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The Science Book: Big Ideas Simply Explained

作者 英國DK出版社
出版社 日月文化出版股份有限公司
商品描述 科學百科: Big Ideas輕鬆讀:風靡全球的百科權威英國DK出版社獨家授權《BIGIDEAS輕鬆讀》全面解讀人類文明史上的經典思維38國引進,33種語言,系列全球熱銷超過330萬冊史上

內容簡介

內容簡介 風靡全球的百科權威英國DK出版社獨家授權《BIG IDEAS輕鬆讀》全面解讀人類文明史上的經典思維38國引進,33種語言,系列全球熱銷超過330萬冊史上最全面、最易懂、最有趣的《BIG IDEAS輕鬆讀》系列叢書為什麼氣壓計的水銀柱在山上會下降?為什麼火箭的引擎向下噴出可以推動火箭?為什麼濫用抗生素容易引起病毒抗藥性?人類透過科學的研究,駕馭知識,使我們得到創造、破壞和改變事物的能力。《科學百科》將帶領讀者深入國小到上班族必備、必學、必知的科學理論。透過圖像思考、科學的歷史發展和偉大科學家的介紹,解開我們如何從火藥的發現一路發展到「上帝粒子」的希格斯玻色子。◎生活上的議題帶領讀者探究看似簡單理論背後的大道理 氣流和洋流為什麼不會直線流動?宇宙如何從大爆炸中生成?科學家如何估算地球的年齡?黑洞如何影響原子粒子的存在?我們經常將現代世界的許多現象視為當然。即使對這些理論沒有概念,我們也時常透過新聞、電影和媒體發現這些理論的存在。科學理論各自有學術的突破和研究,本書透過簡單易懂的步驟圖和解釋,幫助讀者理解,並加以活用在日常生活中與科學相關的議題。開拓讀者對天文、物理、化學、地理、生物、氣象六大科學的基本概念,一窺科學發展的現況。◎穿越2700年的科學歷史,一個時間軸理解人類科學進展的結晶 ・科學的開端:人類的科學觀察從天文開始。印度、中國與各地的航海人不斷探究關於地球、光和天文的知識。無論是伊斯蘭對於數學的研究、煉金術士的蒸餾法新技術,還是數學家和工程師,皆打開了科學研究的大門。・科學革命:伊斯蘭帝國的科學研究和藝術發展維持了500年的繁榮時期。伽利略之後,歐洲得以掙脫宗教對科學的控制。惠更斯發明第一個時鐘,牛頓提出光的傳播理論,虎克發明了第一台顯微鏡……這些偉大的天文、化學、地理、物理和生物創新發展徹底改變了人類數百年的傳統觀念。・開拓領域:牛頓的運動定律讓科學成為講求精準的一門學問,數學也在科學研究中扮演了重要的角色。林奈開始了生物的分類,伏打發明了電力,英恩浩斯發現了植物的光合作用……科學家從此成為一個新的職業。・百年進步:19世紀,人類的化學、物理和生物研究有重大突破。從威廉.赫歇爾發現紅外線輻射的存在,門得列伕列出了元素的週期表,到達爾文的進化論。人類在百年進步 中奠定了基礎,向前邁進一大步。・巨大的轉變:人類的時空和物質觀點有了具大的轉變。1900年普郎克所提出的不連續的能量包理論、愛因斯坦的相對論及物質能量關係的 E=mc2、原子的分裂模型、哈伯的宇宙膨脹理論,以及圖靈在二戰期間所設計的第一台電腦,讓人類進入了現代科學 的時代。・重要的基石:有了望遠鏡後,科學研究開始高速發展。1953年科學家率先破解DNA的分子結構,人類才開始對於基因有更深的研究。2012年歐洲的大型強子對撞機發現了預言中的「希格斯玻色子」,使得未來的科學研究有更多的可能性。 ◎精選科學史上150位各界科學家,一網打盡! ・你知道什麼是「黑洞蒸發」理論嗎?史蒂芬.霍金被譽為繼愛因斯坦後,世界上最傑出 的理論物理學家,他曾說過:「我的目標很簡單,就是要完全理解宇宙,弄清楚它為什 麼是現在這個樣子,以及它究竟為什麼存在。」・「法拉第籠」的運作原理是什麼?麥可.法拉第發現的電動機和發電機原理為電學革命 鋪平了道路,這場革命徹底改變了現代世界,他本人也曾預言他的發現極具價值,可以為政府帶來稅收。・「DNA」是如何被發現的?詹姆斯.華生與法蘭西斯.克里克成功破解了DNA結構, 為現代的基因工程和基因療法奠定了基礎。本書嚴選150位你不可不知的科學家。透過解說,讓你更全面了解所有科學理論。特別整理「背景介紹」和「參見」提供讀者隨時翻查其他相關人物的介紹。「科學家語錄」道盡科學家的中心思想,並增添閱讀趣味。《科學百科》一書簡明易懂,運用精闢簡練的語言解釋專業難懂的深奧術語,採用圖表等步驟圖,將繁雜晦澀的理論條理分明拆解疏理,引用經典語錄讓你將科學發現印刻於腦海,而妙趣橫生的插圖則增進你對科學的深入理解。

