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推薦序──陳俊太(國立交通大學副學務長)
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那些曠世天才的呢喃(WP01006)

類別: 自然‧科普‧數理>其他
叢書系列:方寸文創
作者:一奈米的宇宙
出版社:方寸文創
出版日期:2018年02月02日
定價:350 元
售價:276 元(約79折)
開本:32開/平裝/256頁
ISBN:9789869536721

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推薦序──陳俊太(國立交通大學副學務長)內文試閱



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#001催化劑
▍關於人生
樓下巷口的早餐店吃了十幾年,早餐店阿姨都已經知道我喜歡吃什麼:培根蛋餅跟大杯冰奶茶。這家早餐店的分量就跟阿姨一樣生性豪邁,不只有令人魂牽夢縈好喝的大冰奶,還能保證腸胃有效蠕動──早餐店的大冰奶堪稱本世紀最完美的腸胃催化劑。

▍一奈米教室
催化作用是利用催化劑來改變反應速率的方法,因此許多化學工業會在化學反應中加入催化劑來提升反應速度以節省時間成本(例如著名的哈伯法製氨)。催化劑在反應過程中不會被消耗,只會改變反應速率。

▍永斯·雅各布·貝吉里斯(Jons Jacob Berzelius)
1779.8.20-1848.8.7 出生於瑞典

貝吉里斯是當代非常重要的化學家,除了發現多種元素如鈰、硒、矽和釷等,還成功測定了當時幾乎所有已知化學元素的原子量,同時提出了同分異構物、聚合物、同素異形體、催化等重要化學術語。因此貝吉里斯就被尊稱為「瑞典化學之父」。

貝吉里斯在大學時主修醫學,但他某天意外發現學校的化學教授約翰‧阿夫塞柳斯(Johann Afzelius)不會留在實驗室裡監視學生,於是貝吉里斯便偷偷跑到實驗室裡頭進行各種實驗,包含課本上提到的內容或者是靈光一閃的想法,也因此開始對化學產生濃厚的興趣。阿夫塞柳斯知道後,不但沒有責備貝吉里斯,反而邀請他以正常的途徑使用實驗室。

到了1807年,貝吉里斯已是醫學外科學院的教授,隨著法瑞戰爭的爆發,醫學外科教授的地位被視為與軍官相同,薪水更是直接提升了兩倍。不久貝吉里斯又成為斯德哥爾摩大學的化學系教授。

在道耳吞提出倍比定律後,貝吉里斯認為現存數據的精準度並不足以使理論應用於現實狀況,因此他花了十多年的時間大量測定各種原子量與分子量,並在1818年發表了研究成果,又在1826年更新更準確的實驗數據,可以說貝吉里斯間接的測定了當時所有已知的化學元素的原子量。

貝吉里斯本身是活力論的信奉者。活力論指出,一般生命體有著非生命體所缺乏的「生命力」,因此不可能在實驗室中由人工合成有機分子。但這個理論隨著貝吉里斯的學生維勒成功合成出尿素後開始瓦解。

貝吉里斯也是第一個把催化視為自然界一種廣泛現象的學者。他發現:「有些物質可以在其他物質上進行與後者化學親和力很不同的動作,從而導致後者分解和重組,自己卻沒有出現變化。」進而提出了催化力的概念,並把這樣的反應稱之為催化。


#018相對論
▍關於人生
昨天已經不知道是第幾次我發誓永遠不要再熬夜了,偏偏今天又是早八,我拖著生不如死的靈魂終於到教室坐定,好像發生了很多事,又好像什麼事也沒發生,一眨眼恍惚間我看到教授走下講臺,然後這堂課結束了……

▍一奈米教室
在愛因斯坦的「狹義相對論」中,最重要的初始假設為「光速不變原理」,意思是說真空中光速獨立於參考系統,光在真空中的傳播速度相對於那個觀測者,永遠都是一個常數,不會隨光源和觀測者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299,792,458公尺/秒。基於這個原理,可以建立起一種新的時空觀──「相對論時空觀」。

當一個物體運動時,它的一切(物理、化學變化)從靜止參照系統的角度來看都會變慢,這就稱為「時間膨脹」(時間變慢了)。若飛機以固定速度飛行地球數圈後,再用地面靜止觀察者的時鐘去測量,得到的結果會是不論該飛機的飛行方向為何,飛機上的時鐘都會隨著飛行速度增加而變慢。(儘管此結論非常違反日常直觀體驗,但卻已經被無數實驗證實,且被實際應用到諸多科技當中,例如手機中的GPS。)

▍阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)
1879.3.14-1955.4.18 出生於德國

