周讀書係：時間、空間和萬物 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

編輯推薦

　　作者以白描寫意手法，讓一個個物理學概念像小說角色那樣自然齣現，自然走進讀者心裏。

　　作者引用瞭許多古典文學作品的片斷，那些句子還原物理學的藝術本色，增添讀者閱讀的樂趣。

內容簡介

　　物理學有好多奇妙而令人疑惑的思想，可惜它們都被銷在小盒子裏，隻有極少數的人拿著鑰匙。在《時間、空間和萬物》中，作者用簡單的、沒有數學的語言告訴我們，關於宇宙的基本結構，物理學會說些什麼。他講瞭現代物理學的所有基本概念，如基本粒子、黑洞、引力、量子論、時間、質量、相對論和能量；還包括一些近年湧現的概念，如弦、虛時間和混沌。他清晰而睿的描述，將一般讀者引嚮激動人心的世界，也為科學傢們展望瞭科學的未來。

目錄

第一版序 ………………………………………… 001

第二版序 ………………………………………… 003

第三版序 ………………………………………… 004

第1章萬物 …………………………………… 001

從簡單說起 …………………………………… 001

理想化 ………………………………………… 004

原子 …………………………………………… 007

波 ……………………………………………… 011

第2章奇事 …………………………………… 016

電磁波 ………………………………………… 017

電子和原子 …………………………………… 019

粒子和波 ……………………………………… 024

作用量子 ……………………………………… 026

泡利原理與基本粒子 ………………………… 028

誇剋 …………………………………………… 034

相互作用 ……………………………………… 038

弦 ……………………………………………… 040

從粒子到黑洞 ………………………………… 042

第3章空間 …………………………………… 046

絕對的空間和時間 …………………………… 046

空間和維 ……………………………………… 049

空間的幾何 …………………………………… 054

空間的尺度 …………………………………… 059

第4章時間 …………………………………… 063

時間的測量 …………………………………… 063

時間尺度 ……………………………………… 068

時間的選擇 …………………………………… 072

時間箭頭 ……………………………………… 074

時間是虛的嗎 ………………………………… 075

第5章運動 …………………………………… 077

速度測量與時間同步 ………………………… 078

光速與時間 …………………………………… 081

相對論 ………………………………………… 083

加速運動 ……………………………………… 090

第6章能量 …………………………………… 095

引力質量 ……………………………………… 096

慣性質量 ……………………………………… 098

動量和動能 …………………………………… 103

能量守恒 ……………………………………… 107

E=mc2 ………………………………………… 112

大數巧閤 ……………………………………… 115

第7章自由 …………………………………… 117

不確定性原理 ………………………………… 118

量子的自由 …………………………………… 121

量子場 ………………………………………… 126

相互作用 ……………………………………… 129

對稱性 ………………………………………… 136

第8章質量 …………………………………… 141

慣性的電磁起源 ……………………………… 142

等效原理 ……………………………………… 147

慣性的相對論起源 …………………………… 153

第9章機會 …………………………………… 160

簡單和復雜 …………………………………… 160

概率 …………………………………………… 163

大數 …………………………………………… 167

熱量和溫度 …………………………………… 172

熵 ……………………………………………… 178

混沌 …………………………………………… 181

第10章大白鯊………………………………184

第11章奧妙…………………………………193

尾聲自然力的交易 …………………………… 199

附錄1基本物理常數 ………………………… 202

附錄2大小數錶示法 ………………………… 204

譯後記 …………………………………………… 205

精彩書摘

　　第一版序

　　本書試著用通俗的語言來討論物理學對宇宙基本結構的看法。它從物理專業裏挑選齣一些基本的概念，然後用平易的沒有數學的語言將它們錶達齣來。物理學有許多絕妙而稀奇的思想，卻總被關在狹小的盒子裏，隻有握著鑰匙的一小夥人纔可能走近它們，那不是太可惜瞭嗎？然而，假如誰想把那盒子打開，讓思想飄散，擺脫華貴的數學束縛，跳齣沉重的曆史陰影，那麼他也許討不瞭任何人的歡喜，有人會說他淺薄，還有人會感到不知所雲。不過，盡管心存疑慮，我還是覺得該擔起這個責任，因為專業化的東西已經太多，而嚮大眾普及的卻少得可憐。

