物理学之美(插图珍藏版)

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出版者:北京大学出版社
作者:杨建邺
出品人:
页数:240
译者:
出版时间:2019-1
价格:69.00
装帧:精装
isbn号码:9787301299579
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

全书精选了9个专题:开普勒的和谐宇宙、牛顿的引力理论、热力学两定律、麦克斯韦方程组、爱因斯坦的“连锁倒转法”、海森伯的矩阵力学、狄拉克方程、宇称守恒、规范场的故事。这9个专题看似跳跃,实际上具有一脉相承的关系,通过物理学思想史上这几个重要的节点,将学科的大框架搭建起来。

《物理学之美》强调的不是现象之美,而是物理学理论之美,尤其是理论中的结构之美。本书从这些物理理论的发现过程着手,同时描写大师们的生活经历、性格喜好等,结合当时的科学文化背景,再现物理学大师如何在研究中感受到模糊的美感,又如何建立审美判断,并因此引起的物理学思想的革命。

书中配有相关的知识链接和图片,将科学与人文和谐地统一。500幅珍贵的科学史图片,丰富展现那些震撼人类的思想之美。

好的,这是一本关于宇宙、自然与人类智慧交织的非虚构类图书的简介,它聚焦于探索事物运行的内在规律,而非物理学的特定教材内容。 《万物之序:探寻宇宙运行的底层逻辑》 书籍核心理念:从宏观到微观的秩序之舞 《万物之序:探寻宇宙运行的底层逻辑》是一部旨在引导读者超越日常经验的界限,深入洞察自然界和人类社会运行基本规律的深度探索之作。本书不拘泥于任何单一学科的定义,而是跨越物理学、生物学、信息论、复杂性科学以及哲学思辨的边界,力求揭示隐藏在看似随机现象背后的和谐与秩序。 我们生活的世界,充满了令人目眩神迷的复杂性——从星系的螺旋到细胞的分化,从市场的波动到语言的生成。然而,在这些复杂性的表象之下,存在着一套共享的、简洁的数学和逻辑框架,正是这些框架塑造了万事万物的形态与演化路径。本书的宗旨,便是用清晰、富有洞察力的语言,去描绘和解读这些“底层逻辑”。 第一部分:混沌与涌现——秩序的诞生 本部分从最基础的“自组织”现象入手,探讨如何从无序中自然地产生结构。我们将审视耗散结构理论的核心思想,解释为什么开放系统在能量流动的驱动下,倾向于形成稳定而复杂的形态。 湍流的艺术: 我们将分析流体力学中的湍流现象,它看似混乱,却遵循着深刻的能量级串规律。通过对这些模式的解析,读者可以理解为什么火焰的形状、云彩的边缘乃至血液的流动都带有一种内在的“一致性”。 模式的生成: 探讨图灵(Alan Turing)提出的形态发生机制,解释简单的化学反应如何通过扩散和反应的相互作用,创造出生物体上斑点、条纹乃至器官的基本布局。这不是关于特定生物的解剖学,而是关于“如何形成结构”的普适性原理。 网络思维: 引入复杂网络理论,分析万事万物——从社交关系到蛋白质相互作用——是如何通过节点和连接构成系统的。我们将阐释“小世界网络”和“无标度网络”的特性,揭示枢纽节点(Hubs)在信息、疾病或能量传输中的关键作用,以及为何这些网络结构具有惊人的鲁棒性。 