腦洞大開物理學：30個關於寫真偶像、水手服、鬼魂與貓咪（還有臘腸狗）的奇妙科學知識

名人推薦：【審訂】

中原大學物理學系 許經夌教授

中原大學物理系教授，更為人所知的身分是動漫畫評論團體「傻呼嚕同盟」的ZERO老師。自幼被《科學小飛俠》中的大反派物理博士辛格萊爵士所製造的機械鐵獸吸引，因而「誤入歧途」投身物理學界。擅長從熱門動漫中找出有趣的物理問題，曾因「超級英雄的物理學」線上開放課程獲得全國物理教育教學獎。

我們已經學到，重力是毫無例外地作用於具備質量的物質或物體的力，所以「重力會扭曲空間」換句話說就是「物體周圍的空間會扭曲」。

要理解空間的扭曲非常困難，為了讓大家至少能有個簡單的想像，在此姑且試著把我們原本應該屬於四次元（三次元＋時間）的時空，比喻為二次元的平面吧！

大家可能會覺得意外，我的興趣是自己做蛋糕，放假時會去新宿的烘焙行買材料，從蛋糕體到配料全都一口氣自己來。我通常會做整模的鮮奶油草莓蛋糕唷。

至於空間的扭曲，請想像在塗上鮮奶油之前，「將草莓直接擺在圓形蛋糕體上」的畫面。加入大量打發蛋白的黃色柔軟蛋糕體如果放上草莓，會因為草莓的重量而稍微凹陷吧？

而蛋糕體的凹陷就是草莓的重力讓蛋糕體這個空間產生的扭曲。

草莓造成的凹陷較輕微，但如果是巧克力做的糖果屋，就會再凹陷得更多一點。要是從院子闖入的小咪不小心踩到蛋糕，凹陷就會更嚴重。換句話說，重力愈強（質量愈大）的物體，周圍空間的扭曲也會愈厲害。

像星體這樣擁有巨大質量的物體會大規模地扭曲周圍的空間，但草莓這種質量輕的物體，雖然幾乎不會影響周圍的空間，但也不能說空間完全沒有扭曲。

所以如果你有養寵物，請你再一次仔細看看自己家的來福、小咪或小黑小白。雖然來福、小咪或小黑小白看起來一臉天真，但其實牠們都扭曲了自己周圍的空間吧？原本以為牠們只是可愛的小動物，結果竟然擁有狐妖般的能力，是不是覺得自己被騙了呢？

人類也一樣。質量愈大的人，周圍的空間扭曲就愈嚴重，所以有啤酒肚的胖子就會造成比一般人更嚴重的空間扭曲。

怎麼樣呢？你是不是覺得最近空間扭曲得很嚴重呢？尤其腹部周圍的空間是不是特別扭曲呢？？

附帶一提，當同事、情人或身邊的人變胖，又不好意思當面點破的時候，或許可以用「你周圍的空間最近是不是扭曲得太嚴重了」來取代「你最近是不是胖太多了」，這樣一定可以圓滑委婉地表達。

或者換個說法，用「你最近的重力質量是不是增加太多了」來包裝「你最近體重是不是增加了」也不錯，聽起來滿體貼的。

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我們會根據浮現在夜空中的星星連成的形狀，將它們命名為「天鵝座」或「天鷹座」等等。

但我也忍不住想，如果考慮到這些星球上可能存在的的居民，是否不要太過於根據地球人的喜好而隨意命名比較好。

譬如漫畫《北斗神拳》中有一顆在北斗七星旁閃爍的星體，名叫「死兆星」。這顆星體只有罹患疾病的人才看得到，是一顆不祥之星。看到死兆星的人，必定會在1年之內死亡。

如果這顆星球上住著智慧生命，也就是外星人，會發生什麼樣的狀況呢？假設他們某天飛來地球，對地球人友善地打招呼說：「地球的朋友大家好，初次見面，我們來自在北斗七星旁閃爍的那顆星星。」結果喜歡看漫畫的外交部長回答道：「喔，你是說死兆星啊。你們竟然住在這麼不祥的地方。聽說看到你們家那顆星星的人，1年以內就會死亡呢。」那麼絕對會因為太過失禮而引發星際戰爭。

