工程之書(CKB0058)
The Engineering Book : From the Catapult to the Curiosity Rover, 250 Milestones in the History of En

類別： 自然‧科普‧數理>物理化學
叢書系列：科學人文系列
作者：馬歇爾．布雷恩
       Marshall Brain
譯者：畢馨云
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出版社：時報文化
出版日期：2016年12月16日
定價：580 元
售價：458 元(約79折)
開本：16開／平裝／264頁
ISBN：9789571368139

【序文｜內文摘錄】

▼  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。