社

ISBN：9787557648411

商品编码：29474569020

包装：精装

出版时间：2018-04-01

基本信息

书名：哈佛的科学课

定价：29.80元

作者：朱立春

出版社：天津科学技术出版社

出版日期：2018-04-01

ISBN：9787557648411

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书汲取了哈佛大学300多年来科学教育思想的精髓，以科普大讲堂的方式，讲述青少年应该理解和掌握的科学常识，从物质循环到能量守恒，从亚原子微粒到宇宙天体，从万有引力到时空隧道，从生态系统到生命的进化，从地球的历史到宇宙的未来，涉及物理学、化学、生物学、生命医学、天文学、地球地理、数学等各学科门类。本书介绍了一些基本的科学知识，解释了科学中一些非常重要的概念及其相互关联的方式。这些科学概念会帮助读者理解科学的本质，具有的出版价值。

目录

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作者介绍

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文摘

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能量的探索

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我们可以利用92 种元素结合生成各种固体、液体和气体，从而形成一个行星。但是，如果我们只有这92 种元素及其化合物，那几乎什么都不能发生。这个行星将会变得十分“枯燥”。“枯燥”的行星缺乏地球所具有的一个重要特征，即能让物体自由移动的能量。

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若没有能量，我们甚至连“枯燥”的星球也造不出来。因为把元素结合成化合物需要大量能量，把这些化合物放到正确的位置上去也需要大量能量。

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那能量是什么呢？在日常生活中，我们常常会使用能量这个词。看见人们跑步或做运动，我们就会说他们精力旺盛。我们的住宅和汽车消耗着巨大的能量。我们能从太阳光中感受到能量，也能从食物中汲取到能量。

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同时，能量也是一个科学用语。在科学研究中，我们能测量出一勺冰激凌、滚烫的石油层、一升汽油、一场飓风或一节电池中蕴藏了多少能量。同样，利用科学，我们也能测算出老虎在奔跑中会消耗多少体能。

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科学虽然能非常地测量出能量，而给“能量”下一个定义却并不简单。一种官方科学定义认为，能量是移动物体的能力。若以这个定义为依据，你如果提三大包重物上山，那么因为移动了物体，你也就消耗了能量。但是，如果一个非常残忍的人让你提着同样的三大包重物站立不动一个小时，那么按照这个定义，由于你没有移动物体，也就没有消耗一点儿能量。

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在本书的学习过程中，我们不会通过死记硬背来学习“能量”的科学含义。相反，我们会研究一些涉及能量的科学场景，作为我们学习词语含义的方法。尤其对那些具有深层次含义的词，例如能量或爱，这个方法尤为有效。

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你们会如何定义“爱”？相信任何一种定义都会包括爱的不同形式。例如，我爱我的家庭，然而我对妻子、父亲、女儿和兄弟的爱却是不同的。同样，我也爱日落、爱流行音乐、爱朋友、爱写书、爱在树林中散步、爱我的扎染实验室外套、爱金钱、爱我的床以及小鸟唱歌的声音。以上所有的这些都定义了“爱”的含义。

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和“爱”一样，能量也是一个复杂且重要的词语。回溯到20 世纪，“披头士”就意识到了这一点，因此他们写了一首非常流行的歌曲《所有你需要的能量》。

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能量的形式

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与“枯燥”的行星不同，地球上既有物质又有能量。物质即是我们这个世界，而能量则能移动物体、提高温度、融化固体以及使液体沸腾。总之，能量能引起物质的变化。

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摩擦你的双手，你从哪儿获得能量来做这个？其实，我们所需的能量就来自于储存在食物中的化学能。还记得前两课中提到的光合作用吗？食物中的化学能就来自于太阳光能。因此，你能够摩擦双手，就是因为能量由太阳光能转化为化学能，再转化为动能。

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科学家们经过多年的研究才发现光、运动、电、热都涉及能量。现在， 我们把它们称为能量的不同形式，且可相互转化。

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那么在摩擦双手的过程中，能量又发生了什么变化呢？随着双手的摩擦，动能转化成了热能。这一运动转化为热的现象，在科学家研究能量概念中起到了重要作用。

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为了研究能量的不同形式，科学家测量出了从量的动能中所能获得的热量。的科学家本杰明·汤姆森是尝试相关实验的人。本杰明于1753 年生于马萨诸塞州，他在美国独立战争期间为英国做间谍工作。在其间谍身份被揭穿之后，他不得不离开他的妻子和还在襁褓中的女儿，只身逃往欧洲。

