書摘

搜查任務：支配世界的物理定律 
 
我是科學神探夏洛克‧歐姆，歡迎一起搭乘這艘火箭前往天涯海角，探索宇宙的奧祕！ 
 
科學家說宇宙的年齡大約有 138 億年，但沒有人真正知道宇宙是怎麼誕生的，也不知道它為什麼會誕生。因為有些線索目前還找不到，真相仍然是個謎。 
不過，數千年來在許多聰明的科學偵探的調查之下，萬事萬物──包括地球上、太空中，甚至更遙遠地方的許多規則已經一一揭露。 
科學家將這些規則稱為「定律」，這些定律可以解釋大多數的物質及能量形式……沒錯，幾乎包含宇宙中所有的事物，只有少數例外（請見右頁）。 
必須先說明的是，本書要談的是「大的」東西──我們能觸摸、聽聞、看見、偵測與測量的東西。無論是流水還是流星，火箭還是火雞，猩猩、恆星還是團團轉的星系，都遵循這些定律。 
簡單來說，這些定律支配了一切。了解這些定律，我們就能讓太空船飛向火星、讓太空人登上月球、聆聽來自遙遠恆星的訊息……完成許多日常或偉大的事物。 
想知道這一切的奧祕嗎？跳上火箭，和我以及我毛茸茸的朋友──萊利與海蒂結伴同行。靠緊座椅、繫好安全帶，準備來一場親身經「力」的旅行吧！ 
 
從竹箭到火箭 
自從人類開始運用工具，30 萬年來，我們手中的工具已經有巨大的變化；但如何讓這些工具順利運作的定律卻沒有太大的改變。讓竹箭能射入空中的定律，也是火箭之所以能脫離地球的引力、飛向太空的定律；而且，同樣的定律也讓竹箭和火箭最後都會落回地面。 
 
霹靂∼啪啦∼砰！ 
有一種說法主張宇宙是大約138億年前，在一場「大暴脹」中誕生；科學家用 Big  Bang 來形容，中文稱為「大霹靂」。提出大霹靂的科學家認為，宇宙始於一個超熱、超緻密的能量點──稱為「初始奇異點」，在不到億兆分之一秒間，體積突然膨脹了幾兆倍，接著產生了物質、光和時間，最後導致了恆星、行星、星系……還有你的誕生！ 
 
真的是這樣嗎？ 
「大霹靂」這樣的主張，科學家會歸類為「學說」──可以把已經發生的事解釋得很好，但是無從證明它是對的。因此科學家會不斷做實驗，並進行觀察，好尋找證據來支持他們的想法。當你閱讀本書中的漫畫「原理的原點」時就會發現：就算是超級優秀的科學家，想法也未必正確！ 
 
大或小，有關係！ 
宇宙浩瀚無垠，沒有人知道宇宙到底是什麼形狀，但科學家估計它的寬度大約有900,000,000,000,000,000,000,000 公里；那是地球到太陽之間距離的一千兆倍。在尺度的另一端，宇宙中最小的東西比原子核還要小一百萬兆倍。當物體超級小、運動速度超級快……快到接近光速時，本書所介紹的規則都有待修正──那些物體適用全新的規則，但我們對那些規則還不夠了解……關於這個謎團，從第 56 頁起將有進一步的說明。 
 
跟上潮流──電流、電力、電阻 
 
有了電，我們才擁有便利的現代生活。想想看，許多不需要出門就能享受的事，例如看電視、玩手機、逛網路，還有微波一大碗香噴噴、熱騰騰的奶油爆米花……如果沒有電，全都做不到。無論你用的電是來自電池、行動電源，還是牆上的插座，它們都有共同的祕密…… 
 
兩種電流 
電子的流動會形成電流。在以電池作為電源的簡單電路中，電子由負極（又稱陽極，以－號標示）流向正極（又稱為陰極，以＋號標示）。這種單方向的電流稱為直流電（簡寫為DC）。來自插座的家庭用電，電流每秒來回變換方向 50 或 60 次，稱為交流電（簡寫為 AC）。 
 
