Introducing Relativity

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出版者:Totem Books
作者:Bruce Bassett
出品人:
页数:176
译者:
出版时间:2005-04-15
价格:USD 9.95
装帧:Paperback
isbn号码:9781848310575
丛书系列:
图书标签:
  • 相对论
  • 物理
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具体描述

It is now more than a century since Einstein's theories of Special and General Relativity began to revolutionise our view of the universe. Beginning near the speed of light and proceeding to explorations of space-time and curved spaces, "Introducing Relativity" plots a visually accessible course through the thought experiments that have given shape to contemporary physics. Scientists from Newton to Hawking add their unique contributions to this story, as we encounter Einstein's astounding vision of gravity as the curvature of space-time and arrive at the breathtakingly beautiful field equations. Einstein's legacy is reviewed in the most advanced frontiers of physics today - black holes, gravitational waves, the accelerating universe and string theory. This is a superlative, fascinating graphic account of Einstein's strange world and how his legacy has been built upon since.

宇宙的织锦:从牛顿的机械宇宙到爱因斯坦的动态时空 一部跨越数百年科学思想的史诗,深入探讨我们对宇宙本质理解的根本性转变。 本书并非对任何特定著作的评论或概述,而是一场独立而宏大的思想之旅,旨在描绘人类认知世界图景的演进轨迹,特别是聚焦于二十世纪初物理学革命的背景、内容与深远影响。我们将追溯物理学从古典实在论的坚实基石,艰难而辉煌地迈向现代物理学的广袤疆域的全过程。 第一部分:古典物理学的黄昏与黎明前的黑暗 在本书的开篇,我们将细致地重构十七世纪以来,艾萨克·牛顿建立的宏伟的、决定论的机械宇宙模型。这个宇宙被描绘成一个巨大、精确运行的时钟,时间是绝对的、均匀流逝的背景,空间是固定不变的、欧几里德式的容器。我们将探讨万有引力定律如何成功地统一了天上和地上的运动,将行星的轨道和苹果的坠落纳入同一个简洁的数学框架。牛顿力学不仅是物理学的基石,它更深刻地塑造了启蒙运动的精神——理性、秩序与可预测性。 然而,正如任何辉煌的帝国都存在内部的裂痕,牛顿物理学在十九世纪末期开始显露出无法调和的矛盾。我们详尽地分析了这些“黄昏”的迹象: 1. 以太之谜: 19世纪物理学家们普遍假设存在一种遍布宇宙、构成光传播媒介的“以太”。