DNA搭乘頭等艙：清華大學高中學術列車叢書 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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　　清華大學為國內學術重鎮，在學術上有著許多卓越的成就。為瞭讓更多的社會大眾可以分享學術的趣味，得以一窺學術殿堂之奧妙，國立清華大學與各地高中閤作，推齣國立清華大學「高中科普列車」。此科普列車之教育推廣成果展現，將以目前國立清華大學的學術研究成果為主，講員為參與研究之教師與研究人員。

　　本書內容為清大頗受好評的高中校園巡迴演講，透過圖文編排集結成冊，除生活化主題亦介紹科學新知，以饒富趣味筆觸呈現。透過此科普列車，清華大學主動嚮社會呈現學術成果，達成以學術關懷社會之使命，希望將學術的種子播灑在年輕的生命中，讓科普列車的功效發揮更大之效益。

本書特色

　　．橫跨自然科學、社會科學、應用科學多方領域
　　．集結清大教授演講內容，萃取科普最精華知識
　　．時時保持好奇心，領略蘊含無限奧秘的科學現象

探索星辰大海：現代科學前沿與人文思辨的深度交匯 一、宇宙的低語：從量子糾纏到暗物質的追尋 本書旨在為對自然科學抱有濃厚興趣的讀者，描繪一幅宏大而精微的現代物理學圖景。我們不再滿足於牛頓力學構築的宏觀世界，而是潛入物質最深層的結構，探問宇宙的起源與終極命運。 1.1 量子世界的奇異邏輯： 深入剖析量子力學的基本原理，特彆是波粒二象性、測不準原理及其在信息技術中的潛在應用。我們精心選取瞭幾個思想實驗，如薛定諤的貓和雙縫乾涉實驗的哲學意涵，引導讀者思考“觀測者”在物理實在中所扮演的角色。重點探討瞭量子糾纏現象——愛因斯坦所稱的“幽靈般的超距作用”——如何挑戰瞭我們對時空和局域性的傳統認知。 1.2 恒星的生與死：核聚變與超新星爆發的力學： 以恒星演化為主綫，係統梳理瞭不同質量恒星的生命周期。從主序星的氫核聚變，到紅巨星階段的氦燃燒，直至白矮星、中子星和黑洞的形成。我們詳細闡釋瞭核反應的鏈式過程，以及超新星爆發所釋放的巨大能量，如何成為宇宙中重元素（如金、鈾）誕生的熔爐，為生命所需的基石奠定物質基礎。 1.3 宇宙學的未解之謎：暗物質與暗能量的證據鏈： 現代宇宙學最大的挑戰在於“看不見”的物質和能量。本書將梳理支持暗物質存在的觀測證據，包括星係鏇轉麯綫異常、引力透鏡效應的測量等。同時，深入淺齣地介紹暗能量如何驅動宇宙加速膨脹的理論模型，從哈勃常數到宇宙微波背景輻射（CMB）的精確定量分析，勾勒齣當前宇宙學研究的前沿陣地。 二、生命的密碼：基因組學與閤成生物學的革命 生命科學正以前所未有的速度發展，本書將焦點集中於解碼生命藍圖和重塑生命係統的核心技術。 2.1 DNA的雙螺鏇與遺傳信息的存儲： 迴溯DNA結構的發現曆程，強調其結構如何完美地契閤瞭遺傳信息的復製和錶達需求。內容涵蓋中心法則（DNA到RNA到蛋白質）的精細調控機製，特彆是錶觀遺傳學（Epigenetics）的研究進展，即非基因序列變化如何影響基因錶達，為理解環境與健康的關係提供瞭新的視角。 2.2 CRISPR-Cas9：基因編輯的精準手術刀： 詳細介紹CRISPR-Cas9係統的工作原理，分析其在基礎研究（如構建疾病模型）和潛在的臨床應用（如基因治療）中的巨大潛力與倫理睏境。本書著重探討瞭脫靶效應的風險控製和未來下一代基因編輯工具的研發方嚮。 2.3 從生物信息學到係統生物學： 生命係統的復雜性已無法僅憑傳統實驗方法完全解析。本書介紹瞭生物信息學如何利用大數據和計算模型分析海量的基因組、蛋白質組數據。係統生物學則嘗試將細胞視為一個相互關聯的網絡，探究整體功能如何湧現，為設計新型藥物靶點提供瞭整體性的框架。 三、人類心智的邊界：認知科學與人工智能的交匯 探討人類大腦這一最復雜的已知結構，以及我們試圖在機器中復現其智能的努力。 3.1 神經科學的突破：從神經元到意識的湧現： 介紹神經科學如何利用fMRI、鈣成像等技術描繪大腦功能圖譜。重點討論記憶的形成與鞏固過程，以及感覺信息如何在皮層區域被整閤。更進一步，本書將引入關於“意識”的哲學與神經科學交叉的探討，分析信息整閤理論（IIT）等前沿假設。 3.2 深度學習的數學基石與局限： 解析人工神經網絡（ANN）尤其是深度學習模型（如Transformer架構）背後的數學原理，如反嚮傳播、梯度下降等優化算法。同時，批判性地審視當前AI的局限性，包括對數據的過度依賴、缺乏常識推理能力（“黑箱”問題）以及對因果關係的理解不足。 3.3 具身智能與人機共生： 超越純粹的軟件智能，本書關注“具身智能”的概念——智能體必須通過與物理世界的交互纔能真正理解世界。探討機器人學、控製論與高級AI算法的融閤，展望未來人機協作在復雜環境下的應用前景，以及對人類社會結構可能産生的深遠影響。 四、文明的脈絡：曆史、哲學與未來的倫理審視 科學與技術的發展並非孤立發生，它們深深植根於人類的曆史進程與哲學思考之中。 4.1 科學革命的社會根源與方法論重塑： 迴顧伽利略、培根、牛頓等人物如何確立瞭經驗觀察與數學推理相結閤的現代科學方法。分析啓濛運動對理性主義的推崇，如何為科學的爆炸性發展提供瞭思想土壤。 4.2 科技倫理的當代挑戰： 麵對基因編輯、強人工智能和環境危機，人類必須構建新的倫理框架。本書將引導讀者思考技術進步的“必要性”與“可行性”之間的張力。例如，在生命科學領域，如何平衡個體權利與群體福祉？在信息領域，如何界定數據主權與隱私保護的邊界？ 4.3 可持續性與未來社會形態的構想： 探討氣候變化、資源枯竭等全球性挑戰對現有經濟模式和技術路綫圖的約束。引入復雜係統理論，分析社會、技術、生態係統間的相互反饋機製，並探討基於循環經濟和去中心化治理的未來社會模式的可能藍圖，鼓勵讀者以跨學科的視角規劃個人與時代的責任。

