★本書榮獲吳大猷第十屆科普著作翻譯類佳作獎★
《週日泰晤士報》2017年度科學選書
暢銷科普作家 馬特．瑞德利盛讚：當代最好的宇宙學作家！

國立清華大學天文研究所特聘教授　江國興　審訂導讀
國立臺灣大學物理學系教授　孫維新
台北市天文協會理事長　劉志安──聯合推薦

宇宙大霹靂之後，如果重力沒有「開啟」，時間可能會倒轉？
與你擦身而過的人，還有你口袋中的手機，都與你相互吸引？
月球與太空艙裡失重的太空人，其實都正在往下掉？
月球的潮汐力不只影響海洋，就連固態岩石也難逃魔掌？
越接近地面的人，時間過得越慢，也就越年輕？
2015年發現的重力波，將帶領人類去到什麼地方？……

重力是日常世界裡最微弱的力量，但在宇宙中，它卻是最強大的。儘管17世紀以來，人們便知道重力的存在，我們對它的了解卻非常有限，至今也仍未解開其核心之謎……

獲獎科普作家馬可士．鍾將帶領你穿梭古今，從1666年牛頓認知到重力，到2015年科學家發現重力波。旅程中，你會看到牛頓如何證明讓蘋果落下的力量，與讓月球繞著地球轉動的力量並無不同，並據此解釋了行星運行與海洋潮汐，甚至預測到未知的海王星。然而，牛頓的重力論無法解釋水星的異常運行，直到愛因斯坦提出「相對論」才解決這個難題，他甚至據此預測出黑洞，還有宇宙誕生時的大霹靂。但就如同牛頓的重力論，愛因斯坦的重力論本身也有其漏洞：光並非宇宙中行進最快的物質。為了解決此一難題，現今的科學家正試圖找出更深層的理論——量子重力論，以解答長久以來人們心中的大哉問：空間是什麼？時間是什麼？宇宙是什麼？宇宙又從何而來？

作者以一篇篇科學家的生平軼事，以及循序漸進、有趣易懂的解釋與比喻，帶領讀者進入相關理論的核心。翻開本書，相信你不會再認為天文與物理深奧難解，並深受吸引！

名人推薦

各界好評：
這本書為讀者去蕪存菁地帶出自牛頓以來對於重力的概念突破進展，讓一般讀者也能了解，愛因斯坦所提出的狹義與廣義相對論為何直接挑戰了牛頓的世界觀，同時也讓人一窺這兩位偉大科學家的部分生平事蹟，以及共通之處。更精彩的是介紹這個領域最尖端的研究成果，例如簡要說明試圖整合量子力學以及廣義相對論的量子重力場論，或是概念不易為一般人理解的弦論等。——吳大猷科普獎評審代表／國立臺灣大學物理學系教授　朱士維

牛頓和愛因斯坦同樣被掉下來的東西吸引著，透過思想實驗，造就了驚人的發現，更用一套漂亮的數學語言使之呈現。科學之所以引人入勝，就是你永遠不會知道正確答案，而你的責任就是盡情發問，脫去前人的枷鎖，透過思考和觀察，尋找最簡單的答案，也許過程充滿挫敗感，但最後你會感受到喜悅。這就是大自然。——國立清華大學天文研究所特聘教授　江國興

我們站在地球上，地球繞著太陽運轉，太陽系家族運行在銀河系之中。銀河系與鄰近星系相互間的拉扯，整個宇宙無處不有重力的勢力存在。身在其中，你對重力了解多少呢？且讓作者以說故事般的口吻，帶你輕鬆探索「重力」的奧祕吧！——台北市天文協會理事長　劉志安

作者以優美且節奏極佳的筆調，詳細說明了自然界中最熟悉之力：重力。本書內容組織嚴密且探究詳細。——《出版人週刊》

內容精煉且容易進入，同時又面面俱到。本書是值得收藏的科普作品，全書筆調輕鬆，並富含相關引證。——BBC《夜之星空》雜誌（Sky at Night Magazine）

