50則非知不可的科學概念

1687年，牛頓出版了一本書，在眾人眼中代表現代數學物理學的萌芽。他的革命核心有三大原理，涵蓋物體因為力的影響會如何表現。在二十世紀前，這些定律主導動作的物理學。

數百年前，牛頓的三大運動定律為日常物體的移動和互動提供最佳的描述——這個物理學的分支稱為「力學」。1687年，經過大量實驗和理論研究後，牛頓出版了《自然哲學的數學原理》一書，簡稱《原理》，書裡也包含三大運動定律。在這之前，力學的主要理論來自希臘哲學家亞里斯多德——而十七世紀發展快速的實驗科學證實亞里斯多德的理論有嚴重的缺陷。牛頓的力學不僅率先提出精確的數學方程式，而這些方程式給出的答案也完全正確。
牛頓第一運動定律說物體會保持目前的靜止或等速運動狀態，除非遇到外力（義大利數學家和天文學家伽利略在1632年率先提出這個想法）。就本質而言，靜止的物體會保持靜止，已經在移動的物體則會以同樣的速度移動，朝著同樣的方向，除非施以外力。你可能會納悶，如果你沒拿好這本書，書為什麼會掉到地上，但那是因為重力施加持續往下的力量。在重力場外，或在實際上「零重力」的情況下，例如地球的軌道，物體解除靜止狀態後，其實會掛在空中，符合牛頓的預測。
第二定律量化物體碰到外力時的動作變化。牛頓假設物體加速的方向跟力的方向一樣，速度符合數學方程式，力=質量x加速度。這表示在同樣的力作用下，較輕的物體加速的速度超過較重的物體：物體的質量減半，加速的速度會加倍。
巨大物體動作的阻力叫作「慣性」。可以從第一定律的角度來看。物體除非碰到外力，會保持靜止或持續動作，而物體的慣性——由質量掌管——會決定碰到外力時靜止或持續動作的狀態會得到多大的干擾。
牛頓的第三定律則是物體的相互作用。定律說，對於每個作用，都有同樣程度的反作用。因此當你坐在椅子上，你的體重因為重力作用而往下壓，椅子往上推的相反力道則予以平衡。構成椅子的原子和分子之間的化學鍵形成網路，產生這種物理學家心目中的「法向反作用力」。當然，這種化學架構不一定靠得住——如果你太重，椅子塌了，法向反作用力也會消失。

1687年，牛頓出版了一本書，在眾人眼中代表現代數學物理學的萌芽。他的革命核心有三大原理，涵蓋物體因為力的影響會如何表現。在二十世紀前，這些定律主導動作的物理學。

數百年前，牛頓的三大運動定律為日常物體的移動和互動提供最佳的描述——這個物理學的分支稱為「力學」。1687年，經過大量實驗和理論研究後，牛頓出版了《自然哲學的數學原理》一書，簡稱《原理》，書裡也包含三大運動定律。在這之前，力學的主要理論來自希臘哲學家亞里斯多德——而十七世紀發展快速的實驗科學證實亞里斯多德的理論有嚴重的缺陷。牛頓的力學不僅率...

愛因斯坦說過：「最偉大的科學家也是藝術家。」這句話很狂，因為科學看起來其實挺沒有創意。受限於資料、事實和證據，似乎想法和創意的力量只有很小的發揮空間。但這個想法其實大錯特錯。愛因斯坦的重點在於，科學界真正能帶領風潮的大師也是最有創意的人。他們用想法改變世界，而不是靠技術能力。
的確，科學研究大多以其他人的成果為根據——大體來說，科學是人類領悟力逐漸進化的成果。但有時候，創造力驚人的科學家站上舞台，他們的洞察力帶來的不是進化，而是革命——顛覆他們研究的領域，把我們的領悟帶到全新的層次。比方說，愛因斯坦跟他精簡的相對論，達爾文跟他激進的自然選擇演化理論，還有費曼大膽重新想像次原子粒子的世界。
並不是說這些人的技術能力不夠卓越——他們當然都很出色。但少了創意天分的火花，數學能力再強，自然知識再深厚，也無法為科學帶來這麼大規模的變化。藉此提醒教學人士，學校裡的科學不應該只是死背硬記跟通過考試。
在本書的章節裡，我列出多年來科學家提出的五十個偉大想法。主題的選擇完全按我們的喜好——要是換一個人來寫，內容一定看起來很不一樣。但我們也想取得均衡，希望讀者能跟我們一樣享受其中。在篇幅許可的情況下，除了科學，我們也加入科學家的簡傳，介紹他們的背景和個人生活。這段旅程很神奇，帶我們看到科學創意大師的成就。今日的科學家必然也有新的想法正在成形，或已經進入設計階段——冀望在未來能夠出現在我們眼前。

愛因斯坦說過：「最偉大的科學家也是藝術家。」這句話很狂，因為科學看起來其實挺沒有創意。受限於資料、事實和證據，似乎想法和創意的力量只有很小的發揮空間。但這個想法其實大錯特錯。愛因斯坦的重點在於，科學界真正能帶領風潮的大師也是最有創意的人。他們用想法改變世界，而不是靠技術能力。
的確，科學研究大多以其他人的成果為根據——大體來說，科學是人類領悟力逐漸進化的成果。但有時候，創造力驚人的科學家站上舞台，他們的洞察力帶來的不是進化，而是革命——顛覆他們研究的領域，把我們的領悟帶到全新的層次。比方說，愛因...

簡介
01 費馬原理
02 牛頓定律
03 牛頓重力
04 電磁學
05 熱力學
06 狹義相對論
07 廣義相對論
08 量子力學
09 量子場
10 粒子物理學
11 核能
12 弦理論
13 資訊理論
14 混沌理論
15 量子電腦
16 人工智慧
17 原子和分子
18 週期表
19 放射性
20 半導體
21 超導體
22 巴克球和奈米碳管
23 奈米科技
24 生命的起源
25 光合作用
26 細胞
27 病菌說
28 病毒
29 基因
30 演化
31 源出非洲
32 雙螺旋
33 複製和基因改造
34 合成生物學
35 意識
36 語言
37 冰河時期
38 板塊構造
39 大滅絕
40 氣候變化
41 哥白尼的太陽系
42 星系
43 大爆炸
44 暗物質
45 暗能量
46 宇宙之死
47 黑洞
48 多重宇宙
49 系外行星
50 外星生命
詞彙表

簡介
01 費馬原理
02 牛頓定律
03 牛頓重力
04 電磁學
05 熱力學
06 狹義相對論
07 廣義相對論
08 量子力學
09 量子場
10 粒子物理學
11 核能
12 弦理論
13 資訊理論
14 混沌理論
15 量子電腦
16 人工智慧
17 原子和分子
18 週期表
19 放射性
20 半導體
21 超導體
22 巴克球和奈米碳管
23 奈米科技
24 生命的起源
25 光合作用
26 細胞
27 病菌說
28 病毒
29 基因
30 演化
31 源出非洲
32 雙螺旋
33 複製和基因改造
34 合成生物學
35 意識
36 語言
37 冰河時期
38 板塊構造
39 大滅絕
40 氣候變化...