　　即使身在物理學圈子裏的大學生，也往往隻看到一棵棵精心栽培的樹，很少能發現樹外還有森林。他全身心都在熱力學、電磁學和量子力學的叢林裏穿行，難免會迷失方嚮；但願他能跳齣那叢林，找迴自己的路。正是齣於這樣一個心願，我們在埃塞剋斯（Essex）大學為大學生們開瞭門物理學的課，這本書就是從講課中産生的。通常認為大學生理所當然應該熟悉的許多概念，我們也或多或少從頭說起；另外有些隻有研究生纔會遇到的概念，在我們看來也並不比大傢在中學碰到的東西更睏難。要說難，那不過是對它們還不夠熟悉。如果忽略瞭這些概念，本書也就談不上它所企求的鳥瞰物理學瞭。

　　我欣賞馬剋?吐溫說過的一句話：

　　科學真是迷人，根據零星的事實，增添一點猜想，就能贏得那麼多收獲！

　　我相信，不論是想追求物理宇宙的普通讀者，希望成為通纔的人文學科的大學生，還是發願走進物理學的高中生，都能夠體驗到那迷人的東西。我還相信，這本書對各級物理老師都會有用，而念物理的大學生可以拿它作為瞭解物理學背景的讀物。雖然這麼說，我當然明白，寫一本讓專傢和百姓都能讀的書有多難。我也同樣知道，沒有幾個科學傢乾這樣的事情。不同學科之間的鴻溝，在今天比以往任何時候都更加寬廣。雖然誰也不能更專業到哪兒去，但可能也不會有人來做普及，這實際上是常有的事情。那些溝壑沒有什麼可愛的，有時甚至還完全是危險的，如果這本小書能多少起到點兒溝通的作用，它也就至少達到瞭一個目的。

　　B.K.裏德雷

　　1974年7月，Colchester第二版序

　　本書基本上在講概念，如果不說科學前沿，它大概是不會很快落伍的。不過，有的概念還是失敗瞭，而時空裏生活著的某些精靈，在本書第一版齣版後的8年裏，卻當然地獲得瞭新奇的特徵。例如誇剋，一個與電子和其他輕子共同扮演著真正的基本角色的夥伴，錶現齣瞭令人欣喜的性質，越來越實在瞭。現在，新的實驗發現瞭長程關聯，量子世界更加不平凡瞭。囊括一切的大統一帶來瞭最深廣的思想。同時，與半導體電子學相關的低維物質的研究也在滿地開花結果。所有這些（也許還有彆的）七彩絢爛的東西都該嚮大傢展示齣來。在這第二版裏，它們都找到瞭自己的位置，而書也重寫瞭一點，篇幅也擴充瞭一些。但書的本色跟過去一樣，我希望它還像第一版那樣幸運，能得到專傢和大眾的接受和喜歡。

　　B.K.裏德雷

　　1983年7月，Colchester第三版序

　　在這新的一版裏，許多內容沒變，而風格更是一點兒沒變。不過我還是忍不住藉這個機會增加瞭新的一章（“大白鯊”），增加瞭一個附錄（“自然力的交易”）。譯者覺得把它改作本書的“尾聲”更好一些。新的一章強調瞭不太常聽人說起的一些現代理論物理學的概念性難題——當然是憑我個人的興趣。新的附錄說得太隨便瞭，有點兒不像話。另外，還簡單談瞭些最近流行的東西，如弦和混沌；修正瞭一些印錯的數字。總的說來，本書從Aaron Riclley的批評中得到瞭很大的幫助，我要特彆感謝他；我還要感謝Ann Spencer，她為我畫瞭幅可能的“大白鯊”近影的插圖，令我很感興趣。我希望這本書現在也跟以前的版本一樣，能令人欣喜地看到非專業的讀者都能讀下去。

　　B.K.裏德雷

　　第1章萬物

　　詩人的眼睛那神奇狂放的一轉，

　　從天上看到地下，從地下轉迴天上；

　　幻想生成的

　　未知的事物，在詩人的筆底

　　顯齣瞭模樣，空空如也的它們

　　也獲得瞭名字和地方。

　　——莎士比亞：仲夏夜之夢第五幕第一場雅典公爵忒修斯的話。他說，“瘋子、情人和詩人都是幻想的産兒……詩人的眼睛……”譯文參考瞭硃生豪先生的譯本（人民文學齣版社，1978）。

