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宇宙的尺度:從無窮大到無窮小
 作  者: (美)大衛•布拉特納
 出版單位: 北京聯合
 出版日期: 2017.06
 進貨日期: 2017/6/28
 ISBN: 9787559600257
 開  本: 24 開    
 定  價: 413
 售  價: 248
  卡 友 價 : 248

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編輯推薦:

★一本罕見的科普書。從前所未有的角度,帶你發現看不見的宇宙。幾乎所有的科學寫作都從可見、有形的實體角度去寫宇宙萬物;而從無形的“譜系”(數字、尺寸、光、聲、熱、時間)的維度觀察世界的書,這可能是目前僅有的一部。它引領我們透過無形的物理量洞察到宇宙的“肌理”。
★充滿了天馬行空的對比、驚人的事實、發人深思的引言、冷知識。“1分鐘內通過50瓦燈泡的電子數量等於尼亞加拉瀑布一個世紀流下的水滴。”“金魚是*能同時看到紅外線和紫外線的動物。”此類對比俯拾皆是。
★結構清晰,包含豐富的插圖、圖表、照片、側邊欄。
★專色印刷,視覺上相當“酷”的科普書。
★超越知識性、趣味性層面,腦洞大開、激發想像力,提升你的認知程度。即使書堛漯壅悝A的中學老師都講過,但也罕有老師能將如此豐富的知識如此有機地糅合起來。所以,對讀者、特別是學生讀者來說對他們理解數理、人文學科知識將有很大啟發。


內容簡介:

對我們周圍無形世界的驚人指南。我們怎樣才能瞭解原子有多小或銀河系有多大?我們如何才能瞭解十億分之一秒的短暫和十億年的久長,地球到木星有多遠的距離,氦的凝固點是多少以及原子彈爆炸會釋放出多少熱量?本書將通過探索我們熟悉的日常生活領域來幫助你認識這些問題的答案,並會讓你瞠目結舌,極大地刺激你的想像力。這本書用非凡的趣味和洞察力,引領我們重新審視了我們周圍世界的6種譜系:數字、尺寸、光、聲、溫度和時間。書中充滿了對比、驚人的事實和趣聞軼事,以及豐富的插圖、圖表、照片、側邊欄。《宇宙的尺度》為我們提供了更多看待世界的維度,讓我們能夠用更豐富、更多層次的視角欣賞這個我們身處其中的、離奇又美麗的世界。


作者簡介:

大衛·布拉特納David Blatner以電子出版主題講座和多部獲獎科普書籍蜚聲國際,包括《神奇的π》(The Joy of Pi)和《飛行之書》(The Flying Book)。他的作品在全球已被譯為14種語言,銷量超百萬冊。他和妻子及兩個兒子生活在華盛頓州西雅圖郊外。


圖書目錄:

前言
人類的尺度
無所不在的譜系
無窮的靈敏度
驚奇之路
1 數字
符號背後的意義
多大才算大?
數不清的數
組塊
超越可能
走向負數
打破常規
2 尺寸
常見單位
地球上的大尺度
偉大的超越

走向無窮……並超越它!
探尋微觀
探究不可分割的基本粒子
尺寸取決於空間
內部空間
超越極限
3 光
那不過是光的源泉
發光
有多快,有多紅
一切皆是能量
離散不連續的譜系
眼中所見
光的資訊
沐浴在光

現在你明白了……
4 聲音
介質即資訊
聲音的速度
多響才算響?
那是什麼頻率,肯尼斯?
回聲,回聲
我們聽不見的聲音
複雜的聲音
5 熱
測量溫度
測量混亂度
降溫
尋找零度
怪事來了
熱情如火
絕對至高溫度
創造者和破壞者
6 時間
測量時間
人類時間
地質時間
宇宙時間
非常快的東西
量子時間
關於時間的問題
現在就剛剛好
從現在到永遠
後記


章節試讀:

