如果您是教师、家长、教育家……如果您有时面对孩子的提问无言以对……

在课堂、在家中、在活动中心，孩子们问道：“为什么天空是蓝色的？”“最古老的光放射自何时？”“能量是什么？”“什么是石油？”“如何利用可再生能源？“为什么某些物体是透明的而另一些却是不透光的？”……

通过本书，深知其中奥妙的学者将帮助您对孩子们好奇的“轰炸式”提问做出回答！

“做中学问不倒”这套书结合了科学家和教育者的智慧，以分享知识和经验为主旨，力求使您获得或加深对科学文化知识的了解。

从太阳到细胞、从水循环到可再生能源、从人类起源到纳米世界，对从学前班幼童到中学生而言，本套书摘取的科学概念构成了他们在科学领域探索时必不可少的“行囊”。

本书为该套书之“地球”一册，内容包括：光，天空的色彩，能源守恒和退降，石油，可再生能源。

光／1

 光／5

 天空的色彩／32

能／45

 能源守恒和退降／48

 石油／55

 可再生能源／71

术语表／85

译后记／89

为什么天空在晚上是黑色的？

答案似乎很简单：因为太阳下山了，地球大气层不再散射它的光线，就不再具有我们在白天看到的蓝色色彩了。然而……

无限光明的一片天空？

1720年，英国天文学家埃德蒙·哈雷(Edmund Halley)指出夜晚的天空对我们而言应该是一片炫目的光明。这听起来很出人意外，众所周知星星的光芒比太阳要暗得多，因为它们离我们实在太过遥远：它们的视亮度随着距离的增长递减，与距离的平方成反比。为了计算天空中所有星星创造出的亮度，哈雷设想围绕我们的地球有一连串同心球体，并且这些同心球体的壳层把宇宙分割成相等的厚度。如果这些星星平均分布于这个宇宙空间里，一个壳层里的星星数量和壳层的容积一同增加，也就是说因为每个壳层的厚度是恒定不变的，所以每个球体的半径平方就会递增。因此，当距离越远，星星的亮度会由于它们的遥远距离而更加倚重于它们的数量：所有的球体壳层都是以相同的方式使得我们能够接收到来白遥远星球的光线。与此同时，结论呼之欲出：在一个永恒、无限且星球均布的宇宙里，夜空应该是无限闪耀的。这也并不奇怪：无数闪烁的星星在岁月长河中放射出无尽的光明。

与日同辉的一片天？

1823年，医生兼天文学家的德国人海因里希·奥伯斯(Heinrich Olbers)在题为《关于天空的透明度》的一文中对天空的亮度进行了重新演算。他写道：“如果在整个无限的宇宙中确实存在一些太阳那样的恒星，并且它们分隔距离几乎都均等，或分散在类似银河系的星系中，且为数无限，那么整个天空也就应该和太阳一样明亮闪耀。因为在我看来从我们眼睛出发的视线必然会与任意一颗恒星相交汇，天空中的任何一点都应会向我们射来星光，以及阳光。”奥伯斯在他的演算中考虑到虽然恒星的视直径极小，但是那些较近的恒星会遮掩住那些较远的恒星。这个遮掩效果限制了我们在宇宙中的视线距离，使得能够到达我们眼睛的光线数量变得有限。这就和站在一大片森林中间我们的视线必然被树干所遮挡的情况一样：只要树林里一直都是这么密实，我们就无法随心所欲地看到很远的地方。那么天空的亮度是多少呢？当然不是无限的。因为每条视线必然会触及一个恒星的表面，夜空的背景就应该具有和太阳表面一样的亮度，也是耀眼炫目的。

1743年，瑞士天文学家让-菲利普·卢瓦·德·舍索(Jean Philippe Loys de Cheseaux)也曾提出通过引入视见度受限来解决这个悖论。他做出猜想，认为宇宙并不是完全透明，处于最遥远的物质的光无法到达地球，因为它被分布在星际空间里的介质所吸收。1848年英国天文学家约翰·赫歇尔(John Herschel)指出这个解释站不住脚：吸收了恒星光芒的星际介质也应该发热发光。这正是太阳发热发光的道理：在其中心产生的能量被不透明的包层所吸收。在吸收光线受热之后，就轮到这些外层放射光芒。太阳表面温度自然要比其中心部分的温度低很多(其表面温度为6 000摄氏度，而中心温度超过1500万摄氏度)，但是这并不存在能量损耗：太阳核心极少产生高能量光子，而在其表面辐射出很多较低能量的光子。最终，太阳表面辐射出的能量与其核心产生的能量完全相等。总而言之，赫歇尔也指出了无论天空有多么漆黑，天空的背景应该是和太阳表面一样光辉明亮，并且正如我们无法直接看到太阳内部一样，我们也无法直接望见极其遥远的星辰。我们本该感到被一个球体所包围，其半径限制了视见度范围，其温度即为一个恒星的表面温度。这显然与夜空的真实现象是矛盾的……

