《愛因斯坦—百年相對論》

安德魯•羅賓遜(Andrew Robinson)◎主編
林劭貞、周敏◎譯

「撥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,正在於它掩蓋了那美妙的真相。」——歐本海默 獻給 愛因斯坦

「科學的全貌,只不過是日常思考的粹煉」——愛因斯坦

——百年傳奇人物,世紀典藏紀念——

收錄《時間簡史》作者史蒂芬.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.羅伯特等十一位各界名人的文章,以及200張愛因斯坦檔案室(The Albert Einstein Archives)的珍藏照片

本書為紀念愛因斯坦發表相對論一百週年,從其物理學家之路個人生活兩大部分來深入介紹這充滿矛盾性格的科學家。

每一篇都由各領域的專家學者親筆撰寫,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。

愛因斯坦的宇宙觀雖充滿矛盾性,但他的理論沒有黑洞。

前言
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,史瓦西奇點(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。

目錄
第一部 物理學家之路
第一章 愛因斯坦之前的物理世界
  ▍自述註記――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年,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.溫柏格 撰
第七章 愛因斯坦之後的物理
  ▍愛因斯坦的科學傳奇――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――勞伯‧舒曼 撰
  ▍愛因斯坦與音樂――菲力普‧葛拉斯 撰
第十章 德國、戰爭與和平主義(反戰論)
第十一章 美國
第十二章 猶太復國主義、集中營與以色列
  ▍愛因斯坦與宗教,猶太教與猶太復國主義――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 一個時代的結束
  ▍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:二十世紀的巨擎――亞瑟‧克拉克 撰

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  • 廖老師
  • 內容有小錯誤

    您好, 很高興有人翻譯及出版這本書,
    對於想要瞭解近代物理演變或愛因斯坦的人, 相信很有幫助!
    目前我看到書本中有一個小錯誤,在第39頁左下方提到:
    在路易波得公學就讀期間, 情況在1984年惡化,當時愛因斯坦十五歲...

    我想,1984年愛因斯坦不可能15歲吧?所以正確應該是:
    在路易波得公學就讀期間, 情況在1894年惡化,當時愛因斯坦十五歲...

    以上筆誤給貴公司做為再版參考.

    廖俊鑑,Ph.D.
    朝陽科技大學網路與通訊研究所
    台中縣霧峰鄉吉峰東路168號
  • 小編
  • 感謝指正

    是的,正確應是1894年,非常感謝您的指正!讓再版有機會加以翻轉修正