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世界只有方糖那麼大

世界只有方糖那麼大

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9789866662218
馬克斯.尚恩
商周出版
2008年3月09日
93.00  元
HK$ 79.05
省下 $13.95
 
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* 叢書系列:科學新視野
* 規格:平裝 / 272頁 / 15*21 cm / 普級 / 單色印刷 / 初版
* 出版地:台灣


科學新視野


自然科普 > 物理/化學 > 物理/化學理論









.住在樓上的,會比樓下的鄰居老得更快?!
.同樣一杯咖啡,熱的比冰的更重?!
.你的每一次肺部運動,都吸進了瑪麗蓮夢露呼出的原子?!
.水可以逆流而上?!
.你跑得愈快,看起來愈瘦?!
.如果把原子中的空間擠掉,那麼全人類的體積就只有一塊方糖那麼大?!

  不要懷疑,以上答案皆為是。

  量子力學與愛因斯坦的廣義相對論為現代物理學中兩項指標性的成就,它們能為我們所居住的世界提出所有解釋。即使這些理論問世已近百年,大部分人對於這些概念仍一頭霧水。如果你以為將永遠被隔離在現代物理的大門外,現在還有機會。

  愛因斯坦說過:「當一個男人和辣妹並肩而坐,即使過了一小時也似乎只有一分鐘那麼短暫;如果讓他坐在熱鍋上,一分鐘對他來說比一小時來得漫長。這就是相對論!」

  量子理論讓世界變得更現代化,不只催生了雷射、電腦和核反應爐,也可以解釋「太陽為什麼會發亮」、「腳底下的地面為什麼是硬的」這些問題。

  作者馬克斯.尚恩在本書中,妙筆生花地把量子力學和相對論變得不只簡單,而且有趣。他將這些重要的理論,以及對大多數人來說陌生的科學名詞,生活化地加以闡釋。作者要實現的,正如愛因斯坦說過的一樣:大部分科學的基礎觀念本質上其實很簡單,只要用文字語言就可讓任何人都明白!

作者簡介

馬克斯.尚恩 (Marcus Chown)

  獲多項榮譽肯定的作家及廣播主持人。受過嚴格的科學教育,是倫敦大學的物理學學士,以及加州理工學院的天文物理學碩士。目前為《新科學人》雜誌的宇宙學顧問。馬克斯?尚恩之前曾經出版過三本暢銷科普著作,包括:The Universe Next Door : The Making of Tomorrow’s Science(2003)、The Magic Furnace: The Search for the Origins of Atoms(2001)、Afterglow of Creation: From the Fireball to the Discovery of Cosmic Ripples(1996)。



前言

以下只有一項是對的:

.在你吸入的每一口氣中,起碼有一個原子是瑪麗蓮夢露所呼出的。
.有一種會往高處流的液體。
.住在大廈的頂樓比住在一樓老得快。
.一個原子可以同時身處多地,就好比你同時在紐約和倫敦一樣。
.可以把全人類擠進一塊方糖大小的空間。
.假如你把電視機轉到空台,螢幕上的雪花有百分之一是宇宙大爆炸的殘餘物所引起的。
.物理定律並不禁止時間旅行。
.一杯咖啡熱的時候比冷的時候重。
.你跑得愈快,看起來愈廋。

不,我只是在開玩笑。其實以上皆對。

  作為一個科學作家,我常常感到非常驚訝,因為科學實際上比科幻小說奇異多了,宇宙中難以致信的事物也遠遠超過任何人類的想像。雖然如此,但過去一個世紀以來的重大發現中,只有極少數為一般大眾所知。

  在過去的一百年中,有兩項巨大的科學成就。其一是描述原子及其構成物的量子理論,其二是描述空間、時間,以及重力的廣義相對論。利用這兩個理論,我們幾乎能夠解釋世上一切的現象。事實上,整個現代世界都可以說是量子理論所創造的。它不單能夠解釋為什麼我們腳下的地是硬的,以及太陽為什?會發光,眾多現代發明,如電腦、雷射、核子反應爐等等,也都是根據量子理論所建造的。相對論也許不如量子理論般與日常生活息息相關,但它能告訴我們宇宙中有黑洞,其重力非常強大,就連光也無法跑出來。相對論也告訴我們宇宙並非恆久存在的,它是在一個空前絕後的大爆炸中誕生的。更不可思議的是,時間旅行也是可能的。

  我閱讀了許多相關的科普書籍,但裡面的解說卻常常讓我感到疑惑不解;縱然我有科學的底子,也無濟於事。至於一般大眾能了解多少,可想而知。

  愛因斯坦曾說過:「本質上,科學的基本思想大都很簡單。它們都能用淺易的語言來表達,讓每個人都懂。」我的經驗告訴我他是對的。我寫這本書的目的,是希望幫助一般大眾了解二十一世紀物理的主要思想。我所要做的,是找出量子理論及相對論背後的關鍵思想(它們其實是非常簡單的),然後告訴讀者,世間的一切現象是如何無可避免地又合乎邏輯地與其相關。