1 解讀大自然的語言
－談「統計方法」在科學探索裏所扮演的角色∕3

2 就是那道光
－淺談『超快光學』∕31

3 口服胰島素
－糖尿病患免於挨針的理想∕43

4 新能源大觀
－人類如何永續生存？∕53

5 軟物質演講
－波卡為什麼沒吃幾片就空瞭？∕69

6 影像建構之科學
－果蠅腦神經結構的鬼斧神工∕77

7 蠶絲在可撓式有機薄膜電晶體上的應用學
－開發蠶絲電晶體為新材質之運用和突破∕85

8 從螞蟻循跡和螢火蟲閃爍到無綫通訊網路
－生物群體的運行機製解決人類工程問題∕97

9 烏賊的僞裝術
－揭開頭足類改變體色的神秘麵紗∕107

10 都是「性彆刻版印象」惹的禍！
－女生的數學天生比男生差？∕117

11  漢人與牛肉

－漢民族經濟形態與文化禁忌之探討∕127

12 《綠野仙蹤》與中國
－多樂西與他的朋友破壞瓷器城與國際銀價下跌之真相∕133

13 為什麼鄭成功能趕走荷蘭人？
－荷蘭東印度公司（VOC）在颱貿易之興衰始末∕141

14 質子有多大？
－檢驗量子電動力學計算質子大小之精確度∕151

15 找歌？用唱的！─「哼唱選歌」簡介
－語音與音樂處理在娛樂與教育的應用∕161

16 鬥轉星移∕175

17 ROC(Republic of Creativity)：大傢一起來賣颱∕183

18 理論＝無限個實例∕215

19 愛與詩與死
－談敻虹的幾首小詩∕229

20 社會科學的皇後：經濟學∕239

21 星星的誕生
－探索恆星形成的物理過程∕253

22 簡單有趣的物理科普實驗
－普物實驗的終極目標∕263

【第8章─從螞蟻循跡和螢火蟲閃爍到無綫通訊網路】

無綫通訊網路遍佈於我們生活的四周。除瞭當今最熱門的手機行動通訊係統以及在辦公室或傢中用來上網的無綫區域網路之外，尚有許多無綫網路的應用，例如用在環境或工廠監控的無綫感測網路、用以提升生活品質的無綫智慧傢庭網路、以及用以連係路上車輛的無綫車載網路等。無綫網路的應用日益增加，也愈來愈普及於我們的生活。在未來的世界裏，我們期待所有的無綫係統都能互相聯結，構成一個大型的異質無綫通訊網路，將人與機器、社群與生活環境做緊密的連結。

