圖解不需算式的物理學 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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圖書標籤:

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本書特色

　　本書內容從物理學的誕生開始至牛頓力學、相對論為止。序章是從物理學形成的概括思想觀點，來看物理學誕生的曆史過程。因此，第1章之後即是從學習已完成之物理學理論開始，捨棄曆史的輾轉麯摺，直接開啓以閤理形式齣現的物理學大門。

　　本書內容主要是提供給一般害怕物理學、從未真正瞭解物理之美的讀者的物理學入門書，因此盡可能不使用算數公式。期望能讓更多人理解近代甚至是現代社會中，極為重要的知識之一，即物理學的思考模式。

作者簡介

水崎高浩

　　1963年齣生。理學博士。理論物理學者。

　　於東京大學理學係研究科博士課程終瞭後，先擔任東京大學理學係研究科物理學科助教，現在為專修大學教授、以及東京大學客座教授。一方麵也發錶相當多論文，主要於Physical Review學誌上發錶。

譯者簡介

張萍

　　1995年始接觸日文；翻譯經驗迄今已有七年。高科大應日係、雲科大企研所畢，日本特彆研究生一年。目前在新竹某大財團法人從事對日國際業務。喜好旅行看山看水、上網東張西望。譯有：《圖解半導體製造裝置》（世茂齣版）等。

《解構物理學：從現象到原理的深度透視》 圖書簡介 在浩瀚的自然科學領域中，物理學以其嚴謹的邏輯和對宇宙基本規律的探索，構築瞭我們理解世界的基石。然而，對於許多初學者而言，物理學常被視為充滿復雜公式和抽象概念的學科，讓人望而卻步。《解構物理學：從現象到原理的深度透視》並非一本常規的教科書，它是一次對物理學核心思想進行深入、直觀剖析的旅程。本書旨在超越繁復的數學推導，直抵物理學概念的本質，帶領讀者以一種全新的、更具洞察力的方式去理解我們周圍的世界。 本書的結構圍繞物理學的核心支柱——力學、熱學、電磁學、光學和現代物理學——展開，但其敘述方式摒棄瞭傳統教材中先建立方程再進行應用的模式。我們相信，真正的理解源於對“為什麼”的追問，而非僅僅是“如何計算”。 第一部分：運動的本質與力的哲學 我們將從宏觀的牛頓力學世界齣發，但重點不在於如何計算拋物綫的軌跡，而在於探究“力”的概念本身是如何從亞裏士多德的直覺描述演變為精確的數學語言的。 慣性與參考係： 慣性並非僅僅是一個定律，它是一種關於物體內在“惰性”的哲學宣言。本書將詳細闡述伽利略和牛頓如何通過思想實驗（如伽利略的斜麵實驗）來確立慣性係的重要性。我們將探討相對性原理的早期萌芽，即在勻速直綫運動的參考係中，物理定律的形式是不變的。這不僅僅是物理學的設定，更是對“絕對運動”概念的徹底顛覆。 功、能與守恒律的深層含義： 能量守恒定律是物理學中最深刻、應用最廣泛的原理之一。本書將追溯這一概念如何從萊布尼茨的“生命力”思想到焦耳對熱力學第一定律的量化。我們不會沉溺於 $E=mc^2$ 的計算推導，而是深入分析質量與能量之間的深刻等價性，以及這種等價性對宇宙物質循環的終極影響。我們將用直觀的例子來展示，為什麼在一個孤立係統中，能量的總量永遠保持不變——這關乎宇宙的穩定性和可預測性。 角動量與對稱性： 鏇轉的物理學常常被簡化為 $L=Iomega$。然而，角動量守恒所揭示的物理學真諦在於宇宙的“鏇轉對稱性”。本書將以花樣滑冰運動員收緊手臂的現象為例，探討內在的幾何原理如何決定瞭宏觀的運動軌跡。 第二部分：熱力學與微觀世界的秩序與無序 熱力學被譽為物理學中最“反直覺”的部分，因為它首次將概率和統計引入瞭決定論的經典物理學框架。 熵的本質： 熵不僅僅是“混亂度”的代名詞。我們將深入探討玻爾茲曼對熵的統計力學定義 $S=kln W$。這個公式將宏觀的溫度、壓力等可測量量，與微觀粒子排列方式的數目 $W$ 關聯起來。理解熵，就是理解時間的方嚮性——為什麼宇宙總是趨嚮於更可能的微觀狀態。 熱機的效率極限： 卡諾循環的意義遠超效率計算。它確立瞭能量轉換的不可逆性，揭示瞭“熱寂”的可能性。本書將探討為什麼熱量總是自發地從高溫流嚮低溫，以及這種不可逆性如何構成瞭我們日常經驗的基礎。我們將討論熱力學第二定律在信息論中的哲學投射。 第三部分：光與場的交織：電磁學的優雅結構 電磁學是物理學中最統一、最優雅的理論之一，它將電、磁、光統一在一個框架內。 從庫侖到麥剋斯韋的統一： 本書將重點放在麥剋斯韋方程組的物理意義上，而非純粹的數學形式。我們將描繪法拉第的“場”的概念如何從一種神秘的“超距作用”轉變為一種真實存在的物理實體。庫侖定律、安培定律、法拉第電磁感應定律和麥剋斯韋的位移電流是如何協同作用，自然而然地導嚮瞭電磁波的存在。 光的本質： 光作為電磁波的發現，徹底改變瞭人類對傳輸媒介的認知。我們將探討光在介質中傳播的本質，以及反射和摺射現象背後的幾何光學原理，著重於費馬原理——“光總是走最快的那條路”——這種基於“最小作用量”的自然選擇哲學。 第四部分：時空的彎麯與物質的量子幽靈 現代物理學徹底顛覆瞭我們對時間和空間的直覺認識。 相對論：時空的相對性： 愛因斯坦的狹義相對論並非關於“速度”的理論，而是關於“信息傳播速度有限”的後果。我們將解析洛倫茲變換如何導緻時間膨脹和長度收縮，強調這些效應是相互關聯、不可分割的統一現象。廣義相對論則將引力解釋為時空幾何的彎麯，而非簡單的“拉力”。我們將探討水星近日點的異常進動如何成為檢驗這一新幾何觀念的決定性證據。 量子世界的怪異性： 量子力學是關於確定性與概率邊界的探索。本書將聚焦於德布羅意波粒二象性、海森堡不確定性原理的哲學含義，以及薛定諤方程描述的“概率波”。我們將避免復雜的矩陣運算，轉而探討雙縫實驗這一“終極思想實驗”，闡釋測量行為如何坍縮瞭疊加態，以及貝爾不等式如何挑戰瞭我們對“實在性”的傳統觀念。我們探討的重點是：在微觀層麵，粒子沒有確定的屬性，直到我們去觀測它。 總結：物理學的思維方式 《解構物理學》的最終目的，是培養讀者一種物理學的思維模式：敢於質疑常識，勇於用最簡潔的對稱性原理來概括最復雜的現象，並始終將數學語言視為描述自然規律的工具，而非規律本身。本書緻力於揭示，物理學的偉大不在於公式的復雜，而在於其描述自然界統一性的深刻洞察力。讀者將獲得一種全新的視角，去重新審視日常生活中那些習以為常的現象背後的深刻物理學原理。

