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(暢銷新裝版)

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(暢銷新裝版)
定價:280
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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(暢銷新裝版)

 

內容簡介

  ◎日本Amazon物理學類書蟬連「七年銷售排名前百大」,讓網友跪求續集!
  ◎「原來如此!」──漫畫式圖解愛因斯坦100年「相對論」,一看就懂!
  ◎日本東北大學二間瀨敏史教授、台大傅昭銘教授 聯合審訂!


  科技發展日新月異,隨著時代愈進步,我們愈該了解什麼是相對論。
  號稱20世紀最偉大的科學理論,本書卻用漫畫圖解方式呈現,
  將打破你對科學理論書的刻板印象,讓你不禁大喊──
  「終於讀懂相對論了!」

  相對論有多重要?
  物理學教授摩爾說:「上至變形金剛,下至發電機,只要用到電的地方就有相對論效應存在。」
  距今已留傳百年的相對論,其實離我們的生活十分貼近。凡舉現今人車一台的GPS導航系統、臉書打卡、核能發電等等都跟它有關!
  人類一百年來的科技發明及科學發想,它們背後的基礎理論,都與「相對論」脫離不了關係。

  本書適合對象:
  想了解科普知識的「入門讀者」──漫畫圖解、文字淺白易懂!
  為了搞懂相對論而傷透腦筋的「專業讀者」──台、日物理系教授雙重審訂,解釋最正確!
  與作者一樣是愛因斯坦迷的科學知識「重度愛好者」──本書從讀者的角度介紹偉大的理論!
  相信本書將顛覆各位的認知,輕鬆地理解相對論的偉大之處。

本書特色

  本書3大特色

  1最易懂!漫畫圖解理論,文字深入淺出,一看就懂!
  因為作者本身並非學術界人士,更能夠站在廣大讀者的角度,由淺入深地為讀者解釋「相對論」。再加上活潑有趣的漫畫式圖解,以及延伸補充的Q&A,使得日本Amazon讀者大呼:本書是入門理解相對論的唯一讀物。

  2最好讀!舉證實例閱讀不吃力,有助激發你的邏輯力!
  書中舉出許多簡單的假設性問題或是以常見的題材作舉例,再也不覺得科學理論艱澀難消化。小題目與公式解說激盪你的腦力,有效輕鬆理解、融會貫通。

  3最正確!台日專家學者聯合審訂,解釋相對論最精準!
  讓艱深晦澀的相對論更容易消化,本書日文版由日本東北大學物理系二間瀨敏史教授負責審訂。另外,配合中文讀者需求,邀請了台大物理學系傅昭銘教授協助審訂。保證書上每一字、每一句都能夠正確無誤地解釋相對論。
 
 

作者介紹

作者簡介

新堂進


  1971年生於日本長野縣。專長是程式設計,同時也對物理學很有興趣,閱讀了大量相關書籍。接觸相對論相關著作多達40冊以上,是個不折不扣的愛因斯坦迷。

譯者簡介

陳威丞


  輔仁大學日本語文學系、國際貿易與金融學系畢業。現職為日本口譯導遊、日中口譯、翻譯。

審訂者簡介

二間瀨敏史


  1953年生於日本北海道札幌市。畢業於京都大學物理所,於英國威爾斯大學卡地夫學院修畢博士課程。現為東北大學物理系天文學專任教授,專長為一般相對論、宇宙論的理論研究。

傅昭銘

  台灣大學物理學系教授,比利時魯汶(KUL)大學物理學博士。現任台灣磁性技術協會副理事長,曾任中華民國物理雙月刊主編。
 
 

目錄

序/你以為的理所當然,其實不然!

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
 
 

作者序

你以為的理所當然,其實不然!


  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
 

內容連載

◎什麼是「相對」?
 
首先,我們就從「什麼是相對」開始談起吧。
 
「相對」具有一種「依據參考基準來決定」的意義。舉例來說的話,身高就是其中一種。我們常說:「那個人很高」或者「很矮」等。那是依據一種「與平均身高比較」的「隱性參考基準」加以判斷的。(註:參考基準又稱參考座標系)
 
「相對性」的重點在於,若「參考基準改變,則時間及長度等定義(以後簡稱定義)也會跟著改變」。就算是身高較矮的人,一旦混在小學生之中就會變得比較高。就像這樣,「依據參考基準來定義事物」的情況,便稱為「相對性」。
 
類似這樣的例子,其實充斥在我們的周遭隨處可見。譬如說在杯子裡的半杯水,要形容它是「多」或者「少」,都是使用相對的看法來決定。
 
「時間」其實也一樣。「3分鐘」這樣的時間,要把它當成是「長」或者當成是「短」,都是相對的。如果跟廣告的播放時間相比的話就是長,但若跟電影的播放時間相比的話就是短了。
 
「空間」也一樣。八個塌塌米大小的房間,如果用拳頭來比的話就很大,但用棒球場來比就太小了。
 
愛因斯坦的「相對論」,其實它的意思就是「時間或空間都是相對性的」。但是,愛因斯坦所說的並非「長」或「短」這種「感覺性」的東西,而是「時間或空間本身是有物理上的相對性」這樣的涵義。
 
◎「時間或空間本身是相對的」是什麼?
 
時間或空間本身是相對的。
 
這句話到底是什麼意思呢?
 
譬如「長」或是「短」這樣的感覺性形容詞,都只能用相對的看法來決定。可是物理世界中的事物是用「單位」表達的。
 
比如說,我們常利用「單位」表達空間或是時間。假設在餐廳裡,服務生對你說:「請稍候3分鐘」,感覺上會比「請暫時稍等一下」要來得確定吧?像「暫時」這類的詞彙,含有相對性的意義。經常人們把數秒鐘以「暫時」表達,但也可能將數小時說成「暫時」。
 
不過在絕對的參考系統而言,「3分鐘」就是「3分鐘」;也就是說,不管你要把它說成是「長的」,或者說成是「短的」,「3分鐘」就是「3分鐘」。不管對象是誰,實際的時間間格應該都是一樣的!
 
但是,對愛因斯坦而言,事情就不是這樣了。「3分鐘」這樣的間格時間單位,對某個人而言,可能是「2分鐘」;對另一個人而言,則可能會是「5分鐘」。