| | | 時間之箭/周讀書繫 | 該商品所屬分類:自然科學 -> 物理學 | 【市場價】 | 344-499元 | 【優惠價】 | 215-312元 | 【介質】 | book | 【ISBN】 | 9787535787682 | 【折扣說明】 | 一次購物滿999元台幣免運費+贈品 一次購物滿2000元台幣95折+免運費+贈品 一次購物滿3000元台幣92折+免運費+贈品 一次購物滿4000元台幣88折+免運費+贈品
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出版社:湖南科技
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ISBN:9787535787682
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作者:(英)彼得·柯文尼//羅傑·海菲爾德|譯者:江濤//向守平
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頁數:394
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出版日期:2016-01-01
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印刷日期:2016-01-01
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包裝:平裝
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開本:32開
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版次:1
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印次:1
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“時間”仍是人類*難解答的謎之一,雖然當今重要科學理論都有它的蹤跡,但是仍然缺乏明確的對"時間"的科學解釋。例如:時間在很多重要的科學理論中沒有方向,是“可逆的”。《時間之箭/周讀書繫》作者彼得·柯文尼、羅傑·海菲爾德用精彩的語言,**性地賦予時間方向感,並呼吁找出能涵蓋時間箭頭的全新理論。 本書作者引導讀者濟覽了所有企圖解開時間奧秘的重要科學理論。他們探究時間的物理理論——牛頓力學,愛因斯坦的相對論,量子理論與勢力學——以及考查*廣泛的時間昭示:時間如何出現在詩、化學到生物學——從“馬維爾的雙翼戰車”和“生理時鐘”到造成旅行時差和星期一早晨沮喪心情的原因。 *後他們總結各種不同的時間闡釋,描述出一種嶄新方式賦予時間方向感,並呼吁要找出能涵蓋時間箭頭的全新理論。
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《時間之箭/周讀書繫》作者彼得·柯文尼、羅
傑·海菲爾德用精彩的語言,權威性地賦予時間方向
感,並呼吁找出能涵蓋時間箭頭的全新理論。時間就
像一隻箭,射向未知的前方,把過去永遠留在後面。
作者回顧了3個世紀的科學史,大膽地對牛頓力學、
愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論、量子力學以及
最近的混沌理論進行了重新解釋。
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前言 序 第一章 時間的形像 第二章 牛頓物理學的興起:時間失去了方向 第三章 時間使愛因斯坦受挫 第四章 時間的量子躍遷 第五章 時間之箭:熱力學 第六章 創造性演化 第七章 時間之箭與生命之箭 第八章 統一的時間景像 第九章 未結束的探索
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電磁時間
牛頓提出他的定律,是為了研究引力對大質量物
體的作用。但是自然界中還有其他的力,例如靜電力
——我們梳頭時使頭發豎立起來的力。解釋靜電現像
的定律*後演變為電磁理論,它是物理學的第二個主
要的理論構成。在這裡,時間同樣是一個棘手的問題
。 牛頓引力理論的一個饒有趣味的特點,是它描述
了兩個大質量的物體(例如太陽和月亮)之間的一種瞬
時作用,盡管這兩個物體並沒有直接接觸。這種現像
被稱為超距作用。它使當時的科學家和哲學家都感到
頭疼,因為找不到顯而易見的機制去說明它。在《原
理》一書中,牛頓敘述道:“我希望我們能用類似力
學原理的推理,導出其他自然現像,因為有許多理由
使我猜想,這些現像都取決於某些力,這些力使得物
體中的粒子由於某些迄今未知的原因,或者相互靠近
而連接成規則形狀,或者相互排斥而分散。這些力既
屬未知,所以哲學家們迄今對大自然的探索仍是徒勞
無功。”
對於像一記拳或是一記耳光那樣的踫撞力,物理
學家和哲學家們可以理解。可是對於吸引力或排斥力
——像牛頓的引力——他們總認為是玄虛的。牛頓在
科學上的主要敵手萊布尼茲,曾把牛頓的工作評論為
“引力(不言而喻,任何牛頓其他的原動力),不是故
弄玄虛就是某種奇跡的作用”。牛頓為了解決這一問
