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工程之書

工程之書

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訂購需時10-14天
9789571368139
馬歇爾.布雷恩
畢馨云
時報出版
2016年12月20日
193.00  元
HK$ 164.05
省下 $28.95
 
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ISBN:9789571368139
  • 叢書系列:科學人文
  • 規格:平裝 / 264頁 / 16k
    科學人文


  • 自然科普 > 科普叢書











    史上最強系列第7集《工程之書》

    從拋石器到好奇號火星車





    序文



    條目

    西元前3萬年�弓箭

    西元前3300年�狩獵採集工具

    西元前2550年�吉薩大金字塔

    西元前2000年�因紐特技術

    西元前1400年�混凝土

    西元前625年�瀝青混凝土

    西元前438年�巴特農神殿

    西元前312年�古羅馬輸水道

    西元前100年�水車

    西元79年�龐貝

    西元1040年�指南針

    西元1144年�聖丹尼聖殿

    西元1300年�拋石器

    西元1372年�比薩斜塔

    西元1492年�木造橫帆船

    西元1600年�萬里長城

    西元1620年�甘特鏈

    西元1670年�機械式擺鐘

    西元1750年�耶茨磨坊的簡單機械

    西元1773年�爆破拆卸

    西元1784年�動力織布機

    西元1790年�棉紡廠

    西元1794年�軋棉機

    西元1800年�高壓蒸汽機

    西元1823年�桁架橋

    西元1824年�壬色列理工學院

    西元1825年�伊利運河

    西元1830年�拇指湯姆型蒸汽火車頭

    西元1835年�聯合收割機

    西元1837年�電報系統

    西元1845年�大量生產

    西元1845年�隧道鑽鑿機

    西元1846年�縫紉機

    西元1851年�美國杯帆船賽

    西元1854年�水處理

    西元1855年�柏思麥法

    西元1856年�塑膠

    西元1858年�大笨鐘

    西元1859年�油井

    西元1859年�現代下水道系統

    西元1860年�路易維爾水塔

    西元1861年�瓦姆蘇塔煉油廠

    西元1861年�電梯

    西元1869年�美國橫貫鐵路

    西元1873年�纜車

    西元1876年�電話

    西元1878年�電力網

    西元1879年�碳纖維

    西元1885年�增壓器與渦輪增壓器

    西元1885年�華盛頓紀念碑

    西元1886年�自由女神像

    西元1889年�艾菲爾鐵塔

    西元1889年�霍爾-埃魯煉鋁法

    西元1890年�蒸汽渦輪機

    西元1891年�卡內基音樂廳

    西元1891年�須德海工程

    西元1893年�二衝程柴油引擎

    西元1893年�摩天輪

    西元1897年�柴油機車

    西元1899年�去纖維顫動器

    西元1902年�空調系統

    西元1903年�心電圖

    西元1903年�萊特兄弟的飛機

    西元1905年�人造板

    西元1907年�專業工程師認證

    西元1908年�內燃機

    西元1910年�腹腔鏡手術

    西元1912年�鐵達尼號

    西元1913年�伍爾沃斯大樓

    西元1914年�巴拿馬運河

    西元1917年�雷射

    西元1917年�胡克望遠鏡

    西元1919年�婦女工程協會

    西元1919年�下摩擦雲霄飛車

    西元1920年�金索棧橋

    西元1920年�無線電台

    西元1921年�機器人

    西元1926年�心肺機

    西元1927年�電冷凍

    西元1931年�帝國大廈

    西元1935年�磁帶錄音

    西元1936年�胡佛水壩

    西元1937年�金門大橋

    西元1937年�興登堡號

    西元1937年�渦輪噴射發動機

    西元1937年�磁浮列車

    西元1938年�一級方程式賽車

    西元1939年�諾頓投彈瞄準器

    西元1939年�彩色電視

    西元1940年�塔科馬海峽吊橋

    西元1940年�雷達

    西元1940年�鈦

    西元1941年�摻雜矽

    西元1942年�展頻技術

    西元1943年�透析機

    西元1943年�水肺

    西元1944年�直升機

    西元1945年�鈾濃化技術

    西元1945年�「三一」核彈

    西元1946年�ENIAC:第一部電腦

