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物含妙理总堪寻:从爱因斯坦到霍金(修订版)电子书

本书文理交融,语言生动,趣味性强。用演讲的语言,介绍物理学神奇的科研领域(相对论、量子论、放射性、核能、黑洞、引力波、宇宙、时空隧道与时间机器等),以及一般人感兴趣的科学家(牛顿、爱因斯坦、霍金、彭罗斯等)的科研成就、曲折经历和真实人生。有经历,也有物理,是一本不可多得的物理高级科普读物,本书为改版。

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作       者:赵峥

出  版  社:清华大学出版社

出版时间:2021-12-01

字       数:19.3万

所属分类: 科技 > 自然科学 > 天文/地理

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本书来源于作者长期以来设的一个科普讲座“从爱因斯坦到霍金的宇宙”,作者用生动的演讲语言,文理交融、科普性地介绍自然科学,特别是物理学和天文学的基础知识和研究前沿,以及科学研究的曲折经历。内容包括爱因斯坦与相对论、弯曲的时空,量子论的创建与争论、原子弹与核能的和平利用、黑洞、引力波和宇宙的演化等天文学的若干知识。本书针对高中以及高中以上科学水平的读者,着眼于提高公众的科学素养和青年学子的科研创新能力。<br/>【推荐语】<br/>本书文理交融,语言生动,趣味性强。用演讲的语言,介绍物理学神奇的科研领域(相对论、量子论、放射性、核能、黑洞、引力波、宇宙、时空隧道与时间机器等),以及一般人感兴趣的科学家(牛顿、爱因斯坦、霍金、彭罗斯等)的科研成就、曲折经历和真实人生。有经历,也有物理,是一本不可多得的物理高级科普读物,本书为改版。<br/>【作者】<br/>赵峥,北京师范大学物理系教授,博士生导师。长期从事理论物理的教学与研究,在相对论与黑洞领域发表科研论文100余篇,曾讲授广义相对论、量子力学、统计物理、黑洞物理、弯曲时空量子场论等课程。设“从爱因斯坦到霍金的宇宙”等公选课,并在许多院校做科普报告。主要著作有《黑洞的热性质与时空奇异性》(获第十二届中国图书奖)、《广义相对论》、《广义相对论基础》、《黑洞与时间的性质》、《黑洞与弯曲的时空》,科普类教育书有《探求上帝的秘密》(获第十一届中国图书奖)、《物理学与人类文明十六讲》、《相对论百问》。<br/>
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作者简介

修订版前言

第1版前言

目 录

第一讲 爱因斯坦与物理学的革命

1.量子论的诞生

两朵乌云

黑体辐射之谜

普朗克的突破——量子假设

争论:量子还是光量子?

2.爱因斯坦的成长历程

家里来的大学生

不受学校欢迎的学生

阿劳中学——孕育相对论的土壤

不平常的大学生涯

米列娃与格罗斯曼

生活的辛酸

3.爱因斯坦的奇迹年

时来运转

爱因斯坦的丰收年

专利局——科学发现的摇篮

高度评价阿劳中学

4.狭义相对论

同时的相对性

动钟变慢

动尺缩短——洛伦兹收缩

速度叠加

动质量算质量吗?

质能关系——质量就是能量

动能表达

5.神奇的相对论效应

双生子佯谬

星际飞船上看到的奇景

第一讲附录 狭义相对论的创立

1.相对论诞生前夜“以太理论”带来的实验困难

光行差现象

迈克耳孙实验引来的乌云

2.相对论诞生前夜电磁理论引起的理论困难

挽救以太理论的尝试:洛伦兹-斐兹杰惹收缩

经典理论的改良:洛伦兹变换的提出

3.走向狭义相对论

爱因斯坦独辟蹊径

建立狭义相对论最困难的思想突破

爱因斯坦是相对论的唯一缔造者

第二讲 弯曲的时空——广义相对论

1.狭义相对论的困难

惯性系无法定义

万有引力定律放不进相对论的框架

有绝对空间吗?

牛顿的水桶实验

马赫对牛顿的反驳

2.等效原理

引力质量与惯性质量相等

等效原理:万有引力与惯性力等效

思想的飞跃:引力可能是几何效应

3.神奇的黎曼几何

鲍耶与高斯的探索

罗巴切夫斯基的奋斗

黎曼集其大成

什么是黎曼几何?