本书将详细考察科学家们如何设计精密的实验(例如迈克尔逊-莫雷实验)来探测地球相对于这种假想介质的速度,并分析这些实验结果的“零效应”是如何构成一个巨大的理论难题——如果以太不存在,光速的恒定性如何解释? 2. 电磁学的胜利与挑战: 麦克斯韦方程组的出现是理论物理的巅峰成就之一。它以一种优雅的方式统一了电与磁,并揭示了光本身就是一种电磁波。但与此同时,这些方程组的内在结构,尤其是它们对不同参考系下电磁现象的描述方式,与牛顿的时空观产生了直接的冲突。 3. 黑体辐射的幽灵: 在研究热辐射的领域,经典物理学在描述高频光子时预测出灾难性的“紫外灾难”。我们审视了早期物理学家们为解决这一问题所做的徒劳尝试,以及最终如何不得不引入“能量量子化”这一激进的假设,为粒子物理的未来埋下了伏笔。 古典物理学,在它看似无懈可击的结构下,孕育了其自身的解构力量。本书将力求展现那个时代科学家的焦虑与兴奋——他们站在旧世界的边缘,面对着一个即将被彻底重塑的物理实在。 第二部分:时空的重构与尺度的革命 进入二十世纪初,物理学迎来了结构性的根本转变。我们将深入剖析这种转变的核心逻辑,即如何通过重新定义观测者与被观测对象之间的关系,来解决前一部分遗留的矛盾。 本书将详细考察两个看似独立,实则相互支撑的理论支柱: 1. 狭义时空观的建立: 我们聚焦于基本原理的重新审视:光速不变原理和相对性原理的普适性。我们将以清晰的逻辑推导过程,展示如何从这两个基本假设出发,必然地导出时间膨胀、长度收缩以及洛伦兹变换等非直观的结论。这里并非简单罗列公式,而是着重于概念的转变——时间不再是宇宙的统一节拍器,而是依赖于观察者的运动状态;空间和时间不再是分离的实体,而是交织在一起的四维“时空连续统”。我们还会探讨质量与能量之间的等价关系,这种简洁而强大的关系如何预示着巨大的能量潜力,并彻底改变了对物质本质的理解。 2. 宏观引力的几何化: 在狭义理论取得初步成功后,物理学家们面临的下一个巨大挑战是如何处理引力。如何将引力纳入到相对性的框架中?本书将追溯从等效原理的启发,到最终将引力场描述为时空本身的弯曲的艰辛历程。 我们详尽地解析了这种几何化图像的精妙之处:物质告诉时空如何弯曲,而弯曲的时空则告诉物质如何运动。这种对引力的全新理解,彻底颠覆了牛顿的“超距作用”观念。我们考察了这种新理论如何成功地解释了水星近日点的进动等古典物理学无法完美解释的现象,并探讨了光线在强大引力场中弯曲的早期预测,这些预测为新理论赢得了关键的实验性支持。 第三部分:宇宙学、黑洞与现代物理学的展望 在确立了新的时空观和引力理论之后,本书将把视野拓展到宇宙的宏大尺度,探讨这些革命性思想对整个宇宙学领域带来的深刻影响。 我们将探讨新的引力理论如何引导科学家们开始对整个宇宙进行数学建模。从对宇宙静态模型的探索,到后来因解的内在动力学特性而引发的关于宇宙膨胀的激烈辩论,这部分内容描绘了理论物理如何成为观测天文学的驱动力。 黑洞的理论诞生与验证: 在新的引力框架下,理论上必然存在引力极端强大的区域,即“黑洞”。我们将追踪这些奇特天体的理论预言,从最初的理论推导,到其作为宇宙中极端物理环境的象征意义。我们将描述科学家们如何从对恒星演化末期的理解,到最终通过间接观测手段(如X射线源和引力波信号)确认了这些时空奇异点的存在,标志着人类对宇宙边界理解的又一次飞跃。 思维的遗产: 本书的最后部分将超越纯粹的物理学计算,探讨这场科学革命对哲学、文化和人类自我认知的影响。它要求我们放弃对绝对真理和确定性的朴素追求,转而接受一个更加依赖于观察者视角、充满动态和几何美感的宇宙图景。这场从十七世纪到二十世纪的科学演进,不仅仅是公式的替换,而是人类感知现实方式的一次深刻洗礼。 本书旨在为寻求理解现代物理学基础的读者提供一个全面、深入且连贯的叙事框架,探讨科学思想如何通过质疑、实验和大胆的数学创新,最终重塑我们对存在的最基本构成的认知。