  當然,說起來簡單,做起來卻不然。量子理論就好像一塊拼布,拼湊了八十多年,到今天尚未有人能將它製成一件無縫的天衣。再者,在這個理論裡有一些關鍵的概念是物理學家怎麼也無法解釋清楚的。其中一個例子是「去相干」(decoherence)的概念,它告訴我們為什?人不能同時身處兩地,而原子則可以。在這個問題上,我與很多「專家」通過信,但我漸漸覺得「去相干」也許應該改稱為「不連貫」(incoherence)才對。後來我忽然明白了,也許那些專家自己也並非完全了解的。在某種意義上,這讓我有一種如釋重負的感覺。正因為一個連貫的描述並不存在,所以我只得以別人的高見為基礎,用自己的語言描繪出一個可以了解的圖像。因為如此,書中有好些解說是別處找不到的。我希望這有助於吹散籠罩著近代物理中一些關鍵思想的迷霧,讓讀者能夠欣賞及了解我們這個精彩神奇的大千宇宙。

新世紀的量子科普
林豐利教授

  一本好的科普書常常會是通往探索未知的窗口。許多的科學家之所以選擇科學作為一生的志業,除了天分,常常是因為小時候受到了某些科普書的啟發。以我自己而言,小時候曾經讀過徐氏基金會出版(我們那一代人的科普文庫)的一本科普書,裡頭將電子擬人化來介紹有關電的物理及應用,啟蒙了我對物理的想像與興趣,冥冥之中讓我走上了終生研究物理的道路。因此,一本科普書不僅傳遞知識,也是推動科學事業隱形的手。

  在眾多學門的科普書中,物理也許是最普遍,同時也最不容易寫好的。尤其上一世紀物理學的發展深深改變了人類文明發展的進程,所衍生的應用從無線電、半導體、電腦、雷射到網際網路,無不深入到每個現代人的日常生活當中。而原子彈的發明與使用則深深左右著上個世紀五○年代以來的國際局勢。這也使得物理學被稱為科學的皇后。就是因為影響如此深刻與廣泛,使得一般大眾對優秀的物理科普書的興趣一直不減。而所以書寫不易,是因為上世紀的兩大物理學進展:量子論與相對論,與我們依賴牛頓力學的日常生活的直覺與感受相違背,所以不容易用人們所熟知的語彙來傳達違反日常直覺的概念。此外,物理學家為了避免一般語彙的含混不清,必須藉助大量抽象的數學來進行溝通與表達。所以如何跳脫數學語言的束縛,也成為書寫科普的一大挑戰。

  另一方面,儘管量子力學與相對論已經創立約有百年之久,一般民眾或甚至是物理系畢業的大學生對其中的一些奧妙仍然不甚了解。以最近教育部草擬中的高中物理98課程綱要中加入有關宇宙論的內容,因而引發部分高中物理老師對於新增內容的疑慮,質疑高中老師是否能有效傳達相關物理知識給高中生。由此可以看出一本兼具知識性與趣味性,而且能夠系統性介紹重大物理想法的科普書,是有其時代性的需要。

  這本新譯的《Quantum Zoo》(原書出版於二○○六年)就具有這些特點。本書原著者原是專業的天文學家,後來改行從事科普寫作與廣播工作,所以他在專業議題的掌握上能夠深入重點,同時兼顧行文的趣味性與可讀性。在關於量子力學與廣義相對論的科普書中,最簡潔又暢銷的書就是霍金的《時間簡史》(A Brief History of Time)。雖然《時間簡史》有大師的筆觸,可是對一般讀者來說,霍金的書讀起來有點「玄」,不是那麼「婦孺皆解」。本書相對起來要好得多,所使用的語彙更平易近人。另外有一點也是《時間簡史》所不及的,就是本書涵蓋了量子電腦與宇宙論暗能量等九○年代以後的重大進展,這些是霍金在九○年代初寫作該書時所難以預見的。其中,量子電腦裡論的發現,讓人們重新審視微觀與巨觀現象之間的衝突,使得五○年代中期的「多重宇宙論」再度受到人們的重視。而另一方面,九 ○年代末觀測宇宙學發現了宇宙加速的現象,一舉顛覆了數十年來既定的宇宙觀,從而引發了人們對暗能量的想像與探討。本書的作者對於這些革命性的新物理都著墨不少。

  本書分兩大部分。第一部分是介紹微觀世界裡的「小東西」,從原子論的起源娓娓道來,然後探討量子論裡最玄妙的諸多概念,如波粒二元性、測不準原理、量子糾纏,以及粒子全同性等等。對這些物理概念的探討再再直指量子力學奧妙的核心。我相信一般的讀者應該很容易進入狀況。第二部分則是介紹巨觀世界裡的「大東西」。從愛因斯坦的相對論開始講起,將很多大二、大三物理系學生一開始學相對論時很容易混淆的觀念,用很淺顯的日常語言講述出來,教人很容易理解。然後更進一步探討黑洞、蟲洞、時光機器,以及宇宙論等教人聽了覺得有趣卻常又讓人望而生畏的「大東西」。我相信本書對於宇宙論的討論會是對「98課綱」裡新增的內容的一個絕佳的補充。

  有很多科普書的作者是專業的科學家,他們有很犀利的思維與權威的專業背景,但他們的書常流於艱澀,或者神格化學術殿堂裡的奇聞軼事,反而讓讀者不易親近科學的核心思維。相對於此,本書的作者不賣弄專業的學術術語,而是盡量用日常生活的語言來闡述物理思想。我想本書的作者似乎是抱持著一種信念,那就是所有奧妙的物理思維都是可以被一般人所理解的,而且也應該被一般人所理解。畢竟,這些重要的想法是時代的結晶,也是人類的重大文化資產。

  最後值得一提的是本書的譯者張志義教授,他是中研院物理所的資深研究員,他的研究領域與本書所探討的領域相符,所以譯筆準確、流暢,避免了科普翻譯常見的誤譯與拗口的情形。

(本文作者為台師大物理系副教授)




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