完全宇宙指南：物理大師帶你在家丈量地球、探索宇宙（78張全彩大圖詳解天文理論）

導讀——余海峯 瑞典皇家理工學院物理系博士

科學知識是現代社會不可或缺的重要元素。擁有科學知識，人類能夠發展科技，建設文明。另一方面，科學精神與科學知識同樣重要。然而「科學精神」究竟是什麼？在這短短的導讀裡，實在很難用文字完全描述「科學精神」而沒有遺漏。且讓我以科學精神的其中一項特質來說明：對知識應保持懷疑態度，並嘗試親自檢驗其正確與否。

科學家十分鼓勵其他人檢驗自己的研究結果。科學研究必須經得起檢查驗證，方能進入知識殿堂。靠著歷代無數科學家這種自我懷疑態度，我們才能放心使用各種便利的科技。例如我們知道高樓大廈不會倒塌、飛機能夠平穩飛翔，因為我們對力學理論有信心；我們讓電腦替我們傳送訊息，因為我們對電磁學理論有信心；我們相信全球衛星定位系統提供的座標，因為我們對相對論有信心（由於地球質量扭曲時空，全球衛星定位系統必須使用廣義相對論方程修正牛頓重力理論的計算結果）。本書第一章就簡述了宇宙學之中已經有共識的一些重要結果，包括我們的宇宙由大霹靂到地球上出現生命的這段期間所發生的事情。

且慢，為什麼一方面說我們應該相信科學知識，另一方面卻又要我們保持懷疑態度？這豈非自我矛盾？非也，而本書作者亦正正希望透過各個科學理論去說明這種「矛盾」事實上正是科學的本質。除了科學知識，本書亦提供了充足的資料和圖表，帶領讀者一步一步思考。我們甚至可以親自動手去進行計算——當然，如果我們只希望於週末或睡前多少吸收一些科學知識，跳過計算步驟也絕不影響我們理解各章節內容。即使我們最終會發現，自己的計算與科學家告訴我們的結果吻合一致，多一份來自五湖四海讀者的檢驗，豈不也增加了這些科學知識的可信性麼？本書第二章就帶領讀者動手算出各大陸板塊、地球、月球、甚至太陽的年齡。利用不同研究範疇的科學家所收集得來的數據，我們會驚訝地發現，我們在信封背面進行的運算所得出的數字，竟然能夠互相吻合至何等程度。

科學普及的另一個面向，是介紹科學家的生平和研究。這樣做並不是要讀者盲目地崇拜權威，而是有些事情我們能夠從科學家身上學習（事實上，我們總能夠從每個人身上學點事情，三人行必有我師），例如鍥而不捨追求真相的毅力。因此，科學家的故事能夠教授科學知識，也能展現科學精神。第三章以枰量地球為主旨，引領讀者利用牛頓重力定律，算出物理學最重要的數字之一「重力常數」；而第四章則帶讀者飛往宇宙，測量宇宙星辰的距離。我們會讀到幾位科學家的故事，得知準確測量「重力常數」和恆星、星系距離的方法，也了解過去科學家如何出錯，往後又如何修正錯誤。

有時候，科普會帶給我們一種錯覺，好像從地球到宇宙萬事萬物，科學家什麼也知道似的。其實，絕大部分的科學理論，都是建立在無數失敗的經驗之上。在第五章裡，讀者將深入了解史上最有名的科學家愛因斯坦所發現的相對論，以及究竟這理論是如何違反常識，使牛頓重力定律「錯」了兩百多年而無人察覺？然後，愛因斯坦又為何了解到自己的「錯誤」，親手撤回他那親愛的「宇宙常數」？

廣義相對論——使天才如愛因斯坦也要花費十年時間專注思考才能發現的時空重力理論，竟然能夠準確描述和預測宇宙的過去與未來，使愛因斯坦亦為之驚嘆：「宇宙最不能被理解之事，是其竟然可被理解。」透過科學，我們竟可看見從前人類尚未出現之時，宇宙到底是如何演化的。讀者可以跟隨作者在第六章中利用哈勃定律算出各星系的距離之餘，亦能夠發現：跟據我們簡單的計算，已足夠推論出「宇宙可能誕生自大霹靂」。

