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科學百科:BIG IDEAS 輕鬆讀系列

作者:英國DK出版社

譯者:王晉

出版社:EZ叢書館

出版日期:2017/6/7

類別:自然科普、科普叢書

原文書名:The Science Book

ISBN/條碼:9789862486245

定價:850/特價:699

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更多書籍介紹

風靡全球的百科權威英國DK出版社獨家授權
《BIG IDEAS輕鬆讀》全面解讀人類文明史上的經典思維
38國引進,33種語言,系列全球熱銷超過330萬冊
史上最全面、最易懂、最有趣的《BIG IDEAS輕鬆讀》系列叢書

 

為什麼氣壓計的水銀柱在山上會下降?
為什麼火箭的引擎向下噴出可以推動火箭?
為什麼濫用抗生素容易引起病毒抗藥性?

人類透過科學的研究,駕馭知識,使我們得到創造、破壞和改變事物的能力。《科學百科》將帶領讀者深入國小到上班族必備、必學、必知的科學理論。透過圖像思考、科學的歷史發展和偉大科學家的介紹,解開我們如何從火藥的發現一路發展到「上帝粒子」的希格斯玻色子。

 

本書特色

特色一:生活上的議題帶領讀者探究看似簡單理論背後的大道理

氣流和洋流為什麼不會直線流動?
宇宙如何從大爆炸中生成?
科學家如何估算地球的年齡?
黑洞如何影響原子粒子的存在?

我們經常將現代世界的許多現象視為當然。即使對這些理論沒有概念,我們也時常透過新聞、電影和媒體發現這些理論的存在。科學理論各自有學術的突破和研究,本書透過簡單易懂的步驟圖和解釋,幫助讀者理解,並加以活用在日常生活中與科學相關的議題。開拓讀者對天文、物理、化學、地理、生物、氣象六大科學的基本概念,一窺科學發展的現況。

  

特色二:穿越2700年的科學歷史,一個時間軸理解人類科學進展的結晶

・科學的開端:人類的科學觀察從天文開始。印度、中國與各地的航海人不斷探究關於地球、光和天文的知識。無論是伊斯蘭對於數學的研究、煉金術士的蒸餾法新技術,還是數學家和工程師,皆打開了科學研究的大門。

 

・科學革命:伊斯蘭帝國的科學研究和藝術發展維持了500年的繁榮時期。伽利略之後,歐洲得以掙脫宗教對科學的控制。惠更斯發明第一個時鐘,牛頓提出光的傳播理論,虎克發明了第一台顯微鏡……這些偉大的天文、化學、地理、物理和生物創新發展徹底改變了人類數百年的傳統觀念。

 

・開拓領域:牛頓的運動定律讓科學成為講求精準的一門學問,數學也在科學研究中扮演了重要的角色。林奈開始了生物的分類,伏打發明了電力,英恩浩斯發現了植物的光合作用……科學家從此成為一個新的職業。

 

・百年進步:19世紀,人類的化學、物理和生物研究有重大突破。從威廉.赫歇爾發現紅外線輻射的存在,門得列伕列出了元素的週期表,到達爾文的進化論。人類在百年進步中奠定了基礎,向前邁進一大步。

 

・巨大的轉變:人類的時空和物質觀點有了具大的轉變。1900年普郎克所提出的不連續的能量包理論、愛因斯坦的相對論及物質能量關係的 E=mc2、原子的分裂模型、哈伯的宇宙膨脹理論,以及圖靈在二戰期間所設計的第一台電腦,讓人類進入了現代科學的時代。

 

・重要的基石:有了望遠鏡後,科學研究開始高速發展。1953年科學家率先破解DNA的分子結構,人類才開始對於基因有更深的研究。2012年歐洲的大型強子對撞機發現了預言中的「希格斯玻色子」,使得未來的科學研究有更多的可能性。

  

特色三: 精選科學史上150位各界科學家,一網打盡!

・你知道什麼是「黑洞蒸發」理論嗎?史蒂芬.霍金被譽為繼愛因斯坦後,世界上最傑出的理論物理學家,他曾說過:「我的目標很簡單,就是要完全理解宇宙,弄清楚它為什麼是現在這個樣子,以及它究竟為什麼存在。」

 

・「法拉第籠」的運作原理是什麼?麥可.法拉第發現的電動機和發電機原理為電學革命鋪平了道路,這場革命徹底改變了現代世界,他本人也曾預言他的發現極具價值,可以為政府帶來稅收。

 

・「DNA」是如何被發現的?詹姆斯.華生與法蘭西斯.克里克成功破解了DNA結構,為現代的基因工程和基因療法奠定了基礎。

 

