用塗鴉學物理：從 51 張手繪理解 2600 年重要物理大發現 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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唐．雷蒙斯

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具体描述

從泰利斯三角測量、牛頓萬有引力定律，到愛因斯坦相對論，
用小塗鴉畫出物理學最深奧的大原理，讓你一看就懂！

專文介紹
香港大學理學院講師、科學專欄作家　余海峯

好讀推薦
　　師大附中物理科教師　陳忠城
　　師大附中化學科教師　陳昭錦
國立中興大學物理系教授　陳惠玉

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阿基米德臨死前，曾喝斥羅馬士兵「離他的手繪遠一點」；
除了蒙娜麗莎的微笑，達文西留下的地球照與神聖比例圖稿，對後世影響更大；
牛頓在三一學院步道留下的光折射塗鴉，同事經過都得小心繞道。

能啟發問題、統整結論的好塗鴉，就像一句好格言：精煉，值得被永久記錄。

自古以來，人類一直試圖理解物理世界。亞里斯多德有他的觀點（天體界是完美的），愛因斯坦也有他的不同觀點（所有運動都是相對論式的）。而這些五花八門的理解往往都是從塗鴉開始的，在使用數學等式之前，畫出對實在界的想像。這些塗鴉雖然微不足道，卻是物理學家很有效的工具，也是數百年來傳統的思考、教學和學習輔助。本書用許多小插圖，深入簡出地解釋物理的 51 個重要觀念，鋪陳出近三千年的物理學史。

科普作家唐．雷蒙斯依據年代順序展開物理學史，從泰利斯的三角測量法，達文西的地球照，克卜勒的行星運行定律，畢達哥拉斯的單弦琴，阿基米德的槓桿原理，牛頓擺，一直到20-21世紀解釋光電效應，氫原子，廣義相對論，地球溫室效應，希格斯玻色子的發現等等。作者把這些發現放入歷史脈絡，例如討論伽利略和教廷的衝突，或電磁現象的發現和華茲華斯的浪漫主義詩作之關連，以及二次大戰對於愛因斯坦相對論的影響；也佐以科學家的個人趣聞軼事，使得生動有趣的物理課躍然紙上。讀者僅需很基本的數學和物理背景知識，就可以跟著「用塗鴉學物理」暢遊物理史世界。

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媒體讚譽

本書的 51 個塗鴉已幾乎涵蓋所有已知的物理概念。如果我們需要理解某個自然現象，揭開本書，你必定可以找到適合的理論去幫助思考。
────余海峯，香港大學理學院講師、科學專欄作家

拜愛因斯坦、馬克士威這些超級天才所賜，十九、二十世紀的物理知識益發複雜到快超出人類理解的極限，但本書依舊保留了物理學清晰、迷人的本質。
────《華爾街日報》（Wall Street Journal）

除了老師必備，即便門外漢也能透過這本《用塗鴉學物理》增長物理知識，理解科學思考的歷史。
────《懷疑探索者》雜誌（Skeptical Inquirer）

簡潔動人的黑白塗鴉，明快地描繪了幾千年來的著名發現……對那些想了解更多物理學歷史的人來說，拿這本書當起點再完美不過了
────《今日物理》雜誌（Physics Today）

太出色了！只用51張令人難忘的塗鴉，就能從畢達哥拉斯到希格斯玻色子，呈現一學年物理學的最精華。
────魯本．赫希（Reuben Hersh），1983 年美國國家圖書獎科學類得主

這計畫太棒了！科學書通常都只附上一些輔助說明的線條圖，但唐．雷蒙斯扭轉了這樣的過程：開頭先選出一幅鮮明的塗鴉，再配上解釋文字。而他的文字不僅僅如此，他更補充了科學史知識，糾正普遍的錯誤觀念，更揭露奇事軼聞，及潛藏其間的知識關聯性。簡言之，他是以文字充實圖像內容。
────漢斯．克里斯蒂安．馮．貝耶爾（Hans Christian von Baeyer），威廉瑪麗學院物理學名譽教授，《量子貝氏主義》（QBism: The Future of Quantum Physics）作者