    西元1946年�上開式洗衣機

    西元1946年�微波爐

    西元1946年�輕水反應器

    西元1947年�AK-47突擊步槍

    西元1947年�電晶體

    西元1948年�有線電視

    西元1949年�塔式起重機

    西元1949年�原子鐘

    西元1949年�積體電路

    西元1950年�會下棋的電腦

    西元1951年�噴射發動機測試

    西元1952年�中樞灌溉系統

    西元1952年�3D眼鏡

    西元1952年�「常春藤麥克」氫彈

    西元1953年�汽車安全氣囊

    西元1956年�硬碟

    西元1956年�第一條跨大西洋海底電纜

    西元1957年�冷凍披薩

    西元1957年�人造衛星

    西元1958年�機艙增壓系統

    西元1959年�海水淡化

    西元1960年�無塵室

    西元1961年�T1線路

    西元1961年�綠色革命

    西元1962年�SR-71偵察機

    西元1962年�原子鐘無線電波發射台

    西元1963年�開闔式體育場屋頂

    西元1963年�輻照加工食品

    西元1964年�頂級燃油直線加速賽車

    西元1964年�滴灌技術

    西元1964年�天然氣載運船

    西元1964年�子彈列車

    西元1965年�聖路易大拱門

    西元1965年�集束彈藥

    西元1966年�複合弓

    西元1966年�翼傘

    西元1966年�球燃料床核反應器

    西元1966年�動態隨機存取記憶體

    西元1967年�汽車排放控制系統

    西元1967年�阿波羅一號

    西元1967年�農神五號火箭

    西元1968年�C-5「銀河」運輸機

    西元1968年�波音747巨無霸客機

    西元1969年�登陸月球

    西元1969年�ARPANET網路

    西元1969年�太空衣

    西元1970年�液晶螢幕

    西元1970年�阿波羅13號

    西元1970年�光纖通訊

    西元1971年�防鎖死煞車系統

    西元1971年�月球車

    西元1971年�微處理器

    西元1971年�加拿大氘鈾反應器

    西元1971年�電腦斷層掃描

    西元1971年�發電廠洗滌塔

    西元1971年�克維拉

    西元1972年�基因工程

    西元1973年�紐約世貿中心

    西元1975年�路由器

    西元1976年�協和式客機

    西元1976年�加拿大國家電視塔

    西元1976年�VHS錄影帶

    西元1977年�人力飛機

    西元1977年�調諧質量阻尼器

    西元1977年�航海家號太空船

    西元1977年�阿拉斯加輸油管

    西元1977年�磁振造影

    西元1978年�氧化亞氮加速系統

    西元1978年�採礦車Bagger 288

    西元1979年�「海上巨人號」超級油輪

    西元1980年�快閃記憶體

    西元1980年�M1戰車

    西元1980年�體育場電視螢幕

    西元1981年�大腳怪獸車

    西元1981年�太空梭

    西元1981年�V-22「魚鷹」旋翼機

    西元1982年�人工心臟

    西元1982年�釹磁鐵

    西元1983年�無線射頻辨識標籤

    西元1983年�F117匿蹤戰機

    西元1983年�行動電話

    西元1983年�吉姆利滑翔機

    西元1983年�乙太網路

    西元1984年�3D印表機

    西元1984年�網域名稱系統

    西元1984年�外科手術機器人

    西元1984年�貨櫃海運

    西元1984年�伊泰普水壩

    西元1985年�巴斯郡抽蓄發電

    西元1985年�國際熱核融合實驗反應器

    西元1985年�虛擬實境

    西元1986年�車諾比事故

    西元1986年�阿帕契直升機

    西元1990年�全球資訊網

    西元1990年�哈伯太空望遠鏡

    西元1991年�鋰離子電池

    西元1991年�生物圈二號

    西元1992年�省水型馬桶

    西元1992年�暴雨管理

    西元1993年�凱克望遠鏡

    西元1993年�「毀滅戰士」遊戲引擎

    西元1994年�英法海底隧道

    西元1994年�數位相機

    西元1994年�全球定位系統

    西元1994年�關西國際機場

    西元1995年�動畫電影《玩具總動員》

    西元1996年�Ariel Atom賽車

    西元1996年�高畫質電視

    西元1997年�Prius油電混合動力車

    西元1998年�國際太空站

    西元1998年�大型強子對撞機

    西元1998年�智慧電網

    西元1998年�銥衛星系統

    西元1999年�Wi-Fi

