愛因斯坦和時間機器

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國立台灣科學教育館館長朱楠賢／北一女中物理老師李美英／荒野保護協會榮譽理事長李偉文／《科學月刊》總編輯林基興／臺北市立天文科學教育館館長邱國光／國立自然科學博物館館長張天傑／台灣大學科學教育發展中心主任陳竹亭

這本書裡面……

有我，亞伯特‧愛因斯坦，也是說故事的那個人。

有我一生的故事，包括我從小就拉小提琴。

有我的時間相對論。

有我對質量和能量的發現。

有我成功和反核戰立場的故事。

還有時間機器：有的真有的假，有的可能有的不可能。

大家坐好，要出發了。

我，亞伯特‧愛因斯坦

我相信你們都知道我的名字。

你們這個時代的人都知道誰是亞伯特‧愛因斯坦。我常聽人家說我是「歷史上最偉大的科學家」。說真的，我覺得滿不好意思的。我並不認為自己有什麼特殊天分，我只是有一份狂熱的好奇心。說我有智慧，其實那是我努力的方向啦。財富和成就對我而言從來不是我人生的重要目標。真正照亮我人生，給我勇氣與歡樂的，是愛、美和真。我沒有超人的能力，如果下雨了，我沒辦法讓雨停。這點我跟我的貓說過。

我1879年3月14日出生在德國烏爾姆（Ulm），媽媽寶琳（Pauline），爸爸赫曼（Hermann）。我比妹妹瑪雅（Maja）早兩年出生。媽媽是個會穿鯨魚骨馬甲的高大女子，爸爸則有兩撇濃密的翹鬍子。

我出生那年，第一個白熾燈絲電燈泡問世。

愛迪生（Thomas Alva Edison）在美國成功地讓燈泡連續點亮十三個半小時，不僅創下了紀錄，而且彌足珍貴，因為在那之前家家戶戶很不幸地只能靠瓦斯燈或臭氣沖天的油燈照明。

我是跟著電力照明日漸普及一起長大的，這對我人生前期的影響不容小覷。因為我爸爸和叔叔雅各（Jakob）共同經營一家電氣公司，向鄰近城市施瓦賓格（Schwabing）供電。叔叔還發明了一個新的發電機。

所以我在家常聽到他們討論物理、設備、電力。那些是當時最熱門的話題，就跟西元2000年的熱門話題是電腦、資訊一樣。

爸爸希望我長大作電機工程師。而我的確從小就對物理、幾何跟數學很有興趣。不過1895年我去考蘇黎世聯邦理工學院的時候，我，愛因斯坦，居然沒有考上。

機械時鐘是腕錶的祖先，在人類的漫長歷史上算是滿近期的發明。最早的機械時鐘被稱為「僧侶起床」，因為在中世紀的修道院裡很常見。時鐘裡面有一個小鈴鐺，早上會叫醒負責敲鐘的僧侶。但有的「僧侶起床」更直接：會挪動裝水器皿，等時間一到，就把冰冷的水倒在倒楣鬼身上。

