搜查任務：支配世界的物理定律
我是科學神探夏洛克‧歐姆，歡迎一起搭乘這艘火箭前往天涯海角，探索宇宙的奧祕！
科學家說宇宙的年齡大約有 138 億年，但沒有人真正知道宇宙是怎麼誕生的，也不知道它為什麼會誕生。因為有些線索目前還找不到，真相仍然是個謎。
不過，數千年來在許多聰明的科學偵探的調查之下，萬事萬物──包括地球上、太空中，甚至更遙遠地方的許多規則已經一一揭露。
科學家將這些規則稱為「定律」，這些定律可以解釋大多數的物質及能量形式……沒錯，幾乎包含宇宙中所有的事物，只有少數例外（請見右頁）。
必須先說明的是，本書要談的是「大的」東西──我們能觸摸、聽聞、看見、偵測與測量的東西。無論是流水還是流星，火箭還是火雞，猩猩、恆星還是團團轉的星系，都遵循這些定律。
簡單來說，這些定律支配了一切。了解這些定律，我們就能讓太空船飛向火星、讓太空人登上月球、聆聽來自遙遠恆星的訊息……完成許多日常或偉大的事物。
想知道這一切的奧祕嗎？跳上火箭，和我以及我毛茸茸的朋友──萊利與海蒂結伴同行。靠緊座椅、繫好安全帶，準備來一場親身經「力」的旅行吧！
從竹箭到火箭
自從人類開始運用工具，30 萬年來，我們手中的工具已經有巨大的變化；但如何讓這些工具順利運作的定律卻沒有太大的改變。讓竹箭能射入空中的定律，也是火箭之所以能脫離地球的引力、飛向太空的定律；而且，同樣的定律也讓竹箭和火箭最後都會落回地面。
霹靂∼啪啦∼砰！
有一種說法主張宇宙是大約138億年前，在一場「大暴脹」中誕生；科學家用 Big Bang 來形容，中文稱為「大霹靂」。提出大霹靂的科學家認為，宇宙始於一個超熱、超緻密的能量點──稱為「初始奇異點」，在不到億兆分之一秒間，體積突然膨脹了幾兆倍，接著產生了物質、光和時間，最後導致了恆星、行星、星系……還有你的誕生！
真的是這樣嗎？
「大霹靂」這樣的主張，科學家會歸類為「學說」──可以把已經發生的事解釋得很好，但是無從證明它是對的。因此科學家會不斷做實驗，並進行觀察，好尋找證據來支持他們的想法。當你閱讀本書中的漫畫「原理的原點」時就會發現：就算是超級優秀的科學家，想法也未必正確！
大或小，有關係！
宇宙浩瀚無垠，沒有人知道宇宙到底是什麼形狀，但科學家估計它的寬度大約有900,000,000,000,000,000,000,000 公里；那是地球到太陽之間距離的一千兆倍。在尺度的另一端，宇宙中最小的東西比原子核還要小一百萬兆倍。當物體超級小、運動速度超級快……快到接近光速時，本書所介紹的規則都有待修正──那些物體適用全新的規則，但我們對那些規則還不夠了解……關於這個謎團，從第 56 頁起將有進一步的說明。
跟上潮流──電流、電力、電阻
有了電，我們才擁有便利的現代生活。想想看，許多不需要出門就能享受的事，例如看電視、玩手機、逛網路，還有微波一大碗香噴噴、熱騰騰的奶油爆米花……如果沒有電，全都做不到。無論你用的電是來自電池、行動電源，還是牆上的插座，它們都有共同的祕密……
兩種電流
電子的流動會形成電流。在以電池作為電源的簡單電路中，電子由負極（又稱陽極，以－號標示）流向正極（又稱為陰極，以＋號標示）。這種單方向的電流稱為直流電（簡寫為DC）。來自插座的家庭用電，電流每秒來回變換方向 50 或 60 次，稱為交流電（簡寫為 AC）。
安全第一
為了因應現代生活對電力的需求，就算是一般的家庭用電也有很高的功率，如果沒有妥善且安全的使用，將會造成傷害。所以絕對不要碰觸、破壞或玩（裸露的）電線；也不要把任何物品──尤其是手指頭放進插座裡。
魚貫前進
電子以接近光速的速率繞著原子核轉；但是在電路中，一群電子沿著導線前進的速率大約只有每秒1毫米。雖然聽起來很慢，但是每當我們按下開關，電器就能立刻運作，那是因為開啟電源會使電路從一端引進一顆電子，另一端立刻擠出一顆原本就在那裡的電子──就像是桌子邊緣已經排滿了一整列的彈珠，然後你從尾端再加入一顆新彈珠一樣。
