描述
开 本: 32开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787301333686
1.从“零”开始,站在“问题”角度,循序渐进地讲述了整个物理学理论的演变过程。
2.内容全面,涵盖经典力学、电磁学、热力学与统计力学、光学、相对论、量子物理和宇宙学。
3.思路清晰、行文流畅,措辞严谨又不乏幽默,插图简约又不乏精准,内容简练又不乏深意。
4.以开放式思维探讨物理与数学、哲学之间的关系,旨在与读者共同建立理性思维。
牛顿是怎样建立万有引力定律的?引力是超距作用吗?
光速为什么不变?爱因斯坦为什么要提出相对论?
电子是粒子还是波?薛定谔的猫到底是怎么一回事?
宇宙大爆炸是怎样一步步建立的?暗物质与暗能量真的存在吗?
物理学总是令人着迷又令人困惑。《从零开始读懂物理学》从“零”开始,站在“问题”角度,循序渐进地讲述了整个物理学理论的演变过程,内容涵盖经典力学、电磁学、热力学与统计力学、光学、相对论、量子物理和宇宙学。
《从零开始读懂物理学》思路清晰、行文流畅,措辞严谨又不乏幽默,插图简约又不乏精准,内容简练又不乏深意。除物理外,《从零开始读懂物理学》多处以开放式思维探讨物理与数学、哲学的关系,旨在与读者共同建立理性思维,是青少年及广大物理爱好者*佳的入门书籍。
1章 经典力学
1.1 地心说 / 001
古希腊与亚里士多德 / 005
1.2 日心说 / 010
第谷与开普勒 / 020
1.3 从实验开始 / 023
相对运动 / 027
1.4 力学定律 / 035
微积分 / 039
1.5 万有引力 / 051
近代哲学之父——笛卡尔 / 052
站在巨人肩膀上 / 059
第2章 电磁学
2.1 从静电到电流 / 065
2.2 电生磁 / 073
奥斯特与安徒生 / 076
电学中的铁三角 / 078
2.3 磁生电 / 082
道德楷模法拉第 / 089
2.4 电磁波 / 093
什么是物理? / 096
什么是波? / 101
电磁学的大厦 / 107
第3章 热力学与统计力学
3.1 从火说起 / 109
化学家拉瓦锡 / 113
3.2 热的本质 / 117
从永动机到能量守恒 / 121
3.3 热力学 / 124
3.4 统计力学 / 132
第4章 光学
4.1 光的本质 / 138
光的三种传播方式 / 139
4.2 光谱 / 148
4.3 光速 / 154
第5章 相对论
5.1 两朵乌云 / 159
5.2 狭义相对论 / 165
时空 / 167
什么是质量? / 172
5.3 浅谈狭义相对论 / 175
5.4 广义相对论 / 179
黎曼几何 / 182
第6章 量子物理
6.1 微观世界 / 192
X射线 / 199
6.2 量子之门 / 200
火与颜色 / 201
什么是量子? / 205
光电效应 / 207
6.3 电子轨道 / 209
α、β、γ射线 / 210
6.4 迷雾重重 / 216
常用的物理知识 / 217
泡利不相容原理 / 221
施特恩与盖拉赫 / 225
6.5 矩阵力学 / 228
沉默的狄拉克 / 231
6.6 电子是波 / 234
爱因斯坦与诺贝尔奖 / 234
晶体 / 240
6.7 薛定谔方程 / 243
概率波 / 247
互补原理 / 252
6.8 索尔维会议 / 253
“二战”中的科学家 / 259
6.9 薛定谔的猫 / 265
小爱和小玻 / 269
6.10 平行宇宙 / 272
6.11 粒子、场与弦 / 276
同位素、核裂变和核聚变 / 278
反物质 / 283
第7章 宇宙学
7.1 宇宙在膨胀 / 289
测量天体到地球的距离 / 290
7.2 宇宙大爆炸 / 297
什么是噪声? / 301
宇宙简史 / 302
7.3 恒星演化 / 304
钱德拉塞卡极限 / 307
揪心的诺贝尔奖 / 309
励志人生 / 311
7.4 未解之谜 / 312
参考文献 / 317