前言
科學與藝術擁有共同的使命——以前所未有的角度觀察,從平凡的事物中發現驚喜。
——霍華德·布盧姆,美國作家

母親常常好意提醒我,“永遠不要拿你自己跟別人比,這樣的比較毫無益處,只會徒增痛苦。”我明白她的意思,但比較是人類的天性,無論對像是人是事。面對一切事物,我們總會不由自主地對比、比較、篩選、區分,尋找規律,分析相似點,發現不同之處。所以我們才會擁有眼睛、耳朵、味蕾、神經細胞和大腦:這些器官幫助我們比較自己和外界事物,它是大是小,是快是慢,是熱是冷。通過比較,我們得以理解這個極度複雜的世界,建立審美,組成社會。
把兩樣東西放到一起比較,二元性就此誕生:彼或此,零或一,黑或白。但如果想比較四個、八個乃至十六個東西,你就會開始尋找“譜系”(spetrums):某種範圍,或者說由此及彼的一個連續系統。例如,光線暗一點或亮一點,聲音大一點或者小一點。觀察得越仔細、測量的工具越靈敏,得出的結果就越精確,你對周圍環境的瞭解也就越深入。
在本書中,我試圖幫助大家感受六種譜系的不同尺度,這六種譜系與我們的日常生活密切相關,它們分別是數字、尺寸、光、聲、熱和時間。的確,除此以外可供探索的譜系還有很多——密度、重量、化學濃度(我們可以通過嗅覺和味覺去感受它),等等——但本書選擇的六種譜系是科學界研究得最透徹的,同時也很好地代表了我們的日常生活。是的,在探索中我們會發現,我們必須時時比較自己和其他事物,但我相信,這樣的比較不會帶來痛苦,反而會令我們感到驚奇、敬畏和謙遜。

人類的尺度
道格拉斯·亞當斯在他的經典著作《銀河系搭車客指南》中講過一個故事,一支龐大的外星艦隊前來襲擊地球,結果他們發現自己在尺度上犯了個致命的錯誤:這支大軍剛在公園媯蛦陛A就被一條小狗吃掉了。雖然我們並未計畫(但願吧)發動一場星際侵略,但這個故事告訴我們:與世界互動的過程中,我們應該時常評估自己的視角和假想,這非常重要。
不幸的是,我們總是傾向於以人類的尺度為基礎建立對現實的感知,忽略那些不可見、而且常常極度反直覺的廣闊世界。正如生物學家理查德·道金斯所說,“我們的身體只能駕馭某個有限範圍的尺寸和速度,因此,大腦也演化出了對該範圍的規則認知。”讓我們感覺舒適的這個範圍,道金斯稱之為“中間世界(Middle World)……真實世界中被視為正常的一小段;與之相對,特別小、特別大和特別快的世界都讓我們感覺怪異。”中間世界包括能夠輕鬆步行到達的距離、不超過人類平均壽命的時間以及在地球上可以感受到的溫度範圍,大致從冰的寒冷到火的灼熱。
毫無疑問,在建築學、人體工程學設計、零售業和娛樂業等領域,人類習慣的範圍是從業者考慮的重點。但是幾千年來,我們直覺地認為,世界上存在某些超越感知的東西,某些更偉大、更深遠的東西。我們生活在相對溫和的“中間世界”堙A這個事實同時催生了薩滿傳統和某些最偉大的神話。按照古希臘人和古印度人的描述,我們的世界就像三明治的夾層,上下各有其他世界,分別生活著神靈和惡魔。基督教和北歐神學體系也描述了中間世界的人們嚮往(或恐懼)的其他世界,那些或高或低的世界隱藏在俗世的面紗之後,卓然天成。

