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商品簡介
作者簡介
序
目次
書摘/試閱
商品簡介
除了蘋果砸牛頓頭上，
關於重力，你可以知道更多！
打開牛津大學出版社最受歡迎通識讀本，
跟著權威學者穿梭宇宙，
用最簡明的方式了解玄妙的重力！
重力是自然界中四大基本力之一，
是最古老、最弱和最難以量化的力量。
它讓蘋果掉落在地，
它讓具有質量的物體相互吸引，
它型塑了宇宙。
重力的交互作用是宇宙學的研究基礎，
理解重力，
對於探索地球上所有物體的運動、推導天體的運行乃至宇宙的擴張非常重要，
也正是對於重力的研究，
讓愛因斯坦對時間與空間的本質，有了突破性的認識。
本書從亞里斯多德、伽利略、牛頓，聊到愛因斯坦與霍金，
介紹重力理論的歷史演進，
闡述重力如何產生，宇宙如何借助重力支配星體的運行，
對於重力的各種驚人發現，又是如何不斷刷新我們對於時空的認知，
最後介紹在理論物理學中，關於重力的各項先端研究。
透過簡明的敘述與圖表，
快速建立對重力的專業知識框架。
【關於牛津通識課】
牛津通識課（Very Short Introductions，簡稱VSI）是牛津大學出版社（Oxford University Press）的系列叢書，秉持「為所有讀者提供一個可讀性強且包羅萬千的工具書圖書館」的信念，自1995年出版以來，該系列內容涉及歷史、神學、藝術、哲學、文學、醫學、自然科學、政治等數十多種領域，出版近七百本讀物。每一本書對應一個主題，都由該領域公認的專家撰寫，篇幅簡潔精煉，並提供進一步深度閱讀的建議，確保讀者讀完後能建立該主題的專業級知識框架。
VSI系列上市以來取得了極大的成功，已被翻譯為二十五種語言，全球銷量超過一千萬冊，其中許多讀本被選為大學入門教材。
「牛津通識課•宇宙篇」精選重力、行星、光與黑洞四個宇宙學最熱門、最基礎的主題，透過專業簡明的論述與圖表，迅速建立關於宇宙的知識架構。
關於重力，你可以知道更多！
打開牛津大學出版社最受歡迎通識讀本，
跟著權威學者穿梭宇宙，
用最簡明的方式了解玄妙的重力！
重力是自然界中四大基本力之一，
是最古老、最弱和最難以量化的力量。
它讓蘋果掉落在地，
它讓具有質量的物體相互吸引，
它型塑了宇宙。
重力的交互作用是宇宙學的研究基礎，
理解重力，
對於探索地球上所有物體的運動、推導天體的運行乃至宇宙的擴張非常重要，
也正是對於重力的研究，
讓愛因斯坦對時間與空間的本質，有了突破性的認識。
本書從亞里斯多德、伽利略、牛頓，聊到愛因斯坦與霍金，
介紹重力理論的歷史演進，
闡述重力如何產生，宇宙如何借助重力支配星體的運行，
對於重力的各種驚人發現，又是如何不斷刷新我們對於時空的認知，
最後介紹在理論物理學中，關於重力的各項先端研究。
透過簡明的敘述與圖表，
快速建立對重力的專業知識框架。
【關於牛津通識課】
牛津通識課（Very Short Introductions，簡稱VSI）是牛津大學出版社（Oxford University Press）的系列叢書，秉持「為所有讀者提供一個可讀性強且包羅萬千的工具書圖書館」的信念，自1995年出版以來，該系列內容涉及歷史、神學、藝術、哲學、文學、醫學、自然科學、政治等數十多種領域，出版近七百本讀物。每一本書對應一個主題，都由該領域公認的專家撰寫，篇幅簡潔精煉，並提供進一步深度閱讀的建議，確保讀者讀完後能建立該主題的專業級知識框架。
