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科學大歷史:人類從走出叢林到探索宇宙,從學會問「為什麼」到破解自然定律的心智大躍進
科學大歷史:人類從走出叢林到探索宇宙,從學會問「為什麼」到破解自然定律的心智大躍進
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   一般分類科學‧科普 > 自然科學 > 科學總論 > 科學史

商品介紹
  • 商品簡介
  • 作者簡介
  • 編輯推薦
  • 目次
  • 書摘/試閱
  • ◆柏克萊加大物理學博士、暢銷科普作家雷納.曼羅迪諾,
    用大歷史手法描繪人類科學大躍進的重磅之作!

    ◆與史蒂芬‧霍金同為《新時間簡史》、《大設計》等書的共同作者,
    曾擔任電視劇《百戰天龍》、《星艦奇航記:銀河飛龍》編劇。

    「曼羅迪諾總是有辦法讓科學顯得平易近人,妙趣橫生。」
    ──史蒂芬‧霍金


    當人類學會直立行走,大腦的運作從此遠遠超越了其他動物。
    人類成為唯一懂得問「為什麼」的動物,
    旺盛的求知動力,加上歷史上屢屢突破傳統思維限制的天才想像,
    造就了科學的驚人成就,也形塑了人類的文明!

    曼羅迪諾帶我們展開一場熱情有勁的旅程,
    循著令人振奮的人類演進史,逐一解說科學發展的關鍵事件。
    過程中,他以令人耳目一新的方式,帶我們觀察人類及社群的獨到特質,
    瞭解究竟是什麼動力促使我們從使用石器,開始撰寫文字,
    並從化學、生物學、現代物理學的誕生,發展出如今的科技世界。

    以大歷史描繪出完整的人類科學演進,
    不只聚焦少數「個別天才」,更深入探索影響科學思維的種種文化條件。

    人類瞭解宇宙的過程並不是由獨立事件所組成,透過曼羅迪諾的精心編排,本書分成三個部分,從人類在地球出現開始延續至今。引領讀者走一趟精彩的發現之旅:

    第一部分跨越了數百萬年,追溯人類大腦的演進,以及人類愛問「為什麼?」的偏好,是如何激發了我們最早的心靈追尋,最終促使我們發明了書寫和數學,並且發明了「定律」的概念。

    第二部分是探索自然科學(硬科學)的誕生。這是有關革新者的故事──諸如伽利略、牛頓、拉瓦節、達爾文等人,他們別具天賦,以與眾不同的方式來觀看世界,努力對抗那個年代根深柢固的信念。

    第三部分,就在人類開始相信他們已經破解所有的自然定律之際,歷史突然出現了奇怪的轉折,愛因斯坦、波耳、海森堡等思想家發現一個新的存在領域,肉眼看不見,裡面的定律必須全部改寫。

  • 雷納.曼羅迪諾(Leonard Mlodinow)/著
    美國加州大學柏克萊分校的理論物理學博士,曾任馬克斯普朗克學院的洪堡研究員,現任教於加州理工學院。著作豐富,包括暢銷書《潛意識正在控制你的行為》(榮獲威爾遜文學科學寫作獎)、《世界觀之戰》(與狄巴克‧喬布拉合著)、《新時間簡史》、《大設計》(以上兩書與史蒂芬‧霍金合著)、《醉漢走路》(榮登紐約時報好書榜)、《費曼的彩虹》、《歐幾里得之窗》等等,並曾擔任電視影集《百戰天龍》、《星鑑奇航記:銀河飛龍》的編劇。

    洪慧芳/譯
    國立台灣大學國際企業學系畢業,美國伊利諾大學香檳分校管理碩士,曾任職於西門子電訊及花旗銀行,現為專職譯者,從事書籍、雜誌、電腦與遊戲軟體的翻譯工作。

  • 李仁吉(國立交通大學電子物理系教授)、
    李泗賓(建國中學物理教師)
    高涌泉(國立臺灣大學物理系教授)
    辜雅穗(《BBC知識》國際中文版〔BBC Knowledge〕總編輯)     專業推薦


