那些听过却从未搞明白的问题 探索40个常见却让人似懂非懂的问题 慧眼看PDF电子书

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那些听过却从未搞明白的问题 探索40个常见却让人似懂非懂的问题 慧眼看PDF电子书

 

编辑推荐——慧眼看PDF电子书

★风靡YouTube科普频道的百万粉丝播主、西班牙超火的“网红”教师大卫·加耶的新作来啦!

★作者被教育界的诺贝尔奖——“全球教师奖”评为年度十大教师之一,还入选了《福布斯》杂志的“百大创意人”名单!

★涵盖数学、物理学、化学、地理学、天文学等众多学科知识,解答生活中常见却说不清楚原因的问题。

★超过30幅小漫画和知识详解图,让难懂的科学原理一目了然!

★《卫报》、《暂停》杂志、《方法》网站等多家媒体联袂推荐!

内容简介——慧眼看PDF电子书

“全球十大教师”之一、西班牙超火的“网红”科普播主大卫?加耶,以幽默风趣的方式探索40个科学问题:把你的房间和宇宙都搞乱的是同一个“神秘力量”?时间真的存在吗?住在楼下的邻居比住在楼上的你活得更久?如何结交到一个外星人朋友?需要多少只蜘蛛才能停下一架波音747……所有脑洞大开的问题的答案,都在这里!

本书不仅涵盖数学、地理、物理、化学等知识,还将这些知识与人们的生活相关联,让读者迅速获取新的知识,体验科学带来的乐趣。

作者简介——慧眼看PDF电子书

大卫·加耶(David Calle)

教师、作家。曾被教育界的诺贝尔奖“全球教师奖”评为2017年度十大教师之一,还被《福布斯》杂志评为“百大创意人”之一。他的个人YouTube科普频道,截至目前粉丝数超百万。

译者简介

姜宁

青年译者,本名江鉴玲。毕业于北京大学外国语学院西班牙语专业,已取得西班牙语专业八级证书、西班牙语DELE考试C1证书。曾参与2018年CCTV5拉美足球专栏访谈节目的翻译工作。

目录——慧眼看PDF电子书

前言

1住你楼下的邻居为什么比你活得久?

2在珠穆朗玛峰之巅水的沸点是多少?

3人眼有几百万像素?

4《星球大战》里的飞船违背了哪些物理定律?

5“π”的粉丝

6给我一个支点,我将会撬起整个地球

7和一个外星人交朋友的概率有多大?

8不存在的颜色

9一朵云等于几头大象的重量?

10左撇子没那么稀罕,只是有点特别罢了

11花椰菜中隐藏的几何秘密

12如何逃离地球

13恋爱的粒子

14机器人将来会掌控我们吗?

15关于地球的真相和谎言

16天空为什么是蓝色的?

17时间存在吗?

18为什么宇宙和你的房间一样,总是很容易变得一片混乱?

19未来我们会变成半机器人吗?

20一个沙子堆成的城堡能多高?

21怎么划分银河里的各种文明?

22无铅汽油和地球的年龄有何关系?

23为什么月球抛弃了我们?

24镜子是什么颜色的?

25儒勒·凡尔纳是预言家吗?

26把一个足球送上太空要花多少钱?

27晶体管不(只)等于收音机

28为了进行重力实验,伽利略摔坏了多少苹果?

29宇宙中哪里最冷,哪里最热?

30“意外发现”和致幻剂有什么联系?

31时空共振

32你属于理科,还是文科?

33需要几只蜘蛛才能刹住一架波音747?

34风力发电机和霹雳车之间有什么共同点?

35科学不只是男孩的事

36南北磁极倒置的话会发生什么?

37怎么在水面行走?

38地球为什么会变暖?

39未来,世界地图是怎样的?

40关于宇宙中我们不知道的一切

在线试读——慧眼看PDF电子书

住你楼下的邻居为什么比你活得久?

看看身边的钟,嘀嗒嘀嗒地走着,一直保持着同一个节奏,像前进的列队一样永不停歇。嘀嗒、嘀嗒……不管被放在哪里,也不管被移动的速度是快是慢,所有的钟都保持统一的节奏运转着。我们通常认为我们所处的宇宙遵循牛顿运动定律,根据定律,宇宙中不同的空间坐标和时间坐标是彼此独立的,即“绝对时空观”。时间的前进不会受任何事物的干扰,就这么嘀嗒嘀嗒地走着……

然而,我们的这种想法仅仅来源于表面上的感觉,在通常情况下,我们的感觉往往不正确。早就有研究表明,时间并不是完全一成不变的,它其实是最能够被改变和调整的一个概念。这是天才物理学家阿尔伯特·爱因斯坦在1905年发布的狭义相对论中提出的一个观点。这一年中,爱因斯坦发表了五篇划时代的物理学论文,颠覆了整个科学界,因而被称作“爱因斯坦奇迹年”。

爱因斯坦发现:在不同的运行速度下,时间的运转会发生变化。打个比方,假设我现在是静止不动的,而你骑着自行车前进(自行车是爱因斯坦最喜欢的交通方式),那么你的时间会比我的时间走得慢。对于在自行车上的人(处于运动状态的人)来说,时间会变慢,我们通常称这种物理现象为“时间膨胀”。那为什么我们平时没有察觉这个现象呢?那是因为这是“相对论效应”之一,相对论提出这种现象只有在以“相对论速度”运行的时候才能被人感知—也就是以光速前进。

