| 作者 |
| 罗伯特·斯奈登（Robert Snedden） 何佳茗 何万青 |
| 丛书名 |
| 出版社 |
| 电子工业出版社 |
| ISBN |
| 9787121411779 |
| 简要 |
| 简介 |
| 内容简介 本书以准确客观的语言、清晰的时间线索讲述科学史，深入浅出地呈现物理基础概念的接受史”和物理学家们的江湖史”。以历史的方式讲述物理知识，以故事的形式介绍物理研究方法和物理思想。本书采用一种抽丝拔茧、福尔摩斯探案般的叙事架构，对人类从现象和好奇心入手认识世界，不断突破自身的认识局限的过程悉数道来，再配以大量科学史上珍贵的高清照片，读起来引人入胜又值得反复推敲。作者对科学概念的形成和表达采用了严谨而准确的描述，并不掺杂个人的评论，这使得本书成为一本常读常新的科普著作。 |
| 目录 |
| 第一章 物理吸引力 第二章 经典气体 第三章 力的世界 第四章 光 第五章 物质状态 第六章 触电体验 第七章 电磁学 第八章 热力学 第九章 万物相对 第 十 章 时空弯曲 第十一章 量子领域 第十二章 粒子与未知 前言 前 言 草蛇灰线，伏脉千里：物理学突破之旅 本书的书名最初被出版社译为《物理之美》，不过随着女儿和我翻译到尾声，我们都觉得整本书展现的气质，有一种人类征服物理学星辰大海的漫漫征途”的感觉，后来我想起王阳明格物致知格竹子”的故事，借用过来就有了《格物致理》这个书名。 在翻译过程中，女儿断断续续和我分享了在翻译中发现的本书特点。譬如，每一章都从物理学的一个学科分支的最初起源讲起，而不像一般教科书那样，一上来先给出定律的范式，然后是解释，接下来就是如何用其来分析和求解应用题。本书的介绍方式，回到了人们探索、发现世界奥秘的起点，比如天然磁石的发现可以追溯到公元前800年左右的一个叫马格内斯（Magnes）的牧羊人，本书介绍了在铁质的杖尖被磁石吸引后，人们从现象到观察、从观察到实验的过程。因而我们相信，年轻的读者如果抱有好奇心，便能顺着这些引人入胜的线索，跟随前赴后继的物理学侦探”们抽丝剥茧，逐渐产生对一个学科分支形成的认识，知道物理学的大厦并不是建立在天才们的想象”之上的，而是实实在在从对自然的观察和生活问题的解决中自下而上生长”出来的。 本书的另一个特点是，作者采取了一种克制的行文手法，尽可能精确描述物理学突破道路上的事实和转折，通篇不做个人评论，而是配以大量的珍贵的科学史图片，让读者自己扮演那个科学史侦探的角色。作为著作等身的科普作家，罗伯特斯奈登这样的写法，让我们在翻译的过程中，产生了一种如果当年我读的物理教科书是这样的该有多好”的感叹。以前，我在英特尔参与过翻译美国同事写的技术书籍的工作，有写书经验的作者常常提到一个共识说写作水平达到了Textbook”的水准，这是一种很高的褒扬。因此，在翻译过程中，出版社的编辑和我们特别注意为书中一个个科学史上的人名和名词确定统一和约定俗成的译法，对每一幅高清图片的文字进行详细的翻译。作者为许多重要人物补充生卒年月的严谨写法，为每一段对话添加出处的行文方式，也让这本书格外严谨，我们希望它能够成为一本读时引人入胜，读后置之案头可予查询参考的书。需要提醒读者的是，这本书精美的原理插图和历史照片，有不少是国内其他科普图书无法呈现的，绝对值回票价”。 感谢电子工业出版社的编辑朋友为我们提供了翻译本书的机会，在2020年这个特殊的年份，我和留在美国校园读大一的女儿一起隔空做了一件有益的事。在疫情刚开始时，我们经常隔着12个小时的时差在深夜对话，相互安慰。她说，普希金在因霍乱被隔离期间写出了《叶甫盖尼奥涅金》，在焦灼中能够潜心做一件事是非常幸运的。后来，中国的疫情很快就得到了控制，我的很多时间都花在了自己的工作上。从2020年8月到12月，何佳茗完成了本书2/3的翻译工作，包括从前言到第7章，以及最后的第12章的翻译，我则翻译了从第8章到第11章的内容。 如果读者能够从阅读中获得知识，体验到物理学突破的奇妙历史，则是作者罗伯特斯奈登的功劳；如果感觉平庸难懂，则也许是我们翻译得不够完美，提前表示歉意。 何万青 媒体评论 物理学不是普通的一门”学科，而是关于这个世界本原的”学科。在日常的生活和工作中，你可能不会直接用到有关世界本原的知识，但是你有必要知道这个世界到底是怎么一回事儿。本书讲述了古往今来极为聪明的一群人是如何探索世界本原的。学校里那些课本和试题辱没了他们的智慧，现在让我们重返发现现场，去体会一下当初的震惊、不解、斗争和纠结吧！