一套書為物理正名，呈現一個有趣、好玩的物理世界！

沒有復雜的公式和煩瑣的推理，讓你分分鍾變學霸！

書名：魔鬼物理學係列（套裝共3冊）

定價：164.00元

作者：(美) 詹姆斯·卡卡裏奧斯

齣版社：中信齣版集團

齣版日期：2018-04

裝幀：平裝

開本：32開

ISBN：9787508684130T

此套裝包含：

從早晨的陽光射進你的房間，到結束繁忙的一天關燈入睡，恍然間你會發現自己就置身於一個奇妙的物理世界中。生活中常見的電子設備都可以成為我們學習物理知識的教具，就這樣，你的生活與物理學緊緊聯係在一起。就連我們認為古怪並且難以理解的量子力學，都改變著世界的方方麵麵。X射綫光譜技術，促進瞭晶體結構的研究，從而解碼人體基因組；筆記本電腦，手機的齣現要得益於電子的自鏇。量子力學解答瞭科幻世界的所有疑惑，為我們開啓新世界的大門。

同時，物理也不該僅僅是脫離實際的冷冰冰的公式，從漫畫英雄口中講齣的物理學知識，將顛覆你對物理的所有認知。在這裏，物理將成為英雄施展超能力的魔法棒，一定讓科幻愛好者、漫畫迷們大呼過癮。

“魔鬼物理學”係列叢書共三本，既可成係列閱讀，也可單本欣賞。“魔鬼物理學”係列告訴你，學物理不隻是背公式、建模型、做習題！生活中的物理到處可見，漫畫書裏也有，觀察生活的點滴、看看漫畫書就能把物理學懂！

《魔鬼物理學1：隱藏在日常生活背後的物理學知識》主要從日常生活中隨處可見的電子設備齣發，講述我們身邊的物理學。物理世界不隻有黑洞、引力波、相對論、希格斯玻色子……電動牙刷、導航儀、冰箱、飛機等背後也隱藏著奇妙的物理學原理。

《魔鬼物理學2：迷人又有趣的量子力學》主要講述瞭隱藏在科幻小說和漫畫中的量子力學知識。拋開復雜的數學公式，量子力學其實看起來也不是那麼晦澀難懂，普朗剋，玻爾，愛因斯坦，薛定諤，海森堡等量子物理學傢們都變成瞭科幻世界中的“超級英雄”，藉助異想天開的觀點，講解量子力學知識。

《魔鬼物理學3：超級英雄故事裏的物理學》主要講述瞭漫畫中的物理學知識。讓超人演示牛頓運動定律，讓蜘蛛俠解釋擺球振蕩，讓萬磁王展示電磁感應，這樣學物理是不是更好玩兒？

第1章 起床啦！

清晨，你前一晚設定的鬧鍾準時把你叫醒；而10分鍾之前，你的咖啡機已經開始工作瞭；你一邊收聽節目，一邊吃早餐；這時你突然意識到自己還沒有刷牙，於是趕緊衝進浴室，從充電底座上拿起電動牙刷……

第2章 開車進城去！

你乘坐電梯來到地下車庫，按下無鑰匙遙控器打開車門，啓動那輛油電混閤動力汽車；你在汽車內置的導航係統中輸入醫生辦公室的地址，按照提示嚮那兒開去……

第3章 看醫生

你乘坐電梯來到醫生辦公室，將平闆電腦連上這座大樓的無綫網絡，護士用體溫計給你測量體溫，一位技術人員給你做X射綫掃描，醫生告訴你，你還得做超聲波掃描並注射可的鬆……

第4章 去機場

你進入機場的停車場，在電子停車票讀取器前刷瞭一下信用卡；你突然發現自己忘瞭帶現金，於是就近找到一颱自動取款機，點擊觸摸屏取齣100美元；你在安檢處停下來，和人流一起經過一個金屬探測儀……

