科學簡史
The Science Book
活動訊息
內容簡介
科學是人類心智活動的至高表現，是無數直覺/想像、創意/巧思、競爭/合作、錯誤/失敗交織而來的豐碩成果。
科學也對生命如何源起和演進、世界如何形成和運作，提供完整的解釋、正確的答案，以及前瞻的展望。
如今科學日益融入我們的日常生活，遠超過以前任何時代，深深影響我們的食、衣、住、行、休閒娛樂以及思考溝通方式。倘若我們想改善並造福整個人類社會，那麼人人都應具備科學素養才行。
本書集合40位各領域專家學者和科普作家，以編年史方式，從史前35,000年前到公元2000年，有系統地為讀者耙梳科學史上250個影響人類最鉅的重大發現，介紹重要的思想/觀念、事件/運動、發明/成就、偉大科學家的背景故事。
探究的主題遍及物理、化學、生物、天文學、地球科學，以及心理學、考古學、古人類學、醫學和數學等學科，務求呈現給讀者的，是完整而全面的科學世界。一個主題以一個跨頁呈現，一頁是明白易懂的文字敘述，一頁是精采動人的圖片，包括史料、手稿、畫作、歷史照片、科學攝影等，以期在藝術與科學之間搭起橋樑，讓讀者很快進入書中迷人的科學世界，獲得啟發。
從古希臘哲人的思索到諾貝爾獎得主的成就，從建立「零」的觀念到證明「費瑪最後定理」，從哥白尼提倡「日心說」到阿姆斯壯登陸月球，從牛頓的萬有引力定律到愛因斯坦的廣義相對論，從基因工程到生物多樣性，從發現細胞到發明複製羊桃莉，《科學簡史》提供清晰而宏觀的角度，讓讀者不僅可輕易接近這些發現的方法和過程，也深入了解跨越無數世紀的整體趨勢和影響，以及各學門之間觀念的交互激盪，俾更有能力和信心面對未來的科學挑戰。
科學也對生命如何源起和演進、世界如何形成和運作，提供完整的解釋、正確的答案，以及前瞻的展望。
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本書集合40位各領域專家學者和科普作家，以編年史方式，從史前35,000年前到公元2000年，有系統地為讀者耙梳科學史上250個影響人類最鉅的重大發現，介紹重要的思想/觀念、事件/運動、發明/成就、偉大科學家的背景故事。
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從古希臘哲人的思索到諾貝爾獎得主的成就，從建立「零」的觀念到證明「費瑪最後定理」，從哥白尼提倡「日心說」到阿姆斯壯登陸月球，從牛頓的萬有引力定律到愛因斯坦的廣義相對論，從基因工程到生物多樣性，從發現細胞到發明複製羊桃莉，《科學簡史》提供清晰而宏觀的角度，讓讀者不僅可輕易接近這些發現的方法和過程，也深入了解跨越無數世紀的整體趨勢和影響，以及各學門之間觀念的交互激盪，俾更有能力和信心面對未來的科學挑戰。
名人推薦
《科學簡史》以一種完全創新的方式，採用不同凡響的組織架構，按年代順序徵引史料敘述科學各支發展的偉大故事。不僅提供讀者輕鬆接近這些發現的方法，還呈現科學背後的基本觀念，更重要的是，它讓我們看到，從事科學探索的人，他們之為科學家的性格如何帶來了新的觀念。讀者從這些簡潔優美的敘述裡，可以得到真正的科學教育，更有能力迎接21世紀和未來的科學挑戰。
──Susan Greenfield（牛津大學藥理學教授暨英國皇家研究院院長）
《科學簡史》包含科學史的250個篇章。乍看之下，會以為兩百多篇的浮光掠影，怎能道盡探索宇宙的科學之旅的博大精深。不過，從一篇篇故事推演出去，我們或許更能了解科學方法——追尋真理之路——的確定和轉折。就某種程度來說，本書是在向懷疑主義致敬。這兩百多個篇章描述的是不同領域裡目前公認的事實，不過即使這些理論受到推崇，它們還是應該面對質疑和考驗。
──Simon Singh（劍橋大學粒子物理學博士，暢銷科普書《費瑪最後定理》及《碼書》作者）
──Susan Greenfield（牛津大學藥理學教授暨英國皇家研究院院長）
《科學簡史》包含科學史的250個篇章。乍看之下，會以為兩百多篇的浮光掠影，怎能道盡探索宇宙的科學之旅的博大精深。不過，從一篇篇故事推演出去，我們或許更能了解科學方法——追尋真理之路——的確定和轉折。就某種程度來說，本書是在向懷疑主義致敬。這兩百多個篇章描述的是不同領域裡目前公認的事實，不過即使這些理論受到推崇，它們還是應該面對質疑和考驗。
──Simon Singh（劍橋大學粒子物理學博士，暢銷科普書《費瑪最後定理》及《碼書》作者）
試閱
140
地心說 Earth-centred universe
托勒密（Claudius Ptolemy，約90-168）
托勒密是亞歷山卓城的天文學家、地理學家和數學家，也是一個武斷的人。他的《天文學大成》（Almagest）受重視將近1400年之久，現代譯本多達500頁。他不是含蓄地建議天空似乎是球形的，而是明明白白地堅持絕對是球形。由於夜空的形狀是個完美的半球，地球一定在宇宙中心──按照亞里斯多德的宇宙觀，這是地球的天生位置。托勒密更進一步，認為地球不會轉動，否則飛鳥和天上的雲都會被拋在地球後面。
