Nuts and Bolts 小零件改變大世界

 📣 七月新書：《#小零件改變大世界》

📕 ​ 釘子、輪子、彈簧、磁鐵、鏡片、繩子、泵浦，七種細小發明如何成為現代文明的重要推手？

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🔩 2023英國皇家學會科學圖書獎入圍作 🔩

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在人類文明漫長的歷史中，許多矚目的發明與創新相繼誕生，而論及人類最偉大的工程奇蹟，可能首先會想到許多恢弘的建築物或精密的機器，但其實一些微小而簡單的結構零件更值得我們關注，因為改變世界的往往是這些小零件，若沒有它們，現代世界賴以運作的各種事物將不復存在……

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💡 七種建構現代文明的細小發明

《#如何在果凍上蓋房子》的作者、曾參與建造西歐最高大廈碎片塔的結構工程師羅瑪．艾葛拉瓦，將帶領我們走進工程學的微觀世界，一睹七種不顯眼、卻又無處不在的基本零件，如何成就各種奇蹟，推進人類文明的發展。

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🔩 從輕型飛機到越洋船艦，人類能夠上天下海，全是小小釘子的功勞？　　

⭕️ 輪子怎樣開啟了人類的探險時代，讓我們的足跡遍布地球，甚至踏足宇宙？　　

➿ 被隱藏起來的彈簧，如何使摩天大樓拔地而起，並形塑今天的城市生活？　　

🧲 不只是導航，磁鐵還幫助我們打破空間限制，讓距離不再窒礙溝通與交流？　　

🔎 鏡片如何促進醫學變革，讓人類掌握生命密碼，甚至讓創造生命變成可能？　　

♾ 兼顧實用與美學功能的繩子，數千年來也為我們提供了心靈上的療癒？　　

⛽ 從取水工具到人工心臟，人類如何發明出各式各樣的泵浦來延續與挽救生命？

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💡 被埋沒在歷史中的發明家故事

工程學可以揭露我們過去的模樣，把人類的歷史告訴我們，亦能反映我們當下的面貌，從讓電流通過自己雙手的醫師、用顯微鏡研究自己精子的商店老闆、到接受豬心移植的病患、對破掉的餐盤感到沮喪的家庭主婦……本書中為我們重新講述了這些鮮為人知的故事，以及他們對於工程學和這個世界舉足輕重的貢獻。

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💡 本書特色 💡

❶ 探索七種被譽為「文明基石」的零件背後的技術，以及鮮為人知的發明家故事

❷ 揭示工程學對於人類的寶貴意義，引領出一條對這個世界更有同理心的道路

❸ 作者手繪可愛而明瞭的解構圖，幫助讀者輕鬆拆解複雜機械和儀器的運作原理

❹ 收錄前人珍貴的設計圖，一睹在沒有當今科技協助年代令人驚豔的先驅設計

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｜各界推薦｜

🔩呂良正｜臺灣營建研究院院長、國立臺灣大學土木工程學系教授：「作者艾葛拉瓦為熱愛寫科普書的結構工程師，擅長以結合歷史說故事的方式來傳遞工程概念，將工程學變得簡單有趣…本書以我們熟悉的七項工程小發明，穿插豐富有趣的歷史故事，娓娓道來衍生的重要工程應用，讓我們眼界大開。」

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🔩黃春木｜臺北市立建國高中歷史科教師：「……少一根釘子、毀一個輪子、缺一塊鏡片或磁鐵、壞一個彈簧或泵浦、斷一條繩子等，將會導致航空器墜毀、高樓倒塌、工廠停擺，或大規模停電。本書充滿創意及洞察力，以七種小物打造一處『大觀園』，為我們展現文明發展最不可或缺的零件，和人類心靈最精采豐富的源頭。」

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🔩簡麗賢｜臺北市立第一女子高級中學物理教師：「……閱讀《小零件改變大世界》，帶領我們從宏觀的世界走進微觀的視野，理解七種不顯眼卻又無處不在的基本零件，如何成為現代文明的重要推手，造就工程學的巍峨與壯麗，以及如何發展人類生活的文明。」

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Vera C. Rubin (科學棋談)。"恆星和星塵是順時針運行，其餘則是逆時針運行"讓我想起"Japanese honeybees" (NHK Darwin's Amazing Animals)日本蜜蜂的溝通方式......

