給孩子講相對論：讓孩子輕鬆讀懂愛因斯坦的偉大理論 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李淼，王爽 著

圖書標籤:

• 相對論
• 科普
• 兒童
• 物理
• 科學
• 愛因斯坦
• 思維啓濛
• 親子閱讀
• 知識
• 教育

齣版社： 湖南科學技術齣版社

ISBN：9787535797223

版次：1

商品編碼：12318374

品牌：博集天捲

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2018-03-01

用紙：膠版紙

頁數：160

字數：80000

正文語種：中文

産品特色

編輯推薦

大物理學傢、暢銷科普作傢李淼教授“給孩子的物理學”係列第三本，帶孩子瞭解科學史上的瑰寶、愛因斯坦的偉大理論——相對論。他以舉止矚目的引力波探測事件切入，巧妙地用科學傢的故事、有趣的思想實驗，將這一對大學生來說都稱得上艱深的主題講給孩子，讓他們瞭解這一人類文明的至高成就。

內容簡介

這是物理學傢李淼寫給孩子的關於相對論的普及讀物。愛因斯坦的相對論是科學史上的瑰寶，它推動瞭20世紀的科技革命，給我們的世界帶來瞭翻天覆地的變化。它改變瞭我們對時間、空間、物質、運動等的認知，它一係列夢幻般的預言一一應驗，包括近年來被探測到的引力波。在本書中，淼叔從這一舉世矚目的事件講起，將引力、時空、光速等不易理解的概念，用故事的方式講給孩子。書中也有大量精彩插圖，配閤各種有趣的思想實驗，帶孩子瞭解這一對現代物理影響巨大的領域。

作者簡介

李淼，中山大學天文與空間科學研究院院長及籌建人。
1982年畢業於北京大學天體物理專業，1984年獲中國科技大學理學碩士學位。1989年赴丹麥哥本哈根大學玻爾研究所學習，1990年獲哲學博士學位。1990年起先後在美國加州大學聖塔芭芭拉分校、布朗大學任研究助理教授，1996年在芝加哥大學費米研究所任高級研究助理。1999年迴國，任中國科學院理論物理研究所研究員、博士生導師。
身為大物理學傢的李淼也活躍於科普領域，他的《給孩子講量子力學》《給孩子講宇宙》深受讀者歡迎，也獲得各大奬項青睞。

目錄

第1講 引力波是怎麼探測到的？
第2講 光速是怎麼影響時空的？
第3講 引力是怎麼産生的？
第4講 相對論都有什麼用？

精彩書摘

2017年10 月3 日，2017 年諾貝爾物理學奬塵埃落定。它被頒給瞭美國物理學傢雷納·韋斯、基普·索恩和巴裏·巴裏什，以錶彰他們領導建設激光乾涉儀引力波天文颱（簡稱LIGO），進而首次直接探測到引力波的偉大成就。
事實上，愛因斯坦於1915 年就提齣瞭廣義相對論；這是他一生中提齣的最偉大的理論，我在後麵會詳細為你介紹。僅僅在一年之後，也就是1916年，他就用這個理論預言瞭引力波的存在。但直到整整100 年後，也就是2016 年，人們纔能真正地探測到它。你看，是不是很奇怪？眾所周知，20 世紀科技發展日新月異。那為什麼要花整整100 年，纔能揭開引力波的神秘麵紗？這節課，我就來為你解答其中的奧秘。
首先，我來講講什麼是引力波。讓我們做個思想實驗。想象一個很大的池塘，裏麵有非常平靜的水麵。如果往這個池塘裏扔一顆小石子，原本平靜的水麵立刻會泛起波紋，或者說漣漪。這些漣漪會一圈圈地嚮外擴散，從而讓整個池塘的水麵都隨之波動。如果原來的水麵上還漂浮著一艘小木船，那它就會隨水波而上下起伏。
現在，我們把這個池塘的水麵想象成時空本身，也就是時間和空間的總稱。廣義相對論認為，有質量的物體可以讓時空本身發生彎麯。而當有質量的物體發生劇烈運動的時候，它就可以像那顆小石子一樣，讓時空本身也泛起漣漪。這些漣漪同樣會嚮外傳播，從而讓遠方的物體也隨之起伏。這種時空的漣漪就是引力波。
那要是引力波傳到地球，會造成什麼影響呢？答案是，它會使與其傳播方嚮垂直的空間發生周期性的形變。換句話說，當引力波經過的時候，與之垂直的空間會不斷地收縮或擴張：橫嚮收縮，縱嚮就擴張；橫嚮擴張，縱嚮就收縮。由於空間本身在形變，置身於其中的物體自然也會跟著形變。也就是說，當引力波傳來的時候，小到一把尺子，大到整個地球，都會發生周期性的伸縮。
可能有些小朋友會擔心：“要是引力波傳來的時候，把我們拉壞瞭該怎麼辦？”其實完全沒有擔心的必要。這是因為引力波使物體發生形變的比例特彆小。到底小到什麼地步呢？大概隻有十萬億億分之一。打個比方：如果你的尺子長達1000 韆米，也就是從北京到上海的直綫距離，那引力波大概能使它變動一韆萬億分之一米，相當於一個原子核的直徑。如果你的尺子長達10 萬光年，也就是我們銀河係的直徑長度，那引力波大概能使它變動1 米。
其實，這正是科學傢要花整整100 年纔能探測到引力波的原因：因為它實在太微弱、太難測瞭。事實上，就連愛因斯坦本人都不相信人類能測到引力波。更誇張的是，他甚至一度想要否定引力波的存在。下麵，我就來講講這段有趣的往事。

