簡介
每個事物的起點是某人的白日夢。
——拉瑞．尼文（Larry Niven），一位懷抱著偉大夢想的科幻小說作者
納迪雅（Nadia）認為科學存在於許多事物，包括可以用來攻擊其他科學家的武器。
——金．史丹利．羅賓遜（Kim Stanley Robinson），於《紅色火星》一書
你有夢想過在一艘有著完整配備，比光速還快的彎曲傳動裝置太空船裡，漫遊於不同的世界嗎？你有幻想過在其他空間與外星人對戰，或是到一個平行宇宙擊敗你另一個邪惡雙胞胎，並救出公主或王子呢？如果是身處在一個從生理上無法區別王子與公主的世界，因為在這裡性別是靈活變通的？
我猜想如果你正在讀此書，那你一定有過這些想法。好消息是雖然有些夢想是不可能成真，但它們經由現在的科技來推斷，科學上來看都是有可能實現的。故事的力量激發了我們，讓所有人類的歷史成真。今日，科幻小說具備激發改變我們世界的突破性。許多公司在有些名詞於小說中普遍被使用後，才開始使用像「機器人」及「安卓」（Android）這類的字。我們的STEM專家經常說他們一開始是受到他們年輕時所讀到的故事所啟發。
本書的出現是要幫助你理解在科學領域裡一些較受歡迎的話題與它們是如何應用，或有時是誤用於科幻小說裡。這本書不是只針對想要知道更多書中情節所運用的科學的科幻小說書迷；而是基於好奇想要了解更多自己所處的自然世界及宇宙的任何人。本書是給存在於每個人都有的一種科學怪咖特質。
你將會在書裡的每個章節發現若干疑問。許多近期的發現導致科學家看到以前從來沒有想過要提出的疑問。對於我們所處的世界的好奇心讓小說家及電影工作者想要探索一切的可能性與範圍。此外，科學本身不就是提出疑問嗎？另外，一件要注意的事情就是這本書會「爆雷」，但我只會在必要、或於小說裡所提及的某種事物的科學論點做出完整解釋時，才有可能爆雷。
科幻小說是關於變化；一個或多個未出現的世界。科幻小說可以探索一個能夠解決問題、充滿希望的世界，或是一個會製造問題的危險（反烏托邦的）世界，或是一個已存在著像是劇烈氣候變化，或小行星的破壞等威脅的世界（第十一與二十一章所觸及的最後這兩個主題，可能會讓你感到些許焦慮）。
為了要解釋安迪．威爾（Andy Weir）的小說《火星任務》（The Martian）裡的勇敢工程農藝專家馬克．沃特尼（Mark Watney）這個人物：儘管有著壓倒性的勝算，人類還是因科學而有了許多可怕的麻煩；在這本書裡就有許多例子。
如果改變是不可能的，或甚至是無法想像的，雖然這不太可能發生嗎？以現今的標準來看，很難去想像有一種時間是有一個不同形式的未來（社會的、科技的、政治的）是外星人這個概念。然而這不是一種幻想，而是人類歷史。
曾有一段時間是當我們的祖先只觀察，卻沒有做太多的改變，這截然不同的未來並不存在於受限科學的年代。許多小說會隱晦的提及，包括神祕的幻想，但對因科技的改變而產生迥然不同的明日世界卻未多加著墨。在過去的年代，人們最多只到鄰近的城鎮或村莊；大部分的人過著和他們的父母及祖父母一樣的日常生活，並且延續著相同的方式過日子。
進入工業革命後，這個時期所出現的科技與社會常態和之前幾個世紀所呈現的是截然不同。經過這段時間之後，在一個世代內所出現的極端生活型態轉變就覺得稀鬆平常。在這個新時代中，在凡夫俗子間的平凡智慧裡是知道未來將會有所不同，但究竟會有什麼不同呢？
歡迎你，科幻小說。科幻小說這整個類型之所以會存在的部分原因在於1815年印尼坦博拉火山（Mount Tambora）爆發。此事件造成1816年的火山冬季，也被視為「沒有夏日的一年。」經過這一整年，它啟發了人們找尋一種方式來呈現表達一個根本的未來。
