描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 是国际标准书号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。
★《物理世界奇遇记》是20世纪风靡世界的科普经典，著名物理学家、天文学家乔治•伽莫夫毕生力作，作者在1956年荣获卡林伽科普奖。
★★《物理世界奇遇记》构思精巧，运用奇妙的故事展现物理世界的奥秘：时间的维度、扭曲的时空、神秘的黑洞、迷人的裂变、貌美的飓风……..集趣味和权威于一体，开物理娱乐之先河。
★★★《物理世界奇遇记》展现物理学和生物学的创新性成果，是青少年提升科学素养不可多得的启蒙书。
《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。
《物理世界奇遇记》的主人公汤普金斯先生是一个普通的银行职员，在一次科学讲座中对物理产生了兴趣。汤普金斯先生通过多次聆听物理讲座和物理梦境的奇遇，逐步了解了相对论、量子论、原子和原子结构、统计物理学，等等物理世界的知识与奥秘，并认识了爱因斯坦、薛定谔、麦克斯韦等科学家。
《物理世界奇遇记》集趣味性和权威于一体，开物理娱乐之先河，以故事的形式为读者展现了神奇的物理世界，深深吸引了无数的青少年，是世界青少年不可多得的科学启蒙读物。
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
章 城市速度极限 / 001
第二章 教授那篇让汤普金斯先生沉入梦境的相对论演讲 / 010
第三章 汤普金斯先生度假 / 020
第四章 教授那篇关于弯曲空间的演讲稿 / 034
第五章 脉动的宇宙 / 047
第六章 宇宙歌剧 / 057
第七章 量子台球 / 069
第八章 量子丛林 / 086
第九章 麦克斯维妖 / 095
第十章 快乐的电子部落 / 111
第十一章 上一场演讲中汤普金斯先生因睡着而错过的部分 / 127
第十二章 原子核内部 / 134
第十三章 木雕师 / 145
第十四章 虚空中的洞 / 158
第十五章 汤普金斯先生品尝日本料理 / 168
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。
章
城市速度极限
这是一个公休日。汤普金斯先生，本市一家大银行的小职员，睡到很晚才起床，悠闲地吃了顿早餐。他试图安排好自己的一天，他首先想到的是下午去看一场电影。打开当地报纸，他翻到了娱乐版。但没有一部电影能吸引他。那些专门描写色情和暴力的影片，让他厌烦极了。其他的也就是些在假日里给孩子们准备的电影。哪怕有一部电影有一点真正的冒险精神，有一些不同寻常的东西，甚至只要有一点具有挑战性的内容，那也值得凑合看看。可是，连这样的电影也没有。
无意中，他的目光落在了页角的一张小告示上。本市的大学正在举办一系列关于现代物理学问题的讲座。这天下午的讲座是关于爱因斯坦的相对论的。这还有点意思！他经常听到这样的说法：世界上真正理解爱因斯坦理论的只有十二个人。也许他可以成为第十三人！他决定去听听这个讲座，这也许正是他所需要的。
当他来到这个大学的大礼堂时，讲座已经开始了。大厅里坐满了年轻的学生。也有一些老年人，大概是和他一样的观众。
他们正聚精会神地听一位站在投影仪旁的高大的留着白胡子的男人在讲话。他正在向听众讲解着相对论的基本思想。
汤普金斯先生费了好大劲才听明白，爱因斯坦理论的要点就在于存在一个的速度值，即光速，任何运动的物体都不可能超过这个速度。并且，正是因为这个事实，产生了一些非常奇怪和不寻常的后果。例如，当运动速度接近光速时，量尺就会缩短，时钟会变慢。然而，教授指出，由于光速是每秒30万千米（即每秒18.6万英里），这些相对论效应很难在日常生活事件中观察到。