第二部分:信息、熵与时间之箭 宇宙的运行,本质上是一场关于信息处理和熵增(无序度增加)的宏大叙事。本部分将深入探讨信息论如何成为连接物理学与生命科学的桥梁。 熵的哲学: 重新审视热力学第二定律,不仅仅将其视为能量的耗散,更应将其理解为信息缺失或不可用性的量度。我们将讨论时间之箭的物理学基础——为什么时间总是向前流逝?这种单向性与微观粒子遵循时间对称性的定律之间,存在着怎样的深刻矛盾与统一? 信息与物理学的交汇: 探索“信息就是物理量”的观点。从布里渊散射到黑洞的信息悖论,我们讨论物理系统中存储、传输和损耗信息的能力如何定义了其基本特性。例如,计算的物理极限,以及信息加密的理论基础。 反馈回路与控制: 剖析反馈机制在维持系统平衡中的关键作用。无论是恒温动物保持体温,还是生态系统中的捕食者与猎物数量的动态平衡,都是负反馈和正反馈相互作用的结果。理解这些回路,就是理解系统如何实现稳定和适应性。 第三部分:尺度、比例与普适性规律 自然界倾向于使用相似的数学工具来解决不同尺度上的问题。本部分关注的是那些跨越尺度的“普适性”。 幂律分布的幽灵: 探索“幂律”在自然界中的广泛出现,从地震的规模到城市的人口数量,再到股票市场的波动。我们将区分幂律分布与其他统计分布的根本差异,并讨论它们指向的共同底层机制——可能是临界现象或分形结构。 分形几何的诗意: 介绍分形概念,理解为什么海岸线、树木的枝杈、肺部的支气管都能用非整数的维度来精确描述。分形不仅是视觉上的美学,更是描述自然界资源分配和空间填充效率的有效语言。 标度不变性与重整化群: 这是一个偏向理论物理学但解释性极强的概念。我们将用直观的例子解释“重整化”思想——当我们放大或缩小观察尺度时,系统的基本性质保持不变。这解释了为什么某些物理定律在宏观和微观尺度上都能适用,揭示了宇宙在不同尺度下的统一性。 第四部分:人类心智的涌现与限制 最后,本书将视线转向人类自身。我们的大脑和文明,作为宇宙中最复杂的已知结构,是否也遵循着相同的底层逻辑? 心智的计算模型: 探讨认知科学如何利用信息处理和网络理论来理解学习、记忆和决策。我们不提供神经解剖图,而是探讨“信息如何被整合以产生意识”的逻辑框架。 演化的逻辑: 从达尔文主义的基本原理出发,探讨自然选择如何被视为一种强大的优化算法。理解选择压力如何筛选出那些在特定环境中具有最高“适应度”的结构和行为模式。 定律的局限性与未来的探索: 最终,本书将回归到科学方法论本身。我们承认现有定律的有效范围,并探讨那些尚未被完全统一的领域,如引力与量子力学的融合,以及我们对“意识”这一终极涌现现象的理解。 《万物之序》 旨在培养读者的结构化思维和跨界洞察力。它不是一本教科书,而是一次智力上的探险,引导读者从日常观察中抽离出来,去欣赏宇宙宏伟的架构师所使用的那套简洁而强大的设计蓝图。通过理解这些底层逻辑,我们不仅能更好地认识外部世界,也能更清晰地审视自身在这一浩瀚秩序中的位置。

作者简介

杨建邺,华中科技大学物理系教授。在物理学史、科学家传记和科普读物方面著译丰富,曾出版相关作品50余部。代表著作有《物理学之美》《杨振宁传》《量子史话》《爱因斯坦传》《霍金传》等。