瑪麗．沃斯通克拉夫特．戈德溫（Mary Wollstonecraft Godwin）的男朋友珀西．比希．雪萊（Percy Bysshe Shelley）和拜倫勛爵（Lord Byron）、醫師約翰．威廉．波里道利（John William Polidori）與克萊爾．克萊爾蒙特（Claire Clairmont）等人在瑞士的莊園別墅裡一同消磨那一段涼颼颼的夏日時光。因為真的冷到無法出門，這群好友就互下戰帖，要寫出一則精彩的鬼故事（是一種奇想類型的故事）。
瑪麗一直沒有靈感，但有一天晚上他們圍坐在一起談論有關生命與自然的話題，她突然有了一個很棒的想法。就在那個晚上，科學怪人的怪獸誕生了。瑪麗和珀西．雪萊在那年之後結婚，婚後的瑪麗．雪萊（Mary Shelley）於1818年完成了她的小說《科學怪人》（Frankenstein），或稱為《現代普羅米修斯》（The Modern Prometheus）。這本書可能是有史以來第一本科幻小說。
順帶一提，「科幻小說」一詞首次公開出現於威廉．威爾森（William Wilson）在1851年的著作裡的一篇文章〈關於厲害舊東西的一本認真的小書〉（A Little Earnest Book upon a Great Old Subject），他寫道：我希望在其他科幻小說作品——像是理查德．亨利．霍爾納（Richard Henry Horne）的著作《可憐的藝術家》（The Poor Artist），出現前不用等太久。我們覺得這類的書可能可以有好結果，並創造出一種趣味性；不幸地，只有科學的話這本書就失敗了。
我很喜歡Wilson的想法，就因為如此喜歡，我才寫了你現在正捧在手上的這本書。
總而言之，在十九世紀末之前，瑪麗．雪萊的科幻小說從剛開始火花式的回響成長為燎原大火般的廣受歡迎。朱爾．凡爾納（Jules Verne）將他的推斷法用在科技上來逗弄、取笑人們，他要的就是可信度。你們聽著：他相信有一天人們會用電子潛艇快速地穿過大海。很瘋狂的想法，對吧？這出現在1870年的書《海底兩萬里》（Twenty Thousand Leagues under the Sea）。那麼你覺得在他1865年的作品《飛向月球》（From the Earth to the Moon）中使用太陽能帆船（於第十七章詳述）做時空旅行這個想法如何呢？
之後赫伯特．喬治．威爾斯（H.G. Wells）將科幻小說帶入另一種有社會學傾向的情境。他就像凡爾納，會書寫關於科技的改變，但他對於科學的可信度的興趣遠低於關注這些改變有可能影響人們。這兩種形式從此以後就一直是科幻小說的基石。
如果跟著凡爾納的艱深（可信的）科學書寫風格來看，在二十世紀初期出現了「三大」作者。羅伯特．海萊因（Robert Heinlen）運用現有的科技，如：電話，他會將它塑造成和現代相似的設備，像是手機（Space Cadet, 1948）。以撒．艾西莫夫（Issac Asimov）於1939年開始瘋狂地沉迷於機器人（你將會在第十四章讀到關於機器人的崛起）。
第三位作者，亞瑟．查理斯．克拉克（Arthur C. Clarke），在真正的人造衛星出現之前的二十年書寫了關於人造衛星在固定不變的軌道行進。他也有關於太空電梯這類的想法（你可以在第十七章知道更多關於它的事情）。他們三位彼此是朋友，但艾西莫夫和克拉克覺得他們之間必須訂定公園大道協定（Clarke-Asimov）。