在汤普金斯先生看来，这一切都与常识相矛盾。
他正试图想象这些效应会是什么样子，这时他的头慢慢地耷拉到胸前……
当他再次睁开眼睛的时候，他发现自己不是坐在演讲厅的长椅上，而是坐在市政府为方便等车的乘客提供的一张长椅上。这是一座美丽的古城，街道两旁都是中世纪的学院式建筑。他怀疑自己是在做梦，但这场景并没有什么异常。此时对面学院塔楼上大钟的指针正指向五点。
街上几乎空无一人——除了一个骑自行车的人缓缓向他驶来。当他走近时，汤普金斯先生惊讶地睁大了眼睛。自行车和自行车上的年轻人都不可思议地缩扁了，就像通过一个圆柱形透镜看到的一样。
钟楼上的钟敲了五下，骑车人显然很着急，更加用力地踩着踏板。可汤普金斯先生并没有注意到骑车人的速度提高了多少，由于他使劲蹬车，他被压缩得更扁了，走在大街上，看上去颇像一幅用纸板剪成的平面图。
这时，汤普金斯先生感到非常自豪，因为他可以理解发生在骑车人身上的事情，运动的物体会缩扁而已，这是他刚刚听到的。“显然，天然的速度极限在这里更低，” 他总结道，“这就是街角的警察为什么看起来如此懒散，他根本不需要监督超速行驶者。”事实上，此刻一辆在街上行驶的似乎能发出全世界都能听见的噪音的出租车，也并不会比那辆自行车快多少，就像爬行一样。汤普金斯先生决定追上那个骑车人，他看起来很友善，他想问问对方这究竟是怎么回事。趁着警察没注意，他偷偷借了别人停在路边的自行车，飞快地骑了过去。
他以为自己马上就会缩扁，并且非常期待，因为他近来正在为不断发福的体形发愁。然而令他出乎意料的是，什么也没有发生，他和他的自行车都保持着同样的大小和形状。相反，他周围的景象完全变了：街道缩短了，商店的窗户变成了窄窄的缝隙，路过的行人都变成了他有生以来所见过的瘦挑的人。
“啊！”汤普金斯先生兴奋地感叹道。“我明白了。这就是‘相对性’这个词可以用上的场合。一切相对于我运动的东西，对我来说都被缩扁了——不管是谁在踩自行车的踏板！”
他是个骑自行车的好手，现在他竭尽全力想追上那个年轻人。但他发现，要想在这辆自行车上提速，根本不是一件容易的事。虽然他使出了吃奶的劲儿去蹬踏板，但速度的提升几乎可以忽略不计。他的双腿已经开始酸痛，但他还是无法做到比刚开始时快很多地通过街角的灯柱。看起来，他所有的努力都是徒劳。他现在开始明白为什么开出租车的人不能比骑自行车的人做得更好。于是，他想起了教授说过的关于不可能超过光的极限速度的话。不过，他注意到，他越是努力，城市街区就变得越短，骑在他前面的骑车人现在看起来也并不那么远了。确实，他终还是成功地追上了他。并肩骑行的时候，他瞥了对方一眼，惊讶地发现骑车人和他的自行车现在看起来都很正常。
“哦，那一定是因为我和他之间已不存在相对运动了。”他得出结论。
“打搅一下，先生，请问，”他叫道，“你不觉得生活在一个限速这么低的城市里很不方便吗？”
“限速？”对方惊讶地回答道，“我们这里没有限速。只要我愿意，我能以我想要的速度走到任何地方——至少我可以，如果我有一辆摩托车而不是这辆旧自行车的话！
“可是，你刚才从我身边经过的时候，你的速度非常慢，”汤普金斯先生说，“我关注到了。”
“怎么能说它慢呢？”年轻人说，“我觉得你没有注意到这已经是我们开始交谈以来经过的第五个街区了。这对你来说还不够快吗？”
“哦，是的，但那只是因为现在的街区和街道太短了。”汤普金斯先生争辩道。
“这有什么区别呢？我们走得更快，或者街道变得更短，结果都是一样的。我必须走十个街区才能到邮局。如果我用力踩踏板，街区就会变短，我就能更快到达。看，我们这不是到了吗？”年轻人说着停下脚步，下了车。
汤普金斯先生也停了下来。他看了看邮局的钟，上面显示五点半。“哈！”他得意地说道，“不管怎么说。你都走得太慢了。你花了半个小时才走完这十个街区。我次偶然看见你的时候，学院的钟正好指向五点。”
“你真的发现过去半个小时了吗？”对方问。
