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愛因斯坦:百年相對論【新裝版】

EINSTEIN: A Hundred Years of Relativity

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內容簡介

2015「廣義相對論問世百年」紀念特推

  ——百年傳奇人物,世紀典藏紀念——
  一個走在科學巔峰的巨人,現在認識他的不朽理論和生命,還不算太晚!
  史蒂芬‧霍金說:「愛因斯坦提出的廣義相對論,有如其生命之碑銘,堪與宇宙永恆並存。」

  ★收錄《時間簡史》作者史帝芬.霍金、《2001太空漫遊》作者亞瑟.克拉克、音樂大師菲力普.葛拉斯、諾貝爾和平獎得主約瑟夫.羅貝特等十二位各界名人的文章
  ★200張 愛因斯坦檔案館(The Albert Einstein Archives) 的珍藏照片

  史上無敵協力撰稿陣容:
  菲力普‧安德森、亞瑟‧克拉克、伯納德‧柯恩、佛利曼‧戴森、菲力普‧葛拉斯、史蒂芬‧霍金、馬克斯.雅默、戴安娜.柯摩斯.巴克渥、荷奧.馬古悠、約瑟夫.羅貝特、勞勃‧舒曼、史蒂芬.萬柏格

  開迷霧一窺壯麗山峰之前,往往是無盡的等待。
  迷霧誘人之處,正在於它掩蓋之下那美妙的真相。——歐本海默 獻給愛因斯坦

  「科學的全貌,只不過是日常思考的淬鍊」——愛因斯坦如是說

  1905年,瑞士專利局一名沒沒無聞的26歲員工,以公式引述出二十世紀最具革命性的科學概念:相對論與量子理論,揭開了科學界最著名的方程式,E=mc2。愛因斯坦在這奇蹟年所做的研究,推翻了廣為盛行的牛頓宇宙觀,永遠地改變了我們對時間、空間、能量、物質與光的理解。十年後,1915年他提出「廣義相對論」進一步闡發,再揭物理學豐碑。

  本書為紀念愛因斯坦發表相對論一百週年,從其物理學家之路和個人生活兩大部分來深入介紹這充滿矛盾性格的科學家。清楚地呈現了愛因斯坦最偉大之發明中那份美麗與純粹,也說明了何以他的概念持續地影響科學界發展,例如大霹靂、雷射光與「萬物的終極一統理論」;同時討論他生活、科學研究以外的活動,包括與無數當代名人的交會與接觸,如卓別林、羅斯福總統與泰戈爾,以及他對音樂的熱愛與其坎坷的家庭生活。他驚人的原創與獨特性展現在許多方面,從他的政治觀點——反對核武的人道主義、批評反閃族主義和麥卡錫主義,到挺身而出對抗社會不公的無私之愛。

  每一篇都由各領域的專家學者所撰寫,討論愛因斯坦在時空概念、宗教與哲學、婚姻與政治、戰爭與和平、名聲與機運、生命與死亡的觀點;而愛因斯坦自己的聲音,則透過他的書寫與演講中節錄呈現。本書經由與耶路撒冷的希伯來大學「愛因斯坦檔案館」合作,而得以取得並引用許多相當珍貴的愛因斯坦個人書信與照片,相信可帶給熱愛或想認識這位科學巨人的讀者們,一次豐富的視覺與知識、心靈上的饗宴。

  特別介紹:影像提供單位

  愛因斯坦檔案館The Albert Einstein Archives

  依據愛因斯坦遺願,耶路撒冷的希伯來大學為其所有個人書信的最終保管者,擁有其文化遺產的著作權。愛因斯坦辭世後,其遺產信託人費時二十五年將這些資料重新組織歸檔,交付給希伯來大學,今日此檔案館也收藏其個人照片、獎章、各項證書與私人藏書。這些收藏形成了珍貴的「愛因斯坦檔案館」,目的在保存、收藏並執行愛因斯坦的文化遺產,增強大眾對其在科學成就、政治活動及人類道德與價值的關注。


