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1 廣義相對論百年史
聶斯特、陳江梅
 
愛因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955)是少數具有極高公眾知名度的偉大物理學家,美國的《時代雜誌》(Times)在1999年推選他為「世紀偉人」(person of the century)。愛因斯坦在物理學上做出了許多劃時代的貢獻,例如1905年,年輕的他就獨立完成了許多開創性的成果,其中有關光電效應(photoelectric effect)的論文,則是開啟量子物理(quantum physics)大門的關鍵性成果,也使他獲得了1921年諾貝爾物理獎的桂冠;他是在前往日本訪問途中,於開往中途停靠點上海的旅行船上獲知此消息。
 
然而,對一般大眾來說,愛因斯坦最著名的研究成果就是相對論。他在1905年完成了「狹義相對論」(special relativity),討論等速運動系統的物理特性,其中由光速不變性的假設所推論出來的「時間膨脹」(time dilation)、「長度縮收」(length contraction)等等奇特效應,可以說是理論物理中十分令人著迷的現象。不過,綜觀愛因斯坦的科學成就中,描述重力作用的「廣義相對論」(general relativity),毫無疑問的是物理學中最激動人心的智慧結晶,讓我們聽聽來自三位諾貝爾獎得主物理學家對廣義相對論的讚譽:
 
狄拉克(Paul Dirac, 1902-1984)說:「這可能是有史以來最偉大的科學發現。」玻恩(Max Born, 1882-1970)說:「廣義相對論的基礎對我而言,直到現在仍然是人類思維上有關自然的最偉大壯舉,是哲學洞察力、物理直覺和數學技巧最驚人的組合。」朗道(Lev Landau, 1908-1968)則說:「它應該代表全部現有的物理理論中最美麗的部分。」
 
2015年是廣義相對論的100週年誕辰,在這個值得紀念的時間點,我們將藉由這篇文章,介紹一些關於廣義相對論的發展歷史。對於愛因斯坦的生平事蹟,坊間已出版了許多非常好的傳記書籍,我們將不再多所著墨。此外,愛因斯坦的研究課題所包含的領域很廣泛,本文將只著重於愛因斯坦在廣義相對論及其相關領域研究的思路歷程,至於他在其他領域的重要工作,則不在本文的討論範圍。
 
探索新視界:廣義相對論的發展
 
愛因斯坦在大學時期是一個相當古怪的學生,常常翹課、成績並不突出,最後勉強達到畢業門檻;他大部分的時間和精力,均致力於獨立研究物理學中最前沿的問題。愛因斯坦自己說過,他曠課的時間絕大部分待在家裡,以宗教狂熱的熱誠學習理論物理。至於考試,愛因斯坦則依賴他的同學格羅斯曼(Marcel Grossmann, 1878-1936)在上課時所作的筆記。
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