星空協奏曲

對於浩瀚星空，從古至今，人們總有無限的想像。
人類的好奇心是如何引發這場震撼世界的科學革命，顛覆了自希臘時代以來的宇宙觀？
本書集結國內第一流學者講演之內容，帶領讀者穿梭古今，一同聆聽這一曲由哲人們共同譜出的千年樂章。

義大利天文學家伽利略在1609年將望遠鏡觀測天際，獲得支持「地動說」的有力證據，在學界中激起一陣駭浪。400年後，全球天文組織定2009年為「全球天文年」，就是為了紀念此段歷史。臺大科學教育發展中心適逢其會，於該年在「《探索》基礎科學系列講座」第二期規劃了「星空協奏曲」系列講題，邀請國內數位學者講演天文學的發展歷程，帶領聽眾穿越時空，一同沉浸於天文、數學、物理所交織而成的樂曲之中。

本書彙編了「2009年星空協奏曲」之內容，將高涌泉、曹亮吉、徐光台、姚珩、吳俊輝教授精彩的演說化為文字與圖像，可說是以「樂譜」的形式呈現了「協奏曲」之內涵，從古希臘人的數學天文學到愛因斯坦的時空觀革命，記述著二千年來科學的開拓與推進，從深入淺出的語句之中，可體會到親臨講座現場、餘音繞梁的感受。

本書特色

※本書從托勒密、哥白尼、伽利略、牛頓到愛因斯坦，由多位知名科學家的故事，綜述西方自希臘時代以降二千年的天文科學發展，是高中以上物理、地球科學最佳補充教材。
※本書以臺大科教中心「《探索》基礎科學系列講座」內容為基礎，具最高的可讀性，全書文字均經講者悉心修訂，文字精確且優美。
※本書以彩色圖文編印，提供讀者心靈、視覺雙重享受。

高涌泉（Kao, Yeong-Chuan）
國立臺灣大學物理系教授，專長為理論物理。長期撰寫《科學人》〈形上集〉專欄，多年來從事科普寫作，投注心力於臺灣科學教育。

曹亮吉（Tsao, Liang-Chi）
國立臺灣大學數學系退休教授。曾任《科學月刊》總編輯。多年來以「阿草」為筆名，致力於數學與科普寫作。

徐光台（Hsu, Kuang-Tai）
國立清華大學通識教育中心暨歷史所教授。專長為中國科學史、中西文化交流、西洋科學史、中西自然知識比較研究。

姚珩（Yao, Herng）
國立臺灣師範大學物理系教授。專長為粒子物理、科學史與科學哲學。

吳俊輝（Wu, Jiun-Huei Proty）
國立臺灣大學物理系暨天文物理所教授、阿米巴（AMIBA）宇宙望遠鏡計畫科學家，主要研究領域為現代宇宙學，長期致力於望遠鏡DIY的推廣工作。

主編序
如果有人說他們的科學啓蒙是來自CASE，那就是我們的夢想
陳竹亭（臺灣大學化學系教授、科學教育發展中心主任）

臺大科學教育發展中心（NTU-CASE）終於在臺大出版中心的協助下出版了第一本的「《探索》基礎科學系列講座」。這應該是另一個起點，因為CASE相信文字才是創造歷史的核心工具。

CASE成立於2008年10月。2009年推出的第一個計畫就是「《探索》基礎科學系列講座」。這是許久以前，來自於法拉第1825年首創英國皇家科學院聖誕講座（Royal Institution Christmas Lectures）的靈感。而國內的系列型科普演講仍不多，著重基礎科學的更是稀少。如何讓理想的科學教育和令人耳目一新的科普結合得好，而且能持續發揮深遠的影響，仍然是有待努力的目標。

2009恰逢科學界值得紀念的一年。因為正值伽利略將望遠鏡指向星空之後四百年，也是達爾文出版《物種起源》的一百五十週年。兩者都是科學史上的里程碑，更是引領人類思想破格的革命性事件。CASE就順理成章的將第一期及第二期的《探索》講座設定為「達爾文的奇幻旅程」（Darwin’s Revolutionary Road）和「2009星空協奏曲」（2009 Constellation Concerto）。

