物理學傢的科學講堂:理解科學傢的思考脈絡,掌握世界的定律與真理 (電子書)

物理學傢的科學講堂:理解科學傢的思考脈絡,掌握世界的定律與真理 (電子書) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

田中幸
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具體描述

從「人物」解讀科學的歷史!
 
  現代科學從我們身邊的各種現象,乃至包含地球在內的宇宙的誕生到終結,都已經可以給齣廣泛的解釋。現代科學有時會被當成一個整體,有時則會被分成我物理、化學、生物、地球科學,但這四個領域本來其實是沒有分界的。因為它們全都是為瞭解釋這個世界而存在的研究和知識。
  
  早在很久很久以前,就連科學這個概念本身都還不存在的時候,人類便開始思考、探究、創造,嘗試許多除瞭單純的求生以外的事情。這世界上存在許多喜歡觀察身邊的環境,對各種事物感到好奇,於是追究他們的關聯、原理、成因,並嘗試去預測它們的人。
 
  最終科學演化成一種以無論何時、何地、任何人都能辦到的驗證為根基,講求檢驗,以「實驗」為核心的思維。所謂的驗證的就是反覆確認。我們常聽到可驗證性、可重複性等字眼,而它們正是科學的重要之處。也就是說,隻要進行與前人一樣的實驗,就能得到與前人相同的結論。而重複進行實驗,一定能帶來更進一步的發展。
 
  在各種科學中,物理學的工作是將宇宙的原理拆解成最基礎的組成元件。物理學研究的對象,包含物體的運動、結構、溫度變化、聲音和光、電和磁等等,目的是找齣我們身邊萬事萬物共同的基本規則和關係。現代科學傢要找齣某個問題的答案時,通常會先建立假說,做齣預測,然後進行「實驗」,從實驗結果找齣規律性。而這個方法最早就是由物理學發展而來的。還有,物理學的另一項特徵,就是會用數學式來描述世界的基本定律。
 
  然而,在現在最尖端的物理學領域,最流行的卻是以誇剋為首的基本粒子、大霹靂、黑洞等與宇宙有關的研究。從現代物理學的角度來看,發現重力和電的真麵目,都已經是相當古老的事件。去迴溯這些古老發現的足跡,乍看之下隻有浪漫或歷史性的意義,對於學習科學沒有太多幫助。但這並不是事實。我敢清楚斷言,認識以前的科學傢們的大腦,對生活在現代的我們絕對有幫助。
 
  例如,有些在現代早已被推翻的古希臘先哲亞裏斯多德的思想,仍常常被現代人自然地當成常識。所以去認識這些思想是如何被推翻的非常重要。還有,齣生在日本的關原之戰時代的伽利略,以及伽利略以後的科學傢們的思想,直到今日依然沒有褪色。這是因為物理學是一門藉由亞裏斯多德時代的思想中仍沒有的「實驗」,經過許許多多科學傢的經驗積纍而成的學問。因此迴溯這個纍積的過程同樣十分重要。
 
  閱讀本書時的重點,除瞭認識那位科學傢發現瞭什麼、發明瞭什麼外,更重要的是去認識他們思考的脈絡。愛因斯坦曾說「思考本身就是目的」。物理可以說是一門為「思考」提供瞭良好題材的學科。希望本書也能成為大傢「思考」的契機。
 
本書特色
 
  解答國中生、高中生、大學生關於物理的所有疑惑,收錄瞭15個對學習高中、大學物理有幫助的主題。
  每個主題都會用三位科學傢解說,瞭解「科學傢如何思考」,打好物理學習的基礎!
  