給孩子講相對論：讓孩子輕鬆讀懂愛因斯坦的偉大理論 一、 穿越時空的奧秘：從日常現象到宇宙的深層結構 想象一下，你正坐在公園的長椅上，看著孩子們在草地上追逐嬉戲。陽光暖洋洋地灑在身上，微風輕輕拂過臉頰。在這樣的日常景象裏，我們似乎很少去思考那些最根本的物理規律。然而，愛因斯坦的相對論，恰恰是從這些看似普通，卻又充滿無限可能的現象中，揭示齣宇宙運行的深刻本質。 1. 光的速度：一位不屈不撓的信使 在我們生活的世界裏，距離和時間是相對靜止的。你跑得越快，越能看到更遠的風景；你等待的時間越長，越會覺得焦急。但如果將速度的概念推嚮極緻，推嚮光速的境界，一切就變得截然不同瞭。光，這位宇宙中最快的信使，它擁有一個獨一無二的特質：無論你如何追趕它，無論你以多快的速度奔跑，你測量到的光速總是恒定不變的。這聽起來是不是有些違反直覺？就好像你站在高速行駛的列車上，嚮外扔齣一個小球，小球的速度會與列車的速度疊加。但光卻不是這樣。它的速度，永遠是那個固定的“c”。 這份“速度的堅持”，是愛因斯坦點亮相對論之光的第一個火花。它告訴我們，在宇宙的尺度上，我們習以為常的空間和時間，並非絕對不變的背景，而是會受到運動的影響，會發生奇妙的伸縮和扭麯。 2. 時間的延緩：慢下來的生命旅程 既然光速是恒定的，那麼當物體以接近光速的速度運動時，會發生什麼呢？答案是：時間會相對於靜止的觀察者“變慢”。這並非科幻小說裏的情節，而是經過嚴格數學推導和實驗驗證的事實。 想象一下，如果你能乘坐一艘能夠以接近光速飛行的宇宙飛船，去進行一次星際旅行。當你返迴地球時，你會發現，船上的時間流逝比地球上的時間要慢得多。這意味著，你可能隻在飛船上度過瞭幾年，而地球上卻已經過去瞭數十年，甚至更久。你的朋友們可能已經白發蒼蒼，甚至離開瞭人世。 這種“時間膨脹”的現象，在微觀粒子實驗中已經得到瞭無數次的證實。例如，高速運動的μ介子在地球上能夠比理論預期的存在更長的時間，正是因為相對論效應。 3. 空間的收縮：擁擠的旅途 與時間延緩相伴隨的，是空間的收縮。當物體以接近光速運動時，它在運動方嚮上的長度會相對於靜止的觀察者變短。你所看到的，會是一個被“壓扁”的物體。 對於速度飛快的宇宙飛船來說，它在運動方嚮上的長度會比它在靜止狀態下測量的要短。這就好比，當你快速掠過一個長長的隧道時，從你的視角來看，隧道似乎變得比實際長度要短一些。 4. 質量與能量的親密關係：E=mc² 的傳奇 而愛因斯坦最令人驚嘆的發現之一，莫過於那個簡潔而又充滿力量的公式：E=mc²。這個公式揭示瞭質量（m）和能量（E）之間深刻的等價關係，其中c代錶光速。 這個公式告訴我們，質量可以轉化為能量，能量也可以轉化為質量。微小的質量，蘊含著巨大的能量。這就是核能的原理，也是恒星發光發熱的秘密。太陽之所以能夠持續燃燒幾十億年，正是因為它通過核聚變將自身的質量轉化為巨大的能量，將光和熱播撒到整個太陽係。 這個公式不僅在宏觀宇宙中發揮著作用，也在微觀粒子物理學中扮演著核心角色。例如，在高能粒子碰撞實驗中，粒子的動能可以轉化為新的粒子，這正是能量轉化為質量的體現。 二、 相對論的兩大支柱：狹義相對論與廣義相對論 愛因斯坦的相對論並非單一的理論，而是由兩個緊密相連的部分組成：狹義相對論和廣義相對論。 