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什麼是相對論(狹義篇):從實驗走向革命性定律 (電子書)
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什麼是相對論(狹義篇):從實驗走向革命性定律 (電子書)

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內容簡介

愛因斯坦的相對論勾勒出了一個深刻而永恆的時空觀念,備受重視與推崇。

第1篇 相對論前夜
本篇從天文學的歷史背景開始,探討了日心說的困境和相對性原理的初步概念,並介紹了慣性系的重要性。接著,從實驗出發,引出了伽利略變換和牛頓力學的基礎,深入討論了牛頓第二定律和絕對時空觀的概念。隨著電磁理論的發展,本篇提出了電磁理論的挑戰,探討了光速不變原理及其引發的新時空觀,並以結語作結,為後續的相對論誕生鋪墊。

第2篇 相對論誕生
本篇集中探討了電磁理論中的疑難及以太的概念,從光行差實驗和阿拉果的實驗開始,介紹了部分曳引假說和斐索流水實驗等重要實驗,並討論了一階光學實驗和一階相對性原理。隨後,本篇詳細解釋了著名的麥可遜-莫雷實驗及其結果,進一步探討了洛倫茲和電子論、長度收縮假說,並通過牛頓與水桶實驗和馬赫的視角,揭示了不存在絕對運動的觀點。最後,本篇回歸相對性原理,深入分析了真正的困難和對應態定理,並在探討時間問題後,以狹義相對論的出現作結。

第3篇 質能方程
本篇從狹義相對論出發,首先介紹了動量守恆定律,並回顧了伽利略變換和牛頓力學的基本定律。接著,通過洛倫茲變換和狹義相對論的定律,揭示了新的動量和動能概念,並最終導出質能方程。討論回到牛頓力學,分析質量與能量之間的關係,並探討電磁場的挑戰和質量虧損現象。進一步,核反應是否特殊的問題也得到了深入探討,並總結出質量是能量的量度的觀點,展示了新時代的圖景。最後,通過不動質量的概念,為本篇畫上句點。

第4篇 閔氏幾何及常見的相對論效應
本篇探討了為何許多人覺得幾何語言難以理解,並介紹了相對論中的兩個基本假設和光速不變的祕密。隨後,從歐氏幾何的不變數出發,通過線元來決定幾何,並展示了閔氏幾何在狹義相對論中的應用。隨著時空圖的介紹,本篇探討了同時性的相對性和兩個座標系的轉換,並解析了尺縮效應。隨後,閔氏幾何的線長和校準曲線,探討了雙生子佯謬及其幾何解釋,並最終以世界線和固有時的概念,全面解決雙生子佯謬的問題。最後,本篇以結語總結了常見的相對論效應。

 

作者介紹

長尾君,原名張文,2018年5月開始以「長尾科技」之名發表關於相對論的科普文章。此後,秉著「想學什麼就嘗試去科普什麼,只有教會別人,才算學會」的費曼式學習態度,在「以科普促學習」的道路上越走越遠。長尾君重點關注物理、數學、哲學領域,同時致力於中小學生的科學教育,堅持以通俗的語言和縝密的邏輯把複雜的科學問題說清楚,希望更多人能感受到科學的美麗。

 

