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自然科學 科普 自然科學教育與普及
 
 
 
 
泡利的錯誤:科學殿堂的花和草
 作  者: 盧昌海
 出版單位: 清華大學
 出版日期: 2018.09
 進貨日期: 2019/2/27
 ISBN: 9787302506898
 開  本: 16 開    
 定  價: 338
 售  價: 270
  會 員 價: 248
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編輯推薦:

◆“中國好書”《小樓與大師:科學殿堂的人和事》的同系列新書
◆“吳大猷科普獎”金簽獎獲得者盧昌海的新作
◆“科學”並不等於“正確”,而是意味著可以質疑,這正是科學的精髓所在
◆盧昌海的文字的閱讀快感一如既往……


內容簡介:

這是繼《小樓與大師:科學殿堂的人和事》和《因為星星在那裡:科學殿堂的磚與瓦》之後的第三本同系列科普書,
泡利一生中犯過哪些重要的錯誤?尚無定論的諸如宇宙常數、追尋引力的量子理論等前沿探索,相對於主線這些可能是波折,是花絮。但也許會成為未來主線的源頭。科學史也證明了這一點。所以本書看似花絮的內容,卻蘊含著科學上更多的可能性,對於讀者的知識架構的補充大有裨益。
在科學思維上,讀完此書,你也許對這段話理解更深“科學一直是犯著錯誤,不斷糾正著錯誤才走到今天的,永遠正確絕不是科學的特徵——相反,假如有什麼東西標榜自己永遠正確,那倒是*鮮明不過的指標,表明它絕不是科學。”質疑和批評的科學精神也是科學發展的源動力。


作者簡介:

盧昌海,出生於杭州,本科就讀於復旦大學物理系,畢業後赴美留學,於2000年獲美國哥倫比亞大學物理學博士學位,目前旅居紐約。
著有《那顆星星不在星圖上:尋找太陽系的疆界》《上下百億年:太陽的故事》《黎曼猜想漫談》(獲第七屆吳大猷科學普及著作原創類金簽獎)、《從奇點到蟲洞:廣義相對論專題選講》《小樓與大師:科學殿堂的人和事》(入選“2014中國好書”)、《因為星星在那裡:科學殿堂的磚與瓦》《霍金的派對:從科學天地到數碼時代》《經典行星的故事》等,並曾在《南方週末》《科學畫報》《現代物理知識》《數學文化》(任特約撰稿人)等報紙、雜誌上發表一百多篇科普及專業科普作品。


圖書目錄:

第一部分:數學

無窮集合可以比較嗎?
實數都是代數方程的根嗎?
最少要多少次轉動才能讓魔方復原?
為什麼說黎曼猜想是最重要的數學猜想?
為什麼巴西的蝴蝶有可能引發德克薩斯的颶風?

第二部分:物理

泡利的錯誤
1.引言
2.泡利的第一次錯誤:電子自旋
3.第一次錯誤的幕後花絮
4.泡利的第二次錯誤:宇稱守恆
5.第二次錯誤的幕後花絮
6.結語
輻射單位簡介
μ子反常磁矩之謎
1.引言
2.有自旋帶電粒子在電磁場中的自旋進動
3.自旋進動與反常磁矩
4.μ子的產生衰變性質及實驗思路
5.實驗技巧略談
6.實驗結果概述
7.理論計算——經典電動力學
8.理論計算——相對論量子力學
9.理論計算——量子電動力學
10.理論計算——電弱統一理論
11.理論計算——量子色動力學
12.並非尾聲的尾聲
追尋引力的量子理論
1.量子時代的流浪兒
2.引力為什麼要量子化?
3.黑洞熵的啟示
4.引力量子化的早期嘗試
5.圈量子引力
6.超弦理論
7.結語
從對稱性破缺到物質的起源
1.從對稱性自發破缺到品質的起源
2.從誇克混合到物質的起源

第三部分:天文

開普勒定律與嫦娥之旅
宇宙學常數、超對稱及膜宇宙論
1.宇宙學項與宇宙學常數
2.暗物質
3.暗能量
4.零點能
5.超對稱
6.膜宇宙論
7.宇宙七巧板
8.結語
行星俱樂部的新章程
奧爾特雲和太陽系的邊界
1.為什麼說奧爾特雲是裝滿了彗星的“大倉庫”?
2.太陽系的邊界在哪裡?

