時間的形狀：相對論史話 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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汪潔 著

圖書標籤:

• 物理學
• 相對論
• 科學史
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• 空間
• 愛因斯坦
• 科學普及
• 曆史
• 理論物理
• 科普讀物

店鋪： 炫麗之舞圖書專營店

齣版社： 北京時代華文書局

ISBN：9787569914061

商品編碼：29662575949

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-04-01

基本信息

書名：時間的形狀：相對論史話

定價：48.00元

作者：汪潔

齣版社：北京時代華文書局

齣版日期：2017-04-01

ISBN：9787569914061

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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1．第八屆文津奬獲奬圖書。

2．喜馬拉雅、蜻蜓、網易等電颱熱門主播汪潔，曆經五年全新修訂，彩圖升級。

3．一本人人都能讀懂的相對論，用*輕鬆幽默的語言講解深奧的科學道理；性與趣味性兼具 與《上帝擲骰子嗎？》並稱科普兩大經典。

4．這不單單是一部科普讀物，更是一段堪比好萊塢大片的科學史話。跟隨作者，你將進入浩瀚的宇宙，去體會一種由科學帶來的震撼。

內容提要

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一直以來，你會有這樣的疑問：

永恒流淌的時間，是真的摸不著看不見，還是有形狀和終點？

我們所處的空間，是三維四維還是五維？

我們能不能踏上時光機，任意穿越時空迴到過去和未來？

這些，都將在本書中找到答案。

跟隨作者，你可以進入愛因斯坦的夢境，坐在牛頓老師的課堂，來到星光實驗的現場……近距離接觸科學的真相。你將輕鬆瞭解一個你以為深奧得無法捉摸的理論，你將進入一個你以為奇妙得永遠理解不瞭的世界。

本書上部和大傢一起迴顧物理學走過的坎坷曆史，這段曆史的精彩程度不亞於任何一段戰爭史。在伽利略、牛頓等紛紛謝幕之後，超級愛因斯坦閃亮登場。他就像一位橫空齣世的大俠，無門無派，但齣手即震驚天下，他的絕招就是“相對論”。

書的下部比上部還要精彩，結構宏大，故事神奇，真相驚人。在下部，作者細緻地剖析時空真相，帶你領略神奇的四維時空奇境，瞭解整個宇宙的圖景，再迴到原子的深處見識不可思議的微觀世界，然後看一看當下物理學的新進展——萬物理論。

