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編輯推薦: |
◎ 这世界合理吗?宇宙必须有意义吗?夜空为什么是黑色的?宇宙的外面是什么?时间是人造的概念吗?懒人有道理?外星人存在吗?时空有方向吗?你真的知道自己身处何时何地,将要何去何从吗?
◎ 多少人一生都走不出青少年时期的教育和日常经验,至今还停留在牛顿和伽利略时代的旧时空观中?如果说大人已经“没治”了,那未受“蒙蔽”的未成年人反倒可以轻装上阵,更好地接受新时空观。
◎ 本书通过少年安得一家与神秘的马克叔叔的故事,呈现了最近一百多年的科学进展和发现。不需专业知识,不用公式计算,读者可在聊天一样的阅读快感中,重新认识时空,认识世界,认识宇宙,认识自己。
◎ 从光到宇宙波,从时空的形状到时空的方向,从时间闭环到时间旅行,从时间之“生”到时间之“死”,本书内容广阔又层层递进,读者可跟随少年安得一步步进入“新时空”。
◎ 用毛毯模拟时空弯曲,在机场拆解时间之迷……书中用例和实验皆选择日常生活中熟悉的环境和材料,低成本,可复制,易操作。重要概念和案例配有插图,方便读者理解。
◎ 本书不只是给孩子的“时空简史”,也不只是关于少年安得的“成长小说”,从中,我们还将看到作者对学习方法的探讨,对知识的
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內容簡介: |
绝大多数学校的科学类课程设置和教育理念固步自封于20世纪之前、学科之内。学生一旦先入为主,学成之后再难摆脱或超越。如果要选择一个先入之见,何不以20世纪科学为先?本书中,少年安得即在神秘的马克叔叔的引导下,挣脱伽利略和牛顿时代的旧时空观的束缚,改变思维方式和心态,开始重新认识世界、认识时空、认识宇宙。从牛顿到康德,从奥尔伯斯到爱伦·坡,从爱因斯坦到哥德尔,安得像玩游戏般一路“冲关”,眼前的世界从清晰到模糊,复归清晰,一颗“时空蛋”也开始在安得的大脑里孕育、孵化。
本书的内容循序渐进,螺旋上升,且没有公式和计算,读者可在聊天一样的阅读快感中,一览最近一百多年的科学进展和发现。但本书不只是科普,也不只是成长小说,从中,我们还将看到作者对知识的反思、对人类乃至宇宙命运的思考,以及那些伟大的科学家和哲学家是如何发现问题的,又是运用哪些思想、方法和思维去进行探索、证明或证伪的。与科学知识相比,这些才是重点,因为它们“将支撑你去创造一个你自己愿意去的未来时空”。
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關於作者: |
简 易
想当宇宙学家的哲学博士,曾任大学研究员、科技业高管及少年大学生辅导者(以本书中的教育理念辅导一双儿女十三岁考上大学)。
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目錄:
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引?言 /001
一月·哪里 旧时空
作为礼物的奇怪问题 /007
入门方法论 /012
地基崩溃 /020
坐标和世界线 /028
牛顿的苹果和康德的苹果 /039
百年大傻问 /044
二月·大海 世界因观察方法的改变而改变
观“光”列车 /051
第一个科学家 /060
追光的少年 /067
恍若隔世 /077
时空协变,无处可退 /081
无水之波 /098
三月·草地 因为这个世界就是这样的
令人不安的理论 /107
变化与裂痕 /113
一剑解围 /120
先松口气,来个好消息 /123
输在起跑线上 /126
四月·小山 宇宙的涟漪
未来史分期 /137
最后一块缺失的拼图 /148
最强信使和连续性 /154
坡顶上的哲学 /166
五月·球场 世界的尽头
宇宙的外面是什么? /177
原子弹一样的原子蛋 /180
最远的远方 /185
认知的边界 /195
《世界的开端》VS《世界的终结》 /202
六月·森林 时空的方向
毛毯、蹦蹦床和口香糖 /219
鱼缸里的天文台 /229
时空的形状 /234
宇宙的终极命运 /238
时光和灵光 /244
七月·书籍 节节败退的时间
如何与时间相处 /257
第一组:亚里士多德和奥古斯丁 /260
第二组:牛顿和莱布尼茨 /264
第三组:康德、柏格森和爱因斯坦 /268
第四组:爱因斯坦和哥德尔 /275
八月·机场 可是,时间真的存在吗?
不平等的时间 /283
时间闭环和漏网之鱼 /292
不可能的现在 /298
时间旅行与因果律 /305
九月·影院 当最后一个地球人听到敲门声
数学里的外星人 /315
宇宙大沉默 /321
侦探片或恐怖片 /326
宇宙必须有意义、目的和合理性吗? /329
人类的终局和永恒智能 /338
十月·洞穴 整个太空都是你的舞台和实验室
深度时间 /345
时间的“生”与“死” /352
空间的表象 /357
十一月·笔记 秘密工程
光速造蛋 /367
小宇宙大爆炸 /374
很快就要起飞了,请注意 /384
最短航线 /389
十二月·纸信 仰望星空的少年
时间之冰 /399
时间保卫战 /402
无波之水 /412
连名字都是多余的 /420
后?记 /425
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內容試閱:
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毛毯、蹦蹦床和口香糖(节选)
安顿把一颗葡萄递给马克,说:“我猜到你要做什么了。这块毛毯要是橡皮做的,有弹性,就更好了。”
马克把葡萄放在毛毯的中心,对他说:“这次你来讲解吧。这毛毯呢,就凑合着用吧,不足之处,我们用想象力去补哈。”
安顿推辞道:“不是说好了,易子而教吗?还是你来吧。如果你说错了,卡了,我来纠正,我来接手。”
那一粒小小的葡萄虽然很轻,但在毛毯的中心还是压出了一小块浅浅的凹陷区域,像是一只布面的小圆盘。“圆盘”底部的紫葡萄表皮上,一层均匀分布的白霜在清凉的晨光里呈现出灰白的颗粒感。
“看到这个现象了吧?为什么本来铺得平平整整的毛毯凹陷了?”
