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时间之问

时间简史 时间之书 从文学音乐到数理万物 选取时间作为跨学科讨论的媒介 联结起数学 天文 信息技术 音乐 生物 物理等不同学科 打通学科边界 融合科技与人文内涵的通识之作

作者:汪波
定价:79
印次:1-3
ISBN:9787302507598
出版日期:2019.04.01
印刷日期:2019.07.10

《时间之问》是一部少有的打通学科边界,融合科技与人文内涵的通识之作。 作品以大学师生的问答对谈开始,选取“时间”作为跨学科讨论的媒介,联结起数学、天文、信息技术、音乐、生物、物理等不同学科,一来一往的对话中隐含了作者精心设置的问题,辅以精心制作的插图和经过严谨考证的学术资料。阅读这本书,你将亲密接触到祖冲之、朱载堉、庞加莱、普莱斯、庄子、惠更斯、博尔赫斯等古今中外的科学家和思想家,了解到重大的科学观念和发明是如何产生、流变并推动历史的。你一度无法理解的习俗和现象,如二十四节气是阴历还是阳历、闰月是怎么来的、冬至时刻的测量问题、神奇的连分数与黄金分割等,都将在这部作品中找到源头和答案。本书适合中学师生和大学生,以及对科学人文感兴趣的读者阅读。

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亲爱的读者,您好, 欢迎打开这部《时间之问》,您打开 的不仅是一本书,也是一段探险的旅程。 一年多前,我开始在简书上码字,主 题是科学与人文的融合。自笛卡儿、牛顿 出现以来,现代科学已经诞生了四百多年。 科学,从最初的“自然哲学”,逐渐分化 为数百个子学科、数以万计的研究方向。 无数人终其一生在其中一个方向上独自耕 耘。跨学科研究方兴未艾,多学科融合趋 势越来越明显,人们不再守着自己的“一 亩三分地”。 我抱有一个坚定的信念:所有的科学 知识都是可以理解的,所有的学科都是相 互关联的,甚至科学和文学、艺术等也有 着相通之处。我们唯一要做的就是模糊它 们的界线,变工笔画为水墨印象画。这本 书就是我的一次尝试,尝试把不同学科融 合、把科学与文学融合,用文学之酒来浇 灌科学之头脑,用文科的笔触来描绘理科 的思维。 艾略特的诗句可能隐含着生物钟的原 理;在史铁生的散文中你可以找到对于“现 在”的定义;博尔赫斯的作品中,时间的 穿越似乎很平常;物理学家薛定谔的作品, 让生命的秘密就此揭开;最精密的现代集 成电路的工作原理,可以从农历闰年和 二十四节气中找到影子;而电机学专家陈 之藩则以优美的文字向你展示节气和“相” 的定义……这样一来,科学脱去了枯燥的 外衣,变得饶有趣味,许多文科生也感兴趣。 长期以来,一提到科学知识,人们就 会想到图书馆里整排的书架,仿佛地下的 煤矿,花了很长时间形成,富饶但难以开采。 即使有幸挖掘出煤炭,也无法用一根火柴 点燃它,除非先引燃木柴和刨花。 https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4802366-4e4226e3443f3cb1..jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/700 图序-1 点燃头脑中的煤炭 只要一点星星之火加一堆木柴、刨花, 一个人头脑里蕴藏的大煤田就有可能被引 燃。只要你愿意贡献一点星星之火,至于 时间之问 II 引燃这大煤田的材料,在这里我使用了一 种特殊的刨花——时间! 时间是什么?时间是日升月落,时间 是嘀嗒嘀嗒,时间是一去不返的流水,时 间是捉弄人的小丑,时间是梭,时间是箭, 时间是良药,时间是魔镜,时间是永恒的 馈赠!却只有一次。 十多年前,我攻读硕士和博士学位时, 研究的主题是时钟信号产生电路。长期的 专业浸淫使我对“时间”产生了浓厚兴趣。 回国后我开始带研究生,继续从事这个方 向的研究。关于时间我知道得越多,疑问 就越多,而要想向学生阐述好什么是时间 就更难了。 天文、数学、诗词、文学、音乐、生物学、 物理、信息技术等,这些看似毫不相关的 学科,在时间的“咖啡馆”里相处融洽。 对于我来说,时间是一张拼图,本身 就是一个谜。一开始,我手头上只有两三 块拼图,它们是一点关于阴历和阳历的想 法、一首关于清明的人尽皆知的小诗,以 及我在工作中接触的一种持续产生时钟信 号的电路。但是手里拿着这几块拼图翻来 覆去地看,每一小块拼图的边缘都暗示着 相邻的拼图的颜色或形状,我用想象把它 们延伸开来,就这样开始了时间的拼图之 旅,书中的每一章节都有时间的影子,都 或多或少和相邻的章节有某种联系。 这本书的时间之旅如何开始呢? 首先,从节气和农历出发引出了对日 月星辰的计算和数学分析,接下来由数学 计算引出了一种古老的用于星空预测的机 械计算装置。开普勒曾经把行星的运动比 作宇宙的和谐音乐,从而引出了音乐的话 题。接下来,行星的周期运动返回头印证 了周期性的回归,以及对这种周期性运动 的计量——时钟。最后,则是一种特殊的 时钟——生物钟。 下面这张拼图以时间为中心,按照顺 时针的方向,从年轮开始,转到数学、星空、 音乐、时钟的嘀嗒和生命的节奏,展示了 本书话题的全貌: 图序- 2 时间拼图 z 年轮——是时间的刻度; z 数学——是时间的语言; z 星空——是时间的指针; z 音乐——是时间的奏鸣; z 嘀嗒——是时间的脚步; z 生命——是时间的脉动。 这本书采用了对话体,这源于我和学 生的对话。每周我和学生有一场对话,我 邀请学生和我在校园一间环境优雅的茶餐 厅边吃边聊。优美安静的环境让人放松, 而美食又让人提起兴趣。我们聊最新的科 学进展、聊做学问的方法、聊最新读的文 学作品,经常乘兴而来,一两个小时眨眼 过去,脑子里又充满了新的问题和思考。 序 III 事先我不知道学生会向我提什么问题,有 时这些问题真的难住了我,促使我不得不 饭后仔细查阅资料。而有时我不知道会如 何回答学生,但是学生的问题大大地激发 了我的思维,突然灵光一闪,思想的火花 就这么碰撞出来。我从学生微微的点头和 沉思的眼神里受到了鼓励,得到了满足。 一问一答避免了冗长的叙述。问号似 一把弯刀,可以削出更多的刨花。而一个 提问的价值甚至强于十个回答,这也是本 书名字的由来。 在时间的“咖啡馆”里,我遇到了很 多有思想的人。他们有作家(史铁生、艾 略特、博尔赫斯),有科学家(祖冲之、 郭守敬、庞加莱、普莱斯、惠更斯),更 有一些跨领域的“怪兽”:朱载堉、陈之藩、 西蒙·本泽、薛定谔。如果你恰巧路过这 座咖啡馆,不妨坐下促膝一谈。他们可能 不是你以前想象得那么刻板单一。当你起 身时,也许有新的思想火花在你脑海里 闪烁。 有一个好消息,这本书是由一个不太 聪明的人写的,所以没那么难懂。有时候, 写这本书的人可能着了魔,写出一些连他 自己都感到惊讶的话。如果你没有看懂, 问题可能出在他身上,不要为此难过。 写这样一部跨学科、科学与人文交融 的作品,的确是一个大胆而冒险的计划, 如果一年前看到了上面的写作目录,我一 定会大吃一惊。写作本身是一场探索之旅, 就像独自走夜路,在深一脚浅一脚中蹒跚, 却又因为瞥到浩瀚星空而无比兴奋。我已 经享受过一次好玩难忘的旅程,现在把这 美好的体验留给你。 最后,没有许多人的慷慨相助、加油 鼓励,本书根本不可能面世。 感谢我的硕士导师Francis Calmon和 博士导师Edouard Ngoya,在十几年前把我 引入了高频时钟电路的研究领域,教会我 如何在严谨思考和通俗表达之间寻找平衡 点。这是本书思考的起点。 感谢与我对话的学生,你们促成了 本书的缘始。感谢你们的独立思考和质 疑精神。 感谢法国Jean-Claude Ameisen教授, 你的科普广播和浑厚的声音深深打动了我, 促使我走上科学与人文融合的道路。 感谢简书这个优雅的写作平台,本书 初稿在简书连载时得到了许多网友的宝贵 建议。 感谢清华大学出版社的支持和帮助。 感谢我的家人、我的孩子,我爱你们! 时间已过子夜,我坐在家中的餐桌旁 写下这段文字。不知您看到时是在上下班 的地铁上、外面的咖啡馆还是在自家的沙 发上,也不知您是忙碌的学生、辛苦的上 班族,还是全职在家的人士,相信你都会 从本书的文字中喜欢上科学或人文。我像 是一位准备招待客人的女主人,画好淡妆, 铺好桌布,摆上鲜花,打开红酒,调低背 景音乐,静静等待门铃响起。