光的速度在真空中约为3×108米/秒,对所有惯性参考系来说都是如此,因此光速是一个绝对概念,也是宇宙中物体运动速度所能达到的极限。这是爱因斯坦相对论成立的一个基础前提。在日常生活所能达到的运动速度下(如自行车的前进速度),两个人之间时钟快慢的差别微乎其微,但是不能说不存在。

然而,如果两个人中有一个人乘上一艘极快的宇宙飞船去旅行呢?在这种情况下,著名的“双生子佯谬”实验就出现了,这是一些物理学家为了阐释狭义相对论而提出的一个有趣故事。想象一下,地球上有一对双胞胎,其中一个马上要登上一艘以光速前行的超级飞船来进行太空长途旅行,而另外一个没那么有冒险精神,准备留在地球上等他的兄弟归来。我们假设这个飞船去了离地球最近的星系—半人马座阿尔法星(距地球约4.4光年),他的前进速度是光速的0.8倍。

当做太空长途旅行的他回家时,这对双胞胎会惊讶地发现:在启程时,他们还是一样的年龄,而现在,留在地球的那个已经比他的兄弟老了4岁。地球上已经过去了10年,而在飞船上只过去了6年(这涉及另外一个“相对论效应”—空间收缩效应。根据这个理论,宇航员的飞行距离会比理论上的距离短)。时间对于两个人而言,并不是以同样的速度在变化的。在旅程中,我们这个冒险家比他的兄弟少过了4个生日。所以说,如果飞行距离足够远、飞行速度能达到光速,那么当他回来时,太阳可能已经变成了一颗红巨星[ 红巨星:一种演化晚期的恒星,是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定阶段。](到这个阶段,大约已经过了50亿年的时间),地球也已经被太阳吞噬了。简而言之,如果我们认定光速不变,那么时间和空间坐标就会互相影响,并随之变化,只有这样才符合物理定律。

那么,我们怎样才能确定这些都是真的呢?虽然目前以光速实现星际旅行的可能性不太大,但在1971年,物理学家乔·哈菲尔与理查德·基廷已经用实验证明了相对论。他们将一个高度精确的铯原子钟(铯是非常珍贵的稀有元素)放在飞机上,让飞机沿直线先向东、后向西飞行,同时把另外一个一模一样的钟留在美国华盛顿的海军气象天文台做对照。经过实验,他们发现同狭义相对论中的预测一致,两个时钟确实走得不一样。尽管差距极小,但高度精确的铯原子钟能够显示出这种差距。

科学逸事:证明相对论的另一种方法—通过检测μ子(渺子)数目来观察。这是弗里希和史密斯两人在1963年进行的实验。渺子是一种带负电微粒,质量为电子的207倍,能够在大气中通过宇宙射线的作用被检测出来。一个渺子的平均生成时间大约是22微秒,之后会自然衰变成其他粒子。弗里希和史密斯两人发现,靠近地面实际检测出的渺子数目远远大于理论数目—通过理论计算得出,地面处应该仅仅只有27个渺子存在(渺子在飞行过程中理应进入衰变期),然而实际检测到412个渺子。我们大概可以这么解释这种神秘的现象:当渺子以趋近光速的速度飞行时,这些微粒的时间走得比静止在地面上渺子的时间要慢得多。同上一个例子中的宇航员一样,这些渺子衰老得更慢,进入衰变期的时间也比地面上计算出的时间更长。因此,在地面附近检测到的渺子数目比预想的多。

但这还不是全部。爱因斯坦在发布狭义相对论后继续进行研究,直到发布了一个更加先进的理论—1915年公布于世的“广义相对论”。“广义相对论”把宇宙中的引力场解释为时空局域的几何性质表现。这个理论涉及宇宙大爆炸理论、宇宙的未来以及黑洞。这个理论表明:除了一个处于高速运动状态的时钟会走得更慢,一个更强的引力场也会让时间变得更慢。举个例子,地下室中的时钟会比在顶楼的时钟走得慢,因为引力场的强度会随着到地心距离的增加而减弱。所以说,如果你住在低楼层,那你就是个幸运儿……同理,在日常生活中,我们之所以无法感受到这种变化是因为引力场的差异微乎其微,但是如果你能处于电影《星际穿越》的场景,那你就会明显感受到这种现象。在电影的一个情节里,有一队的宇航员需要离开飞船,降落在“米勒”星球。这个星球位于一个叫“卡冈图雅”的超大质量黑洞中,这里的引力场极强。同时,有一个宇航员留在了飞船上站岗。对于离开飞船的那些宇航员来说,只过了一小会儿(我无意剧透,但在电影中确实如此,他们只是去经历了几个冒险罢了),但是当他们回到飞船上时,他们发现站岗的伙伴已经变成一位老人了。因为在米勒星球的1小时等于在飞船上的7年。

在地球上,人们也通过高度精确的铯原子钟证实了这个效应。实验者把铯原子钟放在不同的高度上,果然探测到这些相同的时钟之间产生了几纳秒的差异,正如广义相对论中所预测的一样(由此可见,为了确保GPS定位卫星系统的有效性和准确性,我们必须把这个效应考虑在内)。下一次,当你去实地考察你将要居住的房子时,请你记住爱因斯坦的理论,以及这个效应。毕竟,时间就是金钱,而且是一直在流动的金钱—嘀嗒、嘀嗒……

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