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给孩子讲时间简史——让孩子轻松读懂霍金,理解时间

2018年08月20日  

《给孩子讲时间简史:让孩子轻松读懂霍金,理解时间》
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出版社:民主与建设出版社
作者:李淼
出版时间:2018年08月

内容简介

这是物理学家李淼写给孩子的关于时间的科普读物。霍金在畅销科普作品《时间简史》里讲述了关于宇宙本质的知识。而在本书中,淼叔以孩子容易理解的方式组织和诠释了霍金的理论,用很多趣味的故事帮助孩子重新理解时间:它并不像我们司空见惯的那样寻常,而是藏着整个宇宙的奥秘。要懂得很多前沿的物理学,才能真正理解,为什么时间是有方向的,宇宙的起点是什么,所谓时间究竟是怎么一回事。

作者简介

李淼,中山大学天文与空间科学研究院院长及筹建人。 

1982年毕业于北京大学天体物理专业,1984年获中国科技大学理学硕士学位。1989年赴丹麦哥本哈根大学玻尔研究所学习,1990年获哲学博士学位。1990年起先后在美国加州大学圣塔芭芭拉分校、布朗大学任研究助理教授,1996年在芝加哥大学费米研究所任高级研究助理。1999年回国,任中国科学院理论物理研究所研究员、博士生导师。 

身为大物理学家的李淼也活跃于科普领域,他的《给孩子讲量子力学》《给孩子讲宇宙》《给孩子讲相对论》深受读者欢迎,屡获大奖。

精彩书摘

《哈利·波特》里的魔法棒是一种非常神奇的东西,比如说,有一次邓布利多带着哈利·波特去找一个变成沙发的朋友,看到房间乱糟糟的,用魔法棒一挥,房间登时被整理得干干净净。又有一次,哈利·波特将魔法棒指着一摊水,那摊水很快就结成了冰。 

尽管在魔法故事里,我们相信这种神奇的事情,但在现实生活里,这些事会出现吗?回答是,根本不可能。比如说,我们现在都是手机一族了,不论大人还是小孩,没事就捧着手机。和手机配套的是耳机线,它经常给我们带来不愉快的麻烦:我们本来将整理得好好的耳机线放在口袋里,可是,不出意外的是,每次从口袋里掏出它,它又变得乱糟糟的。 

你有没有见过这种事情发生:一团乱麻一样的耳机线放进口袋里,掏出来的时候变整齐了?我跟你打一块钱的赌,你肯定从来没有见过这种事情。同样,一个乱糟糟的房间,如果我们不去耐心地慢慢整理,才不可能用魔法棒一挥,就会变得整整齐齐的。那你会问,魔法棒指一下水,它会结成冰吗?回答是,永远不会。原因是什么?因为冰和水比起来,就像整齐的房间和乱糟糟的房间比起来一样。我们慢慢谈这个回答后面的道理。 

本来有条理的东西会变得乱糟糟,而乱糟糟的东西不会变得有条理,这是我们这个世界的一个根本规律。再举一个例子,一只杯子掉到地上,水撒出来了,水渗入地板中了,杯子碎了。我们从来没有见过相反的情况,一只杯子的碎片会自动合拢成一个完整的杯子,地板中的水跑回来再跳进杯子,然后杯子从地板上跳到桌子上。这意味着什么?这意味着我们这个世界是一部电影,它从来都是向着一个方向放映,而不能倒着放映,也就是说,时间有一个箭头。 

其实,中国古人早就注意到这个现象,成语“覆水难收”讲的就是这个现象。这个成语来自汉代的一个故事,汉景帝的时候,有一个穷书生叫朱买臣,娶了个妻子崔氏,他平时除了读书就是砍柴。后来崔氏实在过不了贫穷的生活,要和朱买臣离婚,朱买臣没有办法,只好离婚了。到了汉景帝的儿子汉武帝即位,没过几年朱买臣得到了汉武帝的赏识,做了会稽太守。崔氏得知这个消息,蓬头垢面跑到朱买臣面前,请求他允许自己回到朱家。朱买臣让人端来一盆清水泼在马前,告诉崔氏,若能将泼在地上的水收回盆中,他就答应她回来。当然,这件事是做不到的。 

但是,要很久很久以后,物理学家才找到这个道理背后的根本原因。发现根本原因是一个复杂的过程,有很多故事,我们先讲发现这个根本原因的人。这个人就是奥地利物理学家路德维希·玻耳兹曼。 

要理解玻耳兹曼找到的道理并不难。现在,你拿一个盒子,再拿两个玻璃球。将盒子隔成一边一半,你闭起眼睛将玻璃球一个一个扔进盒子里。现在,要求你将两个玻璃球都扔进左边那个盒子,你会发现,尽管这可以做到,但平均下来,每做四次才可能做到一次。原因很简单,两个玻璃球都在左边是一种可能,两个玻璃球都在右边是一种可能,但还有两个可能是两个玻璃球一个在左边一个在右边:1. 第一个玻璃球在左边,第二个玻璃球在右边;2. 第一个玻璃球在右边,第二个玻璃球在左边。 

我们继续做这个实验,现在,玻璃球越来越多,要求你闭起眼睛将所有玻璃球都扔进左边,你会发现越来越难。原因很简单,所有玻璃球都扔进左边只有一种可能,而有很多很多可能是玻璃球乱七八糟地分布在两边。 

你看,玻璃球同时在一边相比玻璃球乱七八糟地分布,看上去更整齐,而越整齐的情况越难做到。这个道理说起来非常简单,但是我们可以用这个道理解释前面提到的耳机线的问题:耳机线被整理得有条有理相对耳机线乱七八糟的样子比较罕见。 

那么,玻耳兹曼是怎么解释其他问题,比如说“覆水难收”的呢?玻耳兹曼说啊,任何物体都是由分子构成的,而分子就像我们刚刚做实验的玻璃球。当分子排列得整齐的时候,我们将这种情况叫作有序,而当分子排列得乱七八糟的时候,我们将这种情况叫作无序。相对无序,有序的可能性更小,所以不容易做到。他说,任何物体,一定是从有序变成无序,而不是相反,因为无序总是更有可能发生的。

来源:民主与建设出版社

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