目录信息

绪言/1
学物理的人用不着对物理方程的意义操心,只要关心物理方程的美就够了。
——狄拉克
此曲只应天上有——开普勒的和谐宇宙/11
天体的运动只不过是某种永恒的复调音乐而已,要用才智而不是耳朵来倾听。
——开普勒
上帝说:让牛顿出生吧!——牛顿的引力理论/31
为什么牛顿不像我们今天所做的那样使用微积分来表示他的动力学呢?在一定的程度上它是美感的选择。牛顿宁愿要“古人的”特别是欧几里得和阿波罗尼奥斯的几何学,而不要近来引入的在流数方程中起非常重要作用的笛卡儿的代数学。
——美国学者 克劳普尔
一首美丽的交响乐——热力学两定律/57
理论研究的主要目的之一,就是要找到使事物呈现最大简单性的观点。
——美国理论物理学家 吉布斯
哪位神明写出了这些符号?——麦克斯韦方程组/87
麦克斯韦方程组是宏伟的数学表述,它深奥、微妙,但又令人吃惊地简单。它们如此具有说服力,以至于人们不需要学习高深的数学知识就可以感觉到它们的美和力量……
——英国作家 马洪
连锁倒转法——称性如何成为现代物理学明星?/109
爱因斯坦的理论的理性基础是对对称性的威力的深刻理解,正是在此基础之上,他才得到了这个理论的实际的物理结果……爱因斯坦的真正辉煌的理性遗产的东西,是爱因斯坦使对称性得以成为现代物理学的明星。
——华裔物理学家 徐一鸿
越过上帝的肩膀瞧了一眼——海森伯发现矩阵力学/145
当大自然把我们引向一个前所未见的和异常美丽的数学形式时,我们将不得不相信它们是真的,它们揭示了大自然的奥秘。我这儿提到形式,是指由假说、公理等构成的统一体系……你一定会同意:大自然突然将各种关系之间几乎令人敬畏的简单性和完备性展示在我们面前时,我们都会感到毫无准备。
——爱因斯坦
秋水文章不染尘——“有魔力”的狄拉克方程/169
研究工作者在他致力于用数学形式表示自然界时,应该主要追求数学美。他还应该把简单性附属于美而加以考虑……通常的情况是,简单性的要求和美的要求是一致的,但在它们发生冲突的地方,后者更为重要。
——狄拉克
θ-τ之谜——宇称守恒坍塌记/197
大约两年前,整个科学史上最令人惊奇的发现之一诞生了。……我指的是由杨振宁和李政道在哥伦比亚大学做出的发现。这是一项最美妙、最独具匠心的工作,而且结果是如此的惊奇,以致人们会忘记思维是多么美妙。它使我们再次想起物理世界的某些基础。直觉、常识——它们简直倒立起来了。这一结果通常被称为宇称的不守恒性。
——英国小说家、科学家 斯诺(L.P.Snow,1905—1980)
“ 大自然有一种异乎寻常的美”——规范场的故事/215
我觉得目前物理学者对于基本粒子有一些不能了解的地方,恐怕就是因为还有一些很美的、很重要的数学观念还没有被引进来。不过应该引进哪些数学观念呢?目前当然还不能预料,我想这也是对年轻工作者的一大鼓励。
——杨振宁
后记
如果你能将许多复杂的现象简化概括为一些方程式的话,那的确是一种美。诗歌是什么?诗歌是一种高度浓缩的思想,是思想的精粹,寥寥数行就道出了自己内心的声音,袒露出自己的思想。科学研究的成果,也是一首很美丽的诗歌。我们所探求的方程式就是大自然的诗歌。
——杨振宁
参考书目
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我拿到《物理学之美(插图珍藏版)》后,最先注意到的是它的“珍藏”二字所带来的承诺。它不仅仅是一本书,更像是一件艺术品。书的装帧,纸张的质感,以及排版的精心设计,都体现出制作者的用心。我一直以来都对物理学充满好奇,但又觉得它过于艰深,常常止步于入门的门槛。这本书,恰恰成为了我跨越这道门槛的桥梁。它没有回避复杂的概念,但却用一种非常易于理解的方式,将其呈现出来。我喜欢它在解释“熵”这个概念时,用到的那些生活中的例子,比如房间会变得凌乱,能量会趋于分散,这些都让我能够更直观地感受到这个抽象的物理原理。我特别着迷于书中关于“光”的章节,从光的波动性到粒子性,从光的传播到光的干涉和衍射,这些都让我对这个我们每天都能看到却又难以捉摸的现象有了全新的认识。那些精美的插图,更是将这些复杂的现象可视化,例如,描绘双缝干涉实验的图示,简直是教科书级别的。我还会时不时地翻到关于宇宙膨胀的章节,那些哈勃定律的推导,以及宇宙微波背景辐射的发现,都让我为人类智慧的伟大而感叹。

