时间之箭

出版时间:2002-2-1  出版社:湖南科学技术出版社  作者:[英] 彼得·柯文尼,罗杰·海菲尔德  页数:354  字数:239000  译者:江涛,向守平  
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前言

1977年诺贝尔化学奖获得者    伊里亚·普里高津    我十分高兴在此为彼得·柯文尼、罗杰·海菲尔德的这本书写篇前言。    时间有箭头吗?这问题自从苏格拉底以来,一直迷魅着西方的哲学家、科学家和艺术家。然而,在20世纪末期的今日,我们问这问题,情况与以前不同。对一个物理学家来说,20世纪的科学史可以分为三个阶段。首先是两项思想方案——相对论和量子力学——所产生的突破。其次是一些出入意料之外的事物的发现,包括“基本”粒子的不稳定性、演化宇宙论,以及包括诸如化学钟、决定性混沌等的非平衡结构。最后——也就是现在,由于这些新的发展,我们必须对整个物理学作重新思考。    这里一个令人瞩目的特点是:所有这一切都强调着时间所扮演的角色。当然,在19世纪,人们都已经承认时间在生物学、社会科学等学科

内容概要

本书论证了现代科学理论关于时间的最普遍观点。时间就像一只箭,射向未知的前方,把过去永远留在后面。作者回顾了3个世纪的科学史,大胆地对牛顿力学、爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论、量子力学以及最近的混沌理论进行了重新解释。

作者简介

彼得·柯文尼博士,在威尔斯大学担任物理化学教授,曾是牛津凯博学院的研究员。曾经和诺贝尔化学奖得主伊里亚·曾里高金教授一起从事研究工作。现居北威尔斯的可温湾。
罗杰·海菲尔德博士,伦敦通讯日报的科学编辑。曾当选1987年最佳年度医学报道记者,1988年最佳年度

书籍目录

前言序第一章 时间的形象第二章 牛顿物理学的兴起:时间失去了方向第三章 时间使爱因斯坦受挫第四章 时间的量子跃迁第五章 时间之箭:热力学第六章 创造性演化第七章 时间这箭与生命之箭第八章 统一的时间景象第九章 未结束的探索