「2009星空協奏曲」是唯一由十場演講組成的《探索》系列。講題依序分別是「時空奏鳴曲──穿梭古今2000年」、「望遠鏡之前的天文學──古希臘天文學」、「仰望天空的數學家──古希臘數學」、「古文明中的數學與自然」、「簡單和諧的行星旋律──從哥白尼到克卜勒」、「理論實驗的人間協奏──伽利略的落體運動」、「古典力學之天地樂章──牛頓與萬有引力」、「小鏡片對大宇宙──天文宇宙觀測篇」、「心與星的和鳴──天文宇宙理論篇」，最後以「愛因斯坦的時空觀革命」總結，正如一篇物理的協奏史詩。

西方科學文明的萌芽正是源起於希臘的天文和數學。希臘的天文學縱使不比其他文明對天上星體的了解更高明，但是能在兩千年前憑著細微的觀察和縝密的推理提出地圓說，就是具有原創性的偉大觀點。但是希臘的數學傳到了歐基里德（Euclid）的手中，整理出來極嚴謹的幾何證明，堪稱人類理性邏輯之圭臬，而且無可比擬。這些公理與定理，記述在《幾何原本》（Elements）中，是人類數學成就邁出的一大步，足堪媲美文字的發明。

從阿基米德到柏拉圖，以數學思考作為人類知識及認識自然法則的終極依規，正是伽利略、牛頓、麥克斯威爾到愛因斯坦等許多物理學家一脈相承，所秉持的脈絡。另一支科學典範則沿襲了亞里斯多德的方式，那就是另一個故事了。

數學邏輯衍生的文明在人類歷史上自有其獨特的地位。西方近代科學之所以興起也拜此思維之賜。科學在臺灣是顯學，但是國人在崇尚科學與科技之餘，通常也忽略了科學實源自人類十分獨特的思考方式與態度。在日常生活中，一般人不會要求如科學訓練一般嚴謹的理性思考，更不會嚴苛的要求凡事驗證，凡事務求精準確實。生活中處處是問題，卻沒有標準答案；生命中常常有疑難，更需要清明審慎的心思與判斷。科學的理性思維和態度一旦成為信念，懷疑與探索就是最佳拍檔。

記得高中時讀到房龍（Hendric Willem van Loon）偉大的歷史作品──《人類的故事》（The Story of Mankind）。書中楔子裡的寓言描述年輕人企圖掙脫傳統的桎梏，追尋真理與自由。這篇文章喚醒了我對自由主義的嚮往，雖然當時我也並不太暸然自由主義的真諦。如今回想一路走來許多以自由理性的心智吶喊的人都成了我生命中交心的知己。有時在書中，有時在繪畫或音樂中，當然也有在生活中的至交。這本書的作者群正是第二期探索講座的講者。他們再一次領我走出心靈的疆界，體驗理性自由奔放的狂喜。這也是CASE能送給讀者最好的禮物。

《探索》講座今春已經邁入了第九期。這個講座立志結合科學、教育及歷史的初衷，實寄望青年學子學習西方科學之時，能不囿於形而下的科技知識或功利的框楣，且能神交歷史中科學賢哲的創新思維，遨遊於人類理性想像的無際之洋。這是法拉第的精神，也正是CASE的自我期許！

誌於京都大學，宇治

2013.03.27

序曲
主編序／陳竹亭
開幕式致詞／李嗣涔‧胡志偉‧王榮文

第一樂章
穿梭古今兩千年──從托勒密到愛因斯坦／高涌泉
望遠鏡之前的天文學──古希臘天文學／曹亮吉
仰望天空的數學家──古希臘數學／曹亮吉
古文明中的數學與自然然／徐光台

第二樂章
簡單和諧的行星旋律──從哥白尼到克卜勒／姚　珩
理論─實驗的人間協奏／姚　珩
古典力學的天地樂曲──萬有引力／姚　珩

第三樂章
小鏡片對大宇宙──天文宇宙觀測篇／吳俊輝
心與星的和鳴──天文宇宙理論篇／吳俊輝
愛因斯坦的時空觀革命／徐光台‧高涌泉