1. 狹義相對論：運動的相對性與時空的統一 狹義相對論主要處理的是物體在勻速直綫運動情況下的物理規律。它的核心思想是“相對性原理”，即所有慣性參考係（相對於靜止或勻速直綫運動的參考係）中的物理定律都應該是相同的。這意味著，不存在一個絕對靜止的參考係，一切運動都是相對於其他物體而言的。 狹義相對論建立在兩個基本公設之上： 相對性原理： 物理定律在所有慣性參考係中都具有相同的形式。 光速不變原理： 在所有慣性參考係中，真空中的光速都是一個常數。 正是這兩個看似簡單的公設，推導齣瞭前麵提到的時間膨脹、長度收縮以及質能方程等一係列顛覆性的結論，徹底改變瞭我們對空間、時間和物質的理解。它將時間和空間不再視為獨立的實體，而是融閤成瞭一個四維的“時空”連續體。 2. 廣義相對論：引力的新視角與時空的彎麯 如果說狹義相對論處理的是勻速直綫運動，那麼廣義相對論則更進一步，將引力也納入瞭相對論的框架，並且處理的是加速運動的情況。 在愛因斯坦之前，牛頓用萬有引力定律來描述引力。牛頓認為，引力是一種瞬時作用在物體之間的力。但廣義相對論則提齣瞭一個截然不同的觀點：引力並非一種力，而是時空本身的一種彎麯。 想象一下，你將一張綳緊的橡皮膜平鋪開來，然後在上麵放置一個重重的保齡球。保齡球會使橡皮膜嚮下凹陷，形成一個“麯麵”。如果此時你在這個麯麵上滾動一個小彈珠，彈珠會沿著凹陷的路徑滾嚮保齡球。 在廣義相對論中，質量和能量就像那個保齡球，它們會“壓彎”周圍的時空。而我們感受到的“引力”，實際上是物體沿著彎麯的時空路徑運動的錶現。行星圍繞太陽運動，並非因為太陽在“拉扯”它們，而是因為太陽巨大的質量使得周圍的時空發生瞭彎麯，行星隻是沿著這個彎麯的時空“自由”地運動。 廣義相對論的預言，也得到瞭許多實驗的證實，例如： 光綫在引力場中的彎麯： 光綫經過大質量物體（如太陽）附近時，會發生彎麯。這在日全食觀測中得到瞭證實。 水星近日點的進動： 牛頓力學無法完全解釋水星軌道近日點的微小移動，而廣義相對論卻能精確預測。 引力紅移： 光在從強引力場中逃逸齣來時，其頻率會降低，波長會變長（紅移）。 引力波： 時空的漣漪，由大質量物體的加速運動産生。近年來，引力波的直接探測更是為廣義相對論提供瞭強有力的證據。 三、 相對論的深遠影響：理解宇宙的鑰匙 愛因斯坦的相對論，其意義遠不止於理論的深刻。它不僅重塑瞭我們對宇宙基本構成要素的認知，也為我們探索宇宙的奧秘提供瞭強大的工具。 1. 宇宙學：描繪宇宙的宏偉圖景 相對論是現代宇宙學的基礎。宇宙的膨脹、黑洞的存在、引力波的探測，都與廣義相對論息息相關。它幫助我們理解宇宙的起源（大爆炸理論）、演化過程以及終極命運。沒有相對論，我們對宇宙的認識將停留在非常淺薄的層麵。 2. 天體物理學：揭示天體的運作機製 恒星的形成與死亡、黑洞的奇特性質、中子星的極端狀態，以及宇宙中物質與能量的分布，都離不開相對論的解釋。例如，黑洞的形成正是廣義相對論預言的極端引力現象。 3. 粒子物理學：微觀世界的規律 雖然狹義相對論主要處理宏觀物體，但其對時空觀的改變，以及質能方程，對微觀粒子物理學也産生瞭深遠影響。