爱因斯坦的梦想---相对论、量子力学和引力波

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出版者:
作者:张戟
出品人:
页数:255
译者:
出版时间:2016-1-1
价格:36.00
装帧:平装
isbn号码:9787533176532
丛书系列:
图书标签:
  • 爱因斯坦
  • 引力波
  • 科学
  • 相对论
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具体描述

本书以通俗易懂的预言,讲述相对论、量子力学、暗物质、时间空间等深奥的物理学问题,以及顶尖科学家们在追寻终极智慧中所做的努力。

牛顿的经典力学适用于宏观低速的物体,但是在最小量子单位和巨大的宇宙论范围内都站不住脚。

狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律,并提示了质量与能量相当,给出了质能关系式。

广义相对论主要是研究物体(主要是天体)在万有引力场中的运动。

量子力学研究的是微观粒子的运动规律比如原子、分子、原子核和基本粒子。

描述超大尺度空间规律的相对论和描述超级小空间的规律量子力学,构成了现代物理学的理论基础,但是二者之间却存在相互矛盾的地方,一百年来始终无法用某个理论统一解释。爱因斯坦后半生花费了大量心血,试图找到一个方法将广义相对论与量子力学统一起来,能够用同一组方程式描述全部粒子和力的物理性质。这是一个无所不包的定律,它能使整个物理界统一起来,用场的概念来解释物质结构,包括量子现象。这便是爱因斯坦的梦想,人类的终极智慧-----统一场论。

迄今人类所知的各种物理现象所表现的相互作用,都可归结为4种基本相互作用,即强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。科学家们已经研究出前三种相互作用的量子理论,仅剩引力始终令人迷惑不解。当人们弄懂引力的量子理论,便有可能将所有理论整合统一,实现爱因斯坦的梦想。

2016年2月11日,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)正式宣布,人类第一次直接观测到了引力波,相对论中最后一块未被证实的拼图被发现了,我们距离爱因斯坦的梦想又接近了一步。

本书详细介绍了LIGO的设计思想、结构原理和实验过程,最后作者预言:两位科学家的努力可能会很快就能改变世人对存在了300年的重力概念的定义。其中包含的大量视频、图片和文字均为一手资料。

