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《跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞！一次搞懂當今最熱門的宇宙議題》






如果高中時讀過這本書，我一定會選理組！



你一定聽過黑洞、時間旅行、暗物質、蟲洞、希格斯粒子、空間扭曲、相對論......但你真的「知道」那是什麼嗎？

染著一頭金色長髮的日本天才怪咖物理學家多田將教授，用最口語、易懂、有趣的方式，為青年學子及一般大眾講解這些看似艱深卻無比迷人的理論。



吳昌任、林詩怡、孫維新、陳文屏、曾耀寰共同推薦！



比如：用派對中受歡迎的美麗女模vs.宅男物理學家，來講解希格斯粒子；用動畫《魔法少女》中的情節來說明「相變」；透過《新世紀福音戰士》中分辦使徒的裝置，告訴我們物理學的絕對機率是99.9999%......



《跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞！：一次搞懂當今最熱門的宇宙議題》是作者多田將教授四次三小時演講的內容記錄，他用一般人可以了解的方式，帶我們認識現在研究現場究竟發生了什麼事，以及人類對宇宙所了解的程度。從基礎理論到最新的實驗、觀測方法，並附有百張彩色幻燈片和可愛插畫幫助解說，相信具有高中物理基本概念的人都能看懂這本書。



例如：

﹝關於黑洞﹞

如果將地球壓縮成半徑8.9mm，就會變成黑洞

數學產生的黑洞

三種黑洞

小型黑洞可以當垃圾場用？

廣義相對論預測到的事 1 重力造成空間扭曲

重力鏡的效果──重力扭曲光線

廣義相對論預測到的事 2 重力造成時間扭曲

白洞與蟲洞



﹝關於大霹靂﹞

曾經迷你的宇宙

比光速更快遠離的星

不是星星在動，是空間在延伸

大霹靂理論無法說明的兩個問題

宇宙雖然有限但沒有盡頭



﹝關於暗物質﹞

失去的質量

用哈伯太空望遠鏡，觀測宇宙質量分布

宇宙有多少暗物質

暗物質的候選人 1 Macho

暗物貿的候選人 2 基本粒子

如果沒有暗物質，星星無法生存

真正黑暗的暗能量

名人專家、老師們共同推薦

台北市立南湖高中地球科學教師吳昌任

台北市立中崙高中地球科學教師林詩怡

國立自然科學博物館館長孫維新

中央大學天文研究所所長陳文屏

中研院天文所研究副技師曾耀寰



讀者熱評：



「很有趣，令人很想再拾起物理這門學科。物理雖然有趣，但到達有趣的境地，卻有段很長的路要走。但這本書讓我們跳過那些部分，立刻成為物理達人。」

──d先生



「這是我讀過關於『宇宙』的書中，最容易懂的一本，只是，基本粒子與宇宙開始的時間，還有這次沒講到的多次元宇宙（平行宇宙），超出我們想像能力的界限，還是很難。另外，算式部分，我從一開始就放棄了。」

──asaijunk



「算不算『酷斃了』我不知道......不過是本很易讀的書，插畫也很好。雖然困難的部分我完全不懂，但偶爾讓宇宙論在大腦裡撞擊一下，感覺很好。內容大部分是已知的事，希望撞擊力道能更強一點。」

──bukurobu太郎



「適合高中生閱讀，內容雖與同類書一樣......但非常簡單易懂，文體也平易近人，閱讀起來很順暢。建議可做入門第一冊。」

──nkon



「這本書我很早就看完了，不過後來又重讀了好幾次。......後半部有些地方不太看得懂，但這份演講是針對高中生，就算是文科的學生，只要對宇宙有興趣，相信都能樂在其中。」

──HAPPAKO



「非常好懂，的確『很厲害』，內容大多是我們已經知道的常識，但是有些我們沒有正確印象，也沒能正確理解的理論，本書以簡明的插圖和輕鬆的說明，讓我們看了恍然大悟，很自然的記在腦海裡，接下來也可以跟孩子解釋宇宙的現象了。」