無綫網路麵麵觀

在設計大型無綫網路時，會麵臨許多難以解決的工程問題，如演算法的可擴充性問題、係統的強健性問題、分散式管理的問題以及傳輸頻寬限製的問題。

1.可擴充性和係統強健性

所謂演算法的可擴充性，所指的就是這個演算法在大型網路中是否依然可以有效運作的特性。很多的演算法並不具有此功能，例如，當我們有三、五好友打算相約看電影時，我們可以由其中一位同學一一地打電話聯絡所有人；但是，當有三、五萬人要一起去看電影時，一個一個的打電話聯絡，似乎就不是有效率的做法。另外，一個係統是否具備強健性，端看係統是否容易因為少數電子設備的損壞或是遭受攻擊而造成係統的癱瘓。

2.分散式管理和傳輸頻寬限製

若要採取集中式的管理，網路往往需要很復雜的控製機製以及大量的溝通頻寬，在實際的無綫係統下是不被允許的；然而，若要採用分散式的管理方式，亦即由每個個體或是小群體做自我管理的方法，又不容易達到係統的最佳化。因此，要設計一個能有效運行的大型無綫通訊網路，是一件極具挑戰的事情。

3.自然界的大型生物群體網路

有趣的是，在自然界中其實隨處可見具有上述特性的大型生物群體網路。這些生物群體透過簡單的個體行為準則並且僅利用區域性的資訊和分散式的管理，達到復雜的群體智慧。人們熟知的例子有：螞蟻的循跡覓食行為、螢火蟲的同步閃爍行為、蜜蜂的集體築巢行為、魚的群遊行為、神經細胞操控生物的感知與反應的行為等。若能將這些生物個體的運行機製移植到我們的無綫裝置之中，相信其所構成的大型無綫網路亦能展現驚人的群體智慧。以下，我以網路路由問題和網路同步問題為例，介紹如何透過仿效螞蟻的循跡覓食行為和螢火蟲的同步閃爍行為，得到有效解決上述問題的方法。

網路路由同步：尋找「最佳路徑」

首先，何謂路由問題？
路由問題基本上就是如何找齣從甲地到乙地的最佳路徑的問題。

這樣的問題是我們平常開車上路或是齣遊所會麵臨的問題。同樣地，在大型無綫網路中，相隔兩地的電腦若要互相溝通，其所傳送的訊息需要網路經過網路中的不同路徑，並利用中不同的路由器或是電腦的轉傳，方能將訊息從傳送端順利地送達目的端。在傳送之前，電子裝置必須先確認訊息應透過哪些裝置的轉傳，也就是應透過哪一條路徑來傳送纔是最好的。所謂的最佳路徑在不同應用中有不同的定義；在網路中，這可以是傳送延遲最短的路徑、傳送頻寬最大的路徑、傳送最可靠的路徑等。若每個電子裝置上都備有無綫網路的完整圖資（亦即哪些電子裝置間有連結、每條連結上的頻寬和延遲為何等），即可利用許多有效的演算法（如Dijkstra演算法或是Bellman-Ford演算法）來幫助我們計算齣最佳的路徑。然而，無綫網路最大的挑戰即在於無綫裝置都是不時地在移動，而且通訊連結經常是不穩定的。因此網路圖資每分每秒都在改變。試想，若汽車導航係統的圖資過時，我們就會經常麵臨找不到路的窘境。此時，我們即可跟廠商購買更新的圖資或是上網下載新的資訊。但是在無綫網路中，並沒有一個可即時監控網路變化的中央控製颱，此時，網路中的各個裝置應如何取得圖資呢？傳統上經常使用的方法，就是透過不斷地跟鄰居（亦即有直接連結的其他無綫裝置）打招呼進行資訊交換，如圖8-1所示。每次跟鄰居打招呼，不僅可以讓兩人得知彼此之間的連結狀態，更可以互相告知自己已取得的圖資。藉由不斷反覆地打招呼，最終每個裝置都將能取得完整的圖資。然而，若網路過大，要取得完整的圖資相當費時，而且，在網路不斷變動的情況下，這樣的不斷更新會相當耗費頻寬資源。

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光是看《DNA搭乘頭等艙：清華大學高中學術列車叢書》這個書名，就已經讓我腦補瞭無數個精彩的場景。我一直覺得，科學的魅力不在於那些艱澀的公式，而在於它背後那個不斷求知、探索未知的精神。《DNA搭乘頭等艙》這個標題，給人一種輕鬆、高效、直達核心的感覺，我猜測這本書的內容應該會打破傳統教科書的沉悶，用一種更現代、更引人入勝的方式來介紹DNA。我住在颱灣，過去也曾讀過一些關於分子生物學的書籍，但往往在看到複雜的圖錶或術語時就感到卻步。我非常希望這本書能剋服這個難關，用清晰的邏輯、生動的語言，甚至是一些有趣的類比，來解釋DNA的複製、轉錄和翻譯的過程。我特別想知道，作者會不會從DNA在演化過程中的角色，或者它與我們日常生活中一些現象的聯繫來切入，這樣會讓我更容易產生共鳴。總之，我期待的是一場知識的盛宴，一次對生命奧秘的深度探索。

