在众多学科之中,物理学是极为不同的。它是我们认识世界的基础,许多学科都是从物理学中发展而来的。相信很多读者都惊叹于物理定律描述真实世界的精妙之处,也有很多人止步于烦琐的理论计算。
那么,物理学这座宏伟大厦是如何搭建而成的?本书作者基于多年来对物理学的热爱,尝试采用中国传统的章回体格式,将各个时期物理学的重大进展、基本思想以及主要定理融入到真实的故事当中,展示了物理学的曲折发展历程,并用生动的笔触讲述了亚里士多德、伽利略、牛顿、爱因斯坦等伟大人物鲜为人知的一面。你在阅读过程中若能偶尔捧腹一笑,便是对我们的鼓励。
从亚里士多德到牛顿再到爱因斯坦,从行星运动三大定律到经典力学再到相对论和量子力学……这些伟大的人物不断探索物质世界的规律,一次又一次革新人类对世界的认知,由此我们才得以不断接近事物的本质。然而,物理学的每一次进步都需要人类付出巨大的努力。本书以时间为主线,通过一段段生动的故事展现物理学的发展历程,以历史的眼光看待这些正确的理论以及已被抛弃的错误理论对物理学的发展所起的作用。同时,书中也介绍了一些物理学家之间的恩怨纠葛,力图还原历史人物的真实面貌。
本书可供对物理学感兴趣的读者阅读。
汪振东:先后毕业于西安邮电学院(本科)和中国科学院研究生院(硕士),曾在中国科学院物理学院学习,后在中国科学院国家授时中心工作,参与研究原子钟、时间比对以及北斗等诸多项目,对基础物理有深刻的了解。
第 一部分 经典力学 1
第一回 从古希腊说起 2
第二回 完美地心说 9
第三回 不完美的日心说 15
第四回 伯乐与千里马 20
第五回 近代物理学的开端 24
第六回 宇宙的新发现 30
第七回 一个美丽的实验 38
第八回 一个凄美的故事 43
第九回 浅谈微积分 50
第十回 力学三大定律 57
第十一回 苹果的故事 61
第十二回 牛顿与上帝 67
第十三回 有趣的天文测量 72
第二部分 电磁学 79
第十四回 静电学简史 80
第十五回 从青蛙腿到持续电流 85
第十六回 寻找电与磁的联系 89
第十七回 电动力学 92
第十八回 电磁感应 98
第十九回 电磁学的大统一 106
第二十回 波 111
第二十一回 寻找电磁波 116
第三部分 热力学和统计力学 121
第二十二回 热力学简史 122
第二十三回 热的本质 129
第二十四回 热力学 135
第二十五回 统计力学 142
第四部分 光学 149
第二十六回 光,波或微粒? 150
第二十七回 光谱的故事 156
第二十八回 光速的测量 163
第五部分 相对论 169
第二十九回 第 一朵乌云 170
第三十回 为以太辩护 175
第三十一回 爱因斯坦与狭义相对论 179
第三十二回 关于狭义相对论的一些浅见 186
第三十三回 爱因斯坦的困惑 192
第三十四回 广义相对论 198
第六部分 量子力学 205
第三十五回 微观世界 206
第三十六回 黑体辐射 213
第三十七回 光电效应 217
第三十八回 原子的核模型 219
第三十九回 量子轨道 224
第四十回 电子的故事 228
第四十一回 矩阵力学 235
附一回 爱因斯坦与诺贝尔奖 237
第四十二回 电子也可以是波 240
第四十三回 一个鬼魅般的实验 244
第四十四回 风流才子薛定谔 247
第四十五回 波动力学与矩阵力学 250
第四十六回 不确定原理和互补原理 253
第四十七回 爱因斯坦与玻尔的“战争” 256
第四十八回 EPR佯谬与薛定谔的猫 262
第四十九回 爱因斯坦的忧伤 266
第七部分 宇宙学 271
第五十回 宇宙在运动 272
第五十一回 探索宇宙起源 275
第五十二回 神奇的中子 278
第五十三回 恒星的命运 282
第五十四回 寻找大爆炸的证据 285
第五十五回 黑洞 288
第五十六回 奇点可以存在 292
第八部分 量子场论及弦理论概述 295
第五十七回 量子场论概述 296
第五十八回 最后的统一? 298
这是一本简述物理学发展历史的故事书。
