物理學(xué)與人類文明十六講

前言

我長期從事理論物理的研究與教學(xué)，特別是相對論、黑洞和宇宙演化方面的研究與教學(xué)，也經(jīng)常應(yīng)邀給北京師范大學(xué)和其他學(xué)校的文、理、工、農(nóng)、醫(yī)各專業(yè)的學(xué)生做科普講座。在與學(xué)生的接觸中，一方面感覺到讓年輕人了解自然科學(xué)在人類文明發(fā)展中的作用，了解人類文明在宇宙演化中的位置，會大大開闊他們的眼界，提高他們學(xué)習(xí)的興趣。另一方面，也感覺到各種專業(yè)的青年其實很需要了解自然科學(xué)，他們也有這種了解的熱情和愿望。我們做教師的所面臨的問題是，要不斷思考，我們該教給學(xué)生什么，該怎樣教給他們。特別是面對非理工類專業(yè)的同學(xué)，例如學(xué)哲學(xué)、經(jīng)管、金融、外語、文學(xué)等專業(yè)的同學(xué)，我們該怎樣針對他們的興趣和特點，為他們設(shè)計一門全新的課程，能讓他們?nèi)ソ咏锢韺W(xué)，了解自然科學(xué)對人類文明的作用，學(xué)到科學(xué)研究的方法，提高自身的思考能力和創(chuàng)新能力。當(dāng)高等教育出版社邀請我給大學(xué)文科類專業(yè)的本科生寫一本物理教材時，我很愉快地接受了這個建議。我想給大學(xué)文科類專業(yè)的本科生寫的物理教材，應(yīng)該不同于中學(xué)物理的內(nèi)容，也完全不同于物理專業(yè)和理工類專業(yè)的物理教材。安排的內(nèi)容，應(yīng)該考慮文科同學(xué)的特點，符合他們的認識規(guī)律。應(yīng)該嘗試教給他們近現(xiàn)代的物理、20世紀的物理，讓他們有機會了解到物理學(xué)不斷發(fā)展、激動人心的內(nèi)容，而不是老停留在牛頓時代的物理學(xué)。應(yīng)該在人類文明的宏大背景下，帶領(lǐng)他們進入物理學(xué)的殿堂，這樣能讓他們認識到物理學(xué)與人類文明之間的依存關(guān)系和相互影響。應(yīng)當(dāng)找到物理學(xué)中重要的，同時也是文科同學(xué)感興趣的，不涉及繁雜數(shù)學(xué)計算，就能給他們理清主要思想的內(nèi)容來講，而不是僅僅站在物理教師的立場上，去安排我們認為物理學(xué)中很重要、很偉大的內(nèi)容。因此，我在書里簡要地介紹了物理學(xué)最重要的基本理論，包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和原子物理學(xué)諸方面的內(nèi)容，同時通俗地介紹了相對論、量子論、統(tǒng)計物理和天文學(xué)的基本知識與思維方法。對于一些必要的，蘊含重要物理思想和物理意義的公式，我認為是無可回避的，應(yīng)當(dāng)讓讀者看到這些公式，只是沒必要要求文科類專業(yè)的同學(xué)運用這些公式或者做計算。我盡量把上述內(nèi)容融入自然科學(xué)史和人類文明史的長河中，使讀者了解物理學(xué)與人類文明之間的依存關(guān)系和相互影響。

內(nèi)容概要

　　《物理學(xué)與人類文明十六講》是一本為提高大學(xué)生科學(xué)素質(zhì)編寫的教材。作者試圖把物理學(xué)的內(nèi)容融入自然科學(xué)史和人類文明史的長河中，使讀者了解物理學(xué)與人類文明之間的依存關(guān)系和相互影響。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力及《物理學(xué)與人類文明十六講》的可讀性，書中主要介紹了物理學(xué)與天文學(xué)發(fā)展的不平凡歷程和一些最新成果。特別是有關(guān)相對論、黑洞和宇宙演化的知識；也收集了許多科學(xué)家的珍聞趣事，介紹了一些重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的曲折過程?！段锢韺W(xué)與人類文明十六講》內(nèi)容深入淺出，具有中學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的讀者即可學(xué)習(xí)。