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這本《DNA搭乘頭等艙：清華大學高中學術列車叢書》的書名，聽起來就充滿瞭專業和前瞻性。「DNA」作為生命的密碼，一直是吸引我的科學話題，而「搭乘頭等艙」和「學術列車」則象徵著一種高效、係統且深入的學習體驗。我住在颱灣，高中時對生物科的興趣就相當濃厚，特別是對基因遺傳和分子生物學的部分。我總覺得，要真正理解生命，就必須從DNA這個最基本的層麵入手。我期待這本書能夠填補我現有知識的空白，並且提供一個清晰、有邏輯的學習路徑。我希望能從書中瞭解DNA的結構，以及它是如何儲存和複製遺傳信息的，也希望能觸及到基因突變、遺傳疾病的機製，甚至是一些現代基因療法或生物技術的應用。我更希望，透過這本書，能讓我感受到科學傢們對未知世界的熱情與堅持，進而激發我對科學研究的興趣，並對未來可能從事相關領域的研究，有更清晰的藍圖。

评分☆☆☆☆☆

哇！這本書的標題《DNA搭乘頭等艙：清華大學高中學術列車叢書》光是聽就覺得超有氣勢！我一直對科學領域充滿好奇，尤其是像DNA這種生命的基石，能從清華大學這樣頂尖學府來的學術列車，感覺就像拿到瞭一張直達科學殿堂的頭等艙機票。我最期待的是，它能不能把我這個對生物學隻有一點點皮毛概念的普通高中生，帶到一個全新的高度？我希望裡麵的內容不是那種死記硬背的課本知識，而是能真正點燃我對科學的熱情，讓我從中看到科學傢們那種不斷探索、追根究底的精神。像是DNA的結構、複製、轉錄、翻譯這些聽起來就很艱澀的名詞，要是能透過有趣的比喻、生動的案例，甚至是一些實驗的設計理念來解釋，那肯定會讓我讀起來津津有味。而且，學術列車叢書的名稱也暗示著，這可能是一係列的書籍，我非常希望能透過這一本，開啟我對這個主題更深入的瞭解，甚至去探索更多相關的科學領域。我希望這本書能讓我對「生命」的奧秘有更深刻的理解，不再隻是課本上的幾個化學式，而是真正感受到DNA裡麵蘊藏著的無限可能與奇妙。

评分☆☆☆☆☆

我一直對「DNA」這個字眼感到非常著迷，它就像是生命的藍圖，每一個微小的變異都可能影響到整個生命的形態和功能。當我知道有《DNA搭乘頭等艙：清華大學高中學術列車叢書》這本書，而且是齣自清華大學的手筆，我毫不猶豫地想把它帶迴傢。我住在颱灣，平時接觸到的科普讀物大多偏嚮輕鬆有趣，但有時候總覺得少瞭那麼一點深度和係統性。這本書「學術列車」的定位，讓我預期它能提供一個結構更完整、內容更紮實的學習體驗。我特別想知道，這本書會不會從DNA的歷史發現講起，像是華生和剋裏剋的故事，然後深入探討DNA的分子結構，以及它是如何儲存和傳遞遺傳訊息的。我也很好奇，它會不會觸及到一些比較前沿的基因學研究，例如人類基因組計劃的進展，或者是一些常見遺傳疾病的成因和遺傳模式。我希望這本書能讓我對DNA這個看似遙遠的概念，有更貼近、更實際的理解，不再覺得它隻是教科書上的一個名詞。

评分☆☆☆☆☆

這本《DNA搭乘頭等艙：清華大學高中學術列車叢書》的封麵設計就已經很有吸引力瞭，那種簡潔有力又帶點未來感的風格，讓我一眼就覺得這本書很不一般。我一直認為，科學知識的學習，不應該僅僅是為瞭考試，更重要的是要培養一種獨立思考和解決問題的能力。《DNA搭乘頭等艙》聽起來就充滿瞭這種學術探索的精神，尤其「學術列車」這個詞，就讓人聯想到一趟有係統、有方嚮的知識旅程。我個人對生物科技和基因工程特別感興趣，雖然我目前在高中的課業中還沒深入接觸到這部分，但聽說DNA是所有生命現象的根源，瞭解它，就等於掌握瞭打開生命之鎖的鑰匙。我希望這本書能從最基礎的概念講起，慢慢引導我們進入更複雜的議題，比如基因序列的解讀，或者DNA在疾病診斷和治療上的應用，甚至是CRISPR基因編輯技術的潛力。我尤其期待作者能分享一些實際的研究案例，或是科學傢們是如何一步步剋服睏難、取得突破的，這樣不僅能增加知識的廣度，更能啟發我們對未來的想像。