在這個協定下，艾西莫夫被要求需堅決主張克拉克是世界上最棒的科幻小說作家（他為自己留了第二的位子）。同樣地，克拉克也被要求認為艾西莫夫是世界上最棒的科學作者（他則是第二）；這個協定讓克拉克於一九七二年的小說《關於三號星球與其他推測的報告》（Report on Planet Three and Other Speculations）裡的致謝辭寫道：
根據公園大道協定，一位第二名的科學作者將這本書獻給一位第二名的科幻小說作家。
所以我不是第一位作者書寫關於科學與科幻小說並喜愛幽默詼諧。如同我之前所提，威爾斯呈現了如何能夠不讓所有科幻小說中的科學需要有可信度（它只要不神秘就好）。在小說裡的科學概念可以是探索主題的工具，這是在其他類型的早期小說中經常被忽略的。
雖然克拉克的故事裡的艱澀科學是一般廣為熟知，但他在針砭社會議題時是沒在客氣的。在於一九七五年發行的《地球帝國》（Imperial Earth）一書中，主人翁是一名有著非洲血統，並且無法清楚判斷他的性向。現在回想當時的背景，賦予故事主角有著種族背景，及流動性傾向的代表，是一個多麼激進的行為。
娥蘇拉．勒瑰恩（Ursula K. Le Guin）是人道科幻小說之后，她的作品探討了異文化的社會及文化結構。在她的作品裡融合了羅伯特．海萊因的書寫片段及一名人類學者的中心思想。她賦予異文化一股持續性的動力，雖然和大多數的讀者以前所閱讀過的作品截然不同，她非常有技巧地讓讀者對外星人的遭遇感到同情。
也有一種科幻小說是以哲學做分野。菲利普．狄克（Philip K. Dick）將小說當成工具對本體與構成現實的事物⋯⋯有時是他自己，提出質疑。你可能在讀過第二十章後會對關於何謂真實抱持著懷疑，並對存在提出質疑。別擔心！你是真實的，也許是。
好吧！我需要做個深呼吸，我可以繼續滔滔不絕地介紹這些偉大作者，但我得將這篇簡介控制在一千頁以下。我認為你也大概知道科幻小說已經大量出現在書、電影及電視的情結場景中，它們都是以實際科學做為基礎。而這些都是從瑪麗．雪萊與友人間的打賭及打發一個涼颼颼的夏天開始的。
我想你們之中有許多人可能對幻想感到興趣，這很酷！幻想是科幻小說的存在原型，並且會優雅地停駐在本書後面的幾個章節來個偶爾的拜訪。要記住的一點是科幻小說不同於幻想，它與合理性息息相關。這本書將忠於探討運用科學的方法可以證明什麼，及科學概念與理論曾經或能夠如何在小說裡做出推斷。
然而，一點點神奇的想像（鬼魂、獨角獸⋯⋯等）混雜在合理可信的科學裡是有趣的。這令人想到蒸氣龐克小說（steampunk fiction，是一種流行於二十世紀八〇年代至九〇年代初的科幻題材，顯著特徵為故事都設定於一個蒸氣科技達到巔峰的虛擬世界。蒸汽龐克多以維多利亞為背景，將蒸汽的力量無限擴大化，虛擬出一個蒸汽力量至上的時代。這種文化應該是起源於蒸汽革命之後，人們對於科技力量—「蒸汽」的神話，它的假設是工業革命發展到極致的人類文明時期。），將現代科技復諸實踐於英國維多利亞時代或是美國大西部時期。我深信只要幻想遵循著已經設定好的想像世界裡的內部規則，其與科學的相似之處是突出顯著的。畢竟，科學是一個對自然世界做持續不斷且不停重現複製的解釋。
