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全球資訊網 World Wide Web 由此誕生! │ 科學史上的今天:3/12

張瑞棋_96
・2019/03/12 ・1275字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

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編按:全球資訊網(World Wide Web)的誕生源自於英國電腦科學家柏納-李(Tim Berners-Lee, 1955-)在歐洲核子研究組織 ( European Organization for Nuclear Research, CERN )發展的資訊分散式傳輸協定,當時這套系統只是為了要供應高能物理研究室之間使用。
然後,他便逐步改變了世界。讓在全球資訊網發明30週年的現在,一起來看看他是怎麼誕生的吧!

1968 年,英格巴特(Douglas C. Engelbart)在如今稱為「所有演示之母」的會場上演示了滑鼠、視窗、網路與超文本(Hypertext),但那畢竟只是描繪未來的「概念機」。必須再等二十年,英國電腦科學家柏納-李(Tim Berners-Lee, 1955-)才真正實現了這個「未來」。

Photo Credits: Pixel y Dixel license

柏納-李於 1980 年承接了歐洲核子研究組織 ( European Organization for Nuclear Research, CERN )的軟體外包專案。此時學者們已經可以透過網路互相傳遞郵件與檔案,不過要在電腦內的大量資料中找到關聯性的資料仍是件苦差事。他在半年內開發了一套以超文本技術為基礎的搜尋程式,讓科學家可以輕易地從文件中的一個章節跳到另一個章節,或是跳到同一個資料庫內的另一個檔案。

不過隨著 CERN 的規模日益擴大,研究員、電腦與檔案的數量也愈來愈多,當初柏納-李開發的程式只能在同一個資料庫內搜尋,如今來自世界各國的科學家要尋找置於它處的資料,或彼此交換實驗數據都非常麻煩又曠日廢時。柏納-李於 1984 年以正式員工的身分重返 CERN 之後,就一直思索解決之道,後來他注意到逐漸興起的網路或許就是答案!

1989 年 3 月12日,他終於提出初步構想:以他開發的搜尋程式為基礎,結合傳輸控制協定(TCP)、網域名稱系統(DNS)等現成的網路標準,就可以在所有連上網路的電腦間快速搜尋並傳遞資料。這就是全球資訊網WWW(World Wide Web)的藍圖。

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在得到主管的支持後,柏納-李開始著手製作所需的要件。隔年他寫出傳輸網頁的語言 HTTP 與描述網頁內容的語言 HTML、定義 URI 網址結構(日後他承認雙斜線實無必要),並且示範製作了世上第一個網頁瀏覽器與第一台網頁伺服器。

1992年 CERN 同意柏納-李的請求,將 WWW 相關的智慧財產權當成一般公共財對外公布,讓世人都可免費使用,無須支付任何權利金;而這正是 internet 可以迅速普及、蓬勃發展的關鍵。當網路上的資訊從純文字擴充為圖文並茂的豐富內容,當這一切都免費垂手可得,internet 才真正開始加速成長,深入滲透到社會各個層面,成為現代人生活不可或缺的一部份。而這都要歸功於柏納-李的發明與慷慨。

對照後來多少人因為網路成為鉅富,更顯得柏納-李放棄專利的難能可貴。他獲得無數表彰,但始終拒絕各種商業利益的誘惑。目前柏納-李仍在許多非營利組織但任要職,為 internet 的獨立性與普及化而努力。

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,原文為「全球資訊網從此誕生──柏納-李生日 │ 科學史上的今天:06/08」,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 953 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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昂貴的粒子物理基礎研究值得嗎?你一定用過CERN發明的這個東西!──《到世界頂尖實驗室 CERN 上粒子物理課》
臉譜出版_96
・2018/02/26 ・3811字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

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昂貴的粒子物理基礎研究值得嗎?

基礎研究如大強子對撞機的建造成本很高,每個人都有權利詢問是不是值得。圖/Image Editor@flickr

粒子物理學的基礎研究當然是非常有趣的,但它也是很昂貴的。舉例來說,歐洲核子研究組織(European Organization for Nuclear Research,簡稱為CERN )大強子對撞機的建造成本(包括人員、儀器研發和建造材料)約為 30 億歐元(約 33 億美元)。超導環場探測器本身的建造費用為 4.55 億歐元(5 億美元)。儘管這個數字看起來很大,但歐洲核子研究組織 8.25 億歐元的年度預算(約 9 億美元)只相當於每個年紀大到可以喝咖啡的歐洲公民喝一杯咖啡加總起來的費用。