《爱因斯坦的梦想——相对论、量子力学和引力波》 一段跨越时空的思想史诗,一次对宇宙终极奥秘的探索之旅 本书是一部恢弘的科学史诗,它将带领我们深入探寻人类智慧史上最深刻、最具颠覆性的科学革命之一——爱因斯坦的相对论、量子力学以及由此衍生出的引力波理论。这并非仅仅是对物理学公式和概念的枯燥罗列,而是一场思想的盛宴,一次对人类求知欲和创造力的致敬。我们将穿越时空,与那些伟大的思想家们一同沐浴在智慧的光辉中,感受他们如何以非凡的洞察力和勇气,挑战根深蒂固的经典物理学框架,重塑我们对宇宙的认知。 一、 相对论:时空的革命与宇宙的几何化 我们的旅程始于爱因斯坦那如同惊雷般响彻物理学界的“相对论”。在20世纪初,经典牛顿力学似乎已经为我们描绘了一个稳定、绝对的宇宙图景。时间是普适的,空间是平坦的,万物皆遵循着一套精确的机械律。然而,爱因斯坦的出现,如同普罗米修斯盗火,彻底点燃了新的物理学黎明。 狭义相对论,诞生于1905年,它以两个看似简单却极其深刻的公理为基石:光速不变原理和相对性原理。这两个原理如同两把钥匙,开启了我们对时间、空间、质量和能量全新维度的理解。狭义相对论告诉我们,时间和空间不再是独立的、绝对的背景,而是相互交织,形成了一个统一的“时空”连续体。物体的运动速度会影响其自身的时间流逝和长度测量,速度越快,时间越慢,长度越短。这彻底颠覆了我们日常经验中的直觉,却被无数实验所证实。E=mc²,这个如今已家喻户晓的质能方程,正是狭义相对论的灵魂,它揭示了质量与能量之间的深刻联系,预示着原子能的巨大潜力,也为核物理学的发展奠定了基础。这本书将详细阐述狭义相对论的逻辑推理过程,从光速不变到洛伦兹变换,从时间膨胀到长度收缩,用清晰易懂的语言,帮助读者理解这些抽象的概念。我们将看到,爱因斯坦是如何在看似平凡的现象中,捕捉到宇宙运行的本质规律。 然而,狭义相对论的革命并未止步。它在处理引力问题时显得力不从心。引力,这个古老而又神秘的力量,在牛顿的理论中被描述为一种瞬时作用的超距力,这与狭义相对论所揭示的光速有限性产生了尖锐的矛盾。爱因斯坦耗费十年心血,终于在1915年提出了广义相对论,这是他智慧的巅峰之作,也是人类思想史上最伟大的成就之一。 广义相对论的核心思想是:引力并非一种力,而是时空本身的弯曲。质量和能量的存在会“压弯”周围的时空,就像一个重球放在一张弹性膜上会产生凹陷一样。而其他物体,则是在这个弯曲的时空中沿着“测地线”运动,我们所感受到的“引力”,其实就是这种时空弯曲的体现。本书将深入剖析广义相对论的场方程,虽然我们会避免过于复杂的数学推导,但会力求用形象的比喻和深入浅出的讲解,帮助读者理解时空弯曲的几何本质。我们将探索广义相对论如何成功解释水星近日点的进动、光线在强引力场中的偏折等牛顿力学无法解释的现象,并预言了黑洞、引力透镜等一系列令人惊叹的天体现象。我们将看到,爱因斯坦如何用数学语言,将宇宙的结构描绘成一幅精妙绝伦的几何画卷。 二、 量子力学:微观世界的奇异律动 与此同时,在微观世界,另一场更为奇特的革命正在悄然兴起——量子力学。经典物理学在解释黑体辐射、光电效应等微观现象时屡屡碰壁,仿佛这个微小的世界遵循着一套截然不同的、甚至有些“疯狂”的规则。 普朗克的量子假说,将能量描述为一份份不连续的“量子”,如同微小的能量子弹,打破了能量连续流动的经典图像。爱因斯坦基于普朗克的思想,进一步提出了光子的概念,解释了光电效应,为量子理论添砖加瓦。然后,德布罗意提出了物质波的概念,将波粒二象性推广到一切粒子,微观粒子不再是简单的粒子或波,而是同时具有这两种属性,它们在被观测之前,可能处于一种叠加态,只有在观测的那一刻,才会“坍缩”成确定的状态。海森堡的不确定性原理,更是给人们的直觉以沉重打击,它指出,我们无法同时精确地知道一个粒子的位置和动量,对一个量测得越精确,另一个量就越不确定。 本书将带领读者走进这个充满不确定性和概率性的量子世界。我们将理解波函数、薛定谔方程等量子力学的基本概念,但更重要的是,我们将探讨量子力学所带来的哲学冲击。量子纠缠,一种“幽灵般的超距作用”,让爱因斯坦本人都感到不安,因为它似乎违背了定域性的原则。量子力学所展现的非决定论、概率性和观测者的影响,与我们宏观世界的经验世界形成了鲜明的对比,引发了关于实在性、因果关系和自由意志的深刻讨论。我们将看到,科学家们如何在一次次的实验和理论辩论中,不断逼近量子世界的真相,尽管这个真相有时如此令人难以置信。 三、 引力波:宇宙的涟漪与时空的“回声” 当广义相对论与量子力学这两个宏伟的理论体系在不同的领域取得了辉煌的成就时,一个连接它们的桥梁,一个更加宏大而神秘的领域,也逐渐浮出水面——引力波。 广义相对论预言,当大质量物体发生剧烈运动时,例如黑洞合并、中子星碰撞等,会像石头投入静水中一样,在时空中产生涟漪,这些涟漪就是引力波。它们以光速传播,携带了宇宙中最剧烈事件的信息。然而,引力波的探测难度极大,因为它们对时空的扰动非常微弱。 本书将追溯引力波理论的提出过程,从爱因斯坦的早期设想,到后来的理论完善,以及科学家们为了探测引力波所付出的不懈努力。我们将深入了解引力波探测器的工作原理,如LIGO和Virgo等,它们是如何利用激光干涉仪来捕捉那微弱到令人难以置信的时空扰动。 2015年,人类终于迎来了历史性的时刻——LIGO首次直接探测到了引力波信号,这来自于两个黑洞的并合。这一发现不仅是爱因斯坦广义相对论的又一次伟大胜利,更是开启了天文学研究的新纪元——引力波天文学。通过引力波,我们不再仅仅依赖于电磁波(如光、射电波等)来观测宇宙,而是可以“倾听”宇宙的“声音”,窥探那些光学上无法看到的宇宙事件,如黑洞的内部、宇宙大爆炸的早期等。本书将展望引力波天文学的未来,它有望为我们揭示宇宙的起源、演化以及暗物质、暗能量等未解之谜提供全新的视角。 四、 思想的碰撞与未来的展望 《爱因斯坦的梦想——相对论、量子力学和引力波》并非仅仅是对这些科学理论的介绍,它更是一部关于思想的激荡史。我们将看到,爱因斯坦、普朗克、玻尔、海森堡、狄拉克等一代代伟大的科学家们,如何在相互的启发、质疑甚至辩论中,共同构建起现代物理学的宏伟大厦。他们的思想,他们的探索精神,他们的不懈追求,将深深地感染读者。 本书将尝试回答一些终极性的问题:宇宙是如何运作的?我们对宇宙的理解还有多远?统一场论,即能否将所有基本力统一在一个理论框架下,是物理学界永恒的追求,爱因斯坦毕生都在为此奋斗,而量子力学与广义相对论的冲突,正是实现这一目标的最大挑战。引力波的发现,是否为我们打开了通往统一之路的新窗口? 这本书将以严谨又不失文采的笔触,将这些深奥的科学概念,与人类对宇宙的好奇心、对未知世界的探索欲紧密联系起来。它将唤醒读者内心深处的科学热情,激发对宇宙无限遐想。无论您是物理学爱好者,还是对宇宙充满好奇的求知者,本书都将为您带来一场前所未有的思想启迪之旅,让您仿佛置身于科学发现的最前沿,亲眼见证人类智慧的璀璨光芒。它将让您深刻理解,我们所生活的宇宙,是如此的奇妙、壮丽,而又充满着等待我们去揭开的秘密。

