Mathematics of Space

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出版者:
作者:Legendre, George
出品人:
页数:136
译者:
出版时间:2011-9
价格:325.00元
装帧:
isbn号码:9780470689806
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 建筑
  • parametric
  • 结构
  • mathematics
  • digital
  • design
  • architecture
  • 数学
  • 空间
  • 几何
  • 拓扑
  • 分析
  • 物理
  • 宇宙学
  • 建模
  • 理论
  • 应用
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具体描述

A new title in the Architectural Design series that explores the potential of computational mathematics in cutting-edge design Mathematics has always been a vital tool in the architect's trade, but the last fifteen years have seen a sharp rise in the power of computers and has led to computational abilities far beyond anything previously available. Modern design software and computing power have changed the traditional role of geometry in architecture and opened up new possibilities enabled by topology, non-Euclidean geometry, and other areas of mathematics. With insight from a top-notch list of contributors, including such notables as Philippe Morel and Fabien Scheurer, Mathematics in Space discusses how the advent of computation and information technology has affected the work of contemporary architects. This new title in the Architectural Design series updates architectural mathematics since the digital revolution With world-class contributors, this is an essential resource for anyone interested in the ways computation has transformed the discipline The book explores fascinating issues in modern design, most importantly the impact of mathematics on contemporary design creativity For students and practitioners alike, Mathematics in Space covers vital topics in a constantly changing discipline.

《数学的星辰大海》 本书并非一本关于太空的科普读物,也并非一本介绍如何制造火箭或探索宇宙奥秘的百科全书。它的目光聚焦在更深邃、更抽象的领域——数学,以及数学如何为我们理解和描绘宏伟壮丽的宇宙提供基础和工具。 《数学的星辰大海》是一次穿越理性之美的旅程,它将带领读者深入探索那些构成了我们所知宇宙的数学原理。我们不会讨论行星的运行轨迹,也不会分析黑洞的奇特性质,而是去审视那些支撑这些现象背后力量的抽象结构。本书的核心在于揭示数学这门语言是如何被用来精确地描述、预测并最终理解宇宙的。 本书将探讨以下几个关键领域,但请注意,这里的重点并非“太空”本身,而是与其紧密相关的数学概念: 几何的宇宙观: 欧几里得几何奠定了我们描述日常空间的基础。然而,当我们将目光投向宇宙时,非欧几何的重要性便显现出来。我们将深入研究黎曼几何,理解曲率如何影响空间的性质,以及这是如何成为爱因斯坦广义相对论的关键基石。我们不会模拟星系的碰撞,而是去理解曲面弯曲的数学方程,以及这些方程如何解释引力的本质。我们将探索度量张量(metric tensor)的概念,以及它如何在不同坐标系下描述空间距离,以及它是如何在时空中被构建的。 微积分的动态宇宙: 变化是宇宙永恒的主题。从天体的运动到能量的传递,一切都在不断变化。微积分,尤其是微分和积分,为我们提供了描述和量化这些变化的强大工具。本书将重点解析导数(derivative)如何捕捉瞬时变化率,以及积分(integral)如何累积量变来得出总量。我们将关注微分方程(differential equations)的构建,理解它们如何被用来模拟物理过程,例如物体在引力场中的运动,但我们不会给出具体的轨道模拟结果,而是聚焦于方程本身的构造和解法的原理。例如,我们将分析牛顿运动定律的数学形式,以及它们如何通过积分转化为描述行星轨道的数学模型。 代数的宇宙结构: 从基本的代数方程到抽象的群论(group theory),代数提供了理解宇宙基本对称性和结构的语言。本书将探究群论在描述粒子的对称性以及物理定律的守恒性(conservation laws)方面的应用。我们不会计算粒子的相互作用,而是关注对称性群的定义、群的运算以及群的表示。例如,我们将讨论李群(Lie groups)在量子场论中的角色,理解它们如何捕捉物理系统的内在对称性,以及这些对称性如何与守恒量相联系。 概率与统计的未知星空: 宇宙充满了不确定性和随机性。从宇宙微波背景辐射的微小涨量到宇宙常数的测量误差,概率论和统计学是理解这些不确定性的关键。本书将探讨概率分布(probability distributions)的意义,以及统计推断(statistical inference)如何帮助我们从观测数据中提取有意义的信息。我们不会分析具体的宇宙学观测数据,而是关注概率密度函数(probability density function)的性质,以及如何通过贝叶斯定理(Bayes' theorem)来更新我们对未知参数的信念。 向量与张量的空间描绘: 向量(vector)和张量(tensor)是描述物理量及其方向的关键工具。在天体物理学和宇宙学中,它们被广泛用于表示速度、加速度、力、电场、磁场,乃至时空的曲率。本书将深入剖析向量代数(vector algebra)的操作,以及张量分析(tensor analysis)如何处理更复杂的物理量,例如应力张量(stress tensor)和电磁张量(electromagnetic tensor)。我们将关注张量的变换性质,以及它们在不同参考系下的不变性,理解这是物理定律普适性的数学基础。 《数学的星辰大海》并非一本易读的指南,它需要读者具备一定的数学基础,并愿意投入时间和精力去理解抽象的概念。然而,对于那些对数学的力量感到好奇,并希望通过数学的视角来审视宇宙奥秘的读者来说,本书将是一次极具启发性的探索。我们将一起揭示隐藏在宇宙运行规律之下的深刻数学逻辑,感受数学之美如何与宇宙之宏伟交织在一起。这是一次智力的远征,目的地是理解我们所处宇宙的根本法则。