VSI系列上市以來取得了極大的成功，已被翻譯為二十五種語言，全球銷量超過一千萬冊，其中許多讀本被選為大學入門教材。
「牛津通識課•宇宙篇」精選重力、行星、光與黑洞四個宇宙學最熱門、最基礎的主題，透過專業簡明的論述與圖表，迅速建立關於宇宙的知識架構。
作者簡介
提姆西‧克里夫頓（Timothy Clifton）
重力物理學家，畢業於英國劍橋大學，現任英國倫敦大學瑪麗女王學院的講師。
胡訢諄
英國愛丁堡大學翻譯研究所畢業。譯作包括《創傷清潔工：與死屍、腐屋、精神疾病交手，擁抱生命中的混亂失序》、《理想的告別：找尋我們的臨終之路》、《下一個家在何方？驅離，臥底社會學家的居住直擊報告》、《嘉年華的誕生：慶典、舞會、演唱會、運動會如何翻轉全世界》等。
譯作指教：hsinchun.hu@gmail.com
重力物理學家，畢業於英國劍橋大學，現任英國倫敦大學瑪麗女王學院的講師。
胡訢諄
英國愛丁堡大學翻譯研究所畢業。譯作包括《創傷清潔工：與死屍、腐屋、精神疾病交手，擁抱生命中的混亂失序》、《理想的告別：找尋我們的臨終之路》、《下一個家在何方？驅離，臥底社會學家的居住直擊報告》、《嘉年華的誕生：慶典、舞會、演唱會、運動會如何翻轉全世界》等。
譯作指教：hsinchun.hu@gmail.com
序
這是一本關於重力的書。重力讓具有質量的物體互相吸引，重力造成蘋果掉落在地，地球的形成也與重力有關。
自然界中四種基本的力，最為人熟悉的是重力，但重力運作的實際方式卻不怎麼明顯。現實中，我們所指的「重力」現象和時間與空間的本質密不可分。意思就是，現代對重力的瞭解，不只告訴我們天體在宇宙中如何運行，也讓我們知道，組成宇宙結構本身的時間與空間，又是如何表現。
本書目的在於向讀者介紹重力的多種面向。首先是關於重力理論的歷史發展，接著概述當今科學家如何理解重力。然後，我們會探討重力的物理現象對於地球、太陽系、乃至宇宙整體的影響。最後介紹在理論物理學中，幾位先鋒對於重力的近期研究。
我希望透過本書，讓讀者知道什麼是重力，也知道科學家如何藉助對於重力的研究，得到對於時間、空間，以及我們居住的宇宙的本質的精彩結論。
自然界中四種基本的力，最為人熟悉的是重力，但重力運作的實際方式卻不怎麼明顯。現實中，我們所指的「重力」現象和時間與空間的本質密不可分。意思就是，現代對重力的瞭解，不只告訴我們天體在宇宙中如何運行，也讓我們知道，組成宇宙結構本身的時間與空間，又是如何表現。
本書目的在於向讀者介紹重力的多種面向。首先是關於重力理論的歷史發展，接著概述當今科學家如何理解重力。然後，我們會探討重力的物理現象對於地球、太陽系、乃至宇宙整體的影響。最後介紹在理論物理學中，幾位先鋒對於重力的近期研究。
我希望透過本書，讓讀者知道什麼是重力，也知道科學家如何藉助對於重力的研究，得到對於時間、空間，以及我們居住的宇宙的本質的精彩結論。
目次
引言
第一章：從牛頓到愛因斯坦
第二章：太陽系中的重力
第三章：太陽系外的重力測試
第四章：重力波
第五章：宇宙學
第六章：重力物理學的先端研究
結語
延伸閱讀
第一章：從牛頓到愛因斯坦
第二章：太陽系中的重力
第三章：太陽系外的重力測試
第四章：重力波
第五章：宇宙學
第六章：重力物理學的先端研究
結語
延伸閱讀
書摘/試閱
第一章 從牛頓到愛因斯坦（摘錄）
存在於自然界中四種基本的力，目前最弱的是重力，其他三種是電磁力、強核力、弱核力。然而，就長遠的距離來說，重力才是主宰。這是因為唯有重力能夠吸引，也因為重力永遠無法被遮蔽，所以雖然多數的大型物體是電中性，卻永遠不會是重力中性。具有質量的物體之間的重力永遠會將物體拉在一起，而且質量越大重力越大。