在幻想裡，作者創造出一個有屬於自己的法律規範的世界，如果這些法律一直持續地被應用，那麼一個角色的遭遇在相同情況下也會發生在其他人身上。也就是你會有一個等同於科學的幻想世界。我們來看一個範例：有一個世界叫麥里頓（Meryton），裡面有一名年輕女魔法師（就像這個世界上的所有魔法師）只會無法再生的法術。她因為自己無用的父親而逐漸失去法力，並且必須要結婚才能再重新擁有家族的魔法力量。但騷亂接踵而來。書名可以叫做《太空裡的傲慢與偏見》。抱歉！我就是忍不住想取書名！
為什麼我和其他類人的動物一樣喜愛科幻小說？是的，對我而言，不論是閱讀及書寫科幻小說都是一種戀愛關係。以下是我針對這個問題所做的回答：它真的是我最鍾愛的，因為它的無所不包。任何書局（實體或網路）會依照作者及角色所代表的一系列種族、人種及性別團體進貨。因為虛構的世界裡可以支持各種社會與文化、多元的世界觀、基準規範與性傾向的出現。
因為具備如此的包容性，一個典型的科幻小說迷不是一個窩在父母家地下室有著陳腐思想的大孩子。我認為我們都是一個典型的科幻小說迷：男人、女人、工程師、律師、科學家、演員及運動明星等。如果你是一位創作者（或是充滿抱負的創作者），試著找到你的潛在讀者可能是誰。你猜怎麼著？他們可能是來自世界上任何地方的任何人。
在你投入書寫或閱讀（或觀看）你的下一個科幻小說故事之前，我們先把科學從小說分開。科學問道：「假使⋯⋯，會如何呢？」小說會在麻煩的科學問題獲得解答時去推斷故事裡的人物或群體會有何種遭遇。但科學到底是由什麼所組成呢？廣義來說，它是一種認知的方法。科學方法論要找尋的是在我們居住的物質世界裡所存在的真理。當然也有其他認知的方法，像是藝術（個人真理）、宗教（顯現真理）等，但本書無關這些真理，而是以證據做基礎。
科學有兩個非常清楚明顯的面向。第一，它是一種方法，是一系列的步驟，透過不斷重複的觀察與可操控的實驗，應用於質疑自然世界裡的現象。這些步驟大致都十分具體：引導觀察、設計出一個假設是能解釋這些觀察、實驗的各種方法去測試假設、建構出一個理論，並透過更多的實驗去證實理論，且運用此理論做更多預測。
但等等！這並非全部！科學的第二個面向是它亦是一個針對積累出我們所學到的東西的集合名詞。例如：有做化學實驗的行為動作，但也有化學本身。
別擔心！這本書不會著墨在任何一個特定主題的技術層面。但針對那些有著超強心智與無窮好奇心的怪咖，在加碼的章節裡提供了部份主題的補充細節及更深入的推論。每一章也包含了在小說、電視及電影中的科學主題運用，有好的、壞的及糟糕的範例。在這些篇幅中你將聽到非常多元的作者與角色。在書末也有詞彙表，列出許多出現在章節裡所使用到並顯著的名詞，與科幻主題的書、電影、音樂等閱讀、觀賞及歌曲清單。
此外，你也不需要擔心數學會不時出現在書裡，因為這些參考資料非常少。不要畏懼數學，它是一種科學的語言。事實上，就以口頭語言來說，它充滿了具趣味性的繞口令讓科學家有時會過於認真去看待。偶爾，這會讓他們在科學的方法與要求上偏離正軌。
舉例來說，弦理論（string theory，第三章的主題），直覺本能來看，似乎很難懂，但從數學方面來看，它是具備內部一致性。它可能理論上可以解釋使用傳統方法模式所無法解釋的現象。然而，因為它是無法觀察及沒有直接的實驗可以測試此理論，現在它存在於哲學領域勝過科學。
但就科幻小說的創作者而言，誰在乎這個啊？無論什麼是能用弦理論解釋的，都是很好的故事主題。我希望你將會從這個及其他範例看到數學是如何能推進科學到科幻小說的世界中。所以你要記住這句真言：數學真的很棒！
此書不需要按照順序閱讀，如果你想快速了解某個特定主題，但這些章節在某種程度上是建構在彼此之間的重點。我也非常鼓勵對此書從頭到尾做推測—是你自己的推測，不是那些只有和小說相關的推理。我想要這本書是和你有通力合作的感覺。
