書名：最強IT．科學超圖解：AI、半導體、核分裂、量子力學、太空電梯……創造我們世界與未來的180個物理必修課

作者簡介

姓名：鈴木裕太
1982年於千葉縣出生。大學畢業後成為自由編輯與寫作家，負責編輯健康、商業、歷史以及各種書籍、雜誌。在醫療、看護、營養領域進行採訪與寫作之後，對於理學產生興趣，也過著以簡單易懂的方式說明看似艱澀難懂的理學的生活。主要著有「打造身體，維持生理機能 生體物質事典」（socym）。


姓名：池末翔太 監修
大考激勵者。補習班講師。線上補習班「Manabi-aid」合格鐵人講師。1989年於福岡縣出生。進入大學後，在四間補習班累積講師的經驗後，在兩間補習班擔任主任講師。在大學時期與其他作者一起出版了《解決國高中生的各種問題》（Discover 21），也出版了《讀過一次就不會忘記物理教科書（SB Creative）。目前除了在補習班教物理與數學，也前往高中授課或演講。

譯者簡介

姓名：許郁文

無

書籍目錄

前言
本書的閱讀方式

第1部  基礎知識編
第1章  物理學的超基本知識！力學
001_等加速度運動
002_作用力與反作用力定律
003_慣性定律
004_虎克定律
專欄 古典物理研究的基本「力」
005_功與熱
006_位能
007_向量
008_力學能
009_動量守恆定律
010_保守力、非保守力
011_自由落體
012_恢復係數
013_圓周運動
014_簡諧運動
015_萬有引力
016_宇宙速度
017_史瓦西半徑
018_克卜勒定律
019_力矩
020_重心
021_阿基米德浮體原理
專欄 古典物理學與現代物理學的不同之處

第2章  思考氣體的力量！熱力學
022_攝氏溫度
023_絕對溫度
024_波茲曼熵公式
025_比熱
026_熱容量
027_理想氣體
028_波以耳與查理定律
029_狀態方程式
030_內能
031_熱力學第一定律
專欄 測量氣象的基準－氣體的質量
032_等容過程
033_等壓過程
034_等溫過程
035_絕熱過程
036_氣體分子運動論

第3章  波是如何出現的？波動
037_楊氏雙狹縫干涉實驗
038_力學波
039_電磁波
040_波（振動）
041_反射波
042_合成波、駐波
043_共鳴（共振）
專欄 其實是專業用語？！與聲音有關的詞彙
044_都卜勒效應
045_衝擊波
046_五度相生律
047_1/f搖晃
048_光速
專欄 多位偉人測定光速的挑戰

第4章  解開宇宙奧妙的關鍵！電磁學
049_庫侖定律
050_電場、電位
051_馬克士威方程組
052_高斯定律
053_自由電子
054_絕緣體、介電質
055_電流
056_歐姆定律
057_焦耳熱
058_克希荷夫電路定律
059_佛萊明左手定律
060_羅倫茲力
061_安培力
專欄 天才之爭！悲慘的電流戰爭
062_安培右手螺旋定則
063_電磁感應
064_必歐-沙伐定律
065_離子
專欄 不同發電方式的優點與缺點

第5章  製造這世上的一切！原子物理學
066_光子假說
067_物質波
068_原子理論
069_葡萄乾麵包模型
070_土星模型
071_拉塞福模型
072_氫原子模型
073_原子核
074_質子
075_中子
076_狹義相對論
077_質能等價
078_雙胞胎悖論
079_廣義相對論
080_核分裂
081_核融合
082_放射線
083_X射線
084_半衰期
085_放射性同位素
086_核彈
專欄 許多電影都提過的曼哈頓計畫
087_TNT當量
專欄 古人思考的物質四元素說

第6章  星星是如何誕生的？宇宙物理學
088_行星
089_恆星
090_紅巨星
091_棕矮星
092_中子星
093_超新星爆炸
專欄 星星的壽命有多久？因質量不同的消失方式
094_大爆炸
095_黑洞
096_宇宙背景輻射
097_宇宙的膨脹
專欄 證明地球自轉！傅科擺
098_光年
099_紅移
100_暗物質
專欄 月亮曾經與地球是同一個天體？大碰撞說