感謝像牛頓（Newton）和愛因斯坦（Einstein）那樣的天才，讓我們對重力多少有些瞭解，但是相較於其他力，重力仍持續讓當代科學家感到神祕難解。想知道為什麼會這樣，就讓我們從頭說起，看看重力理論的歷史發展。
重力史前史
假設人類一直知道（雖說是假設，但這幾乎是可以確定的），當我們放開一個物體，它就會往下掉。這麼說來，我們一直意識到重力存在。早期許多思想家的焦點，似乎都放在造成這個運動的原因。
直到十七世紀末前，亞里斯多德（Aristotle）的《物理學》（Physics）在歐洲科學界佔有舉足輕重的地位。他認為物體應該往它們在宇宙中的自然位置移動，並以此解釋重力。他認為這一自然位置取決於該物體的成分。更精確地說，取決於物質中四大元素──土、水、氣、火──各自所占的比例。
亞里斯多德主張，主要由土和水組成的物體應該往宇宙中心移動。對他而言，宇宙中心就在他的腳下。因此，若是往空中丟擲由土做成的物體，必定會往地上移動。他認為土會沉到水底，所以水比土輕，因此所有的水必定在土的上方。同理，因為氣泡在水中會上升，所以氣比水輕，因此氣的自然位置在水之上，而火的自然位置在氣之上。
就當時人們對物質基本成分的瞭解，這個架構提供所觀察的世界某種合乎邏輯的秩序，甚至可以讓人論述物體落下的速度。亞里斯多德主張，物體掉落的速度應與其質量成正比，與穿過的媒介密度成反比。換句話說，亞里斯多德認為兩公斤重的物體落下的速度比一公斤重的快兩倍。
無奈的是，亞里斯多德的理論並不正確。現在我們知道，宇宙並不存在一個讓物體趨向的中心。透過實驗也發現，物體因重力而加速的速率「並不」與其質量成正比。事實上，已經證明所有物體皆以相同速率落下。這個發現是現代理解重力其中一個里程碑，因此需要進一步解釋。
所有物體在重力作用下的加速度相同，這一事實並不直觀。事實上，如果我的左手放開一根羽毛，右手放開一團鐵塊，我不會期待它們同時掉在地上。鐵塊會先著地。所以，「所有物體在重力作用下的加速度相同」是什麼意思？要瞭解這句話，我們必須先瞭解所有作用在這些物體的力。
當我放開羽毛，除了受到重力，它還受到其他力。羽毛開始掉落時，有來自周遭空氣的阻力。阻力延緩羽毛的速度，勝於影響沉重的鐵塊。任何些微的風都會對羽毛產生巨大作用，但對鐵塊的干擾卻是微乎其微。所以，「所有物體在重力作用下的加速度相同」並不適用於我們周圍環境的物體運動，而是在說如果物體僅僅受到重力影響而掉落的情況。換句話說，如果排除其他所有作用，那麼所有物體應該以相同的速率掉落。
對於這個命題的論證通常歸功於伽利略（Galileo）。據說一五九○年，他從比薩斜塔頂端放開不同質量的砲彈，發現無論這兩個砲彈成分為何，它們都以相同的速度掉落。更近期的，而且也許更戲劇性的是，阿波羅號的太空人大衛．史考特（David Scott）也得出相同的結果。史考特站在月球表面，同時放開一根羽毛和一支鐵鎚，由於月球上沒有空氣延緩那根羽毛的運動，所以兩個物體同時落在他的腳邊（如圖1）。今日我們稱這個現象為「自由落體的普遍性」（universality of free fall）。接下來我們將看到，這在牛頓和愛因斯坦的重力理論中，都是重要關鍵。