"1992年，魯賓又發現一個前所未見的天文奇景：NGC 4550星系中有部分恆星和星塵是順時針運行，其餘則是逆時針運行，打破同一星系中的恆星都是同一方向運行的傳統認知，而這也成為星系合併的第一個證據。"



NHK
https://www3.nhk.or.jp › ... › Darwin's Amazing Animals


Darwin's Amazing Animals. What keeps a hive of 10,000 Japanese honeybees buzzing with activity? Not the queen. The female worker bees are in charge, assuming ...

科學棋談

〈#NVIDIA 下一代架構叫Rubin，她是誰？〉

NVIDIA今年才剛推出新的GPU架構Blackwell，沒想到 #黃仁勳 在6月2日的演講中就預告了下一代GPU架構”Rubin”，屆時還會搭配新的CPU “Vera”。

NVIDIA自1998年開始就用科學家為自家產品命名，例如2022年便以「COBOL之母」Grace Hopper的名字與姓氏分別做為CPU與GPU架構的名稱，這次宣布的下一代產品也是如此，Rubin與Vera正是天文學家薇拉．魯賓的姓氏與名字。

求學

魯賓於1928年7月23日在費城出生，父母親都是來自東歐的移民，兩人在貝爾電話公司工作而認識相戀。魯賓10歲時，全家搬到華盛頓特區，就在這裡，她開始對天文學產生興趣；她日後回憶12歲時常常熬夜看著窗外的星空，彷彿生活中沒有比每晚看星星更有趣的事。在父親的協助下，她用紙板和透鏡做了個簡陋的望遠鏡，繪製星星的軌跡。對天體運動的著迷自此成為她一生探索宇宙奧秘的驅動力。

高中畢業時，老師特別叮囑魯賓說女生不適合科學工作，但她仍不顧勸誡，最後於1948年從凡薩女子學院（Vassar College）畢業時，是全校唯一主修天文學的畢業生。魯賓畢業後隨即結婚，夫婿是她大學時到海軍實驗室實習所認識的軍官，大她兩歲，兩人白頭偕老一輩子。

魯賓原本就不想當個家庭主婦，她向普林斯頓大學索取研究所簡章，無奈普林斯頓從不招收女研究生（這個慣例直到1961年才打破，天文所更是遲至1975年才有第一位女學生），魯賓等不到回音，想說既然先生在康乃爾大學攻讀化學博士，乾脆也跟著去康乃爾大學讀研究所，結果兩人有幸蒙費曼（Richard Feynman）與貝特（Hans Bethe）這兩位諾貝爾獎得主親炙。

全職媽媽 vs. 學術研究

魯賓的碩士論文研究的是包括銀河系在內的諸多星系，是否也是繞著某個中心點旋轉，就像太陽系的行星繞著太陽轉那樣。但當時普遍認為這在如此大的尺度下不會發生，魯賓的碩士論文因此接連被兩份期刊拒絕，從此再也沒有刊出，只在美國天文學會1950年的會議上做過口頭報告。

其實那次原本是她的指導教授要上台報告，畢竟魯賓即將臨盆，而且也不是天文學會的會員。但魯賓仍堅持親自發表，於是她產後三週就帶著嬰兒，與父母一起於風雪中驅車前往六百公里遠的會場。不過辛苦奔波並未因此獲得回報，全場聽眾唯有德裔美籍天文學家馬丁·史瓦西（Martin Schwarzschild，其父親是算出黑洞臨界半徑的卡爾·史瓦西）一人表達支持之意，但他也只能鼓勵她收集更多資料才能令人信服。二十多年後，天文學家才發現超星系平面，一如魯賓的預言。

碩士畢業後，魯賓在家當個全職媽媽，但她仍無法忘情於天文學。推著嬰兒車去公園時，她會帶著天文物理期刊去讀，有一天她意識到這樣下去會永遠錯失研究，當下決定繼續攻讀博士。

在丈夫的支持下，已懷了第二胎的她於1951年進入喬治城大學，這是他們所居住的華盛頓特區唯一有天文研究所的學校。不過教授得知她想研究的題目後，建議她找就在附近喬治·華盛頓大學任教的加莫夫（George Gamow，為宇宙大爆炸提供重要的理論基礎，並預測宇宙微波背景的存在）當指導教授。

1954年，魯賓完成博士論文，再次提出迥然不同的主張：星系並非一般所認為的隨機地均勻分布於宇宙中，而是成塊成塊的聚在一起。結果得到的反應和之前的碩士論文一樣，幾乎沒有人相信，直到十五年後學界才正視她的論點。

