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介绍20世纪物理学奇妙思想的好书比比皆是，但伽莫夫之外再也无人能让一般大众这么深入地去看离他们那么远的物理世界，这是感受20世纪最重要的科学思想的最好地方。...

译者前言

最新版前言

原版前言

1 城市速度极限

2 教授那篇使汤普金斯先生进入梦境的相对论演讲

3 汤普金斯先生请了个疗养假

4 教授那篇关于弯曲空间的演讲稿

5 汤普金斯先生访问一个封闭宇宙

6 宇宙之歌

7 黑洞、热寂和喷灯

8 量子台球

9 量子丛林

10 麦克斯韦的妖精

11 快乐的电子部族

11 1/2 上一次演讲中汤普金斯先生因为睡着而没有听到的那部分

12 在原子核内部

13 老木雕匠

14 虚空中的空穴

15 参观“原子粉碎机”

16 教授的最后一篇演讲

17 尾声

名词浅释

乔治·伽莫夫（George Gamov）1904年生于俄国的敖德萨市。1928年在原苏联列宁格勒大学获物理学博士学位。1928～1931年先后在丹麦哥本哈根大学和英国剑桥大学师从著名物理学家玻尔和卢瑟福从事研究工作。1931年回到列宁格勒大学任教授。1933年在巴黎居里研究所从事研究。1934年夏移居美国，任密执安大学讲师，同年秋被聘为华盛顿大学教授，1954年任加利福尼亚大学伯克利分校教授，1956年改任科罗拉多大学教授，1968年卒于科罗拉多州的博尔德。

伽莫夫是一位兴趣广泛的天才。他早年在核物理研究中取得出色成绩。其后又在天体物理学上与勒梅特一起最早提出“大爆炸”理论。在生物学上首先提出“遗传密码”理论。他还是一位杰出的科普作家，在他一生正式出版的25部著作中（不包括众多的论文），就有18部是科普作品。他的许多科普作品风靡全球，《物理世界奇遇记》更是他最著名的代表作。由于他在普及科学知识方面所作出的杰

出贡献，1956年，他荣获联合国教科丈组织颁发的卡林伽科普奖，被科普界奉为一代宗师。

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构成原子核的各个粒子是由很强的内聚力维持在一起的，但是，除了这种引力以外，在原子核内还存在着另一种作用方向与它相反的力。事实上，大约占原子核成员总数的一半的质子是带正电的，它们会由于库仑静电力的作用而互相排斥。对于比较轻的原子核来说，由于其中的电荷比较少，这种库仑斥力是无足轻重的，但是，在原子核比较重、电荷很多的场合下，库仑斥力就会同强核引力激烈地竞争。核力是短程力，只在相邻的核子之间起作用，而静电力却是长程力。这就意味着，处在原子核外围的质子只受到紧邻的核子的吸引，而却受到原子核内所有其他质子的排斥。当原子核内的质子增多时，斥力会变得越来越强，而引力并不随之增大。因此，当质子超过一定的数量时，原子核就不再是稳定的，它倾向于把它的某些组成部分驱逐出去，这就是许多处在周期表末尾的元素，即所谓“放射性元素”所发生的情形。

你们可能会从上面的叙述得出结论说，这些不稳定的重原子核会把质子发射出去，因为中子不带任何电荷，所以，它们不是库仑斥力所要排斥的对象。但是，实验告诉我们，实际上被发射出的粒子是所谓“α粒子”（氦的原子核），这是由两个质子和两个中子构成的一种复合粒子。这个事实应该用原子核各个组成部分特殊的结合方式来解释。原来，由两个质子和两个中子结合成α粒子这样的组合特别稳定，因此，一下子把这整个粒子团抛出，要比把它分裂成质子和中子容易得多。

“核裂变反应”，最初是在用中子束轰击铀的场合下发现的，但是，人们很快就查明，靠近周期表末尾的其他元素也具有类似的性质。看来，这些重原子核确实已经处在它们的稳定性的边缘了，所以，尽管中子的撞击只提供很小的刺激，却已足以使它们一分为二。

