諾貝爾大師，請回答：從科學到哲學，孩子與諾貝爾大師的22段啟蒙對話

名人推薦：天才領袖教育中心執行長｜王宏哲

作家、親子教育專家｜李崇建

知名親子教養作家｜彭菊仙

馬偕兒童醫院主治醫師｜黃瑽寧

台南大學附設實驗小學教師｜溫美玉

親子教育專家｜羅寶鴻

————好 評 推 薦（依姓氏筆畫排序）媒體推薦：本書對父母和孩子都極具啟發性。——《萊茵水星報》（Rheinischer Merkur）

一本精彩的書，輕鬆解答複雜的問題。——《碧姬雜誌》（Brigitte）

一本有趣且富啟發性的諾貝爾答覆選集。——《法蘭克福匯報》（Frankfurter Allgemeine Zeitung）

針對孩子提出的有趣怪異問題，回答完整到位。—...

01 為什麼布丁是軟的，而石頭是硬的？

──1985年諾貝爾物理學獎得主　克勞斯‧克利青

「嗯～真好吃！」當你一口一口享受著香草布丁的盛宴時，從舌尖到腸胃都滿載一種滑嫩香甜的感覺，入口即化，你心裡肯定想著：「難怪布丁能夠成為風靡全世界的點心之王。」不過，當你吃著鬆軟的蜜棗蛋糕時，如果不小心咬到硬梆梆的果核，這又是完全相反的感受了！

「軟」跟「硬」到底有什麼不同？為什麼有些東西是硬的，有些東西是軟的？身為物理學家，回答這些問題就是我們的責任了。我們必須試著解釋，這些物體的特性是怎麼來的。

全世界你能夠看到或摸到的所有物體，都是由一百種左右的基本物質所構成，這些基本物質我們稱之為「元素」。各種物體間的差別，像是顏色、形狀或是強度，都取決於元素的不同組合。讓我們再回想一下生活中多采多姿的事物：世界上有白色、黑色或黃色皮膚的人種；有長得短短的草，也有高高的樹；有昆蟲、魚類、鳥類和哺乳動物。這都是因為遺傳物質不停重新組合這一百種元素，讓這些生物能夠繁衍出下一代。有些人可能還不知道這個道理喔！問問你的爸爸、媽媽吧！

 原子和電子的雜耍秀

我承認，你得要有豐富的想像力才能理解這些原理。有一位想像力十足的希臘哲學家、數學家──德謨克利特（Demokrit），他早在兩千四百年前就主張，即使是看似截然不同的東西，也都是由相同的基本物質所組成。他深信，一定有一種最原始的「元件」存在，也就是最小的基本單位。他將這個基本單位命名為：「原子」（希臘文atomos），我們可以翻譯成：「不可分割的」。因為德謨克利特的「原子」是肉眼看不到的，而且對於大多數的人而言也無法想像，所以，他的理論從此被束之高閣。

一直到兩千年之後，十七世紀末期，著名的英國科學家牛頓出現。他一直在研究地球及其他星球能夠在固定軌道上互繞運轉的原因。他不停地計算，直到找出一個可以解釋太空中所有星體運動的公式，而這是現代物理學的開端。

相較於德謨克利特，牛頓的理論可以被證明，是因為星體是可見的，人們可以親眼觀測它們的出現和消失。但是，一顆石頭或一盤布丁中的微小基本物質卻是肉眼看不見的。其實那些巨大星體的運動方式，同樣也出現在這些基本的微小物質當中。關於這點，牛頓知道的和德謨克利特一樣少。

今天，大家都知道，每個原子都由一個原子核所組成，而電子圍繞著原子核運轉。這和行星繞著太陽運轉，或月球繞著地球運轉的情形類似。我們所認識的最簡單元素──氫，它只有一個電子繞著原子核運轉。每增加一個繞著原子核的電子，都會改變這個原子的性質：原子的重量以及對鄰近原子的引力大小。這就形成了大自然的積木，由此堆砌出所有物質。

