时间的形状：相对论史话 9787569914061 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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汪洁 著

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• 宇宙学

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出版社： 北京时代华文书局

ISBN：9787569914061

商品编码：29634750179

包装：平装-胶订

出版时间：2017-04-01

基本信息

书名:时间的形状：相对论史话

定价：48.00元

售价：32.2元,便宜15.8元,折扣67

作者:汪洁

出版社：北京时代华文书局

出版日期：2017-04-01

ISBN：9787569914061

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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1．第八届文津奖获奖图书。

2．喜马拉雅、蜻蜓、网易等电台热门主播汪洁，历经五年全新修订，彩图升级。

3．一本人人都能读懂的相对论，用*轻松幽默的语言讲解深奥的科学道理；性与趣味性兼具 与《上帝掷骰子吗？》并称国内科普两大经典。

4．这不单单是一部科普读物，更是一段堪比好莱坞大片的科学史话。跟随作者，你将进入浩瀚的宇宙，去体会一种由科学带来的震撼。

内容提要

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一直以来，你一定会有这样的疑问：

永恒流淌的时间，是真的摸不着看不见，还是有形状和终点？

我们所处的空间，是三维四维还是五维？

我们能不能踏上时光机，任意穿越时空回到过去和未来？

这些，都将在本书中找到答案。

跟随作者，你可以进入爱因斯坦的梦境，坐在牛顿老师的课堂，来到星光实验的现场……近距离接触科学的真相。你将轻松了解一个你以为深奥得无法捉摸的理论，你将进入一个你以为奇妙得永远理解不了的世界。

本书上部和大家一起回顾物理学走过的坎坷历史，这段历史的精彩程度不亚于任何一段战争史。在伽利略、牛顿等纷纷谢幕之后，超级爱因斯坦闪亮登场。他就像一位横空出世的大侠，无门无派，但出手即震惊天下，他的绝招就是“相对论”。

书的下部比上部还要精彩，结构宏大，故事神奇，真相惊人。在下部，作者细致地剖析时空真相，带你领略神奇的四维时空奇境，了解整个宇宙的图景，再回到原子的深处见识不可思议的微观世界，然后看一看当下物理学的新进展——万物理论。

一本人人都能读懂的相对论，用通俗幽默的语言讲解深奥的科学道理。这不是一本书，这是一个全新的宇宙观。

目录

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序／001

前言／003

章　不得不说的废话

关于相对论的谣言粉碎机／002

你必须了解的四个概念／003

第二章　伽利略和牛顿的世界

相对性原理／010

伽利略变换式／016

史上牛炼金术士牛顿／021

牛顿的运动观／023

牛顿水桶实验中的时空观／026

第三章　光的速度

伽利略吹响冲锋号／032

光速测量大赛／035

惊人的发现／038

科学史上成功的失败／041

第四章　爱因斯坦和狭义相对论

两朵乌云／048

登场／050

个原理：光速不变／052

第二个原理：物理规律不变／055

环球快车案／058

同时性的相对性／065

时间会膨胀／068

空间会收缩／079

速度合成／083

质速神剑／086

光速极限／089

质能奇迹／092

四个搞脑子问题／095

第五章　广义相对论的宇宙

爱因斯坦的不满／100

生死重量／103

等效原理／110

太空大圆盘／114

时空弯曲／121

引力的本质／125

水星轨道之谜／131

星光实验／133

没见过这么黑的洞／137

从黑洞到虫洞／143

压轴大戏／145

第六章　时空那点事

时空中的运动／152

四维时空／157

时间旅行／158

星际殖民／167

星际贸易／173

第七章　再谈四维时空

宇宙时空的图景／178

神奇的四维／189

第八章　上帝的判决

上帝玩不玩骰子？／200

美剧《生活大爆炸》／201

要命的双缝／202

玻尔的上帝／208

EPR实验／214

宇宙大法官／216

上帝的判决／219

万物理论／223

第九章　宇宙是一首交响乐

万物皆空唯有音乐／226

击碎原子／228

宇宙中的四种“力”／235

超弦理论／237

的设计／240

作者介绍

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汪洁，科普作家。同时兼任中科院上海天文台“天之文系列科普讲坛” 讲者，上海天文博物馆首席志愿者讲解员，浙江省科技馆“科学脱口秀”讲者，“万有青年大烩”讲者、“科学声音”组织成员，喜马拉雅、蜻蜓、网易等电台热门主播。