《天文學大成》重做了許多希帕切斯300年前做過的研究，包括測量地球赤道面及其軌道面之間的角度，估算地球到月球與太陽的距離，以及再製一份星表。表中還列出44個托勒密命名的星座，這些名稱直到今天仍在使用（如獵戶座和獅子座）。
托勒密最具影響力的貢獻是提出行星運動的數學理論。他運氣不錯，行星繞太陽運轉的軌道全都接近圓形，所以他的地球中心體系可以用來預測行星位置，結果還算準確。簡而言之，托勒密的行星穩定地繞著一個完美的圓（epicenter，本輪）運轉，本輪的中心又穩定地繞著另一個完美的圓（deferent，均輪）運轉，而地球正居於均輪中心。但托勒密又創出像「偏心點」（equant point）這類生硬複雜的說法，用來解釋行星速度和運動方式不斷變化的現象，以及行星實際上的橢圓形軌道。雖然如此，托勒密的《天文學大成》仍是一部數學曠世傑作，使所有歐洲天文學家相信天球承載著天體真實不虛，直到被丹麥天文學家第谷（Tycho Brahe）推翻為止。
托勒密也寫了很多占星學和地理學的論文。事實上，他的地理論文在古典地理學的地位，就像他的天文論文在古典天文學裡一樣卓越。
參見〈史前天文學〉（12-13頁）、〈天體的音樂〉（14-15頁）、〈天文預測〉（26-27頁）、〈日心說〉（42-43頁）、〈行星運動法則〉（52-53頁）
1687
牛頓的《原理》 Newton's Principia
牛頓（Isaac Newton，1642-1727）
牛頓在1687年出版他的曠世鉅作《自然哲學的數學原理》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica，簡稱《數學原理》或《原理》），不過在此之前，他已經是劍橋大學盧卡斯數學講座教授，早就享有盛名。
1666年，進入三一學院就讀五年後，牛頓推論出平方反比定律（inverse-square law），解釋萬有引力對行星的作用如何隨著距離增加而減弱，同時開始理解到這項定律也可以說明蘋果為什麼往下掉。為了用數學公式表達行星運動，他發展出微積分方法；而在1673至75年間，德國哲學家暨數學家萊布尼茲（Gottfried Willhelm Leibniz）分頭並進，也推出了自己的微積分版本，隨後兩人為誰先發明的問題，爭執得非常難看。
《原理》是另一場學術恩怨的成果，牛頓發揮他的驚人才智，只為了和虎克（Robert Hooke）一較高下。虎克在1672年間曾呈遞一份報告給皇家學會，對牛頓的〈光和色的理論〉有所批評；這篇論文是牛頓1704年出版的《光學》（Opticks）的基礎，文中指出白光是「折射率不一樣的各種不同（顏色）光線的混合」。因此當牛頓在1684年得知虎克輕率宣稱已證明行星運動定律時，決心要報一箭之仇。他從1685年起埋首工作，用最新的天文測量數據比對他的計算結果。
《原理》統一了兩大力學，一是伽利略的現實世界力學，另一是根據經驗從克卜勒的觀察資料演繹出的天體力學。牛頓早年的平方反比定律只提到行星繞太陽運轉時會受到離心力的作用，《原理》進一步顯示，這種離心力必然被（從一定距離外）作用於太陽與行星之間的重力引力抵銷，書中還證明了行星軌道為什麼是橢圓形的。
牛頓從不曾打算發表他的驚人發現。他不信任用印刷方式發表心血結晶，對外界批評又過分敏感，後來是哈雷連哄帶騙才說服他把手稿付梓。
參見〈拆解彩虹〉（36-37頁）、〈行星運動法則〉（52-53頁）、〈落體〉（60-61頁）、〈哈雷彗星〉（84-85頁）、〈太陽系的起源〉（104-105頁）、〈「稱量」地球〉（112-113頁）、〈光的波動性質〉（118-119頁）、〈光譜線〉（130-131頁）
1961
外星智慧 Alien intelligence
德瑞克（Frank Drake，1930-）
1961年，德瑞克舉辦了一次小型科學家會議，討論如何利用新的26公尺口徑碟型望遠鏡搜尋外星文明傳來的訊號。德瑞克是美國電波天文學家，在西維吉尼亞州綠灣國家電波天文台工作。這項計畫跟著《綠野仙蹤》故事裡的女王命名，代號「奧茲瑪」（Ozma）。德瑞克研擬的會議議程以一項簡單的方程式為探討重點。
這項方程式估算銀河系中可偵測文明的數目。德瑞克提出一系列考慮因素，每項因素的重要性相等，簡單相乘，就是可偵測文明的數目。第一項因素是恆星在星系裡形成的速度，乘以擁有行星系統的恆星所占比率，然後再乘以這些行星系統裡適宜生命居住的行星所占比率，以及確實發展出生命的行星所占的比率。繼續乘上「適於居住」行星演化智慧生命所占的比率，還有智慧生命希望溝通且有能力溝通的比率。最後乘以設法與我們交流的文明剩下可供偵測的時間長度。（當時發展氫彈讓很多參與者擔心，可以交流的文明可能也擁有自我毀滅工具。 ）