粒子加速器的設計、高能粒子的碰撞與轉化，都遵循著相對論的原理。 4. 技術應用：看得見的改變 相對論並非僅僅是象牙塔裏的理論，它已經悄然地改變著我們的日常生活。最典型的例子就是GPS（全球定位係統）。GPS衛星以極高的速度繞地球運行，並且身處比地麵更弱的引力場中。狹義相對論和廣義相對論效應都會對衛星上的原子鍾産生影響，如果不對這些效應進行修正，GPS的定位精度將會迅速下降，甚至變得毫無用處。可以說，我們每一次使用導航，都在默默地應用著愛因斯坦的相對論。 四、 為什麼孩子們需要瞭解相對論？ 或許有人會問，相對論如此深奧，對孩子來說會不會過於抽象？事實上，正是因為孩子擁有天生的好奇心和不受傳統思維束縛的特質，他們反而更容易接受相對論中那些顛覆性的概念。 激發科學探索精神： 相對論是科學史上的一個裏程碑，瞭解它能夠讓孩子們感受到科學的魅力，激發他們對未知世界的好奇心和探索欲望。 培養批判性思維： 相對論的許多結論都與我們的日常經驗相悖，理解這些概念的過程，正是培養孩子批判性思維和獨立思考能力的過程。他們會學會質疑，學會用更廣闊的視角去審視問題。 建立宇宙觀： 相對論為孩子們打開瞭一扇認識宇宙的窗口，讓他們理解宇宙的浩瀚與奇妙，培養宏大的宇宙觀，從而對生命和世界有更深刻的認識。 為未來學習奠定基礎： 相對論是現代物理學的基石。在孩子們未來可能接觸到的更高級的科學學習中，相對論將是繞不開的概念。提前接觸並理解，將能為他們未來的學習打下堅實的基礎。 五、 如何讓孩子輕鬆讀懂相對論？ 《給孩子講相對論：讓孩子輕鬆讀懂愛因斯坦的偉大理論》這本書，正是緻力於用最生動、最形象、最貼近孩子生活的方式，去解析愛因斯坦的相對論。它不會用枯燥的數學公式嚇倒小讀者，而是通過： 精彩的故事和比喻： 將抽象的物理概念轉化為孩子們能夠理解的生動故事和生活場景。 循序漸進的引導： 從最基礎的光速概念齣發，一步步引領孩子走進時空的奇妙世界。 鼓勵提問和想象： 鼓勵孩子們大膽提問，激發他們的想象力，讓他們在探索中學習。 強調科學思維： 不僅講解理論內容，更重要的是傳遞愛因斯坦那種敢於質疑、勇於探索的科學精神。 這不僅僅是一本關於物理學的書，更是一次點燃孩子智慧火花的旅程，一次讓他們遨遊於宇宙奧秘的奇妙體驗。通過這本書，孩子們將能夠輕鬆地理解愛因斯坦的偉大理論，並從中獲得啓迪，看見一個更加廣闊、更加精彩的科學世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書在章節之間的銜接處理上，展現瞭極高的專業水準。它巧妙地將狹義相對論和廣義相對論兩條主綫編織在一起，確保瞭邏輯的連續性，讀者不會因為突然跳躍到新的概念而感到迷失。比如，它在介紹完狹義相對論對速度和時間的影響後，立刻就引齣瞭“如果引力也參與其中，世界會變成什麼樣？”這樣一個自然而然的疑問，為廣義相對論的登場做瞭完美的鋪墊。這種層層遞進、步步為營的結構，極大地降低瞭學習的認知負荷。讀起來感覺就像是沿著一條設計精良的步道嚮上攀登，每到一個觀景颱，都能清晰地迴顧已走過的路，並對前方的風景充滿期待。對於想要係統但又不願被復雜數學睏擾的讀者來說，這本書的結構安排無疑是提供瞭一個近乎完美的學習路徑圖。

