物理學家的科學講堂：理解科學家的思考脈絡，掌握世界的定律與真理

從「人物」解讀科學的歷史！

現代科學從我們身邊的各種現象，乃至包含地球在內的宇宙的誕生到終結，都已經可以給出廣泛的解釋。現代科學有時會被當成一個整體，有時則會被分成我物理、化學、生物、地球科學，但這四個領域本來其實是沒有分界的。因為它們全都是為了解釋這個世界而存在的研究和知識。

早在很久很久以前，就連科學這個概念本身都還不存在的時候，人類便開始思考、探究、創造，嘗試許多除了單純的求生以外的事情。這世界上存在許多喜歡觀察身邊的環境，對各種事物感到好奇，於是追究他們的關聯、原理、成因，並嘗試去預測它們的人。

最終科學演化成一種以無論何時、何地、任何人都能辦到的驗證為根基，講求檢驗，以「實驗」為核心的思維。所謂的驗證的就是反覆確認。我們常聽到可驗證性、可重複性等字眼，而它們正是科學的重要之處。也就是說，只要進行與前人一樣的實驗，就能得到與前人相同的結論。而重複進行實驗，一定能帶來更進一步的發展。

在各種科學中，物理學的工作是將宇宙的原理拆解成最基礎的組成元件。物理學研究的對象，包含物體的運動、結構、溫度變化、聲音和光、電和磁等等，目的是找出我們身邊萬事萬物共同的基本規則和關係。現代科學家要找出某個問題的答案時，通常會先建立假說，做出預測，然後進行「實驗」，從實驗結果找出規律性。而這個方法最早就是由物理學發展而來的。還有，物理學的另一項特徵，就是會用數學式來描述世界的基本定律。

然而，在現在最尖端的物理學領域，最流行的卻是以夸克為首的基本粒子、大霹靂、黑洞等與宇宙有關的研究。從現代物理學的角度來看，發現重力和電的真面目，都已經是相當古老的事件。去回溯這些古老發現的足跡，乍看之下只有浪漫或歷史性的意義，對於學習科學沒有太多幫助。但這並不是事實。我敢清楚斷言，認識以前的科學家們的大腦，對生活在現代的我們絕對有幫助。

例如，有些在現代早已被推翻的古希臘先哲亞里斯多德的思想，仍常常被現代人自然地當成常識。所以去認識這些思想是如何被推翻的非常重要。還有，出生在日本的關原之戰時代的伽利略，以及伽利略以後的科學家們的思想，直到今日依然沒有褪色。這是因為物理學是一門藉由亞里斯多德時代的思想中仍沒有的「實驗」，經過許許多多科學家的經驗積累而成的學問。因此回溯這個累積的過程同樣十分重要。

閱讀本書時的重點，除了認識那位科學家發現了什麼、發明了什麼外，更重要的是去認識他們思考的脈絡。愛因斯坦曾說「思考本身就是目的」。物理可以說是一門為「思考」提供了良好題材的學科。希望本書也能成為大家「思考」的契機。

解答國中生、高中生、大學生關於物理的所有疑惑，收錄了15個對學習高中、大學物理有幫助的主題。
每個主題都會用三位科學家解說，了解「科學家如何思考」，打好物理學習的基礎！

田中 幸（Tanaka Miyuki）
生於岐阜縣。晃華學園中學校高等學校教員。自上智大學理工學部物理學科畢業後，在企業從事發電廠設計工作。先後歷任慶應義塾高中、都立日比谷高中、西高中等學校的物理講師後，進入晃華學園中學校高等學校擔任教員。日本物理教育學會、物理教育研究會（APEJ）會員。東京書籍中學理科教科書執筆委員。NHK高中講座物理基礎製作協力。

結城 千代子（Yuuki Chiyoko）
生於東京。上智大學理工學部非常勤講師。國際基督教大學大學院理科教育法修士課程結業。筑波大學大學院生物系統研究科肄業。先後歷任國高中、埼玉大學、昭和大學等學校的物理講師後，現擔任上智大學非常勤講師。兼任晃華學園瑪莉亞之園幼稚園園長。東京書籍中學理科、小學理科、小學生活科教科書執筆委員。前NHK高中講座物理基礎講師。著有科學企畫系列『ホット‧ホッター＆ホットネス（熱、加熱器&熱量）』（コロナ社）等作。

二人合著有『新し科学の話（新科學故事 全6本）』（東京書籍）、『探究のあしあと―霧の中の先駆者たち 日本人科学者（探究的軌跡―迷霧中的先行者們 日本科學家）』（東京書籍）、美好實驗室系列『粒でできた世界（粒子構成的世界）』（太郎次郎社エディタス）、『くっつくふしぎ（不可思議的聚合力）』（福音館書店）等。

