本書顛覆傳統(tǒng)的物理學(xué)知識(shí)講解體系,引入了“六極”的概念——以人的感知為參照,站在整個(gè)物理學(xué)體系的高度,帶領(lǐng)讀者探知六個(gè)極限世界的物理原理:極快、極大、極重、極小、極熱、極冷、極快、極重,講述了愛因斯坦的相對(duì)論;極重、極冷,講述了超導(dǎo)、現(xiàn)代科技;極小、極大,講述了從夸克到無窮大的兩極世界。
1. 最會(huì)講科普的科班作家——嚴(yán)伯鈞,知名科普作家、網(wǎng)絡(luò)科普博主首部力作。多平臺(tái)科普導(dǎo)師,抖音頭部IP,粉絲300w+,播放數(shù)6億+;
2. 物理權(quán)威鼎力推薦——陳運(yùn)泰院士首次傾情推薦、劉兵、李淼、尹傳紅聯(lián)袂推薦;
3. “六極”,科普掃盲——從人的最直接感官出發(fā),引入極快(狹義相對(duì)論、超光速)、極大(天體物理)、極重(廣義相對(duì)論、黑洞)、極。孔訄(chǎng)論)、極熱(熱力學(xué)、暴脹宇宙)、極冷(凝聚態(tài)物理、超導(dǎo)),穿越6個(gè)極限世界,探究世界運(yùn)行規(guī)律;
4.輕松幽默,物理學(xué)通俗講義:——120多幅科普漫畫, 以愛因斯坦和普朗克為主角的科學(xué)故事,輕松解讀物理原理,小白充電的選擇。
5.物理硬核,正面剛,不回避——相對(duì)論、黑洞、麥克斯韋、不確定性原理、量子場(chǎng)論、楊-米爾斯、薛定諤的貓、熵增原理……44種理論、541個(gè)物理概念、25個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn),、47條物理原理、73名科學(xué)家,一本書讀懂前沿物理精髓。
6.直擊問題本質(zhì),告訴你是什么,而且要說清楚為什么?——宇宙138億歲,是怎么測(cè)算的?鐘慢效應(yīng)是說運(yùn)動(dòng)快了時(shí)間會(huì)縮短,為什么?尺縮效應(yīng)又是為什么?不確定性原理怎么顛覆了世界觀?知其然,更要知其所以然!
嚴(yán)伯鈞,知名科普作家、藝術(shù)研究者。
香港科技大學(xué)物理、數(shù)學(xué)雙學(xué)士;香港科技大學(xué)物理學(xué)碩士;攻讀美國(guó)布朗大學(xué)物理學(xué)博士。
網(wǎng)絡(luò)頭部知識(shí)博主,錄制科普類、藝術(shù)類多門課程,時(shí)常逾500小時(shí),播放量超10億。
序言 什么是“六極”
極快篇 The Fastest
導(dǎo)讀:如果你以光速運(yùn)動(dòng)會(huì)看到什么?