書名:探索未知的邊界:現代科學的哲學與方法 引言:科學的燈塔與人類的求知欲 自古以來,人類從未停止對宇宙和自身的追問。“我們從哪裏來?世界是如何構成的?生命存在的意義是什麼?”這些宏大的命題,構成瞭科學探索的永恒主題。本書旨在帶領讀者深入現代科學的內在邏輯與方法論,探尋支撐起我們對世界認知的基石。我們不局限於具體學科的知識點,而是聚焦於科學思維的構建過程——科學傢們是如何提齣問題、設計實驗、構建理論,並最終達成共識的。 本書將帶領讀者穿越時空的隧道,迴顧科學思想的演變曆程,理解科學哲學如何影響瞭物理學、生物學乃至認知科學的發展方嚮。我們將著重探討科學發現中的創造性與嚴謹性之間的微妙平衡,以及科學理論的本質——它們是真理的絕對描摹,還是對客觀世界的有效近似? 第一章:科學革命的引擎:範式轉換與知識的積纍 科學並非是一條平坦的、持續上升的道路,而是一係列“革命性”的躍遷所驅動的。本章將深入剖析托馬斯·庫恩(Thomas Kuhn)所提齣的“範式”(Paradigm)概念。我們首先會考察亞裏士多德的宇宙觀如何統治瞭西方思想長達韆年,以及哥白尼和伽利略的觀測如何撼動瞭這一舊範式。 我們將詳細分析“常規科學”的運作模式,即在既定框架內解決“謎題”的過程。然而,當纍積的異常現象(Anomalies)多到無法用現有工具解釋時,科學共同體便會麵臨危機,並最終導嚮“科學革命”——一個全新的世界觀的建立。通過考察牛頓力學到愛因斯坦相對論的過渡,讀者可以體會到,理論的更迭不僅是數據的修正,更是思維方式的根本轉變。我們還會討論科學知識的“纍積性”:新理論是如何吸收、修正或完全取代舊理論的,以及這種迭代過程對社會認知産生的深遠影響。 第二章:理論的構建與證僞的藝術 科學理論的有效性在於其解釋力和預測力,但如何判定一個理論是“好”的理論?本章將聚焦於科學方法的核心——卡爾·波普爾(Karl Popper)提齣的“可證僞性”(Falsifiability)原則。我們將探討為什麼一個無法被實驗推翻的理論,無論其多麼優雅,在科學上都是可疑的。 我們會通過具體的曆史案例,例如拉瓦锡的化學革命中對燃燒理論的修正,來展示科學傢如何主動設計“陷阱”來檢驗自己的假設。證僞過程並非是科學的終結,而是新一輪探索的開始。我們還將討論“確認偏差”(Confirmation Bias)對科學研究的潛在威脅,以及嚴格的同行評審(Peer Review)機製如何在很大程度上充當科學共同體的“免疫係統”,確保知識的可靠性。此外,本書還會探討理論的“奧卡姆剃刀”原則——在同等解釋力下,選擇結構更簡潔、假設更少的理論。 第三章:潛藏的假設:測量、模型與實在的距離 我們如何確信我們“看見”的是世界的真實麵貌?現代科學高度依賴於數學模型和精密儀器,但這其中潛藏著深刻的哲學問題。本章將審視“實在論”(Realism)與“反實在論”(Anti-Realism)之間的爭論。經典實在論者堅信,被成功的科學理論所描述的實體(如電子、場)是真實存在的;而工具主義者則認為,理論隻是解決問題的有效工具,其內部結構是否對應客觀世界並不重要。 我們將深入分析“測量”這一行為的本質。從量子力學中觀察者效應的引入,到氣候模型中對復雜係統的簡化,我們發現科學總是在試圖用有限的、可操作的語言去描述無限的、復雜的現象。本章將解析科學模型(Scientific Models)的局限性,探討它們是如何在捕捉現象本質與保持可操作性之間尋求平衡的。讀者將理解,一個完美的數學描述並不必然等同於對物理實在的完整把握。 第四章:交叉領域的挑戰:復雜性、湧現與不可預測性 進入21世紀,科學的焦點正逐漸從簡單的、綫性的係統轉嚮高度復雜的非綫性係統,如天氣、生態係統、大腦活動乃至社會經濟現象。本章探討的是“湧現現象”(Emergence)的概念——簡單規則下如何産生宏大且不可預測的復雜行為。 我們將考察耗散結構理論(Dissipative Structures)和混沌理論(Chaos Theory)對傳統決定論的衝擊。如果初始條件的微小差異會導緻結果的巨大偏離,那麼長期的精確預測是否根本上就是不可能的?本章還將討論跨學科研究的意義,例如,生物學如何藉鑒信息論,物理學如何融入統計力學來解釋生命現象。理解復雜性意味著接受科學知識的邊界並非總能被精確劃定,而是存在著固有的不確定性區域。 第五章:科學的倫理與社會責任:知識的邊界與應用 科學不僅是知識的積纍,也是一種強大的社會實踐。本章關注科學發現的社會責任和倫理睏境。我們考察科學研究如何受到資助結構、政治環境和文化價值觀的影響。科學的“客觀性”是否真的能在社會實踐中保持絕對純粹? 我們將討論科學與技術的互動關係,以及科學發現可能帶來的雙重用途(Dual-Use)問題——一項基礎研究成果可能同時帶來巨大的福祉和潛在的災難。此外,本章還將探討公眾對科學的理解與信任危機,分析虛假信息傳播(Misinformation)對科學共識的侵蝕。科學傢們不僅有責任發現真理,更有責任以負責任的方式傳達這些知識,並在社會決策中提供清晰、誠實的指導。 結語:永不停止的提問 科學的偉大之處,不在於它已經提供瞭多少答案,而在於它教會瞭我們如何更有效地提問。本書的探索之旅旨在培養讀者批判性思維的能力,使之能夠辨識有效論證與僞科學之間的細微差彆。理解科學傢的思考脈絡,並非是去記住無數的公式,而是學會像他們一樣,以懷疑的眼光審視既有的斷言,以嚴謹的態度麵對不確定性,並永遠對未知保持敬畏與好奇。真正的科學精神,是一種持續求索、不斷自我修正的文化。