重原子核具有这种不稳定性的事实，使人们想到应该怎样解释为什么自然界中只有92种元素的问题。事实上，任何一种比铀更重的元素都无法存在很久，它们会立即自发地分裂成许多小得多的碎片，而且不需要任何外来的刺激。

从实用的观点看，核裂变现象是很有意义的，它可能成为核能源：当重核分裂时，它们会以辐射和快速运动粒子的形式发射出能量。在被发射出的粒子当中，有一些是中子。它们可以进一步引起邻近原子核的裂变，而后者又能够导致更多中子的发射，产生更多次的裂变，也就是发生所谓的链式反应。只要铀原料足够多（我们称之为临界质量），被发射出的中子便有足够高的概率去击中其他原子核，并引起下一轮的裂变，从而使裂变过程自动持续下去。事实上，这可能演变成一种爆炸性的反应，在几分之一秒的时间内就把贮藏在那些原子核里的能量统统释放出来。这就是第一颗原子弹所依据的原理。

但是，链式反应并不一定会导致一场爆炸。在严格控制的条件下，这种过程也可以有节制地持续进行下去，同时稳定地释放出一定数量的能量。这正是核电站里发生的情形。

像铀这类重元素的核裂变，并不是开发原子核能的惟一途径，在利用原子核能方面，还有一种完全不同的办法。这就是把最轻的元素（如氢）合成比较重的元素。这种过程称为核聚变反应。

当两个轻原子核相接触时，它们会像小盘上的两小滴水银一样，聚合在一起，这种情形只有在非常高的温度下才能够发生，要不然，静电斥力就不允许互相靠近的轻原子核彼此发生接触。但是，当温度达到几千万摄氏度时，静电斥力已不再能阻碍轻原子核互相接触，于是，聚变过程就开始了。最适合于聚变反应的原子核是氘核，这就是重...

如果我们用“厘米”来测量距离，那么，相应的时间单位就不应该是常用的“秒”，而应该是一种“合理的时间单位”，它等于光信号走过1厘米距离所花的时间，即0.00000000003秒。这样一来，在我们日常经验的范围内，从空间间隔变换成时间间隔所产生的结果实际上是观察不到的，这就似乎证明了时间是某种绝对独立的、不变的东西这种古典观点。

在你们国家里，同时性这个概念确实是高度相对的。再说，在不同地点所发生的两个事件是不是可能同时，确实取决于观察者的运动状态。但是，即使在你们国家里，也没有一个人能够看到后果发生在起因之前。

……

如有确凿证据证明在犯罪瞬时或在时间间隔+-d/c内（c是天然速度极限，d是离开犯罪地点的距离），有人看见某嫌疑犯在做另一件事，则不论证据是否来自运动系统，均应认为是对该犯当时不在犯罪之完善证明。

你用眼睛看到的或者用照相机拍下的东西是什么样的，取决于在同一瞬间到达你的眼睛或镜头的光的来源。如果从自行车后端发出的光要比前端发出的光走更长的距离才能到达你这里，那么，来自前后两端但却同时到达某一特定点的光，必定是在不同的时间发出的，也就是说，发出前端的光和后端的光的时候，自行车的位置并不相同。在发出后端的光时，后端的位置已经前进了一段路了，因此，人们也会觉得它来自后一个位置。……由于光速是有限的，你所看见的东西便变形了。实际上，你在相对论王国里所看到的，应该是一辆似乎倒转过来的自行车。

正是宇宙的密度（在所有可以采取的可能值当中）偏偏如此接近于临界值这个事实，使人们猜想到这其中必然有某种更深层的原因。许多人认为，在宇宙的初期，有某种起作用的机制自动引导密度采取那个特殊值。……事实上，我们以为现在我们已经知道那个机制是什么了，它被称为暴涨理论。

书籍介绍

介绍20世纪物理学奇妙思想的好书比比皆是，但伽莫夫之外再也无人能让一般大众这么深入地去看离他们那么远的物理世界，这是感受20世纪最重要的科学思想的最好地方。...