本書嚴選150位你不可不知的科學家。透過解說,讓你更全面了解所有科學理論。特別整理「背景介紹」和「參見」提供讀者隨時翻查其他相關人物的介紹。「科學家語錄」道盡科學家的中心思想,並增添閱讀趣味。《科學百科》一書簡明易懂,運用精闢簡練的語言解釋專業難懂的深奧術語,採用圖表等步驟圖,將繁雜晦澀的理論條理分明拆解疏理,引用經典語錄讓你將科學發現印刻於腦海,而妙趣橫生的插圖則增進你對科學的深入理解。

 

 

權威推薦:(依姓名筆劃排序)

徐建國(建國中學校長)
高涌泉(臺灣大學物理系暨天文物理所教授)
孫維新(國立自然科學博物館館長/臺灣大學物理系暨天文物理研究所教授)
張東君(科普作家)
陳柏憲(LiFe生活化學 創辦人/Po總編)
黃貞祥(清華大學生命科學院助理教授/泛科學專欄作者)
簡麗賢(北一女中物理教師)

 

多一點好奇心,關心身邊微小的事物,下功夫去研究,您就可能成為改變世界的科學家。-徐建國(建國中學校長)

 

我們之所以能夠享受現代科技之福,是因為有了日新月異的科學為基礎。但是基礎是誰打的呢?想知道,就看這本《科學百科》吧!-張東君(科普作家)

 

作者簡介/英國DK出版社

為風靡全球的百科權威,全球視覺工具書第一品牌。

成立於1974年,是全球首屈可指的圖書出版社。暢銷全球的知識百科,以量精美的圖片,包羅萬象的內容,帶領讀者開拓新視野,進洞悉豐富多元的各個領域。出版層面涵蓋:旅遊指南、生活保健、電腦科技以及科普百科系列等,內容分豐富。

前言

科學的開端:西元前600年—西元1400年
日食是可以預測的:米利都的泰勒斯
萬物的四根:恩培多克勒
測量地球的周長:埃拉托斯特尼
人類與低等生物的關係:圖西

 

科學革命:1400年—1700年
太陽是萬物的中心:尼古拉.哥白尼
行星沿橢圓軌道運行:約翰尼斯.克卜勒
自由落體運動的加速度相同:伽利略.伽利萊
地球是一塊巨大的磁石:威廉.吉爾伯特
爭論不如實驗:法蘭西斯.培根
感受空氣的彈性:勞勃.波以耳
光是粒子還是波?:克里斯蒂安.惠更斯
首次觀測金星凌日:傑雷米亞.霍羅克斯
生物體經歷的不同育成階段:簡.施旺麥丹
一切生物都由細胞組成:羅伯特.虎克
層層堆疊的岩層:尼古拉斯.史坦諾
顯微鏡下的微生物:安東尼.范.雷文霍克
測量光速:奧勒.羅默
一個物種不可能起源於另一物種:約翰.雷
萬有引力影響著宇宙間的一切物體:艾薩克.牛頓

 

開拓領域:1700年—1800年
大自然不會快速向前發展:卡爾.林奈
水汽化吸收的熱量並沒有消失:約瑟夫.布拉克
可燃氣體:亨利.卡文迪西 赤道附近風向偏東:喬治.哈德里
佛羅里達灣強大的洋流:班傑明.富蘭克林
脫燃素空氣:約瑟夫.普利士利
自然界中,物質不會憑空產生或消失而是相互轉化:安東萬.拉瓦節
植物的重量來自空氣:簡.英恩浩斯
新行星的發現:威廉.赫歇爾
光速變慢:約翰.米歇爾
流動的電流體:亞歷山卓.伏打
看不到開始,也望不到終點:詹姆斯.赫頓
高山的引力:內維爾.馬斯基林
自然之謎:花的結構和受精:克利斯蒂安.施普倫格爾
元素總是以一定比例化合:約瑟夫.普魯斯特

 