但是這筆金額還是很龐大,所以每個人都有權利詢問這筆錢是不是花得值得。

在此,我將解釋投資於研究的經費不僅在經濟上帶來百倍以上的回報,而且可以造福整個社會。由於基礎研究帶來了科技上的突破,醫療技術和通信技術因而有所進步。物理學基礎研究徹底改變了我們的生活方式,而且改變還在持續當中。

以歐洲核子研究組織為例

在本文中,我主要以歐洲核子研究組織作為例子,因為它是目前最大且仍在運轉當中的國際性粒子物理學研究實驗室。

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日本的 J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex) 是一個多用途研究中心,他們也使用質子加速器。其他實驗室,如美國的 SLAC 國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory) 和費米實驗室(Fermi National Accelerator Laboratory, FNAL)以及德國的 DESY 一直到不久以前都還是非常活躍的粒子物理學研究中心,但他們的加速器目前已經停止運作。費米實驗室的主注入器(Main Injector)則仍在運轉中,為 MINOS、Minerva 和 NOVA實驗供應微中子束。其他實驗則正在等待批准或仍在前置興建階段。還有其他幾個較小的研究中心,例如加拿大薩德伯里的微中子觀測站實驗室(Sudbury Neutrino Observatory Laboratory, SNOLAB),日本的高能加速器研究機構(KEK)和義大利的 Gran Sasso,這些研究中心都是專門研究微中子物理和暗物質搜尋。最近,有參與粒子物理學研究的所有國家決定在大型國際實驗合作計畫中共享資源(例如歐洲核子研究組織正在進行中的實驗合作計畫)。

每年有來自約五十個不同國家的二百五十名學生參與歐洲核子研究組織的暑期課程。這些學生不僅各種研究中都有貢獻,還與來自世界各地的年輕人交流。資料來源:歐洲核子研究組織

粒子物理學基礎研究的回報並不必然都是直接的。舉例來說,目前沒有人知道希格斯玻色子將來會不會有實際的用處,很可能不會!我們並不是因為期待希格斯玻色子能夠解決人類的大問題而做這個研究的。相反的,該研究的目的,是為了能更了解我們周遭的物質世界,並將提高我們的知識層次。

所以說,基礎研究實驗室的首要任務是滿足人類對知識的深度渴求。自從人類存在以來,人們一直都想知道自己的起源和命運。但這些實驗室其實還有其他三個主要目標:為科技發展作出貢獻培養高度專業的人力以及(就國際實驗室而言)透過科學研究促進和平與國際合作

基礎研究帶來燈光,而不止步於漂亮的蠟燭

不過,我們不該低估任何新發現的潛力。誰能預言一百年前物理學家在電子和電磁波上的研究,會對我們今日的生活產生如此驚人的影響呢?一件軼事(即便它有點爭議)可以用來說明這一點。據說英國財政大臣(即財政部長)曾質問法拉第(Michael Faraday)他的電學研究是否有任何潛在用途時,法拉第顯然回答說他不知道可以做什麼用,但法拉第補充說:「先生,將來有一天你可能可以課它的稅」。

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正是對電學的基礎研究,徹底改變了我們的生活,讓我們的閱讀不再使用蠟燭。圖/MSphotos@pixabay

電子和電磁學的研究帶來了電子用品、電信和電腦的發展。過去幾個世紀中,物理學家的研究成果和技術人員和工程師的專業知識相結合,並將發現應用在現實中,進而重塑了我們的日常生活。如果沒有物理學的基礎研究,我們今天就會靠燭光閱讀。正如一位同事向我指出的,我們肯定會有非常漂亮的蠟燭,但就只是蠟燭。基礎研究不僅對我們的生活產生重大影響,而且也啟蒙了我們的精神,使人類擺脫了無知的沉重負荷。

不管在理論還是在實驗,好奇心都引導了基礎研究。基礎研究必須不受到限制,使想像力和創造力得以自由流動。縱使無法保證一定能夠發現什麼,但物理學家必須檢視所有的可能。另一方面,應用研究的目的,在於為具體的問題找出實際的答案,它以基礎研究為本,帶來了科技突破,並有更進一步的發展。物理科學應用於其他學科之中,也在各個工業領域當中扮演了重要的角色。從經濟的角度來看,物理學影響著整個社會,我們在本章中將看到,物理學在各領域、各方面的成績,已在日常生活當中影響我們每一個人。