目錄

第1篇 相對論前夜
01 日心說的困境
02 相對性原理
03 慣性系
04 從實驗到定律
05 伽利略變換
06 牛頓力學與伽利略變換
07 牛頓第二定律
08 絕對時空觀
09 電磁理論的挑戰
10 第一種可能性
11 第二種可能性
12 新的時空觀
13 電磁波的疑難
14 光速不變原理
15 結語
第2篇 相對論誕生
16 電磁疑難
17 以太
18 光行差實驗
19 阿拉果的實驗
20 部分曳引假說
21 斐索流水實驗
22 一階光學實驗
23 一階相對性原理
24 麥可遜-莫雷實驗
25 為什麼是二階?
26 實驗的結論
27 洛倫茲和電子論
28 長度收縮假說
29 牛頓與水桶實驗
30 馬赫與水桶實驗
31 不存在絕對運動
32 電磁感應之思
33 相對性原理
34 真正的困難
35 對應態定理
36 時間
37 最後的沉思
38 狹義相對論
39 更新牛頓力學
40 暫時的收尾
41 從歸納到演繹
42 結語
第3篇 質能方程
43 從狹義相對論出發
44 動量守恆定律
45 伽利略變換
46 牛頓力學的定律
47 洛倫茲變換
48 狹義相對論的定律
49 新的動量
50 新的動能
51 質能方程
52 回到牛頓力學
53 質量與能量
54 牛頓的質量
55 電磁場的挑戰
56 質量虧損
57 核反應特殊嗎?
58 質量是能量的量度
59 新的圖景
60 不動的質量
61 結語
第4篇 閔氏幾何及常見的相對論效應
62 為什麼很多人覺得幾何語言難?
63 兩個基本假設
64 光速不變的祕密
65 歐氏幾何不變數
66 線元決定幾何
67 閔氏幾何與狹義相對論
68 時空圖
69 同時的相對性
70 兩個座標系
71 尺縮效應
72 閔氏幾何的線長
73 校準曲線
74 雙生子佯謬
75 雙生子佯謬的幾何解釋
76 世界線和固有時
77 雙生子佯謬之完結篇
78 結語
拓展閱讀
01 斐索流水實驗,以太理論和相對論的交鋒
斐索流水實驗
三種以太理論
菲涅爾的解釋
以太理論與相對論
相對論的解釋
再談光速不變
02 當相對論說動尺收縮時,它是如何測量的?
03 從雷擊火車實驗看同時的相對性
一些約定
火車上的閃光
相對論的計算
牛頓力學的計算
總結
04 相對論裡時間是相對的,會破壞因果律嗎?
子彈擊碎花瓶
時序分析
類時事件
類空事件
05 聽說一切物體在時空中的速度都是光速c?
06 光子沒有質量為什麼有能量?
參考文獻

 

在相對性原理的啟示下,人類對於時空和物質的觀念發生了翻天覆地的變化。這個原理的提出不僅顛覆了過往對於絕對時空觀的信念,更開啟了一扇嶄新的科學之門。相對性原理告訴我們,一切運動都是相對的,而光在真空中的速度是絕對不變的。這樣的啟示使我們重新審視了牛頓力學所建立的絕對時空觀,並引領我們進入了一個全新的時空觀念。

藉由從實驗到革命性定律的觀念演進,我們看到科學家們如何透過一系列的實驗驗證了相對性原理,並最終將其提升為一項具有革命性意義的物理定律。這場從實驗到定律的過程,不僅讓我們對於物理世界有了更深入的理解,也啟發了人類對於宇宙的探索和想像。

相對性觀念的革新,不僅改變了我們對時空和運動的認知,更開啟了一個全新的科學時代。隨著我們進一步深入探討光速不變的探索,我們將開啟時空的新視野,探索更深奧的宇宙奧祕,這將是一場無比振奮與充滿啟發性的旅程。從相對論的誕生到質能方程的提出,我們見證了幾位偉大科學家的革命性思想對物理學發展的深遠影響。質能方程的誕生不僅給予了質量和能量之間密切關係的理論基礎,更將相對論的思想提升到一個全新的層次。透過閔氏幾何引領我們探索時空的幾何結構和相對論效應,我們將會更清晰地理解同時性的相對性和空間的變形。

這些概念的深入探索將引領我們更深入地理解宇宙的運作方式,並啟發我們對於宇宙奧祕的更深層次探索。在這部著作中,讓我們一同踏上這段驚奇之旅,探索相對論的奧祕,揭開時空的面紗,並進一步拓展我們對宇宙的理解與想像。

 

詳細資料

  • EISBN:9786263639508
  • 規格:普通級
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB流動版型
  • 建議閱讀裝置:手機、平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:16.5MB

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