第0章 歡迎來到物理學的世界
0-1 提倡「非常理假說」的學者們
0-2 第1次變革──奇妙且嶄新的假說所引發的中世紀末之戰
0-3 第2次變革──近代科學發展中所纍積的矛盾
0-4 20世紀初物理學的兩大革命

第1章 運動法則
1-1 慣性法則
1-2 運動方程式
1-3 自由落體
1-4 伽利略相對性原理
1-5 拋射體運動
1-6 慣性力
1-7 柯氏力

第2章 守恆量
2-1 衝突
2-2 運動量
2-3 能量
2-4 角動量(angular momentum)

第3章 萬有引力
3-1 萬有引力
3-2 開普勒行星運動定律
3-3 牛頓力學與行星運動
3-4 宇宙速度
3-5 太陽係探勘
3-6 潮汐力

第4章 流體物理
4-1 變化球
4-2 馬格納斯力(Magnus Effect)
4-3 揚力
4-4 流體物理

第5章 電與磁
5-1 電與磁
5-2 電與磁及原子
5-3 製造電流的磁場
5-4 電磁力
5-5 電磁感應
5-6電磁感應的應用
5-7 電磁波
5-8 地球磁場

第6章 相對論
6-1 光速
6-2 光速恆定原理
6-3 特殊相對論
6-4 質量與能量的關係
6-5 等價原理證
6-6 一般相對論
6-7 一般相對論
6-8 一般相對論與宇宙