上天入地，没有比这更令人激动的事情了。 万维钢，科学作家，得到App《精英日课》专栏作者 本书以一种清晰、友好的方式叙述了物理学（有硬的科学＂之称）的历史，化解了所有科普读物都面临的矛盾可爱者不可信，可信者不可爱”。作者没有居高临下地罗列一大堆令人生畏的知识成果，而是让读者再度进入到特定的知识语境，与历史上智慧的一群人一起面对事实和逻辑的挑战，重新领略物理学史上一个个知识据点被攻克的过程，这是一种艰难而激动人心的认知历险。正如爱因斯坦所说，大学教育的价值，不在于记住很多事实，而在于训练大脑会思考”。对于人类格物穷理的历程，本书给出了一个生动的、激发参与感的复盘，不仅刷新了我们对物理学诸多史实的认知，也为我们带来了一堂训练大脑会思考”的大课。物理学不是普通的一门”学科，而是关于这个世界本原的”学科。在日常的生活和工作中，你可能不会直接用到有关世界本原的知识，但是你有必要知道这个世界到底是怎么一回事儿。本书讲述了古往今来极为聪明的一群人是如何探索世界本原的。学校里那些课本和试题辱没了他们的智慧，现在让我们重返发现现场，去体会一下当初的震惊、不解、斗争和纠结吧！上天入地，没有比这更令人激动的事情了。 万维钢，科学作家，得到App《精英日课》专栏作者 本书以一种清晰、友好的方式叙述了物理学（有硬的科学＂之称）的历史，化解了所有科普读物都面临的矛盾可爱者不可信，可信者不可爱”。作者没有居高临下地罗列一大堆令人生畏的知识成果，而是让读者再度进入到特定的知识语境，与历史上智慧的一群人一起面对事实和逻辑的挑战，重新领略物理学史上一个个知识据点被攻克的过程，这是一种艰难而激动人心的认知历险。正如爱因斯坦所说，大学教育的价值，不在于记住很多事实，而在于训练大脑会思考”。对于人类格物穷理的历程，本书给出了一个生动的、激发参与感的复盘，不仅刷新了我们对物理学诸多史实的认知，也为我们带来了一堂训练大脑会思考”的大课。 吴伯凡，得到App《认知方法论》主理人 我作为万青的老朋友，一直很羡慕他啃”各种图书而过目不忘的书虫本事，本书是万青首次与他同样喜欢读书的书虫女儿的联席科普译作，这让我更加羡慕、嫉妒、恨”了。虽然我现在从事超级计算的研究工作，但我当年高考的提前批录取志愿，填报的其实是北京大学天文学系，这恐怕没有多少人知道。本书以时间为顺序，分为多个主题，深入浅出地向读者系统阐述了近百年来人类探索物理科学发现的脉络。本书采用一种抽丝剥茧、福尔摩斯探案般的叙事架构，对人类从外在现象和内在好奇心入手认识世界、不断突破自身认知局限的过程悉数道来，再配以大量科学史上珍贵的高清照片，读起来引人入胜又值得反复推敲。作者对科学概念的形成过程采用了严谨而准确的描述，并不掺杂个人的评论，这使得本书成为一本常读常新的科普著作。 今天，我们处在一个高速发展的、科技是生产力”的时代。我认为，对忙碌的成年人而言，这本书是理解和重温科学基础知识的高能钙片”；对青年学生而言，本书将帮助他们更全面地理解书本上那些物理学发现的来龙去脉，而不是仅仅领会和应用理论。我相信，大家会为物理学家在历史上前赴后继的科学探索精神所感动！ 张云泉，中科院计算所研究员，博士生导师，九三学社中央科技专门委员会委员，九三学社中央科普工作委员会委员 不要以为只有文学艺术才能够陶冶情操，科学也一样，它能使人站得更高、看得更远。因此，人人都应该掌握一些物理学常识，尽管它或许在你的工作和生活中并不常用。物理学不仅严谨，而且神奇、精彩；物理学家不仅严肃，而且鲜活、生动。这是一本让人拿得起却放不下的书，那一个个峰回路转、惊心动魄的故事及故事中的科学知识，一定会令你心潮澎湃，激起你对科学的崇敬和神往。本书适合每个人阅读，不分文科生或理科生，而且我非常推荐文科生阅读本书。 王革华，清华大学核能与新能源技术研究院教授 书摘 从很大程度上来说，科学的目的是解释现实并找到驱动自然现象的基本规则和秩序。物理学是关于物质、能量及两者之间相互作用的科学。换句话说，它是一切的基础，也正如欧内斯特卢瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937年）所言：“所有科学要么是物理学，要么是集邮。” 物理学与获取知识，以及了解我们周遭的世界息息相关。为了种群的兴旺，我们的祖先通过观察和实验相结合的方式来了解世界是如何运转的。出于生存的迫切需要，人类成了科学家。例如，在制造工具时，人们需要依据工作的性质来选择材料——有些石头能被磨削锋锐，有些则不能。