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书名 从一到无穷大(精)
分类 科学技术-自然科学-自然科普
作者 (美)乔治·伽莫夫
出版社 文化发展出版社有限公司
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简介
作者简介
乔治·伽莫夫(George Gamow,1904—1968),俄裔美国物理学家和宇宙学家。他最早利用量子隧穿效应解释了原子核的α衰变。他是大爆炸宇宙学模型的早期支持者和奠基者之一,率先研究了宇宙大爆炸后化学元素的生成过程。他还提出了一个氨基酸编码的洞见,促成了DNA遗传密码理论的建立。
他也是一位杰出的科普作家,著有大量科普读物,其中很多在出版半个多世纪后依然在版。而《物理奇遇记》是其最具代表性的作品。他在1956年荣获联合国教科文组织颁发的卡林加科普奖。
目录
第一部分 数字游戏
第一章 大数字
第二章 自然数和人工数
第二部分 空间、时间与爱因斯坦
第三章 空间的独特性
第四章 四维的世界
第五章 时空的相对性
第三部分 微观世界
第六章 下降的阶梯
第七章 现代炼金术
第八章 无序定律
第九章 生命之谜
第四部分 宏观世界
第十章 拓宽视野
第十一章 初创之日
精彩页
1。最纯粹的数学
数学通常被人们,尤其是数学家们,看作是科学中的女王,而作为女王,她自然要尽量避免屈就于其他学科。举例来说,希尔伯特在参加一次“纯数学与应用数学联合大会”时,受邀发表一次公开演讲,以打破这两派数学家之间的敌对状态,他是这样说的:“经常有人说纯数学和应用数学是彼此相对的。这句话不对,纯数学和应用数学并不是互相对立的,这两者之前没有互相对立过,以后也不会互相对立,这是因为纯数学和应用数学之间没有任何共同点,根本没有可比性。”
虽然数学家们希望保持数学的纯粹性,对其他学科敬谢不敏,但是其他学科,尤其是物理学却颇为青睐数学,竭力与其建立“友好关系”。事实上,现在纯数学的每一个分支几乎都被用来解释物理宇宙中的这个或那个特性。其中包括抽象群理论、非交换代数、非欧几何这种一直被认为是绝对纯粹,不会有任何实用性的科目。
然而,迄今为止,数学中还有一大体系除了可以训练思维外没有任何实际应用,简直可以被光荣地授予“纯粹皇冠”了。这就是所谓的“数论”(这里指整数),数学中最古老的分支之一,也是纯数学思维最错综复杂的产物之一。
不可思议的是,作为数学中最纯粹的一部分,数论从某个方面来说却可以被称为一门经验科学甚至是一门实验科学。事实上,数论中的大部分定理都是人们在处理不同的数字问题时构思出来的,正如物理学中的定律是人们处理与实物相关的问题得到的成果。而且也像物理学一样,数论中的一些定理已经“从数学的角度”得到了证实,还有一些却仍停留在纯经验阶段,挑战着最优秀的数学家的大脑。
以质数问题为例,所谓质数,就是不能用两个或两个以上比其更小的数字的乘积来表达的数字。像1,2,3,5,7等这样的数就是质数,而12就不是质数,因为12可以被写成2×2×3。
质数的数量是无限的,还是存在一个最大质数,所有比之大的数都可以用我们已知的几个质数的乘积来表示?这个问题是欧几里得a最早提出并研究的,他给出了一个简洁明了的论证方法,证明了质数的数量是无穷的,因此并不存在所谓的“最大质数”。
为了验证这个问题,我们假设所有已知质数的数量是有限的,并用字母N来表示已知的最大质数,现在让我们计算所有已知质数的乘积并加1,用以下算式表示:
(1×2×3×5×7×11×13×…×N)+1
这个数当然比我们所提出的最大质数N要大得多,但是,这个数显然不可能被我们已知的任何质数(最大到N,也包括N)整除,因为从它的结构来看,用其他任何质数来除这个数都会留下余数1。
因此,这个数字要么本身就是个质数,要么就必须能被比N还大的质数整除,但这两种情况都与我们最开始的假设“N为已知的最大质数”相矛盾。
这种检验方法叫作归谬法,也叫反证法,是数学家们最喜欢用的方法之一。
既然我们已经知道质数的数目是无穷的,我们就要自问,是否有什么简便方法能把所有的质数一个不落地挨个写下来呢?古希腊哲学家兼数学家埃拉托斯特尼a最早提出了能做到这一点的方法,被称为“埃拉托斯特尼筛法”。你需要做的就是写下完整的整数序列,1,2,3,4等,然后删掉其中所有的2的倍数,再删掉所有3的倍数、5的倍数,等等。通过埃拉托斯特尼筛法筛选前100个整数,其中有26个质数。通过用这种简单的筛选法,我们已经得到了10亿以内的所有质数。