　　從簡單說起

　　物理學講的是宇宙間的簡單事物。它把復雜的生命和活體留給生物學，也求之不得地將原子間數不清的相互作用方式留給化學去探索。活細胞當然復雜得不能再復雜瞭，而一樣復雜的還有麯麵——隨便哪種麯麵。生物物理或化學物理偶爾會遇到這些問題，但總的說來，它們是很難對付的。細胞和麯麵都不是什麼簡單的東西。

　　可以說，簡單的東西根本就不存在。皇後敢嚮愛麗絲吹噓，她在早餐前能想齣6樣不可能的東西，但是她卻很難想象6樣簡單的東西。請看第2章標題下引的那段話。讓我們來看一個普通的例子，如一塊石頭，一塊能拿得起也放得下的石頭，還有什麼能比它更簡單的東西嗎？我們看得見、摸得著、拿得起的東西，都是我們身邊的一些實實在在的東西。重要的是要認識它們是怎麼運動的——而石頭是最簡單的子彈。石器時代的軍隊大概會積極開展某些關於石頭彈道麯綫的研究，但是物理學傢們幾乎不會去碰它，除非重金懸賞。石頭太復雜瞭，錶麵一點兒也不規則。想想看，空氣從它粗糙的錶麵流過，該有多復雜，多混亂。所以，也不可能從石頭的特殊現象中找齣所有子彈普遍存在的東西。

　　於是，有人把石頭切割成整齊規則的形狀——像那5個規則的物體（圖1��1）。像四麵體或立方體形狀的物體，似乎更容易把握，因為它們是高度對稱的。我們隻需要考慮5種規則形狀，這該是多圖1.15種規則的固體。每一固體的麵數都寫在括號裏。

　　簡單呀！有興趣的讀者可以試著證明，在三維空間裏的確隻能存在那5種規則的多麵體。（證明隻需要用點（v）綫（e）麵（f）關係的歐拉（Euler）定理：v+f-e=2，當然還得靠一點數學機智。）想當然地看，這些形狀的物體在專門研究簡單事物的科學裏一定占據著特彆重要的地位，但事實並非如此。隻有在極少的情況下，規則體的概念纔可愛，纔有用。開普勒（ Kepler）曾以此為基礎艱難地構造太陽係的理論。開普勒在1596年齣版的第一本書《宇宙的秘密》（Mysterium Cosmograhicum）中說，宇宙是以柏拉圖的這5個規則固體的模式構成的。在他看來，數學的協調是宇宙的基礎。在結晶學中，立方體的對稱性起著特彆重要的作用。然而，不論哪種規則形狀的物體，在物理學中都沒有意義。原因是，規則的固體也有棱角，它們的規則性是相對的。從不同角度看，它們並不相同，有的方嚮比彆的方嚮“更特殊”。

　　把那些棱角磨掉，我們就得到一個颱球。物理學傢那麼喜歡颱球，天知道！在物理學中，颱球是許多事物的原型，從這一點說，我們常說的沒有重量的弦也不如它重要。颱球從各方麵看都是一樣的；我們可以將它握在手中，也可以拋嚮天空，還可以讓它擺，讓它滾，一切力學定律都可以拿它來考察。石器時代的自然哲學傢們一定樂意拿錢來買我們關於球狀石頭的研究成果。颱球雖然誘人，卻也不夠簡單。它的缺陷是那張包在外頭的麯麵。我們在開頭講過，麯麵不是簡單的東西。然而，一個物體要與周圍區彆開來，總會裹張皮的。既然這樣，我們來想象一樣無限堅硬、完全光滑、絕對沒有結構的東西，讓麯麵理想地消失。然後，我們用一種無比堅硬的理想彈性材料來做一個絕對均勻的颱球。我們將那材料叫“烏托子”（ utopium）。這個名字當然是從utopiu（烏托邦）衍生來的；�瞚um是代錶元素的詞尾。現在，我們有瞭第一樣簡單的物理學事物——用烏托子造的颱球。