 

作者介紹

作者簡介

安德魯‧羅賓遜 Andrew Robinson


  倫敦伊頓公學的國王學者,擁有牛津大學科學與東方暨非洲研究所學位。著書逾二十多本,讀者遍及學院派及一般讀者。曾任倫敦《高等教育增刊》文學編輯。

譯者簡介

林劭貞


  美國威斯康辛大學麥迪遜分校教育傳播科技博士。譯有《比奇顏.迷失的渡鴉》、《荊棘裡的天使》(商周出版)、《福爾摩斯外傳》、《愛瑪》(好讀出版)等。目前從事兼職翻譯。

周敏

  曾任雜誌編譯主編多年,1990年代居住於美國東西兩岸長達六年,奠下英語文的良好基礎與通識能力。

審訂者簡介

徐桂珠


  台南人,師範大學物理系畢業,交通大學光電工程所博士班。曾任友達光電工程師。
 

目錄

作者的話 /前言――佛利曼‧戴森 撰 /愛因斯坦年表

第一部  物理學家之路
第一章  愛因斯坦之前的物理學世界  
▍自傳手札――亞伯特‧愛因斯坦/撰
第二章  一名物理學家的養成
▍相對論的簡史――史蒂芬‧霍金/撰
第三章  1905,奇蹟的一年
第四章  廣義相對論
▍變數c:不含酒精的伏特加?――荷奧.馬古悠/撰
第五章  關於量子理論的辯論
第六章  尋求所有事物的統一理論
▍愛因斯坦對於「一統性」的追尋――史蒂芬.萬柏格/撰
第七章  愛因斯坦之後的物理學
▍愛因斯坦的科學遺產――菲力普‧安德森/撰

第二部 愛因斯坦,這個人
第八章  全世界最知名的人
第九章  個人與家庭生活
▍愛因斯坦的情書――勞勃‧舒曼/撰
▍愛因斯坦與音樂――菲力普‧葛拉斯/撰
第十章  德國、大屠殺與和平論
第十一章  美國
第十二章  猶太復國主義、大屠殺與以色列
▍愛因斯坦與宗教、猶太教和猶太復國主義――馬克斯.雅默/撰
第十三章  原子彈的聖人與惡魔
▍愛因斯坦對世界和平的企求――約瑟夫.羅貝特/撰
第十四章  一個時代的終結
▍愛因斯坦最後的訪問――伯納德‧柯恩/撰
第十五章  愛因斯坦不朽的魔力
▍愛因斯坦:二十世紀的巨擘――亞瑟‧克拉克/撰

後記:愛因斯坦的手稿遺產――戴安娜.柯摩斯.巴克渥撰
 

前言

佛利曼‧戴森/撰


  愛因斯坦的一生充滿矛盾。本書為紀念他發表相對論一百週年,描述他的生活、工作與性格,極具充滿矛盾之處。每一篇都由各領域的專家親筆撰寫,討論愛因斯坦在空間與時間、機會與需求、宗教與哲學、婚姻與政治、戰爭與和平、名聲與運氣、生命與死亡的觀點。吾人並非研究愛因斯坦的專家,但我的專長與宇宙相關,所以從這方面來討論愛因斯坦的宇宙觀。愛因斯坦的宇宙觀,充滿矛盾性,但他的理論沒有黑洞。

  「黑洞」,可追溯至1783年,由英國天文學家約翰‧米契爾所提出。今日的我們知道黑洞存在於人類所處的銀河系裡,以及其他銀河系的交界區域。我們將它視為X光線由氣體放射出後聚集而成,經過數百萬度的高溫加熱後,造就相當巨大的強烈引力。在所處銀河系的正中央,我們已了解黑洞質量重達幾百萬個太陽,亦有數萬顆星星圍繞著它,就如燭火附近的蛾。長久以來,平均一萬年就會有其中一顆星星像飛蛾撲火般,被吸入黑洞當中。因為圍繞著黑洞周圍的行星距離太近時,會受到軌道上強大的引力大過它微弱的引力,陷入混亂進而爆裂。這顆行星死亡後,部分遺留物會被黑洞所吞噬,其他部分就會被吹散並形成成群的氣體與X光線。黑洞並不罕見,也不是宇宙裡意外的裝飾物;它們是在進化過程中最基礎的動力,它們是能量的支配來源。黑洞釋放出的能量,比核能反應——使得太陽足以照耀與氫彈可以爆炸的能量,還大出數百倍。以現代的天文學家來說,一個沒有黑洞的宇宙是不可能的。