著者信息

作者簡介
 
田中 幸(Tanaka Miyuki)
 
  生於岐阜縣。晃華學園中學校高等學校教員。自上智大學理工學部物理學科畢業後,在企業從事發電廠設計工作。先後歷任慶應義塾高中、都立日比榖高中、西高中等學校的物理講師後,進入晃華學園中學校高等學校擔任教員。日本物理教育學會、物理教育研究會(APEJ)會員。東京書籍中學理科教科書執筆委員。NHK高中講座物理基礎製作協力。
 
結城 韆代子(Yuuki Chiyoko)
 
  生於東京。上智大學理工學部非常勤講師。國際基督教大學大學院理科教育法修士課程結業。築波大學大學院生物係統研究科肄業。先後歷任國高中、埼玉大學、昭和大學等學校的物理講師後,現擔任上智大學非常勤講師。兼任晃華學園瑪莉亞之園幼稚園園長。東京書籍中學理科、小學理科、小學生活科教科書執筆委員。前NHK高中講座物理基礎講師。著有科學企畫係列『ホット‧ホッター&ホットネス(熱、加熱器&熱量)』(コロナ社)等作。
 
  二人閤著有『新し科學の話(新科學故事 全6本)』(東京書籍)、『探究のあしあと―霧の中の先駆者たち 日本人科學者(探究的軌跡―迷霧中的先行者們 日本科學傢)』(東京書籍)、美好實驗室係列『粒でできた世界(粒子構成的世界)』(太郎次郎社エディタス)、『くっつくふしぎ(不可思議的聚閤力)』(福音館書店)等。

圖書目錄

捲頭語……3
前言……6

第1章 力學之一(運動)……9
亞裏斯多德……10
伽利略……12
笛卡兒……14
從生活思考科學
物理學中的「運動」是什麼?……16
專欄
李奧納多‧達文西與摩擦力……18

第2章 大氣壓與真空…19
托裏切利……20
帕斯卡……22
格裏剋……24
從生活思考科學
什麼是「壓力」?……26
專欄
人們早在江戶時代就知道空氣的存在……28

第3章 力學之二(萬有引力)……29
虎剋……30
牛頓(第6章也會齣場)……32
卡文迪許……34
從生活思考科學
什麼是萬物皆有的「萬有引力」?……36
專欄
牛頓活躍時代的日本……38

年錶① 對力學的建立貢獻卓著的科學傢們……39
創造歷史的科學傢的名言①……40

第4章 溫度……41
塔斯卡尼大公斐迪南二世……42
攝爾修斯……44
剋耳文男爵……46
從生活思考科學
什麼是「溫度」?……48
專欄
「溫度計」的發展史……50

第5章 熱力學……51
瓦特……52
卡諾……54
焦耳……56
從生活思考科學
認識熱力學的發展史

專欄
新概念「熵」的齣現……60

年錶② 對熱力學發展貢獻卓著的科學傢們……60
創造歷史的科學傢的名言②……62

第6章 光之一(波的探究)……63
牛頓(第3章也有齣場)……64
惠更斯……66
楊格……68
從生活思考科學
不可思議的光學現象……70
專欄
什麼是反射所有光的全反射?……72

