《扔一個蘋果到宇宙邊緣:從經典力學、相對論到量子引力》

作者:【英】馬庫斯?喬恩(Marcus Chown)

出版社:北京聯合出版公司

上市日期:2018年04月

內容簡介:

當牛頓坐在他的花園里時,他看到了過去任何人都沒有看到的東西:一個蘋果吸引了整個世界,同時地球吸引了這個蘋果。這是通過自然的相互作用力做到的,這種力讓一切事物得以存在,從行星直到恒星,一切都生存在統一的懷抱里。 從蘋果落地,到扭曲的時空,再到全息宇宙,神秘的黑洞視界,浪漫的量子纏繞,迷人的弦理論。屏住呼吸,準備凝視即將出現在地平線上的魔幻視界吧。 《扔一個蘋果到宇宙邊緣》一本引導讀者漫游生命、宇宙和世間萬物的科普力作!《自然》《科學》《泰晤士報》《衛報》《獨立報》、BBC等鼎力推薦!

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全本定價:¥49.80元

作者簡介

【作者簡介】

      【英】馬庫斯·喬恩(Marcus Chown)

馬庫斯是一位聲名卓著的作家兼播音員。他曾在美國加州理工學院擔任射電天文學家,現在是英國科學周刊《新科學家》(New Scientist)的宇宙學顧問。他撰寫的書籍包括《何等精彩的世界》(What a Wonderful World)、《量子理論不會損傷你》(Quantum Theory Cannot Hurt You)和《我們需要談談開爾文》(We Need to Talk about Kelvin)[入圍2010年皇家學會科學圖書獎(Royal Society Science Book Prize)]。


馬庫斯也是《ipad的太陽系》(Solar System for iPad)一書的作者,該書贏得了售書者2011年數字創新年度大獎(Bookseller 2011 Digital Innovation of the Year award)。


馬庫斯的個人網頁為www.marcuschown.com,推特賬號為@marcuschown。


譯者:李永學

1989年前往英國從事博士后研究,生活、工作至今,現退休為自由譯者。物理專業學士,物理化學專業博士。翻譯領域涉及文學、社科、人物傳記、數學史、科普等方面,譯著有《無言的宇宙》(Zero Word Universe, Dana Macienzie)、《滿足的限度》(The Limit of Satisfaction, William Leiss)等。



【大咖推薦】

1.有關這方面的歷史,喬恩的書為讀者與他們的內心世界做出了引人入勝的介紹。

——《科學》(Science)

2.引力是最弱的自然基本力,也是宇宙命運的控制者。這是一部有關引力的有趣指南,時常令人感到不可思議。

——《泰晤士報》(The Times)

3.期待溫暖人心的智者與科學界天才的降臨。

——《自然》(Nature)

4.馬庫斯·喬恩追溯了引力的歷史:從牛頓的先驅理念開始,直至今天人們因浩如煙海的信息而感到的困惑。他是一個很好的伙伴,清楚地講述了這個故事,在沒有專業術語和令人敬畏的數學概念的情況下,為我們展示了關鍵的理念。本書可讀性很強,愛因斯坦會極為滿意。

——《衛報》(The Guardian)

5.通過一系列巧妙聯系、精心設計的故事,馬庫斯·喬恩回顧了人類對物質本質與起源的兩千五百年的求索。

——《達拉斯晨報》(Dallas Morning News)

6.閱讀一本書寫上乘的科普書是現代生活的一大享受,而這本引導讀者漫游生命、宇宙和世間萬物的書堪稱科普圖書中的力作。

——英國《獨立報》 The Independent (UK)

7.緊湊而易于理解,同時不失廣泛。輕松的寫作筆調、旁征博引的相關文獻,無疑是任何人在科普作品收藏中不可多得的珍品。

——《BBC夜空雜志》(BBC Sky at Night Magazine)

8.本書引導著讀者,樂不知疲地在宇宙學的歷史與可能的未來中穿行而過。馬庫斯·喬恩極其善于指出各項理論的瞬時本質,以及改進這些理論的事業何等艱難。

——www.thebookbag.co.uk


《扔一個蘋果到宇宙邊緣:從經典力學、相對論到量子引力》

作者:【英】馬庫斯?喬恩(Marcus Chown)

出版社:北京聯合出版公司

上市日期:2018年04月

愛因斯坦和女孩擁吻時,在想什么?