百年進步:1800年—1900年
陽光下極易操作的實驗:湯瑪斯.楊
確定基本粒子的相對重量:約翰.道耳吞
電流的化學效應:漢弗里.戴維
繪製國家地質圖:威廉.史密斯
她知道骨化石屬於哪一族:瑪麗.安寧
後天性狀的遺傳:讓.巴蒂斯特.拉馬克
每種化合物都有兩個部分:約恩斯.雅各.貝吉里斯
電流的作用並不限於導線內:漢斯.克海斯提安.厄斯特
有一天,你會對此徵稅的:麥可.法拉第
熱量能夠穿透宇宙中的一切物質:約瑟夫.傅立葉
無機物人工合成有機物:弗里德里希.烏勒
風從不直著吹:古斯塔夫.加斯帕爾.科里奧利
論雙星的顏色:克利斯蒂安.都卜勒
冰河是上帝的偉大工具:路易士.阿格西
自然界是一個統一的整體:亞歷山大.馮.洪堡
光在水中的速度小於在空氣中的速度:萊昂.傅科
生命力也許可以轉化為熱量:詹姆斯.焦耳
分子運動的統計分析:路德維希.波茲曼
發明塑膠並非我的本意:利奧.貝克蘭
物競天擇:查爾斯.達爾文
天氣預報:羅伯特.費茲羅伊
一切生命均來自生命:路易.巴斯德
蛇咬住了自己的尾巴:奧古斯特.凱庫勒
3:1的性狀分離比:格雷戈爾.孟德爾
鳥與恐龍的演化關係:湯瑪斯.亨利.赫胥黎
元素性質的週期性變化:德米特里.門得列夫
光和磁是同一種物質的不同表現:詹姆斯.克拉克.馬克士威
管中射出了射線:威廉.倫琴
窺探地球的內部:理查.狄克遜.奧爾德姆
放射性是元素的一種原子性質:瑪麗.居禮
傳染性活體流質:馬丁烏斯.貝傑林克

 

巨大的轉變:1900年—1945年
量子是不連續的能量包:馬克斯.普朗克
原子的結構:歐尼斯特.拉塞福
重力場就是彎曲的時空:亞伯特.愛因斯坦
漂移的大陸就是一幅不斷變化的地球拼圖:阿爾弗雷德.偉格納
染色體的遺傳作用:湯瑪斯.亨特.摩根
粒子具有波的性質:埃爾溫.薛丁格
不可避免的測不準:維爾納.海森堡
不斷膨脹的宇宙:愛德溫.哈伯
宇宙的半徑從零開始:喬治.勒梅特
每種粒子都有相應的反粒子:保羅.狄拉克
恆星塌縮的極限:蘇布拉馬尼安.錢卓塞卡
生命本身就是一個獲取知識的過程:康拉德.勞倫
95%的宇宙不見了:弗里茲.茲威基
通用圖靈機:阿蘭.圖靈
化學鍵的本質:萊納斯.鮑林
原子核中隱藏的巨大能量:羅伯特.奧本海默

 

重要的基石:1945年—現在
人體由星塵組成:弗雷德.霍伊爾
跳躍基因:芭芭拉.麥克林托克
光和物質的奇妙理論:理查.費曼
生命並非奇跡:哈羅德.尤里∕史丹利.米勒
去氧核糖核酸(DNA)的結構:詹姆斯.華生∕法蘭西斯.克里克
能發生的一切都會發生:休.艾弗雷特三世
玩畫圈打叉遊戲的高手:唐納德.米基
基本力的統一:謝爾敦.格拉肖
全球暖化的主因:查爾斯.基林
蝴蝶效應:愛德華.勞倫茲
真空並非空無一物:彼得.希格斯
共生現象無處不在:琳.馬古利斯
三個一組的夸克:默里.蓋爾曼
萬有理論:加布里埃爾.維納齊亞諾
黑洞蒸發:史蒂芬.霍金
蓋婭假說:地球是一個有機體:詹姆斯.洛夫洛克
層層疊疊的雲:本華.曼德布洛特
量子計算模型:尤里.馬寧
基因可以在物種間轉移:麥可.敘韋寧
抗壓能力很強的「足球分子」:哈利.科羅托
在人體中插入基因來治癒疾病:威廉.弗倫奇.安德森
用電腦設計新生命:克雷格.文特
一條新的自然法則:伊安.魏爾邁
太陽系外的世界:傑佛瑞.馬西

人名錄
術語表
索引
致謝

推薦文一

科學是一個很理性的活動,雖然我們即使是科學工作者,也未必完全「科學」地生活,但是至從科學革命開始,科學無疑是推動世界發展最重要的力量。

 

科學,尤其是數理,在東亞受到的重視程度,甚至是遠高於其誕生地的歐洲國家。台灣的大學,尤其是資源較豐厚的大學,幾乎全都有理工科系,反而是不少大學未必有人文或社科的科系。在同一所大學,理工科(包括醫學)的資源也比人文社科優越,畢業生待遇也較好。

以上事實並非要說明兩者在重要性上的差異,而是為了反映國家發展上的優先順序,理工科的發展優勢,確實說台灣在工業化的進程中佔到便宜,大量優異的工程師和科學家讓台灣在一些高科技產業擁有一定領先的地位。然而,台灣社會卻也有著社格分裂的狀況,雖然家長大多鼓勵成績優異的小孩往理工科發展,可是常常在面對需要科學專業指引的重大議題,如核電、基改作物、農藥開放等等,表現得像是一丁點科學素養也沒有的古時代。