第7章 聲音……73
傅立葉……74
都蔔勒……76
馬赫……78
從生活思考科學
聲音的性質……80
專欄
畢達哥拉斯與音階……82

年錶③ 與波的研究有關的科學傢們……83
創造歷史的科學傢的名言③……84

第8章 磁與電……85
吉爾伯特……86
庫倫……88
高斯……90
從生活思考科學
靜電與磁鐵有何不同?……92
專欄
貴族們也沉迷其中的靜電……94

第9章 電流……95
伏打……95
安培……98
歐姆……100
從生活思考科學
什麼是「帶電」……102
專欄
電流與磁場的研究者‧奧斯特……104

第10章 電磁波……105
法拉第……106
馬剋士威……108
赫茲……110
從生活思考科學
什麼是電磁波?……112
專欄
電波是哪種電磁波?……114

年錶④ 電磁學的發展與科學傢們……114
創造歷史的科學傢的名言④……116

第11章 原子的結構……117
J.J.湯姆森……118
長岡半太郎……120
拉瑟福……122
從生活思考科學
解開原子結構之謎的契機是花粉……124
專欄
打開核能的大門……126

第12章 輻射線……127
倫琴……128
貝剋勒……130
瑪莉‧居禮……132
從生活思考科學
輻射很可怕嗎?從頭開始認識輻射……134
專欄
被應用在各種領域的輻射線……136

第13章 光之二(波粒二象性)……137
愛因斯坦……138
康普頓……140
德布羅意……142
從生活思考科學
光到底是什麼?從生活的例子到相對論……144
專欄
量子力學與愛因斯坦……146

第14章 量子力學……147
普朗剋……148
波耳……150
薛丁格……152
從生活思考科學
什麼是量子力學?認識量子力學的概念和原理……154
專欄
朝永振一郎與同時代的科學傢們……156

第15章 基本粒子……157
狄拉剋……158
費米……160
蓋爾曼……162
從生活思考科學
認識基本粒子研究的大型設施……164
專欄
日本科學傢的活躍‧湯川秀樹與阪田昌一……166

年錶⑤ 與原子研究有關的科學傢們……167
創造歷史的科學傢的名言⑤……168

參考文獻‧網站一覽……170
索引……174

圖書序言

  • ISBN:9786263048423
  • EISBN:9786263290556
  • 規格:普通級 / 初版
  • 齣版地:颱灣
  • 檔案格式:EPUB固定版型
  • 建議閱讀裝置:平闆
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:60.6MB

圖書試讀

捲頭語
 
  最近的科學技術有許多令人讚嘆的發展。我們正身處一個世界所有角落的新發現,都能轉瞬間傳播至全世界的時代。
 
  另一方麵,這世上也還有很多我們不瞭解的現象。
 
  我們常說地球的歷史有四十六億年,而人類的誕生距今隻有短短二十幾萬年。與地球的歷史相比,可以說人類的誕生就像昨天纔發生的事。其中埃及、希臘、中國等文明大約是在一萬年前興起的。對比之下,近五百年、三百年,甚至一百年間的科學技術發展令人瞠目結舌。
 
  本係列嘗試將科學史分為物理、化學、生物、數學、天文等幾大領域,尤其是從與人物有關的角度來彙整各領域的源流和發展。
 
  我們從每個領域各擷取瞭約十五項主題,再從每項主題中選齣三名對該領域貢獻卓著的偉人,並盡可能以淺顯易懂的方式介紹每位人物的研究成果,以及他們的研究在科學史上帶來的漣漪。
 
  認識瞭研究源流,便會理解這些研究者驚人的想像力與其研究成果的重要性,進而體會到當今的科學技術發展,都是建立在前人的努力之上。
 
  本係列編撰的初衷,是想為社會大眾帶來幫助。
  若有更多人能讀到此書,就是我最大的幸福。
 
編輯代錶
藤嶋昭

用戶評價

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我最近在找那種「啟濛型」的科普讀物,就是那種讀完後會讓你覺得「哇,原來是這樣!」而不是讀完就忘的。這本《物理學傢的科學講堂》聽說就是這類型的代錶作。我的興趣點不在於精確計算,而是那種「哲學層麵」的探討。譬如說,愛因斯坦當初是怎麼跳脫既有框架去思考時間與空間的關係?牛頓在蘋果樹下那一瞬間,他的心靈風景是怎麼樣的?這本書如果能把這些歷史的轉摺點,用非常生活化、貼近人性的方式描寫齣來,我絕對會一口氣把它K完。我最怕那種寫得太學術、充滿瞭隻有物理係學生纔看得懂的術語,這樣就失去瞭「講堂」的意義瞭。我需要的是一個好的說書人,一個能把複雜的概念,拆解成積木一樣,讓我們自己動手組裝的老師。如果它能做到讓人讀完後,走路都會不自覺地去觀察身邊的現象,然後在腦中自動連結到某個物理原理,那它就成功瞭。這不隻是一本書,根本就是一個思維工具箱。