1.愛因斯坦.jpg

愛因斯坦

導讀:1907年的一個偉大時刻,愛因斯坦獲得了一層頓悟:一個下落的人感覺不到他的重量。這個看上去不起眼的想法,把他送上了推翻牛頓的世界觀之路。他以 “超越人類” 的想象力與專注力構筑了 “思想實驗室”,獨自在其中揚帆遠航,最終成為世人眼里的偉大天才。

在科學世界里,他是一個虔誠近乎極端的信徒。在世俗世界中,他是一個讓人無法靠近的怪人。這就是真實的愛因斯坦,正如他自己所說:“我實在是個孤獨的旅客,我未曾全心全意地屬于我的國家,我的家庭,我的朋友,甚至我最親近的親人。在所有這些關系面前,我總是感到一定距離并且需要保持孤獨。” 

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追上一束光,那會怎么樣?”正是這個問題,終將讓愛因斯坦走上不朽之路,而當他提出時年僅16歲。

但令人沮喪的是,他從來沒有告訴任何人,他到底是在什么樣的具體情況下提出了這樣一個關鍵問題的。因此我們只得猜測。

我們知道,1896年初,他是在距離蘇黎世以西30英里的瑞士城鎮阿勞讀書的時候構想這個問題的,當時他正在溫特勒家寄宿。

我想象,當時,陽光透過他租住的閣樓房間的窗戶,讓他醒了過來。一株菩提樹的樹枝搖曳著,將陽光切割成無數閃光的片段,它們在他床邊的墻上如同萬花筒般狂舞。他像一個孩子那樣伸出了手,試圖抓住一朵抖動著的光斑。

很明顯,他因為墻紙上變幻的形狀而發呆,結果他沒有掀開被子,一直到他的入定狀態被輕輕的敲門聲打破。“愛因斯坦先生!”這是瑪麗·溫特勒,房東芳齡18的漂亮女兒,她對他芳心暗許。“爸爸讓我告訴你,可以吃早飯了。”

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在我的想象中,那天晚些時,在阿爾高州立學校里,他坐在一間高屋頂的教室的書桌旁,無所事事地盯著阿勞河發呆。來得突然去得也突然,一直把窗戶敲打得噼啪作響的雨已經停了。

當濃密的云朵飄然離去的時刻,一道神圣之光似乎從天而降,把君臨這座瑞士小鎮的陰郁夜色一切兩段。就在它擊中了黑色河流的地方,水波粼粼,波光閃爍,猶如一蓬鉆石在閃光。

此情此景,讓少年愛因斯坦目眩神迷,結果,老師在講交流發電機的線路圖,而他連一個字也沒聽到,一直到他的沉思被學校校長奧古斯特·圖持斯米德博士的吼聲打斷:“愛因斯坦先生!我最誠摯地為打擾您表示道歉。或許,在我們余下的半個小時之內,您可以有一段時間賞光注意聽講,給我們一點點尊重?”


2.青年愛因斯坦.jpg

青年愛因斯坦

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這天晚上,我看到愛因斯坦和瑪麗·溫特勒手拉著手在阿勞狹窄的街道上跑過,他們的腳在水洼上濺起水花,兩個天真無邪的少男少女一路歡笑。盡管全身都濕透了,但他們卻渾不在意,而且突然停下了腳步。他把她拉進懷中親吻。

越過她的肩膀,他看到沿街排布的煤氣街燈那些怪異的綠色光暈。它們一直延伸到遠處,慢慢匯聚在一起,閃光也變得越來越小,越來越暗。在如同油一樣的黑水洼上,他看到了這些燈光的倒影,同樣也看到了滿月的倒影,就像一盞淘氣的燈,它掙脫了地球,扶搖飄蕩,飛到九天之上。他沒有繼續吻下去,而是抬頭望去。

“阿爾伯特?”

他整天都因為光而神不守舍。他整天想著的都是光。他整天都在問自己同一個逼人的問題:我們對光的理解錯在哪里?答案就在問題當中,但他的問題實在太模糊、太不嚴密,叫人無法考慮。

他的女朋友和他說話,但他頭腦中的思緒已經到了千萬里外。月光跨越了漫長的空間,進入了他的眼簾。他想象著它的這段旅程:跨越冰冷的真空,以每小時10億千米的速度疾馳,這時他的心臟漏跳了一拍。

突然,他知道了他應該問什么問題;就是這個問題,讓他有了打開大門、步入新世界的潛力。事情如此明顯,他簡直無法相信,他過去從來沒有想到這一點。

 

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阿爾伯特,你在想些什么?”

即使他還沒有回答,她也知道,這將是一件她永遠永遠也猜不到的事情。盡管他才只有16歲,但他對這個世界的看法與其他人十分不同,他的想法與每個人都不一樣。她在他的房間里看到過他一直鉆研到凌晨的那些課本,它們好像也是用難以索解的文字書寫的。

她知道她無法和他一起一路走去,無法進入他的世界。她突然有了一種預感,似乎她很快就會讓他感到厭煩,然后他就會離開她,這讓她的眼睛中泛起了淚花。

“我在想些什么?”他說,好像從夢中驚醒。

“是的。”她用外衣的袖子抹去了淚珠,但他沒有注意到這一點。

我在想,追上一束光,那會怎么樣?”