文摘

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序言

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宇宙的织锦：从牛顿的绝对时空到爱因斯坦的动态时空 人类对宇宙的理解，从来不是一蹴而就的。在漫长的求索过程中，我们不断挑战着古老的认知，试图揭开隐藏在宏观景象背后的深刻奥秘。其中，时间和空间的概念，更是经历了从坚定不移到天翻地覆的剧变。在牛顿的经典力学框架下，时间和空间被视为独立于物质、绝对不变的背景，如同一个宏大的舞台，供宇宙万物上演各自的悲喜剧。这种“绝对时空”的观念，在 Isaac Newton 的《自然哲学的数学原理》中得到了最清晰的阐述。牛顿认为，绝对的、数学的时间，独立于任何外在事物而均匀流逝；绝对的空间，则永恒不变，是三维的、欧几里得式的无限延展。在这种视角下，宇宙是一个巨大而精密的机械装置，万事万物都在这个不变的时空容器中按照预设的规律运行。 然而，随着人类对宇宙探索的深入，尤其是在物理学领域取得的突破性进展，这一根深蒂固的观念开始显露裂痕。19世纪末，一系列实验，如迈克尔逊-莫雷实验，试图探测“以太”——一种被认为在其中传播光的介质——的存在，但结果却出乎意料地表明，光速在任何方向上都是恒定的，与观察者的运动状态无关。这一悖论，直接挑战了经典物理学中关于速度叠加的直观理解，也为革命性的思想埋下了伏笔。 在这样的背景下，一位伟大的思想家——Albert Einstein，以其惊人的洞察力，为我们展开了一幅全新的宇宙图景。他不是简单地修补旧有的理论，而是从根本上重塑了我们对时间和空间的理解。Einstein 的相对论，分为狭义相对论和广义相对论，彻底颠覆了牛顿的绝对时空观，带来了革命性的认识。 狭义相对论：时空的相对性与光速的极限 1905年，Einstein 提出了狭义相对论。它建立在两个基本假设之上：第一，光速不变原理，即在所有惯性参考系中，真空中的光速c是一个常数，与光源的运动状态无关。第二，相对性原理，即所有惯性参考系中的物理定律都是相同的。这两个看似简单的假设，却带来了极其深远的推论。 首先，时间不再是绝对的，而是相对的。在狭义相对论中，不同观察者对同一事件的时间测量可能不同，这取决于他们相对于彼此的运动速度。运动速度越快，时间流逝得越慢，这种现象被称为“时间膨胀”。这意味着，如果你以接近光速的速度进行一次长途旅行，回来后你会发现比留在地球上的朋友年轻得多。 其次，空间也不是绝对的，而是相对的。与时间膨胀相对应的是“长度收缩”。一个高速运动的物体，在运动方向上的长度会显得比静止时短。这个效应同样取决于观察者的参考系。 第三，质量与能量是等价的。狭义相对论最著名的推论之一就是著名的质能方程E=mc²。这个方程揭示了质量和能量之间深刻的联系，它们可以相互转化。微小的质量损失可以转化为巨大的能量，这解释了恒星发光和核武器爆炸的原理。 最后，时空是一个统一的整体。狭义相对论将时间和空间统一为一个四维的时空连续体。运动不再是在独立的时间和空间中发生，而是发生在统一的时空中的一种“运动”。这种新的时空观，为我们理解宇宙提供了全新的视角。 狭义相对论的提出，解决了迈克尔逊-莫雷实验的悖论，并且在很多实验中得到了精确的验证。例如，粒子加速器中的高能粒子，其寿命的延长就符合狭义相对论的时间膨胀效应。 广义相对论：引力的几何学与时空的弯曲 如果说狭义相对论重塑了我们对时间和空间的理解，那么广义相对论则将这种革命性的思想推进到了一个全新的高度。1915年，Einstein 提出了广义相对论，它不仅仅是狭义相对论的延伸，更是对引力这一基本力的革命性解释。 在牛顿的经典理论中，引力被描述为一种“超距作用”，即两个物体之间存在一种瞬间发生的、相互吸引的力。然而，这种解释在Einstein看来存在根本性的缺陷。它无法解释引力的本质，也无法与狭义相对论中光速是极限速度的原理相容。 Einstein 的革命性突破在于，他将引力重新解释为时空的弯曲。他认为，质量和能量会扭曲它们周围的时空，而我们感受到的引力，实际上是物体在弯曲时空中沿着“测地线”（最短路径）运动的表现。想象一下，在一个绷紧的橡胶膜上放置一个重球，橡胶膜会发生凹陷。此时，如果一个小球滚过，它会沿着凹陷的路径运动，看起来就像是被重球吸引一样。 广义相对论的数学形式极其优美且复杂，它用爱因斯坦场方程来描述时空与物质能量分布之间的关系。这个方程的核心思想是：物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。 广义相对论的推论同样令人惊叹： 引力红移： 光子从强引力场中逃逸时，会损失能量，导致其频率降低，波长变长，即发生红移。这一现象已被实验精确证实，例如在地球上的引力场中，光子的频率也会发生微小的变化。 光线在引力场中的偏折： 由于时空的弯曲，光线在经过大质量天体（如太阳）附近时，其传播路径会发生偏折。这一效应在1919年的日全食观测中得到了首次证实，为Einstein赢得了世界声誉。 水星近日点的反常进动： 牛顿力学无法完全解释水星近日点轨道微小的进动。广义相对论则能够精确地解释这一现象，再次证明了其卓越的预言能力。 引力波： 当大质量天体发生剧烈运动，例如黑洞合并时，会产生时空涟漪，即引力波。这些引力波以光速传播，携带了宇宙中的重要信息。