反之亦然。當地球人前往系外行星，要跟住在那裡的智慧生命打招呼時，要是對方輕率地說：「你們是從地球來的？地球應該是位在『被壓死的蟾蜍座』爆出來的腸子一帶的那顆星星吧？」我們一定也會想要揍人。至少希望他們把地球放進「兔女郎座」這種性感又可愛的星座裡，譬如「兔女郎座蓬鬆尾巴端點的那顆星星」之類的。

不過「前往系外行星」說起來簡單，實際上對地球人而言，拜訪太陽系外依然還只是個夢想。

於是，現在是採用名為「SETI」的方法去調查使用電波的智慧生命。

SETI採取的策略是運用架設於世界各地的電波望遠鏡，企圖接收「（可能）來自宇宙某處的其他文明所發射的電波」，虎視眈眈地等待陌生外星人的聯絡。

不過，我也不否認這個方法給人非常被動的感覺。雖然過去也曾從地球發射過電波，但由於費時費工，所以至今為止只有寥寥幾次。

這彷彿就像無所事事的妹子，只在交友網站上po 了一篇〈大家好★ 我叫做地球ㄦ，體型水潤豐滿，是個46億歲的女孩ㄦ∼有空的人請跟我聯絡ㄛ♥〉，就痴痴等待別人的來信。

電波也是光的一種，所以前進的速度和光速一樣，每秒30萬公里。

這麼一來就會遇到一個現實問題。假設距離5百光年遠的獵戶座花花公子參宿四傳來電波：「地球好可愛☆要不要見個面？」也要花5百年才能傳到地球。如果地球回訊息說：「好ㄛ，什麼時候？」再傳到花花公子那裡又要5百年。如果還要確認見面的時間、怎麼稱呼彼此、穿什麼衣服、要怎麼辨認等等，似乎一下子3千年就過去了。如果對方在220萬光年遠的仙女座銀河，至少要1千萬年才能約成功吧？

SETI從調查開始至今也過了大約50年以上，一次也沒有觀測到智慧生命傳來的電波。說不定無論哪個智慧生命，都沒有動力花好幾千年創造邂逅的機會，所以大家都放棄發送訊息了吧？

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「變種」，也就是奇怪的傢伙，在演化中扮演了重要的角色。

舉例來說，在脖子長度一定的長頸鹿當中，如果因為個體差異或基因突變而誕生了脖子長得莫名其妙的長頸鹿，這就是變種。

與其他孩子相比，這位脖子長得誇張的「長脖子長頸鹿長頸男同學」，或許在學校會被其他同學欺負。

上社會課的時候，如果課本上出現「全國30個鄉鎮反對育兒補助的首長召開會議……」這樣一段話，長頸男說不定會被其他同學取笑：「哈哈，首長不就是脖子長嗎？長頸男，這段話說的不就是你嗎（笑）?!」校外教學時，如果有人報告老師「有人偷窺女子澡堂」，懷疑的矛頭說不定會第一個指向高個子的長頸男。

不過，當長頸男咬牙忍過痛苦的少年時期後不久，世界遭遇糧食危機，能夠吃到高處葉子的長頸男及其家族，將因為天擇而成為長頸鹿界的最後勝利者。

換句話說，奇怪的傢伙正是掌握演化關鍵的重要角色。

不過，大家都以為長頸男在校外教學時偷窺女子澡堂是被栽贓的，但其實犯人真的是他，只是相關人等全都因為自然淘汰而滅亡，他的罪行將永遠被黑暗掩蓋……（這是虛構的故事）。

如果讀到這個故事的少年少女，因為「自己跟大家不一樣」或「別人取笑自己很奇怪」而煩惱，請你們記住，自己可能掌握了人類演化的關鍵。

你們反而應該以自己的「怪」為傲。

如果一個物種當中沒有誕生變種，完全不具備多樣性，那麼這個物種很容易會滅絕。只有能夠適應新的土地、新的食物、戰勝其他個體無法抵抗的病原菌的變種，才能守護自己的物種。