卷頭語

最近的科學技術有許多令人讚嘆的發展。我們正身處一個世界所有角落的新發現，都能轉瞬間傳播至全世界的時代。
另一方面，這世上也還有很多我們不了解的現象。
我們常說地球的歷史有四十六億年，而人類的誕生距今只有短短二十幾萬年。與地球的歷史相比，可以說人類的誕生就像昨天才發生的事。其中埃及、希臘、中國等文明大約是在一萬年前興起的。對比之下，近五百年、三百年，甚至一百年間的科學技術發展令人瞠目結舌。
本系列嘗試將科學史分為物理、化學、生物、數學、天文等幾大領域，尤其是從與人物有關的角度來彙整各領域的源流和發展。
我們從每個領域各擷取了約十五項主題，再從每項主題中選出三名對該領域貢獻卓著的偉人，並盡可能以淺顯易懂的方式介紹每位人物的研究成果，以及他們的研究在科學史上帶來的漣漪。
認識了研究源流，便會理解這些研究者驚人的想像力與其研究成果的重要性，進而體會到當今的科學技術發展，都是建立在前人的努力之上。
本系列編撰的初衷，是想為社會大眾帶來幫助。
若有更多人能讀到此書，就是我最大的幸福。

編輯代表
藤?昭

卷頭語……3
前言……6

第1章 力學之一（運動）……9
亞里斯多德……10
伽利略……12
笛卡兒……14
從生活思考科學
物理學中的「運動」是什麼？……16
專欄
李奧納多‧達文西與摩擦力……18

第2章 大氣壓與真空…19
托里切利……20
帕斯卡……22
格里克……24
從生活思考科學
什麼是「壓力」？……26
專欄
人們早在江戶時代就知道空氣的存在……28

第3章 力學之二（萬有引力）……29
虎克……30
牛頓（第6章也會出場）……32
卡文迪許……34
從生活思考科學
什麼是萬物皆有的「萬有引力」？……36
專欄
牛頓活躍時代的日本……38

年表 對力學的建立貢獻卓著的科學家們……39
創造歷史的科學家的名言……40

第4章 溫度……41
塔斯卡尼大公斐迪南二世……42
攝爾修斯……44
克耳文男爵……46
從生活思考科學
什麼是「溫度」？……48
專欄
「溫度計」的發展史……50

第5章 熱力學……51
瓦特……52
卡諾……54
焦耳……56
從生活思考科學
認識熱力學的發展史

專欄
新概念「熵」的出現……60

年表 對熱力學發展貢獻卓著的科學家們……60
創造歷史的科學家的名言……62

第6章 光之一（波的探究）……63
牛頓（第3章也有出場）……64
惠更斯……66
楊格……68
從生活思考科學
不可思議的光學現象……70
專欄
什麼是反射所有光的全反射？……72

第7章 聲音……73
傅立葉……74
都卜勒……76
馬赫……78
從生活思考科學
聲音的性質……80
專欄
畢達哥拉斯與音階……82

年表 與波的研究有關的科學家們……83
創造歷史的科學家的名言……84

第8章 磁與電……85
吉爾伯特……86
庫倫……88
高斯……90
從生活思考科學
靜電與磁鐵有何不同？……92
專欄
貴族們也沉迷其中的靜電……94

第9章 電流……95
伏打……95
安培……98
歐姆……100
從生活思考科學
什麼是「帶電」……102
專欄
電流與磁場的研究者‧奧斯特……104

第10章 電磁波……105
法拉第……106
馬克士威……108
赫茲……110
從生活思考科學
什麼是電磁波？……112
專欄
電波是哪種電磁波？……114

年表 電磁學的發展與科學家們……114
創造歷史的科學家的名言……116

第11章 原子的結構……117
J.J.湯姆森……118
長岡半太郎……120
拉瑟福……122
從生活思考科學
解開原子結構之謎的契機是花粉……124
專欄
打開核能的大門……126

第12章 輻射線……127
倫琴……128
貝克勒……130
瑪莉‧居禮……132
從生活思考科學
輻射很可怕嗎？從頭開始認識輻射……134
專欄
被應用在各種領域的輻射線……136

第13章 光之二（波粒二象性）……137
愛因斯坦……138
康普頓……140
德布羅意……142
從生活思考科學
光到底是什麼？從生活的例子到相對論……144
專欄
量子力學與愛因斯坦……146

第14章 量子力學……147
普朗克……148
波耳……150
薛丁格……152
從生活思考科學
什麼是量子力學？認識量子力學的概念和原理……154
專欄
朝永振一郎與同時代的科學家們……156

第15章 基本粒子……157
狄拉克……158
費米……160
蓋爾曼……162
從生活思考科學
認識基本粒子研究的大型設施……164
專欄
日本科學家的活躍‧湯川秀樹與?田昌一……166

年表 與原子研究有關的科學家們……167
創造歷史的科學家的名言……168

參考文獻‧網站一覽……170
索引……174