所有你所知道的物質，包括布丁和石頭，都是由原子所組成。這些原子結合成各個群體，也就是分子。依照不同的分子組成，於是產生了不同的化學物質──液體、氣體及固體，而這些化學物質組成了全世界所有的東西。

為了能夠彼此結合，帶著電子的原子首先必須相容。你先想像一下，有兩位馬戲團的表演者，他們各自手上都耍弄著好幾個球，這兩位雜耍者就像不同的兩顆原子，分別有數顆電子飛繞著。當他們把手上的球向對方拋去時，觀眾就很難分辨到底哪一顆球原來是誰的，兩位雜耍者必須一起合作表演。物理學家看到這種情況就會說：「啊！這就像兩個原子組成一個分子，他們共有一堆電子。」

下一步，分子將要結成更大的一團物體。依照不同的分子組成，就會形成不同的物質。我們來看看布丁的製作：當你把布丁粉倒入牛奶中攪拌時，牛奶中的油脂和蛋白質就會和布丁粉中的澱粉結合，並形成物理學家所說的「分子預聚物」。然後，在混合過程中，液體會愈來愈濃稠，因為有數十億個原子形成了更新、更堅固的鏈結。你曾經想過，你吃下去的每一口布丁中，都隱藏著許多飛繞的電子嗎？

 原子排排站的方式

接下來，你現在一定迫不及待地想知道，為什麼布丁是軟的？這是因為布丁的分子結合方式並不十分緊密，而且彼此可以很快脫離。如果你把布丁在空氣中放幾天，你就會發現，美味香濃的布丁突然間變成難以入口的一灘爛糊。

相反的，石頭是硬的，必須使用暴力才能毀損石頭。例如，我們可以把石頭放進極酸的溶液中，或者輪流以強熱和冷凍方式來破壞石頭的結構。如果你把石頭打碎，你就會看到它的內部閃閃發光，這就是石頭的原子。這些原子結合成密實、規律的網狀結構，我們稱之為結晶。因為石頭內部原子彼此間的相容性很高，因此，這些原子可以互相緊密靠近，並形成一個由數十億顆原子所組成的規則序列。這種結晶體的表面通常都很光滑，在光源照射下會閃閃發亮。如果你用顯微鏡觀察鹽粒，你也會看到這類結晶體。

很幸運地，物理學家不必每天敲碎石頭來分析其內部結構，因為我們可以在實驗室中製造出實驗用的結晶體。這類結晶體的組織極為規則，自然界中的結晶無法比擬。連鑽石本身大部分都不是純白色的，而是帶有黃色或棕色的光澤。這種現象源自於一些小錯誤，例如，原本應該有一個原子的位置，卻一直空著；或者有一個錯誤的原子潛入這個位置。鑽石裡的原子排列十分緊密，因此，這種物質也就格外堅硬。

如果相同的原子以不同的方式結合，當然就會形成另一種物質。鉛筆筆芯和鑽石的原子組成完全相同，只是其原子結合方式相當鬆散。因此，鉛筆筆芯可以被其他結晶體很快磨損，最後只在紙上留下一條筆畫痕跡。

 拆開又重組的奈米科技

我的研究室位於斯圖佳特（Stuttgart）的馬克斯─普朗克研究中心（Max-Plank-Institut），這個中心的研究人員正在探究自己發明的全新物質。例如，我們從一顆原子裡取出三層內部結構，再從另一顆原子取出五層內部結構，然後把這些內部結構像火腿起司三明治一樣相互交錯疊起來。我們可以透過電腦來模擬這個過程，或是真的在特殊儀器中完成組合。從事這類實驗的實驗室必須極度乾淨，不能有任何污染物。我們甚至要將空氣過濾好幾次。