物理学知识浩瀚如海,倘若面面俱到地平铺直叙,则会导致有头没尾,所以本书避重就轻地介绍了物理学史上一些重要的理论及其诞生过程。要写过程,又必须以历史人物的视角去看待当时物理学中存在的问题,于是“问题”成为本书的主要线索。本书基本上是按照“分析问题——解决问题——带来新问题”这一循环性思路写作而成的。在这些问题中,有的被历史证明是错误的,如“地心说”“圆惯性”等。如何理解错误的理论,是我写作时遇到的最大困难,却是本书有趣的部分之一。
只写问题仿佛又太单调,所以在书中增加些历史人物的故事是在所难免的。每个历史人物都是传奇,每个传奇都是一部书,为避免将本书的头写得像颈、颈写得像肩、肩写得像腰、腰写得像水桶,本书剔除了和主旨无关的故事。不可否认,每个人都会从生活中汲取灵感,这些生活故事被保留了下来,如笛卡儿因观察蜘蛛结网而发明了坐标系。书中保留下来的这些故事也多见于野史传说,不作历史考究。
本书总共分为八大部分,以演义的方式叙述了物理学的发展过程。
第一部分介绍经典力学。从古希腊的地心说写起,首先介绍了地心说成型的原因以及后人的完善过程,再由地心说存在的问题引入哥白尼的日心说以及开普勒的行星三大运行定律。为了诠释日心说,伽利略提出“惯性”概念,惯性思想后由笛卡儿完善并最终被牛顿力学所统一。
第二部分介绍电磁学。首先从静电力学的发展历史写到“动物电流”假说,再由“动物电流”假说写到具有革命意义的发明——电堆。电堆的发明导致奥斯特发现电流磁效应,由此引出安培,再由安培引出法拉第。法拉第在实验中所总结的电磁效应最终被麦克斯韦方程组所统一。当时人们总想将电磁学纳入牛顿力学的范畴,导致牛顿的超距理论与场理论产生冲突。最终,赫兹的实验证明了场理论的正确性。
第三部分介绍热力学与统计力学。从人类对火与温度的认知谈起,介绍了“燃素”与“热质”被否定的过程,进而介绍了热力学的发展历史,以及在微观上解释热现象所导致的统计力学。
第四部分介绍光学。分析了波粒之争的成因、人们对光谱的认识和光速的测量,再由光与以太的关系引出第五部分相对论。
第五部分介绍相对论。首先介绍了寻找以太却没有找到的“零结果”实验,由该实验引出洛伦兹等人的贡献,再由此引出狭义相对论。狭义相对论的局限性让爱因斯坦感到不满意,从而导致广义相对论的诞生。
第六部分介绍量子力学。首先介绍人类对微观世界的认知以及原子论的诞生过程,再由电子的发现引出人们对原子模型的假设。为解释原子模型与经典电磁学之间的悖论,玻尔在普朗克与爱因斯坦的量子理论基础上提出了量子化模型,由量子化模型的种种局限与悖论引出了电子自旋、矩阵力学和波动力学。矩阵力学最终导致不确定原理的诞生,而对波动力学中 ψ 函数的解释导致量子力学与决定论产生冲突,从而导致物理学中一场经典的大辩论。
第七部分介绍宇宙学。从广义相对论之后人们对宇宙模型的思考写起,引出稳恒态宇宙与大爆炸理论。二者交织发展、相互辩证,最终以大爆炸理论暂时胜出而告终。最后介绍了宇宙大爆炸之逆过程——黑洞产生的条件以及广义相对论与量子力学的冲突。
第八部分概述性地介绍了量子场论以及弦理论。由经典理论与量子理论的冲突引出量子场论,进而介绍大统一理论目前所处的困境,简单介绍了弦理论的诞生背景与前景。
我本想写一本不带有任何数学公式的物理学科普书,但事与愿违,最终书中还是提到了几个重要的数学公式。有些问题若用公式表达会变得简洁明了,有些问题非公式不能表达,后者如热力学部分的卡诺热机效率公式。好在这些公式都不复杂,应该不会影响本书的流畅性。为了便于表述,本书中插入了不少图片。这些图片多为示意图,并非按比例绘制,只求扼要展示问题主旨。纵然如此,仍不能将很多问题表述清楚,故敬请读者朋友注意本书中的修饰性词语,如“也许”“几乎”“大约”等。
本书力求语言生动幽默,尽量贴近当下生活,如用象声词“ Duang”表示“瞬间”。另外,本书采用了一些通俗流行语言来表述某一段历史和历史人物,只为增加可读性,并非对任何事、任何人不敬和亵渎。本书中有多处对白,这些对白非外文直译,只求意近。如有用词不当或者词不达意之处,敬请指正。
