～向愛因斯坦請教，53個想知道的物理理論～

從基礎開始，發現原來「相對論」竟然能應用如此廣泛！

【本書特色】

◎從理論公式推導，到「黑洞」的探索新突破，由日本的理科博士轉譯抽象的相對論與量子糾纏，化為文組人也能輕鬆理解的簡明概念。

◎全書架構以11個章節、53個單元組成，從基本知識開始掌握，循序漸進了解相對論如何解釋宇宙與星星的誕生。

◎搭配主題，細數與愛因斯坦同期的偉大科學家，同步了解近代科學發展的多元面貌。

愛因斯坦頂著一頭白髮，對著鏡頭吐舌頭的肖像；

在輪椅上的霍金，藉由語音合成器與外界對話。

相信任何人對這兩位20世紀的天才並不陌生，對吧？

不過，他們提出的理論究竟是什麼？又帶給世界如何貢獻？

或許很多人腦內浮現的是影集《世紀天才》或電影《愛的萬物論》，一時間也很難給出回答吧？

這次，3小時速成班將加開全新的課程──「相對論」。

打開本書，文組人也能學會的相對論速成班，即將開課！

正式開課之前，各位不妨先思考下面的問題，作為簡易的課前測驗吧！

Q1・光的速度一直都是保持不變嗎？

Q2・太空船上的太空人，會比地球上的人老得慢嗎？

Q3・「質量」和「重量」有什麼不同？質量等於「能量」嗎？

Q4・為什麼「重力波」被譽為「愛因斯坦最後的功課」？

想要融會貫通相對論，有一點很重要，那就是保持「腦洞大開」的良好狀態。

在物理學的世界，有別於實驗室裡具體操作實證，特別講求運用想像力，假定一切實驗條件均為最理想狀態，對一套假說在大腦中進行實驗，因此又稱做「思想實驗」。

物理史上著名的思想實驗，包括──

永動機▸▸不需要額外提供能源或能量，而能恆久運作的機械。

牛頓大砲▸▸有一座大砲從高山上發射，發射的砲彈軌道取決於初始速度，呈現環形永不下墜軌道、橢圓軌道、拋物線軌道逃離地球。

孿生子悖論▸▸雙胞胎的一人搭乘太空船旅行，另一人留在地球，當旅行者多年後回到地球，發現自己比手足更年輕。

愛因斯坦的相對論，正是透過思想實驗來建構理論。

當我們初次接觸相對論、甚至是難以理解的量子力學時，放下自我設限的成見，以開放的心態參與一場場的思想實驗，才能透視日常所見的巨觀世界，領略奧妙的微觀世界。

齋藤勝裕

◎前言

●第1章　相對論為什麼如此重要？

．1　在愛因斯坦以前的物理學

．2　顛覆十七世紀以來的常識

．3　量子理論如何孕育而出？

❖專欄　瑪麗．居禮的成就

．4　相對論是什麼樣的理論？

❖專欄　愛因斯坦其人

●第2章　相對性原理的基礎

．1　伽利略的相對性原理

．2　等速直線運動如何發生？

．3　當加速度發揮作用時，物體會發生什麼事？

●第3章　光速不變的原理

．1　話說回來，「光」是什麼？

．2　光速一直都保持不變嗎？

．3　傳導光的物質──乙太

．4　光速可以測量嗎？

．5　超越光速的物質存在嗎？

●第4章　在光速中時間會延遲

．1　每個人的時間速度都一樣嗎？

．2　用光速移動的話，就會老得比較慢嗎？

．3　以光速移動，時間會延遲多少？

．4　時間延遲程度的指標──勞侖茲因子

．5　時間延遲與相對論的關係

．6　浦島太郎的故事可能發生嗎？──孿生子悖論

●第5章　在光速中長度會縮短

．1　以光速飛行，太空船的長度會縮短？

．2　為什麼速度愈快，長度愈短？

．3　以接近光速移動，物體間的距離也會縮短嗎？

．4　速度再加上光速，結果會超過光速嗎？

●第6章　能量等於質量

．1　「質量」和「重量」的差別

．2　愈接近光速，質量就會變得愈大？

．3　能量和質量的關係

．4　質量可以等同能量嗎？

．5　解謎愛因斯坦的經典公式「E=mc²」

．6　粒子必然成對生成與消失嗎？──成對產生、成對消滅

❖專欄　如何導出「E＝mc²」

●第7章　重力與時空的扭曲

．1　「質量」和「重力」的差異

❖專欄　希格斯玻色子

．2　平行線會相交嗎？

．3　重力如何扭曲空間？

．4　重力也能扭曲光線嗎？

．5　我們如何看到重力的作用？──重力透鏡效應

．6　愛因斯坦最後的功課──重力波

❖專欄　LIGO（雷射干涉儀重力波天文台）

●第8章　粒子性與波動性

．1　光是波動，電子是粒子

．2　物質有「波」的性質嗎？──物質波

．3　什麼是「量子化」？

．4　光也能量子化嗎？

．5　愛因斯坦無法接受的理論──海森堡的不確定性原理

❖專欄　如何導出海森堡的不確定性原理

●第9章　構成宇宙的物質

．1　宇宙的起源

．2　恆星的誕生

．3　原子的誕生與成長

❖專欄　原子核反應

．4　恆星的一生

❖專欄　元素週期表

●第10章　黑洞

．1　星星會如何結束一生？

．2　日本觀測到星星的爆炸──神岡探測器

．3　黑洞是什麼？

．4　黑洞會「蒸發」？

．5　黑洞的一生如何度過？

．6　終於真正發現黑洞

●第11章　宇宙的未來

．1　宇宙正在膨脹嗎？

．2　無法觀測的宇宙成分──暗物質、暗能量

．3　宇宙發展的下一個階段

．4　古人眼裡的宇宙

◎後記