第5章 坐飛機

飛機在跑道上加速，機身朝天空上方抬升；很快，飛機就在空中平穩地飛行瞭。窗外的景色美極瞭，你拿齣手機，拍下雲朵的照片。你拿齣耳機，打算觀看視頻打發剩下的時間……

第6章 做商業報告

你用USB閃存盤將文件上傳至會議室的計算機，為瞭和聽眾更好地互動，你用復印機將材料復印瞭多份；你將計算機與LCD投影儀相連，很快，報告就要開始瞭……

第7章 留宿酒店

你用酒店前颱交給你的近傍型門卡打開房門，接著用遙控器打開牆上的平闆電視，你選擇瞭科幻電影《迴到未來》，裏麵會飛的汽車令人驚嘆……

緻謝

注釋

詹姆斯 · 卡卡裏奧斯 譯者：魯鼕旭

美國明尼蘇達大學物理學與天文學教授，暢銷書作者。他是凝聚態物理學領域的一位實驗物理學傢，研究範圍非常廣泛，涉及納米材料和神經係統中的隨機共振分析等。由於在科普方麵做齣的傑齣貢獻，他曾被美國物理學會和美國科學促進會授予相關奬項。

不管你想瞭解漫畫書中的超能力的奧秘，還是想瞭解日常生活中隱藏的科學原理，物理學都是所有答案的核心。《魔鬼物理學1》用物理定律來解釋我們周圍的世界，你很難找到比這本書更棒、讀起來更令人愉快的書瞭。

——肖恩·卡羅爾，加州理工大學物理學傢、暢銷書作者

我知道，有許多你摯愛的設備正主導著你每天的生活。想想看，如果你能理解這些設備的工作原理，生活將變得多麼豐富。讀完《魔鬼物理學1》以後，你可能會驚奇地發現，即使是日常生活中普通的電子設備，比如智能手機和全球定位係統，也要依賴於現代物理學的知識纔能工作。在這本迷人、有趣又淺顯易懂的書中，你將迎來一個新世界。

——勞倫斯·剋勞斯，Origins Project負責人，暢銷書作者

從頁到後一頁，這本書生動而又全麵地介紹瞭許多主導我們日常生活的物理原理，這些原理決定瞭我們如何與其他人互動，也決定瞭我們如何與我們周圍的世界互動。在這本書中，卡卡裏奧斯再次找到瞭普通讀者和物理學之間的共鳴點。這一次， 卡卡裏奧斯深刻地嚮我們展示瞭物理原理是如何使我們的現代生活方式成為可能的。

——《柯剋斯書評》

物理學傢詹姆斯·卡卡裏奧斯藉用科幻小說，解釋瞭量子力學如何為今天的技術提供瞭理論支撐，從DVD播放器到核磁共振成像掃描儀……他預測，有朝一日，納米技術的突破可能會利用量子力學現象為我們帶來噴氣飛行背包，並實現時間旅行。

——《自然》雜誌

卡卡裏奧斯列舉瞭原子俠、鋼鐵俠、X戰警、蟻人、綠巨人等例子，涉及多個物理學領域，包括電磁學、量子力學、弦論、熱力學等。更加入瞭幽默的元素，讓這本書趣味橫生。

——

《齣版人周刊》

《魔鬼物理學3》第15章 鋼鐵俠遭遇強敵

非每個超級英雄都擁有超齣常人的力量和能力。有些超級英雄，比如蝙蝠俠和野貓，僅靠一記右勾拳或者在公共場閤內衣外穿的勇氣，就能與壞蛋們作戰。當然，蝙蝠俠憑藉的還有他超常的智力、訓練有素的身體，以及一係列打擊犯罪的高精尖武器裝備。超級英雄的工程師素質隨著無敵鋼鐵俠的首次登場，在《懸疑故事》第39期中達到瞭。在天纔的電氣工程師和軍火商托尼·史塔剋穿上他那活動自如的紅金色盔甲後，他變得力大如牛，他鞋底內置的噴射器能讓他在天空中自由飛行，他的手套還能發射衝擊光束。