書籍目錄

第一講 文明的曙光1.文明的起源2.海洋文明3.大河文明4.美洲文明5.文明的演進6.交流與繁榮思考題第二講 遠古的輝煌1.地球與中心火2.蘇格拉底、柏拉圖與亞里士多德3.亞歷山大科學(xué)院4.歐幾里得與幾何學(xué)5.阿基米德，杠桿原理與浮力定律6.希臘文明的衰落與東移思考題第三講 科學(xué)的誕生1.地心說2.地理大發(fā)現(xiàn)3.文藝復(fù)興與宗教改革4.哥白尼與日心說5.布魯諾與無限的宇宙6.望遠鏡與土星的光環(huán)7.伽利略的“認罪”聲明8.第谷的精密觀測9.開普勒與正多面體宇宙10.行星運動定律的發(fā)現(xiàn)思考題第四講 物理的初創(chuàng)1.自由落體定律2.慣性定律3.相對性原理4.上帝說：讓牛頓去吧5.經(jīng)典物理學(xué)的“圣經(jīng)”6.牛頓與蘋果落地的故事7.萬有引力定律8.伏爾泰與思想啟蒙9.這片空間會荒廢嗎？10.走下神壇的牛頓思考題第五講 熱學(xué)與統(tǒng)計1.歷史的火車頭2.熱的本質(zhì)是運動3.第一定律：能量守恒4.第二定律：不可逆性與時間箭頭5.第三定律：絕對零度不可抵達6.第零定律：熱平衡的傳遞性7.玻耳茲曼與統(tǒng)計力學(xué)8.麥克斯韋妖與信息熵9.普里高津與耗散結(jié)構(gòu)思考題第六講 認識電與光第七講 走進相對論第八講 彎曲的時空第九講 原子與核能第十講 量子的世界第十一講 粒子與對稱第十二講 恒星的演化第十三講 黑洞的啟示第十四講 遼闊的星空第十五講 演化的宇宙第十六講 時間的性質(zhì)結(jié)束語主要參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：幾乎與此同時，另一位在柏拉圖學(xué)院學(xué)習(xí)過的學(xué)者埃拉托色尼也來到亞歷山大城。他博學(xué)多才、見多識廣，擔(dān)任了亞歷山大圖書館的館長。但是，有些人譏笑他是萬金油，給他起了兩個綽號：“β（即二流人物）”和“五項全能”，然而他卻完成了一件杰出的工作——測出了地球半徑，竟然只與今天的測量值相差2％。6.希臘文明的衰落與東移托勒密一世和托勒密二世去世之后，亞歷山大科學(xué)院得到的資助越來越少，科學(xué)活動逐漸衰落下去。隨著羅馬的興盛和希臘王朝的覆滅，偉大的古代文明逐漸被中世紀的黑暗所吞沒。早在公元前47年，愷撒的大軍攻打亞歷山大港的時候，由于羅馬士兵縱火焚燒埃及戰(zhàn)船，大火殃及亞歷山大圖書館，70多萬卷圖書化為了灰燼。只有一部分圖書由于館中容納不下，寄放在一座神廟中，才躲過這場劫難。后來托勒密王朝的最后一代君主一一克里奧帕特拉女王（即埃及艷后）向愷撒屈膝，王朝才得以茍延殘喘。愷撒在羅馬議會中遇刺身亡后，女王又嫁給了愷撒的大將安東尼，安東尼將羅馬的一部分私人藏書送給了女王，使亞歷山大圖書館得以回光返照。公元前30年，在屋大維（愷撒的養(yǎng)子、甥孫，即奧古斯都）的帶領(lǐng)下，羅馬軍隊徹底推翻了托勒密王朝，安東尼和女王克里奧帕特拉被迫自殺。不過，亞歷山大科學(xué)院的活動還是持續(xù)了相當(dāng)長的一段時間。

編輯推薦

《物理學(xué)與人類文明十六講》可作為高等學(xué)校文科類專業(yè)學(xué)生的物理教材，也可供有興趣的其他專業(yè)學(xué)生或讀者閱讀。為了使讀者看清人類在自然界的位置，看清今天的科學(xué)在人類歷史上的地位，《物理學(xué)與人類文明十六講》特別介紹了地球上文明的起源和進化，介紹了自然科學(xué)的誕生和發(fā)展?！段锢韺W(xué)與人類文明十六講》以哥白尼、伽利略、牛頓和愛因斯坦的貢獻為主線，來描述自然科學(xué)的重大成就和重要思想。以霍金和彭若斯的貢獻為核心，來闡述當(dāng)代的物理與天文知識，介紹相對論和量子論研究的最新成果。書中還包含了作者本人的一些研究心得。

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