但是,如果能提炼出一个只能演算出质数的公式,并且能快速且自动地演算出所有的质数,那就更加简便了。然而经过了多少世纪的努力,人们还是没有得到一个这样的公式。1640年,著名的法国数学家费马b曾以为他推导出了只能算出质数的公式。
在他的公式22n+1中,n指代1,2,3,4,…这样的连续自然数。
但是自费马的结论公布了一个世纪以后,德国数学家欧拉c发现费马公式的第5个算式+1的结果4294967297不是一个质数,而是6700417和641的乘积。因此,费马的推算质数的经验公式被证明是错误的。
还有一个可以推算出很多质数的公式也值得一提:n2-n+41。
其中,n也是指1,2,3等这样的数。人们已经证实,当n在取1到40之间的数时,以上公式的结果都是质数,然而不幸的是,当n取41时,这个公式就失效了:事实上,(41)2-41+41=(41)2=41×41,这是一个平方数,而不是质数。
还有一个失败的公式是:
n2-79n+1601
当n取79及以下数值时得到的都是质数,但n取80时就无效了。
P18-21
导语
《从一到无穷大》是当今世界最有影响的科普经典名著之一,上个世纪80年代起就在国内引起了很大反响,是经典的自然科学普及读物。书中以生动地语言介绍了20世纪以来科学中的一些重大进展。由漫谈基本的数学知识入手,以丰富有趣的比喻,讨论了人类在微观世界和宏观世界方面的成就。语言幽默生动,论述深入浅出,适合广大读者阅读。
序言
我们要聊一聊原子、恒星和星云,聊聊痛和基因,以
及人类能不能使空间弯曲;还有,为什么火箭会缩短。没
错,我们将在本书中讨论所有这些话题,以及很多其他同
样有趣的问题。
这本书最初是为了搜集现代科学中最有趣的事实和理
论而出版的,目的是让读者对如今科学家眼中的宇宙的微
观和宏观表现形式有一个大致的了解。在执行这一粗略的
计划时,我不想把所有的事情从头到尾讲一遍,因为我知
道,这样写出来的只会是一部分为多卷的百科全书。但同
时,我所选择的讨论话题也能简要地概述基础科学知识的
整个领域,没有未涉及的死角。
本书根据重要性和关注度而不是简易程度选择主题,
因此在难易程度上有一定的不均匀性。有一些章节简单到
连儿童也能理解,而有一些则需要集中精力,认真研究才
能被完全理解。但是,我希望外行读者在阅读这本书时也
不会遇到太大的困难。
值得注意的是,这本书的最后一部分讨论了“宏观世
界”,比“微观世界”部分要短得多。这主要是因为我已
经在《太阳的诞生和死亡》和《地球传》中详细地讨论过
了关于宏观世界的很多问题,此处再进行讨论也无非是乏
味的重复。所以,在这一部分中,我仅会对涉及行星、恒
星和星云世界中的物理事实和事件以及它们的规律做一般
描述,只有在讨论过去几年科学知识的进步所揭示的新问
题时,才更详细地论述这些问题的内容和规律。根据这一
原则,我特别关注最近的观点,一个是被称为“超新星”
的巨大恒星的爆炸是由物理学中已知的最小粒子“中微子
”引起的;还有一个是新行星理论,其废除了目前公认的
行星起源于太阳与其他恒星碰撞的观点,并重新确立了几
乎被遗忘的康德和拉普拉斯的旧观点。
我要向众多艺术家和插图画家表示感谢,他们的作品
经过拓扑学转化后(参见第三章第二节)成为本书的许多
插图的基础。最重要的是,我的年轻朋友玛丽娜·冯·诺
依曼(MarinavonNeumann),她声称她比她著名的父亲还
要博学,当然,除了数学,在数学上他们一样博学。她阅
读了本书的一些章节后,告诉我其中有许多无法理解的章
节,我才认识到本书并不像我本来打算的那样适合儿童阅
读。
乔治·伽莫夫
1946年12月1日
内容推荐
《从一到无穷大》作为乔治·伽莫夫的科普代表作品,在当今世界仍然具有重要影响力。作为自然科学科普经典名著之一,直接影响了众多科研和科普工作者,是历久弥新的自然科学入门读物。
在本书中,伽莫夫以通俗易懂的方式介绍了20世纪以来世界范围内自然科学领域中的重大进展。全书共分四个部分,先由漫谈基础数学知识入手,用丰富有趣的比喻阐明了时间、空间的相对性,讲述了爱因斯坦的相对论及四维世界结构,最后全面讨论了人类在微观世界和宏观世界等方面的成就。
伽莫夫行文寓教于乐,本书不仅语言幽默生动,论述深入浅出,书中插图也均为作者亲笔绘制,是非常适合广大读者,尤其是学生和科学爱好者阅读的自然科学科普入门书。
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更新时间:2025/1/19 7:55:09