各界推薦

各界推薦 ◎推薦人(依姓名筆劃排序)建國中學校長/徐建國臺灣大學物理系暨天文物理所教授/高涌泉國立自然科學博物館館長/臺灣大學物理系暨天文物理研究所教授/孫維新科普作家/張東君LiFe生活化學 創辦人/Po總編/陳柏憲清華大學生命科學院助理教授/泛科學專欄作者/黃貞祥北一女中物理教師/簡麗賢

作者介紹

作者介紹 ■作者簡介英國DK出版社成立於1974年,是全球首屈一指的圖文書出版社。暢銷全球的知識百科,以大量精美的圖片,包羅萬象的內容,帶領讀者開拓新視野,進而洞悉豐富多元的各個領域。出版層面涵蓋:旅遊指南、生活保健、電腦科技以及科普百科系列等,內容十分豐富。■譯者簡介王晉

產品目錄

產品目錄 前言科學的開端:西元前600年—西元1400年日食是可以預測的:米利都的泰勒斯萬物的四根:恩培多克勒測量地球的周長:埃拉托斯特尼人類與低等生物的關係:圖西科學革命:1400年—1700年太陽是萬物的中心:尼古拉.哥白尼行星沿橢圓軌道運行:約翰尼斯.克卜勒自由落體運動的加速度相同:伽利略.伽利萊地球是一塊巨大的磁石:威廉.吉爾伯特爭論不如實驗:法蘭西斯.培根感受空氣的彈性:勞勃.波以耳光是粒子還是波?:克里斯蒂安.惠更斯首次觀測金星凌日:傑雷米亞.霍羅克斯生物體經歷的不同育成階段:簡.施旺麥丹一切生物都由細胞組成:羅伯特.虎克層層堆疊的岩層:尼古拉斯.史坦諾顯微鏡下的微生物:安東尼.范.雷文霍克測量光速:奧勒.羅默一個物種不可能起源於另一物種:約翰.雷萬有引力影響著宇宙間的一切物體:艾薩克.牛頓開拓領域:1700年—1800年大自然不會快速向前發展:卡爾.林奈水汽化吸收的熱量並沒有消失:約瑟夫.布拉克可燃氣體:亨利.卡文迪西 赤道附近風向偏東:喬治.哈德里佛羅里達灣強大的洋流:班傑明.富蘭克林脫燃素空氣:約瑟夫.普利士利自然界中,物質不會憑空產生或消失而是相互轉化:安東萬.拉瓦節植物的重量來自空氣:簡.英恩浩斯新行星的發現:威廉.赫歇爾光速變慢:約翰.米歇爾流動的電流體:亞歷山卓.伏打看不到開始,也望不到終點:詹姆斯.赫頓高山的引力:內維爾.馬斯基林自然之謎:花的結構和受精:克利斯蒂安.施普倫格爾元素總是以一定比例化合:約瑟夫.普魯斯特百年進步:1800年—1900年陽光下極易操作的實驗:湯瑪斯.楊確定基本粒子的相對重量:約翰.道耳吞電流的化學效應:漢弗里.戴維繪製國家地質圖:威廉.史密斯她知道骨化石屬於哪一族:瑪麗.安寧後天性狀的遺傳:讓.巴蒂斯特.拉馬克每種化合物都有兩個部分:約恩斯.雅各.貝吉里斯電流的作用並不限於導線內:漢斯.克海斯提安.厄斯特有一天,你會對此徵稅的:麥可.