2015年，LIGO实验首次探测到引力波，开启了引力波天文学的新时代，也成为了广义相对论的又一重要证据。 黑洞： 广义相对论预言了黑洞的存在。黑洞是时空极度弯曲的区域，引力强大到连光也无法逃逸。黑洞的观测证据，如事件视界望远镜拍摄的黑洞照片，更是将广义相对论的神秘面纱揭开了一角。 超越经典：相对论的意义与影响 Einstein 的相对论，无论狭义还是广义，都为我们理解宇宙带来了翻天覆地的变化。它不仅仅是物理学上的革命，更是人类认识世界方式的深刻变革。 统一了物质、能量、时间和空间： 相对论消除了牛顿力学中时间和空间独立存在的隔阂，将它们融合成一个有机的整体。物质与能量不再是孤立的概念，而是相互关联、相互转化的。 揭示了宇宙的动态本质： 相对论告诉我们，宇宙并非一个固定不变的舞台，而是充满活力、动态演化的。时空的性质受到物质和能量的影响，反过来又塑造着物质和能量的运动。 催生了现代物理学和天文学： 相对论是理解宇宙大尺度结构、黑洞、引力波、宇宙膨胀等现代物理学和天文学核心概念的基石。没有相对论，就没有我们今天对宇宙的认识。 对技术产生了深远影响： 尽管相对论的数学概念复杂，但其影响已渗透到我们的日常生活中。例如，全球定位系统（GPS）的精确运行，就必须考虑狭义和广义相对论效应。卫星上的原子钟与地面上的原子钟运行速率不同，如果没有相对论的修正，GPS的定位误差将很快累积到无法使用的程度。 Einstein 的相对论，就像一束耀眼的光，照亮了我们通往宇宙深处的道路。它鼓励我们不断质疑、不断探索，挑战既有的认知，以更广阔的视野和更深刻的洞察力来理解我们所处的世界。从牛顿的静态、绝对的时空观，到Einstein的动态、相对的时空观，人类对宇宙的理解经历了又一次伟大的飞跃，而这场探索，仍在继续。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，伟大的科学理论背后，往往蕴藏着一段跌宕起伏的史诗，充满了探索的艰辛、灵感的闪现和思想的碰撞。“时间的形状：相对论史话”这个书名，瞬间就抓住了我的注意力。它不仅仅是一个科学理论的代名词，更像是在描绘一个抽象概念的具象化过程，充满了艺术的张力和哲学的思考。我期待这本书能够带领我走进科学家的内心世界，去感受他们在面对未知时的勇气和执着，去理解那些看似超越常识的理论是如何在严谨的逻辑和不断的实验中逐渐成型的。我希望这本书能够以一种通俗易懂、引人入胜的方式，将相对论的精髓展现出来，让我能够感受到科学的魅力，并对我们所处的宇宙有更深层次的理解。它不仅仅是一本关于物理学的书，更是一本关于人类智慧和探索精神的颂歌。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计，那种深邃的蓝色和流动的线条，让我联想到宇宙的广袤和时空的无限可能。书名“时间的形状：相对论史话”更是充满了诗意和想象力，仿佛在暗示着时间并非是固定不变的，而是具有某种动态的、可塑的形态。我一直对爱因斯坦的相对论充满敬畏，但又常常因为其抽象的数学语言而感到望而却步。因此，当看到“史话”这个词时，我心中涌现出巨大的期待。我希望这本书能够以一种通俗易懂、引人入胜的方式，将相对论的诞生和发展过程娓娓道来，让我能够感受到科学家们在探索未知时所经历的挣扎、灵感和智慧。我希望它不仅仅是一本介绍科学理论的书，更是一本能够展现人类探索精神的书，让我能够从中获得启发，并对我们所处的宇宙有更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就极具吸引力，一种深邃的蓝色调，如同浩瀚的宇宙，又仿佛是时间长河的抽象表达。书名“时间的形状：相对论史话”几个字，以一种 elegant 的字体呈现，既有历史的厚重感，又不失科学的严谨。我拿到书的瞬间，就被这种设计语言所打动，仿佛预示着一场关于时空奥秘的奇妙旅程即将展开。我一直对物理学，尤其是爱因斯坦的相对论充满好奇，但又苦于其理论的抽象和数学的门槛。这本书的出现，就像一盏明灯，照亮了我通往理解相对论的道路。我迫不及待地翻开了第一页，期待着作者能够以一种生动有趣的方式，将那些深奥的物理概念变得触手可及。我希望它不仅仅是一本枯燥的科学史，更能让我感受到科学家们在探索未知时的激情与智慧，看到科学思想是如何在历史的长河中孕育、发展、并最终改变我们对宇宙的认知。我期待这本书能够给我带来一次思想的洗礼，让我重新审视我们所处的时间与空间。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我接触物理学知识的途径大部分来自科普读物和一些纪录片，虽然能领略到宇宙的浩瀚和物理定律的神奇，但总觉得隔着一层纱。这本书的出现，让我看到了穿透这层纱的希望。我喜欢“史话”这种形式，因为它意味着故事性，意味着可以跟随历史的脉络去了解一个重要的科学理论是如何诞生的。我希望作者能够像一位技艺精湛的导游，带领我走进相对论的世界，不仅介绍它的核心思想，更能让我了解在它产生和发展的过程中，有哪些重要的历史事件、哪些人物的贡献，以及这些思想是如何逐渐被接受并改变了人类对宇宙的认识。我期待这本书能够解答我心中关于时空的一些困惑，让我对“时间”和“空间”这两个概念有更深刻、更直观的理解，甚至能够激发我更进一步探索物理学的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