唐．雷蒙斯明快的《用塗鴉學物理》用簡單的圖像作輔助，帶我們從赫拉克利特到希格斯，從行星到粒子物理，從天文到原子，探索科學史中一連串被忽略的文化製品。受用，精確，易讀。這本書無與倫比。
────羅伯特．希爾伯恩（Robert C. Hilborn），美國物理教師協會執行長，《混沌現象與非線性動力學》（Chaos and Nonlinear Dynamics: An Introduction for Scientists and Engineer）作者

《宇宙的絮语：从微观粒子到宏大星系》探索无垠宇宙的奥秘，追溯人类认知的边界本书是一部深入浅出、引人入胜的科普巨著，旨在带领读者进行一场跨越时间和尺度的思想之旅。我们不只关注已知的物理定律，更着重探讨那些驱动宇宙演化、塑造我们周遭世界的深层机制。全书结构宏大，内容涵盖了从最基本的粒子构成到宇宙的终极命运，力求展现物理学作为一门基础科学的统一性和美感。第一部分：物质的基石与相互作用本部分聚焦于物质最基本的构成单元及其相互作用的规律。我们将从原子结构的古典模型出发，逐步过渡到量子力学对微观世界的精妙描述。原子与光：量子革命的开端我们首先回顾了早期物理学家对光的本质——波粒二象性——的困惑与探索。通过对黑体辐射、光电效应的深入剖析，读者将领略到普朗克和爱因斯坦如何彻底颠覆了经典的能量观。接下来的章节将详细阐述玻尔模型如何成功解释了氢原子光谱，并引出现代量子力学的核心概念：波函数、概率解释以及海森堡的不确定性原理。我们不会停留在公式的堆砌，而是侧重于这些概念对我们世界观产生的深刻影响——即确定性让位于概率性。粒子动物园与标准模型进入微观的亚原子世界，我们将介绍构成物质的夸克与轻子。通过对强核力、弱核力、电磁力以及引力这四种基本力的梳理，本书系统地构建了粒子物理学的“标准模型”。读者将了解费米子和玻色子的区别，以及希格斯机制如何赋予基本粒子质量，使得物质世界得以稳定存在。同时，我们也会适度探讨标准模型之外的“遗留问题”，例如中微子的质量、暗物质与暗能量的存在性暗示，为读者打开通往新物理学的大门。第二部分：经典力学的回响与宏观世界的秩序在理解了微观世界的基本规则后，我们将视野拉回到我们日常可感知的宏观尺度，重温牛顿力学在解释行星运动、机械设计中的不可替代性，并进一步探讨经典物理学的极限。从苹果落地到行星轨道本书将重述牛顿的万有引力定律，并结合开普勒三大定律，描绘出太阳系运行的精确图景。我们将分析如何通过动量守恒和能量守恒来解决复杂的动力学问题，例如火箭发射和潮汐现象的成因。这部分内容强调了数学语言在描述物理现实中的强大力量。时空的弯曲：相对论的革新接着，我们将进入爱因斯坦的相对论领域。狭义相对论如何统一了空间和时间，导出了著名的质能关系式 $E=mc^2$？我们将用清晰的图景解释时间膨胀和长度收缩效应，揭示高速运动的奇特后果。更进一步，广义相对论将时间与空间融合成一个动态的“时空”结构，引力不再是作用于远方的力，而是时空自身的弯曲。从水星近日点的进动到引力透镜效应的观测证实，本书将展示相对论如何重塑了我们对引力的根本理解。第三部分：能量的流动与变化本部分关注能量在各种形式间的转换和传递，这是理解所有自然过程的关键。热力学的规律与熵增热力学被誉为物理学中最“朴实”的一门学科，它描述了能量的宏观行为。我们将系统阐述热力学三大定律。特别是熵的概念，作为衡量系统无序度的量度，它不仅决定了能量转化的效率，更揭示了时间流逝的方向性——宇宙趋向于更大的混乱。我们将探讨热寂说的可能性及其在宇宙终极命运中的地位。电磁波的交响曲本书详细梳理了法拉第、麦克斯韦如何通过一系列精妙的实验和理论整合，统一了电学、磁学和光学。麦克斯韦方程组的优雅性在于它预言了电磁波的存在，并揭示了光本质上就是一种电磁波。我们将探讨电磁波谱的各个波段，从无线电波到伽马射线，它们如何为现代通讯和遥感技术提供了基础。第四部分：宇宙的起源与演化最后，我们将把视角提升至宇宙学的尺度，探讨我们的家园——宇宙的过去、现在与未来。宇宙的诞生：大爆炸的证据本书将详尽介绍标准宇宙学模型，即大爆炸理论。我们将回顾支撑该理论的三大关键证据：哈勃的星系退行观测（宇宙膨胀）、宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其意义，以及轻元素（氢、氦）的丰度预测。我们将追溯宇宙从一个极热、极密的奇点膨胀到如今结构复杂状态的演化历程。星系、恒星与元素的炼金术在宇宙演化的长河中，恒星是主要的“工厂”。我们将解释恒星的生命周期：从星云的引力坍缩，到主序星的核聚变，再到红巨星、白矮星、中子星或黑洞的最终归宿。更重要的是，本书将揭示“我们都是星尘”的深刻含义——重元素（如碳、氧、铁）是如何在超新星爆发中被锻造出来，并播撒到宇宙中，为行星和生命的诞生提供了物质基础。未解之谜：暗物质与暗能量的追寻尽管取得了巨大成就，现代物理学仍面临两大幽灵般的挑战：暗物质与暗能量。我们将介绍观测到的证据，例如星系旋转曲线的异常和宇宙加速膨胀的现象，并探讨当前物理学家正在尝试的各种模型，试图揭开这些占据宇宙绝大部分质量和能量的神秘成分的面纱。本书力求以严谨的科学态度和富有感染力的叙事方式，构建一个完整的物理学知识图景。它不仅是科学知识的传递，更是一场关于人类如何理解自然、不断突破认知极限的史诗。通过阅读本书，您将获得一个全新的、更加深刻的视角来审视您所处的这个奇妙的世界。