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这本书的独特性在于,它不是简单地堆砌物理知识,而是试图去挖掘物理学背后更深层次的意义。我记得有一段关于“对称性”的讨论,作者将其与自然界的许多现象联系起来,从晶体的结构到基本粒子的性质,都体现了对称之美。这让我第一次意识到,原来物理学不仅仅是描述“是什么”,更是揭示“为什么”。它在解释量子纠缠时,那种“幽灵般的超距作用”的描述,虽然听起来不可思议,但作者却用一种非常冷静的方式,引导我们去接受这个事实,并思考它对我们理解因果关系的可能性。我特别喜欢书中关于“信息”在物理学中的作用的探讨,从信息论到量子信息,让我看到了物理学正在向着更加抽象和泛化的方向发展。而且,这本书的语言风格非常独特,时而严谨,时而又带有一点哲学上的思辨,让我觉得它更像是一本关于宇宙的“散文集”,只不过它的论据是坚实的物理学原理。我还会时不时地翻到关于宇宙学模型的介绍,那些关于宇宙大爆炸后的各种阶段,以及可能存在的平行宇宙,都让我充满了遐想。

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要说这本书最吸引我的地方,那就是它对于“过程”的呈现。很多科普书在介绍一个物理概念时,往往会直接给出结论,但《物理学之美(插图珍藏版)》不同,它会带你一起“经历”这个概念是如何被发现、被理解的。例如,在讲解能量守恒定律时,它会回顾历史上科学家们是如何一步步克服困难,最终才建立起这个基础性的物理原理的。这种“走过场”的方式,让我觉得非常踏实,也更容易理解为什么这个理论如此重要。而且,这本书的插图简直是点睛之笔。很多时候,我会被一张图深深吸引,然后才去阅读它旁边的文字解释。那些描绘原子结构的示意图,那些展示粒子碰撞过程的动态图,甚至是一些抽象概念的具象化表现,都做得非常出色。它们不是简单地装饰,而是真正地辅助理解。我尤其喜欢关于热力学的部分,它通过生动的图示,解释了熵增的不可逆性,以及能量在不同形式之间的转换,这让我对“无序”和“秩序”有了更深刻的认识。我还注意到,书中对于一些前沿物理学的展望,比如弦理论或者量子计算,虽然没有深入探讨,但已经能够激发起我浓厚的兴趣,让我知道未来的物理学还有多么广阔的可能性。

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当我翻开《物理学之美(插图珍藏版)》的时候,我立刻被它所营造的氛围所吸引。它没有用华丽的辞藻去堆砌,而是用一种平实、但又充满力量的语言,将物理学的魅力娓娓道来。我一直对宇宙的起源和演化充满好奇,这本书恰好满足了我的求知欲。它在解释宇宙大爆炸理论时,不仅仅是陈述事实,更是回顾了科学家们是如何一步步推导出这个结论的。那些关于宇宙膨胀、宇宙微波背景辐射以及元素丰度的证据,都解释得非常清楚。我特别喜欢书中关于“对称性破缺”的讨论,它解释了为什么宇宙中会有如此多的物质,而不是完全均匀地分布。那些精美的插图,更是将抽象的概念具象化,让我能够更直观地理解。例如,描绘宇宙演化历程的图示,简直是史诗级的。我还会时不时地翻到关于量子力学的章节,那些关于叠加态和量子纠缠的描述,虽然听起来不可思议,但作者用一种非常严谨的方式,引导我们去理解。它让我开始思考,我们所认为的“实在”是否真的那么确定。