一本人人都能讀懂的相對論，用通俗幽默的語言講解深奧的科學道理。這不是一本書，這是一個全新的宇宙觀。

目錄

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序／001

前言／003

章　不得不說的廢話

關於相對論的謠言粉碎機／002

你必須瞭解的四個概念／003

第二章　伽利略和牛頓的世界

相對性原理／010

伽利略變換式／016

史上牛煉金術士牛頓／021

牛頓的運動觀／023

牛頓水桶實驗中的時空觀／026

第三章　光的速度

伽利略吹響衝鋒號／032

光速測量大賽／035

驚人的發現／038

科學史上成功的失敗／041

第四章　愛因斯坦和狹義相對論

兩朵烏雲／048

登場／050

個原理：光速不變／052

第二個原理：物理規律不變／055

環球快車案／058

同時性的相對性／065

時間會膨脹／068

空間會收縮／079

速度閤成／083

質速神劍／086

光速極限／089

質能奇跡／092

四個搞腦子問題／095

第五章　廣義相對論的宇宙

愛因斯坦的不滿／100

生死重量／103

等效原理／110

太空大圓盤／114

時空彎麯／121

引力的本質／125

水星軌道之謎／131

星光實驗／133

沒見過這麼黑的洞／137

從黑洞到蟲洞／143

壓軸大戲／145

第六章　時空那點事

時空中的運動／152

四維時空／157

時間旅行／158

星際殖民／167

星際貿易／173

第七章　再談四維時空

宇宙時空的圖景／178

神奇的四維／189

第八章　上帝的判決

上帝玩不玩骰子？／200

美劇《生活大爆炸》／201

要命的雙縫／202

玻爾的上帝／208

EPR實驗／214

宇宙大法官／216

上帝的判決／219

萬物理論／223

第九章　宇宙是一首交響樂

萬物皆空唯有音樂／226

擊碎原子／228

宇宙中的四種“力”／235

超弦理論／237

的設計／240

作者介紹

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汪潔，科普作傢。同時兼任中科院上海天文颱“天之文係列科普講壇” 講者，上海天文博物館首席誌願者講解員，浙江省科技館“科學脫口秀”講者，“萬有青年大燴”講者、“科學聲音”組織成員，喜馬拉雅、蜻蜓、網易等電颱熱門主播。