機械時鐘隨著時代不斷演變，變得愈來愈精準。

不過如果想測量空間中的時間，就需要更精準的時鐘。今天的太空人用的是原子鐘。





6. 考試沒過

「愛因斯坦」的德文意思是「一顆石頭」。不過我這個亞伯特‧一顆石頭，才不是石頭做的呢。沒有通過理工學院的考試，我心裡很難過。

讓我難過的，還有我其實比別人早了兩年去考試，我當時才十六歲，而學校規定要滿十八歲才能報考。校長叫我「天才兒童」，我聽了很不是滋味。

後來我在瑞士阿勞的一所州立高中註冊作準備，等時間到了再去考理工學院。

我有點想念我的家人，尤其是我媽媽跟我妹妹瑪雅，但我其實運氣滿好的，我的寄宿家庭溫特勒（Winteler）一家人都很友善。

溫特勒先生是希臘文老師，但他認識所有的鳥，還會啾啾叫或嚶嚶叫，跟鳥講話。簡而言之，他是業餘的鳥類學家。

溫特勒太太烹飪手藝一流，對我非常照顧。

還有他們家三個女兒中最可愛的瑪麗（Marie），年紀比我稍長，我會跟她四手聯彈鋼琴，這讓我覺得很有趣。

我跟她在一起的時候，時間過得特別快。昨天我看到一道陽光掠過她的頭髮，那個畫面真是美極了。

光真是個奇怪的東西！時間也是個奇怪的東西！

瑞士是鐘錶王國，瑞士人對他們的精準無誤覺得很自豪。說穿了，鐘錶就是時間機器。鐘錶不會讓時間停下來，不會讓時間加速前進或後退，不過可以測量時間，而且絕對公正不倚。可是即便是兩支一模一樣的手錶，而且都是精準無比的瑞士手錶，在宇宙的兩個不同地點同時上發條，不用多久就會顯示出不同的時間。

所有鐘錶共同的特性是，都有一個振動系統來計算時間節奏。有擺掛鐘靠的就是鐘擺，擺輪鐘錶靠的就是擺輪。鐘錶的精準度要看振動是否規律。原子鐘錶是靠原子振動。原子鐘錶的時間誤差範圍是每三百萬年會走時一秒鐘！

用這種鐘錶就有可能測試愛因斯坦的理論。





8. 墜入愛河的愛因斯坦

我已經不是小孩了，我在蘇黎世理工學院唸書，還留了帥氣的小鬍子。

我還認識了一個女生叫米列娃（Mileva Marić），她比我大三歲半，是塞爾維亞伏伊伏丁那（Vojvodina）人，住在女生宿舍裡，跟家人分隔兩地。她很棒，專心準備考試，認真唸書。我們一起唸代數、幾何跟機械學，一起吃了好多公斤的香腸，也喝了好幾公升的咖啡。

每次我去義大利探望我爸媽，在那裡度假的時候，我都會寫情書給她，但也會跟她談分子和氣體的問題。

米列娃協助我撰寫討論毛細現象（capillarity）的第一篇科學論文，談的是液體遇到固體會轉彎。我想要娶她，可是我們連買兩輛腳踏車好去郊外踏青的錢都沒有。

而且我父母親也反對我們結婚，但我還是要娶她，我已經決定了。

我們還一起去度假。我們跑到科莫湖（Lago di Como）約會，跳上小艇，參觀了卡洛塔別莊（Villa Carlotta），在那裡的花園裡散步。

我得找到一份工作，才能跟米列娃結婚。

唯一的機會就是變成瑞士伯恩專利局的職員。但我也沒有放棄其他機會：我向至少半個歐洲的大學遞件申請教職，北至瑞典的斯德哥爾摩南到義大利的比薩，也寄了履歷給一家保險公司跟一所寄宿學校。

我是個有潛力的年輕物理學家，已經發明了一個有趣的電子理論。但我卻失業在家，口袋沒有半毛錢。

我開始當數學家教。但我如果去街頭賣藝拉小提琴，賺的錢都比這個多。

我得好好想想！

科幻小說裡常見到星際之旅，最後總有一個意外結局。太空船出發前往一個遙遠的星球，以接近光速（每秒30萬公里）的速度前進。不過時間在太空中會跑得比較慢，所以這位太空人幾個月之後回到我們的星球，才發現地球上已經過了好幾個世紀，親友早已化為塵土。太空人如同在時間中大躍進，他的太空船就是一台時間機器。

但這其實並非科幻，而是一種相對作用。

這本書裡面……

有我，亞伯特‧愛因斯坦，也是說故事的那個人。

有我一生的故事，包括我從小就拉小提琴。

有我的時間相對論。

有我對質量和能量的發現。

有我成功和反核戰立場的故事。

還有時間機器：有的真有的假，有的可能有的不可能。

大家坐好，要出發了。

我，亞伯特‧愛因斯坦

我相信你們都知道我的名字。

你們這個時代的人都知道誰是亞伯特‧愛因斯坦。我常聽人家說我是「歷史上最偉大的科學家」。說真的，我覺得滿不好意思的。我並不認為自己有什麼特殊天分，我只是有一份狂熱的好奇心。說我有智慧，其實那是我努力的方向啦...