環環相乘之後，得到的答案少則一千，多則一億。搜索外太空智慧的開路先鋒判斷，外太空生命體或許利用電波頻道比較安靜的波段傳遞訊息，約在1420兆赫的氫線和1665兆赫的氫氧線之間-這個波段現在稱作「水洞」（water hole）。而溝通形式可能是摩斯密碼式的點和劃。天文望遠鏡已經指向類似太陽的恆星，也掃瞄到數小時嘶嘶電波聲。不過嘛......到現在還沒有收到任何信息。
參見〈火星上的「運河」〉（200-201頁）、〈生命的起源〉（370-371頁）、〈行星世界〉（512-513頁）、〈伽利略任務〉（514-515頁）、〈火星的微化石〉（518-519頁）、〈月球上的水〉（522-523頁）
1798
「稱量」地球 'Weighing' the Earth
卡文迪西（Henry Cavendish，1731-1810）
「知識份子中最富有的人，也很可能是富人中最有知識的人。」一位法國同輩曾如此形容個性孤僻的英國科學家卡文迪西—第一個「稱」地球重量的人。卡文迪西在40歲時繼承了父親的財富，但生活儉樸，只把錢花在書本和科學儀器上。
他一生致力化學和電力研究，做了重大貢獻。1798年，70歲那年，他完成一項極其精準的實驗，科學家後來宣稱，這項實驗開啟了測量「微力」（small forces）的新紀元。
這項實驗測量了鐵球之間的引力。在已知球體的質量與彼此距離的情況下，卡文迪西根據牛頓著名的公式F = Gm1m2/r2算出重力常數G的值；在牛頓的公式裡，m1和m2是球體質量，F和r分別是兩球間的引力和距離。卡文迪西使用扭秤（torsion balance）來測量之支撐橫桿的金屬絲所受到的扭力，橫桿兩端各懸吊著一個番茄大小的鐵球。當一對大如瓜般的鐵球放到扭秤旁時，扭秤受到球體間引力影響而發生輕微的旋轉。
利用求得的重力常數值，卡文迪西算出地球密度是水的5.45倍，比現在公認的數值只低了1.3%。奇怪的是，許多科學家指出，卡文迪西在向皇家學會報告他的測量結果時，犯了一個簡單的數學錯誤。寫在報告上的地球密度值是5.48，但他的數據卻明白指出應該是5.45。看來即使最偉大的頭腦也可能犯錯。
參見〈地球周長〉（24-25頁）、〈落體〉（60-61頁）、〈牛頓的《原理》〉（78-79頁）、〈地球內部〉（250-251頁）、〈萬古磐石〉（252-253頁）
1845
螺旋星系 Spiral galaxies
羅斯伯爵三世巴森茲（William Parsons，third Earl of Rosse，1800-67）
恆星星際間散布著一片片薄霧般的亮光，稱作「星雲」（nebula）。托勒密在二世紀記錄了七個星雲，法國彗星觀測家梅西爾（Charles Messier）在1770年代初期用望遠鏡找到103個，並做了標記以便在搜尋彗星時避開這些物體。最偉大的星雲編目者是赫歇爾，他在1802年時已列出2,500個星雲的名單。但天文學家還是不清楚它們的性質。有些無疑是氣體和塵埃雲，另一些卻讓人覺得是恆星的組合，有些在我們的銀河系內，有些在很遠的距離外。
1845年，羅斯伯爵三世巴森茲在他坐落於愛爾蘭巴森茲鎮的古堡領地上，建造了一座巨大的望遠鏡，稱作「巨獸」（Leviathan）。這座望遠鏡有一面金屬反射鏡，寬1.83公尺，讓他能夠空前清楚地研究星雲。很多星雲的複雜結構在他的望遠鏡前現形，巴森茲的鉛筆素描記錄非常詳細。他還是第一個發現有些星雲呈螺旋狀的人。
1864年，英國天體物理學家赫金斯發現，亮星雲如獵戶座星雲等，具有典型的發光氣體光譜（放射光譜），另如仙女座星雲（M31）等其他星雲則有典型的星光光譜（吸收光譜）。但不論星雲裡面有什麼恆星，距離都太遙遠，沒有人能看清它們個別的模樣。隨後在1885年，M31星雲突然有一顆星星閃出光亮，後來在1917年又出現了四顆光芒較微弱的新星。
螺旋星雲的真正性質最後由美國天文學家哈伯（Edwin Hubble）揭露。他在1924年利用加州威爾遜山天文台2.54公尺口徑的虎克望遠鏡拍攝M31的照片，設法辨認了一些巨星，其中包括造父變星。得到這些「燈塔」星的指引，哈伯確定仙女座星雲距離地球將近一百萬光年，是我們銀河系裡最遠恆星距離的八倍，而且大得足以自成星系。科家很快就弄清楚，宇宙由不計其數的星系組成，或許有多達一千億個星系。
參見〈光譜線〉（130-131頁）、〈我們在宇宙的位置〉（280-281頁）、〈膨脹的宇宙〉（306-307頁）、〈創世餘暉〉（412-413頁）、〈大吸子〉（498-499頁）
1905
狹義相對論 Special relativity
愛因斯坦，1879-1955
1905年，愛因斯坦徹底破壞了空間和時間。而他所做的只是把兩個事實結合起來。第一個是，以不同速度移動的人會發現相同的物理定律-他們的實驗會產生相同結果。這和我們的經驗相符。我們不會直接「感覺」（feel）自己在繞著太陽轉動，而且我們能在飛行中的飛機裡隨意漫步。
