德国是一个思想的国度,教育和科学、研究和发展被赋予核心地位。在20世纪初期,约三分之一的诺贝尔奖颁给了德国科学家,他们的革新给世界带来了巨变,如相对论、核裂变、结核杆菌以及伦琴射线的发现等等。迄今为止的76位德国诺贝尔奖得主中,有65人是以自然科学和医学成就而获奖,除了企业和高校,马克斯-普朗克研究所、弗劳恩霍夫学会和亥姆霍兹联合会等机构都站在科学研究的最前沿。这种良好的科学氛围的形成,与德国一贯重视对青少年的科学知识普及的传统不无关系。
《什么是什么》系统地、全方位地介绍了各个门类的知识,优美的文字、丰富的图片和书中体现出的德国人严谨的逻辑思维方式,相信对中国少年儿童的健康成长,拓宽他们的知识视野,帮助他们认识大千世界,也将起到积极的作用。
《宠物天地》
猫、狗、啮齿类小动物、鸟儿、金鱼、小乌龟,甚至还有蛇,都可以当作宠物饲养。观察它们的生活,不仅会让人觉得新奇有趣,而且我们还能从中了解它们不同的生活习性。以多部动物丛书和电视节目而闻名的著名科普作家海恩茨·色勒曼,向我们讲解了什么是宠物,宠物的起源,怎样选择和购买适合自己的宠物,以及如何饲养它们,它们有哪些习性和需求,等等知识。通过阅读本书,你还将感知,饲养宠物就意味着一份对生命的责任,同时宠物也会给你带来许多意想不到的乐趣。对于不同种类的宠物,本书中分别介绍了许多饲养技巧以及相关的专业性知识。
《大象王国》
大象是目前世界上最大的陆生动物。它们不仅身材高大,还长着长鼻子和大獠牙。如果我们能与这些大家伙来一次亲密接触,那么肯定会为它们惊人的力量、娴熟的技巧、轻松的游戏方式以及强烈的家族观念而感叹。但是,人类为了猎取象牙,曾把大象逼到了灭绝的边缘。现在大象又面临新的威胁。由于人类无节制地开垦土地,导致大象的栖息地越来越小。本书中,乌勒里希-塞德拉格博士用生动风趣的文字和引人入胜的图片,为读者介绍了自由自在的野生象群,以及动物园和马戏团里的大象。作者在介绍大象王国的同时,也希望唤起人类对大象的同情,从而关注它们的生存状态和生活环境。
《火车秘史》
世界上第一条铁路通向何方?最早的蒸汽火车由谁设计?目前最快的火车速度是多少?未来火车还会如何发展?来自纽伦堡德国铁路博物馆的五位专家,向我们讲述了铁路交通曲折的发展历程。从最初木制轨道上行驶的有轨马车,到现今电气化轨道上飞驰的高速列车,铁轨与火车的组合不断地在创造奇迹,带给人们惊喜。铁路专家们还详细地介绍了铁路每一次历史性的转折和发展,以及铁路历史上那些举足轻重的大人物。不可否认,铁路交通对推动社会进步、改变人类生活,起着重大的作用。
《犯罪探秘》
自从小说中的侦探夏洛克一福尔摩斯问世以来,犯罪侦查学领域发生了巨大的变化。小说中的福尔摩斯和他的朋友华生医生一起,靠着聪明的头脑和敏锐的观察力,仅仅只用放大镜就可以对罪犯进行追踪。与他们相比,今天的刑事案件则是由鉴证专家、指纹专家、武器专家、生物学家、化学家、医生和计算机专家共同组成的刑侦小组来侦破的。这样的刑侦小组拥有最先进的技术和设备。著名科普作家、科学记者雷纳·科特博士在这本《犯罪探秘》中,详尽地介绍了刑侦专家如何与犯罪行为作斗争的秘密。他不仅描述了刑警们在犯罪现场和犯罪调查实验室里的侦缉工作,而且还揭示了计算机犯罪、经济犯罪和环境犯罪等新的犯罪行为与手段,而这些犯罪行为与手段,是连福尔摩斯都无法想象的。
《多媒体世界》
多媒体是文本、图像、声音和视频的集合体。对许多人来说,多媒体这个概念并不陌生,但是完全了解多媒体的人却很少。数据是如何从CD中读取的?多媒体在不同的领域中有哪些用途?数字电影是如何产生的?德国著名科学家和科普作家雷纳·科特博士,在本书中带领大家进入互联网和虚拟世界,深入浅出地为我们介绍了计算机游戏的发展历史,阐述了关于数据网的相关观点,并详细讲述了多媒体的出现和发展对人们日常生活的影响。