    各界讚譽
    「曼羅迪諾總是有辦法讓科學顯得平易近人,妙趣橫生。」
    ──史蒂芬‧霍金(Stephen Hawking),《時間簡史》(A Brief History of Time)的作者

    「引人入勝,發人深省……精妙地指引我們瞭解人類知識的累積,以及科學發明的驚人特質……令人嘆為觀止的調查。」
    ──《科克斯書評》(Kirkus Reviews)星級評論

    「我們是如何從穴居迅速轉變成開車奔馳,從大草原進駐摩天大樓,從雙腳走路踏上月球之旅?讓我們聆聽曼羅迪諾娓娓道來人類的驚人演進,你將會發現,每一步突破都是源自於人類大腦對知識的無盡渴求。」
    ──大衛‧伊葛門博士(David Eagleman),《躲在我腦中的陌生人》(Incognito: The Secret Lives of the Brain)作者

    「令人耳目一新的科學史研究……即使量子物理學及相對論令你感到一頭霧水也不用擔心,曼羅迪諾的解說向來淺顯易懂。」
    ──圖書館學刊(Library Journal)

    「曼羅迪諾生動地勾勒出界定人類文明的思想與文化演進,呈現出趣味盎然的科學史觀及恢弘視野。」──拉瑪錢德朗(V. S. Ramachandran),《洩密大腦》(The Tell-Tale Brain: A Neuroscientist’s Quest for What Makes Us Human)作者

    「從石器時代到量子物理學的時代,深入淺出地介紹西方科學史。」
    ──大衛‧克里斯群(David Christian),《大歷史》(Big History: Between Nothing and Everything)合著者、雪梨麥考瑞大學教授

  • Part 1  直立的思想家
    第一章 求知的動力
    忍飢受餓也止不住求知慾
    人類漫長的發現之旅
    第二章 好奇心
    蜥蜴不會問問題
    從巧人到智人
    嬰孩會問為什麼但黑猩猩不會
    第三章 文化
    人類的第一座教堂
    知識、思想和價值觀迅速傳布
    人類與靈長類文化
    第四章 文明
    從大草原到城市
    進化的書寫文字
    數學的創新發展
    「律」的發明:從農夫到行星都受支配
    第五章 理性
    農作歉收與神明怒火
    觀看世界的新架構
    「改變」的奧祕
    常理的束縛
    單人版維基百科不完美

    Part 2  科學
    第六章 新的理性之道
    古希臘智慧重現
    默頓規則:為通用的運動定律奠基
    科學革新者伽利略教授
    第七章 力學宇宙
    獨行俠牛頓
    非主流學術的「瘋狂」研究:聖經和煉金術
    一個賭注促成牛頓寫出他最偉大的科學論文
    牛頓學說的「力」
    第八章 萬物組成
    從遺體防腐到煉金術
    燃燒和呼吸的共通點
    拉瓦節:質量守恆定律
    門得列夫與化學元素週期表
    第九章 生物世界
    細胞與生物的複雜性
    創造老鼠的配方:自然發生論
    顯微鏡革命
    探究演化理論
    悲劇、疾病和達爾文的祕密研究

    Part 3  超越人類感官
    第十章 人類經驗的侷限
    接受看不見的真實
    普朗克的量子研究
    牛頓學說的世界觀出現裂痕
    第十一章 看不見的領域
    夢想家的洞見:盧瑟福原子模型
    年輕波耳的瘋狂概念:量子化
    第十二章 量子革命
    海森堡的新物理學
    量子宇宙的奇異現實
    讓人更有信心也更謙卑的新科學傳承
    索引

  • 第一章:求知的動力
    家父告訴我,當年他在布亨瓦德集中營(Buchenwald)時,認識一位骨瘦如柴的數學家。你從一個人聽到「pi」(音同「拍」)所聯想的東西,可以對那個人略知一二。對數學家來說,他們一聽到「pi」,會聯想到圓周率π。你若是問我爸,只受過七年級教育的他,會聯想到蘋果派。儘管數學家和我爸之間有很大的學歷落差,某天,數學家出了一個數學題來考我爸,我爸想了好幾天,百思不得其解。後來我爸又遇到那位數學家時,問他答案是什麼。數學家不肯說,只告訴我爸必須自己找答案。又隔了一陣子,我爸又問他答案是什麼,那個人還是死不肯說。我爸想就此放棄,但那股好奇心卻怎麼也揮之不去。在那個瀰漫著惡臭和死亡氣息的環境裡,他反而更迫切想要知道答案。最後,那位數學家提出一個條件──只要我爸肯把麵包讓給他,他就告訴他答案。我不知道當時我爸的體重是多少,不過美軍從集中營解放他時,他只有三十九公斤。即便瘦弱至此,他想知道答案的慾望卻如此強烈,還是拿麵包去交換答案了。

