基本介紹
內容簡介
《悖論：破解科學史上最複雜的9大謎團》是國際頂尖物理學家，英國薩里大學教授，英國知名學者、作家及節目主持人吉姆·艾爾-哈利利的巔峰之作，作者榮獲英國麥可·法拉第獎和開爾文獎。
這是一本挑戰智商與邏輯思維的科普奇書，書中9大悖論帶你用最有趣的方式，一次搞懂最偉大的科學發現。
作者用深入淺出、輕鬆有趣地口吻詳細講授了世界上最聰明的科學家都曾被考倒的經典難題，包含阿基里斯與龜、麥克斯韋精靈、祖父悖論、奧伯斯佯謬、拉普拉斯妖等。
美國著名科普雜誌《今日物理學》主編羅伯特·馬赫以及科幻與通俗科學教授、物理學博士葉李華隆重推薦給熱愛科學的所有人。
這不僅僅是一本科普讀物，而是傳遞科學文化、啟迪愛好科學的人們思考、開拓眼界的趣味知識書。《悖論：破解科學史上最複雜的9大謎團》一改以往科普圖書遠在雲端、高不可攀、深不可測的特點，實現了幽默文風與理性科學的融合，對於包括青少年朋友在內的廣大科普愛好者掌握科學方法，引導其今後的人生道路和方向，都有積極良好的作用。
作者簡介
吉姆·艾爾─哈利利，出生於伊拉克，是國際頂尖物理學家，英國薩里大學教授，英國知名學者、作家及節目主持人。他在任教期間，主要從事量子力學的研究，屢獲佳績。
吉姆有多本科普書籍，已被譯為20多種語言在世界各國出版，最新著作為《探路者：阿拉伯科學的黃金時期》。他主持過多個電視與廣播節目，包括獲得英國影藝學院獎（BAFTA）提名的《化學：一段揮發性的歷史》以及《渾沌的秘密生活》。目前主持BBC第四廣播電台每周一期的科學節目《科學化的生活》。
吉姆曾被授予大英帝國官佐勳章（OBE），在2007年和2011年，他分別被英國皇家學會和英國物理學會授予麥可·法拉第獎和開爾文獎，以表彰他在科學教育方面的貢獻。
專業推薦
讓既不懂物理學又不懂數學的人理解量子力學與廣義相對論，是件多么了不起的工作啊。這九則重要的科學悖論，透過作者旁徵博引的生動筆觸，深入淺出地介紹給讀者，讀來引人入勝，趣味橫生，不僅適合於對科學有興趣的一般讀者，也能為專業科學工作者帶來意想不到的收穫。
——羅伯特·馬赫，《今日物理學》主編
所謂的科普書或通俗科學讀物，顧名思義都是以儘量通俗易懂的方式來推廣科學知識。至於如何做到通俗易懂，不同的作者自有不同的法門，例如文筆生動、深入淺出、風趣幽默。本書作者是我十分喜愛的科普節目主持人，在此之前，我早已看過他擔綱的許多科普影集，每每受益良多。讀完本書後，我才驚覺他的科普寫作也是一絕，稱之為科普全才絕不為過。
——葉李華（科幻與通俗科學教授，物理學博士）
如果你過去五年來沒有讀過任何一本熱門的科普書，那你一定得看看這本書。說幾句關於本書寫作風格和專業水平的話吧，這絕不是給傻瓜看的“悖論”，怛它並不需要讀者具備很深厚的理解和欣賞水平，只要你熱愛科學和學習，這本書是不錯的選擇。
——美國亞馬遜讀者好評
圖書目錄
導讀 葉李華 科幻與通俗科學教授
反其道而行的科普奇書
推薦序 簡麗賢 北一女中物理教師
享受閱讀與思考的愉快
譯者序 戴凡惟
關於科學悖論的二三事：為什麼我們要探討科學悖論
前言
第一章 綜藝秀里的悖論
簡單的機率，顛覆你的思考邏輯
消失的一塊錢之謎
貝特朗箱子悖論
生日悖論
蒙提霍爾悖論
第二章 阿基里斯與龜
一切運動皆為假象
二分法悖論
運動場悖論
飛矢不動悖論
芝諾悖論與量子力學
第三章 奧伯斯佯謬
為什麼入夜之後天色會變暗
數不盡的星星
不斷擴張的宇宙
大爆炸的證實
最終解答
關於最終解答以及大爆炸的證實
第四章 麥克斯韋精靈
永動機是可行的嗎
鬆掉的發條，洗均勻的牌，與漸增的亂度
單向閥
可是精靈更為聰明……
“隨機”究竟是什麼意思
永動機
麥克斯韋精靈與量子力學
第五章 竿與穀倉悖論
一根竿子究竟有多長？這要視它移動得多快而定
關於光的本質