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在欧洲，本杰明继续为不同的国家做间谍。同时，在科学研究方面，他也做出了的贡献。他发明了高效率壁炉，及件用来测量光能的器具。另外，他还自创出制作咖啡的现代水滴法。并且，本杰明还为穷人建立了一整套家务工作系统，同时也为军队的组建与管理提出了非常有效的建议。

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在军队工作期间，本杰明研究了在大炮钻孔的过程中所产生的热量。他做了一个实验，让套着缰绳的马绕圈跑，从而转动金属钻孔器给大炮钻孔。同时，用水把大炮完全覆盖。钻孔器与大炮摩擦所产生的热量提高了水温。他描述道，在没有明火加热的情况下，可以用这种方式把12 升的冷水加热至沸腾，旁观者都惊呆了。

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许多实验，包括本杰明·汤姆森所做的试验在内，都证实了：能量的形式发生改变时，能量既不会消失也不会再生。这一结论终演变为的“能量守恒定律”。这律表明，能量不会凭空产生也不会凭空消失。无论如何，总能量总是保持不变。

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乍一看，这一科学定律并不符合我们的日常经验。周一我们给汽车加满油之后，在一周内行驶了500 千米，到了周日我们就不得不再次加油。当地的能源公司向我们收取用于住宅暖气的汽油或天然气费用时，如果我们拒绝付账，并写信给公司理论，说“能量守恒定律”表明我们并没有消耗能量，那结果会怎样？

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其实，能量守恒定律立足于更广的能量视角。当我们使用暖气时 ，我们只注意到了燃料与房间里的热量。而能量守恒定律则同时关注溢出房间的热量，虽然这些热量逃逸到大气中，向外太空扩散，但它们永远都存在，不会被破坏。并且，燃料（例如天然气、石油或木材）释放出的热量与燃料中的化学能相等。我们应该付电费或天然气费用，并不是因为我们破坏了能量，而是因为我们消耗掉了量以方便形式贮存的能量，从而使能量变成了另一种可利用性较低的形式。