對各國的經濟回報

已有幾份研究試著評估基礎研究對經濟所帶來的影響。經濟與商業研究中心(the Centre for Economics and Business Research, CEBR)為歐洲物理學會(European Physical Society)所做的研究很具啟發性。這份研究是從科技和科學的角度評估基礎研究對歐洲物理學的產業所造成的影響。因此,它涵蓋了所有仰賴電機工程、機械和土木工程、能源、計算、通信、設計製造、運輸、醫學和航空的經濟活動。

仰賴物理學的產業對於歐洲個過總收入之貢獻的百分比,這些國家以其雙字母代碼表示:DE為德國、FR為法國、GB為英國、IT為義大利、ES為西班牙、NO為挪威、NL為荷蘭、CH為瑞士等。 資料來源:歐洲物理學會

2010 年的統計指出,仰賴物理學的產業共為歐盟的 27 個國家、瑞士和挪威創造了 3 兆 8000 億歐元的收入(上圖),相當於這些國家總收入的 15% 左右,超越了零售業的總額。總共有 1 千 5 百 40 萬人在這個產業工作,也就是歐洲總勞動人口的 13%。

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促成跨時代的科技發展

在大強子對撞機中,4-緲子候選事件示意圖。圖/ ATLAS, Collaboration @wiki

正如我們在整本書中所看到的,當今粒子物理學的研究需要高度精密複雜的工具才得以進行。通常在設計階段,大型實驗所需的技術並不存在,這些技術必須在過程當中被開發出來,特別是像大強子對撞機這樣二十年前就開始籌備規畫的超大型計畫。大強子對撞機的建造工程,使得若干技術超越當時的疆界,過去從不曾有任何儀器會用到如此強大的超導磁鐵,更不用提這整個計畫的規模,超導、極度真空和極度低溫相關的技術都因此而有很大的進展。

大型實驗合作計畫的所有測量設備也是如此,大強子對撞機所使用的偵測器都需要更高的抗輻射能力以及更高性能的電子模組,在承受極端輻射水平的同時,還要能夠高速與大量採集數據。這個需求提供了建造網格(Grid)的動力,網格是一個龐大的計算機網絡,串聯了成千上萬台遍布在世界各地的電腦,提供了大強子對撞機實驗所需的計算能力。

技術方面的進步已化為現實,並應用在各式各樣的產業中。簡單舉幾個例子,這些應用包括了配有光纖的濕度感測器、使用永久磁鐵之引擎的隔膜系統、設計印刷電路板的開放原始碼軟體,以及 3D列印的附加處理技術。

全球資訊網──來自歐洲核子研究組織的最好的禮物

某些發現也對大部分地球居民的日常生活有直接影響。例如歐洲核子研究組織最成功的結果:全球資訊網(World Wide Web)。全球資訊網深遠地改變了我們取得訊息和知識的方式(包括新興國家),從而影響到地球上數十億人的日常生活。

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提姆‧伯納斯-李在歐洲核子研究組織工作時發明了全球資訊網。這張照片攝於1994年,當時他正坐在一個電腦螢幕前面,而螢幕上顯示的正是世界上第一個網頁。根據資料,全球資訊網每年刺激了市值 1.5 兆元的商業交易量。資料來源:歐洲核子研究組織

到目前為止,歐洲核子研究組織對人類最大的影響並不是發現了希格斯玻色子,而是發明了全球資訊網(World Wide Web,簡稱WWW)。全球資訊網是由提姆.伯納斯─李(Tim Berners-Lee)和他的團隊於 1989 年開發出來,當時他在歐洲核子研究組織工作,而當初開發的目的是為了要解決一個影響到歐洲核子研究組織成千上萬名研究人員的問題。科學家們需要一個能有效交換訊息的通訊方式,大多數這些物理學家經常在他們自己的研究機構和實驗室之間穿梭,以參與各種研究活動。為了讓這些物理學家可以彼此交換訊息而不需在行李箱中拖著幾公斤列印出來的文件,全球資訊網於焉而生。

如果說伯納斯─李是一位有遠見的人,那麼我們也可以說歐洲核子研究組織具有非常前瞻的想法,決定將全球資訊網開放給全人類使用,而不要求任何版權收入。由於歐洲核子研究組織的研究是受到公共資金資助,因此我們也希望全球資訊網能使每一個人都受益。網路使得資訊可以在世界上任何地方流通和取得,誰能忽視這個溝通工具對我們的生活所產生的影響呢?