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  • 汪波,法国国立里昂应用科学院(INSA-Lyon)硕士,利摩日(Limoges)大学微电子博士,曾在里昂纳米国家实验室(INL)从事科研工作。回国后任教于北京大学深圳研究生院,从事集成电路和跨学科研究。法国深厚的人文底蕴让他对科学与人文的融合产生极大的兴趣,每周他和学生在餐厅对话,一起发现科学的奥妙,享受思考的乐趣。
  • 从文学音乐到数理万物
    打通学科边界 融合科技与人文内涵的通识之作

    选取“时间”作为跨学科讨论的媒介
    联结起数学、天文、信息技术、音乐、生物、物理等不同学科
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  • 0 引子 1

    从2045到20172

    时间之树8

    第一次接触15

    1 时间是永恒的馈赠! 23

    1.1 时间!时间!25

    1.2 “现在”,是一件事有意义所需的

    最短时间!31

    1.3 想象过去36

    1.4 混沌的未来44

    1.5 庞加莱的杞人忧天50

    1.6 诗意地穿越57

    2 年轮是时间的刻度 63

    2.1 二十四节气是阴历还是阳历?65

    2.2 用半个西瓜解释冬至夏至?72

    2.3 二十四节气是科学还是文化?78

    2.4 “清明”是风清景明,还是

    “雨纷纷”?83

    2.5 闰月的数字秘密:19年7闰88

    2.6 闰月为什么大多在夏天?95

    2.7 司马迁的太初历与ADC电路 101

    2.8 无中置闰法与delta-sigma电路 107

    3 数字是时间的话语 117

    3.1 祖冲之:不只是数学家119

    3.2 翩翩才俊还是山羊胡老头?125

    3.3 不仅会算还会辩134

    3.4 一张A4纸引发的神秘数字 140

    3.5 连分数:串起闰年、圆周率和黄金

    分割率146

    4 星空是时间的指针 153

    4.1 太阳系的家庭舞会155

    4.2 发现安提基特拉机械161

    4.3 残缺的齿轮166

    4.4 神秘的逆行173

    4.5 月相的变化180

    5 音乐是时间的奏鸣 191

    5.1 漫漫回归路193

    5.2 音乐的回归与数字199

    时间之问 ...

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