Column  專欄
「我是貓」中，貓咪所說的牛頓運動方程式
重量
牛頓的發現
是誰發現慣性法則的？
守恆量
力
以分割的方式思考睏難的問題
橢圓運動的地球
加速度感應
描繪金星的圖形──五芒星
波霎與角運動量守恆法則
發電
再啓動製動器
迴鏇加速器實驗
誇剋(quark)
牛頓力學與電磁學間之矛盾
愛因斯坦奇蹟的一年
素粒子加速器實驗
雙胞胎的反論
不可思議的扭轉空間
GPS與相對論

前言

　　「如果我能看得比彆人遠，那是因為我站在巨人的肩膀上。」

　　這是非常著名的物理學傢　　牛頓（1643~1727）所說過的話。有些天纔雖然能夠在藝術、哲學、文學等領域創作齣相當傑齣的作品，然而他們卻並非是在完全「沒有」的狀態下，突然有傲人成就的。他們大多是憑藉過去所纍積的經驗，進而逐漸發展齣來的成果。牛頓所說的這句話，正是想要錶達如此的涵義。值得一提的是，這句話並非牛頓的原創，他隻是將前人所說過的話換個方式再說一次。

　　這世界上有許多的事情，都是直接或間接師法過去的曆史，而有今日的麵貌。科學及物理的世界當然也不例外。本書希望能將物理學相關的內容以簡單易懂的方式介紹給大傢。內容主要是從17世紀以牛頓為首的物理學開始介紹，直至20世紀初的相對論及量子論。

　　本書將為你解說從物理學的誕生至牛頓力學、相對論為止的一切。序章是從物理學形成的概括思想觀點，以此來看物理學誕生的曆史過程。因此，第1章之後即是從學習已完成之物理學理論開始，捨棄曆史的輾轉麯摺，直接開啓以閤理形式齣現的物理學大門。

　　本書希望能讓非理工科係齣身的讀者更貼近物理，因此盡可能不使用算式。藉此期望能讓更多人理解近代甚至是現代社會中，極為重要的知識即物理學的思考模式。

水崎高浩

3-5太陽係探勘
藉由繞行星變軌（Swing-by）的方法，即可利用行星的重力使太空探測器加速，而使得運用較少的燃料進行行星探勘的工作變得可能。

行星探勘
為瞭更有效率地進行行星探勘，行星的位置就顯得相當重要。若是欲進行探勘的行星們是並行在一起的，那麼就可以用一颱太空探測器同時進行探勘。以木星與土星為例，探勘時必須考慮兩顆行星朝相同方嚮前進的時間點。

木星公轉週期為11.86年，土星為29.5年。既然木星與土星朝同一個方嚮前進，我們就可以求得它們朝下一個相同方嚮前進的週期（會閤週期）。兩顆行星各自公轉的角速度分彆為 及 。角速度是由公轉週期除以360°＝2 得來。公轉角速度差即為 ×01.0504。求得的會閤週期為2 ×0.0504＝ ，因此為19.8年。若木星與土星在同一個方嚮，一颱探勘機可以同步進行兩種探勘，對行星探勘來說是非常寶貴的機會，這樣的機會約20年纔會遇到一次。

也可以用同樣的方法來計算其他兩種行星的會閤週期。由於較遠的行星公轉週期較長，這些行星的會閤週期也非常之長。多數行星朝嚮同一方嚮運行，遇上會閤週期時，對行星探勘來說即是非常寶貴的機會。

這種探勘機會曾經在距今約30年前齣現。1977年人類發射瞭太空探測器　　航海傢號（Voyager）太空船，當時可以觀察相同方嚮的木星、土星；轉個方嚮還可以觀察天王星、海王星，並且航嚮太陽係之外。之所以能夠如此，其實是利用當時行星位置配置的優勢，並且巧妙地運用力學定律。

繞行星變軌
觀察太空探測器的飛行路徑（圖3　12）可以得知，為瞭能夠一次探勘數個行星，勢必改變探測器的航行方嚮。由於改變航嚮也會改變速度的方嚮，因此就必須要有加速度運動。因此，必須必需在探測器上增加作用力。

其中一種改變探測器方嚮的方法是用噴射燃料。但是這樣的方法必須要裝載大量的燃料，實際上會有睏難。另一種方法是利用欲探勘行星本身的重力。若這個方法可行，就不隻可以方嚮改變，甚至還可以加速前進。該方法稱為「繞行星變軌」。

若能夠藉由欲採勘行星的重力，以好像要鑽入行星內部的狀態，應該就可以「改變方嚮」。然而，關於「可以加速」這件事情，你不覺得好像有點奇怪嗎？接著就來說明一下其中的奧秘。

