Physics for Future Presidents The Science Behind the Headlines 給未來總統的 物理課 麥克阿瑟基金會「天才獎」得主‧柏克萊加大物理名師
理查．繆勒（Richard A. Muller） [著] 蔡承志 [譯]
給未來總統的 物理課
目次
緒論
006
第一篇：恐怖行動 1. 911
013
2. 核子恐怖攻擊
025
3. 下一輪恐怖攻擊
037
4. 生物恐怖行動
044
恐怖行動：總統提要報告
051
第二篇：能源 5. 能源重大奇聞
057
6. 太陽能
069
7. 石油的終結
078
能源：總統提要報告
083
第三篇：核子裝置 8. 放射性和死亡
087
9. 放射性衰變
102
10. 核子武器
114
11. 核瘋症
136
12 核能動力
144
13 核廢料
160
14. 受控核融合
168
核子裝置：總統提要報告
176
第四篇：太空 15. 太空和衛星
182
16. 重力的用途
197
17. 人類上太空
209
18. 以不可見光來偵監
215
太空：總統提要報告
231
第五篇：全球暖化 19. 氣候歷史簡述
236
20. 溫室效應
246
21. 一項非常可能的起因
257
22. 有證為憑
262
23. 不是辦法的辦法
284
24 低垂的果實
297
25. 新科技
311
全球暖化：總統提要報告──責無旁貸
326
給未來總統的物理課
緒論 你害怕物理學嗎？你覺得全球暖化、間諜衛星、洲際彈道飛 彈、反彈道飛彈、核裂變和核融合神祕難解嗎？你覺得核子裝置， 包括用在核彈和用來發電的，基本上全都相同嗎？有人說，我們 的化石燃料即將用光，還有人說不會，這會讓你感到無所適從嗎？ 有關全球暖化的問題吵嚷不斷，還有些權威科學家說，沒有必要再 爭辯下去了，這會讓你感到茫無頭緒嗎？物理學和高科技會讓你茫 然、困惑，糊里糊塗嗎？ 如果以上問題都讓你感到很困惑的話，那麼你還沒擁有當世界 領袖的資格。世界領袖必須了解這些議題。當你獲報，有個恐怖分 子在曼哈頓城中區藏了一枚髒彈，你不能等到這個時候才打電話給 科學顧問，了解情況究竟有多糟糕。這時你也不該做出最壞打算， 逕自決定把政府投入其他計畫的所有資源全都抽出來，集中應付這 項突發事件。你必須擁有充分知識，能夠權衡輕重，迅速採取明智 措施。 或許你讀過物理學，喜歡這門學問，說不定還主修物理，然而 就算你拿到了學位，如今你依然有可能不清楚，鈾彈和鈽彈的差別 在哪裡，或者臭氧耗損和全球暖化有什麼重大差異。還有，當你的 朋友問起間諜衛星的事情，你也只能把你在報紙上讀過的內容轉述 一遍──因為你修課時從來沒有人教過這些細節。 如今的重要決策，許多都帶有高科技成分，甚至可說多半都 有。如果你不了解太陽能，或者不懂該如何把煤炭轉換成汽油，那 麼你該如何領導你的國家，邁向使用潔淨能源的未來？如果你只嫻 熟政治議題，卻不懂科技，那麼你該如何下達決策，裁定有關研究 資助、限武協定、來自北韓或伊朗的威脅、間諜刺探和偵監等重要 事項？就算你不打算當個世界領袖，如果不懂這類議題，你又該如 6
緒論
何明智投下選票？ 另一件事也一樣重要，要了解現代生活的物理學，就得破除你 信以為真，卻非事實的道理。人們常引用據說是出自馬克吐溫的一 句話：
大多數人的問題不在於他們無知，而是他們所知的，有大部分 都不是那麼一回事。