但第二個事實比較讓人不安。如果飛馳的太空船發射一道雷射光束，你或許以為這道光的速度一定比從靜止火箭發射得要快。事實不然。不論從哪裡來，不論誰在測量，光速完全一樣。
為了解釋這兩種現象，愛因斯坦必須放棄牛頓的絕對空間與時間。距離和時間必須視誰在測量而定。對你來說，乘坐在一艘疾馳著的太空船上的乘客看起來像壓扁的生物，這個景象就是所謂的「羅倫茲收縮」（Lorentz contraction）。他們移動速度反常地緩慢，反映時間膨脹。然而在他們眼裡，你也是壓扁的、緩慢的。在狹義相對論裡所有運動都是相對的，沒有「優先座標系」（preferred frame）存在。
根據狹義相對論的說法，當相對速度接近光速，也就是極速時，時間膨脹和羅倫茲收縮變得極大。物理學家每天看到加速器裡飛快閃出的粒子愈來愈符合相對論的描述，天文學家則看到遙遠的星系快速離我們而去，卻跑得好似被拖住了腳步般。
愛因斯坦又把相對論用到能量概念上，發現了最有名的公式E=mc2。這個公式代表物質隱藏的能量非常驚人，相當於物體的質量乘上光速平方。任何東西，只要一公斤的重量，就含有足以燒滾一千億壺開水的能量，或是足以摧毀一座城市的能量。
參見〈牛頓的《原理》〉（78-79頁）、〈馬克斯威爾方程式〉（186-187頁）、〈廣義相對論〉（278-279頁）、〈恆星演化〉（286-287頁）、〈膨脹的宇宙〉（306-307頁）、〈核能〉（330-331頁）
1984
古老的DNA Ancient DNA
帕博（Svaante Pääbo，1955--）
第一次抽取到古老DNA片斷是在1984年，來源是一具小斑驢的乾皮，這種分布在非洲南部像斑馬的動物，因為過度獵捕，一百多年前已經滅絕。儘管陸續有人宣稱從恐龍骨頭和困在琥珀裡的昆蟲化石取得DNA，美國暢銷作家麥克·克萊頓（Michael Crichton）的小說《侏儸紀公園》就是代表，但抽取一百萬年老的DNA是不可能的事。而且所有複製嘗試統統失敗，因為假定是DNA的物質事實上都已遭到污染。
複雜的分子細胞在生物死亡後迅速分解，除非用急速冷凍或脫水乾燥保存，這種程序大自然裡非常罕見。不過細心使用現代萃取和放大技術，有些研究團隊仍然能夠回收幾萬年老的DNA；其中最頂尖的是帕博領導的慕尼黑大學團隊。
帕博是已故威爾遜（A. C. Wilson）在柏克萊加州大學的學生，威爾遜就是回收小斑驢DNA的生物學家，並找到證據顯示此一絕種動物是斑馬的親近亞種。1987年，威爾遜的團隊發展出「非洲夏娃」（African Eve）假說，用來解釋現代人類的起源。他們在全球搜集的DNA樣本顯示，所有現代人均源自約20萬年前的單一個非洲族群。
現在帕博的團隊正利用古老的DNA增進我們對晚近人類演化的了解。在奧地利阿爾卑斯山發現的冰封了5200年之久的「冰人」奧茨，從他身上取得的粒腺體DNA與今天生活在當地的人意外接近，暗示遺傳驚人地穩定。另外三個尼安德塔人的DNA樣本，約有四萬年到三萬年的歷史，彼此之間比較相似，與現代歐洲人的DNA反而比較疏遠，間接顯示尼安德塔人對現代人類基因池並無貢獻。
參見〈尼安德塔人〉（170-171頁）、〈爪哇人〉（216-217頁）、〈陶恩孩兒〉（298-299頁）、〈雙螺旋鏈〉（374-375頁）、〈奧都韋峽谷〉（392-393頁）、〈隨機分子演化〉（422-423頁）、〈基因表親〉（442-443頁）、〈納里歐柯托米少年〉（480-481頁）、〈基因指紋辨識〉（484-485頁）、〈遠離非洲〉（492-493頁）、〈冰人〉（504-505頁）
1990
大黃蜂飛行 Bumblebee flight
艾靈頓（Charles Ellington，1952--），杜德萊（Robert Dudley，生年不詳）
按照民間說法，大黃蜂根本飛不起來，身體那麼重，翅膀短又簡單，明顯缺乏空氣動力結構該有的優雅。但大黃蜂就是能飛，而且飛得很好，這都是複雜適應的功勞，箇中奧祕大部分在1990年由艾靈頓和杜德萊研究揭露。昆蟲翅膀和鳥不同，沒有永久性彎曲的翼型，不會產生上升力。相反地，牠們有臨時性翅膀，由節枝彈性蛋白（resilin）構成，再結合強硬的血管，使得翅膀上拍時能部分摺疊，產生上升力量。附著的肌肉組織調整翅膀高度，讓牠能夠掛在空中。
驅動翅膀拍打的肌肉，必須快速收縮，而且要比神經脈衝刺激的可能速度還快。如大黃蜂之類的昆蟲利用胸腔專門肌肉解決這個問題。首先，直接飛行肌連接在翅膀上，由神經脈衝控制，負責「預熱」飛行機制。然後連接在胸腔壁的間接飛行肌發揮作用：其中一組收縮使具有彈性的胸腔外骨骼變形，當彈回拉緊時，又引發第二組肌肉自動收縮。這種肌肉收縮振盪，超越神經控制的限度，創造出近乎自我永續維持的高頻率翅膀拍動，而這正是體型笨重的昆蟲飛行所需。
溫度控制也是這個程序的關鍵。昆蟲抖動身體以使肌肉達到最適宜起飛的溫度。一旦升空，消耗能量升高的體溫經由體表對流散熱，不過胃裡填滿蜜汁、花粉籃滿載的大黃蜂有時必須著陸，以防止身體過熱。在風洞實驗中，艾靈頓和凱西（Timothy Casey）顯示，慢跑的人每小時消耗相當於一根巧克力棒的熱量，而體積相等的大黃蜂只要一分鐘就可以消耗掉相同熱量。