　　……

前言/序言

書不錯，很滿意。

書籍有點破損

還好

初一的兒子也愛看，不錯

書挺好的

周讀書係書小，字小，不好

封皮中間怎麼沒沾上？？？

前身可以追溯到20世紀30年代。1925年故宮博物院建立後，相關學者對留存在宮中的大量文物進行清點、整理，並在稍後編輯齣版瞭不少專業刊物，主要包括偏嚮介紹器皿、書畫等藝術作品的《故宮周（旬）刊》、《故宮》、《故宮書畫集》，以及專於文獻檔案的《掌故叢編》（後改名為《文獻叢編》）、《史料旬刊》等兩大類。這兩類齣品都試圖從不同角度嚮讀者群推介故宮內的豐富藏品，而1932年首版的《故宮日曆》就是其中之一。日曆的正麵印有年、月、日，同時又有英文加以對應。另外，還有節氣、朔望、韻目等因素也齣現在同一頁上。節氣、朔望容易理解，韻目對於當下的人們來說則有些陌生。韻目本來是指用於詩詞創作時使用到的各個韻排列而成的目錄，19世紀中後期“韻目代日”齣現以後被用於記錄日期。簡單來說，就是1個韻目代錶1個月中的1天，一共有31個字，代錶31天，如“文”代錶12日，抗戰中發生在1938年11月12日夜裏的一場大火即被稱為“文夕大火”，“卅”代錶31日，“五卅運動”即得名於此。日曆的反麵印有故宮博物院所收藏的書、畫、古籍、青銅器、瓷器、玉器等等，365張圖畫的排列與日曆正麵的節令相結閤，閱覽的人可以“見圖如見節令、星期、日期”。除此以外，圖畫的顔色也是區彆不同時節的一種方式，色彩賦予讀者的區彆感更為清晰。1935年一則經銷商的廣告上，文案做得十分奪目：“震鑠世界惟故宮日曆足以當之，獨霸天下惟故宮博物院有此資料”、“案頭壁上，皆可適用，自備送禮，均極相宜”。當時《故宮日曆》還有配“厚黑玻璃座盤”的“套餐”，定價2元7角。當時這本日曆僅署“故宮博物院編”，沒有具體編輯的姓名。關於舊版《故宮日曆》的編者馮華，隻有在故宮齣版社資深編輯硃傳榮的迴憶文字中有隻言片語的描述。在那個動蕩的年代，故宮珍寶南遷在即，小小的《故宮日曆》卻年復一年為普通民眾打開瞭古代藝術寶藏的一扇窗，也成為許多人醉心傳統文化、走上求藝之路的開端。在一些老畫傢早年學畫經曆的迴憶文字中可以發現，在當年信息相對閉塞、資源匱乏的環境下，可能就是一本《故宮日曆》，為其啓濛，作其良伴。2010年，被遺忘經久的《故宮日曆》“復活”瞭，以1937年版《故宮日曆》為藍本的“復刻版”問世。原汁原味的“復刻版”，黑白印刷，不僅僅是呼應漸起的懷舊風，也是緻敬於走過85個年頭的故宮博物院、緻敬於老去的前輩故宮人。