宇宙与原子-自然科学-文化科教-太极之巅书单号

书刊介绍

宇宙与原子内容简介

宇宙与原子》一书首先将注意力集中于*微观和*宏观的世界——原子、亚原子、粒子以及整个宇宙，目的是尽量解答以下两个问题：“我们是由什么构成的？”和“我们所在的宇宙是怎样的？”。为了更好地了解微观世界和宏观世界，书中首先在人类自身的尺度上对自然进行审视。在这一过程中，我们会学到一些有用的物理规律，同时，我们还采取历史方法，讨论一些现在看来很古怪，甚至很愚蠢的观点，探讨早期科学观点中的谬误对我们而言有着诸多裨益。

宇宙与原子本书特色

宇宙的浩瀚与原子的微小
一直是人们孜孜以求探索的目标
寻着先人的脚步
让我们离真相更近一些

宇宙与原子目录

■第1章早期的宇宙观 /
1.1地球 /
1.2天空 /
1.3亚里士多德和阿里斯塔克斯的观点 /
1.4哥白尼革命 /
■第2章太阳系和太阳系之外 /
2.1椭圆轨道 /
2.2伽利略的贡献 /
2.3恒星 /
■第3章牛顿的时空观 /
3.1无限的宇宙 /
3.2无穷的时间 /
3.3标量和矢量 /
3.4四维时空 /
3.5速度和加速度 /
■第4章早期的运动观 /
4.1齐诺悖论 /
4.2亚里士多德的运动观 /
4.3伽利略的运动观 /
■第5章牛顿的运动定律 /
5.1**定律 /
5.2第二定律 /
5.3第三定律 /
5.4参考系 /
■第6章牛顿的引力理论 /
6.1苹果与月球 /
6.2远距离作用 /
6.3场 /
■第7章能量和动量 /
7.1功 /
7.2能量 /
7.3能量守恒 /
7.4动量 /
7.5动量守恒 /
7.6角动量 /
■第8章电与磁 /
8.1电 /
8.2磁 /
8.3电磁 /
■第9章波的运动 /
9.1声波 /
9.2声音的多普勒效应 /
9.3光波 /
9.4光的多普勒效应 /
■第10章相对论 /
10.1牛顿理论的局限性 /
10.2全新的运动定律 /
10.3双胞胎悖论 /
10.4光速是速度的极限 /
10.5等效原理 /
10.6引力是扭曲的时空 /
10.7黑洞 /
■第11章原子 /
11.1早期的原子观 /
11.2原子存在的证据 /
11.3原子的构成 /
11.4原子核 /
■第12章量子理论的曙光 /
12.1黑体辐射 /
12.2光电效应 /
12.3线状光谱 /
12.4玻尔的原子模型 /
■第13章量子力学 /
13.1粒子波 /
13.2非相对论量子力学 /
13.3海森堡的不确定原理 /
13.4量子力学中的干涉问题 /
13.5相对论性量子力学 /
13.6自旋与统计 /
13.7纠缠 /
■第14章元素 /
14.1角动量的量子限制 /
14.2元素 /
14.3化合物 /
■第15章原子物理 /
15.1强力 /
15.2原子核 /
15.3核聚变 /
15.4关于放射性的其他问题 /
15.5核裂变 /
■第16章基本粒子 /
16.1什么是基本粒子 /
16.2基本强力 /
16.3弱力 /
16.4标准模型 /
■第17章太阳和太阳系 /
17.1太阳 /
17.2行星 /
■第18章银河系 /
18.1恒星 /
18.2星球的演变 /
18.3星系 /
■第19章宇宙 /
19.1宇宙的扩张 /
19.2宇宙微波背景辐射 /
19.3大爆炸 /
19.4膨胀 /
19.5宇宙是由什么组成的 /
■第20章假想 /
20.1超对称理论 /
20.2超弦理论 /

宇宙与原子节选

传统来说，我们的世界上有苦有甜、有冷有热，然后还有颜色。事实上，我们的世界只有原子和虚无。
——德谟克利特（公元前460-前357）
万物皆由原子构成。
——理查德·费曼（1918-1988）

在现代的自然观念里，构成物质的*小部分的自然规律与整个宇宙的进化发展息息相关。与早期的原子观不同，我们现在所称的原子并不是*小的粒子，原子也是由更小的东西构成。同样，原子也能被分解为更小的单位。

