七堂极简物理课.pdf

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书籍描述

内容简介
《七堂极简物理课》意大利物理学家卡洛•罗韦利,用诗一般简洁优美的语言,向读者讲述了20世纪以来现代物理学的伟大理论发现。相对论,量子力学,宇宙的结构,空间的颗粒,时间的本质……在这七堂简单明了的物理课里,作者为我们打开了一个奇妙的物理学的世界,也带我们轻盈地飞过重重障碍,窥见科学的深刻与美丽。没有繁琐的方程,只有诗意的讲述,即使没有科学背景的人也能轻松读懂。

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《生活大爆炸》《万物理论》《星际穿越》的灵感源头,关于引力波、相对论、黑洞、宇宙的结构、时间的真相……7堂优美短课,带你领略物理之美,宇宙之奇妙。全书只有一个公式,即使没有科学背景的人也能读懂,激发你对科学的好奇与热爱,颠覆你对世界的直觉
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英国封面设计师 Coralie Bickford-Smith 创作星空图,英国切尔滕纳姆年度插画奖得主马岱姝创作插画。精美装帧,工艺考究,充分呈现设计原貌。

媒体推荐
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作者简介
卡洛•罗韦利,意大利理论物理学家,圈量子引力理论的开创者之一。曾在美国、意大利工作,现在法国带领量子引力研究小组。他对科学哲学、科学史也颇有研究,长期在《24小时太阳报》《共和国报》等意大利报纸上发表文章。

目录
自序
第一课 最美的理论
第二课 量子
第三课 宇宙的构造
第四课 粒子
第五课 空间的颗粒
第六课 概率、时间和黑洞的热
尾声 我们
索引

序言
自序
《七堂极简物理课》是写给那些对现代科学一无所知或知之甚少的朋友们的。这七堂课将带领读者领略20世纪物理学革命中最令人着迷的领域,以及这场革命开启的疑问和奥秘。因为科学不仅告诉我们如何更深入地理解这个世界,也会向我们展示未知的世界有多么广阔。
我们第一课要献给爱因斯坦的广义相对论,这个“最美的理论”。第二课讲量子力学,其中潜藏着现代物理学最令人困惑的部分。第三课探究宇宙:我们所栖居的宇宙的构造。第四课讲宇宙中的基本粒子。第五课探讨量子引力:旨在综合20世纪物理学重大发现的一些尝试。第六课讲概率和黑洞的热(heat)。本书的最后一课则回到人类自身,提出面对物理学为我们展示的这个奇异世界,我们应当如何反思自己的存在。
本书是由我发表在《24小时太阳报》(Sole 24 Ore)“周日特刊”中的一系列文章扩展而来的。在此我要特别感谢阿尔曼多•马萨伦蒂先生(Armando Massarenti),正是因为他在周日文化版中开辟了科学板块,才得以彰显科学之于文化不可或缺的重要意义。同时也衷心感谢马永革教授、韩慕辛、丁优,特别是张鸣一对本书中文版的帮助。他们的才华让书中的科学描述增色不少。

文摘
第一课
最美的理论
少年时代的爱因斯坦曾度过一年无所事事的时光。很可惜,现在很多青少年的父母经常会忘记这样一个道理:一个没有“浪费”过时间的人终将一事无成。那时候,爱因斯坦因为受不了德国高中的严苛教育而中途辍学,回到了他位于意大利帕维亚的家中。那个时候正是20世纪初,意大利工业革命刚刚开始,他的工程师父亲正在波河平原上建造第一批发电站。而爱因斯坦则在阅读康德的著作,偶尔去旁听帕维亚大学的课程——他听课只是为了好玩,既不注册学籍,也不参加考试。但正是这看似儿戏的行为使他成为真正的科学家。
后来,他去了苏黎世大学读书,开始全身心地投入到物理学的研究中。几年后的1905年,他向当时最负盛名的科学期刊《物理学年鉴》投寄了三篇文章,这三篇文章中的任何一篇都足以让他获得诺贝尔奖。其中第一篇指出了原子的存在,第二篇则奠定了量子力学的基础——我在下一课里会细说,而在第三篇中他提出了第一个相对论,也就是我们今天所说的“狭义相对论”。这个理论说明了对每个人来说,时间的流逝速度可以不一样 ——如果一对双胞胎中的一个人以高速运动,那么两人的年龄将不再相同。
爱因斯坦很快成为著名的科学家,收到了很多大学的聘书。即便是这样,仍然有些事让他心绪不宁——尽管他提出的相对论立刻获得了一片赞誉,但它与我们对引力的了解,也就是自由落体的认知产生了矛盾。他在写一篇总结相对论的论文时发现了这个问题,于是对伟大的物理学之父牛顿那著名的“万有引力”学说提出了质疑:我们能否修正一下这个理论,让它不再与新生的相对论水火不容?为此他陷入了深思,并花了十年时间来解决这个问题。在这十年里,他疯狂研究,反复尝试,不断犯错,陷入混沌。他发表过错误的论文,有过各种灵光乍现的想法,也曾误入歧途。终于,在1915年11月,他发表了一篇论文,给出了完整的解答——这是一个全新的引力理论,他称之为“广义相对论”,这是他的杰作。伟大的苏联物理学家列夫•朗道(Lev Landau)称之为 “最美的理论”。
世界上有许多感人至深、无与伦比的伟大作品,比如莫扎特的《安魂曲》、荷马的《奥德赛》、西斯廷礼拜堂的穹顶画、莎士比亚的《李尔王》……想要领悟这些作品的妙处,都要经历一个从头学起的过程,但最终获得的回报将是百分之百美的享受。其实,除了美感之外,这些作品还能为我们提供一个观察世界的全新视角。广义相对论,这颗爱因斯坦的明珠,正是这样一件杰作。
我还记得自己对这个理论初有心得时的激动心情。那是大学最后一年的夏天,在卡拉布里亚大区孔多弗里城的一片海滩上,我沐浴在希腊风情的地中海艳阳下。因为没有学校课业的打扰,学生在假期里往往能更专注地学习。我当时正在研读一本书,书页的边缘都被老鼠咬烂了。每当我忍受不了博洛尼亚大学那些无聊的课程时,就会跑回位于翁布里亚山区的家中。我的家不成样子,有点嬉皮风格,我每天晚上都会用这本书堵住那些可怜小动物们的洞口。此刻,我时不时地从书页中抬起头来,看看面前波光粼粼的大海,我仿佛看到了爱因斯坦想象中弯曲的时空。
这简直就像魔法一样:宛如一位朋友在我耳边低声细语,告诉我一个不同凡响却又不为人知的真相,瞬间揭开了遮蔽真实的面纱,展现出一个更简洁、更深刻的秩序。自从得知地球是圆的,像疯狂的陀螺一样旋转之后,我们就认识到事实并非如表面所见。每当我们瞥见事实新的一面时,都会激动不已,这意味着又有一层面纱要被揭开了。

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