某個物體A在速度 的情況下，撞到非常重且頑固的牆壁B，因此它被同樣的速度 反彈迴去。此時，若牆壁以速度 接近物體，則物體的反彈速度會變成是原有速度 ，再加上牆壁接近速度 的兩倍。也就是說，若與運動中的物體碰撞後反彈，則反彈速度就會變成是以對方的速度再加速。這部分可以運用運動量與能量守恆定律來錶示。

太空探測器雖然沒有直接衝撞木星，但是卻可以利用木星所擁有的強大重力改變其方嚮並予以加速。也就是說，航海傢可以用木星的公轉方嚮轉到木星的另一側；也可以藉由木星的重力，利用力量互相牽製的方式來改變其行進方嚮，同時利用木星公轉速度來加速。雖然實際的運作有些復雜，但是應該可以大緻理解其中的架構。航海傢在探勘木星並加速後，便繼續探勘土星、天王星以及海王星，並且進行反覆地加速，最後成功甩掉太陽重力、航離太陽係。

描繪金星的圖形　　五芒星
暢銷小說「達文西密碼」是一部意義深遠的作品，其中有提到「金星每八年在黃道帶上所形成的軌跡是個五芒星圖。」我想「這究竟是怎麼一迴事呀？」所以就試著去找齣解答。

所謂五芒星，如下頁圖所示，是可以用一筆劃畫完的星型。雖然其有許多種象徵的意義，但是和物理卻毫無相關。在此，我們試著來思考金星與該圖形間的關係。

相對於地球公轉週期為1年，金星的公轉週期由於公轉半徑較小，因此速度較快，僅有225天。我們可以藉由這兩個數字，來計算行星的「會閤週期」。從計算結果可以發現2/225 2/365＝2/587，因此，每約1年7個月，金星就會接近地球一次。

如果用直覺式的思考模式來看上述的會閤週期。365天乘以8等於2,920天。另一方麵，225天乘以13等於2,925天。雖然兩個結果有點差距，但是差不多可以視為一樣，這錶示當地球進行8次公轉時，金星就會進行13次的公轉。用會閤週期的587天除以2,925天，結果就會得到5次，由此可知，8年之內金星會接近地球5次。因此，若將金星的位置以直綫連結後，就會發現其剛好和五芒星用一筆劃畫完的順序一緻。在黃道帶上，因為金星與地球之間擁有再次接近的特殊關係，因此連結金星的位置即可得到這個有點抽象的五芒星圖形。這是單純觀測天空、金星實際運動也無法瞭解的情形。將金星與五芒星間的關係連結起來的古人們，好像就已經能夠得知地球與金星環繞太陽的公轉週期比率為（13：8）瞭。

「達文西密碼」中還提到瞭牛頓的名字，以及會在第6章中提齣相對論的愛因斯坦。愛因斯坦在該作品中，雖然隻是被作為一個比喻；但是，牛頓就不是因為物理，而是因為與內容相關而被提及。

评分☆☆☆☆☆

我一直認為，學習物理需要紮實的數學基礎，所以對那些“不需算式”的書籍總持懷疑態度。但《圖解不需算式的物理學》徹底顛覆瞭我的認知。《圖解不需算式的物理學》這本書的結構安排得非常有條理，從最基礎的力學概念開始，逐步深入到電磁學、光學甚至近代物理的部分，而且每一個概念的引入都是層層遞進，不會讓人感到突兀。它沒有那些冗長的數學推導，取而代之的是一係列精美的插畫和生活化的例子。我記得書中關於“能量守恒”的解釋，它用瞭一個水循環的例子，從太陽照射到蒸發，再到降雨，最後匯入河流，整個過程沒有齣現一個復雜的公式，卻清晰地展示瞭能量在不同形式之間的轉化和總量的守恒。這種“無招勝有招”的教學方法，讓我深刻體會到，理解物理的本質，比死記硬背公式更加重要。這本書不僅教會瞭我物理知識，更重要的是，它培養瞭我一種用物理學的思維去觀察和理解世界的能力。

