原來科學家這樣想：給青少年的相對論、量子力學、天文學，培養科學素養的最佳讀物(三冊，附科學思維學習手冊)

《原來科學家這樣想1：如果你跑得和光一樣快》
導讀  為有源頭活水來——閱讀科普樂趣多  簡麗賢／北一女中物理科教師
序    教孩子像科學家一樣思考

第1章 不可思議的光速
伽利略測量光速／羅默證明光速有限／菲左成功測量出光速／如此怪異的光速

第2章 時間和長度都是相對
假如我跟光跑得一樣快／時間不是永恆不變／檢驗時間相對性的實驗／相對論不能長生不老，但可以一夜暴富／物體的長度也是相對

第3章 跟著「旅行者號」和「新視野號」遨遊太陽系
「旅行者號」的遠征／拜訪木星／拜訪土星／從太空看地球的最佳照片／拜訪天王星和
海王星／「新視野號」的遠征／揭開冥王星的神祕面紗

第4章 萬有引力和重力彈弓效應
牛頓的思想實驗／萬有引力／重力彈弓效應

第5章 一對雙胞胎引發的宇宙謎案
孿生子弔詭／等效原理

第6章 黑洞、白洞和蟲洞
彎曲時空／黑洞、白洞和蟲洞

第7章 宇宙大霹靂和重力波
哈伯的重大發現／膨脹的宇宙／宇宙大霹靂／重力波

第8章 時間旅行有可能嗎？
飛向未來有可能／超光速不可能／時間旅行的一種可能性／時間旅行可能產生邏輯矛盾

第9章 暗物質和暗能量
黑暗雙俠／暗物質之謎／暗能量之謎

第10章 令人驚嘆的宇宙
太陽系有多大／銀河系有多大／宇宙有多大／比科學故事更重要的是科學精神

《原來科學家這樣想2：為什麼量子不能被複製》
導讀  用不一樣的角度看世界  曾明騰／熱血老師
序    教孩子像科學家一樣思考

第1章 光是粒子還是波？
牛頓：光的微粒說／惠更斯：光的波動說／爭論焦點：折射／雙狹縫干涉實驗／帕松光斑／波動派完勝／證據為王

第2章 光電效應和黑體輻射
光電效應／波動學說的危機／鋼水的溫度／黑體輻射公式／量子化幽靈／波粒二象性／好奇不會害死貓

第3章 波耳的模型
轟擊原子／原子的結構／波耳對導師的疑慮／波耳模型的成功與煩惱／薛丁格波動方程／波耳不買賬／科學不愛求同存異

第4章 不確定性原理
海森堡／電子在哪裡？／不確定性原理／波耳的奇思妙想／量子力學第一原理／測量是一切科學研究的基礎

第5章 要命的雙狹縫
既是粒子又是波／繞射與干涉／如果光子是小球／左縫還是右縫／用電子代替光子／大膽假設，小心求證

第6章 EPR悖論
電子的角動量和自旋態／電子飛向偏振器的怪異結果／電子自旋態的不確定性／波耳的反擊／科學離不開實驗

第7章 量子糾纏
何為客觀實在性／貝爾不等式／愛因斯坦和波耳的分歧／上帝的判決／量子糾纏／科學離不開數學

第8章 量子電腦
量子糾纏鞋／傳統電腦配鑰匙／量子電腦配鑰匙／量子電腦解密的原理／科學理論是科技發明的翅膀

第9章 量子通信
量子通信解決什麼問題？／傳統通訊為什麼會被竊聽？／單光子通信方案／量子不可複製原理／科學研究是對現象的還原

第10章 量子力學不神祕
令人困惑的量子力學／原子衰變／薛丁格的貓／電子是客觀存在／月亮確定在那裡／世界是客觀存在

《原來科學家這樣想3：如何測量宇宙膨脹的速度》
導讀  一起探索宇宙的奧祕  
李昫岱／屋頂上的天文學家主理人、中正大學兼任助理教授
序  跟著科學家探索宇宙奧祕

