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茶杯裡的風暴:丟掉公式,從一杯茶開始看見科學的巧妙與奧祕


商品分類:樂天書城,自然科普,普及科學,科學入門/百科

來自【台灣樂天市場

  • 作者:海倫.齊爾斯基
  • 出版社:三采
  • 出版日:1060804
  • ISBN:9789863428596
  • 語言:中文繁體
  • 裝訂方式:平裝

內容簡介

終於,科學家丟掉公式算式,開始講人話了!

美國Amazon4.4星好評推薦!
《華爾街日報》、《衛報》、《科學》雜誌(Scientific)、《書單》雜誌(Booklist)、《柯克斯書評》(Kirkus Reviews)佳評如潮!
《數學教你不犯錯》作者、數學家 艾倫伯格(Jordan Ellenberg)誠意盛讚:「在每一個岩石下、每一個雨滴旁、每一顆沙子內,海倫‧齊爾斯基都能找到科學展現的奇蹟。」
《悖論》、《解開生命之謎》作者、物理學家 吉姆.艾爾-卡利里(Jim Al-Khalili)傾力推薦:「這本書展現了物理學平易近人而有趣的一面,使我讀起來非常地快樂。」

【文案】

試想一下:
藍莓是藍色的,為什麼藍莓果醬卻是紫色的?
用烤麵包機烤出一片外酥內軟的吐司,會和宇宙過熱現象有關?
如何用一隻手指就能判別生雞蛋和熟雞蛋?
廚師奮力甩動披薩的餅皮,也是在進行一個物理學的動作?

總是有些日常現象被我們視為理所當然,卻往往很少人思考過:「為什麼?」以及「這些事為什麼很重要?」
物理向來似乎只是科學家的事,但經典的物理原理其實無處不在,而且還很日常!這本書正是一場由物理、化學、生物、醫學、能源(甚至還有鐵達尼號!)聯手企劃的驚奇之旅,透過生活中許多習以為常的小事物,展現出最簡單卻極其精巧的科學奧祕!
海倫‧齊爾斯基將所有無法想像而又互相影響的事物巧妙連結,從雞蛋到哈伯望遠鏡、從深海的鯨魚惡鬥巨魷到佛卡夏麵包的烘烤過程,以及從攪動的茶水如何想像地球的大氣……透過她生動俏皮的描述,我們輕盈地越過科學的高牆,看見那些小小的現象各有價值;當它們聚集在一起時,便成就了你我的生活,甚至成為推動世界的巨大力量——

作者簡介

譯者介紹

藍仕豪

生於民國73年的桃園人,因為小學時讀了愛因斯坦的傳記,從此迷戀著科學。雖然大學唸的是工程科學系,卻在研究所時進入天文學的領域:取得清大的碩士之後,更嘗試讓更多朋友了解並喜歡上科學。並且期待科學能夠與人文結合,讓科學更有溫度,讓人文更有活力!

目錄

前言

1. 爆米花與火箭—氣體定律

2. 有起就有落—重力

3. 美麗小世界—表面張力與黏滯性

4. 片刻之間—變化與平衡狀態

5. 波動—從水波到WiFi

6. 鴨子為何不會雙腳冰冷?—原子的舞曲

7. 湯匙、旋轉,還有第一枚人造衛星—轉動的原理

8. 異性相吸—電磁學

9. 不同的視野

致謝

參考資料

自序/導讀

物理學令人著迷的地方就是它無所不在,但是讓我真正喜歡的原因,不只是它呈現出有趣的事實,更可以作為一個隨身攜帶的工具,而且可以隨處使用。之前提到相同的物理原理讓蠍子與單車族生活得更安全, 此外也可以讓通寧水(tonic water) 利用其中含有的奎寧(quinine)成分,在紫外線中放出螢光。此外,還有常用於洗衣粉的增亮劑及螢光筆,甚至螢光筆的墨水也能作為紫外線的檢測劑。下一次使用螢光筆畫重點時,不妨也欣賞一下這個讓紫外線變成可見光的物理魔法吧!


我學習物理學是因為它能解釋我感興趣的事物,讓我了解周遭事情發生的機制,以及世界運作的方式。雖然我已經是一個專業的物理學家,但是有一部分在進行的研究,不需要使用專業的實驗室,或是複雜而強大的電腦與昂貴的軟體;許多令我滿足而有趣的發現,都不是在刻意要研究科學的狀況下出現;在具備許多基礎物理知識之後,整個世界都是我的實驗室,也是遊樂場。