著者信息

作者簡介

唐．雷蒙斯Don S. Lemons
美國堪薩斯州北紐頓伯特利學院（Bethel College in North Newton, Kansas）物理學榮譽教授。熱衷於物理知識普及工作，著有《物理隨機過程入門》（An Introduction to Stochastic Processes in Physics, 2002）、《熵指南》（A Student’s Guide to Entropy, 2013）、《因次分析指南》（A Student’s Guide to Dimensional Analysis, 2017）等科普作品。本書插圖繪製者為 Jesse Graber。

譯者簡介

王文生
清華大學物理系畢業。名字得自家裡一位德高望重的長輩，意思是要「生而學文」，但大學還是讀了理科。畢業之後沒有成為物理學家，反而跑去做翻譯，想來也是一種緣分吧。

從《用塗鴉學物理》回顧了 2600 年來的物理發展史，展示了何謂「發現的邏輯」與「演繹的邏輯」。它們有時能互相參照，有時卻完全是兩回事。比方說能量守恆的觀念，我們都是先學習何謂能量，才進一步了解能量是一種守恆量，乍看之下，這個演繹的邏輯沒什麼問題。但在歷史上，科學家卻先透過實驗發現一種守恆量，再把它定義為能量，最後才知道能量到底是什麼──先有能量守恆，才有了能量，這是發現的邏輯。從這個小例子，我們得以一窺兩種邏輯的差異。