我原想写一本不含作者主观意识的科普书,但没能忍住,修改时虽做了不少删减,但到底还有部分被保留了下来,而保留下来的亦不知所云。不过管窥蠡测,只为抛砖引玉,倘有画蛇添足之处,请读者朋友跳过这些地方;倘有一两处对读者朋友有所裨益,则不枉往日的笔耕辛勤。
谨以此书献给“物理,我们曾经爱过”的人们。
拿到《物理学史话:在悖论中前行》这本书,我脑海中立刻浮现出那些经典的物理学难题,比如“飞矢不动”的芝诺悖论,或者“以太”问题。我一直认为,科学的魅力不在于它有多少确定的结论,而在于它有多少未解的谜题,以及人们如何去解决这些谜题。而悖论,正是这些未解之谜中最引人注目的部分。它们挑战着我们的直觉,甚至我们最基本的逻辑。这本书,我期待它能够带领我走进那些伟大的思想家们的心灵世界,去感受他们是如何在这些看似无解的困境中挣扎、思考,并最终找到出路的。我想象着,伽利略在比萨斜塔上进行实验的场景,或是爱因斯坦在办公室里苦思冥想广义相对论的情景。这些历史的瞬间,因为有了悖论的存在,而变得更加富有戏剧性和启迪性。例如,量子纠缠的“鬼魅般的超距作用”,它打破了我们基于经典物理的“定域性”观念,迫使我们重新审视因果关系和信息传递的本质。这种颠覆性的思想,往往是最能激发人思考的。我希望这本书能够深入剖析这些悖论的成因,以及它们是如何被逐一解决的,并且在解决的过程中,如何孕育出更深刻、更宏大的物理理论。它不仅仅是知识的传播,更是一种思维方式的启迪。
评分《物理学史话:在悖论中前行》这本书,不仅仅是一部关于物理学发展史的流水账,它更是一部关于人类理性思维如何克服认知障碍、不断逼近真理的宏大史诗。我之所以这样说,是因为我深切地体会到,我们对世界的理解,往往是被我们固有的思维模式所限制的。而物理学中的那些悖论,恰恰就是打破这些思维定势的利器。比如,光究竟是粒子还是波?这个看似简单的问题,却引发了长达几个世纪的争论,最终催生了波粒二象性的概念,彻底颠覆了我们对物质本质的认知。又比如,牛顿的万有引力定律,在解释行星运动方面取得了巨大的成功,但它却无法解释水星近日点的进动,这成为了一个令人头痛的“小尾巴”。直到爱因斯坦的广义相对论出现,才真正地解决了这个问题。这些故事,让我深刻地感受到,科学的进步,并非是线性叠加,而是一种螺旋式上升的过程,其中充满了曲折和反复。每一次悖论的出现,都像是一次对现有知识体系的“敲打”,迫使我们去反思,去寻找更深层次的解释。这本书,我期待它能够让我看到,科学家们是如何运用他们敏锐的洞察力和严谨的逻辑,去拆解这些悖论,并最终从中提炼出新的、更普适的物理规律。它是一种智慧的较量,是人类探索宇宙奥秘的伟大征程。
评分《物理学史话:在悖论中前行》这本书的书名,就充满了哲学思辨的意味。我一直觉得,物理学不仅仅是关于物质和能量的学科,它更是关于我们如何认识世界、如何理解宇宙的学问。而“悖论”,正是我们认识过程中遇到的那些最深刻的矛盾和挑战。在我看来,物理学的发展史,就是一部不断化解悖论的历史。从古希腊哲学家对无限和连续的思考,到牛顿力学面对的“绕月之谜”,再到量子力学中概率性的崛起,每一个重大的飞跃,都伴随着对旧有观念的挑战和对新思路的探索。我很好奇,作者是如何将这些复杂的历史进程,用一种“史话”的方式呈现出来,让我们这些非专业人士也能领略到其中的精彩。是否会像一个精彩的故事,将科学家们的探索过程描绘得栩栩如生?是否会深入浅出地解释那些抽象的物理概念,让我们能够理解悖论的本质?我希望这本书能让我看到,科学的进步并非是顺风顺水的,而是充满了曲折和反复。那些看似“错误”的观点,有时反而能为我们指明方向。例如,热力学第二定律的出现,是为了解释能量转化过程中的不可逆性,而这种不可逆性,也正是宇宙演化的重要线索。这本书,我期待它能让我体会到,物理学的美,在于它能够不断地挑战我们的认知,并且在挑战中不断升华。