  對現今的物理學家而言,黑洞是超越物質世界之美的物體。黑洞是在愛因斯坦相對論中,宇宙裡唯一展現了所有能量與榮光的地方。

  在黑洞裡,時間與空間遺失了它們的個體性,進而合併成為一個具體的四度空間結構,而由愛因斯坦的方程式精確地描繪出來。如果你想像自己掉進黑洞裡,你對時間與空間的概念,將與任何一位從外在觀察你的人的時間與空間分離出來。也就是說你看見自己平穩地掉落進一個洞裡,沒有減速;但外在的觀察者會看到你在一個水平的洞裡停止,並且保持在一種持恆的自由落體狀態中。這個永久性的自由落體,由愛因斯坦的理論所預測,是一種僅存在於時間與空間的扭曲效力。如果我們從外面觀察,就會看到你不斷地跌落入洞裡,而且永無止境。

  黑洞本身也會移動,不過當你在移動中的黑洞,想到時間與空間的轉動情形就顯得更加奇妙。快速移動中的黑洞具有非常龐大的能量來源,所放射出的加瑪射線,是所有自然界裡最暴力的現象;也是最具真實的理論,足以解釋他們的不穩定性是源自移動中黑洞的說法。所有這些關於我們宇宙中既奇怪又美麗的面貌,如果沒有愛因斯坦的理論引領我們去思考,將會是無法想像的。

  不過,它的矛盾之處依然存在。1939年在一份著名的期刊中,愛因斯坦不承認黑洞的說法,甚至宣稱黑洞根本不存在。它刊登於美國數學界最頂尖的《數學年刊》(Annals of Mathematics)上,引起許多注意。愛因斯坦製造了一個人造靜止的黑洞模型,一大群粒子圍繞著中空的天體外殼運行,受相互之間的引力吸引而結合。透過這個模型,他提出黑洞的「不可能」性,因為在外殼外的粒子速度必須要比光還快,「透過這個實驗調查後,最主要的結果在於令我們清楚地了解,為什麼在物理界的真實裡,施瓦氏奇異點(Schwarzschild singularity)確實不存在。」史瓦西奇點在今天就是被我們稱之為「黑洞」的舊稱。愛因斯坦也因為這個實驗的失敗,總結出黑洞不可能存在的說辭。

  他的結論是一項邏輯的推理,無論如何,愛因斯坦對黑洞的存在以相當情緒性的反應駁斥,並且以非邏輯的爭辯來支持他的直覺。我們現在已經了解事實已與這項爭辯無關,而真正的黑洞也並非靜止不動。他們是由非常巨大的物體因引力的碎裂所形成,是動態物體處於永恆自由落體的狀態。

  愛因斯坦從未改變他的想法。他不只堅信黑洞的理論是錯誤的,他甚至沒有興趣去檢驗它們可能存在於自然界的證據;這與他著名的對「太陽讓光都歪了」(1919年透過日蝕的測量而獲得證實)的預測態度大相逕庭。他的缺乏興趣特別令人感到費解,因為同樣在1939年,他公開發表抨擊黑洞之說的同時,歐本海默(J. Robert Oppenheimer)與史奈德(Hartland Snyder)發表了一篇鉅細靡遺的文章,清楚描述了巨大的行星如何因為耗損其核能而自然崩落形成黑洞,且是得自愛因斯坦的方程式所影響。愛因斯坦一定知道歐本海默與史奈德的推算法,但他從不回應。幾年後,當歐本海默也到了普林斯頓高等研究院就任,他們經常碰面,也有充分的機會可以進一步討論關於黑洞,但就我所知,這個話題從未被提及。