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這本書的書名給瞭我一種非常強烈的「實用感」,雖然它講的是理論物理的基礎,但強調瞭「理解」和「掌握」。在我們這個追求效率和結果的時代,能夠停下來,專注於「如何思考」而不是「思考什麼」,是一種難得的奢侈。我希望這本書的寫作風格是那種充滿熱情的、像是跟一位熱愛自己專業的大師麵對麵請教的感覺。我特別想知道,現代的物理學傢是如何在麵對極端複雜性(比如宇宙學或高維空間)時,還能保持他們的直覺和清晰的邏輯。這本書如果能捕捉到這種「直覺的訓練過程」,而不是隻有最終的數學結果,我會給它滿分。我需要的不是讓我能去解題,而是讓我能理解解題的「美學」。如果讀完後,我能更清晰地嚮我的傢人或朋友解釋,為什麼科學傢們會那麼堅持某些看似反直覺的理論,那這本書的價值就體現齣來瞭。我期望它能成為我書架上那本,每次翻開都能找到新啟發的「常青樹」。

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這本《物理學傢的科學講堂:理解科學傢的思考脈絡,掌握世界的定律與真理》看書名就覺得超有深度,感覺是那種能讓人瞬間提升格局的好書。我平常對物理學其實沒什麼特別的熱衷,頂多在學生時期被考試逼著讀過,但對於「理解科學傢的思考脈絡」這幾個字,實在是太吸引人瞭。你知道嗎,很多時候我們看新聞、聽專傢分析,總覺得他們好像是用一套我們不懂的語言在溝通,彷彿有某種隱藏的思維模式。這本書如果能揭開這個神秘麵紗,讓我窺見那些頂尖頭腦是如何架構他們的論點、如何從觀察到歸納齣複雜的定律,那絕對是物超所值。我期待它能像一位經驗豐富的導遊,帶領我這個物理門外漢,不是去背誦那些拗口的公式,而是去感受科學傢麵對未知時的那種好奇心與嚴謹性。如果它能讓我以後看任何科學發現時,不再隻是驚嘆,而是能試著去「思考」他們是怎麼想齣來的,那就太棒瞭。尤其現在資訊爆炸,分辨真假、看透錶象的能力越來越重要,能夠掌握「世界的定律與真理」,哪怕隻是皮毛,也足以讓人站得更穩。我希望這本書讀完後,能讓我對周遭的世界多瞭一層「科學濾鏡」,看事情的角度會更銳利、更不容易被錶象迷惑。

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說實話,我對颱灣齣版的科普書有時候會有點小小的保留,總覺得翻譯腔太重,讀起來不夠「順」。但這本聽說是在華人世界引起不小迴響,也許是作者本身就具備很強的敘事能力。我對「掌握世界的定律與真理」這部分非常感興趣,這聽起來有點像是某種內功心法。畢竟,物理學不就是人類探索宇宙最基礎規則的努力嗎?如果我們能理解這些定律是如何被建立、被驗證的,那是不是也能應用到我們的生活決策上?例如,麵對一個兩難的處境,能不能像物理學傢處理一個複雜係統一樣,先找齣關鍵變數,然後進行預測性的分析?我希望這本書能提供的不隻是知識,更是一種處理問題的「心法」。我期待的閱讀體驗是,每一章節讀完,都能在我的世界觀上鑿齣一個新的小洞口,讓我能看到過去沒察覺到的風景。這本書的厚度看起來不薄,但如果內容紮實,我願意花時間慢慢咀嚼,因為這種能改變我看待事物深度的書,真的太難得瞭。

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我身邊的朋友都是搞文科的,大傢偶爾會聊到「科學素養」這件事,總覺得我們好像被擋在瞭一個高牆之外。這本《物理學傢的科學講堂》簡直就是為我們這些「仰望者」準備的攀爬工具。我比較在意的是它的「脈絡」建構能力。很多書是點狀的知識堆砌,A定律、B效應,讀完一堆專有名詞,閤起來卻像一盤散沙。我希望這本書能像織布一樣,把這些看似不相關的物理學思想,用科學傢的思考邏輯串聯起來,形成一張完整的網。如果它能清晰地說明,從牛頓到量子力學,中間的思想轉摺是如何發生的,那種「思想的演進史」比單純的定律介紹更有吸引力。我還想知道,當科學傢麵對一個「無解」的問題時,他們是如何「允許自己犯錯」或「如何設計實驗來證明自己是錯的」。這種科學精神的展現,對我建立麵對挑戰的韌性,一定有巨大的幫助。總之,我追求的是一種能引導我進入科學傢心靈世界的鑰匙。

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