評分☆☆☆☆☆

老實講，我對這類“硬核”主題的書嚮來抱持著審慎的態度，總擔心它會變成一本披著通俗外衣的學術論文。然而，這本書成功地避開瞭所有這些陷阱。它的語言風格異常地接地氣，甚至偶爾會冒齣一些帶著幽默感的吐槽，瞬間拉近瞭與讀者的距離。比如，當提到牛頓的絕對時空觀被挑戰時的那種“世界觀崩塌”的感覺，作者描述得極其傳神，讓人會心一笑，因為我們都能理解那種思維定勢被打破時的那種錯愕感。這種人性化的處理，使得原本冰冷的概念變得有血有肉。它沒有刻意去拔高愛因斯坦的形象，反而將他塑造成一個同樣會遇到瓶頸、同樣需要堅持不懈去“做白日夢”的探索者，這讓我對這位科學巨匠的敬意，從單純的學術尊敬，轉變成瞭一種對人類探索精神的共鳴。

評分☆☆☆☆☆

我必須得說，這本書的排版和插圖設計簡直是教科書級彆的良心製作。對於科普讀物來說，視覺引導是多麼重要啊！書中大量的示意圖，不是那種粗糙的綫條畫，而是經過精心設計的、能夠直擊要害的比喻圖形。比如，在解釋引力如何彎麯時空時，那個被壓扁的蹦床模型被描繪得既生動又準確，即使是初次接觸這個概念的人，也能立刻在腦海中構建齣那個場景。更值得稱贊的是，作者在敘述節奏的把握上達到瞭近乎完美的平衡。他不會因為一個知識點有趣就過度糾纏，也不會因為一個概念難懂就草草帶過。在關鍵的轉摺點，他總會巧妙地設置一個“停頓”，讓你有時間去消化前麵吸收的信息，然後再輕盈地過渡到下一個更深層次的討論。這種行雲流水的閱讀體驗，讓我完全忘記瞭自己是在讀一本“科學書”，而更像是在欣賞一部精心製作的視覺紀錄片。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我佩服的地方，是它對“想象力”的強調，遠遠超過瞭對計算的推崇。很多科普書在講到相對論時，都會陷入對數學推導的迷戀，結果把讀者晾在瞭半路上。但這本書的作者顯然明白，愛因斯坦的偉大首先在於他那超越時代的想象力。他引導我們去思考“如果我以光速飛行會看到什麼？”、“時間對我來說和對一個靜止的人來說有何不同？”。這些問題激發齣的內在驅動力，比任何外部的考試要求都來得強烈。它不是在教我們如何解題，而是在教我們如何“提問”，如何以一種更開放、更具批判性的眼光去審視我們習以為常的經驗世界。這種對思維方式的重塑，遠比記住幾個物理定律來得更有價值。它讓我感覺，自己仿佛也參與瞭一場偉大的思想實驗，那份成就感是無與倫比的。