當新的物質完成之後，我們就用顯微鏡觀察它的內部結構。德謨克利特還沒有親眼見到之前，對物質的細部結構就已經有基本的了解，若他能夠親眼看見這些微小結構，他會怎麼說呢？對我們而言，能夠把這些物質置於顯微鏡下觀察並試驗，真的是一件令人興奮的事。我們開始進行多項測試：

我們想知道，這些自製的新物質有哪些特性？

它是否穩定還是容易碎裂？

它帶不帶電？

它有沒有磁力？

我們還希望能解決一些實際的問題，例如，為交通工具發明一種新的油箱和引擎，讓交通工具可以使用新的燃料，而不會再污染空氣。

你現在一定以為你已經了解，為什麼布丁是軟的，而石頭是硬的。其實，你所知道的還只是皮毛而已。

就像一塊塊石頭可以堆疊成一座山丘，我們物理學家也可以用原子組成微觀的形貌。我們可以將這個形貌的一部分做成堅硬且不透明，就像石頭或碗的邊緣一樣；另一部分則做成柔軟光滑，像碗中的布丁一樣。用這種方式就可以形成一座電子無法穿過的山，或是創造一條讓電子容易流動的河流。

我們進一步把這個原子形貌架設在一顆微電腦晶片上，並且讓這個微電腦晶片操控電器，所以單獨一顆電子就可以像開關的按鈕一樣，開啟或關閉機器的電源。然後你將發現，肉眼看不見的原子和電子，在今天居然可以從事過去大機器才能完成的工作。這不是太棒了嗎？從雷射音響到洗衣機，家中許多物品其實都是依照這個原理運作的。

把原子形貌拆開又重組的過程，我們稱之為「奈米科技」（Nanotechnologie）。希臘文中「奈米」就是「新」的意思。我們想像一下，你將一把一公尺的捲尺分成十個大小相同的部分。這時，你手中就有十條十公尺長的布條。如果你再把其中一條布條分成十等份，就成了十條一公分的布條，再重複一次，布條就會變成一公釐，如此一直反覆進行下去。如果你將這個工作重複九次的話，就會變成一「奈米」長的布條。為了了解物質的結構，我們就必須把創造出來的物質分成這麼小的部分來觀察。

光看這些組成結構如何，是鬆散或緊密，就可以決定我們的新物質是像布丁一樣柔軟，還是像石頭一樣堅硬。

（記錄：Petra Thorbriez）

▍克勞斯‧克利青（Klaus von Klitzing）

1985年諾貝爾物理學獎得主，1943年6月8日生。

因為研究應用於奈米科技的量子霍爾效應（Quanten-Hall effect）而獲獎。

目前任教於德國的馬克斯─普朗克研究中心。

01 為什麼布丁是軟的，而石頭是硬的？

──1985年諾貝爾物理學獎得主　克勞斯‧克利青

「嗯～真好吃！」當你一口一口享受著香草布丁的盛宴時，從舌尖到腸胃都滿載一種滑嫩香甜的感覺，入口即化，你心裡肯定想著：「難怪布丁能夠成為風靡全世界的點心之王。」不過，當你吃著鬆軟的蜜棗蛋糕時，如果不小心咬到硬梆梆的果核，這又是完全相反的感受了！

「軟」跟「硬」到底有什麼不同？為什麼有些東西是硬的，有些東西是軟的？身為物理學家，回答這些問題就是我們的責任了。我們必須試著解釋，這些物體的特性是怎麼來的。

全世界你能夠看到或...