法拉第熱量能夠穿透宇宙中的一切物質:約瑟夫.傅立葉無機物人工合成有機物:弗里德里希.烏勒風從不直著吹:古斯塔夫.加斯帕爾.科里奧利論雙星的顏色:克利斯蒂安.都卜勒冰河是上帝的偉大工具:路易士.阿格西自然界是一個統一的整體:亞歷山大.馮.洪堡光在水中的速度小於在空氣中的速度:萊昂.傅科生命力也許可以轉化為熱量:詹姆斯.焦耳分子運動的統計分析:路德維希.波茲曼發明塑膠並非我的本意:利奧.貝克蘭物競天擇:查爾斯.達爾文天氣預報:羅伯特.費茲羅伊一切生命均來自生命:路易.巴斯德蛇咬住了自己的尾巴:奧古斯特.凱庫勒3:1的性狀分離比:格雷戈爾.孟德爾鳥與恐龍的演化關係:湯瑪斯.亨利.赫胥黎元素性質的週期性變化:德米特里.門得列夫光和磁是同一種物質的不同表現:詹姆斯.克拉克.馬克士威管中射出了射線:威廉.倫琴窺探地球的內部:理查.狄克遜.奧爾德姆放射性是元素的一種原子性質:瑪麗.居禮傳染性活體流質:馬丁烏斯.貝傑林克巨大的轉變:1900年—1945年量子是不連續的能量包:馬克斯.普朗克原子的結構:歐尼斯特.拉塞福重力場就是彎曲的時空:亞伯特.愛因斯坦漂移的大陸就是一幅不斷變化的地球拼圖:阿爾弗雷德.偉格納染色體的遺傳作用:湯瑪斯.亨特.摩根粒子具有波的性質:埃爾溫.薛丁格不可避免的測不準:維爾納.海森堡不斷膨脹的宇宙:愛德溫.哈伯宇宙的半徑從零開始:喬治.勒梅特每種粒子都有相應的反粒子:保羅.狄拉克恆星塌縮的極限:蘇布拉馬尼安.錢卓塞卡生命本身就是一個獲取知識的過程:康拉德.勞倫95%的宇宙不見了:弗里茲.茲威基通用圖靈機:阿蘭.圖靈化學鍵的本質:萊納斯.鮑林原子核中隱藏的巨大能量:羅伯特.奧本海默重要的基石:1945年—現在人體由星塵組成:弗雷德.霍伊爾跳躍基因:芭芭拉.麥克林托克光和物質的奇妙理論:理查.費曼生命並非奇跡:哈羅德.尤里∕史丹利.米勒去氧核糖核酸(DNA)的結構:詹姆斯.華生∕法蘭西斯.克里克能發生的一切都會發生:休.艾弗雷特三世玩畫圈打叉遊戲的高手:唐納德.米基基本力的統一:謝爾敦.格拉肖全球暖化的主因:查爾斯.基林蝴蝶效應:愛德華.勞倫茲真空並非空無一物:彼得.希格斯共生現象無處不在:琳.馬古利斯三個一組的夸克:默里.蓋爾曼萬有理論:加布里埃爾.維納齊亞諾黑洞蒸發:史蒂芬.霍金蓋婭假說:地球是一個有機體:詹姆斯.洛夫洛克層層疊疊的雲:本華.曼德布洛特量子計算模型:尤里.馬寧基因可以在物種間轉移:麥可.敘韋寧抗壓能力很強的「足球分子」:哈利.科羅托在人體中插入基因來治癒疾病:威廉.弗倫奇.安德森用電腦設計新生命:克雷格.文特一條新的自然法則:伊安.魏爾邁太陽系外的世界:傑佛瑞.馬西人名錄術語表索引致謝