魯賓拿到博士學位後先到一所社區學院教了一年書，再回到母校喬治城大學，花了十年時間從副研究員一路升到副教授，這期間她還得花費時間和心力照料四個小孩。1965年，她加入華盛頓卡內基研究院（Carnegie Institution of Washington，現改名為「卡內基科學研究院」），在這裡結識了未來最重要的合作夥伴福特（Kent Ford）。

暗物質

福特專門致力於研發光譜儀與光電倍增管，並將它們與天文望遠鏡結合，可以更精確地觀測天體運動的都卜勒效應（光源遠離我們時，波長會拉長，因此光譜移向紅色端，稱為「紅移」；光源朝我們移動時，波長會變短，光譜則移向藍色端，稱為「藍移」。）。由於偏移幅度與光源相對於我們的速度成正比，福特所設計的光學儀器便可更精確地計算出光源的移動速度，這對一直以來研究天體運動的魯賓無疑是最佳幫手。

鑒於自己之前的論文違背主流觀點卻又缺乏有力證據，魯賓這次把目標瞄向離我們相對近又明顯的螺旋星系——仙女座星系，這裡面的恆星大致上都是繞著星系中心轉動，因此從地球看來，一側的恆星轉動方向朝向我們，另一側則是遠離我們。藉由觀測它們藍移或紅移的程度，便可計算不同區域之恆星的軌道速度。

由於螺旋星系的大部分質量集中於中心區域，在重力的作用下，越靠近中心的恆星，其軌道速度應該越快，越外圍的則越慢；太陽系的行星也是如此。然而魯賓和福特對仙女座星系進行觀測後，卻得到出乎意料之外的結果：外圍恆星的軌道速度竟然和中間區域的恆星一樣快！

魯賓和福特先在1970年發表仙女座星系的觀測結果，接著再繼續觀測更多螺旋星系，結果發現都和仙女座星系一樣，從裡到外的恆星都有著差不多的軌道速度。這和物理理論完全違背，該怎麼解釋？

魯賓想起瑞士天文學家茨維基（Fritz Zwicky）曾在1933年提出一個主張，他認為后髮座星系團的質量不足以維繫邊緣的星系如此高速的軌道速度，因此必定還有看不見的暗物質提供額外的引力，否則邊緣的星系早就四散了。但只有重力卻沒有其它作用力的暗物質實在太匪夷所思，茨維基的大膽假說一直未被認真看待。

如今魯賓和福特發現這麼多的星系中恆星的軌道速度都是均勻平坦的，除了星系中充斥暗物質再無其它更好的解釋，可說是第一個具有說服力的證據。他們兩人於1980年發表論文，指出暗物質確實存在，並且質量是一般物質的5到10倍（目前估計全宇宙有5%是一般物質，暗物質則占26.8%，另外還有68.2%是暗能量），自此，暗物質才獲得學界的正視。

1992年，魯賓又發現一個前所未見的天文奇景：NGC 4550星系中有部分恆星和星塵是順時針運行，其餘則是逆時針運行，打破同一星系中的恆星都是同一方向運行的傳統認知，而這也成為星系合併的第一個證據。

榮耀與肯定

雖然做出這麼多開創性的重大發現，魯賓卻始終未能獲得諾貝爾獎，讓許多人都大抱不平，而她於2016年過世後更是沒有機會了。不過她的成就有目共睹，因此還是獲得許多獎項與榮耀，包括：

1981年成為美國國家科學院院士（她是第二位入選的女性天文學家）；

1993年獲得美國國家科學獎章；

1996年獲頒英國皇家天文學會的金質獎章（上一位獲獎的女性是168年前，天文學家赫歇爾的妹妹卡若琳）；

卡內基科學研究院、美國天文學會等機構也都設立了以她為名的獎項。此外，她的姓名也被用來命名小行星、人造衛星、火星上的一個區域，以及最新宣布的NVIDIA下一代處理器。

所有以她為名的事物中，對她個人最有意義的，或許是位於智利的薇拉·C·魯賓天文台（Vera C. Rubin Observatory，中間的縮寫C代表她原來的父姓Cooper）。這座預計今年八月完工的天文台便是為了探索暗物質而建，倘若哪天有任何進展，將再度讓人們想起這位長期被忽視的女性天文學家。

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