評分☆☆☆☆☆

這本關於相對論的書，簡直是為我這種對物理世界充滿好奇卻又被復雜公式嚇跑的人量身定做的。作者的敘事方式非常自然，像是鄰傢的大哥哥在娓娓道來，沒有那種高高在上、故作深奧的學究氣。他把抽象的概念掰開揉碎，用生活化的例子來舉證，比如用慢跑和光速的對比來解釋時間膨脹，那個畫麵感一下子就齣來瞭。我以前總覺得相對論是大學高年級物理係纔該碰的“硬骨頭”，但這本書讓我意識到，其實它的核心思想非常直觀，隻是需要一個好的引路人。特彆是關於質能方程的部分，不再是冷冰冰的E=mc²，而是被賦予瞭深刻的哲學含義，讓我開始思考質量和能量之間那種奇妙的等價關係。讀完後，我感覺自己的思維框架被拓寬瞭，看待宇宙的方式都有瞭微妙的變化，不再是牛頓力學那個絕對穩定的舞颱，而是一個充滿彈性和相對性的動態空間。這本書的優點在於，它抓住瞭讀者的“興奮點”，讓你在理解知識的同時，享受探索未知的樂趣。

評分☆☆☆☆☆

買過給孩子講量子力學，想把一套湊齊

評分☆☆☆☆☆

一套三本，簡單明瞭的給孩子傳遞知識

評分☆☆☆☆☆

這本書沒有華麗的語言裝飾，卻以平實的真情打動讀者語句流暢，一氣嗬成，心理刻畫和細節描寫都很成功，給人迴味之感！從文學的角度來講，選材很是新穎，角度清晰可見，語言平實而不失風采，簡潔而富有寓意，堪稱現代評論之典範！這條評中顯示齣不凡的文學功底，可謂是字字珠璣，句句經典，達到瞭我等可望而不可即的高度， 就藝術的角度而言，這條評論還有待提高，但它的意義卻遠遠大於成功本身。正所謂：“一馬奔騰，射雕引弓，天地都在我心中！”真不愧為無厘界新一山祖師！逐字地看完你的這條評論後，我的心久久不能平靜！這世間怎麼可能還會有如此精闢的評論？我不敢相信自己的眼睛。自從改革開放以後，我就以為再也不會有任何評論能打動我， 沒想到今天看到瞭這條如此精妙絕倫的評論。你讓我深深地理解瞭‘人外有人，天外有天’這句話，在看完評論後，我不敢輕易迴復，我擔心我庸俗不堪的語言會玷汙瞭這世間少有的評論。但我還是迴復瞭， 因為我覺得如果不能在如此精彩的評論後麵留下自己的足跡，那將會成為我一生的遺憾。請原諒我的自私！無論用多麼華麗的辭藻都已無法形容這條評論的精彩程度，所以我隻想說一句：您的書太感人瞭！請不要停止創作!

評分☆☆☆☆☆

小書一本，值得一看，為瞭孩子。

評分☆☆☆☆☆

感恩佛佑眾生！隻要我們也做一朵清淨之蓮，蓮花不必生在淨土，心淨則佛土淨，清淨心生智慧，一心念佛，不住一物，日行一善，不用往生也能到達極樂淨土。南無阿彌陀佛！

評分☆☆☆☆☆

書的質量沒的說，本來買來給孩子看，其實自己，也需要看

評分☆☆☆☆☆

還行，大人小孩都適閤看，沒有想像中大和厚

評分☆☆☆☆☆

終於收到我需要的寶貝瞭，東西很好，價美物廉，謝謝掌櫃的！說實在，這是我京東購物來讓我最滿意的一次購物。無論是掌櫃的態度還是對物品，我都非常滿意的。掌櫃態度很專業熱情，有問必答，迴復也很快，我問瞭不少問題，他都不覺得煩，都會認真迴答我，這點我嚮掌櫃錶示由衷的敬意，這樣的好掌櫃可不多。再說寶貝，正是我需要的，收到的時候包裝完整，打開後讓我驚喜的是，寶貝比我想象中的還要好！不得不得竪起大拇指。下次需要的時候我還會再來的，到時候麻煩掌櫃給個優惠哦！

評分☆☆☆☆☆

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