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書名 / 科學百科: Big Ideas輕鬆讀
作者 / 英國DK出版社
簡介 / 科學百科: Big Ideas輕鬆讀:風靡全球的百科權威英國DK出版社獨家授權《BIGIDEAS輕鬆讀》全面解讀人類文明史上的經典思維38國引進,33種語言,系列全球熱銷超過330萬冊史上
出版社 / 日月文化出版股份有限公司
ISBN13 / 9789862486245
ISBN10 / 9862486244
EAN / 9789862486245
誠品26碼 / 2681455321001
裝訂 / 精裝
頁數 / 352
語言 / 中文 繁體
級別 /
開數 / 16K

試閱文字

內文 : 萬有引力影響著宇宙間的一切物體:艾薩克.牛頓(1642—1727年) 「我還無法從現象中找到重力具有這些特性的原因,而且我無法臆測。」 關於艾薩克.牛頓: 艾薩克.牛頓出生於1642年的耶誕節,在格蘭瑟姆上學,後進入劍橋大學的三一學院,並於1665年畢業。牛頓一生擁有很多頭銜:劍橋大學的數學教授、皇家鑄幣廠的監管、國會議員以及皇家學會會長。除了與虎克的爭吵外,牛頓還因為誰先發明了微積分與德國數學家哥特佛萊德.萊布尼茲發生爭執。除了科學研究以外,牛頓還在煉金術和釋經學方面傾注了大量時間。他擔任的某些職位規定,履行者必須為正式任命的牧師,但作為一位虔誠的非正統基督徒,牛頓成功繞過了牧師的任命。 背景介紹: 此前 1543年 尼古拉.哥白尼提出,行星圍繞太陽而非地球運轉。 1609年 約翰尼斯.克卜勒提出,行星沿橢圓軌道繞太陽自由運轉。 1610年 伽利略的天文觀測結果證明了哥白尼的學說。 此後 1846年 約翰.伽勒在法國數學家奧本.勒維耶用牛頓定律計算出海王星的位置後,發現 了這顆行星。 1859年 奧本.勒維耶指出,水星的軌道無法用牛頓力學解釋。 1915年 在廣義相對論中,亞伯特.愛因斯坦用時空彎曲解釋了重力。 艾薩克.牛頓出生之時,以太陽為中心的宇宙模型已經被廣泛接受。在此模型中,地球 和其他行星圍繞太陽運轉,可以解釋所觀測到的太陽、地球和其他行星的運動。這一模型已不是新鮮事物,但當尼古拉.哥白尼1543年臨死前將自己的學說發表時,卻是人們關注的焦點。在哥白尼的模型中,月球以及每個行星都在各自的水晶球上圍繞太陽運轉,而這些星體「固定」在外層的天球上。這一模型後來被約翰尼斯.克卜勒於1609年提出的行星運動定律所取代。克卜勒摒棄了哥白尼的水晶天球說,並證明行星的軌道是橢圓形的,太陽位於橢圓形的焦點處。他還描述了行星運動的速度變化。 所有這些宇宙模型有一個共同的缺陷,即沒有解釋行星運動的根本原因。這正是牛頓將要解決的問題。牛頓意識到,蘋果下落時受到的力與行星圍繞太陽運轉受到的力其實是同一種力。他還用數學方法證明了這種力與距離的關係。他所採用的數學運算包括牛頓三大運動定律和萬有引力定律。 思想的轉變 數百年來,亞里斯多德的思想一直主導著科學領域,但他得出的結論從未用實驗加以證明。亞里斯多德曾說,物體只有在外力的作用下才會持續運動,重的物體比輕的物體下落快。他解釋道,重的物體落到地球上,因為它們要到達自己的自然位置。他還表示,天體是完美的,都在做等速圓周運動。 伽利略.伽利萊運用實驗提出了另外一套思想。通過觀察球在斜面上的運動,他證明如果空氣阻力很小,物體下落的速度是相同的。他還指出,運動物體會一直運動下去,直到受到摩擦力等外力的作用,速度才會變慢。伽利略的慣性定律後來成為牛頓第一定律的一部分。