用發現的邏輯反思學習物理的過程，也許會是一件相當有趣的事情。

图书目录

目錄

推薦序　余海峯
前言
致謝

古典時期
1 三角測量（600 B.C.E.）
2 畢達哥拉斯單弦琴（500 B.C.E.）
3 月相的盈虧（448 B.C.E.）
4 恩培多克勒發現空氣（450 B.C.E.）
5 亞里斯多德的宇宙觀（350 B.C.E.）
6 地球和日月之間的相對距離（280 B.C.E.）
7 阿幾米德的天平（250 B.C.E.）
8 阿幾米德原理（250 B.C.E.）
9 地球的大小（225 B.C.E.）

中世紀
10. 費羅佛納斯的自由落體研究（550）
11 「看見」的光學（1020）
12 奧雷姆三角（1360）
13 達文西與地球照（1510）

近世時期
14 哥白尼的宇宙（1543）
15 永恆運動的不可能性（1586）
16 司乃耳定律（1621）
17 月球上的山脈（1610）
18 木星的衛星（1610）
19 克卜勒行星三大運動定律（1620）
20 伽利略的自由落體研究（1638）
21 伽利略的拋體運動研究（1638）
22 縮放與相似（1638）
23 大氣的重量（1644）
24 波以耳定律（1662）
25 牛頓的色彩理論（1666）
26 自由體圖（1687）
27 牛頓擺（1687）
28 牛頓與拋物線（1687）
29 惠更斯原理（1690）
30 伯努利原理（1733）
31 靜電學（1785）

十九世紀
32 楊氏雙狹縫實驗（1801）
33 厄斯特的演示實驗（1820）
34 卡諾最簡熱機（1836）
35 焦耳的實驗器材（1847）
36 法拉第的力線（1852）
37 馬克士威的電磁波（1865）

二十世紀以降
38 光電效應（1905）
39 布朗運動（1905）
40 拉塞福的金箔實驗（1910）
41 X光與晶體（1912）
42 波耳的氫原子（1913）
43 廣義相對論（1915）
44 康普頓散射（1923）
45 物質波（1924）
46 擴張的宇宙（1927-1929）
47 微中子與能量守恆（1930）
48 中子的發現（1932）
49 核分裂與核融合（1942）
50 全球溫室效應（1988）
51 希格斯玻色子（2012）

後記
參考書目

图书序言

ISBN：9789864775842
規格：普通級
出版地：台灣
適讀年齡：0歲~99歲
檔案格式：EPUB流動版型
建議閱讀裝置：手機、平板
TTS語音朗讀功能：無
檔案大小：5.1MB

本書分類：自然科普> 物理/化學> 物理/化學史

图书试读

推薦序

香港大學理學院講師、科學專欄作家　余海峯

自人類演化至懂得書寫以來，塗鴉一直是最直觀的表達方式。最早期的文字，想必都是塗鴉。象形文字雖然筆畫繁複，但卻能夠表達豐富內容。使用中文的我們可能不會察覺，但根據我一些不會中文的朋友所說，書寫中文在他們眼中就好像繪畫一樣。我卻想，或者可能更接近於塗鴉？

人類的眼睛只能看見二維世界，即是平面的事物。為什麼？當然，空間是三維的，即是立體的。但當光線進入眼睛、投影在視網膜之上時，立體空間就被簡化為一幅平面圖像了。

為什麼我們能夠看見立體的空間？這就是我們擁有兩隻眼睛的原因。試試把一隻眼閉上，你會發現距離感消失了。這是因為兩隻眼睛看見的平面圖像有些許不同，腦袋分析這種微細差異就能夠轉化為立體資訊。這叫做「視差」，是現代天文學家計算恆星距離的方法，而我們的腦袋竟然能夠省略繁複的數學計算，在我們打開雙眼的同時就把資訊立即處理好，直接呈現在我們「眼前」！

有些人是利用視覺進行思考或者計算的。物理學家費曼就曾在（朋友替他筆錄的）自傳中指出，有些人可以利用「視覺」計時，發現自己能夠邊在心中計時、邊做其他事情。可是，費曼是以在腦海中響起的「聲音」來計時的，他發現有時候做其他事情會影響到計時結果（筆者就是這種人）。此外費曼還發現，他有個朋友能夠邊談話邊計時！原來，他的朋友計時的時候眼前會「顯示」數字，而這些數字會像電子時鐘一樣跳動。另一方面，費曼亦發現自己所寫的方程式之中，不同的變數竟然「帶有」不同的顏色。雖然他自己也不知道為什麼，但想必這對他思考物理有某種間接幫助吧。

