相對論，愛因斯坦教會我們什麼？：圖解20世紀最偉大的科學理論

在日本經過三分鐘，在美國也經過三分鐘。同樣地，在地球經過三分鐘，位於宇宙遙遠另一端的仙女座銀河系，應該也經過了三分鐘才對。你一定是這樣認為吧？但事實並非如此。

相對論，這是一個顛覆既有常識的驚人理論。也因此常有人認為相對論難以理解。其實不然。只要掌握訣竅，相對論實際上相當簡單。「什麼嘛，原來是這麼一回事」甚至可以簡單到讓人萌生這樣的想法。

雖然，相對論有幾個「陷阱」，但只要不受困其中就沒問題了。當然，它也的確是有點超越常識又有點複雜……

相對論，在解釋該理論時，有三大重點──

第一，說明必須淺顯易懂。這也是本書最高原則。怎麼做才會讓這個理論更簡單？怎麼做才會讓本書閱讀起來更輕鬆，連中學生也能夠理解呢？筆者是抱著這種想法完成本書的。

第二，必須說明理論的本質。這一點非常重要。如果無法瞭解理論的本質，那麼相對論對你而言就只是個「複雜囉嗦的理論」罷了。不過，若能夠掌握這個理論的本質，應該會認為相對論是一個「除此之外，不必多說什麼的單純理論」才是。

接著第三，讓讀者拋棄一般常識。這一點最為重要，無法瞭解相對論的人，絕大多數都是困在這個地方。筆者曾經也是其中之一。

大部分的人都有這樣的觀念：「不管對誰而言，實際的時間間格應該都是一樣的！」大部分的人都把這樣的觀念當作是一種常識。

認定這樣的觀念是理所當然的。你應該也這麼想吧？但，這就是相對論最大的陷阱。

為什麼相對論受人矚目呢？正是因為它是一個顛覆傳統常識的嶄新理論。那麼為何已經如此受人矚目，還會被視為晦澀難懂的理論呢？那是因為人們沒辦法拋棄既有的常識。其實只要把既有的常識甩掉，相對論將變得很簡單。

筆者之所以寫出這本書，無非是希望讓更多人瞭解上述事實。然後，筆者也希望讓更多人明白，當下理所當然的事情，其實一點也不理所當然。當你察覺到實情的一瞬間，直到目前為止的常識，都將發生180度的轉變。許多的「？？？」，將變成「！！！」。但願你可以體驗到這種震撼，這可是還搞不清楚相對論的人才享有的特權喔。

最後，想向協助筆者的貴人們致謝。包括給予我機會寫下本書的益田總編、接下審訂工作的二間瀨老師。在此向兩位敬上由衷的謝意。

新堂 進

在日本經過三分鐘，在美國也經過三分鐘。同樣地，在地球經過三分鐘，位於宇宙遙遠另一端的仙女座銀河系，應該也經過了三分鐘才對。你一定是這樣認為吧？但事實並非如此。

相對論，這是一個顛覆既有常識的驚人理論。也因此常有人認為相對論難以理解。其實不然。只要掌握訣竅，相對論實際上相當簡單。「什麼嘛，原來是這麼一回事」甚至可以簡單到讓人萌生這樣的想法。

雖然，相對論有幾個「陷阱」，但只要不受困其中就沒問題了。當然，它也的確是有點超越常識又有點複雜……

相對論，在解釋該理論時，有三大重點──

第一，說明必須淺...