參見〈動物本能〉（318-319頁）、〈檸檬酸循環〉（320-321頁）、〈蜜蜂溝通〉（338-339頁）
1996
複製羊桃莉 Dolly the cloned sheep
魏爾邁（Ian Wilmut，1944--）
1996年7月5日，一隻非常特別的羔羊在英國愛丁堡附近的小村莊羅絲林（Roslin）誕生。「桃莉」由一隻六歲黑臉母綿羊的單一乳腺細胞複製出來。前一年，另外有兩隻複製羊梅根（Megan）和茉拉（Morag）出生，牠們來自綿羊胚胎細胞。桃莉獨一無二，因為牠是從一個成羊細胞所產生的。牠沒有一個母親和一個父親各給牠一半的基因，相反的，牠的兩套基因都來自貢獻乳腺細胞的不明母羊。
複製意味著製造一模一樣的拷貝，其實不是什麼新鮮事。魏爾邁和他的研究團隊多年來已經複製分子、細菌、植物，甚至青蛙。桃莉羊實驗之所以讓人震驚，因為它在捐贈細胞核裡重新設定基因功能。雖然我們的基因訊息在我們所有細胞裡都有一套準確拷貝，但不同型基因在不同類別的細胞裡發揮作用。製造桃莉羊必須哄騙乳腺細胞裡的基因逆轉回到胚胎狀態，以前認為這是不可能的事。自桃莉出世後，猴子、綿羊、牛、山羊、老鼠和豬等動物全都有了複製品。
以繁殖為目的的複製，涉及從單一細胞製造完整動物個體，其中一定牽扯道德問題，不難想像會有人擔心輕率複製人類的後果。不過複製技術可以用體細胞代替精子，幫忙沒有精子的男性生兒育女，還可以幫忙保存瀕臨絕種的動物，以及製造成群基因改造動物來生產新藥。
而治療用途的複製只製造細胞和組織，不會從供核細胞造出動物個體。它可以製造骨髓給白血症病患，或生產神經元供中風病人、帕金森氏症和其他神經病患者修補受損的腦部。然而科學家的研究至今只碰到皮毛而已。
參見〈卵與胚胎〉（140-141頁）、〈孟德爾遺傳定律〉（192-193頁）、〈海弗利克限制〉（394-395頁）、〈基因工程〉（436-437頁）、〈單株抗體〉（448-449頁）、〈人類基因體序列〉（524-525頁）
地心說 Earth-centred universe
托勒密（Claudius Ptolemy，約90-168）
托勒密是亞歷山卓城的天文學家、地理學家和數學家，也是一個武斷的人。他的《天文學大成》（Almagest）受重視將近1400年之久，現代譯本多達500頁。他不是含蓄地建議天空似乎是球形的，而是明明白白地堅持絕對是球形。由於夜空的形狀是個完美的半球，地球一定在宇宙中心──按照亞里斯多德的宇宙觀，這是地球的天生位置。托勒密更進一步，認為地球不會轉動，否則飛鳥和天上的雲都會被拋在地球後面。
《天文學大成》重做了許多希帕切斯300年前做過的研究，包括測量地球赤道面及其軌道面之間的角度，估算地球到月球與太陽的距離，以及再製一份星表。表中還列出44個托勒密命名的星座，這些名稱直到今天仍在使用（如獵戶座和獅子座）。
托勒密最具影響力的貢獻是提出行星運動的數學理論。他運氣不錯，行星繞太陽運轉的軌道全都接近圓形，所以他的地球中心體系可以用來預測行星位置，結果還算準確。簡而言之，托勒密的行星穩定地繞著一個完美的圓（epicenter，本輪）運轉，本輪的中心又穩定地繞著另一個完美的圓（deferent，均輪）運轉，而地球正居於均輪中心。但托勒密又創出像「偏心點」（equant point）這類生硬複雜的說法，用來解釋行星速度和運動方式不斷變化的現象，以及行星實際上的橢圓形軌道。雖然如此，托勒密的《天文學大成》仍是一部數學曠世傑作，使所有歐洲天文學家相信天球承載著天體真實不虛，直到被丹麥天文學家第谷（Tycho Brahe）推翻為止。
托勒密也寫了很多占星學和地理學的論文。事實上，他的地理論文在古典地理學的地位，就像他的天文論文在古典天文學裡一樣卓越。
參見〈史前天文學〉（12-13頁）、〈天體的音樂〉（14-15頁）、〈天文預測〉（26-27頁）、〈日心說〉（42-43頁）、〈行星運動法則〉（52-53頁）
1687
牛頓的《原理》 Newton's Principia
牛頓（Isaac Newton，1642-1727）
牛頓在1687年出版他的曠世鉅作《自然哲學的數學原理》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica，簡稱《數學原理》或《原理》），不過在此之前，他已經是劍橋大學盧卡斯數學講座教授，早就享有盛名。
1666年，進入三一學院就讀五年後，牛頓推論出平方反比定律（inverse-square law），解釋萬有引力對行星的作用如何隨著距離增加而減弱，同時開始理解到這項定律也可以說明蘋果為什麼往下掉。為了用數學公式表達行星運動，他發展出微積分方法；而在1673至75年間，德國哲學家暨數學家萊布尼茲（Gottfried Willhelm Leibniz）分頭並進，也推出了自己的微積分版本，隨後兩人為誰先發明的問題，爭執得非常難看。