地球上，光是目前發現的物種就有將近200萬種，無論哪個物種，都毫無例外地像長頸鹿一樣走過天擇的演化之路。

譬如有一種蝴蝶叫做「大樺斑蝶」。這種蝴蝶經過演化，鳥如果吃了牠們，就會覺得：「噁！真難吃！」

大樺斑蝶從幼蟲時候就靠著吃毒草長大，因此體內累積毒素，即使被鳥攻擊、吃掉，也會因為太難吃、太毒而被吐出來。而且鳥從此之後再也不會想吃牠們。

很久很久以前，這種蝴蝶想必也相當美味吧？但就在某一天，偶然出現了飲食習慣與周遭其他蝴蝶不同，有點難吃的變種。

這個身體比其他孩子難吃（而且還有毒）的大樺斑蝶「斑蝶男」同學，想必也曾被其他同學霸凌。

「我不想跟他一起進游泳池」、「我不想跟斑蝶男喝同一杯果汁」被同學用這樣的話排擠是家常便飯，甚至還因為「那傢伙碰過的火鍋，連湯都會帶毒」而不曾受邀到朋友家參加火鍋聚餐。斑蝶男就因為被其他蝴蝶排擠，過著寂寞的蝶生。

但是不久之後，天敵的鳥類來襲，過著充實生活的美味蝴蝶都被這些鳥津津有味地吃光，因天擇而活下來的大樺斑蝶界最後勝利者，只有任誰都覺得難吃的斑蝶男與家族。

附帶一提，有個名為「擬幻蛺蝶」的種類，這種蝴蝶本身既不難吃也沒有毒，但牠們透過偽裝成難吃的大樺斑蝶的樣子，來避免自己被鳥吃掉（這稱為「貝氏擬態」）。

這也是演化的恩賜。擬幻蛺蝶中，外表與大樺斑蝶相似的孩子度過了被欺負的艱苦日子之後，便成為最後的勝利者。牠們不斷留下子孫，最後，雌擬幻蛺蝶便演化成近似大樺斑蝶的外觀。

不過，我想對真正的大樺斑蝶來說，應該沒有比這個更困擾的事情了。

因為如果有隻一直以來都聽說大樺斑蝶很難吃，所以兩種蝴蝶都不吃的鳥，偶然間因為肚子太餓而試著吃了擬幻蛺蝶，結果發現：「嗯？等等，完全不難吃啊！太意外了！難道只是因為我挑食嗎？」牠以為自己誤會了，於是下次甚至信心滿滿地打算吃掉真正的大樺斑蝶。各位不覺得這樣的事情很有可能發生嗎？

這對元祖大樺斑蝶來說，可是不得了的事情。而且擬幻蛺蝶未經同意就模仿牠們的外觀，我想大樺斑蝶甚至可以上動物法庭去告擬幻蛺蝶侵權。

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美國西岸有一種皮膚粗糙的蠑螈，名為「粗皮漬螈」。

這種蠑螈的皮膚有劇毒，一隻蠑螈的毒性強到甚至可毒死幾十人。但各位不覺得，如果只是想要保護自己免於被捕食者獵殺，不準備這麼強的劇毒也無所謂嗎？頂多只要有1人份的致死量，應該就足以自保。

為什麼粗皮先生需要演化出這麼猛烈的毒性呢？這時就得提到其天敵「襪帶蛇」的存在了。

襪帶蛇會攻擊粗皮漬螈，將其當成食物。但牠們即使吃下能毒死好幾十人的劇毒，也不會喪命。說得更白一點，這種蛇已經演化成即使吞下粗皮漬螈的毒也能若無其事。

但襪帶蛇在很久很久以前，應該不具備對毒物的耐受性。剛開始想必只是舔一口粗皮漬螈嘗嘗味道，就馬上駕鶴西歸了吧？而蠑螈也一樣，以前的毒性能殺死的人數比較含蓄，頂多只有1、2個人而已。