    忍飢受餓也止不住求知慾
    我快二十歲時,父親告訴我這段故事,對我產生了極大的影響。我爸的家人都離世了,他的家當全被沒收,他挨餓消瘦,如槁木死灰。納粹剝奪了他的一切,但他思考、推理、求知的動力依然活躍。他身受禁錮,但思想仍天馬行空馳騁。我聽完那個故事的當下,領悟到求知慾是人類最人性的渴望。儘管我現在和我爸當時的情況截然不同,但我想瞭解世界的熱情,也受到同樣的本能驅動。
    後來我上了大學,開始研究科學,我爸不太問我學習的學術細節,但他會問我根本的意涵,例如理論的起源、為什麼我會覺得那些理論很美、科學對人類的描述等等。數十年後,我撰寫這本書,就是為了回答那些問題。

    * * *

    幾百萬年前,人類開始直立,改變肌肉和骨骼的運作方式,以便直立行走,騰出雙手來探索及操作周遭的事物。此外,直立也擴大了視線範圍,讓我們可以探索遠方。我們挺直身子的同時,大腦的運作也超越了其他的動物,讓我們不僅透過眼睛、也透過思想來探索世界。我們不僅身子挺立了起來,也開始動腦思考。
    人類之所以是萬物之靈,是因為我們有求知的動力。人類的獨特之處,在於幾千年來我們破解的種種難題。你給古人一台微波爐,讓他加熱野牛肉,他可能會以為微波爐裡面有一群小精靈努力地生火烤肉,而且在微波爐的門打開時,小精靈就神奇地消失了。不過,跟這個事實一樣神奇的是,幾個簡單、神聖的抽象定律,就可以解釋宇宙的一切現象。從微波爐的運作到我們周遭的自然奇觀,都可以用定律來解釋。
    我們對自然界的瞭解不斷地演進,以前我們以為潮汐是由女神管控,現在我們知道潮汐是月球引力的結果;以前我們以為日月星辰是神仙遠在天邊,現在我們知道天體是核熔爐對我們發送光子。如今我們知道數億英里外的太陽是怎麼運作的,也知道比我們小數十億倍的原子結構。我們能解開這些自然現象的奧祕不僅是奇蹟,也是引人入勝的故事。
    我曾加入電視影集《星艦奇航記:銀河飛龍》的編劇團隊,第一次和那個節目的編劇及製作人一起開編劇會議時,我為某集內容提出了一個令我相當興奮的構想,因為那個概念牽涉到太陽風的天文物理學。大家都把目光集中在我這個新來的物理學者身上,看我興高采烈地發表構想,並解說概念背後的理論。我講完時(整個過程大概不到一分鐘),得意洋洋地看著老闆,他是個脾氣暴躁的中年製作人,曾擔任紐約市警局兇殺案的警探。他凝視我片刻,露出難以判讀的表情,接著對我大吼:「他媽的書呆子,給我閉嘴!」
    我覺得尷尬極了,事後我才知道,他那段言簡意賅的訓斥是在告訴我,他們找我去編劇,是看中我說故事的能力,而不是要我去做天文物理學的課外實驗。他說得很有道理,我一直謹記在心,從此也影響了我的寫作模式。(他還有一個令我印象深刻的建議:你有預感自己快被開除時,就把頭泡進冷水池裡冷靜一下。)
    科學若是遇到不懂得活用的人,可能會變得無聊透頂。不過,科學背後的故事與源起可一點都不無聊,反而有趣極了,裡頭充滿了各種奇妙的發現過程,其精彩程度比起《星艦奇航記》任何一集或人類首度登月,可說是毫不遜色。那些發明家就像藝術、音樂、文學界的知名創作者一樣熱情、妙不可言,他們都是充滿好奇心的探索者,帶著人類從非洲大草原進化到如今的現代社會。
    他們是如何辦到的呢?我們是如何從一個剛學會挺立步行,靠著雙手採堅果、漿果、根莖類果腹的物種,進化成為會開飛機、全球傳送即時訊息、在巨大實驗室裡模擬宇宙初期狀況的萬物之靈?這就是我想講述的故事,因為只要瞭解這個故事,就能瞭解人類的悠遠傳承。