《原理》是另一場學術恩怨的成果，牛頓發揮他的驚人才智，只為了和虎克（Robert Hooke）一較高下。虎克在1672年間曾呈遞一份報告給皇家學會，對牛頓的〈光和色的理論〉有所批評；這篇論文是牛頓1704年出版的《光學》（Opticks）的基礎，文中指出白光是「折射率不一樣的各種不同（顏色）光線的混合」。因此當牛頓在1684年得知虎克輕率宣稱已證明行星運動定律時，決心要報一箭之仇。他從1685年起埋首工作，用最新的天文測量數據比對他的計算結果。
《原理》統一了兩大力學，一是伽利略的現實世界力學，另一是根據經驗從克卜勒的觀察資料演繹出的天體力學。牛頓早年的平方反比定律只提到行星繞太陽運轉時會受到離心力的作用，《原理》進一步顯示，這種離心力必然被（從一定距離外）作用於太陽與行星之間的重力引力抵銷，書中還證明了行星軌道為什麼是橢圓形的。
牛頓從不曾打算發表他的驚人發現。他不信任用印刷方式發表心血結晶，對外界批評又過分敏感，後來是哈雷連哄帶騙才說服他把手稿付梓。
參見〈拆解彩虹〉（36-37頁）、〈行星運動法則〉（52-53頁）、〈落體〉（60-61頁）、〈哈雷彗星〉（84-85頁）、〈太陽系的起源〉（104-105頁）、〈「稱量」地球〉（112-113頁）、〈光的波動性質〉（118-119頁）、〈光譜線〉（130-131頁）
1961
外星智慧 Alien intelligence
德瑞克（Frank Drake，1930-）
1961年，德瑞克舉辦了一次小型科學家會議，討論如何利用新的26公尺口徑碟型望遠鏡搜尋外星文明傳來的訊號。德瑞克是美國電波天文學家，在西維吉尼亞州綠灣國家電波天文台工作。這項計畫跟著《綠野仙蹤》故事裡的女王命名，代號「奧茲瑪」（Ozma）。德瑞克研擬的會議議程以一項簡單的方程式為探討重點。
這項方程式估算銀河系中可偵測文明的數目。德瑞克提出一系列考慮因素，每項因素的重要性相等，簡單相乘，就是可偵測文明的數目。第一項因素是恆星在星系裡形成的速度，乘以擁有行星系統的恆星所占比率，然後再乘以這些行星系統裡適宜生命居住的行星所占比率，以及確實發展出生命的行星所占的比率。繼續乘上「適於居住」行星演化智慧生命所占的比率，還有智慧生命希望溝通且有能力溝通的比率。最後乘以設法與我們交流的文明剩下可供偵測的時間長度。（當時發展氫彈讓很多參與者擔心，可以交流的文明可能也擁有自我毀滅工具。 ）
環環相乘之後，得到的答案少則一千，多則一億。搜索外太空智慧的開路先鋒判斷，外太空生命體或許利用電波頻道比較安靜的波段傳遞訊息，約在1420兆赫的氫線和1665兆赫的氫氧線之間-這個波段現在稱作「水洞」（water hole）。而溝通形式可能是摩斯密碼式的點和劃。天文望遠鏡已經指向類似太陽的恆星，也掃瞄到數小時嘶嘶電波聲。不過嘛......到現在還沒有收到任何信息。
參見〈火星上的「運河」〉（200-201頁）、〈生命的起源〉（370-371頁）、〈行星世界〉（512-513頁）、〈伽利略任務〉（514-515頁）、〈火星的微化石〉（518-519頁）、〈月球上的水〉（522-523頁）
1798
「稱量」地球 'Weighing' the Earth
卡文迪西（Henry Cavendish，1731-1810）
「知識份子中最富有的人，也很可能是富人中最有知識的人。」一位法國同輩曾如此形容個性孤僻的英國科學家卡文迪西—第一個「稱」地球重量的人。卡文迪西在40歲時繼承了父親的財富，但生活儉樸，只把錢花在書本和科學儀器上。
他一生致力化學和電力研究，做了重大貢獻。1798年，70歲那年，他完成一項極其精準的實驗，科學家後來宣稱，這項實驗開啟了測量「微力」（small forces）的新紀元。
這項實驗測量了鐵球之間的引力。在已知球體的質量與彼此距離的情況下，卡文迪西根據牛頓著名的公式F = Gm1m2/r2算出重力常數G的值；在牛頓的公式裡，m1和m2是球體質量，F和r分別是兩球間的引力和距離。卡文迪西使用扭秤（torsion balance）來測量之支撐橫桿的金屬絲所受到的扭力，橫桿兩端各懸吊著一個番茄大小的鐵球。當一對大如瓜般的鐵球放到扭秤旁時，扭秤受到球體間引力影響而發生輕微的旋轉。
利用求得的重力常數值，卡文迪西算出地球密度是水的5.45倍，比現在公認的數值只低了1.3%。奇怪的是，許多科學家指出，卡文迪西在向皇家學會報告他的測量結果時，犯了一個簡單的數學錯誤。寫在報告上的地球密度值是5.48，但他的數據卻明白指出應該是5.45。看來即使最偉大的頭腦也可能犯錯。
參見〈地球周長〉（24-25頁）、〈落體〉（60-61頁）、〈牛頓的《原理》〉（78-79頁）、〈地球內部〉（250-251頁）、〈萬古磐石〉（252-253頁）
1845