作者简介

目录信息

本书第一部分为理论,第二部分为现代物理学对大师理论的验证,其中重力章里,用了整整一节内容来介绍激光干涉引力波天文台(LIGO)的设计思想、结构原理和实验过程,最后作者预言:两位科学家的努力可能会很快就能改变世人对存在了300年的重力概念的定义。
1.狭义相对论
2.时间
3.量子飞跃
4.爱因斯坦的梦想
5.优雅的宇宙——这就是弦
6.欢迎来到第十一维空间
第二部分 21世纪的物理学
1.物质的基础成分
2.基本的相互作用
3.重力
4.弦理论与超维空间
5.量子世界
· · · · · · (收起)

读后感

评分

不久之前,“猪鼻子”引力波的发现在世界上引起了轰动。这个天文发现再次以实例佐证了爱因斯坦广义相对论的正确性。从一成不变的宇宙、空间与时间,到爱因斯坦为我们描绘的充满无限可能性的宇宙,我们人类从来没有停止探索的脚步,遵循着智者前辈为我们留下的智慧财富与“通关...

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不久之前,“猪鼻子”引力波的发现在世界上引起了轰动。这个天文发现再次以实例佐证了爱因斯坦广义相对论的正确性。从一成不变的宇宙、空间与时间,到爱因斯坦为我们描绘的充满无限可能性的宇宙,我们人类从来没有停止探索的脚步,遵循着智者前辈为我们留下的智慧财富与“通关...

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爱因斯坦的梦想,一个“爱因斯坦”代表着科学的符号,一个“梦想”代表着我心底的美好与企盼,仅凭书名,就足以让我丧失理智地去追寻,追寻这片神秘的科学净土。 拿到书,迫不及待地,虔诚地,小心翼翼地,逐字逐句地开读,慢下来,恨不得挖掘每个字的智慧。然而,...  

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不久之前,“猪鼻子”引力波的发现在世界上引起了轰动。这个天文发现再次以实例佐证了爱因斯坦广义相对论的正确性。从一成不变的宇宙、空间与时间,到爱因斯坦为我们描绘的充满无限可能性的宇宙,我们人类从来没有停止探索的脚步,遵循着智者前辈为我们留下的智慧财富与“通关...

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不久之前,“猪鼻子”引力波的发现在世界上引起了轰动。这个天文发现再次以实例佐证了爱因斯坦广义相对论的正确性。从一成不变的宇宙、空间与时间,到爱因斯坦为我们描绘的充满无限可能性的宇宙,我们人类从来没有停止探索的脚步,遵循着智者前辈为我们留下的智慧财富与“通关...

用户评价

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我必须承认,最初我对这类涵盖如此宏大主题的书籍抱持着一丝疑虑,怕它会流于泛泛而谈,缺乏真正的深度。然而,这本书彻底打消了我的顾虑。作者在处理那些跨越世纪的物理学革命时,展现出惊人的洞察力和历史感。它不仅仅是罗列公式和理论,更深入挖掘了这些理论背后的哲学意义和对人类世界观的冲击。尤其是对引力波的探索部分,那种从理论预测到实际探测的漫长而曲折的过程,被描绘成一场跨越时空的史诗。那种对未知的敬畏,对真理的执着追求,深深地感染了我。文字的张力十足,尤其在描述那些突破性发现时的那种激动人心的瞬间,简直能让人感觉到心跳加速。它成功地将深奥的物理学,转化成了一种激动人心的叙事艺术,让人在享受故事的同时,也悄然提升了对宇宙运行规律的理解层次。