重力雖微不足道，卻支配著宇宙。科學作家從未忽略這個主題，但2015年發現的重力波震驚世界，並引發一連串的資訊更新。作者很早便著手鑽研此一主題，讀者若想尋找清楚易懂的科普作品，可先從本書開始。文中所提重力之謎的最新進展，或許遲早能幫助物理學家解釋所有事物。——《柯克斯評論》

獲獎無數的馬可士．鍾提供了一份易於理解的指南，讓科學門外漢能夠了解截至目前為止，科學界對重力的所有發現與理解。他也認為，若我們能更加了解無所不在的重力，將有助於看透宇宙最深層的奧祕。在不運用公式與專業術語的輕鬆筆調下，作者再次證明自己是一流的科普作家。——《書單》雜誌

本書提供讀者與他們的內部原子一段有趣的科學史。——《科學》期刊

在一連串巧妙結合與精心雕琢的故事中，馬克士．鍾追溯了人類2,500年來在了解物質本質與起源上的探索。——《達拉斯早報》

閱讀一本內容極佳的科普書，是現代生活的一大樂趣。這份貫穿生命、宇宙與萬物的導覽，提供了無窮的樂趣。——英國《獨立報》

作者對控制宇宙命運的自然界最弱基本力量，做了有趣且令人腦洞大開的導覽。——科普作家　曼吉特．庫馬爾（Manjit Kumar）發表於《泰晤士報》

馬可士．鍾是位良師益友。他在不運用專業術語與可怕數學的情況下，清楚講述了故事，也說明了重要概念……理論物理學家阿爾卡尼—哈米德強調「現在是研究重力的好時機」，而這本極具可讀性的作品會協助我們了解原因。——科普作家 格雷厄姆．法莫羅（Graham Farmelo）發表於《衛報》之好評

馬克士．鍾是英國傑出的物理學與天文學作家——非常樂見他回歸最擅長的領域……沒有人能像他這樣，以易於理解且令人愉快的筆調來介紹這個主題……我認為他對弦論的簡易基本描述，無人能出其右……馬可士．鍾再次以令人著迷的文字，將人類多年來對重力的探索寫得淋漓盡致……讀來令人愉快。——科普作家　布萊恩．克萊格（Brian Clegg）發表於popularscience.co.uk之好評

「每個人都認為重力沒什麼，但在宇宙的多數情況中，它極為強大。」這句格言式的前言，暗示了馬克士．鍾將以令人期待的適當機智與科學天賦，為重力做入門介紹，並追溯我們對力之理解的歷史軌跡。他告訴我們，牛頓1687年的著作《原理》如何協助解釋潮汐這類現象，而《原理》一書即是從宇宙的複雜性中精煉出基本定律來。作者分析了愛因斯坦將重力視為扭曲時空時所做的重新闡述。他也放眼至量子論這個奇特領域，以及下個大哉問：「尚未發現的國度」。——《自然》科學編輯　芭芭拉．凱澤（Barbara Kiser）

輕鬆寫意地貫穿宇宙學歷史與其可能未來，這一切都與我們理解重力的歷程緊緊相繫……作者在帶出理論暫定本質與琢磨理論混亂事物上表現卓越。——thebookbag.co.uk

作者將最著名卻最不被了解之力的歷史，說得清晰易懂。——《大誌》雜誌（Big Issue）

精采絕倫。——www.booklore.co.uk

（書中）潮汐那一章所提到的內容，從塞文河的潮水到木衛一艾奧的擠壓與拉張，都極為引人入勝……作者對質量不同的物體會以同等速率掉落的解釋，是我讀過的最佳解釋之一……本書結尾講述了當前對於重力與量子論整合的努力，也對弦論與多維度空間進行了非常容易理解且讓人樂在其中的討論……真的讓人樂在其中，本書從未給人「物理學崩壞」之感，反而更像是我們正處於引發認知改變階段的關口上。——愛丁堡大學生物物理學教授　凱特．馬菲（Cait MacPhee）發表於《泰晤士高等教育》（THES）期刊之好評