《电视改变生活》
今天,电视已经成为我们日常生活中最亲密的伙伴,而且它的吸引力至今丝毫未减。但是,你可能还不知道:电视屏幕上的图像是怎样产生的?电视节目是如何制作的?电视剧本是怎样创作的?怎样才能成为电视剧中的演员和媒体制作人?著名媒体教育家、科学记者海尔伯特·海恩蔡勒曼,在本书中生动地讲述了电视的发展历程、技术原理和各种播放形式,描绘了电视制作现场紧张的工作情景,以及新闻节目的准备和制作过程。本书还为我们描述了电视未来的发展趋势。
《船舶的历史》
人类最早的水上交通工具,只是一根掏空的木头。今天,人们不仅使用集装箱船运输货物,渡船也使得两岸的交通更加便捷,旅客还可以在豪华的游轮上度假。在这期间,人类经历了漫长的帆船航海时代。几千年来,航海术经历了惊心动魄的发展,不仅出现了轮船航海时代,还制造出了冷藏货船、救生船和油轮。著名船舶专家、科普作家阿尔瑙勒德·克鲁达斯博士,编著过许多有趣的科普读物。在这本《船舶的历史》中,他凭借广博的知识,为我们生动地讲述了人类航海的历史,并介绍了船舶的类型、造船的方法。
《神秘的大脑》
脑是人体中最复杂的器官。脑在我们身体内部到底是什么样子?中枢神经系统里究竟运行着怎样的程序?与其他动物相比,人类在观察世界时有什么不同?著名生物学家、科普作家莫妮卡·罗比格尔,在本书中描述了大脑细胞如何对大量信息进行加工,大脑是如何将杂乱的信息进行分类并传达出去的,人们在睡眠和做梦时大脑如何活动,婴幼儿是如何学习语言的,什么是记忆,大脑在机能失常时会产生什么严重后果等等问题,让我们领略了大脑的神秘与神奇。
《蛇的秘密生活》
对于人类而言,蛇一直都是一种充满了神秘色彩的动物。它们到底采用了什么方法,才能迅速地移动自己长长的却没有脚的身子?它们怎样才能在没有爪子的帮助下,咽下自己的猎物?德国著名生物学家、科学记者迪特玛·迈腾斯博士,在本册《什么是什么》中为读者作出了生动的解答。他详尽地介绍了不同种类的蛇以及它们身体的特征。读者可以了解到,这种神秘的爬行动物如何繁殖后代,如何捕猎,以及它们在发动攻击之前,所策划和实施的各种计谋。此外,迈腾斯博士还为读者介绍了不同种类的毒蛇,以及世界上最毒的毒蛇。本书中还详细地描述了蛇毒的功用,告诉人们如何保护自己和保护大自然中的蛇。
《企鹅世界》
企鹅身穿“燕尾服”,是一种讨人喜欢的动物。在陆地上,它们只能笨拙地行走,但是到了水里,它们就会施展出真正的本领。你知道吗?皇帝企鹅的最大潜水深度可以达到500米,它们还能在南极极低的温度下孵蛋。另外,企鹅并不都是生活在冰天雪地里的,在阿塔卡马沙漠的边缘地区,也有企鹅正在忍受着酷热。德国基尔海洋学研究所的海洋生物学家鲍里斯-库里克博士,多年来都在观察和研究企鹅的生活。在这本《企鹅世界》中,他用生动的语言为我们介绍了企鹅对伴侣的态度,雄性企鹅和雌性企鹅在孵蛋时是如何分工的,小企鹅在第一次尝试游泳时会遇到什么样的危险,等等有趣的故事。
《汽车史话》
从卡尔·奔驰的第一辆内燃机车到太阳能汽车,汽车的发展史已经轰轰烈烈地向前推进了一百多年。汽车是如何产生的?发动机是如何运转的?F1是什么意思?未来的交通状况又会如何?……与汽车有关的话题总是为人们津津乐道。无论你是否拥有汽车,只要你在行走、骑车,甚至滑滑板,其实就已经在参与公共交通活动了。知名科学记者托马斯·布兰登伯格先生以浅显易懂的文字,配以大量清晰的图片和示意图,为我们讲述了汽车的发展史、汽车的运行方式以及汽车对于人类社会发展和进步的意义。
《软体动物》