第四部分:其他

關於牛頓的神學表白
從普朗克的一段話談起
什麼是哲學


章節試讀:

最少要多少次轉動才能讓魔方復原?
魔方是一種深受大眾喜愛的益智玩具。自20世紀80年代初開始,這一玩具風靡了全球。
魔方為什麼會有這麼大的魅力呢?那是因為它具有幾乎無窮無盡的顏色組合。標準的魔方是一個3×3×3結構的立方體,每個面最初都有一種確定的顏色。但經過許多次隨意的轉動之後,那些顏色將被打亂。這時如果你想將它復原(即將每個面都恢復到最初時的顏色),可就不那麼容易了。因為魔方的顏色組合的總數是一個天文數字:4,325億億。如果我們把所有這些顏色組合都做成魔方,並讓它們排成一行,能排多遠呢?能從北京排到上海嗎?不止。能從中國排到美國嗎?不止。能從地球排到月球嗎?不止。能從太陽排到海王星嗎?不止。能從太陽系排到比鄰星嗎?也不止!事實上,它的長度足有250光年!
魔方的顏色組合如此眾多,使得魔方的復原成了一件需要技巧的事情。如果不掌握技巧地隨意嘗試,一個人哪怕從宇宙大爆炸之初就開始玩魔方,也幾乎沒有可能將一個魔方復原。但是,純熟的玩家卻往往能在令人驚歎的短時間內就將魔方復原,這表明只要掌握技巧,使魔方復原所需的轉動次數並不太多。
那麼,最少要多少次轉動才能讓魔方復原呢?或者更確切地說,最少要多少次轉動才能確保任意顏色組合的魔方都被復原呢?這個問題不僅讓魔方愛好者們感到好奇,還吸引了一些數學家的興趣,因為它是一個頗有難度的數學問題。數學家們甚至給這個最少的轉動次數取了一個很氣派的別名,叫做“上帝之數”。
自20世紀90年代起,數學家們就開始尋找這個神秘的“上帝之數”。
尋找“上帝之數”的一個最直接的思路是大家都能想到的,那就是對所有顏色組合逐一計算出最少的轉動次數,它們中最大的那個顯然就是能確保任意顏色組合都被復原的最少轉動次數,即“上帝之數”。可惜的是,那樣的計算是世界上最強大的電腦也無法勝任的,因為魔方的顏色組合實在太多了。
怎麼辦呢?數學家們只好訴諸他們的老本行——數學。1992年,一位名叫科先巴(Herbert Kociemba)的德國數學家提出了一種分兩步走的新思路。那就是先將任意顏色組合轉變為被他用數學手段選出的特殊顏色組合中的一個,然後再復原。這樣做的好處是每一步的計算量都比直接計算“上帝之數”小得多。運用這一新思路,2007年,“上帝之數”被證明為了不可能大於26。也就是說,只需26次轉動就能確保任意顏色組合的魔方都被復原。
但這個數字卻還不是“上帝之數”,因為科先巴的新思路有一個明顯的局限,那就是必須先經過他所選出的特殊顏色組合中的一個。但事實上,某些轉動次數最少的復原方法是不經過那些特殊顏色組合的。因此,科先巴的新思路雖然降低了計算量,找到的復原方法卻不一定是轉動次數最少的。
為了突破這個局限,數學家們採取了一個折中手段,那就是適當地增加特殊顏色組合的數目,因為這個數目越大,轉動次數最少的復原方法經過那些特殊顏色組合的可能性也就越大。當然,這麼做無疑會增大計算量。不過,電腦技術的快速發展很快就抵消了計算量的增大。2008年,電腦高手羅基奇(Tom Rokicki)用這種折中手段把對“上帝之數”的估計值壓縮到了22。也就是說,只需22次轉動就能確保任意顏色組合的魔方都被復原。
那麼,22這個數字是否就是“上帝之數”呢?答案仍是否定的。這一點的一個明顯徵兆,就是人們從未發現任何一種顏色組合需要超過20次轉動才能復原。這使人們猜測“上帝之數”應該是20(它不可能小於20,因為有很多顏色組合已被證明需要20次轉動才能復原)。2010年7月,這一猜測終於被科先巴本人及幾位合作者所證明。
因此,現在我們可以用數學特有的確定性來回答“最少要多少次轉動才能讓魔方復原?”了,答案就是:20次。

