时空简史:从芝诺悖论到引力波(全彩)

序言
引言

01 静止的时空：从芝诺悖论说起　/ 001

万物皆数：**位宇宙人 / 002
芝诺的时空：“万物静止” / 004
无穷的烦恼：“潜无穷”与“实无穷” / 008
**次数学危机：拒绝无理数 / 010
定义连续性：“刀切”拥挤的数轴 / 012
整体与部分相等：疯了，无穷大可计算 / 016
反驳芝诺：芝诺的意义 / 021
数学的柏拉图主义：认识即回忆 / 024
康熙皇帝与勾股定理 / 026


02 运动的时空：微积分思想　/ 029

无穷小的复活 / 030
导数：探寻永恒的刹那 / 032
牛顿的物理直觉：消失的“瞬” / 034
莱布尼茨的几何直觉：消失的“三角形” / 039
牛顿-莱布尼茨公式：小心求证与大胆假设 / 042
第二次数学危机：捕捉“无穷小的幽灵” / 044
消灭无穷小：极限理论 / 045
数学符号：宇宙的语言 / 049

03 绝对时空：朴素沉静的绝对时空　/ 053

新范式的胜利：把圆压扁 / 054
伽利略：过程比原因重要 / 058
笛卡尔：天花板上的苍蝇 / 063
牛顿：定义质量 / 066
绝对时空：分割的时间与空间 / 069
万有引力：神秘的超距作用 / 072
经典的因果论和决定论范式 / 074
数学与物理的伟大融合 / 077

04 相对的时空：时空一体，同时相对　/ 087

麦克斯韦方程与牛顿力学的冲突 / 088
迈克尔逊-莫雷实验： “以太”存在吗？不存在！ / 091
光速是绝对的：空间的运动影响时间的流逝 / 093
狭义相对论：同时相对，众生平等 / 095
时空一体：时间膨胀，空间收缩 / 097
E＝MC?2，质量可以换转为能量 / 100
信仰与范式 / 103

05 弯曲的时空：引力即几何　/ 107

发现引力波 / 108
从平直空间到弯曲空间：非欧几何 / 113
狭义相对论的困惑：惯性系为什么如此特殊 / 119
突破：引力质量与惯性质量 / 121
等效原理：引力和加速度是等效的 / 124
时空弯曲：引力即几何 / 125
引力使光线弯曲 / 128
广义相对论三大经典预言的验证 / 129
人类**次用肉眼验证广义相对论 / 132
相对论的意义：物质与时空，有限与无界 / 133
爱因斯坦的哲学和美学思想 / 138

06 膨胀的时空：时空的方向性　/ 145

两种宇宙范式 / 146
宇宙常数：“一生中*大的错误” / 148
宇宙创生时刻 Big Bang！ / 151
什么是时间 / 154
时间的方向性：时间箭头 / 156
统计熵：宏观与微观的统一 / 159
时间的静止：黑洞的引力时间膨胀 / 161
时空穿越：时间的演化 / 164

07 混沌的时空：无序的世界　/ 169

混沌现象：不确定性 / 170
“蝴蝶效应”的来历 / 172
“面包师”变换 / 176
通往混沌的路径：周期倍分岔 / 177
三生乱象：周期三导致混沌 / 179
混沌是自然系统的内在特征：费根鲍姆常数 / 181
通往混沌的四条道路及其轨道 / 183
预测在原则上是不可能的 / 185

08 破碎的时空：分形的世界　/ 187

分形几何：英国的海岸线有多长 / 188
分形的数学渊源：病态函数 / 190
上帝的指纹：对经典的挑战 / 194
分形维数：“量化了物体细节的瀑流” / 197
理解分形：对称破缺之美 / 200
科学与艺术的结晶：混沌分形图 / 204
混沌分形的世界观：“复杂思维”范式 / 206

09 纠缠的时空：量子世界　/ 213

量子通信：幽灵般的超时空穿越 / 214
连续性的丧失：普朗克时空 / 216
因果性的丧失：上帝掷骰子吗 / 221
确定性的丧失：测不准原理 / 226
实在性的丧失：当你不看月亮时，月亮存在吗 / 228
局部性的丧失：量子纠缠 / 229
信仰之争：决定论与概率论 / 234

10 振动的时空：多维的世界　/ 241

时空中的场 / 242
“杨-米尔斯”规范场 / 245
宇宙的四种基本力 / 247
标准模型与“上帝粒子” / 249
一切都在振动：多维的时空 / 253
宇宙的琴弦：平行宇宙 / 258
在路上：无边界的宇宙 / 260

结语　/ 269
写在后面的话　/ 280