存在於自然界中四種基本的力，目前最弱的是重力，其他三種是電磁力、強核力、弱核力。然而，就長遠的距離來說，重力才是主宰。這是因為唯有重力能夠吸引，也因為重力永遠無法被遮蔽，所以雖然多數的大型物體是電中性，卻永遠不會是重力中性。具有質量的物體之間的重力永遠會將物體拉在一起，而且質量越大重力越大。
感謝像牛頓（Newton）和愛因斯坦（Einstein）那樣的天才，讓我們對重力多少有些瞭解，但是相較於其他力，重力仍持續讓當代科學家感到神祕難解。想知道為什麼會這樣，就讓我們從頭說起，看看重力理論的歷史發展。
重力史前史
假設人類一直知道（雖說是假設，但這幾乎是可以確定的），當我們放開一個物體，它就會往下掉。這麼說來，我們一直意識到重力存在。早期許多思想家的焦點，似乎都放在造成這個運動的原因。
直到十七世紀末前，亞里斯多德（Aristotle）的《物理學》（Physics）在歐洲科學界佔有舉足輕重的地位。他認為物體應該往它們在宇宙中的自然位置移動，並以此解釋重力。他認為這一自然位置取決於該物體的成分。更精確地說，取決於物質中四大元素──土、水、氣、火──各自所占的比例。
亞里斯多德主張，主要由土和水組成的物體應該往宇宙中心移動。對他而言，宇宙中心就在他的腳下。因此，若是往空中丟擲由土做成的物體，必定會往地上移動。他認為土會沉到水底，所以水比土輕，因此所有的水必定在土的上方。同理，因為氣泡在水中會上升，所以氣比水輕，因此氣的自然位置在水之上，而火的自然位置在氣之上。
就當時人們對物質基本成分的瞭解，這個架構提供所觀察的世界某種合乎邏輯的秩序，甚至可以讓人論述物體落下的速度。亞里斯多德主張，物體掉落的速度應與其質量成正比，與穿過的媒介密度成反比。換句話說，亞里斯多德認為兩公斤重的物體落下的速度比一公斤重的快兩倍。
無奈的是，亞里斯多德的理論並不正確。現在我們知道，宇宙並不存在一個讓物體趨向的中心。透過實驗也發現，物體因重力而加速的速率「並不」與其質量成正比。事實上，已經證明所有物體皆以相同速率落下。這個發現是現代理解重力其中一個里程碑，因此需要進一步解釋。
所有物體在重力作用下的加速度相同，這一事實並不直觀。事實上，如果我的左手放開一根羽毛，右手放開一團鐵塊，我不會期待它們同時掉在地上。鐵塊會先著地。所以，「所有物體在重力作用下的加速度相同」是什麼意思？要瞭解這句話，我們必須先瞭解所有作用在這些物體的力。
當我放開羽毛，除了受到重力，它還受到其他力。羽毛開始掉落時，有來自周遭空氣的阻力。阻力延緩羽毛的速度，勝於影響沉重的鐵塊。任何些微的風都會對羽毛產生巨大作用，但對鐵塊的干擾卻是微乎其微。所以，「所有物體在重力作用下的加速度相同」並不適用於我們周圍環境的物體運動，而是在說如果物體僅僅受到重力影響而掉落的情況。換句話說，如果排除其他所有作用，那麼所有物體應該以相同的速率掉落。
對於這個命題的論證通常歸功於伽利略（Galileo）。據說一五九○年，他從比薩斜塔頂端放開不同質量的砲彈，發現無論這兩個砲彈成分為何，它們都以相同的速度掉落。更近期的，而且也許更戲劇性的是，阿波羅號的太空人大衛．史考特（David Scott）也得出相同的結果。史考特站在月球表面，同時放開一根羽毛和一支鐵鎚，由於月球上沒有空氣延緩那根羽毛的運動，所以兩個物體同時落在他的腳邊（如圖1）。今日我們稱這個現象為「自由落體的普遍性」（universality of free fall）。接下來我們將看到，這在牛頓和愛因斯坦的重力理論中，都是重要關鍵。
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