物理與頭腦相遇的地方

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物理是一種生活方式

　　相對論在談些什麼？

　　許多人心目中的相對論就只是這句話：「所有的事都是相對的。」

　　事實上，愛因斯坦的理念幾乎正好相反，相對論的主旨是：很多事情是絕對不變的。

　　量子力學很玄、超現實嗎？

　　其實不然。你爬樓梯時，不管是一階一階走，還是一次跳過好幾個階梯，你總不會以為樓梯像斜坡，可以隨意踏在1/2階或3/4階的地方吧？

　　這就是量子力學的內涵。大自然本來就是結結巴巴的，不是很滑順。

　　《物理與頭腦相遇的地方》蒐羅了牛頓、愛因斯坦、費曼、波耳、加莫夫、歐本海默等等物理大師的智慧，把偉大科學家推敲物理觀念的竅門與藝術，古典力學、相對論及量子力學的精髓，物理科學思想的演變，統統梳理出頭緒來。

　　愛因斯坦說：「物理的書總是充滿了複雜的數學公式，可是思想及理念而非公式，才是每一個物理理論的開端。」

　　《物理與頭腦相遇的地方》只用了E＝mc2這道著名公式，不包含任何複雜的數學，將是你的頭腦與物理歡喜相遇的開端。

作者簡介

柯爾　K. C. Cole

　　美國南加州大學安納堡傳播學院教授，《洛杉磯時報》科學專欄作家（1994年迄今），經常在《紐約客》、《紐約時報》、《新聞週刊》、《華盛頓郵報》、《哥倫比亞新聞評論》等媒體發表文章。

　　1995年、2004年、2005年三度獲得「美國最佳科學寫作獎」，2002年獲得「美國最佳科學與自然寫作獎」。

　　由於頻頻獲獎，而有「科學寫作界之達文西」的封號。

　　著有《數學與頭腦相遇的地方》（The Universe and the Teacup）、《物理與頭腦相遇的地方》（First You Build a Cloud）等書。

　　柯爾女士成長於巴西首都里約熱內盧、美國紐約州，曾在東歐待過數年，早年的寫作焦點在政治評論與女性議題。

　　1980年代，與舊金山探險博物館（Exploratorium）創辦人法蘭克．歐本海默（Frank Oppenheimer）成為知交後，開始對科學產生濃厚興趣，從此鑽研科學，筆耕不輟。

　　育有一女一子，目前定居在加州聖摩尼卡。

譯者簡介

丘宏義

　　台灣大學物理系畢業，美國康乃爾大學物理博士。曾在普林斯頓高等研究院博士後研究二年，鑽研超新星的形成及中子星的構造，奠定現代中子星理論的基礎。之後在美國航空暨太空總署（NASA）馬里蘭州高達太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）擔任太空科學家及天文物理學家。

　　退休後，專事寫作，著有《新封神榜：紂王與妲己》、《吳大猷：中國物理學之父》，譯作有《預約新宇宙》、《億萬又億萬》、《抓時間的人》、《數學與頭腦相遇的地方》、《物理與頭腦相遇的地方》、《物理學家的靈感抽屜》、《光錐．蛀孔．宇宙弦》、《宇宙的六個神奇數字》、《量子重力》、《黃金比例》、《時終》等書。

自 序 物理是一種生活方式 柯爾
導 讀 愛情、互補、因果關係及其他 丘宏義
前 言 生活在太空中
像牛頓或愛因斯坦這一類的天才之成為天才的原因是：
他們問很天真的問題，結果是，問題的答案卻是驚天動地的。

