二間瀬敏史

前言

Chapter 1 為什麼要學習科學？
1 生活中處處是「科學」
2 無所不在的電磁波
我們的四周遍布著電磁波
電磁波的性質隨頻率而變化
3 為什麼彩虹有7種顏色？
彩虹跟電磁波也有關
人眼看不見的「光」
4 電腦以0與1來運作
2是10，3是11？
5 機器學習與人腦的構造
人腦的訊息傳遞機制
AI以模擬人腦的方式製造
6 夏天到秋天是颱風活躍的季節
南半球的颱風與赤道的颱風
颱風的旋轉方向由地球自轉與科氏力決定
7 我們都受到密碼學的保護
應用在密碼學的質數
公開金鑰加密法以質因數分解產生金鑰
8 為什麼要用氫氣驅動汽車？
氫氣驅動汽車的原理
物質由原子構成
元素與原子的區別
9 地震對人類帶來威脅
兩種地震與日本附近的板塊構造
震級和震度表示地震的大小
為什麼要使用兩種不同的震級呢？
10 生命的機制
孟德爾法則打造遺傳學的第一步
發現傳達遺傳訊息的DNA
11 「科學」到底是什麼？
「科學家」是什麼樣的人呢？
科學與自然科學的差異
科學到底有什麼用呢？

Chapter 2 科學的歷史與科學家
1 科學由科學來證明
蘋果的掉落與偉大的發現
「萬有引力定律」曾被認為是萬能的
錯誤的理論仍可使用
2 現代文明不可或缺的電磁波是如何發現的？
電磁感應的發現出自對知識的好奇心
電磁波曾被認為是無用的
3 電腦的誕生與發展
人類完全比不上的速度
看似萬能的電腦也有不擅長的事
電腦繼續發展下去，會變成什麼樣子呢？
4 威脅人類健康的感染症之變遷
引發感染症的細菌與病毒
4大感染症
感染症的救星
5 DNA結構的發現與研究者間的競爭
DNA的研究成果是先講先贏
DNA結構的確定
6 原子論的源頭是古希臘哲學
原子結構的闡明與原子核的發現
原子核能分解到什麼程度？
7 地球的誕生與結構
地球如何誕生
地球的結構
8 地球結構的研究因地震而發展
大陸漂移說不受認同
從大陸漂移說的發展到海底擴張說的證明
板塊構造學說證明了大陸漂移說
9 相對論與愛因斯坦
創造相對論的愛因斯坦其實很懶散？
閔考斯基與愛因斯坦
10 支配微觀世界的量子力學
什麼是「量子力學」？
11 質數的魅力
質數研究始於希臘時代
為質數著迷的科學家
12 數學與音樂
小提琴與調和級數

Chapter 3 日常的科學原理與不可思議的科學
1 日常生活中不可或缺的電化產品
微波爐加熱食物的原理
用電磁爐燒開水
2 火星上的夕陽是什麼顏色？
地球白天的天空為什麼是藍色？
在抵達我們的眼睛前，光是四散的嗎？
火星和地球相似但不同
專欄 為什麼雲是白色的？
3 人臉辨識系統是如何運作的？
鏡頭照到臉即可解鎖的原理
4 遺傳學從豌豆開始
親傳子、子傳孫的遺傳法則
1.    分離律
2.    顯性律
3.    獨立分配律
5 我們的身體由基因構成
基因操作實驗
6 形成胺基酸的4種鹼基
DNA與RNA的結構
胺基酸的訊息由4種鹼基構成
7 遺傳只有兩個步驟
1.    轉錄
2.    轉譯
8 感染症的發病與預防
新型冠狀病毒與過去的冠狀病毒
預防感染症的疫苗
9 mRNA疫苗的機制
疫苗的種類與機制
mRNA疫苗與傳統疫苗的差異
10 GPS的原理
GPS從太空衛星取得訊息
科氏力與陀螺儀感測器
無線電波的速度與衛星的速度
光有原子鐘，GPS依然沒有用處

Chapter 4 解讀艱澀的科學理論
1-1 相對論與愛因斯坦
相對論顛覆時間與空間的常識
理應會爆炸的炸彈
即使在同一時刻，也有「過去」與「未來」
「過去」與「未來」是兩回事
廣義相對論終於建立
1-2 黑洞與廣義相對論
黑洞的結構
可能逃出黑洞嗎？
2 薛丁格的貓與量子力學
微觀世界的能量關係
實驗顯示電子是粒子也是波
存在與否是機率問題嗎？
薛丁格的貓思考微觀與巨觀的界線
3 黎曼猜想
歐拉的質數公式與高斯的觀點
高斯的質數定理與黎曼猜想
黎曼猜想也影響了物理學
高斯質數定理的形成過程
高斯質數定理的高精確度
4-1 超弦理論起於對「萬物根源」的探索
「萬物根源」論戰與原子存在的確定
微觀粒子的種類與作用力
技術的發展與粒子的分類
4-2 現代物理學家對「萬物根源」的看法與超弦理論
物質的根源是兩種基本粒子
存在於希格斯海的生命
從基本粒子的標準模型到超弦理論
時空的真正維度是什麼？
專欄 重力依循平方反比定律
結語

 

前言

　　大家好，我是宇宙物理學（Physical Cosmology）家二間瀨敏史。

　　你們喜歡科學嗎？

　　我女兒在高中修習物理學分，但她常說：「如果沒有物理這種東西就好了！」我就問她：「那妳為什麼選修物理呢？」她說：「因為生物更麻煩。」

　　至於我太太，對於我是物理學家、以研究物理學為業這件事，好像完全無法理解。

　　不過，毫無疑問地，我的家人都受惠於物理學和其他科學。但或許是因為讓她們受益的科學，與學校所學的科學八竿子打不著，我女兒才會冒出那句話。

　　我也不想對各位說教，勸大家：「要深入認識科學啊！」因為生活中有許多應用科學的事物，即使不知道它的運作原理，也不會為生活帶來任何不便。

　　例如，微波爐為什麼可以加熱食物？汽車導航為什麼能帶我們到達目的地？就算我們不了解其中的作用機制，也不會有任何問題。

　　即使知道機制，大概也很難自行修理。

　　前幾天，我家的冰箱不冷了。我是物理學家，知道冰箱的運作原理，但我也不會修。不過，廠商派人過來，兩三下就修好了。我太太看了就說：

　　「你不是科學家嗎？為什麼不會修呢？」

　　平常有類似反應的不只是我的家人。

　　你可能跟我太太、女兒一樣，覺得科學在生活中並非不可或缺。但事實上，身邊到處都是科學，科學讓我們的生活更加舒適。

　　除了周遭普遍存在的科學以外，本書也會談到「相對論」、「薛丁格的貓」（Schrödinger's Cat）、「超弦理論」（Superstring Theory）等艱澀難懂的科學。如果不擅長科學與喜歡科學的人讀起來都能樂在其中，那就太好了。

　　本書的內容會帶給你新的想法和觀點，改變你看待身邊事物的方式，世界也會因此看起來更有趣。