粒子物理學界有愈來愈多人認同「開源」(open-source)的觀念,例如像是知識可以自由、免費地共享,並且透過網路傳播開來。歐洲核子研究組織的實驗結果已經不再只發表在昂貴的專業期刊上,現今所有的資訊都可以在「開源」社群媒體中取得。不僅在科學出版方面是如此,有些軟體也是以合作和共享的精神和其他的機構、業界或社會共享。這樣可以確保來自新興國家的大學和機構不至於處於劣勢。

 

 

本文摘自泛科學2018年2月選書《到世界頂尖實驗室 CERN 上粒子物理課》,臉譜出版

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臉譜出版_96
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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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全球資訊網從此誕生──柏納-李生日 │ 科學史上的今天:06/08
張瑞棋_96
・2015/06/08 ・1072字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

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Photo Credits: Pixel y Dixel license

1968 年,英格巴特(Douglas C. Engelbart)在如今稱為「所有演示之母」的會場上演示了滑鼠、視窗、網路與超文本(Hypertext),但那畢竟只是描繪未來的「概念機」。必須再等二十年,英國電腦科學家柏納-李(Tim Berners-Lee, 1955-)才真正實現了這個「未來」。

柏納-李於 1980 年承接了 CERN(歐洲核子研究組織)的軟體外包專案。此時學者們已經可以透過網路互相傳遞郵件與檔案,不過要在電腦內的大量資料中找到關聯性的資料仍是件苦差事。他在半年內開發了一套以超文本技術為基礎的搜尋程式,讓科學家可以輕易地從文件中的一個章節跳到另一個章節,或是跳到同一個資料庫內的另一個檔案。

不過隨著 CERN 的規模日益擴大,研究員、電腦與檔案的數量也愈來愈多,當初柏納-李開發的程式只能在同一個資料庫內搜尋,如今來自世界各國的科學家要尋找置於它處的資料,或彼此交換實驗數據都非常麻煩又曠日廢時。柏納-李於 1984 年以正式員工的身分重返 CERN 之後,就一直思索解決之道,後來他注意到逐漸興起的網路或許就是答案!

1989 年 3 月,他終於提出初步構想:以他開發的搜尋程式為基礎,結合傳輸控制協定(TCP)、網域名稱系統(DNS)等現成的網路標準,就可以在所有連上網路的電腦間快速搜尋並傳遞資料。這就是全球資訊網WWW(World Wide Web)的藍圖。

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在得到主管的支持後,柏納-李開始著手製作所需的要件。隔年他寫出傳輸網頁的語言 HTTP 與描述網頁內容的語言 HTML、定義 URI 網址結構(日後他承認雙斜線實無必要),並且示範製作了世上第一個網頁瀏覽器與第一台網頁伺服器。

1992年 CERN 同意柏納-李的請求,將 WWW 相關的智慧財產權當成一般公共財對外公布,讓世人都可免費使用,無須支付任何權利金;而這正是 internet 可以迅速普及、蓬勃發展的關鍵。當網路上的資訊從純文字擴充為圖文並茂的豐富內容,當這一切都免費垂手可得,internet 才真正開始加速成長,深入滲透到社會各個層面,成為現代人生活不可或缺的一部份。而這都要歸功於柏納-李的發明與慷慨。

對照後來多少人因為網路成為鉅富,更顯得柏納-李放棄專利的難能可貴。他獲得無數表彰,但始終拒絕各種商業利益的誘惑。目前柏納-李仍在許多非營利組織但任要職,為 internet 的獨立性與普及化而努力。

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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網路心靈的誕生-《WWW.甦醒》
貓頭鷹出版社_96
・2012/12/12 ・1369字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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文 / 陳穎青 貓頭鷹出版社社長

在人類以外的事物上,誕生一個獨立自主的意識,一直是科幻小說、科幻電影的大熱門。電腦擁有意識(駭客任務)不消說了,一塊外太空的石碑也可以擁有神祕的意識(二○○一:太空漫遊),艾西莫夫的機器人小說裡,擁有意識更是推展情節的重要設計。假如大海有了意識(群),甚至宇宙裡有神祕不可知的意識的證據(時間迴旋)……

但所有這些意識設計,都有一個相同的問題,他們描述的都是已經擁有意識之後的事情,至於意識是怎麼出現的,誕生的過程是什麼、裡面的原理、機制,全部都沒有交代。以艾西莫夫這麼淵博的人,他的機器人也只是用「正子腦」一個名詞,就解決了意識誕生的過程。