有趣的是,在歐美的菁英大學,理科的科系並不見得會獨立成理學院,通常是和人文及社會科學的科系放在所謂的文理學院中,主修理科的大學生甚至可以獲取文學士而不一定是理學士。科學,其實就是個以理性推理為思想基礎的人文主義學科,過去稱作「自然哲學」,西方的科學思想淵源傳統就是來自於希臘時期理性的自然哲學,這就是為何現代西方科學教科書動不動就要追溯到古希臘時的希羅多德(Herodotus,西元前 484 -前430年)、泰勒斯(Thales,約西元前六世紀前葉)、畢達哥拉斯(Pythagoras,約西元前六世紀中)、亞里斯多德(西元前 384 -前322年)等等哲人的思想。

牛頓劃時代開啟「機械宇宙觀」的巨著是《自然哲學的數學原理》(Mathematical Principles of Natural Philiosophy),其企圖心當然不僅僅是找出宇宙運行的數學公式那麼簡單,重要的還是那是一整套對世界的認知的徹底革命!文藝復興就是要恢復古希臘的人文主義傳統,但伽利略更不僅是述而不作而已,他在比薩斜塔上的著名實驗,並不是證實了一件物理定律那麼簡單,而是人類有史以來一項重大認知升級,原來理性的思考,也需要實驗來驗證,是開啟了科學實證明精神的濫觴!

很可惜的,在把科學當作富國強兵的工具的急功近利思維下,台灣師生恨不得學生用最快的時間掌握最大量的知識,而非花時間去理解科學思維的起源背景及其深厚的哲學傳統。西方科學教科書通常都會花費一定的篇幅去簡介這些歷史及哲學背景,可惜在不考試的情況下,老師懶得討論,學生更甚至主動去閱讀和瞭解。尤其是當理工科的學生,一看到「哲學」這名詞,就心慌意亂,忘了「哲學」在古希臘的原意不過就是「愛智慧」,說白了就是打破砂鍋問到底。

在忽略了哲學和歷史的情況下的科學教育中,訓練出來的專家很可能就是像是能熟悉且擅長操作科學知識和公式的機械人似的,科學的精神和內涵可以是不同世界的東西。因此,如果我們不追根究底地探索科學的起源,瞭解古人運用理性的思維方法如何一次又一次破解了大自然的秘密,如何掌握了事物運作的規律,那麼即使制式考試的分數再高,對世界運行的奧妙也只有大量殘破的知識,在專業領域中可能可以出人頭地,但未必談得是真正有科學素養的人。這可能也是為何台灣會一而再再而三在頂尖大學生產出有問題的論文,因為沒了真正想探索真理的心,科學不過就是淪為混飯吃的工具之一而已,有什麼理念好堅持的呢?

英國著名的知識出版社——DK出版社的《科學百科》(The Science Book)在這個不科學的科學年代,用很簡短的篇幅,把科學從古希臘到現代的許多重大觀念或理論的突破都記錄並說明了一遍,從中我們也能見識到許多科學理論的價值不一定在其正確性上,而是在推動了認知上的升級,讓人們能夠從一個前所未有的角度去理解一個新的問題。

我們也會見識到,墨守成規雖然可以是可笑的,但是一些理論千百年來就僅因為一代一代的相傳讓大家信以為真,以致要攻擊甚至殺害破舊立新的人。可幸的是,我們這時代擁抱懷疑主義的精神,雖然警世駭俗的理論或發現仍會遭受科學社群的抵制,但總得來說我們也更容易讓更多證據給說服,而非一味愚昧地眼不見為淨了。

《科學百科》用非常生動易懂的方式,圖文並茂地簡介了科學幾千年裡一個又一個重大的里程碑,每一座里程碑都能寫本可歌可泣的好書,見證了科學是個多麼美好又奇葩的理性活動啊!從中,我們也能發現,雖然很多科學理論的完整內容固然深奧難懂,可是其結論往往可以是很簡單的,是我們對世界的理解的進一步大幅提升。

《科學百科》裡面每一位有重大發現、推動人類集體認知升級的偉大科學家,全都有打破砂鍋問到底的決心和毅力,只為了在慎密的思緒中滿足好奇心。《科學百科》是本該推介給所有對科學有好奇心的朋友!

