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赵峥 著

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• 时空
• 引力
• 宇宙学
• 现代物理
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出版社： 北京师范大学出版社

ISBN：9787303111381

商品编码：29613664233

包装：平装

出版时间：2010-07-01

基本信息

书名：相对论百问

定价：14.00元

作者：赵峥

出版社：北京师范大学出版社

出版日期：2010-07-01

ISBN：9787303111381

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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内容提要

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本书共分五个部分。部分“狭义相对论”是这本书的重点，它描述在运动速度接近光速时凸显出来的时空特性。出现在大学和中学教科书中的正是这一部分内容。所以本书列出了较多的问题从各个角度加以阐述。不仅对同时的相对性、动尺收缩、动钟变慢、双生子佯谬、质能关系等相对论效应做了尽可能清楚的讲解，而且对通常相对论书籍中很少解释的一些基本问题也着力加以说明，例如狭义相对论核心的思想是什么，爱因斯坦如何完成关键的思想突破，为什么要“约定”(规定)光速，为什么光速在相对论中处于核心地位，为什么相对论的是爱因斯坦而不是其他人，等等。弄清这些问题对于老师把握相对论的理论至关重要。
　　第二部分“广义相对论”是狭义相对论的推广和发展，广义相对论认为万有引力不是一般的力，而是时空弯曲的表现。相对论专家惠勒这样形象地解释爱因斯坦的广义相对论：“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。”本书在这一部分中，尽可能通俗地介绍了广义相对论的理论基础、框架和实验验证，并简明地讲解了它的数学工具——黎曼几何。广义相对论是爱因斯坦一生得意的杰作。他曾说过：“狭义相对论如果我不发现，5年之内就会有人发现；广义相对论如果我不发现，50年之内也不会有人发现。”
　　第三部分“黑洞”和第四部分“宇宙学”是目前相对论研究魄两个重要的前沿领域，也是青少年感兴趣、媒体上不断出现的科学内容。
　　黑洞初被认为是一颗只进不出的看不见的星，后来发现黑洞有温度和热辐射。本书阐明了黑洞的这些特点，列出了近关于黑洞理论的“打赌”和争论的问题，同时还介绍了伴随黑洞理论而升起的一颗科学界的明星——霍金。霍金是继爱因斯坦之后对相对论贡献*的人。他曾说过一句名言：“当爱因斯坦讲‘上帝不掷骰子’的时候，他错了。对黑洞的思索向人们揭示：上帝不仅掷骰子，而且有时还掷到人们看不见的地方去了。”