我們來看看一幅圖表。這是筆者繪製、本書中介紹的各個物理塗鴉和概念以年分顯示的棒狀圖，一種糅合塗鴉與數學的圖像，攜帶可供分析的資訊。基本的塗鴉可以幫助我們在腦海形成物理概念，而進一步分析物理現象則要仰賴圖表。如果塗鴉是與生俱來的天賦，那繪製圖表就是需要透過科學訓練獲得的技能。

這幅圖表可以告訴我們書中每個故事發生的時間。我們可以直接看出，近代（約 16、17 世紀以後）重要的物理概念數量遠超過公元元年之前。另一個十分顯眼的地方，在於從公元前 200 年左右直到公元後 1500 年的 1,700 年間，只有三項重要物理概念被發現並留傳下來。

如果說近代科學加速發展是意料中事，那麼這接近空白的一千多年又是怎麼回事？以科學的語言去說，這很可能顯示了一些外在因素造成的影響。以西方科學來說，這段期間歐洲被宗教所控制，科學的緩慢進步甚至倒退與此有莫大關係。

圖表告訴我們某些片段的資訊，就像是大自然向我們提出的挑戰：試著把案情重組起來吧！科學家的任務就是解開這些謎團，揭露大自然的奧祕。當然，我們並不需要把所有資訊都以圖表方式顯示。不過，人類天生就十分擅長自塗鴉和圖表中抽取有用的資訊，至少比列出一大串文字和數字擅長得多。這可能就是基於人類塗鴉的本能。

當然，本書列出的並非所有科學發現。不過，這 51 個塗鴉已幾乎涵蓋所有已知的物理概念。如果我們需要理解某個自然現象，揭開本書，你必定可以找到適合的理論去幫助思考。

塗鴉能夠幫助我們思考，也是科學概念發展的第一步，而這能力很可能是人類與生俱來的。本書適合擁有不同知識背景的讀者之處，正在於作者把科學以塗鴉方式呈現，無需深入研究其中需要數學的地方。每個塗鴉輔以歷史故事，隨時間推進，我們亦可以看到物理學發展的基本面貌。其中一些故事和塗鴉對筆者來說亦是新事物、新知識。這樣，不就是一本值得讀的書了嗎？

如果說，書中每多一道方程，樂趣就減半的話，每多一幅塗鴉，樂趣應該就會加倍吧？

相信每個人都可以從本書中得到樂趣。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

從時間軸來看，這本書橫跨了兩千六百年的物理學發現，這本身就是一個宏大的敘事工程。我對作者如何串聯起這些看似不相干的知識點非常感興趣。物理學的發展並非線性，它充滿了誤解、修正，甚至是哲學思辨的轉折。例如，牛頓力學的成功，如何導致了後來對以太的執著？這種「歷史的包袱」是如何在書中被揭示出來的？如果這本書只是把重要的公式和發明家堆砌在一起，那它就只是一本圖文版的「大事紀」。我希望看到的是，作者能夠描繪出那些科學家們在面對困境時的心路歷程，那些看似微不足道的實驗如何一步步推翻了既有的世界觀。這種對科學史的細膩處理，往往是決定一本科普書能否「留得住」的關鍵。如果它能讓人體會到，科學的進步是建立在不斷的懷疑與挑戰之上，那麼對於提升讀者的批判性思維，也會有潛移默化的效果。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封面設計真的很有意思，一開始吸引我的就是那種輕鬆、非典型教科書的感覺。身為一個在科學教育體系裡摸爬滾打過來的人，看到「塗鴉」兩個字，心裡其實有點小小的期待，也有點保留。畢竟物理學的嚴謹性，不是隨便畫幾筆就能傳達清楚的。但我猜想，這本書的目標讀者群應該是像我一樣，對物理學有興趣，但又對傳統教材望而卻步的「邊緣學習者」。它試圖用一種更親近、更直觀的方式來解構那些聽起來高深莫測的理論，從牛頓力學到相對論，光是想像用手繪圖來呈現這些概念，就覺得這作者肯定下了不少功夫在「轉譯」上。我期待的是，它能找到那個臨界點，既保持物理學的精髓，又不至於讓讀者在面對公式時就直接關機。如果它成功地將複雜的數學語言轉化成視覺化的故事，那這本書的價值就不僅僅是一本輔助讀物，而可能成為一個全新的物理啟蒙工具。這種跨越學科的結合，在台灣的出版市場上其實不算多見，通常繪本就是繪本，科普書就是科普書，希望能看到這種創新能真正帶來實質的幫助。

