地球不見了，月亮會知道？：不是科學家也能懂，91個無窮宇宙中的神奇奧祕

本書原名《愛因斯坦輕鬆說：從日常生活中理解宇宙的神奇奧秘》

從宇宙的誕生、黑洞的玄機，到時光旅行的可能性……
一趟奇妙又絢麗的星際之旅，在生活裡發現科學的樂趣！

想想看，在金星上打網球、在行星上微波紅茶，會是什麼樣子？
一公尺的時間有多長？一秒的空間又有多大？
最直的路徑不一定是最短的距離？
從月球上拋下錘子和羽毛，哪個會先落地？
一切都是相對的嗎？什麼是真正絕對的？
在我們的生活裡，其實處處隱藏了奇妙宇宙中的奧祕！

　　你是否想過，宇宙是自行創生的嗎？宇宙到底有沒有開端？倘若宇宙有開端，那麼之前有什麼？它有窮盡之日嗎？時光旅行可能成真嗎？

　　再想想，為什麼沒有東西能快過光線？地球消失了，為什麼月亮會知道？把東西向上拋，它一定會掉回來嗎？還有如何斷定在不同地點發生的兩件事是「同時」發生的？

　　你知道嗎？時間的流逝速率不是等速的！坐上下墜的電梯不一定會摔成肉餅！在雨中撐傘的角度，竟也能帶給我們物理學的啟發？……

　　科普大師沃夫森教授帶領我們踏上知性豐富的科學之旅，進入令人難以置信的奇妙宇宙──而這場盛大的知識饗宴，正來自於愛因斯坦的相對論。沃夫森教授以淺顯的生動筆調，說明愛因斯坦相對論的簡單基本原理，從嶄新的觀點探討時空的本質。
在日常生活中發現科學奧祕，前進未來、遨遊宇宙！

蔡承志◎譯 葉李華博士◎學術顧問

作者簡介

理查．沃夫森（Richard Wolfson）

　　美國明德大學（Middlebury College）威斯勒物理學講座教授（Benjamin F. Wissler Professor of Physics），曾發表多篇學術論文和出版數本教科書，並推出非常著名的「愛因斯坦相對論和量子革命」（Einstein's Relativity and the Quantum Revolution）影視教材。

前言 3 

第1章 自我創生的宇宙 10
大霹靂之前有什麼？ 12
你想訂購幾個宇宙？ 14
接觸未來不是夢？！ 16
前進未來？不能回頭的時光旅行 17
宇宙作為一座望遠鏡 18 

第2章 網球、紅茶和時光旅行 20
在金星上打網球，在行星上微波紅茶？ 22
常識或非常識？ 27 

第3章 天體運行不息 30
萬物取決於運動 32
動或不動？關於運動的兩個問題 34
異端邪說或革新的創見？ 37
天上粉刺和伽利略學說 39
來自劍橋的天才 43
伽利略的相對說：到底誰在移動？ 47 

第4章 這裡要有光 52
波是一種擾動？ 54
光是波還是粒子？ 57
電、磁本一家？ 60
地球不見了，月亮會知道？ 63
改變的磁場會產生電場，改變的電場也會產生磁場？ 65
穿越時空「電」到你：從電磁波到無線電 67
電磁波的速率＝光速？ 69
電磁波是從哪裡來的？ 71
物理簡史 73 

第5章 以太之夢 74
進入以太 76
不喜歡以太？試試別的！ 78
有限制的答案，更廣泛的問題 81
物理學分裂 82 地球和以太：一個是非題 84
侮辱哥白尼：地球獨享尊榮？ 85
以太拖曳：在雨中撐傘的四種推想 86 

第6章 物理學出現危機 90
地球和以太的相對運動 92
光學大師邁克生的兩條路徑 94
邁克生─莫雷實驗：悲慘的失敗 99
下一世紀的解答 100 

第7章 愛因斯坦挺身而出 102
大師登場 104
愛因斯坦的奇蹟年 106
告別以太 110 

第8章 時間的延展性 112
測量光速，用米尺和碼表就夠了？ 114
數值不同，結論相同？！ 117
相對論中沒有「絕對」 119
時間和空間是相對的？ 123
理智、常識大不同？ 124
時間會膨脹，真的嗎？ 126
移動的時鐘走得慢？ 132
量化時間差 137
純理論的練習？ 139 

第9章 星際航行和被壓縮的空間 140
年和光年：時間與距離的尺度 142
星際航行！單程旅行 143
壓縮空間：長度收縮之謎 148
這些都是真的！ 151
孿生子弔詭：光速旅行回春法？ 156
時光旅行，瞬間進入未來！ 160 

第10章 同一時間？ 162
信仰大考驗：你有多相信相對論？ 164
如何斷定在不同地點發生的兩件事是「同時」發生的？166
移動的時鐘走得慢？再次解答！ 171 