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《宇宙的奥秘：从地心说到日心说的演变》 引言 自古以来，人类便仰望星空，对头顶那浩瀚无垠的宇宙充满了好奇与敬畏。我们试图理解天体的运行规律，探寻宇宙的起源与演化，以及我们在其中所处的位置。这种探索的脚步从未停歇，从远古的神话传说，到古代的朴素观察，再到近代科学的严谨论证，人类对宇宙的认知不断深化，一次次颠覆了我们原有的世界观。本书将带您穿越时空的维度，回顾人类历史上关于宇宙观的伟大变革，重点聚焦于从古希腊朴素的地心说到哥白尼革命的日心说的惊人转变，以及这一转变背后所蕴含的科学精神与思想解放的力量。 第一章：古人的宇宙图景——地心说的萌芽与发展 在科学尚未独立成体系的漫长岁月中，古人凭借有限的工具和敏锐的观察，勾勒出了他们眼中的宇宙。 1.1 早期观察与哲学思考： 人类最早对天象的记录，往往与农业生产、宗教祭祀紧密相连。月亮的盈亏、太阳的升落、星星的周期性出现，这些规律性的现象，使人们开始思考宇宙的秩序。早期的哲学思想，例如古希腊哲学家们的“四元素说”（土、水、火、气），将大地视为万物的根基，也为地心说的形成埋下了伏笔。他们认为，大地是静止的，而天体则围绕着地球旋转。 1.2 亚里士多德的地心模型： 古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle）的宇宙观，对后世产生了深远影响。他将宇宙划分为两个截然不同的区域： 地球及以下区域（Sublunary Sphere）： 这是一个变化、不完美的世界。大地是球形的，位于宇宙的中心，是静止不动的。月亮之下的所有事物，包括大地、水、空气、火焰，都遵循着“生成与毁灭”的规律。 月亮及以上区域（Celestial Sphere）： 这是一个完美、永恒不变的区域。由一系列同心的水晶天球组成，每个天球上镶嵌着一个天体，如月亮、太阳、行星和恒星。这些天球以匀速圆周运动绕着地球旋转。 亚里士多德的理论，不仅包含了一个直观的宇宙结构，更融入了他深刻的物理学和哲学思想。他认为，物体运动的根本原因在于其“自然位置”：重的物体（如石头）倾向于落向地心，而轻的物体（如火焰）则倾向于向上飘升。在天界，一切都是完美的，因此它们的运动也必然是完美的——匀速圆周运动。 1.3 托勒密的集大成——《天文学大成》： 随着天文学观测的进步，人们发现仅凭简单的同心圆模型，难以精确地解释行星运动的复杂轨迹，尤其是行星的“逆行”现象（即行星在天空中看起来短暂地“倒退”行走）。古埃及天文学家托勒密（Claudius Ptolemy）在公元2世纪出版的巨著《天文学大成》（Almagest），集当时天文学之大成，系统地阐述并完善了地心说模型。 托勒密的地心说模型，虽然核心仍然是地球不动、天体绕地旋转，但为了解释观测到的复杂现象，引入了几个关键的数学工具： 本轮（Epicycle）： 每一个行星都围绕着一个小圆（本轮）运动，而这个小圆的圆心又沿着一个大圆（均轮）绕着地球运动。通过调整本轮和均轮的大小、速度，可以模拟出行星的复杂轨迹，包括逆行。 偏心圆（Eccentric）： 均轮的圆心并不完全与地球重合，而是略微偏离。 均差（Equant）： 这是一个更复杂的设定，即行星在本轮上的运动角速度，是以一个固定点（均差点）为中心测量的，而非以本轮圆心或地球为中心。 托勒密的模型，虽然在数学上非常复杂，但其预测能力在当时达到了前所未有的高度。他能够相当精确地计算出天体的位置，这使得他的模型在长达一千多年的时间里，成为西方天文学的主流理论。它不仅是一个科学模型，更与当时的宗教信仰和哲学体系融为一体，成为一种被广泛接受的世界观。 第二章：质疑的种子——从希腊到中世纪的零星反思 尽管地心说占据了主导地位，但历史的长河中，总不乏一些敏锐的头脑，对这个看似完美的地心模型产生怀疑。 2.1 古希腊的少数声音： 早在亚里士多德之前，一些古希腊哲学家就提出了不同的观点。例如，阿里斯塔克斯（Aristarchus of Samos）在公元前3世纪就曾提出，地球是绕着太阳旋转的，太阳是宇宙的中心。他的观点虽然在当时并未得到广泛接受，却预示着日心说的可能性。然而，由于缺乏足够的观测证据和数学工具，以及与当时主流哲学思想的冲突，这些零星的日心说思想未能传播开来。 2.2 中世纪的科学思潮： 进入中世纪，虽然欧洲在科学上相对沉寂，但在阿拉伯世界，天文学研究依然活跃。他们翻译、研究古希腊的著作，并进行了大量的观测。一些学者也意识到了托勒密模型中的一些不完善之处，但出于对权威的尊重和模型的实用性，并未产生颠覆性的革新。 2.3 艺术与宗教中的宇宙观： 在中世纪的艺术作品和宗教绘画中，我们常常看到以地球为中心的宇宙构图。这不仅仅是科学的反映，更是当时人们精神世界的写照。它将人类置于宇宙的中心，强调了人类在上帝创造的宇宙中的特殊地位，这与日心说将太阳置于中心，人类地位相对边缘化的观念，形成了鲜明的对比。 第三章：革命的曙光——哥白尼的日心说 16世纪，一位波兰天文学家，尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus），以其卓越的智慧和勇气，发起了一场颠覆性的科学革命，提出了日心说。 3.1 问题的提出：托勒密模型的困境 哥白尼本人是托勒密模型的忠实信徒，也曾运用其模型进行天文计算。然而，他发现托勒密模型虽然在计算上有效，但其数学的复杂性，尤其是本轮和均差的引入，显得十分“繁琐”和“不优雅”。他相信，自然界存在着更简单、更和谐的规律。此外，他注意到当时的天文观测数据与托勒密模型的预测开始出现偏差。 3.2 《天体运行论》的诞生： 哥白尼花了近四十年的时间，在秘密中进行研究和演算。他不像当时许多学者那样，将研究成果公之于众。