關於史塔剋和鋼鐵俠的種種能力，我還有很多話要說，在第24章討論固體物理學的時候我會對此進行詳細闡釋。接下來我要介紹的是鋼鐵俠的宿敵之一，他給鋼鐵俠造成瞭無盡的睏擾，是個真正讓心髒插入碎片的史塔剋感到恐懼的人。如果你穿著一身由鋼鐵製成的衣服，並且你所有的超能力都來自於這身盔甲，那麼你害怕的恐怕就是遇到擁有“熔化射綫”的人，因為他能把鋼鐵像平底鍋裏的黃油一樣熔化掉。不幸的是，布魯諾·霍根（熔煉者）就擁有一支能熔化鋼鐵的槍，而且他一心想用這支槍消滅鋼鐵俠。1963年熔煉者初次登場，那時熔化射綫的概念還僅停留在漫畫書裏。而現在，科學和工程技術的快速發展使得這樣的裝置不再稀奇。你傢裏很可能也有。（沒錯，就是微波爐！）

為什麼固體變熱後會成為液體？在迴答這個問題之前，我們需要先解決一個更基本的問題：為什麼原子能組成固體？這一切都歸因於能量和熵。在某些情況下，當兩個原子足夠接近，以至於它們的電子“軌道”發生重疊時，它們的總能量就會降低，還有可能形成化學鍵。這種能量的降低並不總是非常顯著，如果兩個原子靠近時的運動速度非常快，它們各自的動能會比結閤後造成的能量損失大得多，它們就無法形成化學鍵。要想把拖車掛在卡車後麵，慢慢靠近卡車的拖車一定比以100英裏/小時的速度衝嚮卡車的拖車，掛起來更容易。原子運動得越慢，發生重疊時能量降低並形成化學鍵的概率就越大。

對於兩個原子來說適用的道理，對於200個或2×1024個原子同樣適用。隨著氣體的溫度降低，每個原子的平均動能減小，原子發生碰撞時形成一種新的物質—液體的可能性就越大。給液體傳遞熱量則會産生相反的作用，液體會沸騰甚至蒸發。同樣地，當液體的溫度達到某一點時，原子將不再自由移動，而是被鎖定在一個牢固的結構中。壓力在相變中也扮演著非常重要的角色。如果用力地擠壓原子，讓它們比正常情況下靠得更近，從而改變其溫度，就會使其發生相變。

如果原子或分子結閤在一起（可能形成液體或固體）時能量降低，我們就必須施加能量纔能讓原子分開。想讓水分子擺脫液體狀態需要相當多的能量，這些能量來自於周圍的環境，要麼是液體的其餘部分，要麼是水所接觸到的物體錶麵。不論哪種情況下，當水分子從液態變為氣態時，也就是說在水蒸發的過程中，它周圍的環境肯定要損失一些能量。水分子經曆瞭從液態到氣態的相變，將使熱咖啡變涼，讓齣汗的皮膚感到涼爽。

相變發生時的精確溫度和壓力，取決於原子的電子雲發生重疊時的情況。要確定液化或沸騰這類相變發生時的溫度，隻將打破每一個維係固態或液態的化學鍵所需要的能量簡單相加是不夠的，我們還應該考慮原子的熵。對於一個給定的內能，係統傾嚮於增加原子的熵， 因為在其他條件相同的情況下，無序排列比有序排列的可選方式要多得多。在降低能量和增加熵之間做權衡，會産生一個非常有趣的群體行為，即固體中的所有原子都會在相同的溫度下發生熔化反應。順便說一下，燒水時水壺裏的氣泡是由底部加熱的細微不均勻引起的。水壺底部的個彆點會比鄰近區域的溫度更高，水由液體變成蒸汽就首先發生在這些位置。蒸汽形成氣泡，然後浮到水麵上。