评分我拿到《物理学史话:在悖论中前行》这本书,首先就被那封面设计所吸引,一种深邃而又充满活力的感觉扑面而来。翻开书页,我就被带入了一个波澜壮阔的科学画卷。从古希腊朴素的哲学思辨,到近代科学革命的烽火狼烟,再到现代物理学的奇诡世界,作者以其独特的视角,将物理学的发展历程串联成一部引人入胜的史诗。我尤其关注书中所提到的那些“悖论”。在我看来,悖论并非是科学的绊脚石,而是其生命力的象征。就像是一个个尖锐的问号,它们迫使我们去质疑、去探索、去突破现有认知的局限。想象一下,以太的存在,曾经是多么坚实的物理学基石,然而迈克尔逊-莫雷实验的“零结果”,却给它带来了致命一击,最终促成了狭义相对论的诞生。还有能量守恒定律,在放射性物质的研究中,也曾面临能量去向不明的困境,最终引出了中微子的假设。这些故事,在我看来,比任何严谨的公式推导都更能体现科学的伟大之处。它是一种精神,一种勇于承认未知、敢于挑战权威的精神。这本书,我期待它能够深入浅出地讲述这些故事,让我不仅仅记住那些物理定律,更能理解它们是如何被发现的,又是如何被一次次地“推翻”又“重建”的。我想要看到那些科学家们,他们面对难题时的纠结、困惑,以及最终豁然开朗的喜悦。我想,这才是真正的科学魅力所在,是人类智慧不断超越自我的证明。
评分读过《物理学史话:在悖论中前行》,我最大的感受就是,物理学的发展并非是一条笔直的大道,而是一条布满了荆棘与岔路的崎岖小径。这条小径之所以能够不断向前,正是因为那些看似无法逾越的“悖论”。这些悖论,就像是路上的一个个巨大的石头,前人无法搬走,后人也曾试图绕过,但最终,只有那些敢于直面它、深入研究它的人,才能找到解决之道,从而开辟出新的道路。书中关于“连续与离散”的争论,从古希腊的芝诺悖论,到量子力学中能量和动量的量子化,贯穿了物理学史的始终。这种看似哲学层面的思辨,却对物理学的发展产生了深远的影响。还有“确定性与概率性”的较量,经典力学追求的确定性,在量子世界中被概率性所取代,这本身就是一个巨大的观念转变。我特别好奇,作者是如何将这些抽象的概念,用生动的故事来解释,让读者能够感受到这种观念的冲击力。例如,原子模型的发展,从道尔顿的实心球,到卢瑟福的行星模型,再到玻尔的量子模型,每一步都伴随着对原有理论的质疑和修正。这种层层递进的探索过程,让我看到了科学的迭代性和革命性。这本书,我希望它能让我明白,每一个伟大的科学理论,都是建立在对前人错误的深刻反思和对未知世界的勇敢探索之上的。悖论,与其说是终点,不如说是新起点。
评分《物理学史话:在悖论中前行》这个书名,立刻就吸引了我,因为它暗示着一种动态的、充满挑战的探索过程。我一直认为,科学的魅力,不仅仅在于它能够解释已知,更在于它能够不断地提出新的问题,并且以一种系统性的方式去解决它们。而“悖论”,正是这些问题中最具代表性的存在。它们挑战着我们的直觉,甚至我们赖以生存的逻辑。我非常期待,这本书能够用一种生动、有趣的方式,讲述物理学发展史上的那些经典悖论,以及科学家们是如何一步步地去理解、去化解它们。我想象着,作者会如何描绘那些伟大的思想家们,在面对这些看似无解的难题时,是如何进行思考、如何进行实验,又是如何最终凭借他们的智慧,开辟出新的科学道路。例如,能量守恒定律在放射性研究中的出现,它并非是推翻了旧的理论,而是对旧理论的补充和深化,并且指出了能量转移的复杂性。这种“在悖论中前行”的精神,正是科学最宝贵的财富。我希望这本书能够让我深刻地体会到,每一次科学的重大突破,都离不开对现有理论的深刻反思和对未知世界的勇敢探索。