前面兩章敘述了二十世紀物理學的兩大支柱：量子力學與愛因斯坦（Albert Einstein）的相對論。狹義相對論與廣義相對論呈現時間是穿插進我們的宇宙及我們所認知的時間和重力是相關聯的。
在相對論發展之前，對宇宙的研究彷彿是在研究一個三度空間的立方體，宇宙好像是方形，但這樣的研究方式並沒有太大幫助。愛因斯坦結合空間與時間，有關能量的物質與和重力相關的一切。從他的理論來看，科學家已經推論出蟲洞、黑洞及宇宙大爆炸的存在。
另一個相對論的主題是質量、能量相等（E=mc2），這是非常令人驚嘆的理論，在第一章你會發現為什麼會有這個理論。你對時間旅行與空間旅行有興趣嗎？（誰不會有興趣呢？）這個章節就是為你量身訂做的（還有其他章節也會針對相同主題稍作探討）。
在第二章我們知道大小確實是個關鍵⋯⋯至少在量子力學上是。我們將會考量真的非常小的事物，小於原子的那種，去發掘為什麼不確定性將一直是我們所處的宇宙的一部份。這是物理學的範疇，在這裡決定論是被摒棄的。在微小的刻度上，每一個東西都是模糊的，因為實體粒子也是一種波。
等等！這越來越奇怪了。實體粒子能夠以自己的波狀存在於任何地方，但在這裡每一個粒子以自己的波狀出現幾乎是不可能的。直到我們觀察出一個結果，所有粒子出現是同時地存在。這樣的渾沌狀態挑戰了科學家所了解的真實的方式（而且你也可能會有相同的感覺）。第二章也思考了一些他們所相信的渾沌狀態與欠缺決定論所代表的意義等較普遍的解釋。
不要擔心這種不可思議及離奇的想法。量子力學的複雜想法已被支解成一口大小的塊狀。藉由閱讀這些前面的章節，在後面的章節你將會了解這些主題背後所含的理論，像是零點能、虛擬粒子、量子纏繞、量子計算、量子即時傳送、量子重力圈、量子自我毀滅與不滅，及時間旅行電子訊息。
在後面章節的主題包括弦理論、平行世界、反物質效應、微中子、速子、不可見、全息圖、外星生物、星際通訊、生物工程、環境地球化、全球暖化、宇宙學、進化、生命起源（無論如何是以碳為主的生物）、火箭研究、基因改造、熱力學、時間單向性（arrow of time）、電腦的下一個可能階段（人工智慧）、階級文明等許多其他主題。
天啊！真的好多東西！我們將會玩得很開心！至少直到最後一章會涵蓋所有主題並做總結－地球、太陽、宇宙⋯⋯等所有一切。
我希望這本書將會給你一絲好奇與慾望想要探索這些主題甚至更多其他東西。
這篇簡介的道德意義：科學告訴我們這是什麼，不是我們想要什麼。科幻小說就沒有這種限制。
這篇簡介的道德意義（原本出現在平行地球）：科幻小說驅使於恐懼或希望，而科學驅使於必要性或好奇。它們兩者間動機的重疊性很大。
我將藉由列舉出克拉克的三點預言法則對這篇簡介做總結。受歡迎的科幻小說著作從《超時空奇俠》（Doctor Who）到《星際爭霸戰》（Star Trek）都不斷重複引用他的第三點法則到令人厭煩的程度。我鼓勵你三點都接受，但純粹是好玩，並試著實踐第二點：
1. 當一位知名但年長的科學家聲稱某件事情是可能的時候，他幾乎是必然地正確。當他聲明某件事情是不可能的時候，他很可能是錯的。
2. 探索可能的極限的唯一方法是勇於往不可能的方向提出一個超過他們的小方法。
3. 任何一個充分先進的科技是無法從魔法察覺到的。
現在繫好你的安全帶，因為我們要出發了！
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