唯一的例外恐怕就是今天我們看到的這本《www  . 甦醒》

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《www . 甦醒》講的是一個架構在全球資訊網上面的獨立意識誕生的過程。起先是一個盲眼的女孩,在日本科學家協助下,在視神經叢植入一個視訊號解譯器,透過這個解譯器,小女孩凱特琳發現了隱藏在全球資訊網裡面的某種智慧體:

「有某種東西在網路上浮現了,而且每一小時都變得比先前聰明。」

作者首先要解決的問題,是這個「某種東西」要怎樣存身。身為一個信仰科學的科幻作家,索耶不能用一組電波,一種能量來敷衍,他必須實實在在地回答,這個意識流的物質基礎在哪裡,神經運作原理是什麼,以及,從沒有意識,到有意識,那臨界的一刻到底是如何推進的?

這一點我特別佩服作者讓主角成為盲眼女孩的設計。我們很難想像僅僅因為缺少視覺,一個有意識的個體會變成何種模樣,作者引用了著名的海倫.凱勒的故事:

在我的老師出現之前,我不知道我是什麼。我無法期望自己貼切描述那種既無意識又有意識的虛無時光。……我從來沒有為了思考而皺起前額,從來沒有在身體的一顫或一個心跳之間,感覺到我愛著什麼、關心什麼。所以,我的內在生活,就是沒有過去、現在或未來的一片空白,沒有希望獲期待,也沒有疑惑、喜悅或信仰。

這是海倫.凱勒在遇見啟蒙導師之前的回憶。顯然只有經歷盲眼的困頓,才有辦法理解同樣被困在感官裡的心靈,無論那是哪種心靈。

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這個故事後半段最激動人心的時刻,也許就要算是凱特琳如何取法蘇利文啟發海倫.凱勒的典故,開始誘導網路心靈如何「啟蒙」了吧(蛤,這樣算暴雷嗎?)。

看著作者透過線上教學,一步一步展示整個人類文明的深度與廣度,連我都都莫名的震動起來。看著那一部一部被提起的經典,在情節中串流而過,孫子兵法、聖經、海倫.凱勒、喬治.威爾斯、湯姆歷險記、物種起源、國富論、蘇格拉底、莎士比亞、聯合國憲章……

「這些人類是多麼複雜的生物,這樣充滿驚奇,然而也創造了如此的黑暗。」

原本輕快的劇情,瞬間凝重起來。難怪《www  . 甦醒》會拿到加拿大科幻極光獎大獎,又同時在坎伯紀念獎和美國科幻雨果獎,雙料入圍最後決選。

作者索耶駕馭這個題材,充分展現了科幻小說為什麼能夠激動人心的原因,那個不可能出現的情節,是如此逼真,如此可信,又如此蘊藏著無比的威力。讓人熱切地期待著後面的故事將如何發展。

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《www  . 甦醒》由貓頭鷹出版社出版,為PanSci選書所推薦的第一本科幻小說。

貓頭鷹出版社_96
62 篇文章 ・ 26 位粉絲
貓頭鷹自 1992 年創立,初期以單卷式主題工具書為出版重心,逐步成為各類知識的展演舞台,尤其著力於科學科技、歷史人文與整理台灣物種等非虛構主題。以下分四項簡介:一、引介國際知名經典作品如西蒙.德.波娃《第二性》(法文譯家邱瑞鑾全文翻譯)、達爾文傳世經典《物種源始》、國際科技趨勢大師KK凱文.凱利《科技想要什麼》《必然》與《釋控》、法國史學大師巴森《從黎明到衰頹》、瑞典漢學家林西莉《漢字的故事》等。二、開發優秀中文創作品如腦科學家謝伯讓《大腦簡史》、羅一鈞《心之谷》、張隆志組織新生代未來史家撰寫《跨越世紀的信號》大系、婦運先驅顧燕翎《女性主義經典選讀》、翁佳音暨曹銘宗合著《吃的台灣史》等。三、也售出版權及翻譯稿至全世界。四、同時長期投入資源整理台灣物種,並以圖鑑形式陸續出版,如《台灣原生植物全圖鑑》計八卷九巨冊、《台灣蛇類圖鑑》、《台灣行道樹圖鑑》等,叫好又叫座。冀望讀者在愉悅中閱讀並感受知識的美好是貓頭鷹永續經營的宗旨。