评分这本书的书名就很吸引我——《物理学史话:在悖论中前行》。单是这个名字,我就能想象到其中必然充斥着那些挑战认知、颠覆常识的物理学思想,以及科学家们如何在这些看似无法解决的矛盾中,一步步推动我们对宇宙理解的边界。我期待的不仅仅是枯燥的公式和理论,而是那些充满戏剧性和智慧的探险故事。想象一下,亚里士多德的“自然运动”理论,被伽利略的落体实验无情地击碎;牛顿的经典力学,在黑体辐射和光电效应面前显得捉襟见肘;甚至量子力学本身,也充满了薛定谔的猫、海森堡的不确定性原理等令人费解的悖论。这些悖论,就像是物理学前进道路上的一个个“鬼打墙”,科学家们并非简单地绕过,而是直面它们,分析它们,最终将它们转化为通往新世界的钥匙。我很好奇,作者是如何将这些复杂的概念,用“史话”的方式娓娓道来,让普通读者也能领略到科学的魅力,体会到智识的乐趣。是会像一部跌宕起伏的侦探小说,将线索一一揭示?还是会像一堂生动有趣的公开课,将抽象的概念具象化?这本书的价值,我想就在于它能够让我们看到,科学并非一成不变的真理,而是一个不断修正、不断超越自我的动态过程,而悖论,正是这个过程中最耀眼的火花。它让我们明白,那些看似“不对劲”的地方,往往蕴藏着最深刻的道理。我希望这本书能够给我带来一次思想的洗礼,让我重新审视那些我曾习以为常的物理概念,发现其中隐藏的另一番天地。
评分《物理学史话:在悖论中前行》这本书,对我来说,不仅仅是关于物理学知识的获取,更是一种思维方式的启迪。我一直认为,我们对世界的认知,往往是被我们固有的思维模式所限制的。而那些物理学中的“悖论”,恰恰就是打破这些思维定势的绝佳例子。它们挑战着我们最基本的逻辑和直觉,迫使我们去重新审视那些习以为常的观念。我特别想知道,作者是如何将那些艰深晦涩的物理概念,用一种“史话”的方式,变得生动有趣,并且深入人心。例如,在量子力学中,叠加态和测量问题引发了深刻的哲学讨论,这本身就是一个巨大的悖论,因为它挑战了我们对客观实在性的理解。还有,相对论中的时间膨胀和长度收缩,也与我们日常的经验相悖。我期待这本书能够深入剖析这些悖论的根源,以及科学家们是如何一步步地去理解和化解它们。它不是简单的科普,而是一种智慧的传承,一种勇于质疑、敢于挑战的精神的传递。我希望通过阅读这本书,能够培养出自己独立思考的能力,并且更加欣赏科学的严谨与创新。
评分在我看来,《物理学史话:在悖论中前行》这本书,是一部关于人类智力不断突破极限的史诗。我一直对那些能够颠覆现有认知、重塑世界观的科学理论感到着迷。而“悖论”,正是孕育这些颠覆性思想的温床。它们就像是科学发展道路上的一个个“路障”,表面上看是无法解决的难题,但一旦被突破,往往就能开辟出全新的视野。我想象着,作者会如何将那些抽象的物理概念,转化为引人入胜的故事,让我们感受到科学的魅力。比如,从牛顿力学到相对论的转变,从经典电磁学到量子力学的飞跃,这些都伴随着无数的悖论和争议。我非常期待,这本书能够带领我走进那些科学巨匠们的世界,去感受他们是如何在思考的海洋中遨游,如何一次次地挑战权威,如何最终用他们的智慧征服那些看似无解的难题。我希望这本书不仅仅是提供知识,更是一种精神的激励,让我明白,在面对困难和挑战时,勇于质疑和探索的重要性。它会让我看到,科学并非一成不变的真理,而是一个不断发展、不断完善的动态过程。
评分当我看到《物理学史话:在悖论中前行》这个书名时,我就知道这本书肯定不会是那种平铺直叙、枯燥乏味的科学科普读物。它所蕴含的“悖论”二字,立刻勾起了我对那些挑战直觉、颠覆常识的物理学思想的兴趣。我一直认为,科学的进步,很大程度上就是源于那些难以解释的“怪现象”和“矛盾”。这些悖论,就像是科学探索道路上的一个个“警示牌”,它们告诉我们,现有的理论可能并不完整,我们需要更深入地去思考。想象一下,在经典力学占据统治地位的时代,突然出现了黑体辐射的“紫外灾难”,这无疑是一个巨大的打击。而最终,普朗克的能量量子化假设,以及爱因斯坦的光电效应解释,才彻底解决了这个问题,并开启了量子力学的新纪元。这种从一个巨大的难题中孕育出全新理论的历程,本身就充满了传奇色彩。我非常期待,这本书能够生动地讲述这些故事,让我不仅仅是了解那些物理定律,更能理解这些定律是如何被发现的,又是如何一次次地被新的发现所修正和完善的。我希望作者能够用一种引人入胜的笔触,将那些伟大的科学家们在面对悖论时的探索、挣扎和最终的顿悟,都描绘出来,让我感受到科学的生命力。
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