──asaijunki



「這本書有意思。也許是演講集結成書的效應使然，作者面對學問的入口，寫得十分謙虛。為什麼高中的時候那麼討厭物理呢？現在回想，卻完全想不起來了。如今再提肯定會是事後諸葛的味道。但如果從現在才開始想學的話，其實我覺得應該把這本書多讀幾次，融會貫通後一步一步往上走，絕對是聰明的做法。」

──0107springsteen

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  作者介紹

  
  
  
  
  
  
  
  多田將
  
  
  
  1970年生於大阪府，修完京都大學理學研究科博士學位
  
  曾任京都大學化學研究所兼任講師，現在是高能量加速器研究機構?粒子原子核研究所助教。
  
  
  
  審訂者簡介
  
  徐毅宏
  
  
  
  台北市立天文科學教育館研究組長。國立中央大學天文所畢業。
  
  





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  譯者介紹

  
  
  
  
  陳嫻若
  
  
  
  日文系畢。曾為出版社日文編輯，目前專職日文翻譯。喜歡閱讀文學，也樂於探究各領域的知識，永遠在翻譯中學習。
  
  譯作有《蛋白質的一生》、《你的全球暖化知識正確嗎？》、《地球全史》、《贖罪》等。
  
  
  
  

跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞！一次搞懂當今最熱門的宇宙議題－目錄導覽說明

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  導讀
  
  序
  
  
  
  第一章黑洞空間與時間交雜的地方
  
  反物質是什麼？
  
  湮滅與成對生成──物質與能量互相變換
  
  反物質用於醫療現場
  
  動量守恆定律──光反向飛行
  
  南極的BESS實驗──收集從宇宙飛來的反物質
  
  如果將地球壓縮成半徑8.9mm，就會變成黑洞
  
  愛因斯坦的方程式在擴散
  
  數學產生的黑洞
  
  奇點迴轉就變成連結
  
  星星的死亡即重力崩塌
  
  所有物質都變成10萬分之一的大小
  
  體重決定死狀
  
  超新星爆炸！
  
  角動量守恆定律──花式溜冰與中子星
  
  觀察黑洞的方法
  
  從宇宙傳來的光波長
  
  用X光看的話
  
  超兵器「任意門」
  
  三種黑洞
  
  小型黑洞可以當垃圾場用？
  
  史蒂芬?霍金的黑洞蒸發理論
  
  夏威夷的黑洞審判
  
  愛因斯坦與英語力
  
  建立相對論時要準備的兩根柱子
  
  超光速微中子的凶手是義大利人？
  
  麥可森?摩里的實驗
  
  狹義相對論預測到的事 1 速度增加時質量也增加
  
  狹義相對論預測到的事 2 速度增加時時間會變慢
  
  光速是固定的，既然如此，就把時間流變成彈性化
  
  另一根柱子相對性原理
  
  廣義相對論──為了納入引力，而引進「等效原理」
  
  廣義相對論預測到的事 1 重力造成空間扭曲
  
  重力鏡的效果──重力扭曲光線
  
  廣義相對論預測到的事 2 重力造成時間扭曲
  
  速度與重力的等效原理──龜的速度與龍宮的重力
  
  白洞與蟲洞
  
  「任意門」無法形成的三個理由
  
  
  
  第二章大霹靂──人為什麼無法想像宇宙
  
  掉下的蘋果與不會掉下的月亮
  
  星星為什麼散布在宇宙
  
  宇宙定數
  
  球丟出後到落下來之間的數億年瞬間
  
  如果所有的星星都在遠離......
  