更加觸手可及的是,我們可以通過顯微鏡真正看到層層嵌套的世界,詮釋著我們習以為常的物理學和生物學規則,但令人驚異的是,在那些世界堙A某些日常的規則可能不再適用。現代望遠鏡讓人類的視野超越了可見光的範圍,不可見但能探測到的X射線、伽馬射線和微波成了我們瞭解宇宙的工具,透過望遠鏡,一個比想像中更宏偉、更怪異的宇宙展現在我們面前。
在科學的引導下,我們發現,人類尺度以外的國度遠比我們的中間世界豐富得多。在這個宇宙堙A我們能夠感知、觸摸、觀察、聆聽甚至理解的部分都只是滄海一粟。光怪陸離、五花八門的現象很容易讓我們頭腦陷入混亂,要擴展想像力,理解更加寬廣的世界,這並不容易。從十億年到十億分之一秒,從萬億個原子到萬億分之一米,是的,必須探索譜系的各個尺度,我們才能真正理解自己在宇宙中的位置。

無所不在的譜系
譜系——我所說的不僅是本書後文即將介紹的物理譜系,也包括更加廣義的譜系——不僅能幫助我們分析自己所處的世界,還有其他許多用途。有了譜系,我們才能彼此交流對這個物質世界的看法,讓對方明白自己想要什麼。
比如說,你試圖向圖形設計師描述一種顏色,你可能會說:“黃色,陽光般燦爛的明黃色,就像一磅黃油那樣。”在這句話堙A你引入了兩個譜系:色調和明亮度(或者說得更專業一點,光的頻率和振幅)。譜系就像一套模型,或者一張地圖,反映著我們周圍(或體內)世界的某個維度。所以,如果你聽到鋼琴或小提琴彈出某個特定的音,你或許馬上會想到另一個略高或略低的音;呷一口咖啡,你立即明白,要是它能稍微熱一點兒的話,味道會更好。日常生活中的瑣碎比較看似微不足道,但是,我們能在腦子媞c建這樣的“地圖”和譜系,甚至能從已知推出未知,這正是人類頭腦的驚人能力之一。

當然,就連最渺小的細菌都會簡單比較外界環境的酸度,由此產生偏好,或者說基本的傾向。但是,隨著生命變得越來越複雜,你能識別的譜系或類別越多,越能分辨這些譜系之間的差異,那麼你對世界的理解就越深刻,交流起來越方便,生活也越豐富。說到底,在一盒8色蠟筆和一盒64色的之間,你更願意挑哪盒來畫畫?
譜系能描繪的遠不止物理度量,你也可以用它表達個人的價值觀和審美。任何一位心理學家都會告訴你,如果你試圖形容自己的憤怒程度,那麼最好使用這樣的句子:“如果把憤怒分為1級到10級,那麼我現在大約是8級”,而不是簡單使用二元化的“我很生氣”和“我不生氣”。當然,很多體育比賽也採用同樣的評分體系,比如說,在奧運會的花樣滑冰專案中,裁判會基於預先取得共識的譜系來衡量選手的技術能力和姿態——7.4分和7.8分之間有何區別,每個人都會有自己的直覺性判斷;總而言之,就是後者比前者好了那麼一點點。
當然,不是所有事物都能套入某個譜系。音樂的節奏可以納入譜系,但你卻無法用譜系來描繪各種樂器的音色。音色是泛音與和聲的非凡組合,通過音色,我們可以分辨雙簧管與小提琴,哪怕它們彈奏的是同樣的音調;音色是特性,是質地,是獨一無二的形狀。你不能說圓有多圓,也不能說畢加索有多畢加索,所以同樣地,序列不一定能成為譜系。當然,你可以把蝴蝶的生命週期刻成一把尺子,用它來衡量每一條毛毛蟲,但你無法用一個參數、一個維度來描述蝴蝶,所以不存在什麼“蝴蝶的譜系”。
我們最豐富的體驗來自兩個或兩個以上譜系的碰撞。比如說,頻率(音調)、振幅(響度)、時機(節奏)等因素的複雜互動構成了令人讚歎的音樂。但音樂本身不是譜系。