章节摘录

  电磁时间 牛顿提出他的定律,是为了研究引力对大质量物体的作用。但是自然 界中还有其他的力,例如静电力——我们梳头时使头发竖立起来的力。解 释静电现象的定律最后演变为电磁理论,它是物理学的第二个主要的理论 构成。在这里,时间同样是一个棘手的问题。 牛顿引力理论的一个饶有趣味的特点,是它描述了两个大质量的物体( 例如太阳和月亮)之间的一种瞬时作用,尽管这两个物体并没有直接接触。 这种现象被称为超距作用。它使当时的科学家和哲学家都感到头疼,因为 找不到显而易见的机制去说明它。在《原理》一书中,牛顿叙述道:“我 希望我们能用类似力学原理的推理,导出其他自然现象,因为有许多理由 使我猜想,这些现象都取决于某些力,这些力使得物体中的粒子由于某些 迄今未知的原因,或者相互靠近而连接成规则形状,或者相互排斥而分散 。这些力既属未知,所以哲学家们迄今对大自然的探索仍是徒劳无功。” 对于像一记拳或是一记耳光那样的碰撞力,物理学家和哲学家们可以 理解。可是对于吸引力或排斥力——像牛顿的引力——他们总认为是玄虚 的。牛顿在科学上的主要敌手莱布尼兹,曾把牛顿的工作评论为“引力(不 言而喻,任何牛顿其他的原动力),不是故弄玄虚就是某种奇迹的作用”。 牛顿为了解决这一问题,想象了一个引力场,它从每一个引力质量中流出 ,瞬时弥漫到整个空间,并且随着到物体质量中心距离的增加,它的强度 按平方反比而减少;这样当距离增加一倍时,引力场的强度就减少到四分 之一。 静电力——例如,在带电的梳子和头发之间的静电力——以同样的方 式作用于整个空间。为使这种作用在一段距离外发生,就要假定有一个电 场,就像牛顿的引力场那样。1785年法国人库仑(Charles Coulomb)获得了 必要的实验精度,、为静电力的理论提供了基础。根据他的实验,他得到 了一个把荷电物体之间相互作用定量化的定律。库仑使用了一个扭矩天平 ,这是一个可以测量一对荷电球之间电力的装置。他发现同性电荷相互排 斥而异性电荷相互吸引,在这两种情况下,相互作用力都准确地按照荷电 球之间距离的平方反比而变化(并且正比于两个球电荷量的乘积)。 库仑定律与牛顿的引力定律具有惊人的相似性:两者都用了场的概念 ,都用了平方反比定律,来描述超距作用。诚然,也有一些重要的区别。 电荷有两种类型,正电荷与负电荷。同性电荷相斥,异性电荷相吸。而引 力只有一种类型的“荷”——质量——它总是相吸的:日月星辰之间全都 是互相吸引。 与静电学有关的静磁场的研究,与静电场有非常相像的历史,两者之 间有许多相似之处。当时担任伦敦皇家研究所所长的法拉第(Michael Faraday)1820年在电学和磁学方面进行了独创性的研究,发现运动的或动 态的磁作用与静电作用紧密相关,而且反之亦然。运动的电荷产生磁场, 而运动的磁场在导体中产生电流(第三章中我们将深入讨论这种对称性的原 因)。法拉第的开创性工作,由苏格兰人麦克斯韦(James Clerk Maxwell, 1831~1879)用有力的理论继续发展。麦克斯韦1864年当伦敦大学皇家学院 的教授时,证明了电和磁的作用,是同一个电磁力不同的表现形式。他最 后集其大成的数学方程是如此优美,使得玻耳兹曼(Boltzmann)不禁引用哥 德(Goethe)的语句:“难道是上帝写的这些吗?……”麦克斯韦把法拉第的 电磁定律数学化,其结果现在就叫做麦克斯韦方程。根据这些方程,麦克 斯韦得到一项推论说,电磁信号在真空中应该以一个恒定的速度运动,而 这个速度就是光的速度。 这样说来,我们就很难避免下结论,说光本身就是一种电磁作用。不 久之后,另外一些形式的电磁辐射也被发现了,从此人们知道可见光只是 电磁波谱中的一部分,整个电磁波谱覆盖着从射电波直到X射线以及它以外 的波段。我们熟悉的从红色到紫色的电磁辐射波谱,仅仅只是整个波谱中 的、人的视网膜感觉得到的一个波段。 然而,就像牛顿方程一样,麦克斯韦方程也不区分过去和将来。时间 不论是正值还是负值,方程都是不变的,方程里面不包含过去和将来的区 别。按照麦克斯韦方程,一个像电子这样带电的、有质量的粒子,在电场 和磁场并存的情况下,由于同时受到这两个场的作用,将受到一个以荷兰 物理学家洛伦兹(Hendrik Lorentz)的名字命名的力。这个粒子的运动于是 就可以用牛顿运动方程来描述,洛伦兹力和粒子质量决定粒子的加速度。 这样我们又一次失去了时间箭头。正如先前讲到的引力下的运动一样 ,现在我们在电动力学中又遇到了可逆的力学描述。有关带电粒子在电场 、磁场或者两者并存情况下的实验,证实了这些时间对称的运动方程的解 ,的确给出了正确的动力学结果。可是许多电磁现象,很明显地是具有时 间方向的。从没有人见过光波从照亮的房间里聚回到电灯灯丝,然后被灯 丝吸收;也从没有人见过光线从我们的眼睛跑出来,再被太阳或是其他光 源吸收回去。因此有些人说,存在一种电磁的时间箭头,它可以排除这些 “倒转”过程,原因是这些过程的初始条件被实现的几率极小。这种说法 和我们前面已经反驳过的,有关公牛和瓷器店的说法十分相似。 电和电磁辐射在守时技术方面起了很大的作用。依赖于个别地方准确 守时的“地方时”制度由此结束,取而代之的是全国性的“国家时”。这 给出了一个全国范围共同意识的“现在”。无线电波可以使遍布全国的钟 表时间同步。当第一个电报系统1838年在英国被采用时,人们就已认识到 ,用同样的办法,可以传播来自同一个主钟的信号。电使得钟表的准确性 比以往大大提高。在美国的贝尔实验室,借助于电路装置的晶体石英钟, 早在20世纪20年代后期就已经问世。在这类钟里,石英晶体像音叉一样, 以恒定而且非常准确的频率振荡。这一频率是石英晶体的特性,与机械钟 不同的是,它和钟表的设计基本无关。 1948年,设在华盛顿的美国国家标准局成功地把一种分子振动用于守 时,为原子钟铺开了道路。原子钟的“滴答”频率是完全与工艺设计无关 的。美国国家标准局当时用的是氨分子,它的形状像金字塔,由三个氢原 子和一个氮原子组成。三个氢原子构成一个环,氮原子前后跳动穿过这个 环,就形成了钟的“滴答”走时。最古老的守时钟就是我们所在的这颗行 星了,它的缺点是它的转动速率不是完全稳定的,与此相比,原子钟要好 得多了。由于地球极冠的冰雪冻结和融化,潮汐的摩擦以及其他产生于地 球内部深处的作用,一天的长度在一年之中,有千分之一秒左右的涨落。 这对于现代超精密的守时需要来说,是完全不够的。 P46-50

编辑推荐

《第一推动物理系列:时间之箭》作者用精彩的语言,权威性地赋予时间方向感,并呼吁找出能涵盖时间箭头的全新理论。《第一推动物理系列:时间之箭》作者引导读者济览了所有企图解开时间奥秘的重要科学理论。他们探究时间的物理理论——牛顿力学,爱因斯坦的相对论,量子理论与势力学——以及考查更广泛的时间昭示:时间如何出现在诗、化学到生物学——从"马维尔的双翼战车"和"生理时钟"到造成旅行时差和星期一早晨沮丧心情的原因。 最后他们总结各种不同的时间阐释,描述出一种崭新方式赋予时间方向感,并呼吁要找出能涵盖时间箭头的全新理论。“时间”仍是人类最难解答的谜之一,虽然当今重要科学理论都有它的踪迹,但是仍然缺乏明确的对"时间"的科学解释。例如:时间在很多重要的科学理论中没有方向,是“可逆的”。

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用户评论 (总计9条)

 
 

  •   “时间被称为被忘却的维度。”一直想看对时间进行解析描绘的书,这本最好了,内容很现代。印刷纸质都还好。
  •   买这本书前我就已经开始思考时间的问题了,看了这本书后思路清晰了很多。令我没想到的里面竟然提到了之诺悖论。不过芝诺悖论在《四维旅行》里讲述的更为详细。想了解时间的人可以看看这本书,内容很精彩!描述也很生动。这本书较薄……不会出现像《黑洞与时间弯曲》那样的调页问题……
  •   太难了,虽然我是理科硕士,给学天体物理的专业学生看差不多
  •   物理学是人类最伟大的科学之一
  •   一次买的太多了,还没来得及看
  •   选题和内容都很对胃口
  •   这套书还有几本没买
  •   货好,物流也快,服务好
  •   寻找大一统原理
 

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