我们的视线是否受到限制？

1848年，埃德加·爱伦·坡(Edgar Allan Poe)发表了一首散文诗《我发现了》，在诗文中针对漆黑的夜晚，这个让他那个时代的科学家们无法参透的悖论，他提出了一个见解：奥伯斯、舍索和赫歇尔提到的发光球体，它们距离实在太遥远了，它们发出的光还来不及到达地球。在1861年出版的一本书中，德国天文学家约翰·冯·马德勒(Johann yon Madler)科学地解释了爱伦坡的想法：因为光的速度是有限的(每秒300 000千米)，而且宇宙自诞生以来，其过去的岁月亦有限(大约为140亿年)，所以我们能看到的仅仅是距离我们比较近的，使它们的光能够来得及达到地球的天体。因此存在一个天际线(为140亿光年，也就是说以光速历时140亿年穿梭而过的距离)，从这以外射来的光线还没有一条能够达到地球。1901年，洛德’凯文(Lord Kelvin)根据其关于恒星亮度的物理原因的研究使论据得以圆满。他首先肯定了恒星不能永远发光，因为恒星寿命受到它们能量源的限制影响，他写道：“如果在我们浩瀚的苍穹里所有恒星都在同一时刻开始发光(……)，那么达到地球的星光只能来自所有这些恒星中的极小一部分天体。”如果我们考虑到这些恒星从诞生到现在为一段有限的时间，从那时起发出的光在这一段有限的时间里以一个有限的速度经过的距离远远小于能见度的限制半径，那么这个结论便合乎情理了。也就是说，综合光速的有限性和布满宇宙的物质具有的有限年龄这些因素，我们直接所能了解到的宇宙只有其中的一小部分。有一道天际线限制了我们的探索。

P39-41

十年来，每年出版的《科学的种子》图书像自然界中的种子一样随风播撒。1996年，在法国科学院的支持下，诺贝尔物理奖得主乔治·夏帕克(Georges Charpak)倡导在法国小学开展名为“动手做”(在中国叫“做中学”——译者注)的实践活动，《科学的种子》系列丛书因此问世。该丛书面向科学爱好者、学生家长和中小学教师推出，丛书的每一册都由才华横溢的科学家撰写，分为十几个章节，涉及丰富多样的科学主题。丛书的编写还得到了许多在职教师的大力协助，他们并非专业科研人员，却对科学知识充满了好奇，在品味到科学的乐趣之后，愿意将科学知识传授给自己的学生们。

有不少家长坚信，在“科学”一词面前，自己只能裹足不前。孩子用天真的眼睛打探身外的世界，他们想在家中重温课堂上的实验，与生俱来的好奇心驱使他们提出一个又一个问题，家长们却往往无言以对。希望在孩子成长的道路上，《科学的种子》丛书能帮助家长学会与孩子分享科学的乐趣。

为庆祝《科学的种子》的第十个生日，我们推出了特别的丛书——《问不倒》。事实上，自2006年以来，法国的学前班、小学和初中的教育实践都要遵循一个名为《公共基础知识与能力大纲》的官方文件，该文件规定了法国中、小学校在七大领域中应该传授给孩子们的知识。因此，这并不是传统意义上的教学大纲，而是一个核心，学校具体的课程设置、教师的教学方法和家长的辅导都围绕这个核心展开。《公共基础知识与能力大纲》的原则已经体现在很多欧洲国家的教育体系中，在此，我们无意对其合理与否做出详细的判断。

《公共基础知识与能力大纲》共涉及七种能力，基础数学与科技知识是其中的第三种能力。本丛书关注与数学密不可分的自然科学，我们将重点放在观察和实验上，因为观察和实验体现了自然科学的特色。《公共基础知识与能力大纲》明确借鉴了“动手做”项目的教学理念，在提问、操作和实验中，让孩子们体会到科学的乐趣，他们的好奇心、批判精神和创造力得到发展。面对种种自然现象和科技产物，孩子们的想象力、表达、论证和写作能力得到锻炼，思想由此形成。