因為日常生活中的所有物體都會受到摩擦力和空氣阻力的作用,所以我們不會立刻想到摩擦力這一概念。正是通過細緻的實驗,伽利略才得以證明,物體要保持等速運動,所需的外力只要能夠抵消摩擦力即可。 運動定律 牛頓在其感興趣的領域做過很多實驗,但是有關物體運動的實驗卻沒有記錄存留下來。不過,他的三大定律已經在很多實驗中得到了證實,只要物體的運動速度遠小於光速,定律均成立。牛頓第一定律表述如下:「任何物體都會保持靜止狀態或等速直線運動狀態,直 到外力迫使它改變運動狀態為止。」換句話說,靜止物體只有受到外力的作用才會開始運動,運動物體在沒有外力的作用下會一直以恆定的速度運動下去。這裡的速度既包括運動方向也包括運動速率。所以物體只有在外力的作用下,才會改變運動速率或運動方向。其實,重要的是合力。一輛運動汽車受到很多力的作用,包括摩擦力、空氣阻力,還有引擎驅動車輪的力。如果汽車受到的向前推力與阻力相等,那麼它所受的合力為零,會繼續保持勻速運動。 牛頓第二定律指出,物體的加速度(即速度的變化)取決於作用力的大小,通常用公式表示為F=ma,其中F表示作用力,m表示物體的質量,a表示加速度。該公式表示,作用力越大,物體的加速度越大;同時還表明,加速度的大小取決於物體的質量。在作用力一定的情況下,質量小的物體比質量大的物體加速快。 牛頓第三定律表述如下:「 作用力和反作用力總是大小相等。方向相反。」也就是說,所有的力都是成對出現的:一個物體對另一個物體施加力,另一個物體同時會對第一個物體產生一個力,這兩個力大小相等、方向相反。雖然這裡用了「作用力」一詞,但「運動」並不是這條定律成立的必要條件。這就要聯繫到牛頓對重力的思考,因為第三定律的一個例證便是物體間的萬有引力。地球吸引著月球,同時月球也以同樣大小的力吸引著地球。 萬有引力定律 1660年代末,為了躲避劍橋肆虐的瘟疫,牛頓回到伍爾索普村待了幾年。當時,有人提出,太陽對物體具有一種引力,引力的大小與兩者之間的距離成反比。換句話說,如果太陽與某物體之間的距離增加一倍,兩者之間的引力就變為原來的1/4。不過,當時並沒有人想到,在地球這樣大的物體表面,這條規則也同樣適用。 牛頓看到蘋果從樹上落下後推斷,一定是地球吸引了蘋果。因為蘋果總是垂直落向地面,其下落的方向是指向地心的,所以,地球和蘋果之間的引力彷彿源自地心。這些想法為後來將太陽和行星當成質點奠定了基礎, 這樣一來,距離可由兩個物體的中心連線測得, 從而簡化了運算。牛頓認為,沒有理由將蘋果下落時受到的力與行星圍繞太陽運轉受到的力看作不同的力。因此,重力是普遍存在的。 如果把牛頓的萬有引力定律用於落體運動,M1是地球的質量,M2是落體的質量,那麼落體的質量越大,受到的向下的引力就越大。但是,牛頓第二定律告訴我們,在作用力一定的情況下,質量大的物體的加速度小於質量小的物體,所以,質量大的物體要獲得相同加速度需要的作用力更大,而且在沒有空氣阻力等其他外力的干擾下,所有物體的下降速度是相同的。在沒有空氣阻力的條件下,鐵錘和羽毛下落的速度相同,這一事實最終於1971年由太空人大衛.史考特證實。史考特在執行阿波羅15號任務時在月球表面做了這個實驗。 牛頓在《自然哲學的數學原理》一書的初稿中,曾描述了一個有關行星運行軌道的想像實驗。他假設在一個很高的山頂放置一門大炮,以越來越快的速度發射炮彈,炮彈發射的速度越快,射出的距離越遠。如果發射速度足夠大,炮彈將不會落到地面,而是圍繞地球飛行,最終回到山頂。同樣道理,如果人造衛星以合適的速度發射進入軌道,它將 持續圍繞地球運轉。因為地球的重力,衛星會不斷加速。