双壳类、腹足类和头足类动物为什么被称为软体动物呢?软体动物是不是总是在以“蜗牛速度”移动呢?在长长的触手后面,章鱼是否有一颗聪明的脑袋呢?著名生物学家和科学记者迪特玛-迈腾斯博士在本书中为我们介绍了这个迷人的动物门类,包括它们身体结构的特殊性以及种类的多样性。他用形象生动的语言,描述了软体动物适应各种生活空间的能力和防御对手的技巧。通过本书,读者可以了解到,墨鱼在遇到危险时为什么会喷出墨汁,腹足类动物会怎样巧妙地伪装自己,双壳类动物又是如何以闪电般的速度关闭贝壳的。除此之外,作者还为贝壳爱好者提供了一些实用性的收集技巧。
《桥梁和隧道》
在日常生活中,大多数的桥梁并不起眼,而地下的各种隧道甚至没有什么人会特别注意。但是,桥梁和隧道默默地作出了巨大的贡献,它们穿越不同的障碍,开辟出新的道路,给人们带来便利。其实桥梁和隧道本身也有值得称道的地方。近几十年来,在隧道长度和桥梁跨度方面,世界纪录不断被刷新。德国著名科普作家和科学记者雷纳·科特博士,在本书中讲述了关于桥梁和隧道的不为人知的历史。书中详细展示了这些建筑物的巨大作用,说明了建造它们时会使用什么样的机器,未来还会建成哪些壮观的桥梁和隧道,例如连接西西里岛与意大利的巨大悬索桥,位于阿尔卑斯山地下深处的57千米长的哥达基线隧道,等等。
《现代物理》
光速究竟有多快?物质到底由什么组成?夸克是什么?时间在中子星上比在地球上流逝得慢吗?宇宙大爆炸之后发生了什么?在本书中,德国著名天文学家、汉堡天文馆馆长埃里希·于波拉克博士,带我们进入了现代物理学中最引人入胜的领域。他深入浅出地解释了一系列现代物理理论:爱因斯坦的相对论如何改变了我们对于时间和空间的设想;科学家们如何用现代望远镜,深人地探寻宇宙的奥秘;他们如何用巨大的粒子加速器重现宇宙原始时期的景象;人们怎样发现了更小的组成物质的基本粒子……请注意哦,本书中的所有内容和发现,都需要我们尽可能地展开想象的翅膀。
《声学探秘》
声音在日常生活中无处不在。人们一般都能够感知到周围环境中的各种噪声,并识别出不同人的音调和音色。但声音究竟是什么呢?我们的耳朵又是如何感知到声音的?著名科普作家、科学记者雷纳·科特博士,在本书中生动地描述了声音是如何产生的,让我们认识了敏感而又神奇的器官——耳朵。我们还可以从书中了解到,为什么特定的音调组合在一起听起来会如此悦耳,为什么在月球上听不到声音,什么是音障,为什么MP3可以储存许多音乐歌曲,水中的鱼儿是否可以听见声音……在本书中,你将会一一找到以上问题的答案,并且了解到声音在勘探资源和医学中所发挥的重要作用。
《蜜蜂和蚂蚁》
膜翅目昆虫是自然界中最重要的昆虫,其中包括勤劳的小蜜蜂、凶悍的大黄蜂和行色匆匆的小蚂蚁。别看这些昆虫个头小,但是它们对生态平衡和农业经济做出了巨大的贡献,是自然界中不可缺少的“大人物”。没有蜜蜂访花授粉,许多植物将面临灭绝的危险;没有蚂蚁地下筑巢,土壤将缺少养分,并且不透气。著名的昆虫学家、科学记者萨比娜·斯特格豪斯一考瓦克博士将带领我们走进这神奇的蜂蚁世界,探究这些小昆虫的秘密。她向我们介绍了大量依赖鲜花生存的“居民”,以及总是精诚协作的蚂蚁团队。在一起动手环节中,作者还告诉我们如何主动帮助这些小动物,从而保护我们的生态环境。
《爬行动物》
青蛙为什么会呱呱叫?奇特的盲螈生活在哪里?蛇为什么要吐信子?海龟的寿命有多长?神秘的两栖动物是如何走向灭亡的?在本书中,格赖夫斯瓦尔德大学国际自然保护学教授曼弗里德-尼克施对诸如此类的问题给予了精彩、详细的回答。他还告诉了我们助产蟾名字的由来、哪些青蛙会筑巢、会飞的蛇生活在哪里等有趣的知识。此外,他带领着我们走近远古时代就已经生活在地球上的两栖动物和爬行动物,并告诉了我们,它们目前的生存状况是怎样的。
《狼的故事》
