這是一本有趣的物理科普圖書。
筆者以主流物理學史為基礎,從蠻荒時代開始,講述了人類對自然的認識過程。從地心說到相對論,從蘇格拉底到麥克斯韋,從經驗直覺到公理演繹。既有理論闡述,又有實驗證明,既有科學事件,又有科學家不為人知的故事。不僅涉及光學、力學、天文學、宇宙學,還涉及幾何學、數學、生命學、科學史等領域,內容豐富,重點突出。對超出日常生活經驗認知范圍的科學理論,采取詳解、淺析的手段,使之深入淺出、通俗易懂。
在表述手法上,采取風趣幽默的語言,平白易懂的表述,循序漸進的層次,圖文并茂的講解,把那些呆板的定理、艱澀的理論、遙遠的故事,變得活潑、明朗、親切、引人入勝。使讀者在"悅讀"中,獲得科學知識,汲取科學思想,掌握科學方法。
時間是什么?這究竟是普通問題、文藝問題,還是2B問題?
人類認識時間的過程究竟是個鳳凰呢,還是個傳奇?
世界對于我們來說有太多未知,科學青年歡樂多,讓我們一起來歡樂地探索宇宙的奧秘吧!
文盲的講解,集《上帝擲骰子嗎?》和謝耳朵之長,深入淺出、亦莊亦諧。全能作者自制生動圖解,正經賣萌。把呆板的定理、艱澀的理論、遙遠的故事,變得活潑、明朗、親切、引人入勝。使讀者在"悅讀"中,獲得科學知識,汲取科學思想,掌握科學方法。
看完此書,你會對物理有不同以往的認識,后悔那些年沒有遇到這樣的良師益書!
劉繼軍:男,漢族,70后,生于南方,扎根東北,自比為技校學歷的文盲。
喜歡讀讀、寫寫、畫畫、看看、走走,自認有廣度無深度,自評"學點功夫,無根無底;懂些道理,不淺不深"。曾在省市級媒體上發表各類豆腐塊80余篇,有一項個人發明專利。
對大自然充滿好奇,有真相癖,喜歡獨自胡思亂想,漸漸領悟到,追尋自然真諦其實是一種人生修行,熱愛自然科學類讀物,閱讀中發現,看似枯燥無味的科學問題、科學事實其實十分精彩,只是表達方式過于單調,遂產生用有趣的寫法與人共享科學之樂的想法。
前言
及時章 科學的濫觴
懵懂
懷疑
理性
起步
開路
第二章 常識兵器榜
我們應該怎樣認識世界
怎樣知道地球是球形
怎樣知道地球不是宇宙中心
第三章 物理牛人排行榜
開普勒為天空立法
蘋果傳奇
愛的拋物線
誰的萬有引力定律
第四章 所謂科學理論
第五章 牛頓的宇宙
運動VS力
空間的困惑
暈死人的時間
第六章 智慧之光 (上) :路線與戰爭
光程迷蹤
波粒大戰
第七章 智慧之光(下):速度與激情
極速追蹤
百川歸海
第八章 相對論前傳(上): 暗夜傳說
一個臨時工
一個失敗的實驗
一例顯而易見的觀測
一個艱難的決定
兩片烏云
牛頓的時空觀
馬赫的批判
第九章 相對論前傳(下) :天際微白
伽利略變換
種豆得瓜
群雄逐鹿
鹿死誰手
第十章 狹義相對論(上):曙光
追光
論動體的電動力學
第十一章 狹義相對論(下) :新世界
時間膨脹
質能關系
四維時空
光障VS中微子
結語 宇宙在召喚
后記 寫給我摯愛的同好們
附錄
及時章 科學的濫觴
1.懵懂
天蒼蒼,野茫茫,風吹草低見牛羊,還有虎豹和豺狼。生機勃勃而又危機四伏的大地上,我們的祖先跌跌撞撞,一路迷惘。
有空迷惘,也是一種奢望,因為我們太忙。忙什么?生存。這涉及三件大事:找點什么東西吃,防止被什么東西吃掉,繁衍后代。
我們沒有鋒利的爪牙和犄角,跑得不夠快,下水會淹死,想飛沒翅膀,不僅沒有鱗甲,連護體的毛都越來越少,好像我們生來就是為了方便別的動物吃。這個發現真令人沮喪,原來,世界上及時種方便食品,是我們自己。
想起這些就讓我們頭大。難道我們走上了絕路?