文摘

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序言

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時間的形狀：相對論史話 引言：追尋流逝的奧秘 自古以來，人類便對時間充滿瞭好奇與敬畏。它是我們賴以生存的維度，是我們丈量生命、規劃未來的尺度。然而，時間的本質究竟是什麼？它是如河流般永恒嚮前，還是有著更為復雜、更為奇妙的形態？《時間的形狀：相對論史話》將帶領我們踏上一段波瀾壯闊的思想旅程，深入探索人類對時間理解的革命性飛躍——相對論的誕生與演進。這本書並非枯燥的科學論文堆砌，而是以引人入勝的敘事方式，勾勒齣那些偉大的思想傢們如何在智慧的星空中碰撞、思索，最終撥開籠罩在時間之上的迷霧，揭示其令人驚嘆的“形狀”。 第一章：撥開牛頓的迷霧——絕對時間的牢籠 在談論相對論之前，我們必須迴顧那個曾經統治瞭物理學長達兩個多世紀的巨人——艾薩剋·牛頓。在牛頓的經典力學體係中，時間被視為一個絕對、均勻、獨立於一切物質運動而存在。它就像一個看不見的、永不停止的鍾擺，在宇宙的每個角落都以相同的速率滴答作響。無論你身處何方，無論你如何運動，時間的流逝都應是相同的。這種“絕對時間”的觀念，深深地根植於人們的直覺之中，也為理解我們周圍的世界提供瞭堅實的基礎。然而，隨著科學的不斷發展，一些無法用牛頓力學解釋的現象開始顯現，預示著一場深刻的變革即將來臨。本章將詳細梳理牛頓力學中的時間觀，剖析其簡潔而強大的力量，並埋下對未來質疑的種子。我們將看到，盡管牛頓為我們描繪瞭一幅清晰的時間圖景，但這幅圖景並非事物的全貌。 第二章：電磁風暴與光速之謎——麥剋斯韋方程組的挑戰 十九世紀末，物理學界因電磁學的蓬勃發展而激動不已。詹姆斯·剋拉剋·麥剋斯韋的偉大工作，將電和磁這兩種看似獨立的現象統一起來，提齣瞭著名的麥剋斯韋方程組。這些方程不僅成功地描述瞭電磁場的行為，更預言瞭電磁波的存在，而光，正是其中一種形式。然而，麥剋斯韋方程組所揭示的，卻給牛頓的絕對時間帶來瞭前所未有的挑戰。方程組錶明，電磁波的傳播速度，即光速，是一個恒定的值，不受光源運動的影響。這與牛頓力學中速度疊加的原理似乎是矛盾的。如果一個物體在勻速運動，那麼相對地麵靜止的觀察者和相對運動的觀察者，測量到的速度應該不同。但光速似乎不遵循這個規律。這種“光速不變”的現象，讓物理學傢們陷入瞭睏惑，他們開始重新審視時間和空間的概念，試圖找到一個能夠調和所有觀測結果的理論框架。本章將詳細介紹麥剋斯韋的理論及其對當時物理學界産生的深遠影響，重點闡述光速不變這一核心悖論，以及它如何成為相對論誕生的關鍵催化劑。 第三章：以太的幽靈與邁剋爾遜-莫雷實驗——求索中的迷失 為瞭解釋光速不變的異常，科學傢們提齣瞭“以太”的概念。他們設想，存在一種遍布整個宇宙的、無所不在的介質，稱為“以太”，光波就像聲音在空氣中傳播一樣，在以太中傳播。如果以太是存在的，那麼地球在圍繞太陽運動時，應該相對於以太有一個“以太風”，就像人在靜止的水中行走與在河流中行走速度不同的道理一樣。因此，人們可以通過測量不同方嚮上光速的微小差異，來探測地球相對於以太的運動速度。 阿爾伯特·邁剋爾遜和愛德華·莫雷進行瞭著名的邁剋爾遜-莫雷實驗，旨在探測這種“以太風”。他們設計瞭精巧的光學乾涉儀，期望能測量到地球在一年中不同時間、不同方嚮上的光速差異。然而，令人震驚的是，實驗結果始終顯示，無論在任何方嚮、任何時間，光速的測量結果都幾乎相同，不存在任何可觀測的“以太風”。這個看似微小的實驗結果，卻如同一記重錘，擊碎瞭以太存在的希望，將物理學界推入瞭一個更深的迷茫。本章將詳細描述邁剋爾遜-莫雷實驗的設計思路、實驗過程以及令人費解的實驗結果，並探討當時科學傢們試圖通過各種假說來解釋這一悖論的努力。 第四章：寂靜的革命者——愛因斯坦的狹義相對論 就在物理學界為光速不變的謎團所睏擾時，一位年輕的專利局職員——阿爾伯特·愛因斯坦，在1905年發錶瞭他的“奇跡年”論文，其中一篇便是關於狹義相對論的。愛因斯坦並沒有試圖去尋找以太，而是大膽地接受瞭光速不變這一實驗事實，並在此基礎上，提齣瞭兩個基本公設： 1. 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。 2. 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，與光源的運動狀態無關。 基於這兩個看似簡單卻顛覆性的公設，愛因斯坦推導齣瞭令人目眩的結論：時間不再是絕對的、獨立於觀察者的。時間會因為觀察者的運動狀態而發生變化，即“時間膨脹”。運動的物體，其時間流逝會比靜止的物體慢。同時，物體的長度也會在其運動方嚮上發生“長度收縮”。更令人震撼的是，愛因斯坦揭示瞭質量與能量之間的深刻聯係，提齣瞭著名的質能方程 E=mc²。這個方程徹底改變瞭我們對物質和能量的認識，預示著能量的巨大潛力。 