▌前言　別失去對世界的好奇／本書策劃　艾克瑟．哈克Axel Hacke

有時候，我的兒子路易斯會出奇不意地問我一些令人驚訝的問題。例如不久之前他曾問我：「為什麼要有爸爸？」

當時我竭力保持神色自若的樣子，然後用反問的方式來回答：「那麼，你覺得為什麼要有爸爸？」

這時，五歲的他皺起眉頭，閉上眼睛沉思了好一會，然後慢慢地說：「為了明天帶我去上幼稚園……為了晚上唸故事書給我聽……為了幫我放洗澡水……為了陪我玩……」

「好個超級實際的存在意義啊！」我感慨地想著，如果沒有路易斯，如果不能帶他去上幼稚園，如果晚上無法說故事給他聽、幫他放洗澡水，甚至無法陪他玩──我的生命將毫無意義！

「那又為什麼要有你呢？」這次換我問他。

「為了玩啊！」他說。

「好！那我們現在一起來玩吧！」我提議。

然後我們開始玩遊戲。我不太記得玩了些什麼，可能是騎馬打仗、在走廊上踢足球，或只是玩遊戲棒。如今這些都不那麼重要。

我想要說的是，首先，孩子總是會提出一大堆偉大的問題，而且是不假思索的。有哪個成年人會這麼直來直往地問另一個人：「你到底為什麼要存在？」

再者，我們對這些偉大的問題經常啞口無言。我怎麼會知道自己為什麼存在？我連每天早餐想喝咖啡或紅茶這類問題都無法回答了。

最後，雖然我找不到答案，但事情還是有辦法解決──來玩吧！如果路易斯沒有提出這些問題，誰知道我們會不會經常一起享受遊戲時光呢？「問題」總會激起一些漣漪，它們是生活的動力。光是為了尋找某些問題的答案，就能引發人們一連串的想像。我在想，也許在我跟孩子一起玩時，就已經找到正確答案了。

也許，我們存在的目的就是──玩！

世界上出現的第一個問題到底是什麼？又是誰提出的呢？

是上帝嗎？噢！當然不是。上帝是命令：「要有光」、「在眾水之間要有穹蒼，把水上下分開」、「天空下面的水要匯集一處，好使大地出現」，而一切就都照祂的命令完成。

是人類嗎？其實人類也很晚才提出第一個問題。該隱是第一個提出問題的人，當他打死他的弟弟亞伯時，上帝問他：「你兄弟亞伯究竟躲在哪裡？」該隱反問上帝：「我不知道。我豈是看守我兄弟的嗎？」這並不是一個真正的問題，只是一個玩弄辭藻的文字遊戲，十分狂妄。

我認為，提出第一個問題的應該是蛇。

蛇對女人說：「神禁止你們吃園子裡任何果樹的果子。」雖然在聖經裡缺少了問號，但很顯然，蛇在這裡提出了一個問題：「上帝是否真的這樣說？」

結果大家都知道。亞當和夏娃吃了智慧樹的果子，然後他們發現自己是光著身體的（他們先前並不知道），最後被趕出了伊甸園。人類的不幸從蛇所提出的一個問題開始，雖然我們會質疑，這真的是不幸嗎？人類真的想一輩子都在伊甸園中漫遊，卻連自己是光著身體都不知道嗎？

從那時候起，人們就已經不再了解他們所處的世界，而必須不斷提出問題。我們從哪裡來？要到哪裡去？親愛的，你剛才在想什麼呢？在地球之外還有其他生物嗎？你還有空的雙人房嗎？為什麼雪是白的？是真的白色，還是只是看起來是白的？或是像伍迪・艾倫問的問題：「人死後還有另一次生命嗎？如果有，你可以讓我在下一回生命中，直接變成二十歲的年輕人嗎？」

大問題、小問題、笨問題、聰明問題、爛問題、好問題、簡單問題、艱澀問題──人生充滿了一連串的問題。當我還是一個小男孩時，我最愛和我爸爸玩一種猜首都名稱的遊戲：我爸爸說一個國家的名字，然後問我那個國家的首都叫什麼；或者他說一個首都的名稱，然後問我國名。只要我答對一個問題，他就給我一塊錢。這是我最美的回憶。