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不得不说,这本书的叙述方式非常独特。它没有采用传统的按部就班的讲授模式,而是以一种更加“故事化”的语言来呈现相对论。我感觉作者仿佛在和我分享一场关于宇宙奥秘的激动人心的冒险。书中的案例分析非常贴近生活,虽然是关于宇宙尺度的理论,但作者却能找到与之关联的日常现象,让我产生强烈的共鸣。例如,在解释惯性参考系的时候,作者用到了火车行驶和站台上观察者的角度,这种视角切换让我立刻理解了相对运动的本质。我特别喜欢他对于“同时性”的探讨,打破了我一直以来对时间固定的认知,让我开始思考,在不同的观察者眼中,事件的发生顺序是否真的那么绝对。这本书没有给我一种“学到”知识的压力,反而像是一次轻松愉快的对话,让我不知不觉地吸收了许多复杂的概念。这种“润物细无声”的教学方式,对于我这样并非物理专业背景的读者来说,简直是福音。

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这本书简直是打开了物理学新世界的大门!我一直觉得爱因斯坦的相对论听起来像科幻小说,遥不可及,但《Introducing Relativity》以一种令人惊喜的清晰度和易懂性,将那些抽象的概念一一拆解。作者没有直接抛出复杂的数学公式,而是通过一系列引人入胜的比喻和生活化的例子,让我逐渐理解了时间膨胀、长度收缩这些匪夷所思的现象。阅读过程中,我仿佛置身于一个宇宙的实验室,亲手感受着光速的极限,以及引力如何扭曲时空。书中的插图更是点睛之笔,那些简洁而精准的图示,将抽象的理论可视化,让我的大脑不再是一团浆糊。我尤其喜欢关于双生子佯谬的解释,它不仅仅是一个思维实验,更让我深刻体会到相对性原理的普适性。这本书的语言风格非常友好,没有丝毫卖弄学问的痕迹,而是像一位耐心讲解的朋友,循循善诱。我常常在读完一章后,会停下来回味,然后迫不及待地想知道下一章会带来怎样的惊喜。它不仅仅是知识的传授,更是一种思维方式的启迪。

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我必须说,《Introducing Relativity》的优点在于其高度的“可信度”和“权威感”。虽然它以一种非常易于理解的方式呈现内容,但作者并没有因此而牺牲科学的严谨性。每一处论证都显得扎实可靠,并且能够感受到作者深厚的功底。书中对于一些容易引起误解的概念,比如“洛伦兹变换”,作者给出了非常清晰的推导过程,让我能够理解其数学上的根源,而非仅仅停留在概念层面。我特别喜欢作者在章节末尾留下的思考题,它们不是为了刁难读者,而是为了引导读者进行更深入的探索和联想。这种互动式的设计,让我感觉自己不仅仅是读者,更是参与者。它让我意识到,理解相对论并非遥不可及,而是需要耐心和方法。这本书的语言风格是简洁而精准的,没有多余的废话,每一句话都直击核心。它给了我一种“原来如此”的豁然开朗的感觉,让我对宇宙的运行规律有了更深刻的理解。

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《Introducing Relativity》是一本让我深刻反思自身对物理世界认知局限的书。在阅读之前,我总认为时间和空间是绝对不变的背景,而爱因斯坦的理论则彻底颠覆了我的这种直觉。作者用非常直观的方式,展示了时间和空间是如何依赖于观察者的运动状态而变化的。书中对“光速不变原理”的讲解,更是让我对宇宙的基本法则有了全新的敬畏。它不像是一本教科书,更像是一篇充满哲学思考的随笔,引导我去思考“真实”的含义。我非常欣赏作者对于一些关键概念的反复强调和不同角度的解释,这有助于加深理解。例如,关于“质量-能量等价”的E=mc²公式,作者并没有简单地给出公式,而是通过解释其背后的物理意义,让我明白了质量和能量之间是如何相互转化的。这本书的风格是内敛而深刻的,它不会用华丽的辞藻去吸引你,但一旦你沉浸其中,就会被它所传递的智慧深深吸引。

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这本《Introducing Relativity》给我带来了前所未有的阅读体验,它巧妙地平衡了科学的严谨性和叙事的吸引力。我特别欣赏作者处理“狭义相对论”与“广义相对论”关系的方式,他循序渐进,先从速度对时间和空间的影响入手,建立起一个初步的框架,然后再引入引力场这个更深层次的概念。书中对等效原理的阐述,让我对引力有了全新的认识——它并非一种神秘的力量,而是时空弯曲的体现。我记得有一段描述,作者将一个质量巨大的物体比作放在一张被拉伸的橡皮膜上的保龄球,而周围的小弹珠则沿着弯曲的路径滚动,这个形象的比喻立刻击中了我,让我瞬间理解了引力如何“塑造”宇宙。让我印象深刻的还有关于黑洞和引力波的介绍,虽然只是浅尝辄止,但已经足以激发我进一步探索的兴趣。这本书的逻辑链条非常清晰,每一个概念的提出都有其铺垫,让我不会感到突兀或困惑。它就像一部精心编排的交响乐,各个乐章衔接自然,最终汇聚成一个宏伟的整体。

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