不過對於在公園或是尋常巷弄內發現的科學,人們往往存有偏見,因為它似乎只是小孩子走路分心時會看到的事物,這種應該屬於小孩子的好奇心,好像對成年人沒有真正的用途,由此認為一個成年人的知識與話題,應該是來自於閱讀講述宇宙運作的書籍。不過這種態度卻會讓人錯過許多重要的東西,忽略同樣的物理現象適用於很多地方。
例如,烤麵包機可以教我們一些最基本的物理定律,而且好處是烤麵包機容易取得與操作,透過這臺在廚房常見的機器,就可以見到宇宙最遙遠的地方,相同的物理規則也正在運作。而且當我們了解了為什麼麵包會變熱,這熟悉的概念就能套用在很多地方,即使我們永遠不需要在乎宇宙的溫度,這種方式與能力也是人類文明中一個重要的成就。對於日常科學的觀察與學習而具備的知識及能力,是每一位現代人充分參與人類文明的途徑。


要在不打破蛋殼的情況下,你知道如何分辨生雞蛋與熟雞蛋嗎?這裡介紹一個簡單的方法:首先將蛋放在一個堅硬光滑的表面上,並且開始轉它;在蛋轉動的時候,用手指輕輕固定蛋,讓它靜止一下就放開,如果蛋又開始轉動,那麼這個就是生雞蛋。看似相同的蛋殼之內隱藏了奧祕與解答—如果是熟雞蛋,內部已經變成固體,所以碰觸、固定之後就全部靜止;而生蛋只有外殼靜止,內部的液體仍然在旋轉,等到你放開之後就會繼續牽引著蛋殼轉動。


如果不相信的話,可以找一顆雞蛋試試看!除非有外力推、拉,不然物體會傾向於維持原來的運動。就像蛋裡面旋轉的蛋白一樣,維持不變的轉動量是物理學的一項原理,稱為「角動量守恆」(conservation of angular momentum),但是這種現象不只會發生在雞蛋上。作為人類探索太空的眼睛,哈伯太空望遠鏡(Hubble SpaceTelescope, HST) 自1990 年升空以來, 一直在地球的軌道上運行,至今已經拍攝了成千上萬幀精采絕倫的天文影像,包含了火星的樣貌、天王星的行星環、銀河系最古老的恆星、名字獨特的草帽星系(Sombrero Galaxy, NGC 4594,又稱「闊邊帽星系」)與巨大的蟹狀星雲。
但是這樣一個漂浮在軌道上的望遠鏡,要如何面向宇宙中同一處,並精確地對準太空中微小的光點呢?答案是靠著哈伯太空望遠鏡上攜帶的六具陀螺儀(gyroscopes),它們內部的轉子每分鐘轉動19,200 次。由於角動量守恆,在沒有外力矩改變陀螺儀的情況下,它們的旋轉軸將一直精確地維持在同一方向,因此望遠鏡得以保持鎖定在...

各界推薦/推薦序

鄭永銘

畢業於台師大物理系、化學研究所,曾經擔任台北市教育輔導團資訊教育科輔導員,台北市教育局中小學創意競賽規劃委員,臺北市建國中學物理教師等職務,並經常出席全國中小學創意教學研習之講座,及海峽兩岸中小學資優研習營之講座。目前為公共電視節目的科學顧問。曾指導學生參加2008國際物理奧林匹亞競賽榮獲兩面金牌。

【國際推薦】

「這本書展現了物理學平易近人而有趣的一面,使我讀起來非常地快樂。透過作者的解說,讓我們發現原來單調的日常事物,竟然有著如此迷人的一面,甚至不亞於哈伯望遠鏡看到的天體,或是在大型強子對撞機中產生的物質。」
——《悖論》、《解開生命之謎》作者、物理學家 吉姆.艾爾-卡利里(Jim Al-Khalili)

「這是一本迷人、平易近人而充滿熱情的書。海倫邀請你用她的視角來看這個世界,並了解物理學家的想法,藉此讓你發現隱藏在普通與日常生活背後的科學。」
——《數學的戀愛應用題》作者、數學家 漢娜‧弗萊(Hannah Fry)

「在每一個岩石下、每一個雨滴旁、每一顆沙子內,海倫‧齊爾斯基都能找到科學展現的奇蹟。」
——《數學教你不犯錯》作者、數學家 艾倫伯格(Jordan Ellenberg)

「如果你認為要理解事物運作的原理,是一件比登天還難的事情,那麼請你翻一下這本書,它會帶著你一步登天,並且讓你從高處看到美麗而壯闊的風景。這無疑是一本有趣、迷人而出色的好書。」
——英國喜劇演員與作家 馬庫斯‧布里斯托克(Marcus Brigstocke)

【好評推薦】(按姓氏筆畫排列)

李遠哲    中央研究院前院長
林秀豪    清華大學物理系特聘教授
孫維新    國立自然科學博物館館長/臺灣大學物理學與天文所教授
高涌泉    臺灣大學物理系兼科學教育發展中心主任
彭啟明    大氣科學博士/大愛電視台 氣象主播
黃貞祥    國立清華大學生命科學系助理教授/泛科學專欄作者
鄭國威    泛科學總編輯
賴以威    師大電機系助理教授 數感實驗室共同創辦人
螺螄拜恩 暢銷書人氣作家
簡麗賢    北一女中物理老師
羅焜哲    台南一中物理科教師