螺旋星系 Spiral galaxies
羅斯伯爵三世巴森茲（William Parsons，third Earl of Rosse，1800-67）
恆星星際間散布著一片片薄霧般的亮光，稱作「星雲」（nebula）。托勒密在二世紀記錄了七個星雲，法國彗星觀測家梅西爾（Charles Messier）在1770年代初期用望遠鏡找到103個，並做了標記以便在搜尋彗星時避開這些物體。最偉大的星雲編目者是赫歇爾，他在1802年時已列出2,500個星雲的名單。但天文學家還是不清楚它們的性質。有些無疑是氣體和塵埃雲，另一些卻讓人覺得是恆星的組合，有些在我們的銀河系內，有些在很遠的距離外。
1845年，羅斯伯爵三世巴森茲在他坐落於愛爾蘭巴森茲鎮的古堡領地上，建造了一座巨大的望遠鏡，稱作「巨獸」（Leviathan）。這座望遠鏡有一面金屬反射鏡，寬1.83公尺，讓他能夠空前清楚地研究星雲。很多星雲的複雜結構在他的望遠鏡前現形，巴森茲的鉛筆素描記錄非常詳細。他還是第一個發現有些星雲呈螺旋狀的人。
1864年，英國天體物理學家赫金斯發現，亮星雲如獵戶座星雲等，具有典型的發光氣體光譜（放射光譜），另如仙女座星雲（M31）等其他星雲則有典型的星光光譜（吸收光譜）。但不論星雲裡面有什麼恆星，距離都太遙遠，沒有人能看清它們個別的模樣。隨後在1885年，M31星雲突然有一顆星星閃出光亮，後來在1917年又出現了四顆光芒較微弱的新星。
螺旋星雲的真正性質最後由美國天文學家哈伯（Edwin Hubble）揭露。他在1924年利用加州威爾遜山天文台2.54公尺口徑的虎克望遠鏡拍攝M31的照片，設法辨認了一些巨星，其中包括造父變星。得到這些「燈塔」星的指引，哈伯確定仙女座星雲距離地球將近一百萬光年，是我們銀河系裡最遠恆星距離的八倍，而且大得足以自成星系。科家很快就弄清楚，宇宙由不計其數的星系組成，或許有多達一千億個星系。
參見〈光譜線〉（130-131頁）、〈我們在宇宙的位置〉（280-281頁）、〈膨脹的宇宙〉（306-307頁）、〈創世餘暉〉（412-413頁）、〈大吸子〉（498-499頁）
1905
狹義相對論 Special relativity
愛因斯坦，1879-1955
1905年，愛因斯坦徹底破壞了空間和時間。而他所做的只是把兩個事實結合起來。第一個是，以不同速度移動的人會發現相同的物理定律-他們的實驗會產生相同結果。這和我們的經驗相符。我們不會直接「感覺」（feel）自己在繞著太陽轉動，而且我們能在飛行中的飛機裡隨意漫步。
但第二個事實比較讓人不安。如果飛馳的太空船發射一道雷射光束，你或許以為這道光的速度一定比從靜止火箭發射得要快。事實不然。不論從哪裡來，不論誰在測量，光速完全一樣。
為了解釋這兩種現象，愛因斯坦必須放棄牛頓的絕對空間與時間。距離和時間必須視誰在測量而定。對你來說，乘坐在一艘疾馳著的太空船上的乘客看起來像壓扁的生物，這個景象就是所謂的「羅倫茲收縮」（Lorentz contraction）。他們移動速度反常地緩慢，反映時間膨脹。然而在他們眼裡，你也是壓扁的、緩慢的。在狹義相對論裡所有運動都是相對的，沒有「優先座標系」（preferred frame）存在。
根據狹義相對論的說法，當相對速度接近光速，也就是極速時，時間膨脹和羅倫茲收縮變得極大。物理學家每天看到加速器裡飛快閃出的粒子愈來愈符合相對論的描述，天文學家則看到遙遠的星系快速離我們而去，卻跑得好似被拖住了腳步般。
愛因斯坦又把相對論用到能量概念上，發現了最有名的公式E=mc2。這個公式代表物質隱藏的能量非常驚人，相當於物體的質量乘上光速平方。任何東西，只要一公斤的重量，就含有足以燒滾一千億壺開水的能量，或是足以摧毀一座城市的能量。
參見〈牛頓的《原理》〉（78-79頁）、〈馬克斯威爾方程式〉（186-187頁）、〈廣義相對論〉（278-279頁）、〈恆星演化〉（286-287頁）、〈膨脹的宇宙〉（306-307頁）、〈核能〉（330-331頁）
1984
古老的DNA Ancient DNA
帕博（Svaante Pääbo，1955--）
第一次抽取到古老DNA片斷是在1984年，來源是一具小斑驢的乾皮，這種分布在非洲南部像斑馬的動物，因為過度獵捕，一百多年前已經滅絕。儘管陸續有人宣稱從恐龍骨頭和困在琥珀裡的昆蟲化石取得DNA，美國暢銷作家麥克·克萊頓（Michael Crichton）的小說《侏儸紀公園》就是代表，但抽取一百萬年老的DNA是不可能的事。而且所有複製嘗試統統失敗，因為假定是DNA的物質事實上都已遭到污染。
複雜的分子細胞在生物死亡後迅速分解，除非用急速冷凍或脫水乾燥保存，這種程序大自然裡非常罕見。不過細心使用現代萃取和放大技術，有些研究團隊仍然能夠回收幾萬年老的DNA；其中最頂尖的是帕博領導的慕尼黑大學團隊。