  曾經迷你的宇宙
  
  宇宙的復合
  
  散布到全宇宙的最老的光
  
  1964年捕獲到來自全方向的均一電波
  
  1989年的COBE
  
  光是什麼
  
  為了看光的眼睛
  
  人類無法想像3維的封閉空間
  
  宇宙雖然有限但沒有盡頭
  
  比光速更快遠離的星
  
  不是星星在動，是空間在延伸
  
  全宇宙的星星分布圖
  
  2001年的WMAP──以高解析度攝影了解的宇宙構造
  
  大霹靂理論無法說明 1 地平線問題
  
  大霹靂理論無法說明 2 磁單極子問題
  
  磁單極子真的找到了嗎？
  
  大霹靂前發生的膨脹
  
  膨脹理論這麼說明
  
  宇宙的 3 個未來
  
  投出的球中途開始加速？
  
  
  
  第3章暗物質──如何捕捉明明在那裡卻捕捉不到的東西
  
  星星一定在動
  
  公轉速度離太陽越近越快，越遠越慢
  
  銀河的旋轉速度很奇怪
  
  球形的笨蛋
  
  為星星取了你的名字獻給你
  
  失去的質量
  
  暗物質之外的解釋 1 電漿宇宙論
  
  暗物質以外的解釋 2 牛頓力學的修正
  
  包立的教誨──別懷疑基本法則
  
  用哈伯太空望遠鏡，觀測宇宙質量分布
  
  宇宙有多少暗物質
  
  暗物質分布如消費稅
  
  暗物質的候選人1 Macho
  
  暗物貿的候選人 2 基本粒子
  
  熱基本粒子的候選者──微中子
  
  冷基本粒子的候選者──wimp和軸子
  
  使用液體氙的XMASS實驗
  
  地球以秒速200公里移動著
  
  WIMP撞擊氙原子核的話......
  
  水遮蔽了雜音
  
  夏和冬的撞擊方法應該不同
  
  撿拾很多東西的氙實驗
  
  氙的探索實驗「CARRACK」
  
  複雜而縝密的實驗裝置
  
  如果沒有暗物質，星星無法生存
  
  計算演變到現今宇宙的暗物質數量時......
  
  真正黑暗的暗能量
  
  
  
  第四章然後，宇宙就創造出來了──靠想像力與技術力追求到的世界
  
  溫度是什麼
  
  修學旅行的滑雪與學生的能量
  
  相變──物質的面貌會改變
  
  加熱的話就可看到過去
  
  1013秒後──電子抓住原子核
  
  100秒後開始到102秒後──元素合成
  
  說明宇宙元素結構比的α β γ理論
  
  100秒後──成對產生被打斷，形成只有光的宇宙？
  
  10億的光與剩下來的1個物質
  
  自然定律應該是左右對稱
  
  10－8秒後到10－4秒後──夸克固定變成陽子
  
  10－11秒後──第三次相變產生了「電磁力」與「弱力」
  
  自然界的四種力量──人類只對「重力」和「電磁力」有感覺
  
  「電磁力」與「弱力」以前是為一體
  
  質量是什麼
  
  希格斯粒子產生格差
  
  使用LHC，就能加溫
  
  使徒的準確率，六九
  
  科學論文與ABE先生
  
  從10－36秒後到10－11秒後──第二次相變與能量的沙漠
  
  膨脹與相變的潛熱場？
  
  魔法少女的「希望」相變為「絕望」時
  
  10－44秒後，藉由第一次相變，導致重力的誕生
  
  愛因斯坦的嘗試失敗，物理學最困難的部分
  
  人與科學之間的偉大歷史
  
  實驗技術改變理論
  
  何時代換都可以
  
  

序



我不是宇宙專家。



我的專業是基本粒子物理學，目前在進行基本粒子裡的微中子研究。這本書是一本非專家所寫的「宇宙書」。



以前出版的宇宙相關書籍，大抵上都是由宇宙論（理論學者）教授執筆，很少由像我這種基本粒子物理學的人──而且不是「理論」而是從事「實驗」的人來撰寫。



那麼，為什麼這樣的人要寫宇宙書呢？



此外，一提到「宇宙」，坊間多會提到它訴諸於心靈或感情的魅力，像是「美麗」「浪漫」「讓人一時忘了為小事煩惱」來形容它。



但是，我對宇宙感覺不到任何浪漫主義，這種人真的可以寫「宇宙的書」嗎？



老實說，我在這本書裡想傳達的並不是宇宙本身的魅力，而是人類如何思考宇宙。



宇宙是什麼樣子？它是怎麼開始的？又是如何進化到現在這個模樣？我們現在在什麼時間軸上？說起來，為什麼現在會長成這個樣子呢......