經過一連串腦力激盪，作者在第七章講述測量宇宙總質量的方法。雖然本章所介紹的宇宙學理論早已超出非宇宙學專業人士（包括筆者）能夠使用紙筆計算的範圍，而且數據也來自極其精密的大型天文學研究計劃，可是只使用加減乘除，我們發現自己竟然也能簡單地檢驗這些結果。很多時候，專業的科學家在進行複雜運算前，都會先做簡單的計算，這些「簡易版本的運算」往往能夠作為指引，讓我們了解實際結果應該是什麼模樣、準確的數字大概會是什麼數量級等等。讀者會再一次發現，信封背面的答案與精密運算的結果竟然相去不遠。

而在第八章，我們會重新回到大霹靂的題目之上，知道宇宙微波背景輻射數據竟與理想中的黑體幅射曲線完美吻合。即使在宇宙誕生、形狀、演化這些抽象的題目之上，數據依然是科學知識的來源，檢驗結果仍舊是科學精神的本質。最後，作者於第九章介紹各種引人入勝的前沿宇宙學理論和宇宙模型，包括那些性感的多重宇宙以及弦理論。這裡，作者展現了科學精神的另一個必要元素：科學突破，除了小心地求證以外，有時亦需要大膽地假設。

科學家希望追求真相，寧可選擇「無知」，也不願錯信了不正確的資訊。老掉牙的格言「大膽假設，小心求證」聽得多，在這本書中我們竟可真正地體驗這種科學的本質。好了，如果各位已經準備好開始這敞追尋宇宙真相之旅，就讓我送上物理學家理查．費曼（Richard Feynman）的話：「我可以跟懷疑、不確定、不知道共存。我覺得比起知道可能是錯的答案，不知道反而更加有趣。」

導讀——余海峯 瑞典皇家理工學院物理系博士

科學知識是現代社會不可或缺的重要元素。擁有科學知識，人類能夠發展科技，建設文明。另一方面，科學精神與科學知識同樣重要。然而「科學精神」究竟是什麼？在這短短的導讀裡，實在很難用文字完全描述「科學精神」而沒有遺漏。且讓我以科學精神的其中一項特質來說明：對知識應保持懷疑態度，並嘗試親自檢驗其正確與否。

科學家十分鼓勵其他人檢驗自己的研究結果。科學研究必須經得起檢查驗證，方能進入知識殿堂。靠著歷代無數科學家這種自我懷疑態度，我們才能放心使用各種便利的科技。例如我...

第一章　　述說宇宙
從大霹靂開始，簡述宇宙的誕生。

第二章　　宇宙萬物有多老？
從原子層次估算宇宙的年齡。

第三章　　秤量地球
如何自己估算地球質量、卡文迪西的精采實驗。

第四章　　遙測星辰
視差、造父變星與紅移——不同尺度下的距離測量。

第五章　　愛因斯坦重力理論
愛因斯坦的「愉快念頭」——空間扭曲與不存在的重力。

第六章　　大霹靂
宇宙還在膨脹嗎？

第七章　　秤量宇宙
整個宇宙有多重？宇宙最後會怎麼樣？

第八章　　大霹靂之前
所以，大霹靂之前到底發生了什麼事？

第九章　　我們的宇宙
總結我們宇宙的一切背景。

第一章　　述說宇宙
從大霹靂開始，簡述宇宙的誕生。

第二章　　宇宙萬物有多老？
從原子層次估算宇宙的年齡。

第三章　　秤量地球
如何自己估算地球質量、卡文迪西的精采實驗。

第四章　　遙測星辰
視差、造父變星與紅移——不同尺度下的距離測量。

第五章　　愛因斯坦重力理論
愛因斯坦的「愉快念頭」——空間扭曲與不存在的重力。

第六章　　大霹靂
宇宙還在膨脹嗎？

第七章　　秤量宇宙
整個宇宙有多重？宇宙最後會怎麼樣？

第八章　　大霹靂之前
所以，大霹靂之前到底發生了什麼事？

第九章...