「作者用詩意的眼光與文筆,帶領你在日常周遭的小角落,看見物理!」
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內容試閱

任何人在自家廚房進行會爆炸的實驗,可能會引起家庭革命,但如果成品是美味又不會破壞廚房的,那就另當別論了。

乾燥的玉米含有碳水化合物、蛋白質、鐵與鉀,是一種不錯的食物,但是這些東西被包覆在一個堅硬的外殼內,因此若要食用乾燥的玉米,似乎得透過激烈的手段改變現狀。「爆破」是其中一種有效的方式,可以讓玉米爆開而改變形態的成分,就藏在這顆種子當中。昨晚,我經歷了一場充滿爆破的烹飪,因為我做了爆米花,並且發現在玉米不受歡迎的堅固外殼內,竟然隱藏有柔軟的內層。但是為什麼玉米爆炸後會變成蓬鬆的爆米花,而不是碎片?

我將一匙乾燥的玉米粒放到油溫已經很高的平底鍋內,蓋好蓋子並泡上一壺茶。相較於窗外肆虐的狂風暴雨,油鍋內嘶嘶作響的玉米就顯得安靜多了。雖然一開始平底鍋內似乎沒什麼動靜,但是一場關於氣體的好戲正要上演。

每個玉米內部都有胚芽,它們是植物生命的起點,而周圍的胚乳則是胚芽發芽時所需的養分。胚乳主要的成分是澱粉,此外還有大約14%的水分,當水分在鍋中逐漸受熱時,水分子運動越來越劇烈,最後沸騰而變成蒸氣。玉米外殼原先是為了保護種子不受外界傷害,但是加熱中的玉米內部卻開始產生暴動,讓玉米粒變成一個迷你的壓力鍋。當汽化的水分子數量不斷增加,並且以越來越快的速度大力撞擊玉米粒的內壁時,就會形成越來越大的壓力。

壓力鍋就是藉由高溫產生壓力的原理,使得烹飪變得很有效率,同樣的原理也發生在要變成爆米花的玉米內部。當我離開爐子去找茶包時,油鍋的溫度已經將玉米內部的澱粉加壓煮成類似凝膠的糊狀物,此時大多數的玉米殼還能承受壓力,但是當玉米內部溫度上升到180℃時,壓力就接近我們周遭空氣的10倍,而這也是玉米外皮的耐壓極限。

我搖晃了平底鍋一下,聽到第一個爆破聲,幾秒鐘之後,鍋內發出的聲響就像一架扣下扳機的迷你機關槍,許多爆米花敲打著透明鍋蓋的頂部,並且從蓋子的邊緣散發出獨特而令人印象深刻的蒸氣。在我離開幾秒鐘去倒茶的時間裡,這些像彈幕一樣的爆米花就多到把蓋子撐開且跳了出來。

這一個小小的「劇變」前後,有些物理的規則大不相同。在爆米花破殼而出之前,數量固定的水蒸氣,在玉米內部隨著溫度升高而壓力增加、最終超越外皮能承受的極限時,內部所釋放出的高壓澱粉糊不再受到體積限制,可以開始擴張;此時,澱粉糊的分子仍在快速運動,直到它的壓力下降到與外界的大氣壓力相同為止。在這個過程當中,綿密的白色泡沫快速擴大變得蓬鬆,並且將玉米粒內外翻轉。當它冷卻而凝固後,爆米花就完成了。

每當我開心地吃完爆米花時,總會發現一些焦黑在鍋底、沒有成功變成爆米花的玉米粒。這是因為在進入油鍋之前,玉米粒的外殼已經受損,以至於在加熱的過程中,玉米粒當中的水蒸氣不斷散出而無法蓄積壓力。事實上,只有少數穀物可像玉米這樣變成爆米花,主要條件就是外殼必須密閉而沒有氣孔。但若是玉米粒內部的水分不足(原因可能是在不當的季節採收),也會使得壓力不足而無法「爆開」,這些失敗而堅硬的玉米粒就無法食用了。

我將一碗爆得恰到好處又柔軟的爆米花,連同剛泡好的茶放在窗前,欣賞著窗外的暴風雨。也許「爆破」不盡然都是壞事!

地球上有一層包覆著我們的大氣,讓氣體分子永遠存在我們的四周,並且不斷撞擊著我們,以及維繫我們的生存。大氣真正的美妙之處在於它並非處於靜止狀態,而是不斷變化。如果我們的肉眼可以觀察到空氣,將會看到它們豐富的運動。透過這個章節提到的氣體定律...
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茶杯裡的風暴:丟掉公式,從一杯茶開始看見科學的巧妙與奧祕



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