    西元2001年�賽格威電動代步車

    西元2003年�創新世紀

    西元2004年�米約高架橋

    西元2005年�布加迪威龍

    西元2005年�喬治亞水族館

    西元2006年�棕櫚群島

    西元2006年�AMOLED螢幕

    西元2007年�智慧型手機

    西元2008年�四旋翼飛行器

    西元2008年�碳封存

    西元2008年�工程大挑戰

    西元2008年�馬丁噴射背包

    西元2008年�三峽大壩

    西元2009年�美國國家點火裝置

    西元2009年�耐震建築

    西元2009年�美國總統座車

    西元2010年�太陽動力號太陽能飛機

    西元2010年�英國石油公司漏油事故

    西元2010年�哈里發塔

    西元2010年�哈利波特禁忌之旅

    西元2010年�阿爾塔風能中心

    西元2010年�平板電腦

    西元2010年�X2和X3直升機

    西元2011年�福島核災

    西元2011年�無人自駕車

    西元2011年�速成摩天大樓

    西元2011年�超級電腦「華生」

    西元2012年�好奇號火星車

    西元2012年�人力直升機

    西元2013年�北卡州立大學BookBot系統

    西元2014年�伊萬帕太陽能發電系統

    西元2016年�威尼斯防洪系統

    約西元2020年�真空管列車

    約西元2024年�複製人腦

    約西元2030年�火星殖民地

    約西元3000年�尚未設計出來的東西

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    序文



      只要環視四周,不論你現在坐在哪裡,你的周圍多半會是經過工程設計的物品。假如你坐在普通的辦公椅上,這張椅子的誕生就要仰仗工程師。椅子的布料,布料底下的海綿,把布料和海綿組在一起的骨架,構成扶手的塑膠元件,讓椅子能上下調整前傾後仰的機械零件,椅子底座,讓椅子自由滑動的滾輪,這些都需要工程師幫忙設計製造。



      你所在的室內,牆上的漆連同油漆覆蓋住的牆板,也可能是經過工程設計。牆板內的石膏可能來自發電廠,發電廠裡有工程師負責設計洗滌塔,可把煙囪內的硫轉變成石膏,利用這個方法為煙囪脫硫,其他工程師負責設計工廠,取石膏製成牆板。你在房間裡呼吸到的空氣,很有可能經過空調系統中的空氣過濾器淨化,而空調系統又是受恆溫器控制,因此溫度可以保持適中。空調機件中的風扇從工程設計過的微電網獲得電力,微電網則連回可能生產出石膏的發電廠。



      你身旁可能有一些電子產品,全都出自不同領域的工程師之手。比方說,在你桌上可能有智慧型手機或平板電腦,牆上有高畫質電視,還有自動與無線電台發射訊號對時的電子鐘。電機工程師、軟體工程師、工業工程師和機械工程師,讓這些事物化為現實。



      走到室外,你會看見馬路上川流而過的車輛,也許正好有一架安全無虞的噴射客機以時速885公里飛越頭頂。路面底下是下水道、總水管、暴雨排水溝、電話線及有線電視纜線、瓦斯管線,這些也都經過工程師設計。



      此外還有無線電波,雖然完全看不見,但有成千上萬的無線電波訊號環繞在你周圍,也都是拜工程師之賜。你家所在地區的每個調幅(AM)電台、調頻(FM)電台、電視台,都正以不同頻率的無線電波形式從你身旁流過,每支手機也正與當地的天線塔保持連繫。智慧型手機通常有提供語音通話的多重無線電波,以及單獨提供給Wi-Fi和藍牙的無線電波系統。附近其他的Wi-Fi熱點和藍牙裝置,以及使用Wi-Fi的每一台平板電腦、筆電、桌上型電腦,也會讓你籠罩在無線電波之中。不僅如此,頭頂上還有很多人造衛星,傳輸GPS訊號、衛星電視訊號、銥衛星電話訊號、氣象衛星訊號等等。再加上外面的一大堆無線電波:警消無線電波、水表無線電波、氣溫及雨水感應器無線電波、車庫門開關遙控,以及汽車遙控鑰匙。如果認真想,你會甚為驚訝。倘若沒有工程師去實踐,沒有監管結構讓所有的無線電波訊號不會互相干擾,這一切都不可能成真。



      工程師一手打造我們這個現代世界。在美國,約有兩百萬名工程師在各自的崗位上,多半隱身幕後,不大張旗鼓。要是少了這些工程師,我們就會回到石器時代。



      現在我們就要一起展開一趟迷人的旅程,踏進工程的世界。先想一想以下這個問題,或許會有些幫助:工程究竟是什麼?《蘭登書屋韋氏大詞典》(Random House Webster’s Unabridged Dictionary)可算是很好的起點,它是這麼定義工程的:「把物理、化學等純科學的知識拿來實際應用的技術或科學,例如建造引擎、橋梁、建築物、地雷、船舶和化工廠。」



      以下則是出自《韋氏大學詞典》(Merriam Webster’s Collegiate Dictionary)的定義:「應用到科學與數學,而使物質性質和自然能源對人有用。」



      要理解工程,還有個好方法,就是去想一想會在工業界找得到的所有工程學科,或是找一找大型工科大學裡會開設的學科。比方說,如果我們看一下美國北卡羅萊納州立大學的工學院,會找到以下這些科系:



      生物及農業工程 森林生物材料工程

      生物醫學工程 整合製造系統工程研究所

      化學及生物分子工程 材料科學與工程

      土木、建築與環境工程 機械與航太工程

      計算機科學?? ?核子工程

      電機與電腦工程 作業研究

      工業及系統工程 紡織工程、化學及科學



      另外也有一些專業領域,譬如石油工程師負責鑽油及煉油,奈米工程師在奈米技術這個新興領域工作等等。



    讀到這些定義和學科,你的腦袋裡可能會浮現工程師對社會有所貢獻的畫面。好比設計橋梁的土木工程師,他們受過訓練,懂數學、軟體工具、最佳作業方式及法規,這些都與設計建造出安全可靠、屹立不搖的橋梁有關。他們的成果處處可見,美國舊金山的金門大橋和法國的米約高架橋,都是大家公認的工程傑作。不過,工程師偶爾會鑄成大錯,就像美國華盛頓州塔科馬海峽吊橋的案例,工程師從這些疏失吸取教訓,納入知識體系,應用到往後所有的橋梁新建工程。在工程這一行,每個人都會不斷交流,彼此學習,使技術持續進步。



      有些經過工程設計的物品非常單純。舉例來說,鑄鋁車輪這個單件,要能應付汽車的負載,以及來自轉彎、緊急煞車、路面坑洞的所有作用力。其他物品可就十分複雜,譬如汽車或飛機,有數不清的組成零件,要精準可靠地共同操作。還有一些系統,像防鎖死煞車系統或安全氣囊系統,是靠著彼此連結的組成零件,來完成操作或解決問題。



      另外也有一些大型工程系統,我們稱之為架構。電腦工程師經常用「電腦架構」一詞,來代表許多零件和其相互關係。或是想一想阿波羅登月任務。為數眾多的人員和組件聚在一起,為這項任務打造出架構,許多組成部分彼此相關:農神五號運載火箭、指揮及勤務艙、登月小艇、太空衣、月球車,及其他一切東西。要是其中有任何一環無法正常運作,整項任務就有可能失敗,太空人命懸一線,就像電影《阿波羅13》的情節一樣。同樣的,電力網的架構裡包括發電廠、輸電網、配電網,手機系統也有自己的架構,其中包含天線塔、手持話機,以及把這些組件連在一起的複雜信號傳輸協定。



      透過大量生產,以及運用技術節省不必要的材料、時間和程序,來使成本下降,在這方面工程師也扮演重要角色。我們所穿的衣服就是很好的例子,以前的人做衣服,每樣工作都要自己來,種植棉花、鋤地、採收棉鈴,然後把棉纖維裡的棉籽去掉,一切都靠雙手。接著,他們清洗棉花、染色、梳棉、紡絲、在手工梭織機上織成布,再用針線把布縫製成衣服。因為每件衣服都代表幾百小時的人工勞力,所以價格昂貴。今天,工程師幾乎已經把程序裡的每個環節機械化了,同時讓大家有各種合成纖維可用,衣服也就變得物美價廉。各類用品都發生過同樣的轉變,所以我們現在才買得起智慧型手機,大家都能隨身帶著這些有高解析度螢幕和強大拍照功能、隨時能連上網路、從無數伺服器查到幾乎任何疑問解答的小小電腦。要是沒有工程師,這一切都不會發生。



      科學家和工程師有什麼不同?大家寄望科學家了解宇宙運作之道,他們做研究,解答與自然界有關的基本問題。舉例來說,可能有位科學家發現弧形的玻璃會使光線偏折,後來找出數學方程式描述這種偏折,而從這項科學發現,我們就有了透鏡。接著,也許有某位科學家或發明家會把透鏡組合起來,變成光學裝置,譬如顯微鏡或望遠鏡,終將邁出下一步。如果你想以合理的價格做出一百萬架望遠鏡,或是想打造一架好幾公噸重的巨大望遠鏡,希望它能轉動自如,在地球自轉時依然能自動追蹤某顆恆星,這時就需要工程師接手。



      科學家發現,鐵加了適量的碳可造出鋼,而工程師利用鋼建造橋梁、摩天大樓、汽車、超級油輪。鋼太重或是太脆弱,工程師還有許多其他的材料可用:鋁、鈦、碳纖維、克維拉、塑膠等等。



      你經常會聽到有人驚呼:「這設計真美!」或者「那真是一件設計周全的用具!」例子不勝枚舉,包括SR-71偵察機、Ariel Atom賽車,或巴特農神殿。但也可能是更加單純的東西,譬如汽車傳動系統裡的換檔裝置,甚至像是重量適中、如絲般順手的控制旋鈕。當工程師的巧妙設計達到極高境界,重複利用和精簡的程度令人印象深刻,精細化的能力讓人初次使用就驚歎不已,或是做到形式與功能完美結合,這時就會引發眾人讚歎。就像藝術品和大自然,我們在工程設計裡看見美。



      工程師從這些不同的方面,讓社會前進。他們發展新技術,讓我們生活得更舒適,他們讓成本下降,使更多人能夠參與,他們打造出令人驚奇的事物,使我們以生而為人感到自豪,他們創造出現代生活所依託的物品。

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