汤普金斯先生不得不承认，这段时间似乎真的没有那么长——也就几分钟的事。而且，他看了看自己的手表，发现它显示的是五点五分。“啊，”他喃喃地说，“你是说邮局的钟走快了吧？”
“你可以这么说，”年轻人回答道，“当然，也可能是你的表跑慢了。这都是因为你骑得太快。你是怎么回事？你是从月亮里掉下来的吗？。”说着，这个年轻人就消失在邮局里。
汤普金斯先生觉得教授不在现场向他解释这些奇怪的事情，真是太遗憾了。这个年轻人显然是个本地人，甚至在他学会走路之前，就已经习惯了这种状态。所以，汤普金斯先生被迫自己去探索这个奇特的世界。他按邮局时钟上显示的时间重新设置了手表，为了确定手表是否还能正常走动，他等了十分钟。现在它保持着和邮局时钟一样的时间，手表一切正常。
他继续沿着街道前行，来到火车站，决定再对一次表。这次是在火车站的时钟旁。令他惊讶的是，他的手表又慢了不少。
“得，这一定又是某种相对论效应了。”汤普金斯先生总结道，并决定找一个比骑自行车的年轻人更有智慧的人来问个究竟。
机会很快来了，令汤普金斯先生惊讶的是，这位老太太竟然称呼这位绅士为“亲爱的爷爷”。这怎么可能呢？他怎么可能是她的爷爷？这对汤普金斯先生来说太不可思议了。借着帮他拿行李的机会，汤普金斯先生与他攀谈了起来。
“不好意思，冒昧打搅一下，我没听错吧？你真的是她的爷爷吗？
“哦，我明白了，”那位先生笑着说，“也许我应该解释一下。我猜你一定把我当成流浪汉一类的人了，但是事情其实非常简单。我的营生需要我经常出差。”
“我一生大部分时间都是在火车上度过的。所以，我自然比住在城里的亲戚老得慢得多。能回来看到我亲爱的小孙女，我太高兴了。但是，对不起，我得失陪了，我得去坐出租车了。”
他叫了一辆出租车，又留下满腹问题的汤普金斯先生一个人。
车站咖啡馆的几块三明治不知怎地激发了他的思考力，他甚至觉得自己经过思索已经发现了著名的相对论的某些破绽。“是的，当然。”他一边喝着咖啡一边思索着。
如果一切运动都是相对的，旅行者的亲人相对于旅行者是一个老人，那么，旅行者相对于他的亲人也应该是老人才符合常理，或者双方都差不多年轻才对，但是这样的想法显然与事实不符，实际情况是只有旅行者的孙女是老人，那个旅行者却十分年轻，白头发总不能是相对的吧？
他决定做后一次尝试，弄清楚事情的真实情况，于是把目光转向咖啡馆里的另一个顾客——一个穿着铁路制服的孤零零的男人。
“冒昧打搅一下，”他说道，“你能不能好心地告诉我，火车上的乘客比总待在一个地方的人老得慢得多，是谁的责任？”
“我对此负责。”那人非常干脆地说。“哦！”汤普金斯先生惊呼道。“这么说，你已经解决了古代炼金术士的魔法石问题了，那你应该是医学界的名人，你是这里医学协会的成员吗？”
“不，”那人回答说，“我只是个司闸员。”。
“司闸员？你是说司闸员？”汤普金斯先生惊叫道，感觉地都要塌陷了，“你是说，你只是在火车快要进站的时候刹住火车吗？”
“是的，我就是做这个的，每次火车慢下来的时候，乘客就会相对其他人开始变老。”他谦虚地补充道，“当然，加速火车的发动机，驾驶员也发挥了重要的作用。”“但是这跟保持年轻又有什么关系呢？”汤普金斯先生不解地问道。“这个我也不太清楚。”司闸员说，“但事情就是这样，有一次，我问了一位乘坐我们火车的大学教授，这究竟是怎么一回事儿？他长篇大论地说了很多，我根本听不懂，后他说这好像跟太阳上的‘引力红移’有关，我记得他是这么说的。你以前听说过‘红移’这个词吗？”
突然，汤普金斯先生的肩膀被一只手重重地摇了摇，他醒过来，发现自己不是坐在车站的咖啡馆里，而是坐在礼堂的长椅上，他一直在礼堂里听教授讲课。天色已黑，房间里空荡荡的。是门卫叫醒他说：“对不起，先生，我们要关门了。如果你想睡觉，好还是回家去吧。”汤普金斯先生赶快站起来，向出口走去。
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