记得刚学物理的时候,让笔者感到好奇的是电。电是什么?灯泡为什么能发光?如果把灯泡放到月球上,在地球上按下开关,灯是瞬间亮还是过一会才亮呢?老师们说:“电是电子的流动,所以电有速度,而且肯定超越不了光速,因为任何速度都不能大于光速——这是爱因斯坦说的。”于是笔者对光又产生了很多疑问:光是什么?为什么它是快的?光和空气一样有重量(质量)吗?在一次“卧谈会”上,笔者宣布了的“研究成果”:光没有质量,否则人会感觉黑夜比白天轻松很多。很快,这一理论遭到其他同学的驳斥:“那是因为除反射的光外,其他的光都被你吸收了,但你的身体不会吸收空气……”
在今天看来,这些问题似乎太幼稚可笑。但翻翻物理学史,伟大的理论不正是从这些“幼稚可笑”的问题当中诞生的吗?比如古希腊人否定地动说,可能仅仅是因为地球转动没有形成东风;暗能量假说之所以存在,也可能仅仅是因为没有办法解释宇宙正在加速膨胀。这些案例不胜枚举。因此,笔者认为在学习物理时,任何幼稚可笑的问题都不是多余的。
在笔者的教学过程中,学生总会提出各种奇怪的问题。笔者发现将它们解释清楚完全是徒劳的,因为往上追溯,一个问题终会带出无穷无尽的问题。尽管笔者不能解释清楚,但记录下来总是件好事,于是将点串成线,形成了本书。
本书总共分7章。
第1章为经典力学。一开始,人们以为地球是宇宙的中心,但是行星们似乎并不“听话”,于是哥白尼用太阳取代地球的位置,提出日心说。日心说意味着地球无时无刻不在运动,既然运动就会产生强大的东风。为了解释这一问题,伽利略提出相对运动和惯性定律。在此之上,牛顿力学体系渐渐成型。
第2章为电磁学。牛顿的光芒照耀着宇宙的各个角落,以至于牛顿之后的科学家们总是希望电磁力与万有引力相契合——符合平方反比和超距作用。初的几十年确实如此,但当问题逐渐变得扑朔迷离时,伟大的法拉第提出了“场”的概念。麦克斯韦从场出发,断言电磁波的存在并预言光就是电磁波。当赫兹证实这一切之后,场理论取代了超距作用。
第3章为热力学与统计力学。燃烧与热是生活中两种常见的现象,它们的本质是什么?在19世纪中叶之前,人们一直认为它们都是某种元素——燃素和热素。这种元素运动便产生了热效应。但当热素无法解释众多现象时,科学家们终于认识到热是一种能量(热力学),这种能量来自分子运动(统计力学)。
第4章为光学。一开始,人们从光的三种传播方式得出光是一种微粒,然而第四种传播方式(衍射)让科学家们对光的本质产生了激烈的争论——波粒战争。光是什么?光有速度吗?每当人们以为快要揭开光后的神秘面纱时,发现又进入了一个未知领域:光速不变诞生了相对论;光电效应是量子物理的基础;光的红移让人们发现宇宙正在膨胀……
第5章为相对论。自19世纪开始,光的波动说打败了微粒说。波传输需要介质,人们搬出了以太。但当科学家们辛辛苦苦寻找以太时,发现根本无法找到。这时初出茅庐的爱因斯坦站了出来,建立了相对论,也解决了物理学当时的窘境。
第6章为量子物理。组成物质的微粒是原子,原子的本意是“不可分割”,但终还是被汤姆孙打开了。当科学家们“进入”原子内部参观时,发现经典的物理理论在这里并不适合,于是哥本哈根派的勇士们“另立山头”,却一不小心捅了哲学的屁股,一场荡气回肠的辩论开始了……
第7章为宇宙学。宇宙大爆炸是物理学中脍炙人口的话题之一。宇宙真的起源于大爆炸吗?原始原子有存在的可能吗?黑洞又是怎么诞生的?暗物质与暗能量是怎么来的?这些都是该章的话题。
除物理内容外,本书还尝试探讨物理与数学、哲学之间的关系,大致有以下三个方面:一是从微积分角度探讨万物是连续的还是离散的,二是探讨测量对于物理的重要性,三是简述量子力学带来的哲学悖论。
有几点需要特别说明:一是本书的图片仅是示意图,并非实物图和实验结果图;二是本书记录了一些人物故事,这些故事只为展示人物性格与历史背景,并不能作为正史考究;三是对于一本科普书而言,举例的生动性与精准度总是难以两全的。本书从生活出发,举了不少事例,只为抛砖引玉。
在写作的过程中,笔者遇到不少困难。首先,物理与数学、哲学之间的细节问题一度困扰着笔者,好在笔者的同事——饶冬飞教授给予了笔者无私的帮助,与他讨论才让笔者茅塞顿开。其次,由于笔者不善绘画,绘图问题一度影响这本书的写作进度,好在未铭图书给予了笔者非常大的帮助。在此,对帮助过笔者的老师、同事和朋友致以深深的谢意。
由于笔者水平有限,书中难免出现纰漏,恳请读者朋友批评指正。
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