馬可士．鍾完美捕捉到此主題的「偵察奧祕」。——《奇異時代》雜誌（Fortean Times）

好美妙的一本書啊！——理查．道金斯（Richard Dawkins）對《多美妙的世界》（What a Wonderful World）之好評

荒謬但巧妙，整個大成功……只需花費一個下午閱讀這本書，你所學到的知識也許就勝過童年上過的所有自然課程。——《旁觀者》期刊（Spectator）對《推特宇宙》（Tweeting the Universe）之好評

流行物理學的一流之選。——《衛報》對《我們得談談凱文》（We Need to Talk about Kelvin）之好評

內容樂觀風趣且極具見識。——《週日泰晤士報》對《創造的餘輝》（Afterglow of Creation）之好評

對於現代物理背後的偉大理念給予簡明扼要的介紹，難有比馬可士．鍾更佳的入門介紹了。——《新科學家》對《量子論不會傷害你》（Quantum Theory Cannot Hurt You）之好評

奇特、令人入迷且感到興奮。——《自然》期刊對《量子論不會傷害你》之好評

作者

馬可士．鍾Marcus Chown

獲獎無數的作家與播報員。過去曾是加州理工學院的電波天文學家，期間曾師承諾貝爾物理學獎得主理察．費曼。目前則於英國科學週刊《新科學家》（New Scientist）擔任宇宙學顧問。他的著作有《多美妙的世界》（What a Wonderful World）、《量子論不會傷害你》（Quantum Theory Cannot Hurt You）及《我們得談談凱文》（We Need to Talk about Kelvin〔榮獲二〇一〇年皇家學會科學書籍獎項〕）。馬克斯也是《iPad版太陽系》（Solar System for iPad）的作者，此APP榮獲二〇一一年書商雜誌數位創新獎。
作者網頁：www.marcuschown.com；推特帳號：@marcuschown。

相關著作：《重力簡史：牛頓的蘋果如何啟發重力法則、相對論、量子論等重大物理學觀念》

譯者簡介

蕭秀姍

國立成功大學物理治療系學士、醫學工程研究所碩士，比利時魯汶大學醫療影像處理碩士、家庭與兩性關係碩士。旅居歐美超過十年，目前回台定居。身兼全職媽媽與半職譯者，以照顧家庭為主業、翻譯書籍為調劑，在文字與生活之中尋找平衡。擅長科普、心理、醫藥理工與食材料理等翻譯。譯作有《都是荷爾蒙惹的禍》、《帕夫洛夫的狗與薛丁格的貓》、《大腦有問題！？：大腦瑕疵如何影響你我的生活》、《讀不出時鐘指針的女人：從多重學習障礙到創辦學校》、《天天在家玩科學》、《風味聖經》與《風味事典》等等。

目錄

導讀  大自然奧祕的解答，就存於好奇心中——國立清華大學天文研究所特聘教授
前言

第一部：牛頓
第一章：掉落中的月亮
牛頓如何發現第一個萬有定律——一個適用於所有位置與時間的定律
第二章：最後的魔術師
牛頓如何創造世界體系，發現了解宇宙的關鍵
第三章：當心三月的潮汐
牛頓的重力理論何以成果豐碩，不只可以解釋行星的運行，還能說明海洋的潮汐
第四章：未見世界的星圖
牛頓的引力定律如何能夠解釋我們所見及未見的一切

第二部：愛因斯坦
第五章：來追我啊
愛因斯坦如何理解到，沒有什麼東西的速度能快過光，而這個現象也與牛頓的重力定律相悖
第六章：掉落者之歌
愛因斯坦如何了解到「重力」只是錯覺，實際存在的只有扭曲的時空
第七章：上帝在哪裡出了錯
愛因斯坦重力論如何就黑洞「奇異點」做出瘋狂的預測，以及為何需要不會出現瘋狂預測的更深層理論

第三部：超越愛因斯坦
第八章：時空中的量子
量子論如何暗示時空的說法注定式微，時空必定源自於某種更為基礎的東西
第九章：尚未發現的國度
找出比愛因斯坦重力論更深層理論的奮鬥過程將會告訴我們：宇宙為何存在、宇宙從何而來