黃貞祥(清華大學生命科學院助理教授/泛科學專欄作者)

 

推薦文二

科學素養從閱讀科普開始

為推動十二年國民基本教育所制定的107課綱,在科學課程的教學和評量中強調國民基本「科學素養」(Scientific Literacy)。什麼是「科學素養」?或許可定義:「科學素養是能理解科學概念,了解科學研究的過程和方法,以科學知識和概念解釋生活中的現象,並能建立以科學證據為基礎的論證。」一個有科學素養的人是怎樣的人?有科學素養的人應能閱讀一般的科學文章,理解和推理基本的科學事實,能描述和解釋自然現象,從而判斷事件或新聞報導的真偽,不會以訛傳訛和道聽塗說。有人說,從一個人的談吐和行為可以看出這個人的教養,從用詞遣字和待人接物可以看出這個人的涵養。同樣的道理,科學素養亦表現在語言表達和思維上,更在生活中體現,例如從一個人的節約用電思維和使用家庭電器用品的習慣,大概可以看出這個人的科學素養;從一個人搬運重物的方法,也可以看出科學素養如何。

也許你急著問我:「科學素養既然這麼重要,該如何具有科學素養?學校和家庭教育如何教導科學素養?」大哉問。我的答案是「問渠哪得清如許,為有源頭活水來」,就從最基本的閱讀開始,閱讀科學普及書籍是科學素養的源頭活水。

公立圖書館陳列的科普書很多,各有特色。日前閱讀 EZ叢書館出版的《科學百科》編輯排版稿,內容豐富多元,確實是「百科科學」,年代從古到今,呈現科學的重要發展歷程,單元包含「科學的開端」、「科學革命」、「開拓領域」、「百年進步」、「巨大的轉變」和「重要的基石」等。

閱讀《科學百科》,我們可以瞭解二十世紀之前,曾在課本教材讀過的科學家究竟有哪些研究歷程和重要貢獻,二十世紀後,科學又有哪些突破和進展。透過閱讀《科學百科》,我們可學習與掌握科學的態度與方法,知道現在的我們面對跨學科的挑戰,必須跳脫單一學科探究的侷限,結合理論與實驗,才能創新與突破。

閱讀《科學百科》中有關光與電的介紹,不禁想起人類從油燈、蠟燭、燈泡到發光二極體(LED)的「照明斷代史」,每一個發展階段都有歷史意義。以能源的概念思考,科學家認為:「若是倚賴電流流經導線的電阻,透過阻抗而產生熱能,迸放出亮光,是不是消耗太多的能源?」面對這樣的疑慮,在新興的半導體研發中找到答案,科學家透過電子的激發研究發展出「發光二極體」,與一顆電燈泡比較,每一顆LED較不會產生熱能,一瓦特可發出更多「流明」的光,比白熾燈泡更環保,發光更有效率。

有系統地閱讀《科學百科》,就可以從書中內容得到這樣的啟發,無形中讓我們對於節約用電的具體作法產生科學思維,因為科學思維而有科學行動,這是科學素養。

日前閱讀報紙,看到新聞標題「LED路燈太亮 稻子失眠不結穗,亮不亮有關係!」內容敘述政府加速換裝節能的LED路燈,亮度比傳統路燈高許多,農民卻紛紛抱怨「太亮了,亮到打亂農作物生理時鐘」。

閱讀《科學百科》後,再閱讀這一篇新聞報導,大概可以理解新聞背後的科學概念。LED路燈影響路邊的農作,光害造成植物持續長高但不開花的現象,這是科學思維。如果有科學思維,自然能理解民眾的心聲:「路燈太亮了,我家的稻子都結不了穗!」

閱讀《科學百科》的另一項好處是了解什麼是「科學方法」。曾任中央研究院院長的胡適,一生倡議「大膽假設,小心求證」的科學精神,他常以「不苟且」三個字自勉勉人,認為「科學方法就是不苟且的工作習慣」。「不苟且」為「科學方法」下一個很好的註解,而「大膽假設,小心求證」則是科學研究重要的歷程。《科學百科》中提到的科學家正呈現這種「不苟且」的特性,例如伽利略和法拉第從事科學研究的歷程中,從主觀的判斷與猜想,進入確認問題、提出假說、實驗分析與驗證、建構理論與預測等各種客觀方法的階段,藉此確認假說是否正確。

要具備科學素養就從閱讀科普書開始,《科學百科》是相當好的源頭活水。

簡麗賢(北一女中物理教師)

 