    * * *

    如今「世界是平的」已是老生常談,但即使國與國之間的距離和差異縮小,今天和明天之間的差異反而擴大了。公元前四千年左右,第一批城市興起,當時速度最快的長程移動方式是駱駝隊,每小時的速度僅幾英里。一千多年後,發明了雙輪馬車,使最快時速提升到約二十英里1。十九世紀,蒸汽火車的發明才終於大幅地加快速度,並在十九世紀末把時速提升到一百英里。人類移動的速度從時速十英里進步到一百英里花了兩百萬年,但之後速度再進步十倍(飛機的發明使時速達到一千英里)僅花了五十年。到了一九八〇年代,太空梭的時速已超過一萬七千英里。
    其他科技的演進也呈現相同的加速型態。以通訊為例,十九世紀初,路透社仍使用信鴿在城市之間傳遞股價2。十九世紀中葉,電報已廣泛使用。二十世紀,電話開始普及。不過,室內電話經過八十一年才達到七十五%的市場滲透率,但手機經過二十八年就達到了,智慧型手機更是在十三年內達到。近年來,電子郵件與簡訊先後取代了大部分的電話通話,成了主要的通訊工具,手機也從通話工具逐漸轉變成迷你電腦。
    經濟學家肯尼斯‧鮑定(Kenneth Boulding)表示:「現今的世界和我出生時的世界差異之大,就像我出生時的世界和凱撒的世界一樣迥異。3」鮑定生於一九一〇年,死於一九九三年。他目睹的變化,以及他過世後發生的許多變化,都是科學與科技的產物。那些改變對人類生活的影響比以前還大。我們在職場與社會中的成就,日益取決於我們吸收與開發創新的能力。如今即使你不在科學或科技界工作,若要維持競爭力,就得面臨不斷創新的挑戰。所以,對每個人來說,發現的本質都是一個重要課題。