想讓固體熔化，就必須對其施加能量。我們可以使用比較慢且常規的方法，比如把固體放進烤箱；也可以用更快的方法，比如熔化射綫。在傳統的烤箱中，無論是氣態火焰還是電綫圈等加熱元件，都會使烤箱內的平均溫度升高。把一個固體，比如一塊質量上乘的肉，放在烤箱裏。空氣分子就會與烤箱壁發生碰撞，而獲得更多的動能，這些快速移動的空氣分子撞擊肉的錶麵，將能量轉移給肉，後讓它達到與烤箱相同的溫度。如果我們用的是導熱烤箱，就必須等待做布朗運動的空氣分子從熱的烤箱壁移動至生冷的肉；如果我們用的是對流烤箱，風扇就會産生從熱到冷的循環流動。在這兩種情況下，肉的錶麵都會先熱起來，然後再過一段時間，肉的中心纔能達到較高的溫度。隨著肉內部的溫度逐漸升高，原子振動會越來越劇烈，以至於偏離其平衡位置。在一定的溫度條件下，起連接作用的縴維和脂肪開始振動，這錶明這些縴維正在發生相變或熔化。這些組織把生肉中的肌肉細胞連接在一起，所以在發生熔化後，肉會變得更嫩更易嚼。閃電俠利用瞭同樣的原理，纔得以從冰凍隊長製造的巨大冰塊中脫身。

如果你趕時間，又沒辦法實現高速振動，那麼可以嘗試另一種做法：同時抓住固體中的每一個原子，來迴地迅速搖動，利用內部摩擦力把肉烤熟。這就是微波爐（熔化射綫）的作用原理。

固體中的每一個原子都是電中性的，原子核中有許多帶正電荷的質子，周圍有帶相同數量負電荷的電子。但是，電子並非均勻地排布在原子核周圍。由於概率雲的不確定性和連接原子的化學鍵的性質，原子一端的電子可能比另一端更多。在這種情況下，原子的一端會帶負電，另一端則帶正電，就像條形磁體有兩個不同的磁極一樣。雖然這種電荷數量的不平衡不是很明顯，但它産生瞭一個外部電場。即使分子的電荷分布完全對稱，也可以通過外部電場使其極化。

如果在固體上施加一個足夠大的電場，不平衡的原子就會與這個磁場方嚮一緻，就像指南針的指針會指嚮外部磁場的方嚮一樣。如果我現在突然反轉瞭電場的方嚮，那麼所有原子都會鏇轉180度，指嚮與原來相反的方嚮。如果把電場變迴原來的方嚮，原子也會隨之再次鏇轉。如果我把電場的方嚮每秒鍾來迴反轉幾十億次，原子就會發生劇烈鏇轉。這種方法能夠快速提高物體中每一個原子的平均動能，從而提高其溫度。當外部電場作用於物體內部時，會有更多原子在同一時間內來迴振動，而不僅僅是物體錶麵的原子。這個過程比通過空氣分子的運動來傳遞能量的效率高得多。交變電場的振動頻率集中在電磁波譜的微波部分，因此這種烹飪設備被稱為微波爐。

第二次世界大戰期間，因為雷達的應用而發明齣微波發射器（磁控管）。這個裝置的烹飪功能是在1945年被偶然發現的，珀西·L.斯潘塞在研究磁控管産生齣的微波能量範圍時，注意到他褲子口袋裏的糖塊化瞭。後來進行的爆米花實驗，又進一步證明瞭該設備的非軍事用途。

物體中的原子移動得越容易，隨著振蕩電場的鏇轉，物體的溫度上升得就越快。正因為如此，在微波爐中加熱液體比固體更快。你可以在一大塊冰上挖一個深洞，並往裏麵灌滿水，然後把這個裝滿水的“冰杯子”放進微波爐。結果是，水會沸騰，而“冰杯子”仍然是冰冷堅固的。但彆讓“冰杯子”在微波爐裏待太久，因為交變電場也會讓它融化，並且比在傳統的烤箱中融化得更快。