序

第1章 什麼是相對論？
1. 什麼是「相對」？
2. 「時間或空間本身是相對的」是什麼？
3. 伽利略的相對性原理
4. 光速恆定的法則
5. 為什麼光的速度不會變化呢？
6. 相對論的兩個基礎
7. 花1秒，花不到1秒？
8. 「絕對時間」和「固有時間」
9. 矛盾的不只如此而已
10. 相對論的解答
11. 因相對論而發生的事情
Q&A
PLUS 什麼是相對性的現象？

第2章 等時刻的相對性
1. 相對論中的等時刻問題
2. 在不同系統發生的「等時刻的相對性」
3. 因果關係
Q&A
PLUS 相對論的「約定」

第3章 時間的延遲
1. 時間的延遲
2. 「相對性」的另一個意義
3. 距離拉開時，時間也會拉開
Q&A

第4章 長度的縮減
1. 從太空船上看到的「長度的縮減」(1)
2. 從太空船上看到的「長度的縮減」(2)
3. 在太空站上看到的「長度的縮減」(1)
4. 從太空站上看到的「長度的縮減」(2)
5. 太空站的對時
6. 未來是發生在現在的嗎？
7. 所謂「長度的縮減」，就是「空間的縮減」
8. 連「現在」也不能夠共有
Q&A
PLUS念相對論頭腦會變好？

第5章 相對論的本質
1. 時間和空間的概念
2. 所謂的座標系的移動是什麼？
3. 什麼是特別的？
4. 相對論的本質
5. 速度是有上限的
6. 速度合成法則
7. 若以光速移動的話會怎樣呢？
8. 時間延遲的程度和長度縮減的程度
9. 「伽利略的相對性原理」的原意
10. 「相對」還有更廣泛的涵意
11. 愛因斯坦的相對性原理
Q&A

第6章 E=mc2
1. 質量和能量的相對性
2. 質量的增大
3. 「質量的增大」的例子
4. 質量或能量會增大多少呢？
5. 質量和能量的等價原理
6. E= mc2
7. 將質量變為能量的方法
8. 質能不滅定律
Q&A

第7章 時空圖
1. 時空圖是什麼？
2. 「次元」是什麼？
3. 類立體時空圖
4. 時空圖的畫法
5. 「地球的時空圖」和「電車的時空圖」
6. 事象
7. 時空的本質
8. 用時空圖來理解「等時刻的相對性」
9. 用時空圖來理解「時間的延遲」
10. 使用時空圖理解「長度的縮減」
11. 參考系
12. 相對論的結論
Q&A

第8章 相對論的「前方」
1. 「時間的前進」和「長度的延伸」(1)兩艘太空船
2. 「時間的前進」和「長度的延伸」(2)「延遲」和「縮減」是依觀點而決定的
3. 「時間的前進」和「長度的延伸」(3) 稱之為「場所」的標準
4. 雙胞胎的悖論 (1)加速躍遷
5. 雙胞胎的悖論 (2)雙胞胎的悖論
6. 雙胞胎的悖論 (3)浦島效應
7. 光圓錐 (1)光圓錐
8. 光圓錐 (2)光圓錐和因果關係
9. 快子 (1)超光速粒子「快子」
10. 快子 (2)快子通信
Q&A
PLUS 曾經很窮的愛因斯坦

第9章 悖論
1. 「悖論」是什麼？
2. 超光速通信的悖論
3. 車庫的悖論
4. 兩道光的悖論
5. 緊急加速太空船的悖論
6. 超光速移動的悖論
7. 迴轉圓盤的悖論

第10章 從牛頓到愛因斯坦
1. 牛頓和絕對空間
2. 尋找以太
3. 愛因斯坦登場
Q&A
PLUS 因為相對論而受益的領域

參考書目

序

第1章 什麼是相對論？
1. 什麼是「相對」？
2. 「時間或空間本身是相對的」是什麼？
3. 伽利略的相對性原理
4. 光速恆定的法則
5. 為什麼光的速度不會變化呢？
6. 相對論的兩個基礎
7. 花1秒，花不到1秒？
8. 「絕對時間」和「固有時間」
9. 矛盾的不只如此而已
10. 相對論的解答
11. 因相對論而發生的事情
Q&A
PLUS 什麼是相對性的現象？

第2章 等時刻的相對性
1. 相對論中的等時刻問題
2. 在不同系統發生的「等時刻的相對性」
3. 因果關係
Q&A
PLUS 相對論的「約定」

第3章 時間的延遲
1. 時間的延遲
2...