2. 太陽系的邊界在哪裡?
“太陽系的邊界在哪裡?”是一個既值得探索,也值得回味的問題。它之成為問題,本身就是天文學上的一次重大觀念變革——日心說取代地心說——的結果。因為只有確立了日心說,才有太陽系這一稱謂,也才談得上“太陽系的邊界在哪裡?”這一問題。
如果簡單地以1543年哥白尼發表《天體運行論》作為日心說被確立的年份,那麼“太陽系的邊界在哪裡?”這一問題最初238年的答案,是在距太陽約9.6天文單位(約14億千米)的土星。這一答案在1781年被英國天文學家赫歇耳發現的太陽系第七顆行星——天王星——所改變。那一年,太陽系的邊界被擴展到了距太陽約19天文單位(約29億千米)處。
天王星被發現後,天文學家們對它的軌道進行了計算。出乎意料的是,計算結果與觀測並不吻合。在排除了其它可能性之後,天文學家們將這一惱人的現象歸結為一顆新行星對天王星的引力干擾。經過艱辛的計算,英國天文學家亞當斯和法國天文學家勒維耶先後推算出了新行星的軌道。1846年,柏林天文臺的天文學家伽勒和達雷斯特依據勒維耶的推算結果,成功地發現了太陽系的第八顆行星——海王星,太陽系的邊界由此擴展到了距太陽約30天文單位(約45億千米)處。
在那之後又隔了大半個世紀,1930年,美國羅威爾天文臺的天文學家湯博發現了一顆比海王星更遙遠的太陽系天體——冥王星。這顆一度被視為太陽系第九大行星,2006年才被“降級”為矮行星的天體,將太陽系的邊界擴展到了距太陽約39天文單位(約59億千米)處。對於如今比較年長的天文愛好者來說,這很可能是自童年起就爛熟於心的太陽系的邊界。
但冥王星的發現並未終結探索太陽系邊界的努力。20世紀40年代之後,幾位天文學家先後提出了一個想法,那就是在像冥王星那樣遠離太陽的地方,行星的形成過程會因物質分佈過於稀疏而無法進行到底,其結果是在距太陽約30-55天文單位(約45-83億千米)處形成一個由“半成品”組成的小天體帶。這個小天體帶被稱為柯伊伯帶。自1992年起,柯伊伯帶中的天體開始被陸續發現,它們的分佈範圍比原先估計的更廣。柯伊伯帶的發現使太陽系的邊界又向外擴展了好幾倍。
但這仍然不是太陽系的邊界。因為天文學家們普遍猜測,在距太陽更遙遠的地方有可能存在一個長週期彗星的“大倉庫”——奧爾特雲,它的範圍有可能延伸到距太陽約150,000天文單位(約225,000億千米)處。這幾乎已經到達了太陽引力控制範圍的最邊緣,在那之外即便還有天體,也不會象普通太陽系天體那樣圍繞太陽運動,從而不能再被視為是太陽系的一部分了。因此,奧爾特雲如果存在,並具有猜測中的範圍的話,它的外邊緣無疑就是太陽系的邊界了。那個邊界離太陽是如此遙遠,哪怕一縷陽光要從太陽射到那裡,也得走上兩年左右的時間。如果乘坐時速350公里的高速火車的話,則要花費約700萬年的漫長時間!

 
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