直到临终前，他的著作《天体运行论》（De Revolutionibus Orbium Coelestium）才得以出版。这部伟大的著作，系统地阐述了日心说的理论。 3.3 日心说的核心内容： 哥白尼的日心说，将太阳置于宇宙的中心，而地球则成为一颗普通的行星，和其他行星一样，围绕着太阳公转。同时，地球还在自转，正是自转解释了昼夜的交替。 太阳是中心： 太阳位于宇宙的中心，而非地球。 地球是行星： 地球不再是宇宙的中心，而是一颗行星，与其他行星一样围绕太阳运动。 地球自转： 地球的自转解释了恒星的视运动（看起来星空在转动）。 地球公转： 地球的公转解释了太阳在黄道上的运动，以及季节的更替。 行星轨道： 行星的逆行现象，在日心说模型中得到了自然而然的解释，它只是地球在轨道上运行过程中，相对于其他行星运动造成的视觉效果，无需引入复杂的本轮。 3.4 日心说的意义与影响： 哥白尼的日心说，不仅仅是一个天文学模型的改变，更是一场深刻的思想解放。 简化了宇宙模型： 哥白尼的模型虽然仍然保留了圆形轨道，但相比托勒密复杂的本轮系统，它在概念上更加简洁和统一。 挑战了权威： 它直接挑战了自古希腊以来的亚里士多德和托勒密所建立的地心说体系，以及与此相关的宗教和哲学观念。 为科学发展奠定基础： 哥白尼的日心说，为伽利略、开普勒、牛顿等后来的科学家们的研究提供了基础。没有日心说，也就不会有后来牛顿的万有引力定律，以及现代天文学的飞速发展。 激发了科学精神： 哥白尼的勇气和严谨的科学态度，激励着后人敢于质疑权威，勇于探索未知，追求真理。 第四章：追随与巩固——日心说的传播与发展 哥白尼的日心说提出后，并非立即被全盘接受。它经历了漫长而复杂的传播与巩固过程。 4.1 早期接受者与争议： 哥白尼的著作在出版之初，遭到了许多人的质疑和反对。宗教界认为它违背了《圣经》的字面意思，挑战了人类在宇宙中的特殊地位。一些科学家也对日心说的准确性存疑。然而，也有一部分思想开放的学者，如乔丹诺·布鲁诺（Giordano Bruno），以及后来的伽利略（Galileo Galilei），成为了日心说的积极倡导者。 4.2 伽利略的观测证据： 意大利科学家伽利略，通过改良望远镜，对天体进行了前所未有的观测。他的发现，为日心说提供了强有力的证据： 月球表面的山脉和陨石坑： 证明了月球并非完美光滑的天体，与亚里士多德关于天界完美不变的论断相悖。 木星的卫星： 发现了四颗围绕木星运行的卫星，这表明并非所有天体都围绕地球旋转，而是存在着“中心”式的运动。 金星的盈亏变化： 观测到金星也像月亮一样有盈亏变化，这只能用金星围绕太阳公转来解释。 太阳黑子： 发现了太阳黑子，并观测到它们在太阳表面移动，证明太阳也在运动，而非永恒不变。 然而，伽利略的这些发现，以及他对日心说的公开支持，使他与教会发生了严重的冲突，并最终被判处“终身监禁”。 4.3 开普勒的行星运动定律： 德国天文学家约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler），在第谷·布拉赫（Tycho Brahe）积累的海量观测数据的基础上，提出了著名的三个行星运动定律： 第一定律（椭圆定律）： 行星绕太阳的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，而非圆心。这修正了哥白尼仍然保留的圆形轨道假设。 第二定律（面积定律）： 行星在轨道上运行时，在相等时间内扫过的面积相等，这意味着行星在靠近太阳时运动速度快，远离太阳时速度慢。 第三定律（周期定律）： 行星公转周期的平方与轨道半长轴的立方成正比。 开普勒的定律，以精确的数学描述，进一步巩固了日心说的理论框架，并揭示了行星运动的内在规律。 4.4 牛顿的物理学统一： 艾萨克·牛顿（Isaac Newton）的万有引力定律，为日心说提供了最终的物理学解释。他证明了，正是引力导致行星围绕太阳运动，而且这种引力在宇宙中普遍存在，适用于天体运动和地面物体的下落。牛顿的理论，将天上的运动和地上的运动统一起来，完成了哥白尼革命的最后一步，将宇宙的运行纳入了统一的物理法则之下。 结语 从古人对星辰的朴素崇拜，到亚里士多德精密的宇宙模型，再到托勒密的数学建构，人类对宇宙的理解经历了一个漫长而曲折的探索过程。哥白尼的日心说，如同一道划破黑暗的闪电，彻底颠覆了人类数千年的宇宙观。它不仅仅是天文学的一个模型更迭，更是人类理性精神觉醒的标志。伽利略的望远镜、开普勒的定律、牛顿的引力，层层递进，将日心说从一个大胆的假设，变成了无可辩驳的科学事实。 这场从地心说到日心说的演变，深刻地影响了人类的哲学、宗教、艺术以及我们对自身在宇宙中地位的认知。它告诉我们，即使是根深蒂固的观念，也可能被新的证据所推翻；即使是权威的论断，也值得我们去质疑和探索。它彰显了科学的力量，以及人类不断追求真理的勇气与智慧。本书所描绘的这场伟大革命，不仅是对科学史的回顾，更是对人类探索精神的礼赞，激励着我们继续仰望星空，不断拓展认知的边界。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对宇宙充满幻想的普通读者，我常常在仰望星空时，思考我们身处的时空究竟是怎样的存在。这本《相对论百问》就像是一扇打开新世界的大门，它用一种我从未想过的方式，让我得以窥见物理学的奇妙之处。书中的一些解释，比如关于“尺缩效应”的描述，真是让我大开眼界。作者没有直接给我一堆公式，而是引导我设想一个宇航员乘坐高速飞船进行星际旅行的场景，随着速度的增加，他看到的宇宙似乎被“压扁”了，时间和空间都发生了变化。这种身临其境的描述，让我更容易理解那些抽象的概念。我甚至开始思考，我们日常生活中所感知的时间和空间，是否真的如我们所想象的那么绝对和恒定。这本书真的拓展了我对现实的认知边界，让我对宇宙的理解又上了一个新的台阶，感觉自己不再是那个只仰望星空，却不知其所以然的懵懂少年。