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序言

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穿梭于原子与星辰之间：一位科学探索者的心灵地图 在浩瀚的宇宙图景与微观世界的奇妙景象之间，隐藏着无数等待被揭示的奥秘。从组成我们身体的每一个原子，到驱动星系运转的引力洪流，科学以其严谨的逻辑与惊人的洞察力，为我们描绘了一幅幅壮丽的画卷。本书并非一本单纯的教科书，而更像是一位饱经风霜的科学探索者，将自己毕生求索的心得、碰撞出的火花、以及对宇宙万物深邃的思考，凝练成一份感性而理性的心灵地图。它旨在引领读者，跨越学科的界限，感受科学思维的魅力，并从中汲取力量，去理解我们所处的世界，以及我们在其中的位置。 第一章：从“是什么”到“为什么”——科学的起点与进化 我们每天呼吸着空气，感受着阳光，却很少停下来思考这些现象背后的原理。本书的开篇，并非直接抛出复杂的公式或理论，而是从最基础的观察入手。它会带领读者回到孩童般的好奇心，重新审视那些看似寻常的自然现象。例如，雨水为何落下？火焰为何燃烧？月亮为何有阴晴圆缺？这些简单的问题，却是人类文明早期科学萌芽的种子。 接着，我们将一同梳理科学从“是什么”到“为什么”的演进过程。早期的人类更多的是记录和描述自然现象，将其归结于神灵或神秘力量。而科学的伟大之处，在于它逐步发展出一种质疑精神和探索机制。它不满足于知其然，更追求知其所以然。这种从经验主义到理性主义，从被动接受到主动求索的转变，是人类智识发展史上一次深刻的革命。我们将探讨，在不同的历史时期，人类是如何一步步摆脱迷信，建立起一套基于观察、实验和逻辑推理的认知体系。从亚里士多德的朴素哲学，到牛顿力学革命性的突破，再到爱因斯坦相对论对时空观的颠覆，每一步都代表着人类对宇宙认识的跃迁。 这一章还将强调，科学并非一成不变的真理，而是一个不断修正、完善的动态过程。科学理论的建立，需要经历严密的验证和反复的推敲。即使是看似坚不可摧的理论，也可能在新的证据面前被挑战、被超越。这种自我纠错的能力，恰恰是科学最宝贵的品质之一，它保证了科学知识的不断进步，避免了僵化与停滞。 第二章：微观世界的奇幻旅程——原子、分子与生命之歌 当我们把目光聚焦于宏观世界，常常会被它的广阔所震撼。然而，当我们深入其中，进入原子和分子的尺度，又会发现一个更加奇幻、更加充满活力的微观宇宙。本书将带领读者，穿梭于这个肉眼无法企及的领域，去认识那些构成万事万物最基本单元的奥秘。 我们将从原子的结构开始，探索质子、中子和电子的舞蹈。理解原子核的强大能量，以及电子围绕原子核的量子化运动。这并非枯燥的物理课，而是通过生动形象的比喻和历史性的故事，去感受科学家们是如何一步步揭开原子面纱的。从卢瑟福的“散射实验”到玻尔的“原子模型”，再到量子力学对原子世界的精确描述，每一步都充满了智慧的光芒。 接着，我们将进入分子的世界。理解原子如何通过化学键结合，形成千变万化的分子。水分子，氧分子，二氧化碳分子——这些简单的分子，却是我们赖以生存的基础。我们将探讨分子的形状、极性以及它们之间的相互作用，这些性质决定了物质的宏观表现，比如水的溶解性、气体的流动性等等。 更重要的是，我们将把目光投向构成生命的基本分子——DNA、蛋白质和糖类。理解DNA双螺旋结构的精妙，它如何存储着生命的遗传信息；探索蛋白质的多样性，它们如何执行着生命体内的各种功能，从催化化学反应到构成身体结构；感受糖类作为能量来源和信息载体的作用。这一章将把我们带入分子生物学的奇妙世界，感受生命在分子层面上的精巧设计与和谐运作。我们将思考，是什么样的物理和化学规律，赋予了这些分子生命活动的潜力。 第三章：宇宙的宏伟交响——星系、黑洞与时空的奥秘 从微观的原子世界抽身而出，我们的视野将再次被拉升至宇宙的尺度。本书将带领读者，仰望星空，感受宇宙的浩瀚与壮丽。我们将从最熟悉的恒星开始，理解恒星的形成、演化与死亡。了解太阳的光芒如何照耀地球，以及太阳系在银河系中的位置。 接着，我们将进入星系的宏伟图景。了解星系的分类，从旋涡星系到椭圆星系，以及我们所在的银河系。思考星系之间如何相互作用，以及宇宙的膨胀如何驱动着星系的远离。我们将探讨宇宙大爆炸理论，感受宇宙从一个极小的奇点，扩张至今的惊人历程。理解宇宙微波背景辐射，它是大爆炸留下的“余晖”，为我们提供了关于宇宙早期状态的宝贵线索。 本书还将深入探讨宇宙中最神秘、最迷人的天体之一——黑洞。理解黑洞是如何形成的，以及它的引力为何如此强大，连光也无法逃脱。探索黑洞的视界、奇点等概念，以及黑洞对周围时空产生的奇异影响。我们将思考，黑洞是否是连接不同宇宙的“虫洞”，或者它们在宇宙演化中扮演着怎样的角色。 此外，我们还将触及爱因斯坦的相对论，尤其是广义相对论。理解引力并非一种“力”，而是时空弯曲的表现。思考引力如何影响光线的传播，以及引力波的发现如何印证了爱因斯坦的预言。这一章将带领读者，在宏大的宇宙尺度上，感受物理学定律的优雅与威力，并思考宇宙的起源、演化和最终命运。 第四章：生命的脉络与智慧的火花 科学的探索，最终会汇聚到生命这一最复杂、最迷人的现象。本书将聚焦于生命的脉络，从最基础的单细胞生物，到如今多姿多彩的生物界。我们将探讨生命是如何起源的，以及地球上生命的演化历程。 从达尔文的进化论开始，理解自然选择的力量，它如何在亿万年的时间里，塑造了如此多样化的生命形态。我们将认识，遗传物质DNA是如何在代代相传中，将生命的特征传递下去，并产生变异，为进化提供原材料。 