後來偶然出現「即使吃了毒也完全沒事」的襪帶蛇，如果用人類比喻，就像是吃玻璃的印度人。這種胃腸強健到有如奇人異士的襪帶蛇在天擇之中活了下來，隨著時間過去，襪帶蛇就演化成整體物種都具有毒物耐受性的生物了。

雖然粗皮漬螈因此而困擾，但天擇之力也同樣在牠們身上發揮作用。蠑螈也為了對抗蛇，整體朝著毒性愈來愈強的方向演化；一開始只有1人的致死量，接著變成2人、4人、5人、6人，最後演化成毒性猛烈到足以毒死好幾十人的大屠殺。

這兩種生物就這樣互相切磋琢磨，不知不覺間把人類甩到九霄雲外，獲得了難以望其項背的強大能力。

如果用《七龍珠》來比喻，蠑螈與蛇的關係，就像互相競爭而變得愈來愈強的悟空與達爾，而我們人類則是完全被兩人排除於競爭之外的亞姆。

而兩種或是兩種以上的物種，像這樣在接受對方的影響以及帶給對方影響中演化，就稱為「共同演化」。

了解了「共同演化」之後，就能知道對手的存在能為生物帶來多麼大的成長了吧？無論在人類的世界、少年漫畫的世界還是演化的世界都一樣。

附帶一提，在多數的故事中，透過切磋琢磨而逐漸變強的兩位對手，將不知不覺萌生友情，成為對彼此而言亦敵亦友的存在。

現在交通發達，在野生動物的世界中，區域界線也將逐漸消失。說不定住在美國的粗皮漬螈，總有一天也終將與來自中國或俄羅斯附近的外來種天敵一戰。精通中國拳法或蘇聯軍隊格鬥術的外來種，想必非常強大吧？

但是，就在粗皮漬螈被來自未知土地的強敵打到站不起來，幾乎是命懸一線的時候，背後突然響起了這樣的聲音：「粗皮，真是太難看了！」牠回頭一看，映入眼簾的是……帶著武裝的同伴趕來支援的襪帶蛇一夥。

不久之後，粗皮漬螈與襪帶蛇在這場混戰中贏得勝利，趕跑了外來者，兩人彼此熱情地握手。接著，夕陽的光輝彷彿將兩人包圍，不知從何處響起了這樣的歌曲：「明天～會比今天更喜歡你～～無法止住，滿溢的思～念，現在～就已經那麼喜歡～卻無法說～出～口～♪」（日劇《不良學園》的主題曲）

我們已經學到，重力是毫無例外地作用於具備質量的物質或物體的力，所以「重力會扭曲空間」換句話說就是「物體周圍的空間會扭曲」。

要理解空間的扭曲非常困難，為了讓大家至少能有個簡單的想像，在此姑且試著把我們原本應該屬於四次元（三次元＋時間）的時空，比喻為二次元的平面吧！

大家可能會覺得意外，我的興趣是自己做蛋糕，放假時會去新宿的烘焙行買材料，從蛋糕體到配料全都一口氣自己來。我通常會做整模的鮮奶油草莓蛋糕唷。

至於空間的扭曲，請想像在塗上鮮奶油之前，「將草莓直接擺在圓形蛋糕體上」的畫面。加入大量打發蛋白...