第一部 求知的藝術

第一章 科學如隱喻
當物理學家說電子像粒子，他用的是隱喻式的比較，
就如詩人寫愛情像一朵玫瑰花。

第二章 正確？錯誤？
幾乎可以確定，愛因斯坦一定會錯。
至少他錯的意義就如他證明牛頓力學是錯的一樣。

第三章 瞧出端倪
科學是極令人興奮的探險，
我們非但是觀眾，也是演員。

第四章 科學的審美觀
「它很簡單，因此它美，」
費曼提到重力定律時這麼說。

第五章 自然的互補
解答不只一個解答，
萬能的答案並不存在。

第二部 發動者及震撼者

第六章 力和贗力
以四種所謂的自然界基本作用力，
來瞭解贗力，那就很容易了。

第七章 量子躍遷
現在大家看到的大自然，是結結巴巴的或顆粒的，
從一數量跳到另一數量去，從來不橫越這二者之間。

第八章 相對說來
大眾心目中的相對論就只是這句話：所有的事都是相對的。
事實上，愛因斯坦理念的涵義，幾乎正好相反。

第三部 線及結

第九章 波和四濺的水花
波是自然界中特別持續不斷的模式，影響遠大，
四濺的水花只是曇花一現的事件。

第十章 共振的魔力
共振不只是冷酷無情的放大器，
它也是我們耳朵聽到的音樂。

第十一章 對稱性和影子
影子是失去了的影像，
但影子也和原來的光一樣，富含資訊。

第十二章 有序及無序
費曼說：「在不可逆的過程中失去的
不是能量，而是機會。」

第十三章 因與果
如果事出必有因，那麼我們就是齒輪；
如果事出不必有因，我們僅是一堆骰子而已。

第十四章 差之毫釐，失之千里
如果強作用力稍弱，或者電力稍強些，
原子、物質可能就不存在了。

後 記 推動力及影響力
從愛因斯坦的理念，
到我的「物理學家朋友」原創的洞見。

附 錄 延伸閱讀

自序
物理是一種生活方式
柯爾

　　牛頓本人，和那些……攻擊他的人……一定會對最近的論點感到詫異，這論點說：自然哲學和「價值」無關，自然科學本身應當「無價無值」；對那些追求人生方向的人來說，從我們最好的自然事物的智識中，不會學到任何東西。即使少許的科學……對人之價值而言，卻是有無限承諾的東西。——小藍得爾（John Herman Randall, Jr），《牛頓的自然哲學》

　　以前物理科學被稱為自然哲學，可是不幸的是，哲學課程中已經不教物理了。這事態令人感到驚奇。因為我所知的物理學家，在與我的談話中及他們之間的談話中，都充分瞭解這一點，即：在塑造我們人性及倫理世界的看法時，我們對於物質世界的想法，會有很深刻的影響。對這些物理學家而言，物理是文化及哲學的一部分。在本書的各章中，柯爾女士能以類似物理學家之間討論這問題的方法，以同一深思的渠道向非物理學家談及這些問題。——法蘭克．歐本海默（Frank Oppenheimer），探險博物館創辦人（探險博物館是一家在舊金山的博物館，專於科學及認知。)

　　這本新版的書，以前的名字是《和應振動：反省「物理為一種生活方式」》[1]。本書已大量重新修訂過，加入了許多的新材料，許多段落都已經大筆琢磨過，或者根本取消。再者，書中的材料已經重新組織成三部分，分別討論不同的命題。

　　前言〈生活在太空中〉，定下了這書的哲學框架，同時解釋了某些偏愛；本書中的闡說及語調皆導自這些偏愛。

　　第一部〈瞭解的藝術〉，探索了許多物理學家的方法；他們用這些方法嘗試著去看那些看不見的東西，去瞭解實體宇宙；這個宇宙很可能在人類感官、領悟能力之外。

　　第二部〈發動者及震撼者〉，討論使世界萬物運轉的力及贗力（pseudoforce）和近代物理的基礎：量子力學及愛因斯坦的狹義相對論及廣義相對論。

　　第三部〈線及結〉，追蹤物質世界中某些不斷重複織出的模式（pattern）。有些是節奏，它們像和應振動：你朝任何自然萬物去看時，它們都會隨時跳出。其他的則是物理學家面對的難題，例如因與果之間的關係；解答極為困難，可是物理學家仍然不斷設法去搜尋它們的解。

【注釋】

　　[1]譯注：和應振動的原文是 sympathetic vibration。如果把兩根弦繃緊，把一根弦撥了發音，而如果第二根弦的頻率與第一根的一樣，那麼第二根弦不久也會振動而發音，這稱為和應振動。如果在橋上步行時，步行的頻率與橋的一樣，也可能引起和應振動，有時會把橋振塌。因此軍隊步行過橋時一定要亂步走。請見本書各章。