推薦文三

學習科學知識的最好途徑是跟隨著世界歷史發展的腳步,看見科學的演變;所以科學不單單只是個理性的領域,更多了分感性的色彩。

「小孩透過故事學習各種知識!」身為擁有三寶的我,從觀察自己孩子的成長與學習,我看見了原來用故事有邏輯的包裹著知識,孩子會更樂於學習,而且可以記憶深刻。科學可以這樣學嗎?科學有故事嗎?其實科學的發展本身就是個有趣的歷史故事,只是我們常常忽略了這個事實。科學的發現常被認為:「站在巨人的肩膀上,我們可以看得更遠!」但誰站在誰的肩膀上,我們卻搞不太清楚,因此也就無法深刻的體會與了解科學發展的過程。這很可惜!我希望我自己的孩子,可以享受學科學的過程,可以體會每一個發現都是來自於許多人的努力與貢獻。然而,在學習科學知識的過程當中,我們通常先將所有的科學知識分好領域,再逐一的介紹或講述科學原理;所以科學在沒有「動手實作」的輔助下,就像是個很機械式,冷冰冰的學科;而也很難引起大多數人對於科學的興趣,甚至將科學列為要腦袋很聰明的人才懂的領域。但事實上,科學沒有那麼難以親近,只是我們一直以來都用了一個比較難的方法去學習。在我擔任《物理雙月刊》的總編輯這一年半的時間,我不斷地思索《物理雙月刊》可以怎麼做,來讓物理更加的普及和親近,也許就是回歸到孩子唸故事書的學習。如果我們可以把一個又一個的科學知識以發展的年代先做分類,透過結合了解當代歷史背景的方式去重新認識科學,這樣學習科學就像在看歷史故事,而我們也就更能體會「站在巨人肩膀上」這句話所富含的意義了!《科學百科》就是這樣的一本書!

《科學百科》中劃分的每一個世代都用簡單明暸的圖示點出世代中發生的科學大事;每一則科學史的發展,書中都給了一個清楚的圖像,讓讀者知道每一個科學事件發生前的科學發展及事件發生後科學的演變。讀完本書後,科學的三維拼圖會在腦海中逐漸形成;那麼科學再也不是很有距離感的學科,而是人人都可以接近的知識。總有一天,我們的孩子會透過閱讀《科學百科》這類的書籍,告訴我們一個又一個科學家的故事、科學的發展歷史及科學原理。

陳惠玉(中興大學物理系副教授/《物理雙月刊》總編輯)

 

推薦文四

科學一直是每個時代的尖端知識產業!最聰明的科學家們不斷的觀察和透過實驗來驗證自己的理論是否正確!也因為過去這些科學們的努力,才能為人們累積出如此豐富知識寶庫並透過技術來改變世界。

《科學百科》一書用時間軸帶領各位穿越時空,一路從西元前漫步至現代科學史。透過明確又淺顯易懂的科學分支分類和圖文解說讓讀者們能快速的找尋到自己最感興趣的容。我本身是先從最喜歡的化學、天文學、宇宙學開始閱讀起,再藉由「參見」內的推薦延伸閱讀來連結有關連的章節。有別於傳統的百科全書型態,這樣的閱讀經歷和路徑較能串連起知識的點線面和彼此的關連性。若要說起本書我最喜歡的部分,無非就是科學家經典語錄(quote)。從一句語錄能體會到科學家背後的人生縮影和思維,彷彿就像是化學結晶般的精華又純粹,相當值得細細品嚐!

在閱讀《科學百科》的過程中我也不斷的回想起小時候翻閱科學書籍時那種純真求知的興奮與渴望。是的,求知慾是需要滿足的……人類天生就有種喜好叫做「WHY!?」。為了滿足好奇心,我們會想盡辦法去找到解答!相信您一定也有經歷過「啊!!原來此!!!!」的時刻,就是這種找到答案理解原理的滿足感促使著全世界的科學家們能持續不斷的探索新知。求知是會上癮的,而您正在翻閱的《科學百科》黏著度頗高(其實出版社偷偷在書上塗抹隱形黏著劑)。至少求知上癮除了眼睛疲勞之外沒什麼副作用,對吧?^^

科學是一種方法、一種思維、一種態度和一種堅持!只要有心,人人都能成為科學家!(或是食神啦~)由衷期盼您在閱讀此書時能體會到科學家們的態度,並且發掘您內心中的科學小宇宙。用科學改變世界的重責大任就靠你了!

陳柏憲(LiFe生活化學創辦人∕Po總編)

前言

科學是一個尋找真理的持續過程,一次發現宇宙運行方式的永恆之旅。而人們對宇宙的探索可以追溯到文明伊始。在人類好奇心的驅使下,科學一直依靠的都是人們的推理、觀察和實驗。古希臘最著名的哲學家亞里斯多德著作頗豐,涵蓋科學領域的諸多學科,為後來的很多科學成就奠定了基礎。雖然他也非常善於觀察自然,但依靠的卻是思考和辯論,從不做任何實驗;因此,他做出了很多錯誤結論。例如,他曾斷言,重的物體比輕的物體下落速度快;如果一個物體比另一個物體重一倍,下落速度也將快一倍。雖然這些結論是錯誤的,但當時並沒有人提出質疑,直到1590年才被伽利略.伽利萊推翻。我們現在清楚地知道,一位合格的科學家必須依靠實驗證據,但當時還未有人意識到。