第一批工具制造者不得不通过反复实验来验证猜测。人们需要获得可以被实践的知识并将其传授给他人，于是播下了科学的“第一粒种子”。 同样地，早期人类已经意识到了许多自然现象具有可预测的规律性——每天早晨太阳升起，春天总在冬天后出现，抛出的石头永远会掉落在地上。因此我们不难理解，人们在尝试解释这些自然秩序时可能会依靠宗教和魔法。 第一个使用公认的科学方法来思考事物的思想家也许是米利都的泰勒斯（Thales，约公元前624—约公元前546年）。泰勒斯是古希腊七贤之一，他认为所有现象都可以用自然、理性的方式来解释，而非人们普遍认为的超自然力量。要了解世界，必须先了解它的本质或“Physis”（本性，“Physics”的前身）。泰勒斯与其他古希腊哲学家的思想在公开的、批判性的辩论中接受检验，当时所有理论和解释都可能受到挑战。直到今天，这种方式对科学探索仍然影响深远。古希腊科学家与当今科学家的不同之处在于，他们认为没有必要通过实验检验假设——对他们来说，一个合理的、自洽的论点就足够了。 亚里士多德（Aristotle，公元前384—公元前322年）认为所有自然现象都对应着自然法则。他除了对物理学感兴趣，对哲学、逻辑学、天文学、生物学、心理学、经济学、诗歌和戏剧也很感兴趣。亚里士多德的思想影响了西方科学和哲学近两千年，尤其是随着中世纪科学的发展，其思想在欧洲受到极大欢迎，直到17世纪初，他的思想才受到伽利略思想的挑战。 随着时间的推移，越来越多的人认为自然现象是由可被发现和理解的自然法则主导的，而非超自然力量。方济各会修道士和学者罗杰培根（Roger Bacon，约1214—约1293年）是最早提及自然法则概念的人之一。据说，培根劝告人们“不要再被教条与权威统治，看看世界吧！”。培根的独立思想导致他与在科学问题上拥护宗教和亚里士多德权威的天主教教会发生了冲突，以致他因思想异端而入狱15年，但他为自然界的科学研究铺平了道路——一切源于实验和理性。 培根的另一条格言是“数学是通向科学的大门和钥匙”。这在物理学中毫无疑问是正确的，物理学在很大程度上与可测量和可量化的事物有关。数学分析是从实验与观测所得数据中发现意义、规律的可靠方法。在培根时代，数学家开始开发强大的新代数工具，该工具可以用符号表示未知量，并为科学家提供了前所未有的探索事物间关系的方法。在16世纪和17世纪，身为数学教授的物理学家伽利略伽利雷（Galileo Galilei，1564—1642年）和艾萨克牛顿（Isaac Newton，1643—1727年）开启了物理“嫁接”数学精准性的新纪元。 在伽利略和牛顿之前，科学界发生了一场真正意义上的惊天动地的革命，尼古拉哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473—1543年）否定了宇宙以地球为中心的普遍观点，而主张宇宙以太阳为中心，地球绕着太阳运动。哥白尼还否定了上帝赋予人类以一切造物的中心位置的观点，因此他不可避免地与天主教教会发生了冲突。伽利略因支持哥白尼的观点而被以异端罪名控告，于1633年被宗教审判官传唤。在酷刑的威胁下，伽利略放弃了地球围绕太阳运动的观点。据说，伽利略曾挑衅般地喃喃自语：“但地球仍在运动。” 正如培根所预言的那样，数学确实成了研究宇宙物理学的钥匙。约翰尼斯开普勒（Johannes Kepler，1571—1630年）利用当时可用的最佳观测数据，在1609年证明了行星确实围绕太阳运动，但与之前的发现不同，行星的轨道路径是椭圆形的而不是圆形的。这一发现证明了数据比宗教更重要。开普勒没想到会发现以椭圆形轨道运动的行星，但他仍然选择相信数据和数学原理。 随后，牛顿解释了开普勒发现的椭圆轨道。1684年，天文学家埃德蒙哈雷（Edmond Halley，1656—1742年）问牛顿，如果行星被与距离平方成反比减弱的力吸引向太阳，它将如何运动？显然牛顿几年前就已经找到了答案，据说他立即回答：“一个椭圆。”哈雷说服牛顿，让牛顿发表自己的计算结论，于是这个结论在1687年被发表，并成为科学史上最有影响力的成果之一。牛顿的《自然哲学的数学原理》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica）或简称为《原理》，阐明了牛顿对力和质量的定义及三个运动定律。