第1章  大地的形狀
天文學的誕生／大地之下，天邊之後／畢達哥拉斯的思辨／亞里斯多德的證據／思辨不能取代實證

第2章  日心說與地心說之爭
行星的奇怪運動路徑／古代天文學之大成／哥白尼單挑托勒密／思想不能有盲點

第3章  天空立法者
第谷的臨終託付／克卜勒第一定律／克卜勒第二定律／克卜勒第三定律／不要預設教條

第4章  四條原理統領宇宙
一個橢圓／《自然哲學的數學原理》面世／牛頓三定律和萬有引力／天體物理學／宇宙可以被理解

第5章  18世紀的天文學第一問題
三角測量法／哈雷的絕妙主意／史上最倒楣的天文學家／天文單位／知識來之不易

第6章  宇宙中的一座座孤島
伽利略看清銀河的真相／卡普坦宇宙／世紀天文大辯論／銀河系是一座孤島／永不消失的好奇心

第7章  宇宙的中心在哪裡？
哈伯發現星系退行／宇宙大霹靂／宇宙微波背景輻射／非比尋常的主張需要非比尋常的證據

第8章  宇宙的年齡原來這樣推算
如何測量麵團膨脹了多久？／如何測量宇宙膨脹了多久？／宇宙年齡的證據／沒有測量就沒有科學

第9章  宇宙有限還是無限？
宇宙有沒有邊界？／宇宙不按常理出牌／測量宇宙曲率的方法／不可思議的無限大／過程比結論更重要

第10章 宇宙終結之謎
追問宇宙命運的意義／熵增原理／宇宙熱寂假說／宇宙大撕裂假說／探索永無止境
 

作者序

教孩子像科學家一樣思考

　　近兩年，每當我舉辦親子科普講座後，最多家長提問的問題是：「汪老師，能不能推薦幾本科普好書給我家孩子呢？」坦白說，此時我總是有點尷尬，因為我無法脫口而出，熱情地推薦某一本書。回想我小時候看過的科普書，主題大多是「飛碟是外星人的太空船」、「金字塔的神祕力量」等「世界未解之謎」。現在看來，這些書的內容多半屬於偽科學，毫無科學精神可言。

　　當我有分辨科普書的能力時，已經快三十歲了，自然不會再看寫給青少年的科普書。後來，隨著女兒漸漸長大，我開始為她挑選科普書，這才發現，想找到一本讓我完全滿意的青少年科普書，竟然那麼難。雖然市面上有《科學家故事100個》、《10萬個為什麼》、《昆蟲記》、《萬物簡史（少兒彩繪版）》等優秀作品，但我希望孩子閱讀科普書不僅能掌握科學知識，還能領悟科學思維。所謂科學素養，包括科學知識和科學思維，兩者相輔相成，缺一不可。只有兩者均衡發展，才能有效提升個人的科學素養。

　　也就是說，科學知識要學，但不能只學科學知識；科學家的故事要看，但也不能只看科學家的故事。

　　比科學故事更重要的是科學思維。

　　因此，我想寫一套啟發孩子科學思維的叢書，為他們補充並強化科普知識。跟孩子講如何學習科學思維，遠比成人困難得多，因為科學思維講求邏輯和實證，這些概念比較抽象。若想讓孩子理解抽象的概念，必須結合具體的科學知識和故事，而不是枯燥的說教。所以，給青少年看的科普書，首要重點是「好看」，沒有這個前提，其他都是空談。

　　在《原來科學家這樣想》這套叢書中，我會用淺顯易懂的語言、生動的故事，解答孩子最好奇的問題。例如：可能實現時間旅行嗎？黑洞、白洞跟蟲洞是什麼？光到底是什麼？量子隱形傳輸速度可以超光速嗎？宇宙有多大？宇宙的外面還有宇宙嗎？……除了回答孩子的10萬個為什麼，更重要的是教孩子像科學家一樣思考。