延伸閱讀
致謝

序／導讀

導讀　大自然奧祕的解答，就存於好奇心中
——國立清華大學天文研究所特聘教授  江國興

小時候，我的爸爸總愛講一些科學家的故事，也許這就促使我從小就十分喜愛科學，以及對科學家的生平事蹟產生興趣。我印象最深刻的故事是阿基米德的「Eureka！」（我發現了！）及牛頓的蘋果樹。雖然這兩個故事可能都是虛構的，但可以確定的是，阿基米德和牛頓都有著如故事中驚人的洞察力和聯想力，再配合他們非凡的數學才華，使他們成為偉大的科學家。

《重力簡史》一書便從牛頓的蘋果樹開始說起。時至今日，那棵蘋果樹仍立於英國林肯郡的伍爾索普莊園，還成為英國50棵最重要的樹之一。在伍爾索普莊園內，牛頓改寫了現代科學，他不到2年便發明微積分，以及完成光學和萬有引力的研究。雖然牛頓的學術成就很早已在學術界得到認同，在離開莊園後隨即成為劍橋大學教授和皇家學會院士，但他偉大的萬有引力理論，要待20年後才正式發表。

這本書的第一及第二章便試圖分析箇中原因。牛頓除了個性複雜且矛盾，更是位實用和完美主義者。雖然他早已發現讓蘋果掉下來的力量，與讓月亮掛在天空的力量，都源於同一種力。他必須證明重力是種萬有力，主宰宇宙一切物體的運動，並以精準的數學語言描述，更要說服自己這的確是一套完美的理論。因為哈雷的一個問題，牛頓再次投入重力的研究，更精益求精，將成果以臻於完美的方式呈現。這便是1687年出版的《自然哲學的數學原理》，而哈雷彗星更是牛頓的運動定律與重力定律的最佳驗證。今天，哈雷的房子和天文台仍保留在牛津大學城內，每次我回到校園時，總會到他的故居緬懷他當年鼓勵牛頓發表其偉大著作，促使現代科學的發展。

牛頓的重力定律不只具有普遍性，還很簡單。這就是科學的美。重力平方反比定律，可以解釋行星的運動、尋找新的行星，甚至太陽系外行星、測量銀河系中心黑洞的質量，以至推算暗物質的分布。坊間很多探討重力的科普書籍都有精采的描述，但這本書的最大特色是，作者花了很多的篇幅論述重力與潮汐的關係。潮汐跟我們日常生活息息相關，特別是台灣四面環海，河流貫穿大城市，潮汐預報更不可或缺。牛頓便是第一個以完備的理論解釋潮汐因由的科學家。書的第三章除了討論牛頓怎樣利用萬有引力理論預估漲退潮時間，更比較月亮與太陽對潮汐的作用，以及潮汐對井水和大型強子對撞機的影響，最後更延伸到太陽系內其他衛星。事實上，在宇宙裡所有雙星系統都不能忽略潮汐力。

牛頓的研究和著作打開現代科學的大門，而1846年發現的海王星更將牛頓的萬有引力理論推至極致。可是問題終於來了，牛頓的重力理論未能解釋水星的異常軌道。雖然這是一個有趣的問題，但在愛因斯坦之前，沒有人意識到這是源於牛頓對時間和空間概念的誤解。

愛因斯坦的事蹟和科學成就在本書的第五、第六，以及部分的第七章有簡單的描述，篇幅明顯比牛頓的少。可能是因為坊間已有大量與愛因斯坦有關的科普書籍，但重點是作者帶出愛因斯坦跟牛頓作為偉大科學家的特徵，以及他們對科學的態度。愛因斯坦跟牛頓一樣，是一位專注力十分高的科學家。書中提到1905年是愛因斯坦的「奇蹟年」，愛因斯坦花了幾個月就完成4篇重要的科學論文，其中光電效應為他贏得了1921年的諾貝爾物理學獎，而狹義相對論和質能轉換更奠定相對論的基礎，當中E=mc2更是家喻戶曉的方程式。愛因斯坦放棄牛頓的絕對空間與絕對時間概念，推翻牛頓的世界觀，用自己的一套想法全新演繹現代物理。