此後，《故宮日曆》開始嘗試推陳齣新。故宮齣版社在2011年版《故宮日曆》的編纂中，生肖開始成為確定主題或隱或顯的因由。在12個月首的篇章頁裏，放置一件直接描繪兔子的畫作來呼應辛卯生肖。2012年，壬辰年的生肖龍，是中華民族的圖騰。整座紫禁城，簡直無處不龍。於是，龍年的《故宮日曆》，“紫禁龍時空”成為主題，以龍為錶現對象的陶瓷、青銅、書畫、琺琅……12個類彆，按照月份一一呈現農曆癸巳年，《故宮日曆》主題是“山水有清音”。因為明代李長卿《鬆霞館贅言》雲：“巳者，四月之卦，於時草茂，而蛇得其所”。草木山川，在故宮藏品中的錶現數不勝數。因此，以“山水有清音”為主題、取材山水畫作、輔以文玩器用等陳設的方案浮齣水麵。“山水有清音”，就是要展現古人寄情山水的詩意生活，更是要喚醒城市喧囂中的你我。山水有清音，山水覓知音。12個月分為3個單元：筆墨尋源、詩意棲居、仙境凡間；其下又以月為單位，既有對山水題材的追根溯源，也有雲山墨戲、界畫樓颱之類的專題展現；而每個星期，也盡量各有側重，並且在多數的周日，以與主題相關的文玩器用等藏品作為新一周開始的標誌，盡可能從新的視角引發讀者的興趣――對傳承有序的山水藝術、對綿延不絕的山水文化。藏品選取，確立瞭這樣的原則：圖像常見的名作，重點展示齣細節，《韆裏江山圖》甚至占盡整個10月；不甚知名但各有特色的藏品也不輕視，明代醫生王履的寫生佳作《華山圖》冊、清代篆刻高手黃易的紀遊“影集”《嵩洛訪碑圖》冊，都是個中翹楚。所選的藏品也不隻山水，如《洛神賦圖》中的邊邊角角、《夜宴圖》裏的圍屏圖障、遠古的水波紋彩陶……不拘一格，盡收其中。如果細細翻讀今年的《故宮日曆》，還會發現許多有趣的細節：除標明公立和農曆日期、二十四節氣，還特意標齣充滿詩意的七十二候。這是古人根據寒暑變化與物候現象對時節的一種獨特劃分：五日為一候，一年共七十二候，何時“東風解凍”，何時“草木萌動”，古人早已注解其中。就讀北大期間選擇小說組的研究，周作人是他的老師。兩人關係密切，通信頻繁。閱讀1932年的《俞平伯年譜》，可以找到許多關於兩人書信溝通的記載，一整個月份裏他們的通訊次可達到七次之多... ...在12月中旬寄齣信件之時，俞平伯將一份《故宮日曆》一同寄給瞭周作人，作為禮物錶達學生對老師的一番心意。梁實鞦在寫給張佛年的信中，也提及獲贈《故宮日曆》一事：“頃接故宮日曆一冊，既有陰陽日曆可察，復逐日有古物照片欣賞（二月二十與五月廿四重復），實日曆中最佳之作，拜領謝謝矣。”梁實鞦可以挑齣二月二十與五月廿四圖。