评分☆☆☆☆☆

最後，談談這本書的「可用性」和「傳播性」。在台灣的讀書社群中，一本好書往往會被反覆推薦和討論。我認為這本選用塗鴉作為媒介的書，具有極高的社群分享價值。它不像厚重的參考書那樣，讓人光是提到就要先深吸一口氣。相反地，你可以很輕鬆地在咖啡廳裡攤開來看，或者在社群媒體上分享某一張特別傳神的塗鴉圖，引發朋友的好奇心。這種低門檻的親近感，對於推廣科學知識到更廣泛的群眾基礎中，具有不可低估的社會價值。它打破了物理學高高在上的刻板印象，讓大家覺得：「嘿，原來這個我看得懂！」這種自我效能感的建立，遠比記憶幾個物理定律來得更重要。我會很樂意推薦給身邊那些一直覺得理科「很難」的朋友，希望他們能透過這本書，發現物理學其實是一場充滿趣味的視覺解謎遊戲。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，台灣的科普書籍市場競爭激烈，但真正能做到「有趣」又不失「深度」的，鳳毛麟角。我特別關注這本書在解釋那些概念時，語氣的拿捏。如果語氣太過學術，讀者會被排斥；如果語氣太過「裝可愛」，又會讓人覺得不夠尊重知識本身。從電子書的排版來看，他們似乎很注重留白和視覺節奏的控制，這在數位閱讀介面中特別重要，因為眼睛很容易疲勞。我猜測，作者在撰寫時，應該是反覆揣摩，如何用最少的文字，激發讀者最大的好奇心。舉個例子，當談到光速不變性時，如果只是生硬地給出愛因斯坦的假設，讀者可能就跳過去了。但如果能配上一張巧妙的塗鴉，引導讀者去思考「如果我在一輛光速列車上會發生什麼」，那麼這個概念就被活化了。這種引導式的教學法，遠比填鴨式的灌輸要來得有效率得多，尤其對於我們這些習慣用視覺思考的現代人來說，簡直是量身打造。

评分☆☆☆☆☆

閱讀完這本實體書（雖然我主要看的電子版，但實體書的質感還是會讓人有不同的感受），我最佩服的是作者在選擇「51張手繪」這個切入點上的精準度。這絕非隨機挑選的圖案，而是經過深思熟慮的篩選，確保每一張塗鴉都能對應到物理發展史上的關鍵節點。你想想看，要在有限的篇幅內，涵蓋從古希臘的自然哲學一直到量子力學的發展，這對內容的取捨是極大的考驗。很多科普書會貪心地塞進太多細節，結果反而讓人抓不到重點。但從這本書的結構來看，它更像是在搭建一個骨架，讓你先對物理學的演進路徑有個宏觀的認識，之後再去填充那些更深入的知識點。這種「先知其大，再探其微」的策略，對於像我這樣已經脫離學校體系一段時間的讀者來說，重新建立知識體系非常有幫助。它不是要你成為理論物理學家，而是要你理解「為什麼」我們會走到今天的物理學觀點，這才是真正的素養教育啊。