牛津通识课：理学套装（全4册） - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

目录
牛津通识课：声音
牛津通识课：光学
牛津通识课：数字
牛津通识课：概率
感谢
理查德·巴汉姆
格雷厄姆·卡特
马克·霍德奈特
斯蒂芬·罗宾逊
希拉里·惠特尔
声谱表
目录
01 声音的历史 Past Sounds
02 声音的本质 The Nature of Sound
03 和谐之声 Sounds in Harmony
04 听到声音 Hearing Sound
05 电子声 Electronic Sound
06 超声波和次声波 Ultrasound and Infrasound
07 水下和地下的声音 Sound Underwater and Underground
08 纷扰之音 Sound out of Place
术语对照
Contents
List of illustrations
The sound spectrum
Chapter 1 Past sounds
Chapter 2 The nature of sound
Chapter 3 Sounds in harmony
Chapter 4 Hearing sound
Chapter 5 Electronic sound
Chapter 6 Ultrasound and infrasound
Chapter 7 Sound underwater and underground
Chapter 8 Sound out of place
References
Further reading
01 声音的历史 Past Sounds
137亿年前的声音
声音的起源可以追溯到很久以前，远在宇宙大爆炸发生之后不久。很遗憾，宇宙大爆炸本身是寂静无声的。事实上，声波在传播媒介出现之时就形成了，那是在宇宙诞生30万年后，但直到130亿年后能够倾听到它的人类才出现。
原始声音的频率非常低，却蕴含着巨大的能量。新生宇宙的等离子体在太空中以不规则的方式开始排列，在此过程中，声音形成了。最终，在密度较大的区域诞生了星系，其中包括我们赖以生存的地球的前身，还有太阳。
从几十亿年前到地球诞生的最初数天(大约46亿年前)，有大量的声音穿过这颗固体行星的外壳和它的地下液态区，在它的大气层中反弹、转弯。最终，炎热的土地逐渐冷却，降雨汇聚成海洋，而海洋中充满了声音。最早的生物进化环境中有多种多样的声音，这些声音深刻地影响了原始生物的形态、习性和命运。
500万年前的听觉
对人类来说，听觉和触觉有明显的区别，但对海洋生物来说却并不如此。就像振动可以穿过我们的身体一样，声音能轻松地通过海洋生物的身体。鱼类依靠名为神经丘的结构感知声音，这种结构分布在它们的身体表面，除此以外，鱼类还有其他几个负责听觉的结构。神经丘含有与人耳里的毛细胞类似的细胞，鱼类依靠神经丘获得有关附近声音强度和方向的信息。神经丘这种结构大约在5亿年前就已经演化形成。
为了探测经由空气传导的声音，鼓膜和耳蜗必不可少。因此，在大约4亿年前，当两栖动物在陆地上定居后，鼓膜和耳蜗就开始演化了。交流可能是听觉进化的主要推动力，因为声音具有远远超过视觉信号的优势。尽管一些海洋生物拥有发光和改变颜色的能力，但灯光表演远比制造噪声更具挑战性，传播范围也更小。制造噪声很容易，就像呼吸一样简单。对人类来说，呼吸发出的声音(由我们的大脑精确控制)赋予了我们说话的能力。
4万年前的音乐
对音乐的喜好是人类一种神秘且古老的乐趣。4万多年前，尼安德特人可能就已经有了笛子。在智人时期，一个没有石锣的洞穴，设施再齐全也不能算作完整的洞穴。人类的第一次歌唱甚至可能出现在语言之前。但这是为什么呢？能享受音乐并不是什么明显的演化优势。达尔文对此也感到困惑，但他提出，对音乐的品味可能是基于求偶仪式中的声音而产生的，至今也有许多人赞同这一观点。然而，还有一些人更喜欢进化心理学家史蒂芬·平克(Steven Pinker)的提议。他认为音乐是一种听觉的“芝士蛋糕”，我们享受它不是因为这种偏好能够帮助我们的祖先生存下来，而是因为许多由“芝士蛋糕”激发的情感本身就具有演化的价值。简单来说，水果的芳香显示了它已经成熟，而香醇的风味表明其中有富含能量的脂肪。人类喜欢音乐或许是因为音乐让我们想起了鸟类，鸟类的存在表明附近没有大型肉食动物。
2500年前的和声
如今，声音在我们的生活中扮演着各种各样的角色。我们的许多发明都致力于创造、传输、存储、修改或复制声音。但人类征服声音的想法不是最近才开始的。我们所知道的一些最古老的人工制品就是乐器，而且声学是最早的科学研究领域之一。公元前500年左右，毕达哥拉斯(Pythagoras)发现，当两根弦中一根的长度为另一根的一半时，拨动这两根不同长度的弦发出的声音可以和谐地融合在一起，这样的两个音之间的“距离”就是一个八度。根据定义和人们的共识，八度音程是所有音程中最和谐的。如果两根弦的长度比是其他简单的数字比例，那么其所产生的双音听起来几乎也是同样和谐的。例如，如果一根弦是另一根弦的1.5倍长，就会产生一个五度音程。
相传，在铁匠铺里，毕达哥拉斯听到铁匠们敲打铁锤时发出的和谐声音，从而发现了这一现象。作为当时一名刚崭露头角的科学家，他称量了铁匠们所用锤子的重量，发现那些发出悦耳声音的锤子的重量之间是简单的倍数关系。考虑到锤子所发出的声音的频率不是由其重量决定的，这个故事能流传至今令人惊讶。不过，无论是什么真正激起了他的兴趣，毕达哥拉斯用来研究和声的乐器其实是单弦乐器，即一种由一个可移动的琴马来控制单根弦长的乐器。
对毕达哥拉斯来说，声音的愉悦感是通过整数比来定义的，这一事实表明，数字是宇宙的关键。
[1]
所以他或许的确说过“万物皆数”
[2]
。今天的科学家会同意这一观点。而且，就毕达哥拉斯对科学方法、数学、音乐制作和声学的影响而言，他的发现可能是所有科学突破中最伟大的突破之一。
虽然任何制作或演奏弦乐器的人都知道弦的张力与长度一样能够影响弦所能发出的声音(这就是为什么要用卷弦器来为弦乐器调音)，但这一现象 ............

书籍插图：

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