面對這根本性的問題，人類利用科學來求出解答。但是具體上是怎麼一回事呢？



很多書都已仔細解釋了結果的部分──「我們對宇宙的了解已經有這麼多！」但是，卻很少有書介紹為了得到這個結果，人類到底做了什麼樣的研究。



關於宇宙的樣貌，人類有什麼想法，而為了證實這個想法，進行了什麼樣的觀測和研究，根據研究的結果又有了什麼樣的想法，為了證實新的想法，又進行了什麼樣的觀測和研究......先人們像這樣交互的運用理論（想法）和實驗（觀測），不遺餘力的將他們自己都沒去過的浩瀚宇宙，做了這種程度的闡明。



我想藉這本書傳達的，其實就是這個過程本身的魅力。



「竟然有那樣的想法！？」「那樣的觀測可行嗎！？」等，這本書的目的是希望讓讀者為先人們成就的偉大功績，真誠的感到驚奇、感動。



既不是宇宙的專家，也不覺得宇宙浪漫的我，之所以要寫「宇宙書」的原因──只是因為我自己能用外行人的眼光，看到宇宙相關理論與實驗的了不起。



除了了解「結果（資訊與知識）」，如果還能說明該結果「是經由什麼樣的思考引導出來的」，讓大家實際體會到「科學的思考方法」那就太好了。



因為這個緣故，這本書嚴格來說，並不是「宇宙的書」，可以說是一本「描寫人類如何想了解宇宙，和如何做科學思考方法的書」。



科學的特徵在於「改寫」。



舉例來說，文學作品在完成面世之後，不可以改寫。



但是，我們生存的這個世界，即使現在也還在進行中。所以我們並不是在所有故事結束之後，才在觀看歷史。即使是現在這一刻，人們也在創造科學的歷史。



在科學領域裡，一再改寫以往被視為正確的理論，是極其自然的事。（相信讀過本書之後，各位應會明白，它經常被改寫。）



所以，在這個科學世界裡，真正有價值的並不是成為知識或資訊的「結果」，而是如何獲得這些結果的「過程」。



結果被改寫完就結束了。但是過程並不是如此。從過程中得到的「思考方法」和「執行方法」不會白費，根據這些方法再次思考，就能發展出嶄新的「思考方法」和「執行方法」。



在科學裡，過程比結果更有魅力、更寶貴。



此外，這樣的過程不限於宇宙，是不是也能運用在思考各種事物上呢？光是從一個單純接收知識的被動狀態，開始思考「我來做的話......」在你眼中，世上各種事物應該會變得更加鮮明活潑、栩栩如生才對。



當然，各位今後在思索宇宙問題時，也能夠更深入的思考。



各位請不要忘記，歷史不是其他人，而是由你們每個人編織出來的，大家都是當事者。說不定下一個解開宇宙之謎的人，就是你。



當你抱著這個想法遙望宇宙，也許會湧出更多於「真美啊」的情感。



若是這本書有助於此，你不覺得那才是件羅漫蒂克的事嗎？



這本書由四個章節組成，各章之間還有個小專題。專題會抽離主文，做更詳盡的解說，所以你也可以讀完全部的主文再看。



接下來，我們就趕緊開始吧。



導讀

前台北市立天文科學教育館研究組長徐毅宏



剛收到這本書的邀請email時，習慣性上網搜尋了作者的訊息，第一眼看見的就是一位染著淡金色頭髮的男性；繼續搜尋下去，他專精的科學領域是高能物理中的基本粒子研究，而不是天文學或是宇宙學。也因此，不由得好奇地思考這位科學家，會用怎樣的方式將「宇宙」介紹給大家。



