时间空间和万物/物理系列

作者简介

B．K．里德雷（B.K.Ridley），英国Essex大学物理学教授，皇家学会会员。

内容简介

第1章 万物 诗人的眼睛那神奇狂放的一转， 从天上看到地下，从地下转回天上； 幻想生成的 未知的事物，在诗人的笔底 显出了模样，空空如也的它们 也获得了名字和地方。 ——莎士比亚：仲夏夜之梦第五幕第一场雅典公爵忒修斯的话。他说，“疯子、情人和诗人都是幻想的产儿……诗人的眼睛……”译文参考了朱生豪先生的译本（人民文学出版社，1978）。 从简单说起 物理学讲的是宇宙间的简单事物。它把复杂的生命和活体留给生物学，也求之不得地将原子间数不清的相互作用方式留给化学去探索。活细胞当然复杂得不能再复杂了，而一样复杂的还有曲面——随便哪种曲面。生物物理或化学物理偶尔会遇到这些问题，但总的说来，它们是很难对付的。细胞和曲面都不是什么简单的东西。 可以说，简单的东西根本就不存在。皇后敢向爱丽丝吹嘘，她在早餐前能想出6样不可能的东西，但是她却很难想象6样简单的东西。请看第2章标题下引的那段话。让我们来看一个普通的例子，如一块石头，一块能拿得起也放得下的石头，还有什么能比它更简单的东西吗？我们看得见、摸得着、拿得起的东西，都是我们身边的一些实实在在的东西。重要的是要认识它们是怎么运动的——而石头是最简单的子弹。石器时代的军队大概会积极开展某些关于石头弹道曲线的研究，但是物理学家们几乎不会去碰它，除非重金悬赏。石头太复杂了，表面一点儿也不规则。想想看，空气从它粗糙的表面流过，该有多复杂，多混乱。所以，也不可能从石头的特殊现象中找出所有子弹普遍存在的东西。 于是，有人把石头切割成整齐规则的形状——像那5个规则的物体。像四面体或立方体形状的物体，似乎更容易把握，因为它们是高度对称的。我们只需要考虑5种规则形状，这该是多图1.15种规则的固体。每一固体的面数都写在括号里。 简单呀！有兴趣的读者可以试着证明，在三维空间里的确只能存在那5种规则的多面体。（证明只需要用点（v）线（e）面（f）关系的欧拉（Euler）定理：v+f-e=2，当然还得靠一点数学机智。）想当然地看，这些形状的物体在专门研究简单事物的科学里一定占据着特别重要的地位，但事实并非如此。只有在极少的情况下，规则体的概念才可爱，才有用。开普勒（ Kepler）曾以此为基础艰难地构造太阳系的理论。开普勒在1596年出版的第一本书《宇宙的秘密》（Mysterium Cosmograhicum）中说，宇宙是以柏拉图的这5个规则固体的模式构成的。在他看来，数学的协调是宇宙的基础。在结晶学中，立方体的对称性起着特别重要的作用。然而，不论哪种规则形状的物体，在物理学中都没有意义。原因是，规则的固体也有棱角，它们的规则性是相对的。从不同角度看，它们并不相同，有的方向比别的方向“更特殊”。 把那些棱角磨掉，我们就得到一个台球。物理学家那么喜欢台球，天知道！在物理学中，台球是许多事物的原型，从这一点说，我们常说的没有重量的弦也不如它重要。台球从各方面看都是一样的；我们可以将它握在手中，也可以抛向天空，还可以让它摆，让它滚，一切力学定律都可以拿它来考察。石器时代的自然哲学家们一定乐意拿钱来买我们关于球状石头的研究成果。台球虽然诱人，却第1章 万物 诗人的眼睛那神奇狂放的一转， 从天上看到地下，从地下转回天上； 幻想生成的 未知的事物，在诗人的笔底 显出了模样，空空如也的它们 也获得了名字和地方。 ——莎士比亚：仲夏夜之梦第五幕第一场雅典公爵忒修斯的话。他说，“疯子、情人和诗人都是幻想的产儿……诗人的眼睛……”译文参考了朱生豪先生的译本（人民文学出版社，1978）。 从简单说起 物理学讲的是宇宙间的简单事物。它把复杂的生命和活体留给生物学，也求之不得地将原子间数不清的相互作用方式留给化学去探索。活细胞当然复杂得不能再复杂了，而一样复杂的还有曲面——随便哪种曲面。生物物理或化学物理偶尔会遇到这些问题，但总的说来，它们是很难对付的。细胞和曲面都不是什么简单的东西。 可以说，简单的东西根本就不存在。