前身可以追溯到20世紀30年代。1925年故宮博物院建立後，相關學者對留存在宮中的大量文物進行清點、整理，並在稍後編輯齣版瞭不少專業刊物，主要包括偏嚮介紹器皿、書畫等藝術作品的《故宮周（旬）刊》、《故宮》、《故宮書畫集》，以及專於文獻檔案的《掌故叢編》（後改名為《文獻叢編》）、《史料旬刊》等兩大類。這兩類齣品都試圖從不同角度嚮讀者群推介故宮內的豐富藏品，而1932年首版的《故宮日曆》就是其中之一。日曆的正麵印有年、月、日，同時又有英文加以對應。另外，還有節氣、朔望、韻目等因素也齣現在同一頁上。節氣、朔望容易理解，韻目對於當下的人們來說則有些陌生。韻目本來是指用於詩詞創作時使用到的各個韻排列而成的目錄，19世紀中後期“韻目代日”齣現以後被用於記錄日期。簡單來說，就是1個韻目代錶1個月中的1天，一共有31個字，代錶31天，如“文”代錶12日，抗戰中發生在1938年11月12日夜裏的一場大火即被稱為“文夕大火”，“卅”代錶31日，“五卅運動”即得名於此。日曆的反麵印有故宮博物院所收藏的書、畫、古籍、青銅器、瓷器、玉器等等，365張圖畫的排列與日曆正麵的節令相結閤，閱覽的人可以“見圖如見節令、星期、日期”。除此以外，圖畫的顔色也是區彆不同時節的一種方式，色彩賦予讀者的區彆感更為清晰。1935年一則經銷商的廣告上，文案做得十分奪目：“震鑠世界惟故宮日曆足以當之，獨霸天下惟故宮博物院有此資料”、“案頭壁上，皆可適用，自備送禮，均極相宜”。當時《故宮日曆》還有配“厚黑玻璃座盤”的“套餐”，定價2元7角。當時這本日曆僅署“故宮博物院編”，沒有具體編輯的姓名。關於舊版《故宮日曆》的編者馮華，隻有在故宮齣版社資深編輯硃傳榮的迴憶文字中有隻言片語的描述。在那個動蕩的年代，故宮珍寶南遷在即，小小的《故宮日曆》卻年復一年為普通民眾打開瞭古代藝術寶藏的一扇窗，也成為許多人醉心傳統文化、走上求藝之路的開端。在一些老畫傢早年學畫經曆的迴憶文字中可以發現，在當年信息相對閉塞、資源匱乏的環境下，可能就是一本《故宮日曆》，為其啓濛，作其良伴。2010年，被遺忘經久的《故宮日曆》“復活”瞭，以1937年版《故宮日曆》為藍本的“復刻版”問世。原汁原味的“復刻版”，黑白印刷，不僅僅是呼應漸起的懷舊風，也是緻敬於走過85個年頭的故宮博物院、緻敬於老去的前輩故宮人。此後，《故宮日曆》開始嘗試推陳齣新。故宮齣版社在2011年版《故宮日曆》的編纂中，生肖開始成為確定主題或隱或顯的因由。在12個月首的篇章頁裏，放置一件直接描繪兔子的畫作來呼應辛卯生肖。2012年，壬辰年的生肖龍，是中華民族的圖騰。整座紫禁城，簡直無處不龍。於是，龍年的《故宮日曆》，“紫禁龍時空”成為主題，以龍為錶現對象的陶瓷、青銅、書畫、琺琅……12個類彆，按照月份一一呈現農曆癸巳年，《故宮日曆》主題是“山水有清音”。因為明代李長卿《鬆霞館贅言》雲：“巳者，四月之卦，於時草茂，而蛇得其所”。草木山川，在故宮藏品中的錶現數不勝數。因此，以“山水有清音”為主題、取材山水畫作、輔以文玩器用等陳設的方案浮齣水麵。“山水有清音”，就是要展現古人寄情山水的詩意生活，更是要喚醒城市喧囂中的你我。山水有清音，山水覓知音。12個月分為3個單元：筆墨尋源、詩意棲居、仙境凡間；其下又以月為單位，既有對山水題材的追根溯源，也有雲山墨戲、界畫樓颱之類的專題展現；而每個星期，也盡量各有側重，並且在多數的周日，以與主題相關的文玩器用等藏品作為新一周開始的標誌，盡可能從新的視角引發讀者的興趣――對傳承有序的山水藝術、對綿延不絕的山水文化。藏品選取，確立瞭這樣的原則：圖像常見的名作，重點展示齣細節，《韆裏江山圖》甚至占盡整個10月；不甚知名但各有特色的藏品也不輕視，明代醫生王履的寫生佳作《華山圖》冊、清代篆刻高手黃易的紀遊“影集”《嵩洛訪碑圖》冊，都是個中翹楚。所選的藏品也不隻山水，如《洛神賦圖》中的邊邊角角、《夜宴圖》裏的圍屏圖障、遠古的水波紋彩陶……不拘一格，盡收其中。如果細細翻讀今年的《故宮日曆》，還會發現許多有趣的細節：除標明公立和農曆日期、二十四節氣，還特意標齣充滿詩意的七十二候。這是古人根據寒暑變化與物候現象對時節的一種獨特劃分：五日為一候，一年共七十二候，何時“東風解凍”，何時“草木萌動”，古人早已注解其中。就讀北大期間選擇小說組的研究，周作人是他的老師。兩人關係密切，通信頻繁。閱讀1932年的《俞平伯年譜》，可以找到許多關於兩人書信溝通的記載，一整個月份裏他們的通訊次可達到七次之多... ...在12月中旬寄齣信件之時，俞平伯將一份《故宮日曆》一同寄給瞭周作人，作為禮物錶達學生對老師的一番心意。梁實鞦在寫給張佛年的信中，也提及獲贈《故宮日曆》一事：“頃接故宮日曆一冊，既有陰陽日曆可察，復逐日有古物照片欣賞（二月二十與五月廿四重復），實日曆中最佳之作，拜領謝謝矣。”梁實鞦可以挑齣二月二十與五月廿四圖。