接着，我们将深入研究生物体的结构与功能。从细胞的精巧设计，到器官的协同工作，再到复杂的生理系统。理解消化系统如何将食物转化为能量，循环系统如何输送氧气和营养，神经系统如何传递信息，以及免疫系统如何抵御外敌。我们将欣赏生命体在维持自身稳定和繁衍后代方面所展现出的非凡智慧。 本书还将探讨人类的独特性——智慧。思考人类大脑是如何运作的，以及意识、思维、情感等复杂现象的起源。我们将简要触及神经科学的研究成果，了解大脑的神经元网络，以及它们是如何产生我们对世界的认知和体验。 这一章将引导读者，在理解生命本质的同时，反思人类在地球生态系统中的位置，以及我们所肩负的责任。它将激发读者对生命的敬畏之情，并思考生命与非生命物质之间的界限，以及我们对“智能”的理解是否还有更广阔的空间。 第五章：科学的边界与未来的远眺 科学的旅程永无止境，每一个已知的答案，往往孕育着新的问题。在本书的最后，我们将目光投向科学的边界，以及未来的远眺。 我们将探讨当前科学研究中的前沿领域，例如量子计算、人工智能、基因编辑、宇宙探索的最新进展等等。了解这些前沿领域可能带来的颠覆性变革，以及它们对人类社会和未来的影响。 同时，本书也将反思科学的局限性。科学擅长解释“如何”，但对于“为何如此”的终极意义，可能并非其专属的领域。我们将思考，科学与哲学、艺术、宗教之间的关系，它们如何在不同的维度上，共同构成了人类对世界的理解。 我们将讨论科学伦理的重要性，以及在追求科技进步的同时，如何审慎地对待可能带来的风险和挑战。例如，人工智能的发展是否会超越人类的控制？基因编辑是否会引发新的社会不公？这些都是我们在拥抱科技时，必须深思熟虑的问题。 最后，本书将以一种开放的姿态结束，鼓励读者保持科学的好奇心，持续学习和探索。科学并非少数人的专利，而是属于全人类的共同财富。它是一种思维方式，一种解决问题的方法，一种永不止步的追求。希望通过这本书，读者能够获得一种更广阔的视野，一种更深刻的洞察，从而更好地理解这个世界，以及我们在其中扮演的角色。 这趟从原子到星辰的科学之旅，是一次心灵的洗礼，一次智慧的启迪。它将让你看到，科学不仅是冰冷的公式和复杂的理论，更是人类对未知世界永不熄灭的好奇心，是对真理的不懈追求，以及对宇宙万物深沉的热爱。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常朴实，却又充满智慧。作者没有使用华丽的辞藻，也没有故弄玄虚，而是用一种娓娓道来的方式，将复杂的科学概念解释得通俗易懂。即便是一些我从未接触过的领域，也能在作者的引导下，逐步理解其中的奥妙。最让我印象深刻的是，作者在解释“概率”的时候，用了一个关于抛硬币的例子，通过大量的抛掷来展示概率的统计规律，这比单纯的数学公式更能让我直观地感受到概率的魅力。这种“润物细无声”的教学方式，让我觉得阅读这本书，就像和一位经验丰富的老师在进行一次轻松愉快的对话。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的惊喜在于，它并没有像我想象中那样，是一本枯燥乏味的科普读物，而是充满了智慧和启发。作者以一种非常独特的视角，将科学的原理融入到日常生活的方方面面，让人在不知不觉中就对科学产生了浓厚的兴趣。我记得有一段讲到光合作用，本来以为会是艰涩的化学公式和生物过程，结果作者却用了一个非常生动的比喻，将植物比作辛勤的“太阳能厨师”，将二氧化碳和水比作食材，最终“烹饪”出我们赖以生存的氧气和能量。这种解读方式，瞬间就让一个抽象的科学概念变得鲜活起来，也让我对身边的绿色植物有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开这本书，我以为它会是一本偏向理论的书籍，但实际阅读下来，才发现它在实践性方面也做得非常出色。作者并没有止步于理论的阐述，而是提供了许多可以亲身尝试的小实验和观察方法。我尝试了书中介绍的制作一个简易的“感应灯”的教程，虽然过程有些磕磕绊绊，但最终成功点亮灯泡的那一刻，我体验到了科学的乐趣和成就感。这种将科学知识转化为实际操作的体验，不仅加深了我对书中内容的理解，也让我对科学研究的严谨性和创造性有了更深的体会。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的时候，我常常被作者对细节的观察能力所折服。他能够从最平凡的事物中挖掘出不平凡的科学道理，让人忍不住感叹“原来是这样！”。比如，书中有一章节探讨的是“惯性”，我一直以为惯性只是一个物理学上的概念，和我的生活没有太大关系。但作者却结合了开车刹车、跳跃落地等生活中常见的场景，详细解释了惯性是如何影响我们的行为的，甚至还提到了如何利用惯性来提高运动表现。读完这一段，我才意识到，原来我们每天都在和惯性打交道，并且已经在不自觉地运用它了。这种“显而易见”却又被忽略的科学，在作者的笔下得到了淋漓尽致的展现。

评分☆☆☆☆☆

这本书最打动我的地方，是它传递的科学精神。它不仅仅是知识的传授，更是一种思考方式的引导。作者鼓励读者去质疑，去探索，去用科学的眼睛审视周围的世界。我特别喜欢书中关于“证伪主义”的那部分内容，它打破了我对科学的刻板印象，让我明白科学并非是绝对真理的集合，而是一个不断修正、不断进步的过程。这种开放和包容的态度，对于在信息爆炸的时代保持独立思考能力至关重要。它让我不再盲目相信，而是学会去寻找证据，去分析逻辑，去做出自己的判断。