縮短的長度
星際之旅
再論竿與穀倉
第六章 孿生子悖論
藉由高速運動，我們可以跨入未來
時間是什麼
讓時間變慢
解開孿生子悖論之謎
愛因斯坦畢生最滿意的點子
盯著時鐘
窮人的時光之旅
第七章 祖父悖論
回到過去殺害自己祖父，意味著你不會出生
如何回到過去
超越光速
方塊宇宙
方塊宇宙中的時光旅行
時光旅行悖論的可能解答
真正的時光旅行需要多重宇宙
連結各個宇宙
時光旅人何在
第八章拉普拉斯妖
蝴蝶振翅能否讓我們倖免於可預測的未來
決定論
蝴蝶效應
混沌理論
自由意志——如果你真的想捉弄我，我永遠無法猜出你接下來會做或說什麼
量子世界——是否最終有了隨機性
總結
第九章 薛丁格的貓
箱子裡的貓既是活的又是死的，直到我們看到它
埃爾溫·薛丁格
量子迭加
量測問題
孤注一擲的嘗試
量子漏失
第十章 費米悖論
外星人都上哪裡去了
德雷克及其方程式
SETI
系外行星
我們有多么特別
人本原理
第十一章 懸而未決的問題
粒子能移動得比光速快嗎？我們是否擁有自由意志？以及其他未解之謎
比光還快嗎
序言
前 言
悖論（paradox，亦可譯為詭論、謬論、詭局、佯謬、弔詭或矛盾）以各種不同的形式和難度出現。有些只是簡單的邏輯矛盾，沒有深入探討的價值；有些則像是冰山的尖頂，底下是整座冰山的科學知識。許多悖論可以透過謹慎思考，找出基本假設當中一個或多個漏洞來攻破，這種嚴格來說算不上是悖論，因為癥結點一旦突破，它就不再是悖論了。
“真悖論”指的是自相矛盾或循環論證的陳述，或者某種邏輯上不可能發生的情況。然而“悖論”一詞的運用範圍比字面的意義來得廣，還包括被我稱為“認知悖論”的範疇。這類難題一定找得到破解方法。這種悖論有可能包裝在蓄意誤導聽者或讀者的花招或障眼法之中。一旦花招被揭穿，邏輯上的矛盾或荒謬性就消失了。
另一類認知悖論則是，其敘述或結論乍聽之下十分離譜或違背直覺，仔細思考後卻發現其實不然，即便結果多少仍令人驚訝。所有這類悖論只要稍加運用一點基本的科學知識便可解決，而這些都將是本書關注的重點。
讓我們先簡單介紹一則真正的邏輯悖論，雖然清晰明了，但其陳述方式確實會讓你跳不出邏輯循環。
這一則論述如下：“這句話是假的。”乍看之下每個字似乎都非常直截了當。但是，想一下這一句話，當你仔細推敲其所陳述的含意時，邏輯上的矛盾將逐漸浮現。六個簡單的字就讓你頭痛嗎？果真如此的話，我認為這種頭痛也是好玩的——這句話或許本身也是悖論，而且無疑地你會出於虐待般的快感，向家人或朋友轉述。
你瞧，“這句話是假的”是想告訴你，在宣稱這句話是假的同時， 它本身必然也是假的，所以它就不是假的——也就是它是真的，所以這句話真的是假的，也就是真的……諸如此類，陷入一個無窮盡的循環。
有很多類似這樣的悖論存在，但本書並不打算討論它們。
本書將探討我個人最鍾愛且著名的科學難題和謎題，所謂的悖論經由正確的角度仔細思索，就能揭穿它們不是悖論。儘管乍聽之下極度違反直覺，事實上卻是因為漏掉一些微妙的因素；一旦將這些因素考慮進來，就會破壞建構整個悖論的其中一根樑柱，整個構築起來的論點便會傾倒。矛盾雖然已經解決，它們之中有許多卻仍然被稱為悖論，部分是因為它們在問世之初顯得如此棘手（在我們終於發現自己錯在哪裡之前），部分則是因為稱之為悖論有助於科學家們釐清一些相當複雜的概念。
我們將要探討的許多謎團，乍看之下似乎是貨真價實的真悖論，不僅僅是認知悖論而已。這就是有趣的地方。以著名的“時光旅行悖論”簡化版為例：如果你搭乘一部時光機回到過去，殺掉幼年的自己，你這位殺手會發生什麼事？你會因為阻止自己成長，倏然之間不再存在嗎？如果是這樣的話，你從未長大成為一名時光旅行殺手，那是誰殺死了幼年的你？年長的你擁有完美的不在場證明——你甚至不曾存在過！假如你並未存在、無法回到過去殺死年幼的自己，年幼的自己就未被殺害，所以可以長大成人，接著回到過去並殺死年幼的自己，於是你又消失了，依此類推。這似乎是個完美的邏輯悖論，而且物理學家也尚未在理論上排除時光旅行的可能性。那么，我們如何才能擺脫這種矛盾的循環呢？我將在第七章探討這個問題。
