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: 9787548462743
★ 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,是科普经典,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》书中图片均为伽莫夫亲手绘制,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,让大开眼界,提升科学素养;
.★★★★《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、生命的遗传规律、宇宙星系及宏观世界,等等。全书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。书中图片均为作者亲手绘制,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。
目 录
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 无序定律/126
第八章 生命之谜/160
分
宏观世界
第九章 拓展视线/192
第十章 创世日/217
部分
数字游戏
章
大数
1.
你能数到几?
有这样一个故事,讲的是两位匈牙利贵族决定玩个游戏,说出数的人获胜。
“这样,”其中一位说,“你先说出你的数。”
经过几分钟的冥思苦想,另一位贵族终于说出他能想到的数。
“3。”他说道。
现在轮到位思考了,但在一刻钟之后,他决定放弃,他说道:“你赢了。”
当然,这两位匈牙利贵族的智力水平不算高,而这个故事本身可能也只是某种讽刺。但如果此事发生在南非原始部落霍屯督人身上,这个场景就完全有可能出现。实际上,许多非洲探险家证实,许多霍屯督部落的语言中都没有大于3的数。你可以找一个当地土著,问他有多少个儿子或曾杀过多少敌人,如果该数字大于3,那他就会回答“很多”。因此,就数数水平而言,霍屯督的勇猛战士比美国幼儿园的孩子还要弱,这些孩子起码能数到10。
如今,有一种我们习以为常的想法:你想写多大的数字就能写多大,无论是用美分来表示战争支出,还是用英寸来表示恒星距离,只要在某个数字的右边放置足够多的0就可以了。你可以不停地放置0直到手累,甚至眨眼之间你就能得到一个比宇宙总原子数还要大的数,顺带提一下,这个数字是300,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000。
或者你也可以写成这种简略形式:3×1074 。
位于10右上角的小数字74表明必须写多少个0,换句话说,3必须被10乘74次。
但这种“简明算术”系统在古代并不为人所知。实际上它是由某位不知名的印度数学家,在距今不到2000年时发明的。尽管我们通常意识不到,但这的确是一项伟大的发明!在此项发明出现前,人们对各数位上的数字,是以现今称为十进制的单位制书写的,该位上有几个单位就把特定的符号重复几次。例如数字 8732 古埃及人是这么写的:
而恺撒手下的书记官则会以这种形式来表示它:
ΜΜΜΜΜΜΜΜDCⅩⅩⅫ
后一种计数方式你一定很熟悉,因为至今有时仍会用罗马数字表示一本书的卷数或章节数,或在宏伟的纪念碑上用来注明历史事件的日期。然而,由于古代所用计数也不过几千,因此根本用不着更高位的单位符号,所以一个古罗马人无论多么精通算术,当你要求他写“一百万”时他都会非常为难。如若你坚持,他只好花几个小时连续写一千个Μ(图1)。
对古人而言,诸如天上的星星、海里的鱼、海滩上的沙粒,这样巨大的数字都是“数不清的”;就像“5”对霍屯督人而言是数不清的,只好简单地表示为“很多”!
图1 一个古罗马人,比如恺撒时代的,试着用罗马数字写出“一百万”。但那块墙板估计连“十万”都写不下
公元前3世纪,著名科学家阿基米德开动他那非凡的大脑,提出过写出真正大数字的方法,他在专著《沙粒计算》(或《诗篇》)中写道:
有人认为沙粒的数量是数不清的。我说的是不仅在叙拉古和西西里其他地区的沙粒,还包括地球上所有地区的沙粒,无论是聚居区还是无人区。再者,有些人并不认为沙粒数量是数不清的,只是人们说不出一个足够大的数字来描述地球沙粒总量。显然持这种观点的人,如果面对一个大小与地球一般大的沙堆,而且所有的海洋和空洞都被沙子填满,直到的山脉,他们将更加确信没有任何数字可以表达如此堆积起来的沙粒的数目。但我将尝试证明,我说出的数字,不仅可大过充满地球体积的沙粒数量,甚至超过与宇宙同尺寸的沙堆的沙粒数量。
阿基米德在其著作中提出记录大数的方法,与现代科学中科学计数法类似。
他从古希腊算术中存在的的数字开始:“万”,或十千。
他引入了一个新的数,“万万”(一百兆),他称为“octade”(亿)或者“第二级单位”。
“octade octades”(或亿亿)称为“第三级单位”,“octade, octade, octades”(亿亿亿) 为 “第四级单位”,依此类推。
用数页的篇幅介绍大数字的书写似乎过于啰唆,但在阿基米德时代,找到写大数字的方法是一个伟大的发现,是数学科学进步的重要一步。
要计算填满整个宇宙所需要的沙粒数量,阿基米德得知道宇宙的大小。在他所处的时代,人们认为宇宙被镶嵌着群星的水晶球包围,与他同时代的著名天文学家,萨摩斯的阿里斯塔克,推算从地面到宇宙水晶球外围的距离约为10,000,000,000希腊里(stadia),或者说大约1,000,000,000英里。
阿基米德比较完宇宙球和沙粒的尺寸后做了一系列令高中生做噩梦的计算,终得出如下结论:
“显然,填满阿里斯塔克推算的宇宙球空间所需沙粒不超过一千万个第八级单位。”
需要注意的是,阿基米德估算的宇宙半径比现代科学家观测的小得多。10亿英里的距离还不够我们走到土星轨道。稍后我们会了解到目前望远镜所能观测到的宇宙距离现在已达5,000,000,000,000,000,000,000英里,要填满可观测宇宙,所需要的沙粒数量将超过10100 (1后面100个0)粒。
这显然比本章开头提到的宇宙总原子数3×1074大得多,但是别忘了,宇宙并非充满原子,实际上,平均每立方米空间只有大约1个原子。
但是完全没有必要这么麻烦,用将整个宇宙填满沙粒的方法来获取真正的大数。实际上大数经常出现在那些乍看上去非常简单的问题中,很多情况下你可能以为用到的数也就几千而已。
印度的舍罕王(Shirham)是大数的受害者之一。相传,宰相大维齐尔西萨·本·达希尔(Sissa Ben Dahir)发明了象棋并将其进献给国王,舍罕王打算奖赏他。这位聪明宰相的要求似乎不高,“陛下,”他跪在国王面前说,“请在棋盘的格放1粒麦子,第二格放2粒,第三格放4粒,第四格放8粒,依此类推,我的王,后一格比前一格加倍,您就赏我摆满64格棋盘的麦子吧!”
“我忠实的臣子,你要的并不多!”国王感叹道,同时暗自窃喜,给神奇游戏的发明者的奖励花费不太多。“你当然会如愿以偿。”然后他命人将一袋小麦搬进大殿。
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