安泽看不出这里面有什么魔术,催马克快点表演:“葡萄呗。你要是放个更大个的上去,就会陷得更深。”
“好。请把这葡萄想象成一颗星球,把毛毯想象成空间。如果这空间里空无一物,那就是刚才绷平的那种状态,空间是平直的。可是,这颗星球放上去后,毛毯凹陷了,也就是说,空间凹陷了,而且,越靠近星球的空间凹陷得越深,但远处的空间还保持着相对平直。”
他们从桌面上找到一颗面包上掉下的芝麻,就把那颗芝麻放在毛毯圆盘里。芝麻太轻,勉强保持着自己既不被微风吹到盘外,又不会滑落到盘底。马克说:“别看芝麻小,它也会造成凹陷。只是凹陷太轻微,肉眼看不清而已。如果给这颗芝麻一个横向的速度,它就会绕着葡萄,沿着圆盘的内侧转,就像是葡萄的小行星。这个弯曲的空间保证了芝麻会一直在葡萄的周围转,不会飘走。牛顿说那是因为引力,可没说为什么会有引力。爱因斯坦说那是因为时空弯曲,小球体被大球体拉着转是弯曲时空中的惯性运动。物体按最小作用量原理在弯曲时空里移动,所谓的引力只不过是根据那种路径想象出来的‘绳子’而已。”
安顿又递过来一只小苹果,说:“你应该说那颗芝麻是光,光线在弯曲时空里走不直了,在一堆巨星之间走歪路,走邪路。芝麻太小了,看不清,你用这个苹果吧。”
马克示意安得接过苹果。安得捏着果柄,放到毛毯圆盘外一块平直的布面上,久久不敢放手。他在脑里回放马克之前提到的类似话题,想把那些零零碎碎的初步知识都集中放入眼前的这个实验。就在他有点走神了,让苹果的重力拉着他的手指向下沉入一点时,一个更深的凹陷形成了,刚才那个圆盘消失了,葡萄和芝麻都滚到苹果旁边。
他一点都不后悔,因为他看出奥秘来了。苹果一进去就一统天下,越重的东西造成的弯曲越大,这个弯曲还能吸引附近比较轻的东西滚入它的势力范围。苹果越重,凹陷越深,引力越大。凹陷处附近的芝麻和葡萄只好俯首称臣,顺着斜坡滚入那块空间的最深处——因为那里的引力最大。
“对。如果放入更多东西,如果这个毛毯有弹性,你就会看到处处凹陷,处处弯曲,各个东西之间还互相牵扯。真实的时空弯曲比这个毛毯要复杂得多,就是因为物体的不均匀分布造成了时空的不均匀,而这种不均匀、不平整、到处坑坑洼洼的时空才是宇宙的真实面目。如果没有太阳造成的弯曲时空,地球就不会绕日公转,很有可能头也不回地离开太阳系,最后要不直接撞上某颗星球,要不路遇某颗更热的恒星,被拉着不让走,不久就被烧烤成火球。感谢太阳压出来的这个凹陷,让地球能宅在太阳系里安居乐业。”马克捡起那颗葡萄,哭丧着脸说,“地球也是个苦命的主,不得不以每小时10万多千米的速度绕着太阳公转,一旦停下,就会像刚才的葡萄,落到弯曲时空的最低处。太阳就在那个凹陷的底部等着呢,地球掉下去就万劫不复了,一切都将在太阳的熔炉中化为乌有。为了避免这个结局,地球每时每刻都带着我们在时空的斜坡边缘快速滚动。而我们人类坐享其成,什么都不做就可以坐地日行257万千米。”
马克说了这么多,让安泽等得不耐烦了。她探头往里看,没看出什么异样。安得则歪着脑袋看着整张毛毯,说:“住在这种空间里,到处都看着别扭,伸不直手脚,什么线条都曲里拐弯的,可为什么我们人类却感觉不到呢?”
“这只是小模型而已,实际空间亿万倍大,除非你身高几万米,否则感觉不到弯曲的。”马克放开手指,让刚才拿起的葡萄掉入毛毯,接着说,“如果你们能想象这是一颗石子,毛毯是水面,石子一入水,就会看到两个结果:水面弯曲和涟漪扩散。很常见的现象,是吧?时空也一样,那种弯曲会扩散,从凹陷中心最深处向外扩散。”
安得恰到好处地接话说:“如果两颗石子碰撞,那就是我们以前聊过的引力波了。”
“是的。”说到引力波,马克便想起树枝,就在地上捡起一根小树枝,小心翼翼地在凹陷处内侧比划着。“不过,你们学校里正在教的几何学可能在这里面要碰壁了。比如,三角形内角之和等于180°,是吧?那是在平直的空间里。假如空间是弯曲的,就像这里,画个三角形,看,内角和还是180°吗?即使画在苹果表面上,三个边的线条也得顺着球面走,内角和也不等于180°。勾股定理不灵了,圆周率π也不用背了。弯曲空间里的圆和平直空间里的圆不是一回事,在不同弯曲度的空间里,圆周率的数值也不一样。所以,要判断自己是不是在弯曲空间里,其实很简单,你只要计算那里的三角形的内角和或圆周率就可以了。”
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