諷刺的是，這句話根本不是馬克吐溫說的，還真應了這句格 言所述。其實這句話是出自19世紀幽默作家約書．比林斯（Josh Billings）。 你該懂的物理學，卻不懂？幸好你找到了解決之道，或者起 碼已經踏出第一步。本書篇幅涵括先進的物理學，也就是世界領袖 該懂得的東西。我略過數學，因為你沒有時間（或說可能沒有興 趣）來讀通數學。我直接進入重要議題。當你了解物理學裡的根本 原理，往後你就永遠不必再害怕高科技。當你需要做細部運算的時 候，請個物理學家代勞就行了。 假使你恨物理學，那也不是你的錯；你大概被壞老師教過。有 些物理學家把他們的物理學知識，用一團數學迷霧包住，來嚇退圈 外人。在他們自己的圈子裡，則是小心翼翼把物理學和數學分開， 並告誡研究生：「用物理思考，別用數學。」不過在 碰到有點棘 手、不好解釋的問題時，物理老師還有一招可以取巧脫身：「來， 我給你看一個方程式，你永遠想不通的方程式，這樣你就不會怪我 教得差。」 我只提出一項警告，本書篇幅不夠，沒辦法全面檢視所有項 目。這表示，包括恐怖行動和反恐怖行動，還有能源和衛星和全球 暖化，我都刪減了許多相關內容。這點我不打算辯解。未來的總統 7
給未來總統的物理課
除了物理學之外，還有其他事物必須了解。許多人都希望他們的總 統專精科技，不過我比較務實。我努力精簡本書的篇幅，只放進最 基本的事實和觀點，也就是那些最不可欠缺的概念，能夠幫總統下 達更高明的決策。我大可以長篇大論寫本更厚的書，不過未來的總 統會有時間研讀嗎？ 我從恐怖行動入手，因為這是當務之急，況且從這裡還可以直 接導入能源主題。畢竟，炸彈不過就是朝一處小地方快速傳送巨大 能量的做法，是吧？當你懂了物理學，世貿雙塔遭襲事件在你眼中 就會清楚得多。即使是生物武器也會變得簡單得多，只要你懂得相 關的物理學。 我探討的第二個主題是能源，這是在所有世界領袖關切的課 題中，最核心的一項。能源得以創造經濟，也足以摧毀經濟；國家 為了能源交戰；揮霍能源會徹底毀掉生態。能源從哪裡來，如何 使用，還有我們該如何避免浪費？關於能源，還有許多你料想不 到的，從可能成真的氫能經濟，乃至於煤炭、石油和太陽能的未來 ──決定也侷限著未來科技。事實證明，我們鍾情化石燃料，確實 有物理學上的根據。 和能源密切有關的是核子裝置：放射能、炸彈、反應爐，還有 廢棄物的危害──這就是本書第三篇的主題。總統必須保護民眾， 不過這是否就代表他得採用或拒絕核子裝置？這裡沒有簡單的答 案，總統必須依照枝微末節，而且是物理學的枝微末節才能做出決 策。 我們的未來明顯取決於太空，真的是這樣嗎？阿波羅11號登陸 月球之後已經過了39年，我們還不曾回到月球。這是怎麼回事？我 們為什麼躊躇不前？是經濟處境、人們的意志，還是物理學？太空 有什麼價值？進入軌道是什麼意思？哪些是實際上的限制？本書第 四篇專談太空、衛星，還有了解重力的潛力和限制。 8
緒論
最後我觸及歷來最熱門的課題，全球暖化。這項主題橫跨物理 學眾多領域，必須獨占一篇。再者，關於這個議題的不實傳言和實 情同樣普遍。說不定你還得捨棄某些珍若拱璧的事實。不過你要是 當了總統就得這樣做，才能做出更明智的決定。 這全都是徹頭徹尾的物理學。如果某段內容讓你困惑難解，請 別停頓太久。把它當成一種陌生語言來學：潛心浸淫，縱情悠游， 最重要的是，享受箇中樂趣。有些題材不只出現在一個章節裡，這 是由於世界葛蔓糾結；核子裝置和恐怖行動、能源、太空以及全球 暖化全都有連結。如果本書沒有談到你最愛的課題，我很遺憾，不 過這裡的篇幅只夠納入攸關眼前利益的課題。（好比不明飛行物體 主題就必須留待續編。）我盡量設法避開政治、企業和外交議題。 經濟確實不時溜了進來，不過那不是重點。這是你身為世界領袖必 須懂得的物理學。其餘的就看你了。
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