其實頭沒白大。肢體上的劣勢,逼著我們只能靠頭腦生存,然后越來越聰明。
我們學會了合作,開始思考和判斷。
有24小時,我們拿起了石頭和棍棒。從此,我們不必僅靠肢體去戰斗。
有24小時,我們懂得了加工石頭和棍棒。它們比爪牙和犄角更好用。
有24小時,我們覺得彼此之間必須得說點什么了……
生產力的提高、語言的產生,讓我們的思維更活躍、更廣闊。終于,我們有能力迷惘了!
我們已經忘了及時個問題是什么,但可以確定的是,那時,只有問題,而沒有答案。知道為什么我們總是說"不知道"嗎?因為那是人類對所有問題的及時個標準答案。
我們怎么會在這里?是誰讓花鳥蟲魚山石草木飛禽走獸長成這樣的?日月星辰……天啊!這太高深了!我……我……我餓了……
后來,有些問題可以解答了。憑經驗。
比如,人會死嗎?會的。怎么知道的?因為誰都沒見過不會死的人。
比如,天會下雨嗎?會的。怎么知道的?因為大家常見天下雨。
……
經驗,可以幫助我們解答一部分問題。但是,這些答案不能上升到更高的層次——鬧不清"為什么",就是知其然,而不知其所以然。
人為什么會死?天為什么會下雨?不知道。
大自然是那樣的豐富多彩:風雨雷電,春夏秋冬,高山深水,夜空密林,日升月落,生老病死,地震洪水……離不開,躲不掉,看不懂,想不通,我們的記憶和思考能力越來越強,于是越來越好奇。這些為什么會存在?這一切怎么發生的?(見彩圖1)
最合理的、最容易得到的答案是:有一種神秘的力量在操縱天地萬物!
神秘,引來好奇,也伴隨著恐懼。我們所能做的,只有膜拜。于是,原始宗教產生了。
從舊石器時代晚期開始,我們有了圖騰崇拜、自然崇拜和祖先崇拜,鳥獸草木、高山大地、江河湖海、日月水火,還有死去的先人,都可以成為我們的神。我們希望通過請請客、送送禮、搞搞對神的崇拜和祭祀,來換取神的護佑和啟示。這可能是最早的交換吧。
從此,我們懵懂無依、敏感脆弱的心靈有了寄托和歸宿。
從此,很多問題有了答案:天為什么下雨?是神干的,為了讓萬物生長。為什么雨下多了?是有人惹神仙生氣了。為什么又不下了?是神仙又生氣了……洪水、火山、地震、日食、瘟疫……唉!這神仙,心眼忒小,氣性忒大。所以我們只好加倍小心供奉。
2.懷疑
幾十萬年過去了。人,越來越聰明。
我們根據經驗,學會了用火、播種、放牧,發明了弓箭、陶器、銅器、鐵器,創造了繪畫、文字……
傳說在石器時代,中國的伏羲就創造了八卦,他把自然界中相對立而又相聯系的事物,如冷暖、日月、高低、軟硬、雌雄、明暗等,歸納為"陰陽",用陰陽相生相克來解釋萬物。 如果這件事發生的年代確定,這大概是史上及時個不用神力解釋自然的系統理論了,它樸素、簡單而又優美,實在是一個偉大的創舉。