科學方法

17世紀初,英國哲學家法蘭西斯.培根率先提出了一個有關科學的邏輯體系。他的科學方法建立在早他600年的阿拉伯科學家海什木及之後的法國哲學家勒內.笛卡兒的研究基礎上。該方法要求科學家先進行觀察,然後形成理論,以解釋觀察到的現象,最後再通過實驗驗證理論正確與否。如果理論看似正確,則將實驗結果交給同行評審。這時,會邀請相同或相近領域的人士前來,或指出漏洞,進而證明理論有誤;或重複實驗,以確保實驗結果正確。

做出可以驗證的假設或預測總是不無裨益。1682年,英國天文學家愛德蒙.哈雷觀測到了一顆彗星。他發現,這顆彗星與1531年和1607年觀測到的彗星很像,並提出這三次出現的彗星其實是同一顆。他預言,這顆彗星將於1758年再次出現,結果證明他的預言是正確的。現在,我們稱這顆彗星為「哈雷彗星」。因為天文學家幾乎無法做實驗,所以證據只能源自觀察。

實驗可以用來檢驗一條理論,也可以完全是推測性的。有一次,物理學家歐尼斯特.拉塞福的學生正在用α粒子轟擊金箔,以期觀察到輕微的偏轉。拉塞福觀察學生的實驗時,建議他們把探測器放在α粒子放射源旁邊,結果竟然發現有些α粒子從薄如紙張的金箔上彈了回來。拉塞福表示,這就彷彿是炮彈從薄紙上彈了回來,由此激發了他對原子結構的猜想。

如果科學家在提出新的原理或理論的同時,能夠預測結果,那麼實驗將會更加引人入勝。如果實驗與預測結果一樣,科學家就有了支撐該理論的證據。但即便如此,科學永遠無法證明一條理論是正確的。正如20世紀的科學哲學家卡爾.波普爾所言,科學只能證明理論是錯誤的。能夠得出預期結果的每項實驗都將成為一個支持性證據,但只要有一項實驗失敗,就足以摧毀整個理論。數百年來,地心說、四體液說、燃素說以及神奇介質「以太」等人們長期以來一直認為正確的概念都被證明是錯誤的,並被新的理論取代。但是,這些新理論也僅僅是理論而已,有朝一日也有被推翻的可能。不過,這些理論畢竟有證據支撐,所以大多數情況下被推翻的概率較小。

思想的進程

科學很少會按照簡單、有邏輯的步伐前進。獨立工作的多位科學家可能會同時發現同一科學奧祕,但從某種程度上說,幾乎每一次科學進步都建立在前人的研究和理論基礎上。建造大型強子對撞機的一個原因是為了尋找希格斯粒子。在此之前的40年,也就是1964年,物理學家曾預言希格斯粒子的存在。這一預言則建立在對原子結構數十年的理論研究基礎上,可以追溯到拉塞福以及1920年代丹麥物理學家尼爾斯.波耳的研究。而他們的研究則取決於1897年電子的發現,而電子的發現又取決於1869年陰極射線的發現。但是,如果沒有真空泵的發明,沒有1799年電池的面世,這一切也只能是泡影。如果繼續追憶,這一鏈條還可以再回溯幾十年,甚至上百年。英國偉大的物理學家艾薩克.牛頓有這樣一句名言:「如果說我比別人看得更遠,那是因為我站在了巨人的肩膀上。」

第一批科學家

西元前6世紀到5世紀,古希臘活躍著史上最早一批擁有科學觀的哲學家。西元前585年,米利都的泰勒斯成功預言日食的出現。50年後,畢達哥拉斯在現為義大利南部的地方建立了一所數學學校。色諾芬尼在山上發現貝殼後,推論整個地球可能曾經被大海覆蓋。

觀星人

與此同時,印度、中國和地中海的人們正試圖弄清楚天體的運動。他們繪製了星象圖,有時也將其用於航海,還給星星和星群命名。他們發現,對比那些「位置不動」的星星,有些星星的運行軌跡是不規則的。希臘人將這些遊動的星星稱為「行星」。中國人在西元前240年觀測到了哈雷彗星,1054年觀測到了超新星,也就是我們今天所說的蟹狀星雲。

智慧宮

西元8世紀末,阿拔斯王國在新的都城巴格達建立了智慧宮,這是一座宏偉的圖書館,促進了伊斯蘭科技的快速發展。當時發明了很多精巧的機械裝置,包括利用星位的航海裝置─星盤。煉金術空前繁榮,蒸餾等技術紛紛出現。圖書館的學者從希臘和印度收集了所有最重要的書籍,並將之翻譯成阿拉伯語。後來,西方國家再次發現了古人的著作,並學習源自印度包括0在內的阿拉伯數字。