仔細閱讀，《跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞》原本是由演講內容整理成書，因此「看」的方式也建議不必依照天文教科書的編排，依序閱讀；而是「跳」著看，先看完主要章節，再看後面的專題部分，會更有條理；也可以把專題部分抽離出來看，當作是專精知識的補充。



翻開這本書，從目錄就能夠感覺到不一樣介紹宇宙的方式。第一章的主題從普羅大眾最感興趣的「黑洞」開始，建議先跳過反物質的部分，隨著多田將博士從逃脫速度開始認識黑洞，再從歷史的關連引出相對論，瞭解從愛因斯坦架構的理論中，宇宙裡時間與空間的相互關係，與「重力」擔任的角色。



第二章的主題是目前最廣為接受的「大爆炸」，一個名字看起來有趣，但卻讓許多科學家絞盡腦汁的宇宙誕生理論。作者延續上個章節「重力」的話題，從蘋果與月球的掉落問題，隨著各式的科學思辯與證據，推論到連愛因斯坦都無法相信，宇宙正在膨脹的事實。現在大家熟知的事實「宇宙正在膨脹」，有著許多衍生的迷思：「地球是不是宇宙中心？」、「宇宙是不是有盡頭？」、「宇宙是不是有起始點？」、「宇宙的未來會怎樣？」，這些問題在這個章節裡將會被一一揭露解釋。但在末尾──最新的觀測證據顯示宇宙曾經減速，但目前卻呈現加速膨脹的敘述，卻讓宇宙又陷入令科學家迷惘的狀態。



第三章的主題是「暗物質」，一種目前無法確認，但卻強烈影想宇宙演化與狀態的存在。從觀測星系時，天體不正常運動狀態下的發現，到科學家想用不同理論解釋它，再到不同候選物質的驗證實驗，多田博士發揮了基本粒子的領域專精，娓娓道來。雖然最後出現另一個驚奇的存在-暗能量，卻能夠看到科學家追求解答的豐富想像力與契而不捨的耐心。



在前面三個章節的先備知識鋪陳之下，第四章將以倒敘的方式，慢慢描述「宇宙初生」的歷史，一直回溯到宇宙剛誕生的前10-44秒時所發生的事。在閱讀這個章節之前，不妨先回到第一章的前半，先認識一下反物質再繼續，會有更完整的概念。回溯宇宙初期的狀況，其實也是回溯自然界四種基本力演化的歷程，也是科學界一個重要的研究方向，能完整描述四種基本力的大一統理論。



要如何呈現廣闊無垠的宇宙圖像？星際大戰系列電影為了要架構一個與我們所處世界完全獨立的時間與空間，片頭都是由「A long time ago in a galaxy far, far away......」開始引言，然後刻畫一個個吸引人的故事，這是科幻電影作者所採用的表達方式。



對於本書作者而言，想要傳達的是，人們對從沒到過的宇宙樣貌有什麼想法，而為了驗證這個想法，進行了什麼樣的觀測和研究，重複這樣交互的運用理論（想法）和實驗（觀測），從千頭萬緒中如何拼湊出圖像的過程本身的魅力。每本書籍都有其不同的編排，但是卻很少有書介紹科學家為何想瞭解宇宙，為了瞭解又做了什麼樣的研究、研究出理論卻又一再被改寫。在科學領域裡，「結果」固然重要，但是更有價值的是如何獲得這些結果的「過程」。如何從「過程」中得到「科學」的思考方法和執行方法才是這本書想要闡明的重點，除了知識之外，讀完的您是否已經有所體會了呢？

編／譯者：陳嫻若
語言：中文繁體
規格：平裝
分級：普級
開數：25開15*21cm
頁數：420


出版地：台灣