前言

我得事先聲明，這是本白痴白痴的書。

本書介紹的主題，當然是非常正經的。

譬如光是什麼？相對論是什麼？外太空是什麼樣子的？時間旅行是可能的嗎？真的能讓人變隱形嗎？

各章節的主題都像這樣，既紮實又正經，不過正經的部分也就只有主題而已。

我就直接說了吧，我敢斷言這本書在地球有史以來出版過的「介紹光、宇宙以及相對論的書」當中，是最白痴的一本（淚）。

本書不會出現困難的公式，取而代之的是數不清的白痴比喻。

作者已經在第一頁就主動坦白了本書的白痴之處，請大家不要看完之後才來抱怨：「這是什麼白痴的書啊！耍人啊！」

不過請大家想一下。

每個人對於宇宙、時間或是生命的演化應該都多多少少有點興趣，畢竟這些事情都關係到自己生活的這個世界。

但為什麼會討厭這些相關知識呢？這都要歸咎於教科書或專業書籍一點都不白痴。

譬如就算是作者我，在高中的時候也經常感嘆：「物理課實在太無聊了，饒了我吧！！！」

但老實說，這絕對不是因為「物理很無聊」。

不是這樣的。物理本身一點也不無聊，無聊的是物理教科書。 ※這只是個人的感想。

市面上的科普書也一樣。

老實說，外行人就算讀了《第一次學○○就上手》或《○○學入門》，也搞不清楚在寫什麼吧？真要說起來，我還希望有教人怎麼讀入門書的入門書呢！換句話說，如果想讀懂「○○學入門」，首先就需要一本《《○○學入門》入門》。

如果撰寫物理教科書的是東野圭吾或宮部美幸，每一篇的結尾都能知道犯人是誰，各位不覺得上課的時候，學生的雙眼會看起來更加炯炯有神嗎？

當然，教科書中能登場的人物篇幅有限，擅自把無辜的阿基米德或畢達哥拉斯寫成犯人也很失禮，所以要把教科書寫成推理小說那樣或許並不容易。

不過別擔心，這本書就是為了這個目的而誕生的。

這本書雖然不是推理小說，但具有激勵大家的力量。

因為這本書動不動就把話題帶往白痴白痴的方向，所以大家會覺得：「別再耍白痴了，快把理論告訴我！」並對作者感到不耐煩，而不知不覺想要搞懂知識。

相對論也好，宇宙、時間與生命的演化也好，透過各個領域的研究而發現的事實，都是既驚悚又具有衝擊性，有趣到讓每個第一次聽到的人都會忍不住大喊：「公啥小啦∼∼∼」

但我覺得認真介紹這些理論的書，都因為過於「認真」與「困難」而形成障礙，讓許多人失去大喊「公啥小」的機會。

如果你就算覺得白痴，也想知道自己生活的這個世界擁有多少謎團與不可思議之事，想要興奮地大喊：「公啥小啦∼！」就請繼續看下去吧！

前言

我得事先聲明，這是本白痴白痴的書。

本書介紹的主題，當然是非常正經的。

譬如光是什麼？相對論是什麼？外太空是什麼樣子的？時間旅行是可能的嗎？真的能讓人變隱形嗎？

各章節的主題都像這樣，既紮實又正經，不過正經的部分也就只有主題而已。

我就直接說了吧，我敢斷言這本書在地球有史以來出版過的「介紹光、宇宙以及相對論的書」當中，是最白痴的一本（淚）。

本書不會出現困難的公式，取而代之的是數不清的白痴比喻。

作者已經在第一頁就主動坦白了本書的白痴之處，請大家不要看完之後才來抱怨：「這是什麼白痴的書啊！...

光
光──其① 「光的性質」
光子從彩醬水潤的嘴唇反彈進入我的眼睛裡。
光──其② 「色彩」
紅色麝香香豌豆是紅色的，但我們怎麼知道那是「紅色」的呢？
光──其③ 「速度的相對性與光速不變原理」
戴上竹蜻蜓的大雄，與小夫的遙控飛機以及晴空塔的光之間的關係。

狹義相對論
狹義相對論──其① 「時間延緩」
年近四十的想婚女性如何抓住公司裡的小鮮肉？
狹義相對論──其② 「長度縮短與質量的變化」
累積了前所未有的訓練，能以八成光速奔跑的臘腸狗會變成什麼樣子呢？
狹義相對論──其③ 「時間與長度的相對性」
在「超高速錯身而過的龜田兄弟」眼中，對方的拳頭是什麼樣子呢？
狹義相對論──其④ 「質量與能量的關係 E=mc2」
如果把松子DELUXE 的所有質量都轉換成能量，會發生什麼驚人的事情？