11.1早期的原子观
古希腊的哲学家们对物理世界的诸多事物进行过猜测。他们经常会对自然的运行规律进行假想，但在亚里士多德之前，鲜有哲学家试图去证明他们的假想。因此，普通物体是由不可再分割的小东西（原子）构成这一观点和物质能够被无限分割的观点同时存在着。
有个早期的古希腊人设想了原子的存在，这个人就是阿那克萨戈拉（公元前500—前428）。德谟克利特（公元前460—前357）发展了阿那克萨戈拉的思想，并指出物质是由存在于其他虚空中的形色各异的不可见原子构成。我们可以看出，德谟克利特并没有试图证明原子存在与否。很显然，原子对他的吸引仅停留在哲学层面上。
其他的希腊哲学家则对物质可无限分割这一观点很感兴趣，亚里士多德就在此列。尽管亚里士多德强调观察，但他没有把自己的理论严格建立在观察的基础上，而且，有时他尽管确实对自然做出了观察，但他并没有从观察中得出正确的结论。亚里士多德是位伟大的哲学家，但他的科学观点仍有许多改进的余地。
在科学研究当中，亚里士多德不是很幸运，因为许多理论在当时无法通过观察来验证。亚里士多德肯定发现自己可以将物质切分得越来越小。他万万没有想到，在他观察不到的微小尺度上，物质无法在不改变属性的前提下继续分割下去。

11.2原子存在的证据
实际上，人们在200多年前就有了间接证据证明物质是由原子构成的。其中一条证据是，特定的物质可从某种看上去类似的物质中分解出来，就像这种相似的物质中包含着这种特定物质的微小颗粒一样。
另一条证据来自气体的运动现象。封闭容器中的气体会对容器的内壁施加一个压力（在第5章中，我们将压力定义为单位面积上受力的大小）。气体温度上升或容器内气体增加时，这一压力也随之加大，这就好像气体是由在容器中随机运动的粒子构成一样。在任意时间内，会有一部分粒子撞到容器内壁，从而施加一个作用力，产生压力。若气体的量增加，在单位时间内撞击内壁的粒子就会增加，压力也随之加大。若气体温度升高，气体的粒子活动就会加快，压力也会加大。粒子运动速度越快，它们所拥有的动能就越大。气体的各个粒子所拥有的动能并不是完全相等，但我们可以用这些粒子的平均动能。温度与平均动能成正比。
我们之前讨论过两种不同的温度计量方法，即华氏温标和摄氏温标。在华氏温标中，水在32度结冰，在212度沸腾。在摄氏温标中，水的冰点是0度，而沸点是100度。摄氏温标为除了美国之外的世界上各个国家通用。在科学实验中还经常用到另一种计量方式，即“绝对温度”或开尔文温标，名称取自开尔文男爵。开尔文男爵原名威廉·汤姆逊，是一个出生于爱尔兰的英国物理学家。有一个科学定律，即在压力一定时，封闭气体的体积与温度成正比，而这个温度指的就是开尔文温标下的温度。同样，我们在之前的段落中讲到温度与平均动能成正比，这个温度也是开尔文温标下的温度，缩写为K。温度的*低点为0 K，不过根据自然定律，温度只能是非常接近0 K，而不能完全达到0 K。（在开尔文温标中通常省略“°”的符号。）在开尔文温标中，水的冰点为273度，沸点为373度。注意，在开尔文温标和摄氏温标中，水的冰点与沸点之间都有100度的温度差。因此，在这两种计量手段中，1度的温度差是相等的，两种温标的差别仅在于一个恒定值为273度的尺度顺移（0 K就相当于-273℃）。

宇宙与原子作者简介

作者: [美]唐·利希滕贝格
译者: 周弘毅
唐·利希滕贝格，印第安纳州，印第安纳大学布卢明顿物理学名誉教授。纽约大学本科理学士，伊利诺斯大学乌尔班纳分校学术博士。他的专业范畴是基本粒子的理论,包括夸克、电子,和胶子。他多年来致力于研究重子相互作用的夸克,如质子和中子,介子,π介子和k中介子。尽管他停止了原创物理学研究，但他的作品仍被物理学家所引用。