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我收到这本《物理学之美(插图珍藏版)》的时候,就被它的外观所折服。那种厚重感,纸张的质感,以及封面设计,都透露出一种“珍藏”的意味。翻开书页,我立刻被书中排版和插图的精致所吸引。我一直认为,物理学并非只有冷冰冰的公式和定理,它也可以是充满诗意的,是关于宇宙最基本规律的探索,而这本书,恰恰捕捉到了这种“美”。它不像某些科普读物那样,为了吸引读者而故作神秘或者夸大其词,而是用一种非常平和、严谨但又不失趣味的方式,引领读者一步步深入物理学 the world。我特别喜欢它在解释相对论时,用到的那些类比和思想实验,比如“钟摆的时钟”和“光速不变原理”,这些都让我能够更容易地理解那看似违背直觉的结论。当然,最让我惊叹的还是那些精美的插图。它们不仅仅是简单的图画,更是将复杂的物理概念可视化,让我能够用眼睛去“看”那些抽象的理论。例如,关于黑洞视界的描绘,那些扭曲的光线,简直是令人屏息的美景。我还会时不时地翻到关于天体物理学的部分,那些关于星系的形成,恒星的演化,以及宇宙的膨胀,配上震撼人心的图片,让我感觉自己仿佛置身于浩瀚的宇宙之中。

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这本书对我而言,不仅仅是知识的获取,更是一种思维方式的重塑。我原本以为,物理学就是一套冰冷的公式和定理,但《物理学之美(插图珍藏版)》彻底颠覆了我的认知。它让我看到了物理学背后那份追求简洁、统一和和谐的美感。我喜欢它在介绍“规范场论”时,那种将看似不同的力统一起来的尝试,这让我看到了科学发展的宏大叙事。而且,这本书的插图简直是神来之笔。那些描绘粒子相互作用的示意图,那些展示宇宙演化过程的动态图,都做得非常出色。它们不是简单的装饰,而是真正地辅助理解,让那些抽象的物理概念变得生动形象。我尤其喜欢关于“时间旅行”的章节,虽然作者强调了其科学上的可能性和局限性,但这种对终极问题的探讨,本身就充满了吸引力。它让我开始思考,我们对现实的理解是否是唯一的,是否还有其他的可能性。我还会时不时地翻到关于黑洞和虫洞的章节,那些关于时空扭曲的描绘,以及可能存在的捷径,都让我对宇宙的奥秘充满了无限的遐想。

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这本书的封面设计就足够吸引我了,那种深邃的蓝色背景,点缀着淡淡的星光和精巧的物理概念插图,仿佛预示着一场智慧的探险即将展开。拿到手里,纸张的触感温润而厚实,翻开扉页,那份沉甸甸的分量就让我感受到它并非一本泛泛之作。我并不是物理学专业的科班出身,但一直对宇宙的奥秘、物质的本质有着孩童般的好奇。很多时候,我们会听到一些诸如“相对论”、“量子力学”之类的词汇,它们听起来既神秘又高深,让人望而却步。我希望这本书能够像一位温柔的向导,带我穿过那些晦涩的公式和抽象的理论,去领略物理学背后那份震撼人心的逻辑之美和创造力。我尤其期待书中那些“插图珍藏版”所承诺的视觉盛宴,想象着那些精美的图表、生动的模拟,能够将复杂的物理现象可视化,让我能够更直观地理解那些宏大的概念。例如,黑洞的形成、引力波的传播,又或者微观粒子世界的奇妙舞动,如果能配上匠心独具的插画,那将是多么令人兴奋的事情!我希望这本书能够激发我更深层次的思考,让我重新审视我们所处的世界,发现那些隐藏在日常现象背后的物理规律。它不应该是枯燥的说教,而应该是一次充满惊喜的发现之旅。从那些描绘宇宙大爆炸的震撼画面,到解释原子内部结构的精细描绘,我期望它能将科学的严谨与艺术的美感完美结合,让我真正体会到“物理学之美”。