    人類漫長的發現之旅
    為了客觀瞭解我們目前所處的位置以及未來的發展方向,我們必須先熟悉過去發展的歷程。以往我們談及人類歷史的重大成就時(書寫、數學、自然哲學、其他學科等等),常以獨立事件的方式來介紹,彷彿它們之間毫無關係。那種觀點往往流於見樹不見林,本質上忽略了人類知識的整體性。例如,大家常把現代科學的發展視為「個別天才」的成就(譬如伽利略和牛頓),但那些成果不是從社會或文化的真空狀態中冒出來的,其研究方式是奠基於古希臘發明的知識,其本質是來自宗教提出的大哉問,其發展是跟著藝術創作的新方法齊頭並進,其結果是受到煉金術的啟發,而且在缺乏種種社會進步下(從歐洲那些卓越大學的發展,到串連城市與國家的郵政體系出現),那些發明根本不可能出現。同樣的,希臘的啟蒙也是源自於美索不達米亞、埃及等地的古代驚人發明。
    因為有那些影響和關連,人類瞭解宇宙的過程並不是由獨立事件所組成,而是像最佳小說那樣,有連貫的敘事和統一的架構,裡面充滿了相互連結的關係,從人類出現開始延續至今。在後續的章節裡,我將以精心編排的方式,引領大家走一趟精彩的發現之旅。
    這趟旅程將從現代人類的心智發展開始談起,逐一談及每個關鍵時期,以及人類以全新方式看待世界的轉折點。過程中,我會剖析幾位有趣的人物。他們獨到的個人特質及思維模式,在那些創新中發揮了重要的作用。
    就像許多三部曲的故事一樣,這趟旅程也分為三部分。第一部分跨越了數百萬年,追溯人類大腦的演進,以及人類愛問「為什麼?」的偏好。那些「為什麼」激發了我們最早的心靈追尋,最終促使我們發明了書寫和數學,以及「定律」的概念──那些都是必要的科學工具。詢問「為什麼」也促成了哲理的發明,也就是說,物質世界可以根據原則上大家都理解的韻律與條理來運作。
    第二部分的旅程是探索自然科學的誕生。這是有關革新者的故事,他們別具天賦,以與眾不同的方式觀看世界,他們也充滿耐心、毅力、才氣和勇氣,為了發展概念,始終持續努力,甚至耗費數十年。這些思想界的先驅──諸如伽利略、牛頓、拉瓦節(Lavoisier)、達爾文等人──長時間努力對抗那個年代根深柢固的信念,所以他們的故事免不了都是個人奮鬥的血淚史,有些人甚至為此賭上了性命。
    最後,就像很多精彩的故事一樣,正當主角覺得旅程快接近尾聲時,突然出現了意想不到的變化。就在人類開始相信他們已經破解所有的自然定律之際,歷史突然出現了奇怪的轉折,愛因斯坦、波耳(Bohr)、海森堡(Heisenberg)等思想家發現一個新的存在領域,肉眼看不見,裡面的定律必須全部改寫。那個新世界有另一套自成一格的定律,其運作規模小到難以直覺理解:原子的微觀世界,由量子物理學的定律所規範。那些定律主導著如今我們在社會中依然經歷的巨大改變,而且改變的速度愈來愈快。我們對量子的理解促成了電腦、手機、電視、雷射、網際網路、醫學影像、基因圖譜的發明,也徹底改變了現代生活的多數新科技。
    相較於橫跨數百萬年的第一部分,以及涵蓋數百年的第二部分,第三部分雖然只有幾十年,卻反映出人類知識累積的倍數成長,以及我們跨入這個奇妙新世界的新鮮感。

    * * *

    人類漫長的發現之旅綿延了好幾個時代,但我們探索世界的主題從未改變,都是源自於人類的本性。對致力投入創新與發現領域的人來說,其中有一個主題是他們耳熟能詳的:想要構思一個異於已知世界或已知概念的東西非常困難。
    一九五〇年代,史上最卓越、最有創意的科幻作家之一以撒‧艾西莫夫(Isaac Asimov)寫了《基地》(Foundation)三部曲,那一系列的小說把場景設定在未來幾千年後。在那些書中,男人天天通勤上班,女人待在家裡。結果,經過短短幾十年,那個遙遠未來的設定已成了過去式。我之所以提起這點,是因為那可以說明人類思維的普遍侷限:我們的創意受到傳統思維的限制,而那些傳統思維來自於我們難以突破的信念,或從未想要質疑的概念。
    相對於「構思改變」的困難,我們也難以「接受改變」,那也是這個故事中一再出現的主題。人類可能覺得改變大到難以承受,需要費心思量,把我們逼出了舒適區,也打破我們的慣性,讓人感到困惑,迷失方向。那需要放棄舊思維,而且放棄不是我們自願的,而是被迫的。再者,科學進步所造成的改變,往往顛覆了很多人死守的信念,可能連他們的事業和生計都會受到嚴重波及。因此,科學裡的新概念往往會遇到重重的阻礙、憤怒和嘲諷。
    科學是現代科技的靈魂,現代文明的根源,也是現今很多政治、宗教、倫理議題的根本,而且其基本概念正以愈來愈快的速度改變著社會。不過,科學會影響人類的思維模式,人類的思維模式也會反過來影響科學理論的建構。誠如愛因斯坦所言,科學「跟人類其他領域的活動一樣主觀,深受心理的影響」4。本書的目的是以那樣的精神來描述科學的發展,把科學視為一種學問,同時也是一種由知識及文化決定的主體。檢視那些形塑科學概念的個體、心理、歷史、社會情境,最能瞭解那些概念的意涵。以那種方法來探索科學,不僅可以瞭解科學本身,也可以瞭解創意和創新的本質,乃至於更廣泛的人類境況。


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