第7章  進一步了解天氣！大氣力學
101_氣壓
102_百帕
103_雲
104_雨
105_彩虹
106_龍捲風
107_颱風
108_閃電
109_極光
110_海市蜃樓
111_蜃景
112_梅雨
113_地球暖化
114_碳中和
115_焚風
116_線狀雨帶
117_絕對不穩定
專欄 短時間內的暴雨！集中型暴雨

第2部  應用知識編
第1章  超微觀世界！量子力學
118_基本粒子
119_夸克．輕子
120_弱規範玻色子．膠子
121_微中子
122_成對湮滅．成對生成
123_手徵性
124_自發對稱破壞
125_電弱統一理論
126_超對稱大統一理論
127_膠體粒子
128_奇異原子
129_天照粒子
130_玻色愛因斯坦凝結
131_契忍可夫輻射
132_康普頓效應
133_精細結構常數
134_幻數
專欄 決定全世界單位的國際單位制

第2章  這真的有可能？十分不可思議的理論
135_薛丁格方程式
136_決定論
137_不確定性原理
138_哥本哈根詮釋
139_多世界詮釋
專欄 奠定現代物理學的不可思議的想像實驗
140_混沌理論
141_熵增定律
142_拉普拉斯惡魔
143_蝴蝶效應
144_世界五分鐘前假說
專欄 物理學至今仍延續下去！神會丟骰子嗎？

第3章  釐清至此！宇宙的神祕
145_超弦理論
146_量子重力理論
147_希格斯玻色子
148_費曼圖
149_宇宙常數
150_洛希極限
151_費米悖論
152_德雷克公式
153_適居帶
154_地球化
155_重力波
專欄 觀測比重力波還小的重力波背景
156_星虹效應
專欄 物理學者怪人列傳

第4章  由物理學催生的先端技術
157_半導體
158_能帶理論
159_空穴理論
160_近藤效應
161_LED
162_量子穿隧效應
163_江崎二極體
164_史塔克效應
165_塞曼效應
166_光纖
167_雷射
168_雲室
169_氣泡室
170_加速器
171_人工智慧
172_量子電腦
173_科技奇點
專欄 一定會讓實驗失敗？包立效應
174_太空電梯
175_永動機
176_卡諾循環
177_超音速
178_超音波
179_超導現象
180_約瑟夫森效應
181_邁斯納效應
182_磁通釘扎效應
183_邁克生干涉儀
184_時光機
185_量子遙傳
專欄 剛好結果一致！「別處看效應」

文章試閱

慣性定律

電梯往下方樓層移動時，身體會有突然浮起來的感覺。這種現象可用力學的慣性定律解釋。慣性定律是與物體運動有關的基本定律：「只要不受外力，靜止的物體將持續靜止；移動的物體將維持相同的速度持續前進」。若以電梯的例子來看，身體會先停在原地不動，之後再因為重力而向下加速移動。慣性定律是由伽利略發現，再由牛頓集大成，也被稱為「第一運動定律」。


功與能

功與能這類詞彙我們平常用得很習慣，但其實最初這兩字都源自物理學術語。在力學裡，所謂的「能（energy）」，就是讓物體運動的力量，可分成非常多種。而「功(work)」是指對物體施力並使其沿著該力方向移動時，「力與作用距離的積分，W=F*d」。功與能的單位都是「焦耳（J）」，名稱源自研究熱力學的英國物理學家焦耳。不過也有一說認為，首先使用「能」一詞的其實是著名流體力學家丹尼爾·白努利（Daniel Bernoulli）。但無論為何，功與能都是從牛頓運動定律推導出的結果。

功有標準的方向，所以會根據該標準決定正負。以下圖為例，假設有個人正打算往左前進，此時這個人受到了三個方向的力：朝向這個人前進方向的力，也就是往左的力稱為「正功」；與前進方向相反的力稱為「負功」；與行進方向上正交的力「不做功，也就是O」。簡單來說，就是「有好好作用的功稱為正功，搗蛋的功稱為負功，什麼都不做的功就叫做不做功」。