萬有引力
萬有引力──其① 「萬有引力定律」
地球與月球、刀與叉、岩石與岩石，以及我與石原聰美之間的吸引力。
萬有引力──其② 「地球的重力」
意外身亡的主角能夠化為鬼魂守護戀人嗎？

廣義相對論
廣義相對論──其① 「空間的扭曲」
打造一個即使乖乖站著，也能不小心瞥見小褲褲的狀態。
廣義相對論──其② 「重力與時間」
在101高樓工作的男女與在1樓工作的男女，老化的速度差在哪裡？

量子論
量子論──其① 「基本粒子的性質」
基本粒子與在上班時間色瞇瞇地偷看色情網站的上班族之間的共通點是？
量子論──其② 「量子的季諾效應」
高中女生從水手服換成體育服時，會讓我們看到哪些行動呢？
量子論──其③ 「疊加」
在我說「開動」前，我家貪吃的狗在我背對牠時的狀態是？
量子論──其④ 「多重世界詮釋」
如果這個世界真的有「如果電話亭」，一切會變成什麼樣子？

時光機
時光機──其① 「封閉時間曲線存在的可能性」
如果發明了時光機，我首先要回到人生最丟臉的那一天！
時光機──其② 「弒親悖論」
「來自未來世界的世修，為了幫助廢物祖先大雄而送來哆啦A夢」的悖論。

發明
發明──其① 「量子遙傳」
和木村拓哉一起進入傳送艙 ，融合而成了木村拓哉人......
發明──其② 「光學迷彩」
偶像明星回家打開電燈的那瞬間，空中浮現了100隻眼睛。
發明──其③ 「人體冷凍保存」
冷凍了屍體，夢想著總有一天能在解凍之後得到一副更健康的肉體。

宇宙
宇宙──其① 「宇宙的誕生」
就算什麼都沒有，也至少要有一間7-11吧？
宇宙──其② 「宇宙的末日」
說不定一個不注意，只剩下《徹子的房間》在黑暗中默默地繼續演下去......
宇宙──其③ 「暗物質與暗能量」
落語大師圓樂的內心應該塞滿了暗物質吧？
宇宙──其④ 「外星智慧生命 上」
可疑的不是外星人，而是目擊到外星人的人。
宇宙──其⑤ 「外星智慧生命 下」
在北斗七星旁閃爍的星體被命名為「死兆星」。如果這顆星球上的居民知道了，做何感想呢？

演化論
演化論──其① 「後天性狀與遺傳」
即使與整形美女結婚，生下的孩子也不會遺傳母親整形後的美貌。
演化論──其② 「個別差異與突變」
長頸鹿也好，人類也好，貓咪小咪也好，寫真偶像也好，所有哺乳類在2億年前都是老鼠的形貌。
演化論──其③ 「共同演化與性擇」
用《七龍珠》來比喻，就是在彼此拚盡全力的競爭中變得更強的悟空與達爾。
演化論──其④ 「活化石」
這簡直就是格鬥漫畫的主角在故事的最後好不容易才悟出的境界。
演化論──其⑤ 「幼體成熟化」
不要把這麼寶貴的學習能力，都拿來背《金肉人》的超人種類，或是《勇者鬥惡龍》的咒語！

未來的科學

光
光──其① 「光的性質」
光子從彩醬水潤的嘴唇反彈進入我的眼睛裡。
光──其② 「色彩」
紅色麝香香豌豆是紅色的，但我們怎麼知道那是「紅色」的呢？
光──其③ 「速度的相對性與光速不變原理」
戴上竹蜻蜓的大雄，與小夫的遙控飛機以及晴空塔的光之間的關係。

狹義相對論
狹義相對論──其① 「時間延緩」
年近四十的想婚女性如何抓住公司裡的小鮮肉？
狹義相對論──其② 「長度縮短與質量的變化」
累積了前所未有的訓練，能以八成光速奔跑的臘腸狗會變成什麼樣子呢？
狹義相對論──其③ 「時間與長度的相對性」
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