在该书的第三部分中，牛顿提出引力无处不在，作用在所有物体之间，引力大小与它们质量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，由此解释了开普勒揭示的行星运动规律。 在牛顿提出无与伦比的洞见之后，科学家开始认同一切事物是可以被量化和理解的。牛顿提供了一个框架，在这个框架下，清晰的理性世界观得以建立。 1812年，皮埃尔-西蒙拉普拉斯（Pierre-Simon de Laplace，1749—1827年）发表了一篇关于宇宙决定论的论文：《概率分析理论》（Essai philosophique sur les probabilités）。 他想象了一个超智能的存在——以“拉普拉斯妖”（Laplace's Demon）之名为人所熟知，其可以在一瞬间知道宇宙中所有物体的位置和速度，以及作用在它们上面的力，并且能通过这些数据计算物体在未来的位置与速度。 直到19世纪末，物理学大多是在完善机械宇宙观。18世纪，工业革命中蒸汽机的发明促进了热力学的发展，科学家和工程师开始寻找各种方法“榨干”机器的能效。热、能量与功的性质得到了前所未有的彻底研究。 在这些研究中，诞生了伟大的概念“熵”（系统中无序的量度，热力学第二定律所包含的思想——熵总是趋于增加），以及“平衡态”与“不可逆”的概念。这些概念共同指向宇宙的最终崩溃，也就是宇宙学家亚瑟爱丁顿（Arthur Eddington，1882—1944年）所说的“热寂”的最终状态。 爱丁顿在传播有史以来最伟大的物理学家之一——阿尔伯特爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955年）的思想中发挥了重要作用。在爱因斯坦之前，时空只是物理学家所关注事件的发生背景。相对论改变了这一点。1864年左右，詹姆斯克拉克麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879年）从电磁学的基础常数中预测了光速。1905年，爱因斯坦发现对于所有观察者来说，光速必须保持不变，并且从这个看似简单的前提出发，得出了涉及时空伸缩的无可争议的结论。正如爱因斯坦曾经的老师［译者注：赫尔曼闵可夫斯基（Hermann Minkowski）］所说：“此后，空间和时间本身注定要蜕变为纯粹的幻影，只有两者的结合才能保持独立的现实。”爱因斯坦证明了引力实际上是时空因嵌入其中的物质而弯曲的结果，而不是牛顿所设想的力。正如美国物理学家约翰阿奇博尔德惠勒（John A rchibald Wheeler，1911—2008年）的简洁描述：“时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲。” 20世纪初，人们看待宇宙的方式发生了深刻的变化，这是一个科学分水岭，它将物理学划分为经典物理学和量子物理学。一些物理学家甚至认为爱因斯坦的相对论属于“经典物理学阵营”，而非严重偏离经典物理学。但是，爱因斯坦对量子时代的发展起到了积极作用。 1905年，爱因斯坦发表了他对光电效应的定义：金属表面在光辐射作用下发射电子的效应。他为此使用了马克斯普朗克（Max Planck，1858—1947年）五年前引入的物理学概念——能量不是连续的，而是以离散的小份（被称为量子）出现的。 量子是物理学革命的“种子”。尼尔斯玻尔（Niels Bohr，1885—1962年）、沃纳海森堡（Werner Heisenberg，1901—1976年）和埃尔温薛定谔（Erwin Schrödinger，1887—1961年）等科学家在开始探索其意义时，建立了一种宇宙观，认为宇宙中没有什么是确定的，光可以作为波与粒子同时存在，在完全相同的实验中可能会产生不同的结果，在测量之前物质的属性没有实际意义。就量子物理学而言，没有“真实的”世界，只有充满各种可能性的无定形海洋。 物理学面临的最大挑战之一是找到一种方法，一种所谓的“万物理论”来协调量子域的基本力与爱因斯坦的宇宙的引力和扭曲的时空。迄今为止，这一目标被证明是遥不可及的，斯蒂芬霍金（Stephen Hawking，1942—2018年）和爱因斯坦等物理学家尽最大努力也无法接近它。霍金认为，包罗万象的超级理论将永远遥不可及，因为人类对现实的认识总是不完整的。然而霍金对此并不感到沮丧，他说：“我们拥有一生来欣赏宇宙的伟大设计，为此，我们深表感谢！” 在本书中，我们将仅介绍物理学在“理解”这一伟大设计过程中的一些发现。 . |