评分☆☆☆☆☆

對於我這樣一個長期遠離物理學，甚至有些畏懼物理學的讀者來說，《圖解不需算式的物理學》簡直是一股清流。《圖解不需算式的物理學》的語言風格非常親切，就像一位經驗豐富的老友在跟你聊天，分享他對這個世界的獨特見解。它沒有那些官方、刻闆的術語，而是用大量生動形象的比喻來解釋物理概念。例如，在講解“萬有引力”時，作者並沒有直接拋齣一個吸引力公式，而是用一個皮球掉落的簡單情景，然後將其類比到地球和月球之間的相互吸引，讓我瞬間理解瞭引力是如何作用的。書中大量的插圖設計更是匠心獨運，每一幅圖都恰到好處地捕捉瞭物理現象的核心，讓我能夠一目瞭然地理解文字所要錶達的意思。我尤其喜歡作者對於“波”的解釋，它用海浪的傳播和聲波的共振來做類比，讓抽象的波動概念變得觸手可及。讀這本書，我感覺自己不再是被動地接受知識，而是主動地去探索和發現，這種學習的樂趣，是其他很多書籍都無法給予的。

评分☆☆☆☆☆

最近有幸讀到一本叫做《圖解不需算式的物理學》的書，雖然書名聽起來挺高大上的，但我拿到手的時候，說實話，有點忐忑。我一直覺得自己是物理學小白，中學時代的物理課就像一場噩夢，各種公式看得我頭暈眼花，什麼F=ma，什麼E=mc²，對我來說都是天書。所以當朋友推薦這本書的時候，我還在猶豫，不需算式？真的能講明白物理嗎？拿到書後，翻開第一頁，我看到的是一幅幅生動形象的插畫，各種場景、各種比喻，瞬間把我拉迴瞭那個充滿好奇心的童年。我感覺自己就像一個初生的嬰兒，第一次看到這個奇妙的世界，而這本書就像一位耐心溫和的老師，用最簡單、最直觀的方式，一點點地揭開物理學的神秘麵紗。我尤其喜歡書裏對於“慣性”的解釋，它沒有直接丟給我一個公式，而是用一個推箱子的例子，讓我體會到物體運動狀態改變需要力的作用，而保持原有狀態則不需要。這種“潤物細無聲”的講解方式，讓我慢慢地放下對物理的恐懼，開始真正地去理解和感受它。

评分☆☆☆☆☆

不得不說，《圖解不需算式的物理學》這本書在細節處理上做得非常齣色，它不像市麵上很多同類書籍那樣，僅僅停留在錶麵概念的介紹，而是深入到每一個知識點的根源，用最易於理解的方式將其闡釋清楚。《圖解不需算式的物理學》的作者顯然是花瞭大量的心思去思考如何讓讀者能夠輕鬆地掌握物理學。《圖解不需算式的物理學》這本書中，關於“壓強”的講解，作者沒有直接給齣公式，而是通過潛水員在深海的體驗，以及氣球在高空的變化，生動地展示瞭壓強隨深度的變化以及氣壓對物體的影響。這種結閤生活經驗的講解，讓我覺得物理學不再是遙不可及的科學，而是與我們息息相關的生活常識。讓我印象深刻的是，書中還穿插瞭一些關於物理學發展史的小故事，例如牛頓的蘋果落地，愛因斯坦的相對論的誕生過程，這些故事不僅增加瞭閱讀的趣味性，也讓我對這些偉大的物理學傢産生瞭由衷的敬意。總的來說，這本書讓我對物理學産生瞭濃厚的興趣，也讓我對未來的學習充滿瞭信心。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的驚喜在於，它讓我重新認識瞭物理學，原來物理學並非是冰冷的公式堆砌，而是隱藏在生活中的點點滴滴，是解釋我們周圍一切現象的鑰匙。《圖解不需算式的物理學》就像一位技藝高超的魔術師，將那些原本晦澀難懂的物理概念，通過巧妙的圖示和生動的語言，變幻成一個個引人入勝的故事。我記得其中關於“動量守恒”的講解，作者並沒有直接給齣公式，而是通過兩個碰撞的颱球，形象地展示瞭動量如何在碰撞中傳遞和守恒。這種“看得見”的物理，讓我一下子就抓住瞭核心。以前學物理，感覺像在背誦一本密碼本，而這本書卻像一本通俗易懂的說明書，教會我如何解讀這個世界的運行規律。我特彆喜歡作者在每一章節結尾都會設置一些小小的思考題，它們不像考試題那樣有明確的答案，而是引導我去觀察生活中的現象，去思考這些現象背後的物理原理。比如，它會問你，為什麼在超市裏，推購物車會越來越費力？通過這樣的引導，我發現物理學離我如此之近，它就在我的身邊，在每一次的齣行，每一次的觀察中。