暢行無阻？
容易讓電流通過的物質稱為電的良導體──幾乎所有的金屬都是，因此電線裡可以找到銅、鐵或鋁。電流不容易通過的物質稱為絕緣體，包覆在電線或電纜外的塑膠或橡膠都是絕緣體，可以保護我們避免觸電。
青史留名
電學所使用的單位大多以電力偵探（請見第 52–53 頁）的姓名來命名。例如：電壓以伏特（V）為單位，是為了紀念伏打；電流以安培（A）為單位，是為了紀念安培。電阻（請見下一段的說明）則是為了紀念德國物理學家歐姆，而以歐姆（符號是希臘字母Ω）為單位……沒錯，和本書的科學偵探同名！
阻礙帶來光和熱？
電子在電路中流動時，會撞到上億顆原子，阻礙它們通行，這種性質稱為電阻。電流有點類似在水管中移動的水流──在材質不變的前提下，比起細長的導線，粗而短的導線電阻比較小。傳統的燈泡裡有非常細、繞成很多圈的燈絲，為了克服電阻，電子在流經燈絲時失去的能量會以光和熱的形式釋放出來，所以傳統燈泡非常燙！
在家動手做
找出家裡的吹風機或電熱水壺，在不插電的情況下，觀察上面的標示，可以知道這種電器適用的電壓與電流數值。世界各國的家用電壓並不相同──在歐洲，電壓一般是 220V 或 240V；在美國和臺灣則是110V 或 220V。
有多少瓦？
為了紀念蘇格蘭工程師瓦特，電器的功率（作功的速率）以瓦（W）為單位；一瓦代表每秒消耗（或輸出）一焦耳的能量。你通常可以在電器的標示上找到它的額定功率──在一定的電壓下工作時，能輸出或處理的功率大小。
以下是幾個常見物體的輸出功率：
省電燈泡：約7W
筆記型電腦：約50W
快煮壺：約2000W
人體：約100W
太陽：約383,000,000,000,000,000,000,000,000W，可以供應一千九百億兆個快煮壺將水煮開！想來杯熱茶嗎？
我是科學神探夏洛克‧歐姆，歡迎一起搭乘這艘火箭前往天涯海角，探索宇宙的奧祕！
科學家說宇宙的年齡大約有 138 億年，但沒有人真正知道宇宙是怎麼誕生的，也不知道它為什麼會誕生。因為有些線索目前還找不到，真相仍然是個謎。
不過，數千年來在許多聰明的科學偵探的調查之下，萬事萬物──包括地球上、太空中，甚至更遙遠地方的許多規則已經一一揭露。
科學家將這些規則稱為「定律」，這些定律可以解釋大多數的物質及能量形式……沒錯，幾乎包含宇宙中所有的事物，只有少數例外（請見右頁）。
必須先說明的是，本書要談的是「大的」東西──我們能觸摸、聽聞、看見、偵測與測量的東西。無論是流水還是流星，火箭還是火雞，猩猩、恆星還是團團轉的星系，都遵循這些定律。
簡單來說，這些定律支配了一切。了解這些定律，我們就能讓太空船飛向火星、讓太空人登上月球、聆聽來自遙遠恆星的訊息……完成許多日常或偉大的事物。
想知道這一切的奧祕嗎？跳上火箭，和我以及我毛茸茸的朋友──萊利與海蒂結伴同行。靠緊座椅、繫好安全帶，準備來一場親身經「力」的旅行吧！
從竹箭到火箭
自從人類開始運用工具，30 萬年來，我們手中的工具已經有巨大的變化；但如何讓這些工具順利運作的定律卻沒有太大的改變。讓竹箭能射入空中的定律，也是火箭之所以能脫離地球的引力、飛向太空的定律；而且，同樣的定律也讓竹箭和火箭最後都會落回地面。
霹靂∼啪啦∼砰！
有一種說法主張宇宙是大約138億年前，在一場「大暴脹」中誕生；科學家用 Big Bang 來形容，中文稱為「大霹靂」。提出大霹靂的科學家認為，宇宙始於一個超熱、超緻密的能量點──稱為「初始奇異點」，在不到億兆分之一秒間，體積突然膨脹了幾兆倍，接著產生了物質、光和時間，最後導致了恆星、行星、星系……還有你的誕生！
真的是這樣嗎？