在信息爆炸的时代，能够遇见一本以“史话”为切入点，解读像相对论这样宏大理论的书籍，实属不易。我之所以对这本书感兴趣，是因为我一直相信，科学的进步并非是孤立的理论突破，而是历史、文化、社会背景共同作用的结果。这本书的标题“时间的形状”，本身就充满了哲学思辨的味道，它让我联想到时间在不同文化、不同时代有着怎样的解读，而相对论又如何颠覆了我们固有的认知。我希望这本书能够带领我穿越时空，去了解那些伟大的头脑是如何在历史的洪流中，一点点拨开迷雾，揭示宇宙的奥秘。我期待能够从中感受到科学的魅力，以及人类不断求知的精神。这本书不应仅仅是科普，更应是一次关于思想史和科学精神的深度探索。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我第一眼就被那充满想象力的书名吸引了——“时间的形状”。这四个字，让我瞬间联想到那些关于时间旅行、平行宇宙的科幻场景，又让我不由自主地思考，时间究竟是我们肉眼可见的线性流动，还是有着更深层、更复杂的形态？而“相对论史话”这个副标题，则进一步勾起了我的兴趣。我一直觉得，科学理论的诞生，往往是一部充满传奇色彩的史诗。我希望这本书能够以一种引人入胜的方式，带领我回顾相对论的发展历程，去了解那些伟大的科学家们是如何在思想的碰撞和不断的探索中，逐渐揭示出宇宙的奥秘。我期待这本书能够让我感受到科学的魅力，并对我们所处的世界有一个全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

