本书颠覆传统的物理学知识讲解体系,引入了“六极”的概念——以人的感知为参照,站在整个物理学体系的高度,带领读者探知六个极限世界的物理原理:极快、极大、极重、极小、极热、极冷、极快、极重,讲述了爱因斯坦的相对论;极重、极冷,讲述了超导、现代科技;极小、极大,讲述了从夸克到无穷大的两极世界。
1. 最会讲科普的科班作家——严伯钧,知名科普作家、网络科普博主首部力作。多平台科普导师,抖音头部IP,粉丝300w+,播放数6亿+;
2. 物理权威鼎力推荐——陈运泰院士首次倾情推荐、刘兵、李淼、尹传红联袂推荐;
3. “六极”,科普扫盲——从人的最直接感官出发,引入极快(狭义相对论、超光速)、极大(天体物理)、极重(广义相对论、黑洞)、极小(量子场论)、极热(热力学、暴胀宇宙)、极冷(凝聚态物理、超导),穿越6个极限世界,探究世界运行规律;
4.轻松幽默,物理学通俗讲义:——120多幅科普漫画, 以爱因斯坦和普朗克为主角的科学故事,轻松解读物理原理,小白充电的选择。
5.物理硬核,正面刚,不回避——相对论、黑洞、麦克斯韦、不确定性原理、量子场论、杨-米尔斯、薛定谔的猫、熵增原理……44种理论、541个物理概念、25个经典实验,、47条物理原理、73名科学家,一本书读懂前沿物理精髓。
6.直击问题本质,告诉你是什么,而且要说清楚为什么?——宇宙138亿岁,是怎么测算的?钟慢效应是说运动快了时间会缩短,为什么?尺缩效应又是为什么?不确定性原理怎么颠覆了世界观?知其然,更要知其所以然!
我们生活在四维时空(4-dimensional spacetime)中。
首先,空间有三个维度(dimension),譬如任何一个物体都有长、宽、高。长度、宽度、高度都是可以发生变化的,加上时间,时间也是可以变化的,如此便有了时空的四维。当然,更准确的描述是,我们生活3+1维的时空中。换言之,我们要描述在宇宙中发生的任何一个事件,都需要至少四个坐标(coordinate)。
例如,我给别人寄快递,要写对方的地址。地址其实就是一个三维的空间坐标,我肯定要写对方具体是在哪条街,几号,这里的街和号,就代表了两个空间坐标。我还要写对方是住在哪层楼,这就有了第三个空间坐标,即便对方家是别墅,也是有楼层的,别墅入口的楼层通常是一楼。
所以不管怎么样,写任何地址,都会有等效的三个空间坐标。除此以外,快递员要把包裹亲自交到对方手上,还得跟对方确认几点在家,也就是时间坐标。所以完全定下来一个事件,需要四个坐标,三个空间坐标和一个时间坐标。
这里就出现了一个看似不是问题的问题:时间坐标和空间坐标之间有关联吗?或者说,时间的流逝速度和你的空间位置,甚至是运动速度,有没有什么联系?
先别急着下定论,请先想象下面这样一个场景:我跟你两个人各佩戴一块手表,我们俩先把手表校准,然后你就坐着宇宙飞船,去太空游玩了一圈。我们假设两块手表都是非常精准的,那么请问:你去太空转了一圈回来之后,我们两人的手表指示的时间还会是一模一样的吗?
这个问题看似根本不是个问题,因为根据生活经验,既然两个人的表都很准,那不管是谁坐宇宙飞船出去转了一圈,表上的时间应该都是一样的。
这个答案其实就对应了牛顿(Isaac Newton)的绝对时空观 (absolute space and time)。什么是绝对时空观呢?就是牛顿,甚至爱 因斯坦之前的所有学者都认为,时间的流逝是绝对的,它是独立运行的,跟空间没什么关系,全宇宙都可以使用同一个钟来计时。
当然,对于牛顿来说,这个结论其实是经验性(empirical)的, 他并没有什么实在的证据。只是因为在我们日常生活中,哪怕你是个飞行员,天天开飞机,你的手表跟地面上的人的也不会有什么不一样。
但就是这样一个看似不是问题的问题,引起了爱因斯坦的注意。相对论的一个核心就是:空间和时间不是割裂的,它们并非相互独立,而是有非常紧密的内在联系。