为什么人类总是那么害怕狼?是不是狼总是以凶恶的形象出现在传说和童话中?狼怎样捕食猎物?狼也有语言吗?狼为什么喜欢成群地生活?狼怎么教育和训练自己的孩子?权威的狼群研究专家埃里克·茨曼先生对这些问题都做了详细的解答。茨曼先生作为一位知名的动物学家,先后在加拿大、意大利、西班牙以及德国巴伐利亚的森林中,常年研究狼群的生活习性。多年来,他追踪狼的身影,跟随狼的迁徙步伐,对鲜为人知的狼群进行了“跟踪报道”。他以大量的事实为依据,剖析了人类与狼之间的复杂关系。此外,他还畅想了狼的未来,并呼吁大家行动起来,保护狼群,保护我们共有的生态环境。
《猿类趣话》
黑猩猩经常使用什么工具?互相“捉虱子”对黑猩猩有什么好处?类人猿是否能够与人类交谈?著名科普作家魏图斯·彼·德略舍尔在这本《猿类趣话》中,带领我们走进黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩、猩猩的充满魅力的类人猿世界。作者在书中精彩地讲述了它们的生活方式、行为方式、惊人的智商和语言表达能力,以及它们与生俱来的丰富的面部表情。最后,作者特别指出,人类对类人猿生存空间的破坏,以及许多偷猎行为等,导致类人猿面I临着灭绝的危险。为了使这种与人类有着共同祖先的动物能够在地球上继续生存下去,人类必须给予它们更多的关怀与爱护。
《真菌世界》
几乎在所有的超市中,我们都能找到香菇、侧耳和鸡油菌。喜欢中国菜肴的朋友们经常会吃到木耳。每个人都知道这类食物,可是关于真菌及其多样性,通常我们知之甚少。这本《什么是什么》用生动的语言、精美的图片,向我们展示了真菌的世界。我们可以在本书中了解到日常生活中的一些常见的真菌,以及采摘和烹调食用真菌的各种方法。当然,本书并不是一本鉴定用书。本书作者海克-赫尔曼博士主要介绍了真菌的种类、生活方式和繁殖方法等内容。她描述了大自然中各种完全不同的真菌以及人们利用真菌的方法。在生产面包、啤酒和奶酪时,在医疗领域中,真菌都是不可或缺的。希望本书能够唤起读者对真菌的兴趣。这是一个存在于我们日常生活中的令人着迷的生物群落。
恒星的速度能够测量吗?
当光源——如源自恒星或者星系,以极高的速度向我们移动时,会导致它们发出的光的波长产生变化:即光的波长会变短,长波长的红光看起来就变成了短波长的蓝光。光源背离我们运动或者我们自己乘坐宇宙飞船远离它,都会使它所发出的光的波长变长。一个以极快速度远离我们的、发出蓝色光的电灯,我们看起来会是黄色的或者红色的。我们称这种现象为“多普勒效应”。
为了计算恒星的移动速度,我们必须知道来自宇宙各处的由氢气聚变所辐射出的光的特定波长。假如一个高温、含氢的恒星正远离我们,那么对我们来说,它发出的光的波长比我们所预期的要长。而如果它朝着我们急速移动,那么光的波长将变短。
基于波长的变化,我们可以根据这一特性确认光的原子种类,天文学家还能精确地计算出,某颗恒星面向或者背离我们时的运动速度。例如,我们周围移动最快的恒星,正以543km/s的速度远离我们,而其他的恒星则以不到500km/s的速度靠近我们。
星系会移动吗?
不仅恒星在移动,就连银河系也在不断移动。我们邻近的星系,一部分在快速地靠近我们,而一部分则在远离我们。例如,仙女座星云正以270km/s的速度向我们靠近,而麦哲伦星云却以相近的速度远离我们。人们估计,这样均匀分布的移动速度,恐怕也发生在遥远的星系和星系群中。
天文学家不得不惊讶地承认,几乎所有遥远的星系都在远离我们。他们离我们越远,则背离我们移动的速度就越快。当然这并不表示,我们的银河系就处在宇宙的中心,因为在不同的观测地点,人们都会有相似的感觉。各个星系之间正在相互远离,宇宙在不断地膨胀、扩大。如果两个银河系以十分之一的光速背向移动,并且他们之间相距15亿光年的距离,那么它们在150亿年前肯定相互之间距离很近(这里忽略它们的速度会发生改变)。类似的测试方法同样适用于其他星系。
真的有过宇宙大爆炸吗?