從另一個方面來說,某些譜系非常主觀,難以衡量,例如幽默。毫無疑問,對你來說,某個笑話肯定比另一個好笑,但問題在於,就算這個笑話能逗得你把牛奶從鼻子媦Q出來,那也肯定有人對它完全無動於衷;你甚至可能發現,你的孩子或父母就對它毫不感冒。精神病學家以譜系來衡量自閉症,哲學家也用譜系來衡量意識,但這些譜系都非常容易引發爭議(海豚的自我意識比馬強嗎?),需要不斷更新評估。
歸根結底,譜系固然重要,但它並不比任何地圖或模型更加“真實”。如果你的觀察角度不對,或者自身的理解有局限,那也很容易出現謬誤。天空中的太陽和月亮看起來差不多大小,但實際上太陽的直徑比月亮大400倍。同樣地,空氣中有一點點氨你就會覺得刺鼻,但其他很多化學物你的鼻子都聞不出來,無論你多麼努力吸氣。顯然,在討論譜系時,我們必須保持客觀的態度,不光要審視自身的經驗,還要考慮以何種方法去測量、解釋自己感覺到的東西。

無窮的靈敏度
我們在短暫的時間堥姘L了漫漫長路。僅僅在兩個世紀前,我們還不知道電和磁有關;而在一個世紀前,我們還不確定宇宙中是否有其他星系存在。但20世紀以來,每個十年人類都能突破某個譜系的極限——我們從根本上拓展了宇宙的年齡和星系的數量、開始測量原子的大小、成功突破音障,甚至開始測量甯P爆炸的巨大能量。進入21世紀以後,我們繼續飛速前進,但比起以前的高歌猛進、不斷打破譜系極限,現在的突破變得越來越細膩,測量的靈敏度呈指數式上升。

但是,要多靈敏才算足夠?當然,踢足球時百萬分之一秒的誤差完全無傷大雅,而若是討論地球再過多久就會變得不適合居住,10億年的偏差似乎也不算什麼。這個道理一目了然,但仍值得我們專門提出:不管討論的是什麼譜系,根據討論者和討論對象的不同,它總有一個黃金範圍,包括跨度和靈敏度兩個方面。
旁觀一位專業的音樂家擺弄樂器,你會驚訝地發現,她總能聽出音高或音調的細微差別,而你卻完全一無所覺。這樣微妙的區別對你來說無傷大雅,但音樂家敏感的耳朵讓她有能力創造出更豐富、更令人愉悅的樂音。
事實上,幾乎所有的專業知識都需要一個或多個譜系更高的靈敏度。印刷工人掃一眼新聞標題就能憑直覺指出,如果把兩個字母之間的距離縮小1/10毫米,整個版面看起來會更加和諧;攝影師能看出某張彩色照片需要加1%的洋紅;調香師知道香調什麼時候該從柑橘轉為幹木頭或青草味。
這樣的敏感看似驚人,但幾乎任何人都能學會這些技巧。事實上,研究者已經證明,通過訓練,人甚至能像狗一樣嗅出氣味痕跡。(提示:氣味分子比空氣重,所以要想發現它們,你最好貼著地面。)要培養這類能力,關鍵在於強烈的學習衝動。科學界也一樣:某位生物學家可能驚歎於細胞線粒體內複雜的生物學機制,但另一位潛心研究跨大陸生態系統的學者則對此完全無動於衷。
正如英國人類學家格雷戈堙P貝特森(Gregory Bateson)曾經寫的:“資訊是造就了差異的差異。”為了增強靈敏度、提高能力,首先我們必須認清這一事實:差異客觀存在,而且比我們想像的更加微妙。曾經有一個人告訴我,他在印刷行業工作了10年,直到最近他才發現,Times字體和Helvetica字體是有區別的——在此之前,他在工作中從不曾觸及這個微妙的差別;直到某天他接到一個設計傳單的任務,某扇大門轟然洞開,他頭一次發現世界上竟有這麼多五花八門的字體!
在婚姻中你或許會發現,有時候你的配偶覺察到的東西,你卻一無所知。比如說,她會訴說你們一位共同的朋友在某個社交場合中的舉動如何讓她感到不適,或者抗議你的車開得太快。你也許會抱怨她“過於敏感”,但是,是否存在這樣的可能性:對於某個特定譜系的細微差別,你就是不如她那麼警覺?
哈勃太空望遠鏡剛開始把圖片傳回地球時,天文學家為這些照片的清晰度感到震驚,以前一直藏在迷霧中的許多東西第一次揭開了神秘的面紗。黑暗深空中模糊不清的一團原來是混在一起的好幾個星系,我們對世界的理解和期待都得到了提升。我們相信,現在可供探索的東西甚至比以前更多——無論是在外部還是內部,從亞原子的領域,到速度超乎想像的世界,甚至再到最神秘幽深的維度:意識。
如果我們能造出比哈勃還要靈敏一千倍的太空望遠鏡,那會怎樣?或者有了比現在最先進的顯微鏡還要靈敏一萬億倍的設備?跨宗教活動家韋恩·提士道(Wayne Teasdale)曾說,上帝“無限靈敏”。當然,無論你的信仰是宗教還是科學,這都是值得追求的終極夢想。

