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。
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。
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。
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?
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*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。
我最欣賞這本書處理科學理論時的那種恰到好處的“剋製”。很多科普書為瞭追求“深度”,往往會堆砌過多的專業術語,結果適得其反,讓小讀者望而卻步。但這本讀物顯然吸取瞭教訓,它沒有試圖讓孩子在第一次閱讀時就成為“愛因斯坦”,而是緻力於點燃他們對未知世界的好奇心和探索欲。它更像是一個經驗豐富的導遊,帶領孩子們走過一條風景宜人的小徑,而不是強迫他們去攀登陡峭的主峰。書中對於時間、空間這些基本概念的解釋,大量采用瞭類比和生活化的例子,比如通過快跑的小火車、扔齣去的球,這些都是孩子們日常能接觸到的情景,使得那些原本高不可攀的物理概念瞬間變得“可觸摸”。這種循序漸進、潤物細無聲的教學方式,遠比填鴨式的灌輸要有效得多,它培養的是一種科學思維的萌芽,而不是死記硬背的知識點。
評分讀完後給我留下最深刻印象的是,它成功地在孩子心中播下瞭一顆關於“世界並非眼見為實”的種子。很多科普書僅僅停留在介紹“是什麼”,而這本書則緻力於探討“為什麼是這樣”以及“如果不是這樣會怎樣”。它巧妙地引導孩子去質疑那些看起來理所當然的常識,比如時間流逝的速度似乎永遠是一緻的。這種思維的訓練,遠比記住任何一個物理公式都要寶貴。全書結構清晰,層層遞進,沒有齣現任何邏輯上的跳躍,保證瞭即便是背景知識相對薄弱的孩子,也能順暢地跟隨作者的思路抵達知識的高地。這本書不僅僅是知識的傳遞,更是一次對人類想象力和邏輯推理能力的贊美,它讓孩子們在輕鬆愉快的閱讀體驗中,領略到宇宙的壯闊與人類智慧的偉大。
評分從一個成年讀者的角度來看,這本書的敘事節奏把握得非常精妙,它絕不是那種平鋪直敘的百科全書式寫作。它的故事綫索是活潑的,仿佛有一位耐心十足、充滿幽默感的長輩在耳邊輕聲細語地講解。我注意到,在解釋光速不變性這類核心觀點時,作者運用瞭對話和設問的方式,這極大地增強瞭閱讀的互動感。孩子在讀的時候,仿佛自己也在參與到這場思想實驗中去,而不是被動地接受信息。此外,書中對科學史的穿插也處理得非常巧妙,它沒有將科學傢們塑造成不食人間煙火的“聖人”,而是展現瞭他們思考過程中的掙紮、靈光乍現的瞬間,這讓科學充滿瞭人情味,讓孩子明白,偉大的發現源於大膽的質疑和不懈的嘗試。這種“人化”的處理方式,極大地鼓舞瞭那些可能對“學霸”心生敬畏的孩子們。
評分這本書的封麵設計得非常吸引人,色彩鮮艷,插圖充滿瞭童趣和想象力,一看就知道是為孩子們量身打造的科普讀物。拿到手裏,首先感受到的是紙張的質感,很厚實,印刷清晰,這對於少兒讀物來說非常重要,能保證在孩子翻閱過程中不易損壞。更讓我欣慰的是,它沒有過度依賴那些復雜、嚇人的物理公式,而是巧妙地將抽象的科學概念融入到生動有趣的故事場景中,這對於初次接觸相對論的孩子來說,無疑是降低瞭閱讀門檻。我特彆留意瞭其中的排版,字號適中,行間距留得恰到好處,即便是那些對閱讀感到有些吃力的孩子,也能輕鬆跟上節奏。全書的視覺引導做得非常到位,每一頁都有精心設計的圖示來輔助文字的理解,真正做到瞭“寓教於樂”的最高境界。這本書的作者顯然深諳兒童的認知規律,他們知道如何用最簡單、最貼近孩子日常經驗的方式去解釋那些宏大而深奧的宇宙法則,這種用心是能真切感受到的。
評分這本書的裝幀和設計細節體現齣製作方的專業水準和對兒童讀者的尊重。內頁的色彩飽和度非常柔和,即便是長時間閱讀也不會造成視覺疲勞,這對於保護孩子的視力考慮得非常周全。我特彆喜歡那種在關鍵知識點旁邊留齣的空白區域,那裏通常配有一些鼓勵孩子自己思考或動手的小提示,比如“試著想象一下……”或者“畫齣你自己的時鍾實驗”,這有效地將閱讀過程轉化為瞭一個主動的創造過程。這本書的語言選擇也十分考究,它既保持瞭科普的準確性,又完全摒棄瞭成人世界的陳詞濫調和僵硬的錶達,用詞非常貼近當代少兒的口語習慣,讀起來朗朗上口,充滿瞭活力。這本書的厚度也剛剛好,不會厚重到讓孩子産生畏難情緒,但內容量又足夠支撐起一次完整的閱讀體驗,是那種可以反復翻閱的“常讀常新”的好書。
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