描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787502080815
★乔治•伽莫夫是著名物理学家、天文学家，荣获卡林伽科普奖。《从一到无穷大》风靡世界，科普经典，爱因斯坦亲笔推荐；
★★ 《从一到无穷大》横跨数学、生物学、天文学等多个学科，知识范围极其广泛，语言通俗幽默。四川大学校长李言荣院士曾说：“伽莫夫站的角度不一样，开启了我对自然科学的兴趣”。
★★★《从一到无穷大》书中有128副伽莫夫亲手绘制的图片，使理性思考与感性认知相辅相成，通俗易懂；近百位科学家的经典实验，让人身临其境，感受科学之美；
★★★★《从一到无穷大》知识全面，脉络清晰，渗透科学思维和方法，结构安排循序渐进，清晰呈现科学理论的来龙去脉，展现科学进步的轨迹。
《从一到无穷大》是当今世界上罕见的、横跨多个学科的科普经典巨著，作者荣获得卡林伽科普奖。本书图文并茂，由爱因斯坦亲笔推荐，是自然科学入门经典作品。
《从一到无穷大》围绕20世纪以来科学的新发现展开，由浅入深地讲述了数字游戏、可以弯曲的四维空间和时间、爱因斯坦的相对论、组成人类微观世界的物质——基本粒子与基因、生命的遗传规律、宏观世界——宇宙和星系，等等。伽莫夫在书中融入了自身见解，呈现各个学科的思维方式与科学方法，使庞大的知识和理论自成体系。书中128副作者亲手绘制的插图与文字相辅相成，使理性思考与感性认知相辅相成，通俗易懂。
《从一到无穷大》如同一部流动的科学史诗，一个个轰动世界的实验，凝结了科学家们的心血，多个学科丰富的知识和理论，尽情地展现科学之美。海盗的宝藏、摆满64 格棋盘的麦子、双重苹果、莫比乌斯面、酒鬼运动……..充满了奇思妙想，主人公诡辩之处又令人忍俊不禁，不得不为科学家们超凡的智慧折服。
部分 数字游戏
章 大数／ 002
第二章 自然的和人造的数／ 021
第二部分 空间、时间与爱因斯坦
第三章 空间的特异属性／ 036
第四章 四维世界／ 056
第五章 空间和时间的相对性／ 073
第三部分 微观世界
第六章 下降的梯级／ 098
第七章 现代炼金术／ 126
第八章 无序定律／ 160
第九章 生命之谜／ 194
第四部分 宏观世界
第十章 拓展视线／ 226
第十一章 创世日／ 251
索引／ 287
1.爱因斯坦亲笔推荐的科普经典。
2.风靡世界的科普经典。清华大学校长、四川大学校长、硅谷投资人都曾推荐阅读此书。
原子有多大？
当德谟克利特和恩倍多克勒谈到原子时，他们秉持一个模糊的哲学思想：物质不可能无限制地分割下去，终会达到一个不可再分的单元。当一个现代化学家谈到原子时，所指的对象明确得多；因为要对化学基本定律有所了解的话，必须对元素原子及其在复杂分子中的结合有精确的认识。根据化学的基本定律，不同的化学元素只能按重量的明确比例结合，该比例必定明显反映这些物质独立原子的相对重量。因此，化学家得出结论，氧原子、铝原子和铁原子必须分别比氢原子重16 倍、27 倍和56倍。然而，虽然不同元素的相对原子量是重要的基本化学数据，但原子的实际重量究竟有多少，在化学工作中倒是无关紧要的，因为这个信息不会影响其任何化学现象，不妨碍我们运用化学方法或化学定律。
然而，当物理学家考虑原子时，他的个问题必然是：“原子的实际尺寸是多少厘米？它们的重量是多少克？一定数量的物质中有多少个单独的原子或分子？有没有什么方法可以观察、计算和逐个处理原子和分子？”
估算原子和分子的大小有许多不同的方法，其中简单的方法非常容易操作。如果当时德谟克利特和恩培多克勒能想到这个方法，即便没有现代实验室设备，他们很可能也已经实现。如果某物质的组成中小的单位是原子（比如一根铜线），那么你显然不能把这种物质做成比一个这样的原子直径还薄的薄片。因此，我们可以尝试拉伸我们的铜线，直到它终成为一个单原子链，或者把它锤成只有一个原子直径厚的薄铜片。对于铜线或任何其他固体材料，这几乎是不可能的，因为在达到我们要的小厚度之前，材料早就断裂了。但是，液体物质，例如水面上的一层薄薄的油，很容易被展开成一个单层的“毯子”——即一层由单个分子水平连接而成的膜，这层膜没有一个分子垂直堆积在另一个分子上。如果读者有足够的耐心和细心自己完成这个实验，可以用这种简单的方法测量油分子的大小。
取一个浅而长的容器（图43），把它放在桌子或地板上，保持水平。