但是,這個理論過于聰明了。說過于聰明,是因為這個理論是靠純粹的聰明創造的。當然,那是在原始社會,我們不能站著說話不嫌腰疼,苛求人家創造出既有事實依據,又有實驗支持,還有觀測檢驗的理論來。所以,它只能是靠"(經驗+直覺)智慧"來支撐的哲學。
遺憾的是,后來國人把這種哲學技巧推高到。它的特點就是,結論籠統隱晦,一言多解,不能被證偽,可以解釋一切已經發生的,但不能肯定、地預言將要發生的。只管"定性",不管"定量"。解釋清了是理論精深,預言不準是你沒學好。雖然我誰也打不過,但誰也打不倒我。總之扯不清。
公元前1000多年前,周文王以伏羲八卦為原理,著成《易經》,成為中國傳統思想文化中自然哲學與倫理實踐的根源。這是后話,暫且不提。
語言、文字、人的思維能力,這三者是互促互進的。人類文明開始迅速發展。
公元前3000年前后,埃及人搞出了十進制數學。
公元前2000年前后,巴比倫人的數系得到充分發展,十進制和六十進制(比如計時)并存。
公元前1800年前后,數字符號開始豐富起來。
公元前1100年前后,姬昌也就是后來的周文王蹲監獄時寫了一本書:《易經》。
公元前776年,中國史載日蝕(即日食)記錄。同年,及時屆奧運會在古希臘奧林匹亞舉行。
公元前613年,中國《春秋》記錄哈雷彗星。其后不久,古希臘阿那克西曼德的《論自然》問世。
有證據的最早的醫學著作,是寫于公元前2500—公元前1200年間的"埃及紙莎草書"。書云:
人為嗎生病?是魔鬼啊等壞東西進到了身體里。
咋治?祈禱、念咒、齋戒或佩戴符咒,趕跑這些壞東西,至少讓它們少安毋躁。
當然,還得搞搞儀式,吃些動物、植物、礦物原料配制的藥物什么的。
宗教也在迅速發展。教義和禮制越來越豐富、越來越完備了。神的形象和分工也越來越細。
雖然神仙越來越具體,但由于他們從不出現,所以總是讓人感覺太縹緲、太虛無了。人越思考,神的形跡就越可疑。
經驗,再次幫了我們的忙,人們發現,你虔誠,或者不虔誠,病就在那里,不來不去;你祈禱,或者不祈禱,天氣就在那里,忽陰忽晴……沒人見過神仙,巫術也總掉鏈子。沒人見過無處不在的神干過什么。為什么?
這是懷疑的開始。
我們依靠經驗,能預言很多東西,比如,烏云密布,可能會下雨;秋天來了,樹葉會落;種子埋在土里,會發芽;公羊和母羊洞房后,會生小羊;石頭扔進水里,會沉下去……這就是歸納,科學的最初手段。歸納來歸納去,我們發現,這一切,似乎與神物無關。
與神物有關的預言,往往又不靈。比如,世界上許多人群都相信,發生日食和月食,是因為太陽和月亮被天狼或者天狗吃下去了,只要我們制造大量噪音,就能像轟走其他動物一樣,轟走這些貪吃的家伙,把太陽GG和月亮MM救出來。幾千年來也沒人深究:這天殺的吃得下太陽,個頭一定很大,為啥它在太陽旁邊時,我們看不見它?