驚奇之路
踏上冒險的旅程之前,我必須警告你:每個譜系都會從有趣開始,隨後令人肅然起敬,最後則很可能讓你感到眩暈。很難想像我們在宇宙中是如此渺小而微不足道,與此同時,又是如此偉岸而不可或缺。
顯然,想要觸及群星,你必須腳踏實地。但是,我們該去哪兒尋找可供立足的堅實地基?這個問題不太容易回答,因為——我知道作為一個作者,在書的開頭這麼說不太禮貌——你太無知了。我無意冒犯,親愛的讀者;實際上我們所有人都很無知,如此而已。問題在於:傲慢的人類希望並認為自己能夠弄清宇宙的所有奧秘,但實際上,我們做不到。
比如說,顯而易見,所有物質都有重量,但我們卻不知道這是為什麼。是的,這跟引力有關,當然,但我們也不知道引力為何起效!這是個未解之謎。為什麼時間總是一往無前,從不倒流?原子內部真的存在比質子還小萬億倍、不斷扭動的能量之弦嗎?我們不知道,而且隨著時間流逝,一個事實越來越清晰:我們可能永遠不會知道。
我們就像那個古老故事堛漯慾H,每個盲人都能描述大象的某個方面——尾巴、鼻子或腿——但誰也無法理解大象的全貌。儘管我們想方設法探索宇宙的每個角落,研發最精良的設備,但是到頭來,我們也許只能看清“整頭動物”的一小部分。
於是,我們不斷試圖突破極限、尋找答案,結果所得甚少,湧現的問題卻越來越多,最前沿的科學也越來越像哲學小冊子或科幻小說。三維空間真的存在嗎?雖然我們從小到大一直這樣堅信,但是,時間和距離是否只是一層面紗,掩藏著遙遠陌生的真相,就像某種經過精心偽裝的全息投影?或許印度教徒和佛教徒一直是對的,我們的整個宇宙只是“摩耶[摩耶maya,這個概念是印度教對世界最根本的看法,其基本意思是,世界是“梵”通過其幻力創造出來的,因而是不真實的,只是一種幻象。]”,是夢幻泡影;又或許柏拉圖的“洞穴寓言”早已道出真相,由於感官的限制,可能也因為我們對感覺到的東西理解能力有限,所以我們看到的一切只是真實世界在牆上投下的影子。
然而,無法探知一切並不意味著我們應該停止嘗試,並——順便——享受隨之而來的驚奇、敬畏、喜悅和歸屬感:我們也是整個神秘譜系的一部分。只要能保持好奇心,“變得像孩子一樣”,不畏探索,不因所知太少而羞愧,那麼在時間的長河中,我們一定能學到更多知識,發現更多秘密,積聚更強的能力——去探索譜系的廣度和深度,擁抱它們帶來的無限可能。

 
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