「大霹靂」這樣的主張，科學家會歸類為「學說」──可以把已經發生的事解釋得很好，但是無從證明它是對的。因此科學家會不斷做實驗，並進行觀察，好尋找證據來支持他們的想法。當你閱讀本書中的漫畫「原理的原點」時就會發現：就算是超級優秀的科學家，想法也未必正確！
大或小，有關係！
宇宙浩瀚無垠，沒有人知道宇宙到底是什麼形狀，但科學家估計它的寬度大約有900,000,000,000,000,000,000,000 公里；那是地球到太陽之間距離的一千兆倍。在尺度的另一端，宇宙中最小的東西比原子核還要小一百萬兆倍。當物體超級小、運動速度超級快……快到接近光速時，本書所介紹的規則都有待修正──那些物體適用全新的規則，但我們對那些規則還不夠了解……關於這個謎團，從第 56 頁起將有進一步的說明。
跟上潮流──電流、電力、電阻
有了電，我們才擁有便利的現代生活。想想看，許多不需要出門就能享受的事，例如看電視、玩手機、逛網路，還有微波一大碗香噴噴、熱騰騰的奶油爆米花……如果沒有電，全都做不到。無論你用的電是來自電池、行動電源，還是牆上的插座，它們都有共同的祕密……
兩種電流
電子的流動會形成電流。在以電池作為電源的簡單電路中，電子由負極（又稱陽極，以－號標示）流向正極（又稱為陰極，以＋號標示）。這種單方向的電流稱為直流電（簡寫為DC）。來自插座的家庭用電，電流每秒來回變換方向 50 或 60 次，稱為交流電（簡寫為 AC）。
安全第一
為了因應現代生活對電力的需求，就算是一般的家庭用電也有很高的功率，如果沒有妥善且安全的使用，將會造成傷害。所以絕對不要碰觸、破壞或玩（裸露的）電線；也不要把任何物品──尤其是手指頭放進插座裡。
魚貫前進
電子以接近光速的速率繞著原子核轉；但是在電路中，一群電子沿著導線前進的速率大約只有每秒1毫米。雖然聽起來很慢，但是每當我們按下開關，電器就能立刻運作，那是因為開啟電源會使電路從一端引進一顆電子，另一端立刻擠出一顆原本就在那裡的電子──就像是桌子邊緣已經排滿了一整列的彈珠，然後你從尾端再加入一顆新彈珠一樣。
暢行無阻？
容易讓電流通過的物質稱為電的良導體──幾乎所有的金屬都是，因此電線裡可以找到銅、鐵或鋁。電流不容易通過的物質稱為絕緣體，包覆在電線或電纜外的塑膠或橡膠都是絕緣體，可以保護我們避免觸電。
青史留名
電學所使用的單位大多以電力偵探（請見第 52–53 頁）的姓名來命名。例如：電壓以伏特（V）為單位，是為了紀念伏打；電流以安培（A）為單位，是為了紀念安培。電阻（請見下一段的說明）則是為了紀念德國物理學家歐姆，而以歐姆（符號是希臘字母Ω）為單位……沒錯，和本書的科學偵探同名！
阻礙帶來光和熱？
電子在電路中流動時，會撞到上億顆原子，阻礙它們通行，這種性質稱為電阻。電流有點類似在水管中移動的水流──在材質不變的前提下，比起細長的導線，粗而短的導線電阻比較小。傳統的燈泡裡有非常細、繞成很多圈的燈絲，為了克服電阻，電子在流經燈絲時失去的能量會以光和熱的形式釋放出來，所以傳統燈泡非常燙！
在家動手做
找出家裡的吹風機或電熱水壺，在不插電的情況下，觀察上面的標示，可以知道這種電器適用的電壓與電流數值。世界各國的家用電壓並不相同──在歐洲，電壓一般是 220V 或 240V；在美國和臺灣則是110V 或 220V。
有多少瓦？
為了紀念蘇格蘭工程師瓦特，電器的功率（作功的速率）以瓦（W）為單位；一瓦代表每秒消耗（或輸出）一焦耳的能量。你通常可以在電器的標示上找到它的額定功率──在一定的電壓下工作時，能輸出或處理的功率大小。
以下是幾個常見物體的輸出功率：
省電燈泡：約7W
筆記型電腦：約50W
快煮壺：約2000W
人體：約100W
太陽：約383,000,000,000,000,000,000,000,000W，可以供應一千九百億兆個快煮壺將水煮開！想來杯熱茶嗎？