　　科學啟蒙，從這裡開始。

　　其三，閱讀這本書，不只讀故事和吸收知識，更能開拓科學視野，啟迪科學思維。每單元的主題結束後，提供讀者中肯鏗鏘的建言，如「科學猜想和胡思亂想不同，科學猜想可以透過觀察或實驗驗證」、「科學研究要耐得住性子。科學研究像一場馬拉松，抵達終點前必須一直努力」，提供莘莘學子省思。

　　從「想到」到「得到」，期間最重要的是「做到」。想要得到閱讀《如果你跑得和光一樣快》的樂趣，汲取科學研究的源頭活水，建議讀者一定要「做到」—翻開這本書沉靜地閱讀和反芻。

《原來科學家這樣想1：如果你跑得和光一樣快》導讀

為有源頭活水來——閱讀科普樂趣多
簡麗賢／北一女中物理教師

　　愛因斯坦的名言：「想像力比知識重要。」然而，若要增強想像力，不能只空思冥想，閱讀不可或缺。例如，廣泛閱讀科普書籍，可以從科普書中獲得科學知識和思維，成為想像力的源頭活水，也能汲取閱讀的樂趣。

　　光是什麼？光速多快？如何測出光速？光具有哪些特性？如果我們跑得和光一樣快，甚至比光速快，這世界會變成怎樣？如果光不是直線前進，光會轉彎，這世界又如何？以上的問題，包含科學知識和思維，也包含想像空間，是非常有趣的知性主題。如果臺灣的電視臺能製作科學知識與思維主題的談話節目，該有多棒啊！相信能帶動全民理性思考，跳脫理盲濫情的窠臼。

　　感謝讀書共和國快樂出版社出版《原來科學家這樣想》三冊系列科普書，筆者有幸先睹為快，閱讀的樂趣源源不絕。在此臚列與略述第一冊《如果你跑得和光一樣快》的梗概，以及閱讀此書獲得的源頭活水，提供讀者參考。

　　其一，這本書共十章，主題包含「科學家測量光速」的故事、「愛因斯坦相對論」淺談、「牛頓萬有引力」效應、「孿生子弔詭」的宇宙謎、「黑洞、白洞和蟲洞」、「宇宙大霹靂和重力波」、「暗物質和暗能量」等。單元主題內容環環相扣，著重科學發展脈絡與思維，讀來趣味盎然，欲罷不能。

　　例如，閱讀「孿生子弔詭」，了解光速如何影響孿生兄弟，時空不同，歲月催人老。閱讀「黑洞、白洞和蟲洞」後，初步了解巨大質量的黑洞，聯結電影《星際效應》的諸多情節。「蟲洞」可能引發讀者想起韓劇《來自星星的你》，穿越時空的蟲洞，不僅數學推論，更是劇作家撰寫科幻劇本的源頭活水。

　　其二，這本書「不可思議的光速」、「萬有引力和重力彈弓效應」、「宇宙大霹靂和重力波」、「令人驚嘆的宇宙」等四章的內容正好契合臺灣現行的108課綱學習主題，可作為高中學生閱讀物理和地球科學的補充教材。

　　例如，教育部課綱中，高中學生必修物理的學習內容「伽利略對物體運動的研究與思辯歷程」、「克卜勒行星運動三大定律發現的歷史背景及內容」、「歷史上光的主要理論有微粒說和波動說」、「牛頓運動定律結合萬有引力定律可用來解釋克卜勒行星運動定律」、「光子和電子以及所有的微觀粒子都具有波粒二象性」、「天文學家發現遠方的星系都遠離我們而去，推知宇宙正在膨脹」、「目前宇宙形成的學說以霹靂說為主流」等，皆可在這本書中找到對應的內容。高中教師可將此書列入高一新生入學前的暑假讀物建議書單，更可以列為提升高中科學班、數理資優班學生閱讀與表達能力的科普書。