安全第一 
為了因應現代生活對電力的需求，就算是一般的家庭用電也有很高的功率，如果沒有妥善且安全的使用，將會造成傷害。所以絕對不要碰觸、破壞或玩（裸露的）電線；也不要把任何物品──尤其是手指頭放進插座裡。 
 
魚貫前進 
電子以接近光速的速率繞著原子核轉；但是在電路中，一群電子沿著導線前進的速率大約只有每秒1毫米。雖然聽起來很慢，但是每當我們按下開關，電器就能立刻運作，那是因為開啟電源會使電路從一端引進一顆電子，另一端立刻擠出一顆原本就在那裡的電子──就像是桌子邊緣已經排滿了一整列的彈珠，然後你從尾端再加入一顆新彈珠一樣。 
 
暢行無阻？ 
容易讓電流通過的物質稱為電的良導體──幾乎所有的金屬都是，因此電線裡可以找到銅、鐵或鋁。電流不容易通過的物質稱為絕緣體，包覆在電線或電纜外的塑膠或橡膠都是絕緣體，可以保護我們避免觸電。 
 
青史留名 
電學所使用的單位大多以電力偵探（請見第 52–53 頁）的姓名來命名。例如：電壓以伏特（V）為單位，是為了紀念伏打；電流以安培（A）為單位，是為了紀念安培。電阻（請見下一段的說明）則是為了紀念德國物理學家歐姆，而以歐姆（符號是希臘字母Ω）為單位……沒錯，和本書的科學偵探同名！ 
 
阻礙帶來光和熱？ 
電子在電路中流動時，會撞到上億顆原子，阻礙它們通行，這種性質稱為電阻。電流有點類似在水管中移動的水流──在材質不變的前提下，比起細長的導線，粗而短的導線電阻比較小。傳統的燈泡裡有非常細、繞成很多圈的燈絲，為了克服電阻，電子在流經燈絲時失去的能量會以光和熱的形式釋放出來，所以傳統燈泡非常燙！ 
 
在家動手做 
找出家裡的吹風機或電熱水壺，在不插電的情況下，觀察上面的標示，可以知道這種電器適用的電壓與電流數值。世界各國的家用電壓並不相同──在歐洲，電壓一般是 220V 或 240V；在美國和臺灣則是110V 或 220V。 
 
有多少瓦？ 
為了紀念蘇格蘭工程師瓦特，電器的功率（作功的速率）以瓦（W）為單位；一瓦代表每秒消耗（或輸出）一焦耳的能量。你通常可以在電器的標示上找到它的額定功率──在一定的電壓下工作時，能輸出或處理的功率大小。 
 
以下是幾個常見物體的輸出功率：  
省電燈泡：約7W 
筆記型電腦：約50W 
快煮壺：約2000W 
人體：約100W 
太陽：約383,000,000,000,000,000,000,000,000W，可以供應一千九百億兆個快煮壺將水煮開！想來杯熱茶嗎？ 

目錄

目  次 
 
搜查任務：支配世界的物理定律    4-5 
無所不在的奇妙科學：物理學    6-7 
原理的原點1 偵察報告：那些最早的物理學家    8-9  
接觸或不接觸──不容忽視的力    10-11 
是阻力也是助力──摩擦力    12 
原理的原點2 偵察報告：牛脾氣的牛頓    13 
動起來！牛頓三大運動定律    14-15 
行進中，注意安全！慣性和動量    16-17 
不斷追尋──重力的真相    18-19 
小還要更小？深入調查物質！    20-21 
剛剛好才好──活在壓力下    22-23 
浮游世界──密度比一比    24 
原理的原點3 偵察報告：不能小看的物理學家    25  
展翼高飛──向空氣借力    26-27 
身歷其聲──值得喝采的聲音    28-29 
千變萬化、無所不能的能量    30-31 
綠色、潔淨、愛地球──永續的能源    32-33 
原理的原點4 偵察報告：改變世界的簡單機械    34-35 
該上工了！「作功」的能力    36-37 
熱門話題──冷與熱的變化    38-39 
原理的原點5 偵察報告：冷和熱的標準    40 
超越尺度！    41 
看！那裡有光──可見光的性質    42-43 
波光閃閃──認識電磁波    44-45 
放射性──既危險又有用    46 
原理的原點6 偵察報告：優秀的光譜偵探    47 
夢幻的相遇──磁場與磁力    48-49 
閃電戰術──出其不意的靜電    50-51 
原理的原點7 偵察報告：傑出的電力偵探    52-53 
跟上潮流──電流、電力、電阻    54-55 
原理的原點8 偵察報告：思維超前的愛因斯坦    56-57  
小東西大意義──量子世界    58 
回到地球──我們唯一的家園    59 
名詞解釋    60-61 
索 引     62-63 

