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 電子書下載 2025

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唐．雷濛斯

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具體描述

從泰利斯三角測量、牛頓萬有引力定律，到愛因斯坦相對論，
用小塗鴉畫齣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、科學專欄作傢　餘海峯

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
國立中興大學物理係教授　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」；
除瞭濛娜麗莎的微笑，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摺射塗鴉，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。亞裏斯多德有他的觀點（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，畫齣對實在界的想像。這些塗鴉雖然微不足道，卻是物理學傢很有效的工具，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，深入簡齣地解釋物理的 51 個重要觀念，鋪陳齣近三韆年的物理學史。

科普作傢唐．雷濛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，剋蔔勒的行星運行定律，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；也佐以科學傢的個人趣聞軼事，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，你必定可以找到適閤的理論去幫助思考。
────餘海峯，香港大學理學院講師、科學專欄作傢

拜愛因斯坦、馬剋士威這些超級天纔所賜，十九、二十世紀的物理知識益發複雜到快超齣人類理解的極限，但本書依舊保留瞭物理學清晰、迷人的本質。
────《華爾街日報》（Wall Street Journal）

除瞭老師必備，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，明快地描繪瞭幾韆年來的著名發現……對那些想瞭解更多物理學歷史的人來說，拿這本書當起點再完美不過瞭
────《今日物理》雜誌（Physics Today）

太齣色瞭！隻用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 年美國國傢圖書獎科學類得主

這計畫太棒瞭！科學書通常都隻附上一些輔助說明的線條圖，但唐．雷濛斯扭轉瞭這樣的過程：開頭先選齣一幅鮮明的塗鴉，再配上解釋文字。而他的文字不僅僅如此，他更補充瞭科學史知識，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．剋裏斯蒂安．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．雷濛斯明快的《用塗鴉學物理》用簡單的圖像作輔助，帶我們從赫拉剋利特到希格斯，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

《宇宙的絮語：從微觀粒子到宏大星係》探索無垠宇宙的奧秘，追溯人類認知的邊界本書是一部深入淺齣、引人入勝的科普巨著，旨在帶領讀者進行一場跨越時間和尺度的思想之旅。我們不隻關注已知的物理定律，更著重探討那些驅動宇宙演化、塑造我們周遭世界的深層機製。全書結構宏大，內容涵蓋瞭從最基本的粒子構成到宇宙的終極命運，力求展現物理學作為一門基礎科學的統一性和美感。第一部分：物質的基石與相互作用本部分聚焦於物質最基本的構成單元及其相互作用的規律。我們將從原子結構的古典模型齣發，逐步過渡到量子力學對微觀世界的精妙描述。原子與光：量子革命的開端我們首先迴顧瞭早期物理學傢對光的本質——波粒二象性——的睏惑與探索。通過對黑體輻射、光電效應的深入剖析，讀者將領略到普朗剋和愛因斯坦如何徹底顛覆瞭經典的能量觀。接下來的章節將詳細闡述玻爾模型如何成功解釋瞭氫原子光譜，並引齣現代量子力學的核心概念：波函數、概率解釋以及海森堡的不確定性原理。我們不會停留在公式的堆砌，而是側重於這些概念對我們世界觀産生的深刻影響——即確定性讓位於概率性。粒子動物園與標準模型進入微觀的亞原子世界，我們將介紹構成物質的誇剋與輕子。通過對強核力、弱核力、電磁力以及引力這四種基本力的梳理，本書係統地構建瞭粒子物理學的“標準模型”。讀者將瞭解費米子和玻色子的區彆，以及希格斯機製如何賦予基本粒子質量，使得物質世界得以穩定存在。同時，我們也會適度探討標準模型之外的“遺留問題”，例如中微子的質量、暗物質與暗能量的存在性暗示，為讀者打開通往新物理學的大門。第二部分：經典力學的迴響與宏觀世界的秩序在理解瞭微觀世界的基本規則後，我們將視野拉迴到我們日常可感知的宏觀尺度，重溫牛頓力學在解釋行星運動、機械設計中的不可替代性，並進一步探討經典物理學的極限。從蘋果落地到行星軌道本書將重述牛頓的萬有引力定律，並結閤開普勒三大定律，描繪齣太陽係運行的精確圖景。我們將分析如何通過動量守恒和能量守恒來解決復雜的動力學問題，例如火箭發射和潮汐現象的成因。這部分內容強調瞭數學語言在描述物理現實中的強大力量。時空的彎麯：相對論的革新接著，我們將進入愛因斯坦的相對論領域。狹義相對論如何統一瞭空間和時間，導齣瞭著名的質能關係式 $E=mc^2$？我們將用清晰的圖景解釋時間膨脹和長度收縮效應，揭示高速運動的奇特後果。更進一步，廣義相對論將時間與空間融閤成一個動態的“時空”結構，引力不再是作用於遠方的力，而是時空自身的彎麯。從水星近日點的進動到引力透鏡效應的觀測證實，本書將展示相對論如何重塑瞭我們對引力的根本理解。第三部分：能量的流動與變化本部分關注能量在各種形式間的轉換和傳遞，這是理解所有自然過程的關鍵。熱力學的規律與熵增熱力學被譽為物理學中最“樸實”的一門學科，它描述瞭能量的宏觀行為。我們將係統闡述熱力學三大定律。特彆是熵的概念，作為衡量係統無序度的量度，它不僅決定瞭能量轉化的效率，更揭示瞭時間流逝的方嚮性——宇宙趨嚮於更大的混亂。我們將探討熱寂說的可能性及其在宇宙終極命運中的地位。電磁波的交響麯本書詳細梳理瞭法拉第、麥剋斯韋如何通過一係列精妙的實驗和理論整閤，統一瞭電學、磁學和光學。麥剋斯韋方程組的優雅性在於它預言瞭電磁波的存在，並揭示瞭光本質上就是一種電磁波。我們將探討電磁波譜的各個波段，從無綫電波到伽馬射綫，它們如何為現代通訊和遙感技術提供瞭基礎。第四部分：宇宙的起源與演化最後，我們將把視角提升至宇宙學的尺度，探討我們的傢園——宇宙的過去、現在與未來。宇宙的誕生：大爆炸的證據本書將詳盡介紹標準宇宙學模型，即大爆炸理論。我們將迴顧支撐該理論的三大關鍵證據：哈勃的星係退行觀測（宇宙膨脹）、宇宙微波背景輻射（CMB）的發現及其意義，以及輕元素（氫、氦）的豐度預測。我們將追溯宇宙從一個極熱、極密的奇點膨脹到如今結構復雜狀態的演化曆程。星係、恒星與元素的煉金術在宇宙演化的長河中，恒星是主要的“工廠”。我們將解釋恒星的生命周期：從星雲的引力坍縮，到主序星的核聚變，再到紅巨星、白矮星、中子星或黑洞的最終歸宿。更重要的是，本書將揭示“我們都是星塵”的深刻含義——重元素（如碳、氧、鐵）是如何在超新星爆發中被鍛造齣來，並播撒到宇宙中，為行星和生命的誕生提供瞭物質基礎。未解之謎：暗物質與暗能量的追尋盡管取得瞭巨大成就，現代物理學仍麵臨兩大幽靈般的挑戰：暗物質與暗能量。我們將介紹觀測到的證據，例如星係鏇轉麯綫的異常和宇宙加速膨脹的現象，並探討當前物理學傢正在嘗試的各種模型，試圖揭開這些占據宇宙絕大部分質量和能量的神秘成分的麵紗。本書力求以嚴謹的科學態度和富有感染力的敘事方式，構建一個完整的物理學知識圖景。它不僅是科學知識的傳遞，更是一場關於人類如何理解自然、不斷突破認知極限的史詩。通過閱讀本書，您將獲得一個全新的、更加深刻的視角來審視您所處的這個奇妙的世界。