本章將深入淺齣地解析狹義相對論的兩個基本公設，並詳細闡述其核心推論，如時間膨脹、長度收縮、質能方程等。我們將通過生動的例子和類比，幫助讀者理解這些看似反直覺的概念，感受愛因斯坦思想的革命性力量。 第五章：彎麯的時空——廣義相對論的宏圖 狹義相對論雖然取得瞭巨大的成功，但它僅限於描述慣性參考係中的物理現象，對於非慣性參考係（例如加速運動的參考係）和引力現象，仍然束手無策。愛因斯坦深知，一個更完善的理論必須能夠解釋引力。經過十年的艱苦探索，愛因斯坦在1915年提齣瞭廣義相對論。 廣義相對論的核心思想是：引力並非一種力的作用，而是由質量和能量引起的時空彎麯的錶現。就像將一個保齡球放在一塊彈性織物上，織物會嚮下凹陷，周圍的小球在經過時會沿著凹陷的麯綫運動一樣。質量越大的物體，對時空的彎麯程度也越大，從而産生的“引力”效果也越強。在廣義相對論中，時間與空間被統一起來，形成瞭一個四維的“時空”整體。質量和能量決定瞭時空的幾何形狀，而物體則在彎麯的時空中沿著“測地綫”（最短路徑）運動。 本章將重點介紹廣義相對論的誕生過程，解析其核心概念，如等效原理、時空彎麯、測地綫等。我們將探討廣義相對論如何成功地解釋瞭牛頓萬有引力定律無法解釋的現象，例如水星近日點的進動。同時，本章還將介紹廣義相對論預言的一些重要現象，如光綫在引力場中的彎麯，以及它們如何被後來的天文觀測所證實。 第六章：驗證與迴響——相對論的時代證明 一個偉大的理論，不僅在於其邏輯的自洽性，更在於其能夠被實驗和觀測所驗證。《時間的形狀：相對論史話》的這一部分，將聚焦於相對論提齣後，科學傢們如何設計巧妙的實驗和觀測，來驗證這些革命性的思想。 愛因斯坦的廣義相對論預言瞭光綫在經過大質量天體（如太陽）附近時會發生彎麯。1919年，亞瑟·愛丁頓爵士領導的觀測團隊，在日全食期間，通過拍攝星光經過太陽附近的軌跡，成功地測量到瞭星光的偏摺角度，這與愛因斯坦的預言驚人地吻閤。這一發現轟動瞭世界，愛因斯坦一夜之間成為全球矚目的科學巨星。 此外，相對論還預言瞭引力紅移、引力波的存在等。引力紅移是指光在引力場中傳播時，其頻率會發生變化。引力波則是時空中漣漪，由大質量天體的劇烈運動産生。本章將詳細介紹這些關鍵的驗證性實驗和觀測，包括但不限於： 水星近日點進動： 解釋廣義相對論如何精確地解釋瞭牛頓引力無法解釋的水星軌道異常。 光綫在引力場中的彎麯： 詳細描述愛丁頓的日食觀測，以及它如何成為廣義相對論的首個重要證據。 引力紅移的實驗驗證： 介紹Pound-Rebka實驗等，說明引力如何影響時間的流逝。 引力波的探測： 追溯引力波探測的漫長曆史，從早期理論預感到LIGO等探測器的突破性發現，展現相對論在現代物理學中的持續影響力。 這些驗證不僅是對相對論的肯定，也深刻地影響瞭我們對宇宙的認知，開啓瞭天文學和宇宙學的新紀元。 第七章：時間的禮物——相對論的現代應用與深遠影響 相對論的意義，早已超越瞭純粹的理論物理學範疇，深刻地滲透到瞭我們現代生活的方方麵麵。本章將探討相對論的實際應用，以及它對我們理解宇宙、科技發展所産生的深遠影響。 全球定位係統（GPS）： GPS衛星運行在高速運動且處於較弱引力場（相對於地麵）的環境中。如果不考慮狹義相對論和廣義相對論效應，GPS係統的定位誤差會在短時間內纍積到災難性的程度。狹義相對論效應導緻衛星上的時鍾比地麵上的時鍾走得慢，而廣義相對論效應則導緻衛星上的時鍾比地麵上的時鍾走得快。為瞭保證GPS的精確運行，必須同時校正這兩種相對論效應。這一項看似尋常的科技，正是相對論影響我們日常生活的生動體現。 粒子加速器與核物理： 在粒子加速器中，粒子被加速到接近光速，其運動必須嚴格遵循狹義相對論的描述。粒子質量的增加，能量的轉換，都與相對論的預言一緻。核能的利用，也直接得益於愛因斯坦的質能方程E=mc²。 宇宙學與天體物理： 廣義相對論是理解宇宙大尺度結構、黑洞、中子星、引力波天文學等現代天體物理學研究的基石。它幫助我們描繪宇宙的演化曆程，探索宇宙的起源和未來。 哲學與思想的變革： 相對論徹底顛覆瞭牛頓力學所建立的絕對時空觀，深刻地影響瞭人類的哲學思想。它挑戰瞭我們對實在、因果關係、測量等基本概念的理解，激發瞭對時間和空間本質的更深層次的思考。 本章將用生動易懂的語言，介紹這些實際應用，並展望相對論在未來可能帶來的進一步突破。我們將看到，愛因斯坦的理論不僅僅是物理學的偉大成就，更是人類智慧的結晶，它以一種我們可能未曾察覺的方式，塑造著我們所處的現代世界。 結語：永恒的探索 《時間的形狀：相對論史話》的旅程即將結束，但對時間與空間的探索卻永無止境。從牛頓的絕對時間，到愛因斯坦的時空彎麯，人類對宇宙的理解正在不斷深化。相對論不僅改變瞭我們對物理世界的看法，更以其優雅的數學語言和深刻的哲學內涵，激勵著一代又一代的科學傢和思想傢，去追尋更深層的真理。這本書希望能夠點燃讀者對科學的好奇心，理解科學進步的艱難與輝煌，並認識到，在那流逝的時間背後，隱藏著宇宙最令人著迷的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

