導讀? 一起探索宇宙的奧祕 ?

李昫岱�屋頂上的天文學家主理人、中正大學兼任助理教授

序? 教孩子像科學家一樣思考



第1章? 大地的形狀

天文學的誕生

大地之下，天邊之後

畢達哥拉斯的思辨

亞里斯多德的證據

思辨不能取代實證



第2章? 日心說與地心說之爭

行星的奇怪運動路徑

古代天文學之大成

哥白尼單挑托勒密

思想不能有盲點



第3章? 天空立法者

第谷的臨終託付

克卜勒第一定律

克卜勒第二定律

克卜勒第三定律

不要預設教條



第4章? 四條原理統領宇宙

一個橢圓

《自然哲學的數學原理》面世

牛頓三定律和萬有引力

天體物理學

宇宙可以被理解



第5章? 18世紀的天文學第一問題

三角測量法

哈雷的絕妙主意

史上最倒楣的天文學家

天文單位

知識得來不易



第6章? 宇宙中的一座座孤島

伽利略看清銀河的真相

卡普坦宇宙

世紀天文大辯論

銀河系是一座孤島

永不消失的好奇心



第7章? 宇宙的中心在哪裡？

哈伯發現星系退行

宇宙大霹靂

宇宙微波背景輻射

不凡的主張需要不凡的證據



第8章? 宇宙的年齡原來這樣推算

如何測量麵團膨脹了多久？

如何測量宇宙膨脹了多久？

宇宙年齡的證據

沒有測量就沒有科學



第9章? 宇宙有限還是無限？

宇宙有沒有邊界？

宇宙沒按常理出牌

測量宇宙曲率的方法

不可思議的無限大

過程比結論更重要



第10章 宇宙終結之謎

追問宇宙命運的意義

熵增原理

宇宙熱寂假說

宇宙大撕裂假說

探索永無止境

作者序



教孩子像科學家一樣思考



　　近兩年，每當我舉辦親子科普講座後，最多家長提問的問題是：「汪老師，能不能推薦幾本科普好書給我家孩子呢？」坦白說，此時我總是有點尷尬，因為我無法脫口而出，熱情地推薦某一本書。回想我小時候看過的科普書，主題大多是「飛碟是外星人的太空船」、「金字塔的神祕力量」等「世界未解之謎」。現在看來，這些書的內容多半屬於偽科學，毫無科學精神可言。



　　當我有分辨科普書的能力時，已經快三十歲了，自然不會再看寫給青少年的科普書。後來，隨著女兒漸漸長大，我開始為她挑選科普書，這才發現，想找到一本讓我完全滿意的青少年科普書，竟然那麼難。雖然市面上有《科學家故事100個》、《10萬個為什麼》、《昆蟲記》、《萬物簡史（少兒彩繪版）》等優秀作品，但我希望孩子閱讀科普書不僅能掌握科學知識，還能領悟科學思維。所謂科學素養，包括科學知識和科學思維，兩者相輔相成，缺一不可。只有兩者均衡發展，才能有效提升個人的科學素養。



　　也就是說，科學知識要學，但不能只學科學知識；科學家的故事要看，但也不能只看科學家的故事。



　　比科學故事更重要的是科學思維。



　　因此，我想寫一套啟發孩子科學思維的叢書，為他們補充並強化科普知識。跟孩子講如何學習科學思維，遠比成人困難得多，因為科學思維講求邏輯和實證，這些概念比較抽象。若想讓孩子理解抽象的概念，必須結合具體的科學知識和故事，而不是枯燥的說教。所以，給青少年看的科普書，首要重點是「好看」，沒有這個前提，其他都是空談。



　　在《原來科學家這樣想》這套叢書中，我會用淺顯易懂的語言、生動的故事，解答孩子最好奇的問題。例如：可能實現時間旅行嗎？黑洞、白洞跟蟲洞是什麼？光到底是什麼？量子隱形傳輸速度可以超光速嗎？宇宙有多大？宇宙的外面還有宇宙嗎？……除了回答孩子的10萬個為什麼，更重要的是教孩子像科學家一樣思考。



　　科學啟蒙，從這裡開始。



導讀



一起探索宇宙的奧祕

李昫岱�屋頂上的天文學家主理人、中正大學兼任助理教授



　　我像是在海邊玩耍的小孩，對偶然發現的美麗石頭或貝殼感到滿心歡喜，卻忘了宇宙中的未知就像眼前大海般遼闊──牛頓



　　還記得小時候對世界充滿好奇，可以在沙灘上玩好久，急切的想知道沙灘上的砂粒有幾顆？為什麼海浪一直拍打著沙灘？海看不到邊，它到底有多大？海水為什麼是鹹的？海的那一邊是哪裡？每一件事都好有趣，好多的問題都想知道答案。



　　長大後知道的事愈來愈多，漸漸的每件事都變得習以為常，不再新鮮有趣。忙碌的生活和工作的壓力，讓人漸漸失去好奇心。



　　《如何測量宇宙膨脹的速度》描述天文學家探索宇宙的歷程，仔細看一下他們問的問題，你小時候可能也問過，宇宙有多大？宇宙怎麼來的？天文學家的心裡好像都住著一個長不大的小孩，這些小孩沒有隨著年齡長大，旺盛的好奇心永遠都想知道為什麼。



　　托勒密認為地球是宇宙的中心，日月行星繞著地球運行。哥白尼提出太陽才是宇宙的中心，行星以圓形軌道繞太陽。伽利略從望遠鏡看到金星出現月亮般的盈虧現象，證實金星繞著太陽運行而不是地球，證明哥白尼的想法是對的。克卜勒則用第谷的觀測資料，推導出行星以橢圓軌道繞太陽運行，讓哥白尼的日心說更加正確。



　　牛頓匯集前人的想法，加上自己獨特的見解，提出萬有引力理論，從此日月星辰的運行，都可以用牛頓力學來解釋。但是還是有一些牛頓力學無法解釋的少數例外，例如水星繞太陽公轉的軌道，與牛頓力學預測有些微的差異，後來愛因斯坦的相對論解決了這些問題。



　　牛頓和愛因斯坦兩位偉大的科學家都認為宇宙是靜止的，不膨脹也不收縮。1922年，蘇聯科學家弗里德曼從相對論中發現宇宙膨脹的可能性，他是最早提出宇宙不是靜止的科學家。1929年，美國天文學家哈伯透過望遠鏡發現整個宇宙正在膨脹，這個觀測上的證據顛覆了眾人的想法。後來的科學家根據這些宇宙膨脹的證據建立了大霹靂模型。



　　仔細看這些科學家，每個人在探索未知的歷程上都像是摸著石頭過河，他們改進前人的想法，接受其他人的檢驗，解決問題後，後人接棒後繼續前進，這正是科學可貴的地方。



　　科學家探索宇宙的腳步從不停歇。1998年，科學家意外發現宇宙不僅僅在膨脹，而且是加速膨脹！科學家認為宇宙加速膨脹來自於一股看不見、未知的能量，所以稱它為暗能量。另外，宇宙中除了我們熟悉的一般物質，還有所謂的暗物質，暗物質跟暗能量一樣都看不見，暗物質的量是一般物質的5倍！



　　什麼是暗物質？為什麼比物質多卻看不見？暗能量又是什麼？這些宇宙的未解之謎，等待新一代科學家加入探索的行列，提出新的想法和思維，繼續探索宇宙的奧秘！