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这本书带给我最深刻的感受,是一种宏大叙事下的个体英雄主义的赞歌。它描绘了那些站在人类认知前沿的伟大心灵,他们是如何凭借非凡的想象力和无畏的勇气,去挑战那些根深蒂固的旧观念。书中对爱因斯坦晚年致力于统一场论的执着,那种近乎孤独的探索,读来令人动容。它没有回避科学探索中的挫折与失败,反而将这些挫折视为通往真理的必经之路,极大地鼓舞了人心。通读全书,我体验到一种难以言喻的震撼,它拓宽了我对“可能”的边界的认知。作者的文字带着一种沉静的力量,如同黑夜中的灯塔,指引着我们穿过知识的迷雾。这不仅仅是一本科普读物,更是一部关于人类精神不懈追求的史诗,让人在合上书本之后,仍能久久沉浸在对宇宙深邃和人类智慧的无限敬畏之中。

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说实话,我对某些物理学的概念确实存在一些认知上的盲区,但阅读这本书的过程,就像是有一位极其耐心的导师,时刻在我身边进行引导。它处理复杂数学模型的方式非常巧妙,更多地是侧重于概念的物理图像和逻辑推导,而不是强迫读者去消化那些艰涩的代数。举个例子,它对时空弯曲的解释,通过生动的类比,让我第一次真正“看”到了引力的本质。这种‘化繁为简’的能力,是衡量一本优秀科普读物的核心标准,而这本书在这方面做得堪称典范。读完后,我感觉自己不再是被动地接受知识,而是主动地参与到对宇宙奥秘的探索中。书中的许多段落,我都忍不住停下来,反复咀嚼其中的精妙之处,那种豁然开朗的感觉,非常美妙。它不是让你死记硬背,而是鼓励你去思考,去构建属于你自己的物理宇宙模型。

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这本书的叙事结构设计得非常巧妙,它没有采用时间线的简单线性叙述,而是像一个精密的乐章,将不同时代、不同领域的前沿物理学思想巧妙地交织在一起。这种交织不仅展现了科学发展的内在联系和相互启发性,更凸显了人类智慧的连续性。特别是在探讨理论之间的张力与互补时,作者的处理方式显得尤为老道和公允,避免了将任何一个理论过度神化。我尤其欣赏它对科学方法论的探讨,那些关于‘可证伪性’和‘范式转移’的讨论,对于理解科学的本质至关重要。阅读这本书,不仅仅是吸收了知识,更像是上了一堂关于如何进行严谨思考和批判性评估的高级课程。书中的信息密度极高,但行文却保持着一种令人惊叹的流畅感,仿佛在阅读一篇高质量的学术评论,却又充满了故事的感染力。

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这本书简直是物理学爱好者的盛宴!我刚翻开序言,就被那种深入浅出的叙事风格深深吸引住了。作者显然对复杂的概念有着非凡的驾驭能力,能把那些抽象得让人头皮发麻的理论,描绘得如同生动的画面一般。特别是关于早期量子力学的建立过程,那些充满了智慧火花与激烈争论的场景,被刻画得栩栩如生,仿佛我亲身站在哥本哈根会议的现场,感受着科学巨匠们思想碰撞的火花。书中对实验细节的描述也极其到位,那些看似微不足道的实验设置,如何最终推翻了旧有的宇宙观,让人不得不对科学的严谨和求真的精神肃然起敬。读起来一点也不枯燥,节奏把握得恰到好处,总能在关键时刻抛出一个引人深思的问题,让你忍不住想一口气读完。对于任何想要了解现代物理学基石的非专业读者来说,这本书提供了一条既平坦又充满启迪的道路。它不仅仅是知识的堆砌,更是一场关于人类认知极限的探索之旅。

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通俗易懂,物理不咋滴的人也可以看懂,很有意思。前面有理论,后面是科学家的实践,比如刚出现在大众视野的引力波的发现就有工作原理,不过科学家更有趣的工作不止这些,这些人都走在诺贝尔奖的路上。

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《爱因斯坦的梦想》看完这本书,你就能把自己包装成科技先锋[酷][酷][酷]:“来来来,不就是引力波么,我跟你讲啊~(此处略去一万字)”

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《爱因斯坦的梦想》看完这本书,你就能把自己包装成科技先锋[酷][酷][酷]:“来来来,不就是引力波么,我跟你讲啊~(此处略去一万字)”

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通俗易懂,物理不咋滴的人也可以看懂,很有意思。前面有理论,后面是科学家的实践,比如刚出现在大众视野的引力波的发现就有工作原理,不过科学家更有趣的工作不止这些,这些人都走在诺贝尔奖的路上。

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