眼珠轉了轉,她抓住他的手,拉著他回家。

“阿爾伯特,你多么奇怪啊。”

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當然,這段文字不過是幻想而已,但想象是很有趣的!

當16歲的愛因斯坦構思他的關鍵問題時,人們認為光是一種波動,就像在池塘表面泛起漣漪的水波一樣這并不是一項明顯的事實,因為光波的兩個連續波峰之間的距離非常小,比人的一根頭發的直徑還要小得多。

但在1801年,一位名叫托馬斯·楊的英格蘭物理學家做了一個天才的實驗,這個實驗證實了光的波動本質。盡管如此,對于光究竟是什么,任何人都沒有絲毫的認識。 

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托馬斯·楊


1863年,一切都變了。在一份理論性的驚世杰作中,蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋成功地把所有電現象與磁現象總結在一套工整的公式里。“麥克斯韋方程”描述了一個變化中的電“場”是如何創造一個磁場的,而一個變化中的磁場又是如何創造一個電場的。把電與磁編織到一起,使之成為一件天衣無縫的衣服,這是繼牛頓統一了天空與大地、查爾斯·達爾文統一了人類與動物界之后,科學的第三次偉大的統一。

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在檢查自己的優雅方程時,麥克斯韋注意到了一件令他非常意外的事情。這些方程允許波在彌漫在空曠的空間中的電場與磁場中傳播。而這還沒有完。波動具有一個值得注意的性質:它以光在真空中的速度傳播。對于麥克斯韋來說,這一點不但令他吃驚,而且具有明顯的含義。光必定是一種 “電磁波”。麥克斯韋不但發現了電與磁之間的聯系,而且發現了電、磁和光之間的聯系。

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詹姆斯?麥克斯韋

兩年之內,麥克斯韋的理論便獲得了非凡的科技上的成功。按照蘇格蘭物理學家的“配方抓藥”,德國物理學家海因里希·赫茲實際上創造了人工電磁波。1886年11月,通過使用電火花為“發射器”,他播出了看不見的“無線電波”。這些電波在他的實驗室另一端的一個作為“接收器”的線圈中感應了電流。


在我們這個全球超級互聯的世界里,10億種聲音在我們周圍的空氣當中進行著看不見的持續交談,而這個世界就誕生在1886年的那一天里。20世紀美國物理學家理查德·費曼說:“如果有人對人類的歷史進行一次長程回顧,例如說,由今后1萬年的人做這樣的回顧,我們幾乎用不著懷疑,在他們眼中,19世紀最重大的事件,將是麥克斯韋發現電動力學定律。”

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海因里希·赫茲

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但是,盡管取得了如此之多的成功,麥克斯韋的理論還是給物理學造成了一個非常嚴重的問題。這就是,它與伽利略與牛頓的運動定律不匹配。

所有的波動都需要通過某種媒介傳播漣漪——水波通過水,聲波通過空氣。人們把光在其中傳播的媒介命名為“以太”。由于以太的存在,一個不可避免的后果就是,任何人對一束光線的速度所做的測量,必定取決于他以多快的速度在這種媒介中運動。比如說,你正站在一條航行中的小船上。風吹在你臉上的速度,取決于這條小船是逆著風運動,還是順著風前進。但麥克斯韋方程的古怪之處就在于,它們完全沒有提及任何攜帶光的媒介。反之,它們包括而且只包括了一個光在真空中的速度。它是一個不變的常數,完全不受它存身于其中的世界的任何影響。

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由此得到的明顯結論就是,麥克斯韋的方程有錯,需要加以修正。不管怎么說,它們是科學大廈的后進晚輩。而另一方面,牛頓的運動定律是在差不多兩百年前建立的,而且,從建立之日起,沒有任何人發現過一個單一的例子,說明實際情況偏離了預言。

現在考慮愛因斯坦,他不僅因為赫茲對麥克斯韋方程的戲劇性確證而神迷,而且因為這些方程的美感而心醉,因為在他的眼中,這種品質是其正確性的有力說明。

牛頓曾在他的筆記本中寫道:“柏拉圖為吾友也,亞里士多德亦為吾友也,然真理為吾唯一摯友。”

具有諷刺意味的是,正是因為愛因斯坦百分之百地贊同他的先行者的這種感情,這才讓他有了這樣的魯莽精神去懷疑牛頓。而正是因為這個原因,他才會以16歲的少年之身,對自己提出這樣的關鍵問題:追上一束光,那會怎么樣?

文章摘錄自《扔一個蘋果到宇宙邊緣:從經典力學、相對論到量子引力》,[英]馬庫斯·喬恩著,李永學譯


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