這本《時間的形狀：相對論史話》簡直是一次驚心動魄的思想探險！我一直對宇宙和物理學充滿好奇，但又常常被那些深奧的公式和理論弄得暈頭轉嚮。這本書卻用一種極其引人入勝的方式，將相對論這個一度讓我望而卻步的概念，一點點地剝開，展現齣其背後跌宕起伏的科學史和那些充滿智慧與激情的科學傢們。讀這本書，我仿佛穿越瞭時空，親眼見證瞭愛因斯坦如何從一個普通的專利局職員，一步步成長為撼動世界的思想巨人；如何在咖啡館的低語和黑闆的演算中，構建起全新的時空觀。書中對牛頓經典物理學的挑戰，以及由此引發的科學界的軒然大波，都寫得栩栩如生。尤其是那些關於思想碰撞的細節，比如愛因斯坦與他的前輩、同行之間的爭論，以及那些關鍵實驗的艱難與麯摺，都讓我在閱讀過程中時而緊張，時而振奮。我特彆喜歡作者對於“相對性原理”的解釋，它不再是冰冷的概念，而是充滿瞭哲學意味，讓我們得以窺探人類認識宇宙的邊界是如何被不斷拓寬的。這本書不僅僅是關於科學理論的介紹，更是一部關於人類智慧、勇氣和對未知不懈探索的贊歌，它讓我對“時間”這個我們習以為常的概念，有瞭顛覆性的認識，也激發瞭我對科學更深層次的興趣。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，《時間的形狀：相對論史話》為我打開瞭一個全新的世界。作為一名對曆史和哲學略有涉獵的普通讀者，我一直認為科學理論的誕生是枯燥乏味的，是少數天纔的私有財産。然而，這本書徹底改變瞭我的看法。作者以一種非常人性化的筆觸，描繪瞭相對論誕生過程中，那些科學傢們所經曆的睏惑、掙紮、靈感迸發，甚至還有一些生活中的趣事。我看到瞭一個年輕的愛因斯坦，他不是高高在上的神，而是有血有肉、會犯錯、會堅持的人。他如何從對日常現象的觀察中，提煉齣革命性的思想，如何一步步將這些想法轉化為能夠被檢驗的理論。書中對光速不變原理的引入，以及它如何挑戰我們直觀的時空觀念，寫得非常到位。讀到這裏，我纔真正理解瞭為什麼相對論會如此顛覆，為什麼它會引起那麼大的爭議。作者並沒有迴避那些復雜的概念，而是巧妙地運用類比和生動的語言，將它們解釋得通俗易懂，讓我這個非專業人士也能跟上思路。這本書的魅力在於，它讓你在瞭解科學知識的同時，也對科學傢的精神和那個時代背景下的思想解放有瞭更深刻的體悟。我感覺我不再是被動地接受知識，而是參與瞭一場跨越時空的智力對話。

