悖论 破解科学史上最复杂的9大谜团(珍藏版)[Paradox:The Nine Greatest Enigmas in Science]pdf

图书网 2022年7月8日00:12:10
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悖论 破解科学史上最复杂的9大谜团(珍藏版)[Paradox:The Nine Greatest Enigmas in Science] 作者:[英] 吉姆·艾尔-哈利利

悖论 破解科学史上最复杂的9大谜团(珍藏版)[Paradox:The Nine Greatest Enigmas in Science] 出版社:中国青年出版社

悖论 破解科学史上最复杂的9大谜团(珍藏版)[Paradox:The Nine Greatest Enigmas in Science] 内容简介

本书介绍了富有代表性的9个悖论,它们横跨整个科学史,对于每个时代科学家们关注的议题提出质问。这些悖论都属于“认知悖论”,处于似非而是与似是而非的矛盾中,但其实只要仔细思考,就可以找出其中的假设漏洞,轻松破解。书中有精美插图,使得内容更加丰富生动。

为什么入夜之后天色会变暗?

如果你搭乘时空机回到过去杀死了你的祖父,那你还会存在吗?

猫竟然可以同时处于活着又死亡的两种状态?

一根竹竿在高速移动下,长度居然会变短?

明明是双胞胎,其中一个人却比另外一个人大十岁?

粒子能移动得比光速快吗?我们是否拥有自由意志?

上面这些不合理的问题完全颠覆了我们的知识与逻辑,他们正是科学上所谓的“悖论”。从古到今,这些复杂的谜题考验过无数科学家,让他们百思不得其解。

本书作者被誉为“科普界的明日之星”,他认为,这些悖论就像是露出水面的冰山一角,而水下还隐藏着丰富广博的科学知识。想一探科学上的诸多奥秘,还有什么方法比透过破解谜题更有乐趣呢?更别提这些谜题曾经击败过世界上Z聪明的脑袋!如果你喜欢挑战自己的逻辑思考,这本书能满足你的需求,让你在反复论证中获得许多启发。

悖论 破解科学史上最复杂的9大谜团(珍藏版)[Paradox:The Nine Greatest Enigmas in Science] 目录

导读 叶李华科幻与通俗科学教授

反其道而行的科普奇书

推荐序简丽贤北一女中物理教师

享受阅读与思考的愉快

译者序 戴凡惟

关于科学悖论的二三事:为什么我们要探讨科学悖论

前言

第一章 综艺秀里的悖论

简单的概率,颠覆你的思考逻辑

消失的一块钱之谜

贝特朗箱子悖论

生日悖论

蒙提霍尔悖论

第二章 阿基里斯与龟

一切运动皆为假象

二分法悖论

运动场悖论

飞矢不动悖论

芝诺悖论与量子力学

第三章 奥伯斯佯谬

为什么入夜之后天色会变暗

数不尽的星星

不断扩张的宇宙

大爆炸的证实

最终解答

关于最终解答以及大爆炸的证实

第四章 麦克斯韦精灵

永动机是可行的吗

松掉的发条,洗均匀的牌,与渐增的乱度

单向阀

可是精灵更为聪明……

“随机”究竟是什么意思

永动机

麦克斯韦精灵与量子力学

第五章 竿与谷仓悖论

一根竿子究竟有多长?这要视它移动得多快而定

关于光的本质

缩短的长度

星际之旅

再论竿与谷仓

第六章 孪生子悖论

借由高速运动,我们可以跨入未来

时间是什么

让时间变慢

解开孪生子悖论之谜

爱因斯坦毕生最满意的点子

盯着时钟

穷人的时光之旅

第七章 祖父悖论

回到过去杀害自己祖父,意味着你不会出生

如何回到过去

超越光速

方块宇宙

方块宇宙中的时光旅行

时光旅行悖论的可能解答

真正的时光旅行需要多重宇宙

链接各个宇宙

时光旅人何在

第八章 拉普拉斯妖

蝴蝶振翅能否让我们幸免于可预测的未来

决定论

蝴蝶效应

混沌理论

自由意志——如果你真的想捉弄我,我永远无法猜出你接下来会做或说什么

量子世界——是否最终有了随机性

总结

第九章 薛定谔的猫

箱子里的猫既是活的又是死的,直到我们看到它

埃尔温·薛定谔

量子迭加

量测问题

孤注一掷的尝试

量子漏失

第十章 费米悖论

外星人都上哪里去了

德雷克及其方程式

SETI

系外行星

我们有多么特别

人本原理

第十一章 悬而未决的问题

粒子能移动得比光速快吗?我们是否拥有自由意志?

以及其他未解之谜……

比光还快吗

悖论 破解科学史上最复杂的9大谜团(珍藏版)[Paradox:The Nine Greatest Enigmas in Science] 精彩文摘

一切运动皆为假象

我们将探讨的9个悖论当中的第一个,可追溯至2500年前。经历这么长时间的琢磨,相信读者并不会讶异它已被彻底破解。不过对于初次接触的人而言,这个悖论乍听之下还是令他们晕头转向。这个谜题名为“阿基里斯悖论”(the Paradox of Achilles),又称为“阿基里斯与龟的问题”,它其实是希腊哲学家芝诺(Zeno)所提出的一系列问题之一。作为逻辑思考的范例,它其实再简单不过了。但别以为本章仅只于此;我们将深入探讨数个芝诺悖论(Zeno‘s paradoxes),最后以其中一个悖论的现代版作结;它仅能以量子论来解释。嘿,我从来没有说要轻易放过各位读者。