将容器灌满水，然后在水面上横着放一根金属丝。如果你现在把一小滴纯油滴在金属丝的一侧，油就会扩散开铺满整个水面。如果沿着容器的边缘移动金属丝，远离油膜，油层会随着金属丝扩散，变得越来越薄，其厚度终必定等于单个油分子的直径。在达到这种厚度后，金属丝的任何进一步运动都将导致连续的油膜表面破裂，露出底下的水层。现在已知滴在水上的油量，以及它在不破裂的情况下能扩散的面积，就能计算出一个分子的直径。
图43 当拉伸得太大时，水面上的薄油层会破裂
在进行这个实验时，你可能会观察到另一个有趣的现象。当你在水面上滴一些油时，你会看到油表面熟悉的彩虹色。这种景象在船只往返的港口很常见。众所周知，这是由于从油层上下边界反射光干涉的结果，而不同地方的颜色差异是因为从放置油滴的地点开始扩散的油层在不同的地点产生的厚度不同。如果你多等一段时间，直到这层油变得均匀，整个油面将获得均匀的颜色。随着油层变薄，随着波长的减小，颜色会逐渐由红变黄，由黄变绿，由绿变蓝，由蓝变紫。如果油层表面再继续扩展下去，颜色将完全消失。这并不是因为油层不存在了，而是它的厚度已经小于短的可见波长，而且颜色也超出了我们的视力可观察的范围。但是你仍然可以分辨出油层表面和清澈的水面，因为薄油层上下边界反射的两束光还是会发生干涉终导致总强度降低。哪怕颜色消失，油表面会在反射光中显得更“暗淡”，也看起来比水面暗一点。
在做这个实验时，你会发现1 立方毫米的油可以覆盖大约1 平方米的水面，但是超过这个面积油膜就会裂开。[1]
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[1] 那么，油层在破裂前有多薄？计算步骤如下：把含有1 立方毫米油的液滴设想为一个立方体，其每侧面为1 平方毫米。为了将我们原来的1 立方毫米的石油延伸到1 平方米的面积上，与水面接触的1 平方毫米的石油立方体表面必须增加10002 倍（从1 平方毫米增加到1 平方米）。因此，原始立方体的垂直尺寸必须减小到原来的1/10002，以保持总体积不变。这就给出了油层的极限厚度，所以对于油分子的实际直径，约为0.1cm×10-6=10-7cm。由于一个油分子由多个原子组成，原子的尺寸还要小一些。
1.
热无序
如果你倒一杯水，看着它，你会看到一种清澈均匀的液体，没有任何内部结构或运动的痕迹（当然，前提是你不要摇晃杯子）。然而，我们知道水的均匀性仅仅是表面上的，如果将水放大几百万倍，我们就会发现大量紧密堆积在一起的独立分子，形成了清晰的颗粒结构。
在同样的放大倍数下，很明显可以看到水离静止还很远，它的分子处于剧烈的运动状态，四处移动，互相碰撞，就好像他们是高度兴奋的人群。水分子或任何其他物质的分子的这种不规则运动称为热（或温度）运动，原因很简单，热现象就是它造成的。因为，虽然肉眼不能直接辨别分子运动以及分子本身，但正是分子运动对人体的神经纤维产生某种刺激，才产生我们称之为热的感觉。对于那些比人类小得多的有机体，例如悬浮在水滴中的小细菌，热运动的影响要明显得多，这些可怜的生物不断地被从四面八方的躁动分子脚踢、推挤或抛掷（图77）。这一有趣的现象被称为布朗运动，是以英国植物学家罗伯特·布朗的名字命名的。他在一个多世纪前对微小植物孢子的研究中首次注意到这一现象。布朗运动具有相当普遍的性质，在研究悬浮在液体中的小颗粒，或悬浮在空气中的烟和尘的微观颗粒时都可以观察到。
图77 一个细菌在水分子的撞击下连续换36 个位置（物理学上正确；细菌学上不完全如此）
我们加热液体时，悬浮在其中的微小颗粒的狂舞会变得更加剧烈；一旦降温，运动的强度明显减弱。毫无疑问，我们在这里观察到的是物质看不见的热运动的影响，而我们通常所说的温度不过是对热分子运动程度的度量。通过研究布朗运动对温度的依赖性，发现在-273°C 或-459°F 时，物质的热运动完全停止，并且其所有分子静止。这显然是温度，它得到了“零度”的名字。谈论更低的温度太荒谬了，因为显然没有比静止更慢的运动了！
在接近零度的温度下，任何物质的分子几乎都没有能量，以至于作用在它们身上的内聚力将它们黏结在一起形成一个固体块，它们所能做的只是在冻结状态下轻微颤动。当温度升高时，颤动变得越来越激烈，并且在某一阶段，分子获得了一定的运动自由度，能够彼此滑动。冷冻物质的刚性消失，变成流体。熔化过程发生所需的温度取决于作用在分子上的内聚力的强度。在某些物质中，如氢，或形成大气空气的氮氧混合物中，分子的内聚力非常弱，在相对较低的温度下，热运动会打破冻结状态。因此，氢仅在低于14°K（即低于259°C）的温度下以冷冻状态存在，而固体氧和氮分别在55°K 和64°K（即-218°C 和-209°C）下熔化。