現代科學的誕生

隨著西方國家基督教會與科學真理的對立開始減弱,1543年出現了兩本開創性的圖書。比利時解剖學家安德雷亞斯.維薩里的《人體的構造》一書用精緻繪圖描述了人體解剖。同年,波蘭物理學家尼古拉.哥白尼撰寫了《天體運行論》一書,宣稱太陽是宇宙的中心,從而推翻了托勒密一千多年前在亞歷山大城提出的地心說。1600年,英國醫生威廉.吉爾伯特撰寫了《論磁》一書,解釋說羅盤的指標之所以指向北,是因為地球本身就是一塊巨大的磁石。他甚至認為,地核是由鐵構成的。1623年,另一位英國醫生威廉.哈維次指出心臟像泵一樣工作,驅動血液在體內循環,從而推翻了可以追溯到1400年前希臘醫生蓋倫的理論。1660年代,英裔愛爾蘭化學家勞勃.波以耳出版了多本著作,《懷疑派化學家》就是其中一本。他在此書中確定了一種化學元素,這標誌著化學的誕生。化學雖然源自神祕的煉金術,但作為一門科學自此與之區分開來。

1665年,曾做過波以耳助手的羅伯特.虎克出版了史上第一本科學暢銷書《顯微術》。書中精美的折疊式插圖上畫有跳蚤、蒼蠅眼睛等物體,為人們打開了一個聞所未聞的微觀世界。之後,在1687年,一本被很多人視為世上最重要的科學書籍橫空出世,那就是牛頓的《自然哲學的數學原理》,通常簡稱為《原理》。他提出的運動定律和萬有引力定律為經典物理學奠定了基礎。

元素、原子和演化論

18世紀, 法國化學家安東萬.拉瓦節發現了氧氣在燃燒中的作用,推翻了之前的燃素說。隨後,很多氣體及其特性得到了研究。正是受到大氣中氣體的啟發,英國氣象學家約翰.道耳吞提出每種元素都由不同的原子組成,並得出了原子量的概念。後來,德國化學家奧古斯特.凱庫勒建立了分子結構的基礎,而俄國發明家德米特里.門得列夫列出了第一個被人們廣為接受的元素週期表。

1799年,亞歷山卓.伏打在義大利發明了電池,為科學開闢了新的領域。在這些領域,丹麥物理學家漢斯.克海斯提安.厄斯特以及同一時代的英國人麥可.法拉第發現了新的元素和電磁學,從而發明了電動機。與此同時,人們用經典物理學原理研究大氣、星體、光速以及熱的本質,最後建立了熱力學這門學科。

研究岩層的地質學家開始重現地球的過去;因為滅絕生物化石的發現,古生物學流行起來;英國一位未受過教育的女孩瑪麗.安寧成為聞名世界的化石收集者。恐龍的發現激發了人們關於演化的想法,生命起源和生態的新理論也隨之出現,其中最著名的當屬英國自然學家查爾斯.達爾文的演化論。

不確定性和無限性

19世紀和20世紀之交,一位名叫亞伯特.愛因斯坦的德國年輕人提出了相對論,撼動了經典物理學,結束了絕對時空觀的時代。新的原子模型出現,人們證明光既是一種粒子,也是一種波。另一位德國人維爾納.海森堡證明了宇宙測不準的不確定性。

然而,20世紀最受矚目的卻是技術進步促進科學以史無前例的速度向前發展,並且精準度越來越高。更強大的粒子對撞機發現了更為基礎的物質組成單元;更強大的望遠鏡告訴我們宇宙在不斷膨脹,且源於大爆炸(霹靂);黑洞的概念開始根深蒂固;無論暗物質和暗能量為何物,宇宙似乎都被它們所充滿。天文學家開始探索新的世界─圍繞遙遠恆星運動的行星中,或許哪一顆上就有生命存在。英國數學家阿蘭.圖靈提出了圖靈機的概念,50年後我們就有了個人電腦、全球資訊網和智慧手機。

生命的奧祕

在生物學領域,染色體被證明是遺傳的基礎,DNA的化學結構也被成功解碼。僅僅40年之後,人類基因體計畫就正式啟動,這項計畫看起來任重道遠,但在電腦的輔助下,進展越來越快。現在,DNA測序基本上已屬於一項常規的實驗室操作;基因治療已從希望變為現實;第一隻哺乳動物也已成功選殖複製。

隨著科學家在各種研究成果的基礎上不斷前進,對真理的探尋也將永不止步。雖然問題似乎永遠都多於答案,但未來的發現肯定會繼續讓人驚歎不已。


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