愛因斯坦：百年相對論【新裝版】

作者的話 ／前言――佛利曼‧戴森 撰 ／愛因斯坦年表

第一部  物理學家之路
第一章  愛因斯坦之前的物理學世界  
▍自傳手札――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，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．萬柏格／撰
第七章  愛因斯坦之後的物理學
▍愛因斯坦的科學遺產――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――勞勃‧舒曼／撰
▍愛因斯坦與音樂――菲力普‧葛拉斯／撰
第十章  德國、大屠殺與和平論
第十一章  美國
第十二章  猶太復國主義、大屠殺與以色列
▍愛因斯坦與宗教、猶太教和猶太復國主義――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  一個時代的終結
▍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：二十世紀的巨擘――亞瑟‧克拉克／撰

後記：愛因斯坦的手稿遺產――戴安娜．柯摩斯．巴克渥撰

前言

佛利曼‧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，施瓦氏奇異點（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。——佛利曼．戴森 Freeman Dyson

　　自1953年起即任職於普林斯頓大學高等研究院物理學者，成為愛因斯坦同事。戴森為一般讀者著有多本科學叢書，包括《宇宙波瀾（Disturbing the Universe）》、《全方位的無限（Infinite in All Directions）》、《想像的未來（Imagined Worlds）》。