題,想像了一個引力場,它從每一個引力質量中流出
,瞬時彌漫到整個空間,並且隨著到物體質量中心距
離的增加,它的強度按平方反比而減少;這樣當距離
增加一倍時,引力場的強度就減少到四分之一。 靜電力——例如,在帶電的梳子和頭發之間的靜
電力——以同樣的方式作用於整個空間。為使這種作
用在一段距離外發生,就要假定有一個電場,就像牛
頓的引力場那樣。1785年法國人庫侖(Charles
Coulomb)獲得了必要的實驗精度,、為靜電力的理論
提供了基礎。根據他的實驗,他得到了一個把荷電物
體之間相互作用定量化的定律。庫侖使用了一個扭矩
天平,這是一個可以測量一對荷電球之間電力的裝置
。他發現**電荷相互排斥而異性電荷相互吸引,在
這兩種情況下,相互作用力都準確地按照荷電球之間
距離的平方反比而變化(並且正比於兩個球電荷量的
乘積)。 庫侖定律與牛頓的引力定律具有驚人的相似性:
兩者都用了場的概念,都用了平方反比定律,來描述
超距作用。誠然,也有一些重要的區別。電荷有兩種
類型,正電荷與負電荷。**電荷相斥,異性電荷相
吸。而引力隻有一種類型的“荷”——質量——它總
是相吸的:日月星辰之間全都是互相吸引。 與靜電學有關的靜磁場的研究,與靜電場有**
相像的歷史,兩者之間有許多相似之處。當時擔任倫
敦皇家研究所所長的法拉第(Michael Faraday)1820
年在電學和磁學方面進行了獨創性的研究,發現運動
的或動態的磁作用與靜電作用緊密相關,而且反之亦
然。運動的電荷產生磁場,而運動的磁場在導體中產
生電流(第三章中我們將深入討論這種對稱性的原因)
。法拉第的開創性工作,由蘇格蘭人麥克斯韋(James
Clerk Maxwell,1831~1879)用有力的理論繼續發
展。麥克斯韋1864年當倫敦大學皇家學院的教授時,
證明了電和磁的作用,是同一個電磁力不同的表現形
式。他*後集其大成的數學方程是如此優美,使得玻
耳茲曼(Boltzmann)不禁引用哥德(Goethe)的語句:
“難道是上帝寫的這些嗎?……”麥克斯韋把法拉第
的電磁定律數學化,其結果現在就叫做麥克斯韋方程
。根據這些方程,麥克斯韋得到一項推論說,電磁信
號在真空中應該以一個恆定的速度運動,而這個速度
就是光的速度。 這樣說來,我們就很難避免下結論,說光本身就
是一種電磁作用。不久之後,另外一些形式的電磁輻
射也被發現了,從此人們知道可見光隻是電磁波譜中
的一部分,整個電磁波譜覆蓋著從射電波直到X射線
以及它以外的波段。我們熟悉的從紅色到紫色的電磁
輻射波譜,僅僅隻是整個波譜中的、人的視網膜感覺
得到的一個波段。 然而,就像牛頓方程一樣,麥克斯韋方程也不區
分過去和將來。時間不論是正值還是負值,方程都是
不變的,方程裡面不包含過去和將來的區別。按照麥
克斯韋方程,一個像電子這樣帶電的、有質量的粒子
,在電場和磁場並存的情況下,由於同時受到這兩個
場的作用,將受到一個以荷蘭物理學家洛倫茲
(Hendrik Lorentz)的名字命名的力。這個粒子的運
動於是就可以用牛頓運動方程來描述,洛倫茲力和粒
子質量決定粒子的加速度。 這樣我們又一次失去了時間箭頭。正如先前講到
的引力下的運動一樣,現在我們在電動力學中又遇到
了可逆的力學描述。有關帶電粒子在電場、磁場或者
兩者並存情況下的實驗,證實了這些時間對稱的運動
方程的解,的確給出了正確的動力學結果。可是許多
電磁現像,很明顯地是具有時間方向的。從沒有人見
過光波從照亮的房間裡聚回到電燈燈絲,然後被燈絲
吸收;也從沒有人見過光線從我們的眼睛跑出來,再
被太陽或是其他光源吸收回去。因此有些人說,存在
一種電磁的時間箭頭,它可以排除這些“倒轉”過程
,原因是這些過程的初始條件被實現的幾率極小。這
種說法和我們前面已經反駁過的,有關公牛和瓷器店
的說法十分相似。 電和電磁輻射在守時技術方面起了很大的作用。 依賴於個別地方準確守時的“地方時”制度由此結束
,取而代之的是全國性的“**時”。這給出了一個
全國範圍共同意識的“現在”。無線電波可以使遍布
全國的鐘表時間同步。當**個電報繫統1838年在英
國被采用時,人們就已認識到,用同樣的辦法,可以
傳播來自同一個主鐘的信號。電使得鐘表的準確性比
以往大大提高。在美國的貝爾實驗室,借助於電路裝
置的晶體石英鐘,早在20世紀20年代後期就已經問世
。在這類鐘裡,石英晶體像音叉一樣,以恆定而且非
常準確的頻率振蕩。這一頻率是石英晶體的特性,與
機械鐘不同的是,它和鐘表的設計基本無關。 1948年,設在華盛頓的美國**標準局成功地把
一種分子振動用於守時,為原子鐘鋪開了道路。原子
鐘的“滴答”頻率是**與工藝設計無關的。美國國
家標準局當時用的是氨分子,它的形狀像金字塔,由
三個氫原子和一個氮原子組成。三個氫原子構成一個
環,氮原子前後跳動穿過這個環,就形成了鐘的“滴
答”走時。*古老的守時鐘就是我們所在的這顆行星
了,它的缺點是它的轉動速率不是**穩定的,與此
相比,原子鐘要好得多了。由於地球極冠的冰雪凍結
和融化,潮汐的摩擦以及其他產生於地球內部深處的
作用,**的長度在一年之中,有千分之一秒左右的
漲落。這對於現代超精密的守時需要來說,是**不
夠的。 P52-56
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