並非所有的認知悖論都需要運用科學知識才能解決。為了證明這一點，第一章要來探討幾個這類的認知悖論，它們只要用常識邏輯就能解決。不明白我的意思？下面這個簡單的統計悖論，如果從某個基本的關聯性來思考就可能得出錯誤的結論：我們都知道，有較多教堂的城鎮普遍犯罪率較高。這似乎說不太通，除非你相信教堂是孕育不法犯罪的溫床。無論你的宗教和道德觀為何，這都是不可能的。解答非常直截了當：為數較多的教堂和較高的犯罪率，都是較多人口自然產生的結果。 A導致B與A導致C，並不意味著B導致C，反之亦然。
接下來還有另一個簡單的動腦謎題，乍聽自相矛盾，一旦妥善解釋，它的矛盾特性就消失無蹤。它是由我的同事兼摯友，一位蘇格蘭裔的物理學教授，在多年前向我講述的。他聲稱“每一位南下到英格蘭的蘇格蘭人，都提高了兩個國家的平均智商”。關鍵在於： 由於所有蘇格蘭人都聲稱自己比任何英格蘭人更聰明，只要他們其中任何一位住到英格蘭去，都會提高英格蘭的平均智商；然而離開蘇格蘭是愚蠢的行為，只有那些不怎么聰明的人才會這么做，所以他們離開後，剩餘蘇格蘭人的平均智商就提高了些。你瞧，乍看之下它像是矛盾的敘述，但只消運用簡單的邏輯推理就能輕鬆解決—— 當然，這對英格蘭人而言完全不具說服力。
在第一章中，我們將享受破解一些著名悖論的樂趣，無需用到任何科學。隨後我們將繼續探討我所挑選的九則悖論。每敘述一則，我將抽絲剝繭揭開其奧秘，並說明如何破解它，解釋其基本邏輯，顯示其謬誤以及它何以不再是真正的問題。這些悖論都很有趣，不但有知識的精華在其中，也有解決之道等著我們發掘。你只需要知道哪些地方值得關注，哪裡可以找到致命的弱點，並透過謹慎推敲以及對科學更深入的了解來破解這些弱點，直到悖論不再是悖論為止。
其中有一些是耳熟能詳的悖論。以“薛丁格的貓”為例，它描述一隻不幸的貓被鎖進一個密閉的箱子裡，在我們打開箱子前一直同時處於死亡和活著的狀態。另外一則或許讀者沒那么熟悉、但有些人仍然聽過的悖論，則是“麥克斯韋精靈”，這個神秘的存在管轄另一個密閉的箱子，而且貌似能夠違反最神聖的科學定律（也就是熱力學第二定律），迫使箱子中的混合物分離並呈現秩序。為了理解這類悖論及其解答，讀者必須掌握一些基礎科學知識，所以我給自己設下的挑戰是，在帶來最低困擾的限度下，幫助讀者理解這些科學概念。即使你不具專業知識，依然能欣賞這些悖論並享受其意涵。
這本書中，還有好幾則悖論是我從過去14年來在大學部所教授的相對論課程中擷取而來。愛因斯坦對於空間和時間的觀點，為邏輯難題提供了豐富的素材，例子包括竿與穀倉悖論、孿生子悖論和祖父悖論。至於其他悖論，例如牽涉到貓與精靈的那些，在某些人的眼裡還沒有得到令人滿意的答案。
在挑選最重要的科學之謎時，我並沒有駐足在尚未解決的最大問題，例如暗物質與暗能量（它們占了我們宇宙95%的組成成分）是由什麼組成，或者宇宙在大爆炸之前有什麼。這些是極困難而深刻的問題，科學迄今尚未找到答案。諸如“構成星系大部分質量的神秘暗物質本質是什麼”的問題，或許在不久的將來可望獲得解答——假如日內瓦的大型強子對撞機能持續獲得令人振奮的新發現。
至於像是“對於宇宙大爆炸前某一時刻的精確描述”這類問題，可能永遠都沒有答案。
在接下來的章節中探討的所有悖論，處理的都是攸關時間與空間本質的深刻問題，以及宇宙在最大和最小尺度上的特性。有些是理論預測的結果，乍看之下非常詭異，但一旦仔細探究理論背後的構想，就不那么難理解了。親愛的讀者，讓我們一起來看看能不能搞定它們，以及在過程中會帶給你什麼樣的神奇樂趣。