第11章 過去、現在、未來……和別處 176
過去的就是歷史 178
火星上的騷動：地球、火星不同步？ 180
「別處」是指哪裡？ 183 

第12章 比光速更快 190
第一原理：和光波並排奔跑，就會看到靜止的光線？ 192
打敗宇宙速限c！ 194
E=mc2：質能等價 198
迅子、光速粒子、緩子 204
量子迷離 205 

第13章 一切都是相對的嗎？ 208
調查員寓言：什麼是真正絕對的？ 210
一公尺的時間有多長？一秒的空間有多大？ 215
還有哪些不是相對的？ 217 

第14章 一個重力的問題 220
關於牛頓的一個問題：從狹義到廣義 222
不穩固的基礎：狹義相對論的疑問 224
等效原理：從月球上拋下錘子和羽毛，哪個會先落地？ 227
失重！坐上下墜的電梯不一定會摔成肉餅？！ 232
失而復得：等速運動 234
向重力說再見 236
重力是什麼？ 238
時空會彎曲？ 240
運動的自然狀態：重力不是力？ 245
最直的路徑不一定是最短的距離？ 247
時空和物質忙著跳宇宙探戈？ 250 

第15章 進入黑洞 254
飄泊的軌道：愛因斯坦和牛頓的差異 256
天文物理學的插曲：怪異的雙星系統 259
光線會轉彎？ 263 重力透鏡：探測宇宙的工具 267
時間的流逝速率非等速？ 270
把東西向上拋，它一定會掉回來嗎？ 273
「凍星」：黑洞之旅 277
黑洞真的存在嗎？ 280
時空裡的漣漪是指什麼？ 283 

第16章 愛因斯坦的宇宙 286
宇宙的「大場面」結構 288
愛因斯坦犯了什麼錯？ 289
宇宙會永遠擴張下去嗎？ 292
廣義相對論是一個萬有理論？ 294
暴脹、多重維度和平行宇宙 297
培養相對論直覺 300 
附錄　時間膨脹 302
名詞解釋 306
延伸閱讀 316

前言

　　你有沒有聽人講過，說是某種概念很難懂，而且「這要愛因斯坦那種人才有辦法理解」？就我們這一群不是愛因斯坦的人來說，還有什麼東西會比愛因斯坦本人所發展出的相對論更難理解？

　　然而，相對論不只是科學家才能夠理解。相對論的中心思想，是種格外單純的概念，簡單到可以用一句普通話來完整表達。在那項說法裡面，有些重要推論會令人感到困惑，因為那違背了我們對世界堅信不移的常識觀點。然而，這類重要推論的根源是一項相當簡單明瞭的原則，我只需要幾頁篇幅，就可以說服你相信這項原則就是真相。

　　凡人也可以讀懂愛因斯坦的相對論，並精通其基本概念。儘管相對論有關於空間、時間和物質之本質的蘊涵分析令人咋舌，卻都是直接從那些基本概念推論出的，因此它不只是不難理解，還相當合理並必不可免。現代物理學、天文物理學和宇宙學的許多最尖端熱門課題，都是以相對論為根基。這類課題的範圍，涵括從黑洞到宇宙的最終命運，一直到時光旅行的未來景況。

　　我會在本書中提到這類課題，稍後你就會了解，這些題材怎麼會從相對論的基礎概念湧現。不過，我的主要目的，並不是要探討物理學的最新尖端領域。討論這類課題的好書相當多，我也已經把這類著作，部分列入〈延伸閱讀〉。確切而言，這本書的目標是要讓各位讀者能夠清楚了解，愛因斯坦在談到物理實相的最終本質時，究竟是講了哪些內容。

　　為了幫你達到目標，我們會探索那些概念的發展歷史，並以愛因斯坦那個簡單卻又精采的遠見做為高潮。接著你就會看到，那個遠見會如何改變你對於空間和時間的常識觀點，根據此一理念，你只需要短短幾個小時，就可以跨越幾千年並進入未來。你會產生嶄新見解，了解或許連史學家都要感到驚訝的「過去」和「未來」，而且你將開始對相對時空的四維宇宙應付裕如。

　　在這一路上，我會討論讀者經常會提出的問題：為什麼沒有東西能快過光線？我真的能老化得比較慢，或者這只會顯示在物理學家的時鐘上？我能不能在時間裡逆向行進？Etmc2實際上是代表什麼意思？最後，我們會在書末回到當代的熱門課題，並說明愛因斯坦的透徹遠見是多麼具有先見之明。

　　你不必做數學，就能掌握愛因斯坦的相對論精髓；你也不需要數學背景，就能讀懂這本書。偶爾，使用數字可以更具體呈現部分觀點，不過我會盡量少用。重要的是裡面的關鍵概念，這些全部都是用文字來表述。掌握了這些概念，你就會通盤了解愛因斯坦的相對論是在講什麼。好好欣賞吧！