我对科学的兴趣，更多地体现在对科学发展史和科学家们思想脉络的探究上。“时间的形状：相对论史话”这个书名，完美契合了我的阅读偏好。我一直认为，任何一个伟大的科学理论，都不是凭空出现的，它们是历史的产物，是无数思想火花的结晶。我期待这本书能够以一种生动、流畅的叙事方式，为我展现相对论从孕育到成熟的整个过程，让我了解在那个时代，科学家们是如何思考，如何争论，如何一步步构建起这个颠覆了我们传统认知的重要理论。我希望这本书能够像一位优秀的向导，带领我穿越科学史的长河，去感受智慧的光芒，去理解那些深奥的物理概念是如何在历史的舞台上展现出它们独特的“形状”。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，人类对宇宙的认知，就像是一个不断拓展的圆，而爱因斯坦的相对论无疑是这个圆上最璀璨的一笔。这本书以“史话”的形式来解读相对论，这让我感到非常欣喜。我并非物理学专业人士，对于复杂的数学公式常常望而却步，但我对科学背后的故事、科学家们的思考过程以及理论的诞生背景却充满了浓厚的兴趣。我希望这本书能够像一位睿智的长者，娓娓道来，将那些看似遥不可及的科学原理，通过一个个生动的故事、一个个鲜活的人物，展现在我面前。我期待能够了解到，究竟是什么样的思考，促使爱因斯坦打破了牛顿以来固有的时空观？在那个时代，相对论的提出又面临着怎样的阻力与质疑？科学家们是如何一步步验证这些颠覆性的理论的？这本书的意义，或许就在于它能够 bridging the gap，让普通读者也能触碰到科学前沿的脉搏，理解那些深刻的物理学思想是如何 shaped 了我们今天的世界观。

评分☆☆☆☆☆

每次看到关于宇宙、时间和空间的讨论，我总是感到一种莫名的兴奋和好奇。相对论，这个词汇本身就带着一种神秘感和颠覆性，它改变了我们对最基本概念的认知。而“史话”的标签，则让我觉得这本书将是一场关于科学思想的旅行，我将有机会跟随历史的脚步，去了解相对论是如何一步步被发现、被发展、被接受的。我希望这本书能够用生动的故事和鲜活的人物，来讲述这段波澜壮阔的历史，让我不仅仅理解理论本身，更能感受到科学家们的智慧、勇气和探索精神。我期待这本书能够点燃我对科学的热情，让我能够更深入地理解我们所处的世界，并引发我对宇宙更深层次的思考。我希望它能够成为我了解相对论的“第一本书”，为我打开一扇通往更广阔科学世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

初拿到这本书，我脑海中浮现的是科幻电影中穿梭于时空的场景，以及那些关于时间旅行的奇妙设想。而“时间的形状”这个书名，本身就带着一种诗意和想象力，似乎在暗示着时间并非是匀速流逝的刻板概念，而是拥有着某种动态的、可塑的形态。结合“相对论史话”的副标题，我更加期待它能够以一种更加宏观、更具叙事性的视角，来讲述相对论的发展历程。我希望作者能够带领我穿越时空，去感受那个科学革命的时代，去体会那些伟大的物理学家们是如何在思想的碰撞中，一点点揭示宇宙深层的奥秘。我期待这本书不仅仅是关于理论的讲解，更能让我感受到科学探索的魅力，以及人类智慧的光辉。我希望它能给我带来一种全新的视角，去理解我们习以为常的时间与空间，让这些抽象的概念变得鲜活而富有生命力。