前言

愛因斯坦是20世紀最重要的科學家。他脾氣古怪，可是為人親切。不喜歡科幻，認為那是旁門左道，因為有太多小說家扭曲了他的理論的底層意義。

但是他贊成推廣，雖然他自己始終找不到時間寫一本給青少年閱讀的書。

他書寫和口述的時候，能夠做到淺顯易懂、簡單扼要、引人入勝，留下了數以百計的書信、文章和講稿。

這本書要敘述愛因斯坦的一生，盡量忠實呈現他的思想，但也會善用他提出的革命性觀念借題發揮一下，例如時間、空間，以及宇宙。

接下來的所有故事都假設是由愛因斯坦本人告訴我們的，包括他人生的各個階段，從童年到青少年，從成年到老年，還有，他是邊摸那隻名叫「老虎」的貓咪腦袋邊思考相對論的。

前言

愛因斯坦是20世紀最重要的科學家。他脾氣古怪，可是為人親切。不喜歡科幻，認為那是旁門左道，因為有太多小說家扭曲了他的理論的底層意義。

但是他贊成推廣，雖然他自己始終找不到時間寫一本給青少年閱讀的書。

他書寫和口述的時候，能夠做到淺顯易懂、簡單扼要、引人入勝，留下了數以百計的書信、文章和講稿。

這本書要敘述愛因斯坦的一生，盡量忠實呈現他的思想，但也會善用他提出的革命性觀念借題發揮一下，例如時間、空間，以及宇宙。

接下來的所有故事都假設是由愛因斯坦本人告訴我們的，包括他人生的各個階段，從童年到青...

引言
這本書裡面……
大霹靂

1. 我，亞伯特‧愛因斯坦
2. 天才的童年時光
3. 小小自由思想家
4. 第一次逃跑
5. 義大利假期
6. 考試沒過
7. 我的第一次
8. 墜入愛河的愛因斯坦
9. 發明家愛因斯坦
10. （狹義）相對論
11. 不被理解的天才
12. 愛因斯坦教授
13. 我變得炙手可熱
14. 水星之謎
15. 諾貝爾獎
16. 愛因斯坦在美國
17. 炸彈
18. 期待和平

結語

【相對論小辭典】
愛因斯坦╱原子╱原子彈╱原子堆╱大霹靂╱黑洞╱波耳╱布朗運動╱毛細現象╱諷刺漫畫╱宇宙╱居禮夫人╱發育遲緩╱演示╱能量╱費米╱佛洛伊德╱引力╱好親戚╱曼哈頓計畫╱質量╱物質╱馬克士威╱米蘭╱諾貝爾獎╱光電效應╱光子╱物理學╱普朗克╱量子╱量子力學╱量子理論╱黎曼╱羅素╱時空隧道╱風格╱成功╱西拉德╱時間機器╱相對論╱時光旅行╱宇宙╱鈾╱光速╱小提琴

引言
這本書裡面……
大霹靂

1. 我，亞伯特‧愛因斯坦
2. 天才的童年時光
3. 小小自由思想家
4. 第一次逃跑
5. 義大利假期
6. 考試沒過
7. 我的第一次
8. 墜入愛河的愛因斯坦
9. 發明家愛因斯坦
10. （狹義）相對論
11. 不被理解的天才
12. 愛因斯坦教授
13. 我變得炙手可熱
14. 水星之謎
15. 諾貝爾獎
16. 愛因斯坦在美國
17. 炸彈
18. 期待和平

結語

【相對論小辭典】
愛因斯坦╱原子╱原子彈╱原子堆╱大霹靂╱黑洞╱波耳╱布朗運動╱毛細現象╱諷刺漫畫╱宇宙╱居禮夫人╱發育遲緩╱演示╱能量╱費米╱佛...