全法国的孩子们究竟要具备哪些科技知识？我们真心希望，作为知识国度的一个组成部分，科学和它的孪生姐妹——技术，能像文学、艺术、音乐和其他众多人类实践一样，成为这个国度里最美丽的风景。当然，这个角落包含着丰富的知识，孩子们要知道……孩子们要了解……通过不断知道和了解的学习过程，初中毕业的青少年对于身外的世界有了合理的表述。这片领地中还蕴藏着巨大的财富：通过观察、提问、分辨，学会推理因果，了解可见与不可见，过去、现在和未来……孩子各种能力的发展使他们获益匪浅。对21世纪的地球公民来说，这些能力比以往任何时候都要不可或缺。当然，人类的能力并非是科学赋予的，科学只是启发了孩子的心智，而科学实践又使得他们的能力得以发展，尤其是在孩童和少年时代，因为这个阶段孩子脑部结构和认知功能的形成将影响其终生。

本丛书借鉴《公共基础知识与能力大纲》中主要的科学主题和编写脉络，围绕着宇宙的结构、地球、物质转变、生物、光、能量、人类及其对生态系统的影响、科技产品、数字处理和自动化程序等主题，选取《科学的种子》丛书的精华文章，并做了必要的信息更新。根据以上主题，丛书分为九大部分，每一部分选取若干文章，各部分都有对相关主题的介绍。丛书将让孩子们在成长的过程中，对科学从惊讶到理解。我们将解释如何通过课堂、家庭、日常生活和博物馆中的观察和实验，使孩子们逐渐接受某些复杂的科学概念。我们愿意帮助家长和老师们去衡量，对这些科学主题的了解在孩子们思想形成中起到了怎样的宝贵作用。

从幼儿园到小学，再到初中四年的学习生活是一段很长的道路。从蹒跚学步的幼儿园宝宝到初中毕业的少年，未来向他们打开，发展思想、了解世界的很多机会或许被抓住，也时常被错过。本丛书编写的目的在于帮助孩子们度过他们成长过程中的这些关键时期。

自2000年以来，由五十多个最发达国家组成的、总部设在巴黎的经济合作与发展组织每3年会对15岁的青少年进行PISA测试。该测试主要面向其成员国，也会涉及其他一些愿意参加测试的国家。测试内容包括三个方面：阅读能力、数学能力和科学能力。与法国的初中、高中会考不同，该测试的目的并非通过习题来检测学生掌握的知识，而是考察他们如何运用在学校学到的知识去理解日常生活中遇到的情况，如何面对复杂的实践做出反应。2006年的测试结果说明，在科学领域，法国青少年的能力正好处于平均水平，这个情况本身已经不值得骄傲，更何况其结果差距悬殊。有些青少年表现优秀，他们可能成为令人艳羡的科学方向的学生，然而也有很多青少年面对提问无言以对。值得注意的是，这些孩子们在四年前小学毕业，当时“动手做”活动刚刚开始在校园开展，而四年初中阶段大量的科技教育也不曾帮助他们在测试中取得成功。

法国社会学家克里斯蒂安·鲍德洛(Christian Baudelot)在其新作《共和国精英主义》(2009年出版)中详细分析了PISA测试的结果：测试成绩优秀的青少年将拥有和其他人截然不同的命运。法国因为前者获得了科学力量，他们将成为诺贝尔奖得主、优秀的科研人员、工程师，在飞机、火车和医药制造领域的技术力量。至于后者，小学做课堂实验时，他们的眼睛还闪烁着好奇的目光，但初中阶段的教育并没有使得科学得到理解、技术被赋予价值，到了15岁时，他们已经失去了拥抱未来的力量。

然而，这并不是致命的，因为PISA测试成果分析指出，在科学、数学和法语方面，一个绝对具有说服力的事实是：一个国家的低分学生(测试失败)越少，该国在测试中表现优秀的青少年就越多，加拿大和荷兰便是如此。也就是说，关注学习困难的孩子们不仅能使他们进步，也会让涌现优秀青少年的基数增加。可见，法国所选择的，尤其是初中阶段推行的面向精英的精英式教学，并非培养大量精英的最好选择，而其他学生付出的代价对他们而言是悲剧性的。他们学习失败，因为这个失败，在很长时间里，他们的自信心受挫，甚至完全失去自信。

十多年来，“动手做”实践在法国和其他国家中小学的开展让我们学到了关键的一课：着眼于观察、提问、投入等实践的科学教育，帮助老师、家长，甚至那些被想当然认为是失败者的孩子本人看到了自身的价值。

作为文化知识的一个神秘领域，科学，通过适当的教学法，向那些出生并不优越，并非来自物质丰裕、教养优秀的家庭的孩子们敞开了大门，就如同加斯帕·蒙热(Gaspard Monge)在法国大革命中所理解到的那样。

希望在《公共基础知识与能力大纲》中不断发芽的科学的种子能让每个家庭的孩子分享这份宝贵的财富……

皮埃尔·雷纳(Pierre Lena)，伊夫·凯雷(Yves Quere)

法国科学院院士

贝阿特里丝·萨勒维亚(Beatrice Salviat)