　　其三，閱讀這本書，不只讀故事和吸收知識，更能開拓科學視野，啟迪科學思維。每單元的主題結束後，提供讀者中肯鏗鏘的建言，如「科學猜想和胡思亂想不同，科學猜想可以透過觀察或實驗驗證」、「科學研究要耐得住性子。科學研究像一場馬拉松，抵達終點前必須一直努力」，提供莘莘學子省思。

　　從「想到」到「得到」，期間最重要的是「做到」。想要得到閱讀《如果你跑得和光一樣快》的樂趣，汲取科學研究的源頭活水，建議讀者一定要「做到」—翻開這本書沉靜地閱讀和反芻。

《原來科學家這樣想3：如何測量宇宙膨脹的速度》導讀

一起探索宇宙的奧祕
李昫岱／屋頂上的天文學家主理人、中正大學兼任助理教授

　　我像是在海邊玩耍的小孩，對偶然發現的美麗石頭或貝殼感到滿心歡喜，卻忘了宇宙中的未知就像眼前大海般遼闊──牛頓

　　還記得小時候對世界充滿好奇，可以在沙灘上玩好久，急切的想知道沙灘上的砂粒有幾顆？為什麼海浪一直拍打著沙灘？海看不到邊，它到底有多大？海水為什麼是鹹的？海的那一邊是哪裡？每一件事都好有趣，好多的問題都想知道答案。

　　長大後知道的事愈來愈多，漸漸的每件事都變得習以為常，不再新鮮有趣。忙碌的生活和工作的壓力，讓人漸漸失去好奇心。

　　《如何測量宇宙膨脹的速度》描述天文學家探索宇宙的歷程，仔細看一下他們問的問題，你小時候可能也問過，宇宙有多大？宇宙怎麼來的？天文學家的心裡好像都住著一個長不大的小孩，這些小孩沒有隨著年齡長大，旺盛的好奇心永遠都想知道為什麼。

　　托勒密認為地球是宇宙的中心，日月行星繞著地球運行。哥白尼提出太陽才是宇宙的中心，行星以圓形軌道繞太陽。伽利略從望遠鏡看到金星出現月亮般的盈虧現象，證實金星繞著太陽運行而不是地球，證明哥白尼的想法是對的。克卜勒則用第谷的觀測資料，推導出行星以橢圓軌道繞太陽運行，讓哥白尼的日心說更加正確。

　　牛頓匯集前人的想法，加上自己獨特的見解，提出萬有引力理論，從此日月星辰的運行，都可以用牛頓力學來解釋。但是還是有一些牛頓力學無法解釋的少數例外，例如水星繞太陽公轉的軌道，與牛頓力學預測有些微的差異，後來愛因斯坦的相對論解決了這些問題。

　　牛頓和愛因斯坦兩位偉大的科學家都認為宇宙是靜止的，不膨脹也不收縮。1922年，蘇聯科學家弗里德曼從相對論中發現宇宙膨脹的可能性，他是最早提出宇宙不是靜止的科學家。1929年，美國天文學家哈伯透過望遠鏡發現整個宇宙正在膨脹，這個觀測上的證據顛覆了眾人的想法。後來的科學家根據這些宇宙膨脹的證據建立了大霹靂模型。

　　仔細看這些科學家，每個人在探索未知的歷程上都像是摸著石頭過河，他們改進前人的想法，接受其他人的檢驗，解決問題後，後人接棒後繼續前進，這正是科學可貴的地方。

　　科學家探索宇宙的腳步從不停歇。1998年，科學家意外發現宇宙不僅僅在膨脹，而且是加速膨脹！科學家認為宇宙加速膨脹來自於一股看不見、未知的能量，所以稱它為暗能量。另外，宇宙中除了我們熟悉的一般物質，還有所謂的暗物質，暗物質跟暗能量一樣都看不見，暗物質的量是一般物質的5倍！

　　什麼是暗物質？為什麼比物質多卻看不見？暗能量又是什麼？這些宇宙的未解之謎，等待新一代科學家加入探索的行列，提出新的想法和思維，繼續探索宇宙的奧秘！