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我最近刚刚接触到这本《物理学之美(插图珍藏版)》,说实话,它的存在本身就有一种难以言喻的吸引力。我平时工作很忙,但总会在零碎的时间里,翻开这本书,然后就彻底沉浸其中,忘记了时间的流逝。它不像我之前读过的一些科普读物,上来就抛出一堆公式和概念,而是以一种非常平缓、娓娓道来的方式,将复杂的物理学原理层层剥开。我特别喜欢它在解释一些经典物理学家的思想时,会穿插一些他们生平的小故事,这样一来,那些伟大的思想就不再是冰冷的文字,而是有了温度,有了人性的光辉。比如,读到关于牛顿的故事,我仿佛能看到他坐在苹果树下,那个灵光一闪的瞬间,然后整个世界观就被颠覆了。又比如,爱因斯坦的相对论,一直是我觉得最难以理解的理论之一,但在这本书里,通过那些精心设计的插图,我居然开始有了模糊的概念,那种时空的扭曲,质量与能量的转换,不再是遥不可及的数学游戏,而是变成了可以想象的物理现实。我喜欢它在讨论量子力学时,那种对“不确定性”和“叠加态”的描绘,它没有回避其中的哲学意味,反而引导读者去思考我们对现实的认知是否有着局限性。这种将科学与哲学相结合的视角,是我在其他同类书籍中很少见到的,也是我最欣赏的地方。我感觉到,这本书不仅仅是在传授知识,更是在培养一种科学思维,一种探索未知的勇气。

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这本《物理学之美(插图珍藏版)》给我的感觉,就像是走进了一个知识的殿堂,但这个殿堂又是那么的亲切和易于接近。我一直认为,科学不应该是少数精英的专利,它应该像空气一样,弥漫在每个人的生活中,为我们提供理解世界的养分。而这本书,正是做到了这一点。我特别喜欢它在开篇时,对“美”的定义,它不是那种流于表面的花哨,而是深入到物理学内在的逻辑、简洁和对称之中。当它解释万有引力定律时,不是直接给出一个公式,而是从日常生活中常见的现象入手,比如苹果落地,然后逐步引申出宇宙中行星的运行规律,这种循序渐进的教学方式,让我这个“小白”也觉得豁然开朗。我最印象深刻的一章,是关于电磁波的阐述。那些关于光、无线电波、X射线等等不同波段的介绍,配上那些生动的插图,我仿佛能够“看到”这些不可见的光,感受到它们穿越空间的能量。它还详细解释了激光的原理,并将其在现代生活中的应用,从医疗到通信,让我看到了物理学如何深刻地改变了我们的生活。我还会时不时地翻到书中关于宇宙学的部分,那些关于暗物质、暗能量的猜测,虽然充满未知,但作者的讲述方式却充满了科学的严谨和对未知的敬畏,让我感觉自己也参与到这场伟大的探索之中。

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这本书给我的感觉,就像是在与一位智慧的长者对话。它不是那种急于灌输知识的教学,而是引导我去思考,去发现。我记得有一段关于“熵”的讨论,作者用一个非常形象的比喻,将这个抽象的概念解释得淋漓尽致。我一直以来都觉得物理学是关于“硬性”规律的学科,但这本书让我看到了它背后隐藏的“软性”哲学思考。我喜欢它在探讨“量子退相干”时,那种对宏观和微观世界界限的模糊性描述,这让我开始思考,我们对现实的认知是否是片面的。而且,这本书的插图,简直是为那些复杂的物理概念量身定做的。那些描绘粒子碰撞的示意图,那些展示时空曲率的图示,都做得非常出色。它们不是简单的装饰,而是真正地起到了“点石成金”的作用。我还会时不时地翻到关于“宇宙的终极命运”的章节,那些关于热寂、大撕裂或者大挤压的猜想,都让我对宇宙的未来充满了敬畏。它让我开始思考,人类在宇宙中的位置,以及我们探索未知意义何在。

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学术规范到位,但引用江本胜绝对是要扣星的。

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