首先来看芝诺悖论当中最著名的一个:在一场与身手矫健的阿基里斯的赛跑中,乌龟被允许率先出发;当阿基里斯起跑时,乌龟已经抵达路途中的某处(姑且称为A点)。由于阿基里斯跑得比乌龟要快许多,他很快就抵达A点。然而,当他跑抵该处时,乌龟已经移动到更远的地方,我们把它称做B点。当阿基里斯跑抵B点,这时乌龟已经爬到更远的C点;这个过程不断重复。尽管阿基里斯不断追近乌龟,每个阶段两者之间的差距也不断缩小,前者却永远不可能超越后者。这个叙述错在哪里呢?不论是聪明才智、各种逻辑难题的推敲,或者仅是概括性的深刻思考,我们都无法凌驾希腊人。事实上,这些古哲学家们如此犀利,他们的逻辑具有如此深刻的洞察力,令人老是忘记他们是2000多年前的人物。时至今日,当我们想举天才的例子时,除了人气始终居高不下的爱因斯坦之外,也常提及诸如苏格拉底、柏拉图以及亚里士多德等人,作为人类智识卓越典范的代表性人物。

芝诺诞生于古希腊的埃利亚城,该城位于现今意大利西南部。我们除了知道他是埃利亚哲学家巴门尼德斯的学生之外,对其生平与著作所知皆不多。他们与另一位出身该城的哲学家麦里梭共同组成现今所称的埃利亚学派。他们的哲学思想主张,一个人不能仅仅透过感官及感官经验来理解这个世界,最终还必须依赖逻辑与数学。整体而言,这是合理的看法;不过读者将会察觉,这个理念却将芝诺引入歧途。

就我们对芝诺思想仅有的了解,他似乎少有自己原创的建设性观点,而是热中于推翻他人的论证。尽管如此,活跃于芝诺之后100年的亚里士多德依然将他视为“辩证法”这个论证方式的创始人。辩证法是古希腊人(尤其是柏拉图与亚里士多德等哲学家)擅长的一种开放式讨论,透过逻辑与推理在讨论中解决想法意见上的歧异。

芝诺的原著当中只有一部篇幅甚短的著作流传至今,因此我们所知关于他的一切皆来自于他人的著述,特别是柏拉图与亚里士多德。芝诺于40岁左右旅行至雅典,并在那里遇见年轻的苏格拉底。他晚年活跃于雅典政坛,最终因共谋推翻埃利亚城的统治者而被补入狱,并且刑求致死。有一则关于他的故事说,他宁愿咬掉自己的舌头吐在逮补者的脸上,也不愿供出共谋者。但他最著名的,还是透过亚里士多德的巨著《自然哲学》(Physics ) 流传后世的一系列悖论。一般相信他共提出过约莫40个悖论,但只有少数流传下来。

芝诺的所有悖论都围绕着一个中心思想:一切都是亘古不变的; 运动状态只是一种假象,而时间本身并未真正存在。其中最著名的4个悖论分别被亚里士多德命名为:阿基里斯(the Achilles)、 二分法 (the Dichotomy)、运动场 (the Stadium) 与飞矢不动 (the Arrow) 悖论。如果有什么是希腊人擅长的,那当然是哲学思考了。像“一切运动皆为假象”这种恢宏的宣言,正是他们著名的抽象思考得到的结果,充满煽动性。我们可以用现代的科学方法来驳倒这些悖论, 不过它们实在有趣极了,值得我们重新探讨。本章将逐一检视这些悖论,并且说明如何运用较为谨慎的科学分析来破解它们。首先从我刚刚描述过的悖论开始吧。

这是我个人最喜欢的芝诺悖论,因为它乍看之下完全合乎逻辑, 却以出乎意料的方式挑战逻辑。阿基里斯是希腊神话中最伟大的战士,拥有天生神力、勇气与战斗技巧。半人半神的阿基里斯,其双亲为色萨利国王珀琉斯与海神忒提斯。在荷马描述特洛伊战争的史诗《伊里亚德》(Illiad)里,他的角色非常突出。据说当他还是小男孩时,速度已经快到足以捉住鹿,身体强壮得足以杀死狮子。

芝诺在他的悖论中选择这位神话英雄与笨重的乌龟赛跑,显然是两种极端的对比。

此悖论乃是基于更古老的龟兔赛跑寓言,出自于名叫伊索的另一位古希腊人,大约活跃于芝诺之前的100年。在原本的寓言中,乌龟遭到兔子嘲笑,因此向兔子下战帖赛跑,结果乌龟及时抵达终点而获胜。兔子过于自大,以为自己的速度快到可以在中途睡上一觉,结果却太晚醒来而追不上乌龟。

在芝诺的版本里,飞毛腿阿基里斯取代了兔子的角色。与兔子不同的是,他完全专注于比赛,却因为让乌龟率先起跑而种下败因。无论赛跑距离多长,乍看之下乌龟终将赢得比赛,尽管在古希腊人眼里两者抵达终点的顺序也许难分轩轾。根据芝诺的解释,不论这位英雄跑多快,或是乌龟爬多慢,阿基里斯永远无法超越乌龟。这显然与事实不符,究竟怎么回事呢?对于古希腊时期的数学家而言,这是个重大的难题,因为在当时还没有所谓的“无穷级数收敛”(converging infinite series)概念,甚至连“无穷大”的意义都尚不明朗(这些观念稍后会加以解释)。在当时,擅长思考此类问题的亚里士多德已经认为芝诺旳想法是一种“谬误”。问题在于亚里士多德及其他古希腊哲学家并无人知晓以下这个基本的物理学公式:速率等于距离除以时间。时至今日,我们对于物理学的了解已经比希腊人深刻许多。

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