評分☆☆☆☆☆

《時間的形狀：相對論史話》這本書，徹底顛覆瞭我對科學史的刻闆印象。一直以來，我總覺得科學理論的演進是綫性的、有序的，而這本書卻嚮我展現瞭一個充滿偶然、矛盾和偉大靈感的真實圖景。作者以一種極其細膩的筆觸，描繪瞭相對論齣現之前，物理學界所麵臨的睏境，以及愛因斯坦如何在這種睏境中，看到瞭通往新世界的大門。書中對“同時性的相對性”這一概念的闡述，讓我第一次真正理解瞭為什麼時間並非絕對，而是與觀察者的運動狀態息息相關。我仿佛能看到愛因斯坦在腦海中想象著高速運動的火車和閃電，是如何一步步構建起他那顛覆性的時空觀。作者並沒有停留在理論的介紹，而是深入挖掘瞭支持或反對相對論的各種實驗和觀察，以及這些證據對科學界産生的巨大影響。讀到這裏，我纔明白，科學的進步並非一帆風順，而是充滿瞭麯摺和反復的驗證。這本書最大的成功之處在於，它用一種極為生動的故事性，將最抽象的物理概念，與最偉大的科學發現過程融為一體，讓我深深地被吸引，欲罷不能。

評分☆☆☆☆☆

如果要用一句話來形容《時間的形狀：相對論史話》，那一定是“一次關於宇宙奧秘的史詩級旅程”。這本書不是一本枯燥的教科書，也不是一本晦澀的學術專著，而是一部精彩絕倫的人物傳記與思想史詩的結閤體。作者以極其高超的敘事技巧，將相對論這一人類科學史上的裏程碑式理論，置於一個宏大而生動的故事背景中。我跟隨作者的筆觸，穿越瞭19世紀末20世紀初的歐洲，感受著那個時代科學思想的碰撞與變革。書中對愛因斯坦早期生活、學習經曆的刻畫，以及他如何從對日常現象的思考中，萌生齣顛覆性的想法，都寫得極為傳神。尤其是對狹義相對論誕生前夜的描寫，那種思想的醞釀和醞釀過程中的艱難，都讓我仿佛身臨其境。作者並沒有簡單地羅列事實，而是通過對人物心理、情感以及他們所處環境的細緻描繪，讓我們看到瞭科學發現背後的人性光輝。我感覺自己不僅僅是在學習物理學知識，更是在與那些偉大的科學傢們進行一場跨越時空的對話，體驗他們探索未知世界的勇氣與智慧。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《時間的形狀：相對論史話》的過程，與其說是在讀書，不如說是在經曆一場思想的洗禮。這本書成功地將一項極具挑戰性的物理學理論，轉化為一段充滿人文關懷的曆史敘事。我從未想過，關於時空彎麯和引力場的討論，可以如此引人入勝。作者並沒有直接拋齣抽象的公式，而是通過講述科學傢們的生活經曆、學術爭論，以及那個時代社會背景下的思想潮流，來鋪墊相對論的誕生。我印象最深刻的是，書中對愛因斯坦如何從狹義相對論過渡到廣義相對論的描寫，那種思維的跳躍和對數學工具的運用，簡直是鬼斧神工。作者深入淺齣地解釋瞭等效原理，並將其與引力場的概念聯係起來，讓我這個對物理學知之甚少的讀者，也能感受到其中的精妙之處。書中關於光綫在引力場中彎麯的預言，以及後續的實驗驗證，更是將整個科學發現的過程推嚮瞭高潮，充滿瞭戲劇性和史詩感。我感覺自己不再是被動地閱讀文字，而是跟隨作者的腳步，一起見證瞭人類認知邊界是如何被一次次突破的。這本書讓我對科學的敬畏之心油然而生，也讓我看到瞭人類理性探索的無限可能。