衛星之所以圍繞地球運轉,而不會沿直線飛向太空,是因為它以恆定的速率運行,但方向時刻在變。在這種情況下,地球重力改變的僅僅是衛星運行速度的方向,而非速率。 公之於眾 1684年,羅伯特.虎克向他的朋友愛德蒙.哈雷和克里斯多佛.雷恩(Christopher Wren)誇耀,自己發現了行星運動定律。哈雷也是牛頓的朋友,於是向牛頓詢問此事。牛頓表示,自己已經解決了這個問題,但是把筆記弄丟了。哈雷鼓勵牛頓重做一遍, 因此牛頓撰寫了《物體在軌道中的運動》,這本簡短的書稿於1684年寄往英國皇家學會。在此書裡,牛頓指出,克卜勒提出行星沿橢圓軌道運行,其原因是太陽對萬物都有引力。該引力與太陽和物體之間的距離成反比。牛頓在三卷本《自然哲學的數學原理》一書中詳細闡述了這一理論,並加入了其他有關力和運動的研究,萬有引力定律、牛頓三大定律等都涵蓋其中。這套書最初以拉丁文寫成,直到1729年才根據此書的第三版翻譯成英文出版。 虎克批評過牛頓的光學理論,二人曾因此爭吵。牛頓的文章發表後,虎克的大部分行星運動研究都顯得相形見絀。其實,虎克並非唯一一個提出光的波動理論的人,但他卻沒有證明自己理論的正確性。牛頓則證明,他的萬有引力定律可以從數學角度描述行星和彗星的軌道,並且這些描述與觀測結果相符。 將信將疑 牛頓的萬有引力定律並沒有被所有人接受。牛頓雖然提出了萬有引力的「超距作用」,但卻未能解釋背後的原因,因此他的理論被視為「神祕的」。牛頓本人並不願意思考重力的本質,因為對他而言,自己提出了重力與距離的平方成反比的定律,該定律既然能夠解釋行星運動,就證明其運用的數學方法是正確的,這就足夠了。不過,沒過多久牛頓定律就被廣為接受,因為它可以解釋很多現象。如今,國際單位制中力的單位就是以牛頓命名的。 公式的應用 愛德蒙.哈雷運用牛頓公式計算了1682年出現的一顆彗星的軌道,並證明這顆彗星與1531年和1607年觀測到的彗星是同一顆,因此這顆彗星被稱為「哈雷彗星」。哈雷預言,這顆彗星將於1758年回歸,而預言得到證實之時他已經離世16年了。這是歷史上第一次證明 彗星圍繞太陽運轉。哈雷彗星每隔75-76年經過地球一次,這顆彗星就是1066年英格蘭南部赫斯廷斯戰役之前出現的那顆。 牛頓的公式還幫助天文學家發現了一顆新的行星。1781年,威廉.赫歇爾(William Herschel)觀測夜空時,偶然發現了一顆行星,這就是距離太陽第七遠的行星─天王星。天文學家通過進一步觀測,計算出了天王星的軌道,並編制星表預測了它未來出現的位置。這些預測並非完全正確,但天文學家由此想到,天王星之外肯定還有一顆行星,它的重力影響了天王星的軌道。到1845年,天文學家計算出第八顆行星在天空中的位置,並於1846年發現了海王星。 理論之瑕 對於一顆沿橢圓軌道運行的行星而言,離太陽最近的點被稱為「近日點」。如果只有一顆行星圍繞太陽運轉,那麼其軌道的近日點將保持不變。但是,太陽系的所有行星都會互相影響,因此它們的近日點會圍繞太陽進動(旋進)。像所有其他行星一樣,水星的近日點也會出現歲差進動現象,但用牛頓公式卻無法做出全面的解釋。1859年,這一問題尚未得到解決。50多年後,愛因斯坦的廣義相對論指出,重力引起了時空彎曲。以這一理論為基礎的計算解釋了水星軌道的歲差進動現象,以及牛頓定律無法解釋的其他觀測現象。 今天的牛頓定律 牛頓定律構成了古典力學的基礎,古典力學的公式可以用來計算力和運動。雖然這些公式已被愛因斯坦相對論中的公式所取代,但只要所涉速度遠小於光速,這兩套定律並不矛盾。因此,設計飛機或汽車、計算摩天大樓各組成部分的強度,古典力學的公式不僅足夠精確,而且十分簡單。