在其他物质中，分子之间的内聚力更强，在更高的温度下仍然能保持固态。因此，纯酒精的熔点达到了-130℃，而冷冻水（冰）仅在0°C 时才融化。有些物质在更高的温度下保持固态；铅在327℃熔化，铁在1535℃熔化，而被称为锇的稀有金属在2700℃的温度下仍保持固态。在物质的固态状态下，分子牢固地结合在其位置上，但这并不意味着它们完全不受热运动的影响。实际上，根据热运动的基本定律，在给定的温度下，所有物质，无论是固体、液体还是气体，每个分子中的能量都是相同的，它们的区别仅仅在于：某些情况下，这种能量足以把分子从固定的位置上扯下来，让它们四处移动，而在另一些情况下，它们只能在同一地点颤抖，就像受到短链子限制的愤怒的狗一样。
在前一章所描述的X 射线照片中，我们观察到固体分子的热颤动或振动。确实，由于在晶格中拍摄分子的照片需要相当长的时间，因此在曝光期间，分子不应离开其固定位置，这一点是至关重要的。但围绕固定位置不断晃动，不利于取得良好的摄影效果，反而会导致图像模糊。在图版I 中分子的集体照片就能看到这种效果。要获得更清晰的照片，就要尽可能冷却晶体。可以将它们浸入液态空气中降温。另一方面，如果加热被拍摄的晶体，则图像变得越来越模糊，在熔点处，由于分子离开它们的位置并开始到处移动，导致图像完全消失。
固体材料熔化后，分子仍然保持在一起，因为热运动虽然足够强，足以使它们从晶格的固定位置脱离，但仍不能使它们完全分离。然而，在更高的温度下，内聚力无法再将分子保持在一起，它们会向各个方向飞散，除非容器壁阻止分子这样做。当然，当这种情况发生时，物质已处于气态。
如同固体的熔化一样，不同材料汽化的温度不同。相对于内聚力较强的物质，内聚力较弱的物质在较低的温度下会变成蒸汽。在这种情况下，这一过程也基本上取决于液体所承受的压力，因为外部压力显然有助于内聚力将分子保持在一起。因此，众所周知，一个封闭的水壶里的水比在一个开放的水壶里的水沸腾的温度高。另一方面，在大气压力相对低的高山之巅，水会在100℃以下沸腾。顺便提一下，通过测量使水沸腾的温度，可以计算出大气压力，从而计算出某一特定地点的海拔高度。
但请你不要效仿马克·吐温的例子，根据他的说法，他曾经把一个无液气压计放进一个煮沸的豌豆汤锅里。这样做不仅不会让你知道海拔高度，氧化铜反而会使汤的味道变差。
物质的熔点越高，其沸点越高。因此，液态氢在-253℃下沸腾，液态氧和氮在-183℃和-196℃下沸腾，乙醇在78℃下沸腾，铅在1620℃下沸腾，铁在3000℃下沸腾，锇仅在5300℃以上沸腾。[1]
固体美丽的晶体结构一旦破裂，内部分子首先像一群蠕虫一样在周围爬行，然后像一群受惊的鸟一样飞散。但后一种现象仍然不是热运动增加时破坏力的极限。如果温度进一步升高，分子的存在就受到威胁，因为不断增加的分子间碰撞的暴力，能够将它们分解成单个原子。
这种所谓的热分解作用，取决于受其影响的分子的相对强度。一些有机物质的分子会在几百度的温度下分解成独立的原子或原子团。其他更坚固的分子，如水分子，需要一千度以上的温度才能被破坏。但是当温度上升到几千度时，将不会留下任何分子，物质将是纯化学元素的气体混合物。
我们太阳表面的情况就是这样，那里的温度高达6000℃。另一方面，在相对较冷的红巨星[1] 大气中，仍然存在一些分子，这一事实已通过光谱分析方法得到证实。
高温下热碰撞剧烈地将分子分解成原子，而且通过剥落原子的外层电子而损坏原子本身。当温度上升到几万度和几十万度时，如果温度升高到几十万甚至几百万度时，这种热电离作用变得越来越明显。这种极高的温度并不能在实验室产生，但在恒星内部，尤其是在太阳内
部却很常见，而在此酷热环境下原子已不复存在。所有的电子层都被完全剥离，物质变成了裸核和自由电子的混合物，它们在空间中狂奔，并剧烈地相互碰撞。然而，尽管原子形体被完全毁坏，物质仍然保留其基本化学特征，因为原子核仍保持完整，如果温度下降，原子核将重新获得电子，原子的完整性将重新建立。
为了实现物质的完全热分解，也就是把原子核本身分解成独立的核子（质子和中子），温度必须上升到至少数十亿度。即使在热的恒星内部，也达不到这样的高温，虽然数十亿年前我们的宇宙还很年轻，这种温度很可能确实存在。我们将在本书的后一章回到这个令人兴奋的问题。
由此我们可以看出，热运动的作用是逐步破坏物质的精细结构，把这座宏伟的建筑变成一团广泛运动的粒子，它们四处乱窜，彼此冲撞，没有任何明显的法则或规律。
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