评分☆☆☆☆☆

我一直对宇宙的奥秘充满好奇，但接触到的很多科普读物，要么过于浅显，要么过于专业，总觉得很难找到一个恰到好处的平衡点。直到我遇到了这本《相对论百问》，它恰好填补了我心中的这个空白。作者的叙述风格非常独特，他善于利用各种类比和故事，将那些看似高不可攀的物理理论，变得妙趣横生。比如，他讲到“引力场”时，并不是上来就抛出一堆张量方程，而是用了一个非常形象的比喻，将时空比作一张巨大的弹性膜，质量巨大的物体放在上面，就会让膜产生凹陷，其他物体经过时，就会沿着凹陷的方向滑动。这个画面感极强，我一下子就明白了引力是如何影响时空的。而且，他还不时穿插一些历史故事和科学家的轶闻趣事，让阅读的过程充满了人情味，不再是枯燥的理论堆砌。我感觉自己像是在参加一场知识的盛宴，每一道菜都充满惊喜。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，科学的魅力就在于它能够解释我们身边那些习以为常的现象，并且揭示出隐藏在背后的深刻原理。这本书在这方面做得相当出色。作者以一种非常平易近人的方式，探讨了相对论中的一些核心概念，我特别喜欢他对“光速不变原理”的阐述。他没有直接丢出一堆数学公式，而是通过一个非常巧妙的思想实验，让我们理解为什么无论观察者如何运动，光速似乎总是一个恒定的值。这种循序渐进的引导方式，让我这个对物理学只有皮毛了解的人，也能逐步跟上作者的思路，并且对这些理论产生共鸣。读完这部分，我感觉自己对光这种神奇的粒子有了更深的敬畏，也对整个宇宙的运行规律有了更宏观的认识。这本书不仅仅是知识的传递，更像是一种思维方式的启发，让我学会用更开放的视角去看待这个世界。

评分☆☆☆☆☆

第一次翻开这本《相对论百问》，我以为自己会面对一堆晦涩难懂的公式和令人头疼的逻辑推理，毕竟“相对论”这三个字本身就带着一股高深莫测的气场。然而，惊喜来得如此猝不及防。作者并没有直接丢给我一堆理论，而是以一种非常接地气的方式，将那些抽象的概念一层层剥开。我特别喜欢其中关于“时间膨胀”的解释，他不是简单地抛出E=mc²，而是用了一个非常生动的比喻，仿佛我们置身于一个高速飞行的宇宙飞船里，窗外的星星以一种奇妙的方式拉长，时间也随之变得黏稠。这种叙述方式，让我这个物理学门外汉，也能窥见那宏伟的宇宙图景的一角，甚至开始思考，我们习以为常的时间和空间，是否真的如我们所见般恒定不变。那种豁然开朗的感觉，比解出一道复杂的数学题还要令人振奋。我甚至觉得，这本书不应该只出现在书架上，更应该被摆在每一个好奇心旺盛的人的床头。它像一位耐心的向导，引领着我们穿越时空的迷雾，去触碰科学的边界。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我抱着一种“挑战一下自己”的心态去读这本书的，毕竟爱因斯坦的相对论，听起来就像是物理学界的珠穆朗玛峰，不是一般人能轻易攀登的。但出乎意料的是，作者的笔触异常轻盈，仿佛在和老朋友聊天一样，把那些复杂的物理概念讲得活灵活现。我尤其对书中对“质能等价”的阐释印象深刻，他并没有直接用公式轰炸，而是巧妙地引入了一些生活中的例子，比如一块煤炭燃烧后能量的释放，以及核反应堆中巨大的能量产生。这些联系让我能够直观地理解，质量和能量并非是两个独立的个体，而是同一事物的不同表现形式。这种化繁为简的能力，着实令人钦佩。读完这部分，我感觉自己对宇宙的构成和能量的本质有了更深刻的认识，不再是模糊的印象，而是有了清晰的轮廓。这本书让我意识到，科学并不总是冰冷和遥远的，它也可以如此贴近我们的生活，并且充满趣味。