第一章:狹義相對(duì)論
第二章:狹義相對(duì)論中的悖論
第三章:人類提速之路
極大篇 The Largest
導(dǎo)讀:宇宙的起源
第四章:宇宙的前世今生
第五章:宇宙里有什么
第六章:萬有引力
極重篇 The most Massive
導(dǎo)讀:廣義相對(duì)論
第七章:廣義相對(duì)論的基本原理
第八章:廣義相對(duì)論的驗(yàn)證及應(yīng)用
第九章 :廣義相對(duì)論的預(yù)言—— 黑洞
極小篇 The Tiniest
導(dǎo)讀:奇妙的微觀世界
第十章:原子物理
第十一章:量子力學(xué)
第十二章:核物理
第十三章:粒子物理
第十四章:標(biāo)準(zhǔn)模型
極熱篇 The Hottest
導(dǎo)讀:亂中有序的真實(shí)世界
第十五章:熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)
第十六章:高溫的世界
第十七章:復(fù)雜系統(tǒng)
極冷篇 The Coldest
導(dǎo)讀:冷即秩序
第十八章:材料物理
第十九章:固體物理
第二十章:凝聚態(tài)物理
我們生活在四維時(shí)空(4-dimensional spacetime)中。
首先,空間有三個(gè)維度(dimension),譬如任何一個(gè)物體都有長(zhǎng)、寬、高。長(zhǎng)度、寬度、高度都是可以發(fā)生變化的,加上時(shí)間,時(shí)間也是可以變化的,如此便有了時(shí)空的四維。當(dāng)然,更準(zhǔn)確的描述是,我們生活3+1維的時(shí)空中。換言之,我們要描述在宇宙中發(fā)生的任何一個(gè)事件,都需要至少四個(gè)坐標(biāo)(coordinate)。
例如,我給別人寄快遞,要寫對(duì)方的地址。地址其實(shí)就是一個(gè)三維的空間坐標(biāo),我肯定要寫對(duì)方具體是在哪條街,幾號(hào),這里的街和號(hào),就代表了兩個(gè)空間坐標(biāo)。我還要寫對(duì)方是住在哪層樓,這就有了第三個(gè)空間坐標(biāo),即便對(duì)方家是別墅,也是有樓層的,別墅入口的樓層通常是一樓。
所以不管怎么樣,寫任何地址,都會(huì)有等效的三個(gè)空間坐標(biāo)。除此以外,快遞員要把包裹親自交到對(duì)方手上,還得跟對(duì)方確認(rèn)幾點(diǎn)在家,也就是時(shí)間坐標(biāo)。所以完全定下來一個(gè)事件,需要四個(gè)坐標(biāo),三個(gè)空間坐標(biāo)和一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)。
這里就出現(xiàn)了一個(gè)看似不是問題的問題:時(shí)間坐標(biāo)和空間坐標(biāo)之間有關(guān)聯(lián)嗎?或者說,時(shí)間的流逝速度和你的空間位置,甚至是運(yùn)動(dòng)速度,有沒有什么聯(lián)系?
先別急著下定論,請(qǐng)先想象下面這樣一個(gè)場(chǎng)景:我跟你兩個(gè)人各佩戴一塊手表,我們倆先把手表校準(zhǔn),然后你就坐著宇宙飛船,去太空游玩了一圈。我們假設(shè)兩塊手表都是非常精準(zhǔn)的,那么請(qǐng)問:你去太空轉(zhuǎn)了一圈回來之后,我們兩人的手表指示的時(shí)間還會(huì)是一模一樣的嗎?
這個(gè)問題看似根本不是個(gè)問題,因?yàn)楦鶕?jù)生活經(jīng)驗(yàn),既然兩個(gè)人的表都很準(zhǔn),那不管是誰坐宇宙飛船出去轉(zhuǎn)了一圈,表上的時(shí)間應(yīng)該都是一樣的。
這個(gè)答案其實(shí)就對(duì)應(yīng)了牛頓(Isaac Newton)的絕對(duì)時(shí)空觀 (absolute space and time)。什么是絕對(duì)時(shí)空觀呢?就是牛頓,甚至愛 因斯坦之前的所有學(xué)者都認(rèn)為,時(shí)間的流逝是絕對(duì)的,它是獨(dú)立運(yùn)行的,跟空間沒什么關(guān)系,全宇宙都可以使用同一個(gè)鐘來計(jì)時(shí)。
當(dāng)然,對(duì)于牛頓來說,這個(gè)結(jié)論其實(shí)是經(jīng)驗(yàn)性(empirical)的, 他并沒有什么實(shí)在的證據(jù)。只是因?yàn)樵谖覀內(nèi)粘I钪,哪怕你是個(gè)飛行員,天天開飛機(jī),你的手表跟地面上的人的也不會(huì)有什么不一樣。
但就是這樣一個(gè)看似不是問題的問題,引起了愛因斯坦的注意。相對(duì)論的一個(gè)核心就是:空間和時(shí)間不是割裂的,它們并非相互獨(dú)立,而是有非常緊密的內(nèi)在聯(lián)系。