不知道從什麼時候開始，電視上也開始有類似但比較複雜的（獎金當然也比較多）娛樂節目，叫做：益智問答。以前的名主持人（問題叔叔）是麥格萊（Maegerlein）、海曼多夫（Helmens Dorfer）或是庫倫坎夫（Kulen Kampff），而現在最有名的則是姚賀（Günther Jauch），由他們提出各種問題，讓現場觀眾來回答。遊戲中的問題與答案包羅萬象，深深吸引觀眾，提問題的人展現權威，答對問題的人則感到驕傲滿足，而搶答鈴聲更令人緊張得坐立難安；人們的好奇心得以滿足，豐富的知識讓人目不暇給。

人之所以為人，是因為人會提問題。再者，是因為人想回答問題，不管是大問題還是小問題。

在這本超棒的書中所收錄的問題都是孩子或大人可能會提出來的「偉大」問題。如果這些問題會讓你反應尷尬，那麼，孩子們可能會想：也許你不知道答案。地球還會自轉多久？為什麼會有戰爭？什麼是愛？為什麼印地安人不怕痛？為什麼我不能只靠吃薯條過日子？為什麼爸爸、媽媽要去工作呢？到底什麼是空氣？

為了回答這些「偉大」的問題，我們最好去請教一些不平凡的「大人物」，這可一點都不誇張，他們是真正懂得如何回答這些大問題的人，這些人當然就是知名的諾貝爾獎得主。如果他們不是該領域的佼佼者，又怎麼能得獎呢？而且如果不能向他們請教問題的答案，我們又何嘗需要這些專家呢？我們要去哪裡找一本書，既可以得知簡潔易懂的固態物理學基礎知識，又可以得到「什麼是愛？」這類偉大問題的答案。此外，我們還能夠在短時間內明瞭：為什麼樹葉是綠色，而不是藍色或黑白格子狀的？

有時候，有些問題無法只用閃避、反問或遊戲來回應。孩子們想知道、也有權利知道答案。要是他們停止問問題，失去提問的好奇心，這才是最糟糕的事！

在「小熊維尼」的故事中有一幕：小熊維尼去找貓頭鷹，因為他想問問題。到了貓頭鷹家，他看見門環上釘著一張紙條，上面寫著：「如果期待得到答案，請按門鈴。」而在門鈴邊也釘著一張字條：「如果不期待得到答案，請敲門。」

小熊維尼看完紙條後，不管三七二十一，敲敲門、拉拉門環，然後又按按門鈴，緊接著他大聲喊：「貓頭鷹，我是小熊維尼，我就是想要一個答案！」

這本書正是為這些人所寫：為那些同時敲門又按門鈴的人，也為那些堅持得到解答而且不甘被輕易敷衍的人。這本書不論大人或是孩子都適合閱讀──可以一起讀，也可以先後分開讀，無論如何讀就對了！

因為，這就是這本書存在的意義！

更重要的是，對於本書所提出的這些問題，全世界大概找不到更好的答案了。

▌前言　別失去對世界的好奇／本書策劃　艾克瑟．哈克Axel Hacke

有時候，我的兒子路易斯會出奇不意地問我一些令人驚訝的問題。例如不久之前他曾問我：「為什麼要有爸爸？」

當時我竭力保持神色自若的樣子，然後用反問的方式來回答：「那麼，你覺得為什麼要有爸爸？」

這時，五歲的他皺起眉頭，閉上眼睛沉思了好一會，然後慢慢地說：「為了明天帶我去上幼稚園……為了晚上唸故事書給我聽……為了幫我放洗澡水……為了陪我玩……」

「好個超級實際的存在意義啊！」我感慨地想著，如果沒有路易斯，如果不能帶他去上幼稚園，如果晚上無法...