4.广义相对论的创建

爱因斯坦场方程

万有引力不是力

如何理解弯曲时空

伽利略的“错误”

弯曲时空中的直线——短程线

5.广义相对论的实验验证

时钟变慢与引力红移

水星轨道近日点的进动

光线偏折

广义相对论实验验证的进展

6.引力波的预言与发现

引力波的预言

引力波探测的先驱

引力波的间接探测

引力波的直接探测

第二讲附录 爱因斯坦与广义相对论

1.广义相对论的创建

2.爱因斯坦论取得成就的原因,学校教育与“奥林匹亚科学院”

第三讲 白矮星、中子星与黑洞

引子

1.对黑洞的最早预言

拉普拉斯的暗星

神童托马斯·杨

奥本海默的预言

2.白矮星:从发现到理解

赫罗图告诉我们什么?

红巨星与白矮星

各种恒星与黑洞的比较

狐矢射天狼

天狼星的神秘伴星

霍伊尔的功绩

钱德拉塞卡的发现

爱丁顿的反对

泡利的支持

3.中子星:从预言到发现

发现中子的曲折

中子星的预言

脉冲星

4.黑洞初探

奇点与奇面

飞向黑洞的火箭

进入黑洞的冒险者

转动的黑洞

第三讲附录 漫谈黑洞(Ⅰ)

1.闵可夫斯基的四维时空

2.史瓦西时空——球对称的弯曲时空

3.时空坐标互换

4.视界与无限红移面

第四讲 霍金、彭罗斯与黑洞

1.霍金

绰号“爱因斯坦”

从牛津到剑桥

剑桥:人生的转折点

2.相对论生涯

炮轰稳恒态宇宙模型

奇点疑难:幸遇彭罗斯

宇宙监督与无毛定理

彭罗斯过程

3.最伟大的发现

面积定理的启示:黑洞热吗?

争论:真热还是假热?

霍金辐射的发现

黑洞附近的真空涨落

黑洞的温度与熵

奇妙的负比热

4.信息疑难

信息守恒吗?

霍金打赌

对信息守恒的质疑

5.彭罗斯、霍金与诺贝尔奖

诺贝尔奖的遗憾

彭罗斯的贡献

第四讲附录 漫谈黑洞(Ⅱ)

1.最一般的黑洞

2.极端黑洞、宇宙监督假设与无毛定理

3.黑洞的温度

4.安鲁效应

第五讲 膨胀的宇宙

1.浩瀚的星空

猎户当空,三星高照

银河缥缈,繁星万亿

星移斗转,北极定向

恒星的命名

多个“太阳”的“太阳系”

我们的银河系

遥远的河外星系

星系群与星系团

宇宙物质的成团结构

2.爱因斯坦的静态宇宙

从时空弯曲认识宇宙

均匀的宇宙

静态的宇宙

有限而无边

神秘的宇宙项

3.膨胀或脉动的宇宙

弗里德曼的突破

哈勃的发现

爱因斯坦放弃宇宙项

4.爆炸和演化的宇宙

神父的“宇宙蛋”

α、β、γ的原始火球

勇敢加天才

氦丰度的支持

大爆炸的余热

膨胀没有中心

宇宙的创生、暴胀与演化

宇宙膨胀还是脉动

5.宇宙居然在加速膨胀!

天文学上的测距:量天尺

Ⅰa型超新星:新的标准烛光

排斥效应:透明的暗能量

吸引效应:透明的暗物质

当代的两朵乌云:暗物质与暗能量

第六讲 时空隧道与时间机器

1.澄清对“大爆炸宇宙”的几个模糊认识

大爆炸没有中心

时间与物质一起从虚无中诞生

宇宙学红移不是多普勒效应

星系的退行速度可以超光速

能看到超光速退行的星系

可观测宇宙有多大?

宇宙膨胀,我们自身不膨胀

2.虫洞——时空隧道

管道与手柄

洛伦兹虫洞

欧几里得虫洞

爱因斯坦的贡献——爱因斯坦-罗森桥

没有质量的质量,没有电荷的电荷

3.可通过的虫洞

黑洞作为星际航行通道的猜想

索恩的建议

索恩的开创性论文

量子引力的困难

回到过去的闭合类时线

时空的泡沫与浪花

宇宙泡的创生

维持虫洞需要负能量

真空的边界效应

黑洞与负能量

虫洞作为时空通道的条件

信息穿过虫洞的奇想

4.时间机器

从梦想到科学

回到过去的时间机器

猜想与争论

物理学的两个特别分支

阿癐癐!