法国科学院教育培训代表团成员

还记得儿时书架上那套《十万个为什么》吗？精致挺括的封面、鲜艳明快的插图、言简意赅的文字，深入浅出的说理，在一问一答中，上至天文、下至地理的科普知识如同磁铁般将读者吸引到了神奇莫测的科学世界里。

2009年末，得知上海科学技术文献出版社将引进法国科学院“动手做”项目科普读物《科学的种子》十年精华版，并冠名以《问不倒》丛书出版的消息，作为译者的我们心中浮出一个疑问：在中国，影响深远的《十万个为什么》已被重版再版多次，出版社为何还要引进类似的丛书呢？

随着翻译的深入，我们的疑问和顾虑被一一打消。摆在面前的这套“舶来品”虽然将读者定位为法国中小学生，但其翻译工作并没有最初想象中那么简单。该书对科学概念的解释不满足于笼统的阐述，对新兴科技知识的传递也不是点到即止，而是运用直白明了的语言，借助实际可行的实验，辅以形象生动的插图，力图将每一个知识点由浅入深地讲解到位。如果说，中国版《十万个为什么》是儿童认识自然世界的敲门砖，让小朋友们从推开的门缝中瞥见了科学知识的光芒，‘那么法国版《问不倒》丛书就为青少年竖起了一块指路牌，引导和鼓励他们在风景无限的科学道路上做出更深入的探索。

于是，在中国版《十万个为什么》问世近半个世纪之后，法国版“十万个为什么”终于有幸和中国读者见面了。作为《问不倒》丛书“母体”的《科学的种子》十年精华版共有近500页，分为九大章节。要在几个月时间内，独立完成这样一本大部头的翻译，几乎是不可能完成的任务。因此，经过与出版社的协商，浙江工商大学外国语学院法语系年轻的教师团队合力承担了该书的翻译任务，并将翻译任务分配如下：《前言》、《术语表》由俞佳乐翻译；《宇宙的结构》、《数字世界》由韦群翻译；《地球》由张帆翻译；《物质》、《生物》由施程辉翻译；《光》、《能》由赵济鸿翻译，《人类》、《技术领域》由楼敏洁翻译。译稿完成后，由出版方根据各章节内容相关度，分为五册图书出版。

为在翻译过程中努力做到理解的准确和表述的通达，译者们利用寒假期间埋首几案，翻开尘封已久的初高中物理化学课本，查阅许多相关科学知识，最终高效及时地完成了译稿。这次翻译的经历可谓苦乐相随，书中涉及大量较为生僻的专有名词，譬如熵、节理、光行差、架构设计、古登堡一里克特定律等等，找出对应的中文术语已费时费力，要能准确解释其概念更非易事。然而，翻译的快乐也来源于此。对我们而言，阅读和翻译本书的过程如同一次奇妙的科学之旅，带我们翱翔于五彩斑斓的微观和宏观世界，去发现或者再发现那些熟悉而又陌生的科学知识。这一切让我们感觉似乎又回到了中学时代，在那时，诸如此类的科学知识并不是课堂教学的重点，埋头苦读的我们往往忽略了科学探索精神的积累和培养。这或许正是至今，我们依然不能回答钱学森之问“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才”的原因之一。

我们衷心希望，《问不倒》丛书能在读者心中又一次播撒下科学的种子，我们热情邀请祖国的希望来到知识的王国嬉戏玩耍，放松心情来体验科学的无穷乐趣和神秘魅力。科学的发展是没有国界的，这套丛书带给我们的将是全新的视角和多样化的研究方法，孩子们将从中获益匪浅。

如今，《问不倒》丛书已顺利付梓，但我们内心仍充满了忐忑。丛书涉及多个学科领域，虽经译者多方查证参考，但由于所涉领域与译者的知识领域相去甚远，在对专业术语词汇的把握上难免有所不足，由于文化上的差异，原文修辞手法等表达也会有别于中文的习惯。因此，我们的译文难免有所不足，乃至存在谬误之处，敬请专家和读者不吝指正。

2010年7月于浙江工商大学

“做中学”项目是全世界科学家在世界范围内的一个联合行动，是科学家本着对未来负责任的一种自觉行动。该项目实际上是一些诺贝尔奖获得者以他们的经历和体验，来探讨怎样去学习科学及如何能够更好地学习科学的方法。“中央电视台·东方之子”在采访我时，我曾经说过，“科学家就是长大的孩子，他永远存在那种好奇心、那种进取心去探索问题”。“做中学”就是能使我们的孩子将来有科学精神，能够有实事求是的精神；是为中国准备20年以后合格的公民，为中国21世纪培养合格的人才。

——韦钰院士谈“做中学”