前言　別失去對世界的好奇／艾克瑟．哈克

01 為什麼布丁是軟的，而石頭是硬的？　
──1985年諾貝爾物理學獎得主克勞斯．克利青（Klaus von Klitzing），德國

02 為什麼一加一等於二？　
──1974年費爾茲獎得主恩里科．彭比耶利（Enrico Bombieri），義大利

03 為什麼我不能只靠吃薯條過日子？　
──1993年諾貝爾生理醫學獎得主理查．羅勃茲（Richard J. Roberts），英國

04 不久我就能有一個分身嗎？　
──1995年諾貝爾生理醫學獎得主艾瑞克．魏區豪斯（Eric F. Wieschaus），美國

05 為什麼我會生病？　
──1996年「另類諾貝爾獎」得主喬治．維特卡斯（George Vithoulkas），希臘

06 為什麼會有富裕和貧窮？　
──2000年諾貝爾經濟學獎得主丹尼爾．麥克法登（Daniel L. McFadden），美國

07 為什麼有些事情我很健忘，有些事情卻過目不忘？　
──1991年諾貝爾生理醫學獎得主埃爾文．奈爾（Erwin Neher），德國

08 到底什麼是空氣？　
──1995年諾貝爾化學獎得主保羅．克魯琛（Paul J. Crutzen），荷蘭

09 天空為什麼是藍色的？　
──1995年諾貝爾化學獎得主馬里奧．莫利納（Mario J. Molina），美國

10 樹葉為什麼是綠色的？　
──1988年諾貝爾化學獎得主羅伯．修伯（Robert Huber），德國

11 地球還會自轉多久？　
──1979年諾貝爾物理學獎得主謝爾登．格拉肖（Sheldon Lee Glashow），美國

12 電話的運作原理是什麼？　
──1986年諾貝爾物理學獎得主格爾德．賓尼希（Gerd Binnig），德國

13 為什麼有男孩和女孩？　
──1995年諾貝爾生理醫學獎得主克里斯汀．紐斯蘭渥荷德（Christiane Nusslein-Volhard），德國

14 為什麼印地安人不怕痛？　
──1999年諾貝爾生理醫學獎得主根特．布洛柏爾（Gunter Blobel），美國

15 為什麼會發明戲劇？　
──1997年諾貝爾文學獎得主達里歐．傅（Dario Fo），義大利

16 為什麼爸爸和媽媽必須去工作？　
──1994年諾貝爾經濟學獎得主萊因哈德．謝爾騰（Reinhard Selten），德國

17 為什麼孩子要上學？　
──1994年諾貝爾文學獎得主大江健三郎（Kenzaburo Oe），日本

18 什麼是政治？　
──1994年諾貝爾和平獎得主西蒙．裴瑞茲（Shimon Peres），以色列

19 為什麼會有戰爭？　
──1984年諾貝爾和平獎得主戴斯蒙．屠圖（Desmond Mpilo Tutu），南非

20 什麼是愛？　
──1989年諾貝爾和平獎得主達賴喇嘛十四世（The 14th Dalai Lama），西藏

21 為什麼要有科學家？　
──1986年諾貝爾化學獎得主約翰．波拉尼（John C. Polanyi），加拿大

22 如何成為諾貝爾獎得主？　
──1990年諾貝爾和平獎得主米哈伊爾．戈巴契夫（Mikhail Gorbachev），俄羅斯

謝辭　遇見諾貝爾大師／白蒂娜．史帝克

前言　別失去對世界的好奇／艾克瑟．哈克

01 為什麼布丁是軟的，而石頭是硬的？　
──1985年諾貝爾物理學獎得主克勞斯．克利青（Klaus von Klitzing），德國

02 為什麼一加一等於二？　
──1974年費爾茲獎得主恩里科．彭比耶利（Enrico Bombieri），義大利

03 為什麼我不能只靠吃薯條過日子？　
──1993年諾貝爾生理醫學獎得主理查．羅勃茲（Richard J. Roberts），英國

04 不久我就能有一個分身嗎？　
──1995年諾貝爾生理醫學獎得主艾瑞克．魏區豪斯（Eric F. Wieschaus），美國

05 為什麼我會生病？　
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