再后來,越來越多的人發現,日食、月食、火山、地震跟神仙無關,跟人也無關。
3.理性
公元前6世紀上半葉,古希臘出現了一批思維不正常的人,泰勒斯、畢達哥拉斯、赫拉克利特等,他們不像以前的人那樣,多憑經驗和直覺思考,而是更多地使用邏輯,進行理性的思辨,探求世界的本質。對,這就是哲學。
哲學家們開始琢磨,世界是由什么組成的,它的成分、結構和運作原理,有沒有違規添加劑?這些東西都是從哪兒來的?地震、日食、雨雪等這些千奇百怪的現象,都是怎樣發生的……一時間七嘴八舌,好不熱鬧。
比如,西方科學和哲學之祖泰勒斯認為,水生萬物,萬物復歸于水,大地就漂在水面上;數學家畢達哥拉斯(勾股定理的最早發現者)認為,"數"是物質的根本實在,于是他把數學作為探究世界的基本工具;"萬物皆流變"學說的創始人赫拉克利特認為,火是萬物之本,他說,天體是盛滿火的碗,當碗口背向我們時,就發生日食、月食。雖然有些觀點現在看來很幼稚,但我們發現,自然的人格化消失了,在對自然現象的解釋中,事必躬親的神仙被請了出去,取而代之的是規律性。這一點非常重要,它說明,人對自然的思考,開始走向理性。
那時,以泰勒斯為首的米利都派已經在建立唯物論和一元論了,他們認為,世界是由的一種基本實體組成。
理性,不僅為神仙們減了負,還讓天上的星星清晰起來。
人類從學會思考時起,就對星空好奇不已。宗教出現后,人們不約而同地把星星與神仙、命運、天意等聯系在一起,加上歷法的需要,天文學就此誕生了。
最初,人類不約而同地認為世界是神創造的,宙斯、耶和華、盤古……但這些傳說并不妨礙我們對星空的實際觀測。
人們很早就發現有幾顆星不老實,總在亂動。公元5世紀前后,古巴比倫的祭司們就鎖定了金木水火土和日月這七顆星的活動范圍,我們管它叫黃道帶。他們記下觀測結果,積累大量數據,通過計數的方式找到規律,從而做出一些預言,比如新月出現的時間,甚至能預言月食,雖然不太準。
實際的觀測和數據分析,理性的計算和規律總結,這就是先"定量",再"定性"。人類一腳踏入了科學之門。
公元前6世紀下半葉,老子的《道德經》問世,他說:"道可道,非常道;名可名,非常名。無名天地之始,有名萬物之母……"而孔子正在和禮法較勁,他見本該只欣賞32人組舞蹈的季氏,居然私自欣賞只有天子才能用的64人組的舞蹈,吼出一句名言:"是可忍,孰不可忍?"受到了領導的好評。
這時,留基伯和德謨克利特繼承并發展了唯物論和一元論,他們提出:世界,是一個無限的虛空。虛空中,有無數小到看不見的固體粒子,叫作"原子",這些原子隨意運動、碰撞、排列,形成了萬物。這個學說的重點是,任何事物,都是原子遵從規律運動的必然結果,不受神力和精神的控制。
但是,巴門尼德卻認為,運動,或者叫變化,是不存在的。他的學生芝諾還搞出一個有趣的邏輯悖論,大意是:運動就是物體在有限的時間內,從一點到達另一點。但是,任何距離都可以分成無窮個小間隔。在有限的時間內,穿越無窮個間隔,是不可能的。所以,運動也是不可能的。他們得出結論:雖然經驗和感覺告訴我們,變化是存在的,但從理性上看,這只是很真實的幻覺。
這個悖論結構簡單,體積小巧,卻結實耐用,讓幾代哲學家大傷腦筋。由此可見,這階段,希臘哲學家的邏輯和論證功力提升神速。
后來,恩培多克勒用折中的辦法,勉強應付了這個悖論:構成萬物的基本元素既不產生也不消亡,這就滿足了"不變"的要求。但它們因"愛"與"斗"而聚合、分離,這又產生了"變化",就像我們感覺的那樣。這個說法沒解決悖論,只是和了一團稀泥。
公元前5世紀下半葉,一個熟人出現了:蘇格拉底,西方哲學的奠基人。他說,研究天啊地啊這些東西不實用,還不如研究人,可以促進社會和諧。他使希臘哲學的重心,從宇宙關懷偏向政治和倫理關懷。老蘇雖然成功地轉移了哲學家的注意力,但大家并沒有放棄對宇宙的思考。相反,老蘇精妙的思辨方法,使哲學更加成熟,辯證思維方法直逼事物的本質。
老蘇不僅本人很牛,他的弟子,以及弟子的弟子,也是一個更比一個牛。
柏拉圖和亞里士多德,他倆與老蘇并稱為"古希臘三大哲學家"。
他們傳承的,不只是老蘇的知識,更多的,是獨立思考的能力。