皇后敢向爱丽丝吹嘘，她在早餐前能想出6样不可能的东西，但是她却很难想象6样简单的东西。请看第2章标题下引的那段话。让我们来看一个普通的例子，如一块石头，一块能拿得起也放得下的石头，还有什么能比它更简单的东西吗？我们看得见、摸得着、拿得起的东西，都是我们身边的一些实实在在的东西。重要的是要认识它们是怎么运动的——而石头是最简单的子弹。石器时代的军队大概会积极开展某些关于石头弹道曲线的研究，但是物理学家们几乎不会去碰它，除非重金悬赏。石头太复杂了，表面一点儿也不规则。想想看，空气从它粗糙的表面流过，该有多复杂，多混乱。所以，也不可能从石头的特殊现象中找出所有子弹普遍存在的东西。 于是，有人把石头切割成整齐规则的形状——像那5个规则的物体。像四面体或立方体形状的物体，似乎更容易把握，因为它们是高度对称的。我们只需要考虑5种规则形状，这该是多图1.15种规则的固体。每一固体的面数都写在括号里。 简单呀！有兴趣的读者可以试着证明，在三维空间里的确只能存在那5种规则的多面体。（证明只需要用点（v）线（e）面（f）关系的欧拉（Euler）定理：v+f-e=2，当然还得靠一点数学机智。）想当然地看，这些形状的物体在专门研究简单事物的科学里一定占据着特别重要的地位，但事实并非如此。只有在极少的情况下，规则体的概念才可爱，才有用。开普勒（ Kepler）曾以此为基础艰难地构造太阳系的理论。开普勒在1596年出版的第一本书《宇宙的秘密》（Mysterium Cosmograhicum）中说，宇宙是以柏拉图的这5个规则固体的模式构成的。在他看来，数学的协调是宇宙的基础。在结晶学中，立方体的对称性起着特别重要的作用。然而，不论哪种规则形状的物体，在物理学中都没有意义。原因是，规则的固体也有棱角，它们的规则性是相对的。从不同角度看，它们并不相同，有的方向比别的方向“更特殊”。 把那些棱角磨掉，我们就得到一个台球。物理学家那么喜欢台球，天知道！在物理学中，台球是许多事物的原型，从这一点说，我们常说的没有重量的弦也不如它重要。台球从各方面看都是一样的；我们可以将它握在手中，也可以抛向天空，还可以让它摆，让它滚，一切力学定律都可以拿它来考察。石器时代的自然哲学家们一定乐意拿钱来买我们关于球状石头的研究成果。台球虽然诱人，却也不够简单。它的缺陷是那张包在外头的曲面。我们在开头讲过，曲面不是简单的东西。然而，一个物体要与周围区别开来，总会裹张皮的。既然这样，我们来想象一样无限坚硬、完全光滑、绝对没有结构的东西，让曲面理想地消失。然后，我们用一种无比坚硬的理想弹性材料来做一个绝对均匀的台球。我们将那材料叫“乌托子”（ utopium）。这个名字当然是从utopiu（乌托邦）衍生来的； ium是代表元素的词尾。现在，我们有了第一样简单的物理学事物——用乌托子造的台球。也不够简单。它的缺陷是那张包在外头的曲面。我们在开头讲过，曲面不是简单的东西。然而，一个物体要与周围区别开来，总会裹张皮的。既然这样，我们来想象一样无限坚硬、完全光滑、绝对没有结构的东西，让曲面理想地消失。然后，我们用一种无比坚硬的理想弹性材料来做一个绝对均匀的台球。我们将那材料叫“乌托子”（ utopium）。这个名字当然是从utopiu（乌托邦）衍生来的； ium是代表元素的词尾。现在，我们有了第一样简单的物理学事物——用乌托子造的台球。 《时间、空间和万物》几乎囊括了物理世界里的所有大问题，从时间和空间到狭义相对论，从质量到广义相对论，从概率到量子论，作者用几点笔墨，白描写意手法，让一个个物理学概念像小说角色那样自然出现，活脱脱地呈现在读者眼前。 《时间、空间和万物》是《第一推动丛书》物理系列其中之一，作者引用了许多古典文学作品的片断，那些句子还原物理学的艺术本色，增添读者阅读的乐趣。不管是希望成为通才的人文学科的大学生，还是发愿走进物理学的高中生，或者是各级物理老师，它都是很好的读物。 2018年新版的《第一推动丛书》全新设计了版式、封面，提升了阅读体验，让读科普不再艰难。随书附赠价值39.6元由汪洁、吴京平联袂解读的《经典科普解读课》6折券。