帕博是已故威爾遜（A. C. Wilson）在柏克萊加州大學的學生，威爾遜就是回收小斑驢DNA的生物學家，並找到證據顯示此一絕種動物是斑馬的親近亞種。1987年，威爾遜的團隊發展出「非洲夏娃」（African Eve）假說，用來解釋現代人類的起源。他們在全球搜集的DNA樣本顯示，所有現代人均源自約20萬年前的單一個非洲族群。
現在帕博的團隊正利用古老的DNA增進我們對晚近人類演化的了解。在奧地利阿爾卑斯山發現的冰封了5200年之久的「冰人」奧茨，從他身上取得的粒腺體DNA與今天生活在當地的人意外接近，暗示遺傳驚人地穩定。另外三個尼安德塔人的DNA樣本，約有四萬年到三萬年的歷史，彼此之間比較相似，與現代歐洲人的DNA反而比較疏遠，間接顯示尼安德塔人對現代人類基因池並無貢獻。
參見〈尼安德塔人〉（170-171頁）、〈爪哇人〉（216-217頁）、〈陶恩孩兒〉（298-299頁）、〈雙螺旋鏈〉（374-375頁）、〈奧都韋峽谷〉（392-393頁）、〈隨機分子演化〉（422-423頁）、〈基因表親〉（442-443頁）、〈納里歐柯托米少年〉（480-481頁）、〈基因指紋辨識〉（484-485頁）、〈遠離非洲〉（492-493頁）、〈冰人〉（504-505頁）
1990
大黃蜂飛行 Bumblebee flight
艾靈頓（Charles Ellington，1952--），杜德萊（Robert Dudley，生年不詳）
按照民間說法，大黃蜂根本飛不起來，身體那麼重，翅膀短又簡單，明顯缺乏空氣動力結構該有的優雅。但大黃蜂就是能飛，而且飛得很好，這都是複雜適應的功勞，箇中奧祕大部分在1990年由艾靈頓和杜德萊研究揭露。昆蟲翅膀和鳥不同，沒有永久性彎曲的翼型，不會產生上升力。相反地，牠們有臨時性翅膀，由節枝彈性蛋白（resilin）構成，再結合強硬的血管，使得翅膀上拍時能部分摺疊，產生上升力量。附著的肌肉組織調整翅膀高度，讓牠能夠掛在空中。
驅動翅膀拍打的肌肉，必須快速收縮，而且要比神經脈衝刺激的可能速度還快。如大黃蜂之類的昆蟲利用胸腔專門肌肉解決這個問題。首先，直接飛行肌連接在翅膀上，由神經脈衝控制，負責「預熱」飛行機制。然後連接在胸腔壁的間接飛行肌發揮作用：其中一組收縮使具有彈性的胸腔外骨骼變形，當彈回拉緊時，又引發第二組肌肉自動收縮。這種肌肉收縮振盪，超越神經控制的限度，創造出近乎自我永續維持的高頻率翅膀拍動，而這正是體型笨重的昆蟲飛行所需。
溫度控制也是這個程序的關鍵。昆蟲抖動身體以使肌肉達到最適宜起飛的溫度。一旦升空，消耗能量升高的體溫經由體表對流散熱，不過胃裡填滿蜜汁、花粉籃滿載的大黃蜂有時必須著陸，以防止身體過熱。在風洞實驗中，艾靈頓和凱西（Timothy Casey）顯示，慢跑的人每小時消耗相當於一根巧克力棒的熱量，而體積相等的大黃蜂只要一分鐘就可以消耗掉相同熱量。
參見〈動物本能〉（318-319頁）、〈檸檬酸循環〉（320-321頁）、〈蜜蜂溝通〉（338-339頁）
1996
複製羊桃莉 Dolly the cloned sheep
魏爾邁（Ian Wilmut，1944--）
1996年7月5日，一隻非常特別的羔羊在英國愛丁堡附近的小村莊羅絲林（Roslin）誕生。「桃莉」由一隻六歲黑臉母綿羊的單一乳腺細胞複製出來。前一年，另外有兩隻複製羊梅根（Megan）和茉拉（Morag）出生，牠們來自綿羊胚胎細胞。桃莉獨一無二，因為牠是從一個成羊細胞所產生的。牠沒有一個母親和一個父親各給牠一半的基因，相反的，牠的兩套基因都來自貢獻乳腺細胞的不明母羊。
複製意味著製造一模一樣的拷貝，其實不是什麼新鮮事。魏爾邁和他的研究團隊多年來已經複製分子、細菌、植物，甚至青蛙。桃莉羊實驗之所以讓人震驚，因為它在捐贈細胞核裡重新設定基因功能。雖然我們的基因訊息在我們所有細胞裡都有一套準確拷貝，但不同型基因在不同類別的細胞裡發揮作用。製造桃莉羊必須哄騙乳腺細胞裡的基因逆轉回到胚胎狀態，以前認為這是不可能的事。自桃莉出世後，猴子、綿羊、牛、山羊、老鼠和豬等動物全都有了複製品。
以繁殖為目的的複製，涉及從單一細胞製造完整動物個體，其中一定牽扯道德問題，不難想像會有人擔心輕率複製人類的後果。不過複製技術可以用體細胞代替精子，幫忙沒有精子的男性生兒育女，還可以幫忙保存瀕臨絕種的動物，以及製造成群基因改造動物來生產新藥。
而治療用途的複製只製造細胞和組織，不會從供核細胞造出動物個體。它可以製造骨髓給白血症病患，或生產神經元供中風病人、帕金森氏症和其他神經病患者修補受損的腦部。然而科學家的研究至今只碰到皮毛而已。
參見〈卵與胚胎〉（140-141頁）、〈孟德爾遺傳定律〉（192-193頁）、〈海弗利克限制〉（394-395頁）、〈基因工程〉（436-437頁）、〈單株抗體〉（448-449頁）、〈人類基因體序列〉（524-525頁）
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