猶太裔物理學家愛因斯坦是世界公認二十世紀最具影響力的人物之一。與許多天才科學家一樣,愛因斯坦小時候常常被老師視為問題學生。畢業以後來到了瑞士專利局工作,在這裡的工作大大改變了他的一生。愛因斯坦習慣利用早上的時間快速處理完專利局的工作,剩下的所有時間就全心全意投入他的研究當中。1905年,愛因斯坦連續發布了光電效應、布朗運動、狹義相對論、質能轉換關係式等四篇重量級論文,其中質能轉換關係式正是大家耳熟能詳的E = mc^2,此方程式也直接影響了往後人類歷史的發展,舉凡輻射、太陽能量來源,到促使核能的使用、原子彈武器發展等通通由這個簡單的方程式推導出來,因此1905年不但被稱為愛因斯坦奇蹟年,世人更在100年後的2005年紀念其為世界物理年。

除了E = mc^2之外,愛因斯坦被眾人所知的就是「狹義相對論」,這個理論完全顛覆過去傳統牛頓力學的觀點,建立全新的時間與空間的體系。然而這個重大的理論卻在剛開始的時候不被重視,其中一種說法是因為沒有多少人能夠看得懂相對論到底在說什麼。但很快的,在1915年,愛因斯坦發表了「廣義相對論」來補足「狹義相對論」敘述不足之處,並且預言光線經過太陽重力場時會被重力所彎曲。這個大膽的預言四年後被英國天文學家愛丁頓(Arthur Eddington)觀測日蝕時所證實。一時之間,愛因斯坦聲名大噪,連帶相對論也被廣為傳閱與討論。英國《泰晤士報》的頭條新聞標題宣告:「科學革命,宇宙新理論已將牛頓以往的觀點推翻。」

隨後愛因斯坦也因為他的應用量子論解釋光電效應而榮獲諾貝爾物理學獎。然而事實上,愛因斯坦在1905年的那四篇重量級論文,以及隨後1915年的廣義相對論,都至少該獲得一次諾貝爾獎。

愛因斯坦是反戰人士,儘管他的發現間接促成原子彈的誕生,但他終其一生都為反戰而奔走,甚至為了原子彈的發明而感到後悔。他曾說:「我一生之中犯了一個巨大的錯誤:我簽署了那封要求羅斯福總統製造核武器的信。但是犯這錯誤是有原因的:德國人有製造核武器的可能性。」

1955年,愛因斯坦長眠於美國,被譽為現代物理學之父,二十世紀最為重要的科學家。
(^2要修改成上標)

#040小孔成像
▍關於人生
「聽說房子著火了」、「聽說發生火災了」、「聽說整棟屋子燒起來了」,過不了多久人心惶惶,所有人開始抱頭竄逃,沒人知道這些話從哪裡傳過來,更沒有人願意去證實這是不是真的,我們常常都只是聽別人說,然後無意識地誇大這些聽說,讓它肆無忌憚往四方散播出去,等到逃出來後回頭一看,才發現根本沒有房子失火。

▍一奈米教室
大約兩千四、五百年以前,由戰國時期的大思想家墨子和他的學生,做出了世界上第一個小孔成倒像的實驗,解釋了小孔成倒像的原因,指出了光的直線進行性質。這是對光直線傳播的第一次科學解釋。

用一塊帶有小孔的板遮擋在牆體與物之間,牆體上就會形成物的倒影,我們把這樣的現象叫小孔成像。前後移動中間的遮板,牆體上像的大小也會隨之發生變化,說明了光沿直線傳播的性質。

▍墨子
約西元前468年-西元前376年

墨子是戰國時代著名的思想家、哲學家、政治家、軍事家、科學家,主張兼愛、非攻、節用、節葬等等思想,是戰國九流十家的其中之一。墨子創立墨家,並有《墨子》一書傳世。

墨子曾學習儒家思想,但卻覺得「禮」太繁瑣,於是另闢蹊徑,聚徒講學,蔚成一股風潮,成為儒家思想的主要反對者。墨子主張兼愛非攻,尚儉節用,同時特別重視國家社稷之利,也就是老百姓之福址,認為這是衡量一切施政與評判價值的標準,合乎社稷所需的才有價值,能使人民富庶的才有用,反之就是無益或者有害。從現今來看,這樣的主張偏向功利主義,沒有直接用處或有害的事物皆直接廢除。

墨子提倡節儉,不做無用無益之行為,反對不必要的鋪張浪費,甚至反對音樂,認為人的感情無用也無意義,應該加以壓抑,避免妨礙理智的判斷,希望人能保有絕對的理智。

當時楚王曾計畫攻宋,墨子前往遊說楚王止戰,透過與魯班的模擬攻防中取得勝利,成功說服楚王退兵。

在科學研究方面,墨子對於力學、幾何學、代數、光學都有卓越貢獻,在《墨子》一書當中就已經提到了力與力矩的概念,也提到了幾何學中的點線面體。墨子與他的學生們做了相當多的光學實驗,是世界上最早的小孔成像現象的觀測者,發現了光直線傳播的特性。為了紀念墨子對於中國古代科學的偉大貢獻,中國還將全球首次用於量子科學實驗的衛星命名為「墨子號」。