嚴格來講,牛頓力學可能並非百分之百準確,但仍被廣泛使用。 通用圖靈機:阿蘭.圖靈(1912—1954年) 「如果電腦能夠讓人們相信它是一個人,那麼它就稱得上是智慧的。」 關於阿蘭.圖靈: 圖靈1912年生於倫敦,上學時便在數學方面展露出驚人的天賦。1934年,圖靈獲得劍橋大學國王學院的一等數學學位,研究方向為機率論。1936-1938年,圖靈在美國普林斯頓大學學習,並提出了通用電腦的理論。第二次世界大戰期間,圖靈設計並建立了一台功能齊全的電腦,即炸彈機(Bombe),破譯了德國恩尼格瑪機(Enigma)的密碼。此外,圖靈對量子論、生物身上的圖案和樣式很感興趣。1945年,他搬到倫敦的國家物理實驗室,後來又遷往曼徹斯特大學展開電腦專案。1952年,他因自己的同性戀行為身心疲憊(同性戀在當時屬於非法行為),兩年後死於氰化物中毒,這很可能是自殺行為,而非意外事故。2013 年,圖靈終於獲得平反。 背景介紹: 此前 1906年 美國電機工程師李.德富雷斯特發明了三極管。這是早期電子電腦的重要組成部 分。 1928年 德國數學家大衛.希伯特提出「決策問題」,即演算法能否處理輸入的所有數學命 題。 此後 1943年 根據圖靈的一些解碼概念,真空管巨人電腦在布萊切利園落成。 1945年 美籍數學家約翰.馮.諾依曼描述了現代內儲程式電腦的基本邏輯結構。 1946年 第一台多用途可程式設計電子電腦「埃尼阿克」(ENIAC)誕生,其部分概念源自 圖靈機。 假設按升冪排列1000個隨機的數字,比如520,74,2395,4,999,……有種自動程式可以助你一臂之力。例如:A.比較前兩個數字;B.如果第二個數字小,調換兩個數字的位置,回到A.,如果兩個數位相等或第二數位更大,執行C.;C.將上一對的第二個數字作為新一對的第一個數字。如果後面還有數字,將它作為新一對的第二個數字,回到B.,如果後面沒有數位,演算法結束。這一套指令就是一個序列,即演算法。演算法從一個初始狀態開始,接收資料,即輸入,進行有限次運算後得出一個結果,即輸出。這種理念與現今的任何電腦程式很相似。1936年,英國數學家和邏輯學家阿蘭.圖靈構想一台能夠執行這些程式的機器時, 首次採用了這種演算法。他發明的電腦現在稱為圖靈機。圖靈的研究最開始只是理論層面的,是一種邏輯上的計算。他很喜歡將數字問題轉化為最簡單、最基礎的自動計算形式。 自動機 為了實現這種演算法,圖靈設想了一種機器,即自動機。它包括一條很長的紙帶,上面分為若干個方格,每個方格裡有一個數位、字母或符號,同時還包括一個讀寫頭。指令都存放在控制規則中,當讀寫頭閱讀一個方格裡的符號時,會根據規則選擇擦掉它重寫一個,或是保持原樣。接下來,讀寫頭會移向左邊或右邊的方格,然後重複這一步驟。每次結束後,機器的構形都會發生變化,紙帶上的符號也會呈現出新的序列。 整個過程好比前文的排序演算法。這個演算法只能解決一種任務,所以圖靈以此類推構思了一系列機器,每個機器具有一套指令,可以解決一種問題。他補充道:「我們只有做到可以將一套規則取出,換上另一套,才能做出類似於通用電腦的機器。」 這種裝置我們現在稱之為通用圖靈機,它具有無限的儲存空間(即記憶體),既包含指令又包含資料,因此可以類比任何圖靈機。圖靈當時所說的「變更規則」,我們現在稱之為「程式設計」。可以說,圖靈首次提出了可程式設計電腦的概念,在輸入、資訊處理和輸出的基礎上,這種電腦能夠處理多種任務。

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