大约130亿至150亿年前,我们所知的宇宙还只是一个炽热的、超大密度的火球。通过一次原始大爆炸,它的各个组成部分之间,开始相互远离。所谓的宇宙大爆炸,肯定是某种更高级的力量的杰作。
随着科学家对时空探索的不断深入,他们对这种观点的见解也越来越不一致。尽管我们今天对地球的发展史有很深的了解,但想全面地揭示宇宙上百亿年的历史,仍然是相当困难的。
对于判断宇宙是否发生过大爆炸,仅凭宇宙不断膨胀的现象作为依据,似乎还不够充分。但是,人们对此却另有一个非常重要的观点:随着我们对宇宙认识的不断加深,我们对它过去的了解也会不断地增加。
我们所看到的距离我们十光年的恒星,是它十年前的样子。一个遥远的星系也是如此,我们看到的景象也是它数十亿年前的样子。人们用大型天文望远镜所观察到的遥远天体,只是类星体——即未来星系的雏形。
如果人们能够从任意的方向观测更遥远的宇宙,那么人们最终必定能够看到宇宙的原始形态,即炽热的原始气体,并观察到由它们产生出星系、恒星、行星以及生命的过程。
宇宙大爆炸之初,我们肯定是被一个遥远的、发出明亮光芒的外壳所包围,而且黑夜时的天空肯定和白天一样明亮。
由于宇宙在不断地膨胀,所以从不断远离我们的明亮“火墙”发出的光波会不断变长。这种光的波长变得如此之长,以至于它们抵达我们时,所呈现的不再是可见的短波长的“光”,而是不可见的长波长的微波。
通过射电望远镜观测到的,从各个方向朝我们涌来的“宇宙背景辐射”,可以作为上述理论的佐证。如今,宇宙背景辐射是宇宙大爆炸理论的最根本支撑,它否定了其他所有的宇宙诞生理论。
宇宙是什么时候诞生的?
通过星系的间距以及移动的速度,往前推算出它们的起始点,进而可以轻易地推算出宇宙的年龄,这种理论是人们可以接受的。
但是,由于星系的移动速度不断受到各种因素的影响,所以事情并非一道计算题这么简单。这是因为星系质量之间相互吸引,从而导致他们相互背离运动的速度必定受到影响。
此外,宇宙中的物质越多,这种影响就越大。另一方面,人们通过探测发现,星系之间相互背离运动的速度也越来越快。此外,对遥远星系距离的计算,我们也无法保证其精确度。
所有这些都说明,我们对宇宙的年龄只能进行推测。大多数科学家认为,宇宙是在130亿至150亿年前诞生的。
(摘自《现代物理》P39-41)
我们生活在一个岌岌可危的时代,我们的世界似乎过于拥挤。一方面,人口过多、环境破坏时刻威胁着我们;另一方面,比起延续数千年的文明史,我们在已经过去的20世纪里,有很多的发明和发现,新兴技术仿佛把地球变小了。登月和发现广袤的银河系,仅仅是19世纪完整而直观的科学研究的一种扩展和补充。相比较而言,本书讲述的现代物理理论,却探索了前所未有的新事物。
人类必须承认,大自然在最大、最小和最快这些领域里的现象,远远超过我们的预知能力。虽然原子核和超速粒子的特性可以在数学范畴内精确地进行计算和描述,但是一旦需要阐释光、原子或是宇宙的构造时,我们现阶段有限的判断力和想象力就完全无能为力了。尽管如此,一些实用的概念模型还是存在的,例如人们把光设想为波浪运动,这样就可以理解它的许多特性了。
我们提出的原子结构模型虽然有点“孩子气”,却十分有用,这个模型包含原子的重核和行星般绕核运行的电子。但是,所有这些描述和模型,只能揭示大自然的一部分真实面孔。光可以以粒子流的形式出现,但当人们想要分离它们到特定的位置时,这些电子壳层中的粒子,会突然间不规律地游离分散。在最小的世界以及夸克、胶子领域,一切都变得更加神秘莫测。
本书作为现代物理的入门书,目的是让年轻的读者走近和熟悉一些概念,如宇宙大爆炸、光速、相对论、黑洞、夸克及轻子。为了避免内容过于艰深,部分内容有所删减。
我们希望,本书所讲述的现代物理知识体系,能够引导一批青少年的科学兴趣,希望他们在21世纪不断求知探索,并且在维护世界和平和拯救世界的新技术开发方面有所建树。