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读后感

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用户评价

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这本书的叙事节奏把握得极其精准,简直就像一首精心编排的交响乐。前半部分,作者似乎在蓄力,用大量的篇幅来铺垫历史背景,详述了从古希腊到伽利略时代,数学家们是如何一步步挣脱“完美圆形”的束缚,为后来的科学革命奠定基础。这段历史回顾写得如同侦探小说一般引人入胜,每一个科学家的发现都被描绘成一次重大的“解谜”时刻。然而,最让我感到惊喜的是书中对“不确定性”的讨论。它并非简单地引用海森堡的测不准原理,而是追溯了概率论的萌芽,特别是十七世纪赌博中的数学博弈,是如何悄无声息地渗透到我们对宇宙运行规律的理解中去的。这种将宏大叙事与微小生活细节相结合的笔法,极大地增强了阅读的亲切感。读到中间部分时,我甚至产生了错觉,仿佛自己不是在阅读一本科学书籍,而是在参与一场跨越千年的智慧对话。作者对细节的打磨,使得即便是对数学不甚熟悉的人,也能跟上其思想的脉络,这在同类题材中是极为罕见的。

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这本书的封面设计得非常引人注目,那种深邃的蓝色和点缀其中的星辰图案,立刻就能让人联想到浩瀚的宇宙。我原本以为这会是一本专注于天体物理或者前沿宇宙学的专业读物,毕竟“Space”这个词汇指向性很强。然而,当我翻开第一章,才发现它更像是一次关于人类思维极限的探索之旅。作者并没有直接切入复杂的微积分或者高等代数在航天领域的应用,而是从更哲学的角度,探讨了我们如何用抽象的数学工具去“度量”那些我们肉眼无法企及的维度和尺度。书中对欧几里得几何在非欧空间中的局限性进行了相当深入的剖析,这部分内容让我这个业余爱好者读得津津有味,它巧妙地避开了枯燥的公式推导,而是通过历史案例和思想实验来阐述概念。例如,关于黎曼几何的引入,作者用了一种非常生动的比喻,将弯曲时空想象成一个被重力拉扯的蹦床,这使得原本晦涩难懂的概念变得直观可感。总的来说,它开篇就展现了一种宏大的叙事格局,让人期待接下来的内容能继续在思想的星空中遨游,而不是陷入纯粹的计算泥潭。

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这本书在装帧设计和插图的使用上,展现出一种独特的古典与现代的融合美学。内页的排版非常考究,正文与图表的间距拿捏得恰到好处,保证了长时间阅读的舒适度。尤其值得称赞的是那些被精心挑选和绘制的示意图。它们绝非简单的教科书式的配图,而是充满了艺术感。例如,描绘洛伦兹吸引子的那一组彩色图谱,其色彩的层次感和图形的动态美,足以单独被视为艺术作品。通过这些视觉辅助,那些原本需要大量文字描述的动态系统和混沌理论,瞬间变得清晰起来。我注意到,作者在讨论随机过程时,引用了大量早期数学家留下的手稿扫描件,那种泛黄的纸张质感和手写的笔迹,仿佛将读者瞬间拉回了那个思想火花四溅的年代。这种对视觉体验的重视,极大地提升了阅读的沉浸感,让原本可能显得有些“干燥”的主题,充满了生动的气息。

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最让我印象深刻的是这本书在结尾部分所展现出的那种对未来科技的深远洞察力。它并没有满足于回顾历史或解释现有理论,而是将讨论的焦点投向了那些尚未被完全实现的数学构想,比如对量子计算领域中某些非经典算法的数学基础的探讨。作者以一种近乎预言家的口吻,描绘了如果某些纯粹的数学猜想被证明成立,将如何颠覆我们现有的工程学范式。这种前瞻性,使得这本书的价值超越了单纯的知识传递,更像是一种对后学者的启发和指引。它不仅仅是讲述“是什么”,更重要的是引导读者去思考“可能是什么”。读完合上书本时,我感到的是一种强烈的使命感——数学不再是冷冰冰的工具,而是驱动人类文明下一轮飞跃的真正引擎。这本书成功地将抽象的数学思维,升华为一种富有远见的、面向未来的哲学思辨。

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我必须承认,这本书的某些章节对我来说,挑战性是毋庸置疑的。特别是当作者开始探讨高维拓扑结构及其在信息论中的潜在应用时,我感觉自己像是被抛入了一个迷宫,每走一步都需要反复咀嚼作者的论证过程。这并非作者的笔力不足,恰恰相反,是作者试图在有限的篇幅内,尽可能严谨地呈现那些极其抽象的概念。有那么几页,我不得不停下来,查阅了好几个相关的数学词条,才能勉强跟上其逻辑链条。不过,这种“挣扎感”也恰恰是这本书的魅力所在。它没有试图将复杂的数学简化成易于消化的零食,而是提供了一份需要认真“咀嚼”的盛宴。书中的注释系统非常完善,很多关键的引文和背景资料都标注得清清楚楚,这为我提供了深入研究的出口。我特别欣赏作者在处理复杂理论时所保持的那种近乎虔诚的学术态度,他尊重知识的复杂性,并邀请读者一同参与到这种智力上的攀登之中,这使得最终的领悟感远超一般科普读物。

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