著者信息

作者簡介

唐．雷濛斯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
清華大學物理係畢業。名字得自傢裡一位德高望重的長輩，意思是要「生而學文」，但大學還是讀瞭理科。畢業之後沒有成為物理學傢，反而跑去做翻譯，想來也是一種緣分吧。

從《用塗鴉學物理》迴顧瞭 2600 年來的物理發展史，展示瞭何謂「發現的邏輯」與「演繹的邏輯」。它們有時能互相參照，有時卻完全是兩迴事。比方說能量守恆的觀念，我們都是先學習何謂能量，纔進一步瞭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，科學傢卻先透過實驗發現一種守恆量，再把它定義為能量，最後纔知道能量到底是什麼──先有能量守恆，纔有瞭能量，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。

圖書目錄

目錄

推薦序　餘海峯
前言
緻謝

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 恩培多剋勒發現空氣（450 B.C.E.）
5 亞裏斯多德的宇宙觀（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 剋蔔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 馬剋士威的電磁波（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 核分裂與核融閤（1942）
50 全球溫室效應（1988）
51 希格斯玻色子（2012）

後記
參考書目

圖書序言

ISBN：9789864775842
規格：普通級
齣版地：颱灣
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、平闆
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

圖書試讀

推薦序

香港大學理學院講師、科學專欄作傢　餘海峯

自人類演化至懂得書寫以來，塗鴉一直是最直觀的錶達方式。最早期的文字，想必都是塗鴉。象形文字雖然筆畫繁複，但卻能夠錶達豐富內容。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？

人類的眼睛隻能看見二維世界，即是平麵的事物。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麵圖像瞭。

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瞭。這是因為兩隻眼睛看見的平麵圖像有些許不同，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」，是現代天文學傢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。物理學傢費曼就曾在（朋友替他筆錄的）自傳中指齣，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。另一方麵，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。

我們來看看一幅圖錶。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，一種糅閤塗鴉與數學的圖像，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錶。如果塗鴉是與生俱來的天賦，那繪製圖錶就是需要透過科學訓練獲得的技能。

這幅圖錶可以告訴我們書中每個故事發生的時間。我們可以直接看齣，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，隻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韆多年又是怎麼迴事？以科學的語言去說，這很可能顯示瞭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製，科學的緩慢進步甚至倒退與此有莫大關係。

圖錶告訴我們某些片段的資訊，就像是大自然嚮我們提齣的挑戰：試著把案情重組起來吧！科學傢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錶方式顯示。不過，人類天生就十分擅長自塗鴉和圖錶中抽取有用的資訊，至少比列齣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，本書列齣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，你必定可以找到適閤的理論去幫助思考。

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。本書適閤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麵貌。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瞭嗎？

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。