而在物體擁有的各種能之中，最具代表性的就是動能，英文為Kineticenergy,也因此動能都以「K」這個符號作為標記。動能與功之間的關係，通常表現在以下情形：「物體原本的動能，加上外力所做的功之後，產生了新的動能」，這也稱為能原理或功能原理。若以上方的圖例來看，假設此時從右側吹來了風，讓向左移動的人得以乘著順風前進，那麼這股風就是正功，人原本往左移動的動能，因為多了順風的功，而轉變成更大的新動能。

克卜勒定律

在牛頓之前,也有想要聞明天體運動的科學家，其中又以克卜勒發現的三大定律奠定了重要的基礎。
第一定律：行星將太陽當成一個焦點，繞行太陽的軌跡為橢圓形
第二定律：行星與太陽連成一條線之後，於單位時間掃過的面積為定值
第三定律：行星公轉周期的平方與橢圓軌道半長軸的三次方呈正比
克卡勒發現的定律在日後由牛頓建立的運動定律以及力學證明。克卜勒留下了難以計數的天體觀測資料，所以現代才能算出哈雷慧星這顆眾所周知的慧星周期，在歷史留下不可抹滅的功蹟。

波以耳與查理定律

氣體可根據體積、壓力、絕對温度、分子個數(物質量)的關係為觀察基準。由於理想氣體的分子是完全自由的，所以能假設物質的量是是?定的。1662年，英國的波以耳發現「當絕對溫度?定時，壓力X體積的值也是?定的」。再過了約130年之後，法國的查理證明了「當壓力恆定時，以溫度度除以體積的值也恆定」；把這兩種定律合併之後，就會得到「氣體的體積與壓力呈反比，與溫度呈正比」的結論，這就是波以耳與查理定律，也成為氣體的性質與熱力學的基本概念。

閃電

閃電是與電子的作功非常類似的現象。在積雨雲之中，有非常多霰以及小顆的冰晶存在；霰帶有負電荷，冰晶帶有正電荷。由於積雨雲的內部會形成非常強烈的上升氣流，所以質量較輕的冰晶會被往上帶；而比較重的嚴會停留在雲層下方，此時堆在雲層下方的負電荷會將地表的正電荷拉過來，如此一來，就會在雲層上方到地表形成正電荷、負電荷、正電荷的電流，接著這股電流就會變成落到地表的閃電。


基本粒子

物質由原子組成，而原子的原子核周圍有電子不斷地巡迴。若是進一步分解原子核，就會發現原子核是由質子與中子（→p.101）組成；質子與中子則是由夸克以及輕子這種基本粒子組成，换言之，可將基本粒子看成物質組成的最小單位。大部分的基本粒子都有壽命，時間一久就會崩壞，變成其他的基本粒子。開始崩壞的狀態稱為衰變，而從開始到完全崩壞的時間稱為生命期。

雖然原子核帶有質子，但這裡卻會出現一個問題:因為質子本身帶有正電荷，所以照理說，質子應該會互相相斥，無法結合才對。對此，1935年時，日本的湯川秀樹就提出了假說：質子之間有能夠綁住彼此的介子，並把這種將質子與質子綁在一起的力稱為核力；同時，核力一定比電磁力造成的相斥力更強。最初，大部分的人都對湯川的說法持反對意見，甚至連丹麥的大學者波耳前往日本時，還調侃地說「你就這麼喜歡發現新粒子嗎？」沒想到過沒多久，介子就被證明存在了。湯川秀樹也因此於1949年獲頒諾貝爾物理學獎。

基本粒子主要分成三大類，第一類是夸克、輕子(→p.156)，第二類是弱規範玻色子、膠子（→p.157），也就是傳遞力的粒子。這兩大類的粒子都已經得到證實。最後一大類是希格斯玻色子（→p.202）。一般認為，希格斯玻色子是解開宇宙之謎的重要粒子，後續也會進一步說明