第七讲 激动人心的量子物理

1.原子物理学的发展

元素周期律的发现

伟大的师范生

光谱线的规律

X射线的发现

天然放射性的发现

奋斗的女生

居里夫妇的结合

默契的合作成就伟大的发现

在不幸中奋斗

西瓜模型和土星模型(图7-2)

行星模型

杰出的卢瑟福

玻尔模型:轨道量子化

泡利不相容原理

尖刻的批评家

上帝的皮鞭

2.人才特别快车

你学数学没有希望

索末菲的人才快车

学术的天堂:哥廷根大学

愚蠢的问题受欢迎

3.矩阵力学与波动力学

海岛上的灵感:海森堡创建矩阵力学

山峰上的灵感:薛定谔创建波动力学

海森堡与薛定谔的初次交锋

4.关于量子力学本质的大论战

我真后悔来这里:玻尔与薛定谔的论战

论战愈演愈烈:概率波与测不准关系

薛定谔引领生物学革命

单电子引来的疑难

概率波的实验支持

神奇的隧道效应

暗箱中的粒子

既死又活的猫

爱因斯坦的光子箱

争论还在继续

索尔维会议

第七讲附录 玻尔对爱因斯坦光子箱实验的答复

第八讲 比一千个太阳还亮

1.中子的发现

卢瑟福的猜想

小居里夫妇

中子的发现

2.裂变与链式反应

裂变的发现

核的液滴模型

链式反应

裂变与聚变

汤川的交换力

3.科学中心向美国迁移

约里奥首提原子弹

费米——物理的全才

炸弹仓里的玻尔

4.原子弹的研制

美国启动曼哈顿工程

奥本海默临危受命

勇于献身的斯洛廷

5.爱开玩笑的费曼

保险柜怎么开了?

被当做学生的教授

“神奇”的制图板

谁经历的时间最长?

费曼图和路径积分

6.广岛与长崎的蘑菇云

枪法与内爆法(图8-7)

广岛

长崎

泰勒与氢弹

7.中国研制核武器

为了自身的安全

钱三强、杨承宗与约里奥·居里

中国的“奥本海默”——邓稼先

8.和平利用核能

费米创建的第一座核反应堆

核电的发展

取之不尽的聚变能

第八讲附录 汤川对介子质量的估计

第九讲 漫步太阳系

1.太阳与月球

太阳简介

月球与探月历程

中国的探月工程

2.行星与卫星

地球:我们的家园

水星:离太阳最近的行星

地球的邻居:金星与火星

消逝的火星人

金星:大气的高压与高温

木星:“木纹”与“大红斑”

木星的卫星:是否存在生命?

土星和它的光环

天王星:用望远镜发现的第一颗行星

海王星:万有引力定律预言的行星

冥王星:被除名的大行星

太阳的大家庭

3.小行星

神秘的提丢斯-波特定则

上帝会浪费这片空间吗

中国人的发现

撞击地球的危险

4.彗星

彗星由何而来

彗星的撞击

历史上的彗星

天文用于考古

5.陨星与流星

通古斯陨星之谜

流星和流星雨

陨铁与陨石

6.天文观测简介

太阳系有多大!

天文台与望远镜

第十讲 时间之谜

1.时间是什么?

百花齐放,百家争鸣

柏拉图:时间是永恒的映像

亚里士多德:时间是运动的计数

走向统一的世界

孔子:逝者如斯夫

螺旋发展的时间

牛顿的时间观:永远平静流逝的河流

不同的声音

时空的维数

爱因斯坦:时空是一个可弯曲的整体

爱因斯坦:时空是物质广延性的表现

量子引力:时间的泡沫与浪花

2.时间有没有开始与终结?

时空的奇点

奇点:时间的起点与终点

能否避免奇点?

3.时间的测量

时间的流逝性与测度性

用周期运动测量时间带来的疑问

异地时钟的校准:先约定光速

庞加莱对爱因斯坦的启发

欧拉的“好钟”

相对论中如何确定“同时”

爱因斯坦假定:“同时”可以传递

朗道:“同时”不一定能传递

时间的定义与热力学定律有关吗?

“钟速同步”的传递性

约定光速:寻找相等的时间段

时间的性质与热力学密切相关

插页诗句的注释与随想

1.读赵嘏诗《闻笛》

2.读王阳明诗《月夜二首》

主要参考书目

后记

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