雖然牛頓與愛因斯坦的時代背景完全不同，但他們石破天驚的發現有一些相似的地方。牛頓的「奇蹟年」是在與世隔絕的伍爾索普莊園，當時他剛從劍橋大學畢業，為躲避鼠疫而回家；而愛因斯坦的「奇蹟年」，是他找不到大學職位，只能在瑞士伯恩專利局當三級技術專員。也許是生活乏味枯燥，讓他們驚人的專注力花在研究上。他們問了一些很基本、很簡單的問題，然後放在心裡，時時刻刻專注思考，直至得到滿意的答案。牛頓受到伽利略的啟發，發展出三大「運動定律」，進而解釋克卜勒定律和發現萬有引力定律，還自創微積分這門數學工具（與德國數學家萊布尼茲同期但各自獨立發明微積分）。發現過程雖然不到2年，但編撰成書卻耗時20年。愛因斯坦則延伸伽利略的相對性原理，屏棄牛頓的絕對空間和絕對時間概念，找到光速恆定，從而解答他16歲時問的一個問題：「如果能夠追上光，那會是什麼樣子？」也就是說，這個問題在他心中有10年之久。牛頓解答了克卜勒從觀測歸納出來的行星運動，並推廣其理論到其他科學領域，愛因斯坦則回答了光的本質，徹底改變物理學的基礎。

因狹義相對論不能應用在加速的環境，加上光速恆定跟牛頓的重力定律在概念上有所衝突，愛因斯坦必須將相對論廣義化。從狹義相對論到廣義相對論，愛因斯坦花了接近10年的時間，專注的研究工作更導致日後的家庭問題，其中最主要的目的是要解釋重力的本質。牛頓將重力想像成平方反比定律，兩個物體之間必定有一道「力」牽引著，但就沒有說明這道「力」到底是什麼。愛因斯坦將重力化身為時間和空間的扭曲，不僅如此，物質能改變時空的形狀，而時空的形狀又主導物質移動的方式。這是廣義相對論最奧妙之處。

廣義相對論發表後，愛因斯坦隨即要解答重力的傳播問題，亦即時空結構中的波動，也就是第六章討論的重力波。重力波無疑是廣義相對論其中一個最重要的驗證，科學家努力了100年，終於在2015年9月14日首次偵測到重力波。這本書剛好在2016年2月的重力波發布會之後出版，在前言和第六章都有介紹這次發現的重要性。過去2年，重力波的觀測可謂突飛猛進，至2017年8月為止，科學家共找到5個來自雙黑洞合併所產生的重力波。而在2017年8月17日，更發現首個雙中子星合併的重力波，並找到來自合併所釋放的電磁波輻射，也就是光子，使我們更了解中子星合併後的演化過程，這是一次史無前例的觀測。而3位來自雷射干涉重力波天文台（LIGO）團隊的靈魂人物，更獲得2017年的諾貝爾物理學獎。待LIGO在2018年年底經升級後再次運作時，重力波的研究將大放異彩。

廣義相對論將現代物理學推向新的高峰，但同時帶來新的問題。廣義相對論可以推導出黑洞和大霹靂，它們的共通點是奇異點的存在。由於奇異點的重力是無限大，換句話說，時空扭曲至無法描述，廣義相對論因此面臨重大危機。要了解奇異點的物理，我們要結合廣義相對論和量子論，也就是量子重力論。可惜的是，廣義相對論和量子論的本質並不相容。書末兩章便介紹量子重力論的最新發展。我們可以預期，這套更深層的理論，將會幫助我們進一步了解宇宙誕生之謎。

牛頓和愛因斯坦同樣被掉下來的東西吸引著，透過思想實驗，造就了驚人的發現，更用一套漂亮的數學語言使之呈現。科學之所以引人入勝，就是你永遠不會知道正確答案，而你的責任就是盡情發問，脫去前人的枷鎖，透過思考和觀察，尋找最簡單的答案，也許過程充滿挫敗感，但最後你會感受到喜悅。這就是大自然。剛逝世的霍金說：「我希望鼓勵更多人去想像和探討已知和未知的科學。」