  我們也已知道歐本海默與史奈德對黑洞的推算法,以及行星在其生命的末期將會產生的狀況,在實質上都是正確無誤。它不但解釋了有許多黑洞的存在,也連帶地證實了廣義相對論的真理。但是,愛因斯坦還是不感興趣。所以問題來了,愛因斯坦為何對他提出的理論中最偉大的勝利之一如此盲目?我完全沒有答案,而這也是這位天才終其一生最不可解的矛盾之一。——佛利曼.戴森 Freeman Dyson

  自1953年起即任職於普林斯頓大學高等研究院物理學者,成為愛因斯坦同事。戴森為一般讀者著有多本科學叢書,包括《宇宙波瀾(Disturbing the Universe)》、《全方位的無限(Infinite in All Directions)》、《想像的未來(Imagined Worlds)》。
 

詳細資料

  • ISBN:9789861783642
  • 叢書系列:圖說歷史
  • 規格:平裝 / 272頁 / 16 x 22.5 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

愛因斯坦最後的訪問
I. Bernard Cohen 伯納德.柯恩 撰


哈佛大學Victor S. Thomas學院科學史榮譽教授,直到他於2003年辭世。他也是最後一位採訪愛因斯坦的人,在美國力倡研讀科學歷史的先鋒,1999年編著出由愛因斯坦翻譯自1729年以降的牛頓著作《自然哲學的數學原理》。

在四月的一個週日上午,愛因斯坦辭世前兩週,我坐下來與愛因斯坦談及有關科學思潮的歷史,與過去物理學界偉大的人物。

我在早上十點鐘抵達愛因斯坦的家,一棟有綠色百葉窗的小房子。他的秘書海倫迎接我,並帶領我走向房子二樓的後頭,一間令人愉快的房間。這裡就是愛因斯坦的書房。在兩面牆上,從地板到天花板擺滿了滿滿的書,以及一個大型矮桌,疊滿了紙、鉛筆、小裝飾品、書與收集了好幾支煙斗,也有留聲機與唱片。整個書房內最主要的就是那扇大窗,與窗外令人喜悅的綠意風景。另外一道牆上,掛著兩幅畫像,分別是電磁學理論之父法拉第與十九世紀的物理學家馬克士威。

一會兒後,愛因斯坦走進來,海倫為我們引見。他以溫暖的笑容歡迎我,接著走向旁邊的一張臥床,坐下來吸著他手上那支滿是菸草的煙斗。他穿了一件未扣襯衫,裡面有一件藍色棉衫,以及灰色法蘭絨長褲與皮製拖鞋。空氣中有一絲寒意,在他的腳上蓋了一條毯子。

他的臉上有一份沉思的哀傷,紋路很深,但一雙閃耀的眼睛讓他看起來相當年輕。他的眼睛裡總是充滿淚水;即使在笑的時刻,他也會用手背抹去一些淚水。他說話時輕柔又清晰;他對於英語的運用非常好,雖然帶有一點點德語腔調。他柔軟的語調與響鈴式的笑聲,可說天壤之別。他很喜歡開玩笑;每當他說出自己覺得不錯的觀點,或聽到吸引他的事情,都會爆出一連串笑聲,足以在室內迴盪不已。

我們在桌旁坐下,面對窗戶與綠意。他感激地表示說,要跟他對話一開始有點難;過一會兒後,好像要回答我還沒問的問題,他說:「在物理學上有許多還沒解答的問題。因為還有那麼多所以我們無從得知;到現在我們的理論還是不足以解釋。」我們的話題立即轉向,在科學的歷史裡經常我們以為有些偉大的問題已經解答了,結果卻只是以新的形式重新呈現而已。愛因斯坦表示,也許這也是物理的特性,並且說,有些基本問題可能一直都在我們身邊。

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