專家推薦

綱舉目張的物理科普書 
《宇宙奧祕偵查隊》內容豐富，卻又言簡意賅，幾乎涵蓋生活中的物理現象及概念，從生活中的力學、光學、電磁學延伸至影響現代科技發展的近代物理學等。如果想了解物理學概念，不涉及數學式，這是一本值得推薦讀者閱讀的好書！ 
對一般人而言，摩擦力是個不易理解的的概念，生活卻離不開摩擦力。這本書以滑冰、衝浪、太空站中的太空人為例，具體說明摩擦力既可能是阻力，也可能是助力，釐清讀者的疑惑。熱和電磁輻射也是生活中重要的物理概念，但一般知識媒介的相關介紹非常有限；這本書以別具風格的圖文，說明熱力學定律和電磁波特性，引導讀者認識微波、可見光、X射線等電磁波在生活中的應用，既清楚又實用！ 
物理學的發展有其脈絡，從帶動工業革命到現代科技的發展，繼續引領人工智慧和量子科技的突破，本書也能以流暢的架構讓讀者一窺科技精采的演進史。認識物理學不僅增進科學知識，更能看到科技的前瞻與展望。非常推薦親子共讀《宇宙奧祕偵查隊》，開啟科學發展的廣泛視野，還能在生活中落實觀察、思考、提問、動手做，進一步探索生活與廣袤宇宙的深刻連結！ 
——本書審定 簡麗賢 北一女中物理教師、《如何學好高中物理》作者

這本書的與眾不同之處，在於它成功平衡了教育與娛樂。作者不但捕捉了宇宙間基本的科學原理、展示了科學的奇蹟，也讓讀者了解物理定律無遠弗屆的影響力，以及近代物理學和量子力學的奇妙與複雜性。每一頁中有趣的插圖和圖表，進一步強化了本書的可讀性；不嚴肅也不複雜的圖解方式，讓許多抽象的概念變得容易掌握。此外，作者利用漫畫引入科學家的故事，不僅帶領讀者認識不同時代傑出的物理學家，同時也能了解物理學的演進史。總而言之，這是一本出色的科普讀物，就算是不具任何背景知識的讀者，也能因為這本書而對生活周遭的事物、對宇宙、對於支配這一切的原理充滿好奇，想要一探究竟！ 
——amazon★★★★★五星評鑑 

這本書的插圖精美、視覺上非常吸引人，我的孩子一翻開書很快就被吸引了！仔細閱讀，會發現書中整合了大量的知識，幾乎每一段圖文都是一個科學原理，或一個生活中能找得到的原理應用小活動；很難想像作者和繪者是如何將那麼多元又複雜的物理知識整合在一起，成就這本精美的讀物。如果你的孩子在10歲以下，建議和孩子一起共讀，一天讀一頁就已經有夠多的收穫！此外，這本書不一定要依照頁次順序讀，因為出現在不同頁面的相關知識都有提示，讓你知道可以在哪裡尋找。所以，只要從孩子感興趣的地方開始，就能開啟一段段有趣的知識之旅；不需要著急，因為這本書值得你和孩子慢慢享受！ 
——amazon★★★★★五星評鑑

序言

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