～向愛因斯坦請教，53個想知道的物理理論～
從基礎開始，發現原來「相對論」竟然能應用如此廣泛！
愛因斯坦頂著一頭白髮，對著鏡頭吐舌頭的肖像；
在輪椅上的霍金，藉由語音合成器與外界對話。
相信任何人對這兩位20世紀的天才並不陌生，對吧？
不過，他們提出的理論究竟是什麼？又帶給世界如何貢獻？
或許很多人腦內浮現的是影集《世紀天才》或電影《愛的萬物論》，一時間也很難給出回答吧？
這次，3小時速成班將加開全新的課程──「相對論」。
打開本書，文組人也能學會的相對論速成班，即將開課！
正式開課之前，各位不妨先思考下面的問題，作為簡易的課前測驗吧！
Q1・光的速度一直都是保持不變嗎？
Q2・太空船上的太空人，會比地球上的人老得慢嗎？
Q3・「質量」和「重量」有什麼不同？質量等於「能量」嗎？
Q4・為什麼「重力波」被譽為「愛因斯坦最後的功課」？
想要融會貫通相對論，有一點很重要，那就是保持「腦洞大開」的良好狀態。
在物理學的世界，有別於實驗室裡具體操作實證，特別講求運用想像力，假定一切實驗條件均為最理想狀態，對一套假說在大腦中進行實驗，因此又稱做「思想實驗」。
物理史上著名的思想實驗，包括──
永動機▸▸不需要額外提供能源或能量，而能恆久運作的機械。
牛頓大砲▸▸有一座大砲從高山上發射，發射的砲彈軌道取決於初始速度，呈現環形永不下墜軌道、橢圓軌道、拋物線軌道逃離地球。
孿生子悖論▸▸雙胞胎的一人搭乘太空船旅行，另一人留在地球，當旅行者多年後回到地球，發現自己比手足更年輕。
愛因斯坦的相對論，正是透過思想實驗來建構理論。
當我們初次接觸相對論、甚至是難以理解的量子力學時，放下自我設限的成見，以開放的心態參與一場場的思想實驗，才能透視日常所見的巨觀世界，領略奧妙的微觀世界。
就讓相對論推你一把，跨越想像力的限制，從此看見不一樣的宇宙吧。
本書特色
◎從理論公式推導，到「黑洞」的探索新突破，由日本的理科博士轉譯抽象的相對論與量子糾纏，化為文組人也能輕鬆理解的簡明概念。
◎全書架構以11個章節、53個單元組成，從基本知識開始掌握，循序漸進了解相對論如何解釋宇宙與星星的誕生。
◎搭配主題，細數與愛因斯坦同期的偉大科學家，同步了解近代科學發展的多元面貌。
作者
齋藤勝裕
1945年5月3日生。名古屋工業大學榮譽教授，理學博士。1974年修畢日本東北大學研究所理學研究科博士課程，專業領域為有機化學、物理化學、光化學與超分子化學。主要著作有《圖解高分子化學：全方位解析化學產業基礎的入門書》（台灣東販）、《食品的科學：烹飪、營養、美學與科學，滿足你對食物的好奇心！》（晨星）、《週期表一讀就通》、《3小時讀通無機化學》系列（以上皆世茂出版）等多本書籍。
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譯者簡介
陳聖怡
享受有日文的生活，曾留學東京，熱愛筆譯。
譯有《世界史是化學寫成的：從玻璃到手機，從肥料到炸藥，保證有趣的化學入門》、《推理迷必備的犯罪現場科學搜查》、《心理學使用說明書》、《向阿德勒學習：為活得更好而工作》、《極簡德國史》、《極簡俄羅斯史》、《極簡法國史》，以及多種歷史、旅遊、生活實用書。
目錄
◎前言
●第1章 相對論為什麼如此重要？
．1 在愛因斯坦以前的物理學
．2 顛覆十七世紀以來的常識
．3 量子理論如何孕育而出？
❖專欄 瑪麗．居禮的成就
．4 相對論是什麼樣的理論？
❖專欄 愛因斯坦其人
●第2章 相對性原理的基礎
．1 伽利略的相對性原理
．2 等速直線運動如何發生？
．3 當加速度發揮作用時，物體會發生什麼事？
●第3章 光速不變的原理
．1 話說回來，「光」是什麼？
．2 光速一直都保持不變嗎？
．3 傳導光的物質──乙太
．4 光速可以測量嗎？
．5 超越光速的物質存在嗎？
●第4章 在光速中時間會延遲
．1 每個人的時間速度都一樣嗎？
．2 用光速移動的話，就會老得比較慢嗎？
．3 以光速移動，時間會延遲多少？
．4 時間延遲程度的指標──勞侖茲因子
．5 時間延遲與相對論的關係
．6 浦島太郎的故事可能發生嗎？──孿生子悖論
●第5章 在光速中長度會縮短
．1 以光速飛行，太空船的長度會縮短？
．2 為什麼速度愈快，長度愈短？
．3 以接近光速移動，物體間的距離也會縮短嗎？
．4 速度再加上光速，結果會超過光速嗎？
●第6章 能量等於質量
．1 「質量」和「重量」的差別
．2 愈接近光速，質量就會變得愈大？
．3 能量和質量的關係
．4 質量可以等同能量嗎？
．5 解謎愛因斯坦的經典公式「E=mc⊃2;」
．6 粒子必然成對生成與消失嗎？──成對產生、成對消滅
❖專欄 如何導出「E＝mc⊃2;」
●第7章 重力與時空的扭曲
．1 「質量」和「重力」的差異
❖專欄 希格斯玻色子
．2 平行線會相交嗎？
．3 重力如何扭曲空間？
．4 重力也能扭曲光線嗎？
．5 我們如何看到重力的作用？──重力透鏡效應
．6 愛因斯坦最後的功課──重力波
❖專欄 LIGO（雷射干涉儀重力波天文台）
●第8章 粒子性與波動性
．1 光是波動，電子是粒子
．2 物質有「波」的性質嗎？──物質波
．3 什麼是「量子化」？
．4 光也能量子化嗎？
．5 愛因斯坦無法接受的理論──海森堡的不確定性原理
❖專欄 如何導出海森堡的不確定性原理
●第9章 構成宇宙的物質
．1 宇宙的起源
．2 恆星的誕生
．3 原子的誕生與成長
❖專欄 原子核反應
．4 恆星的一生
❖專欄 元素週期表
●第10章 黑洞
．1 星星會如何結束一生？
．2 日本觀測到星星的爆炸──神岡探測器
．3 黑洞是什麼？
．4 黑洞會「蒸發」？
．5 黑洞的一生如何度過？
．6 終於真正發現黑洞
●第11章 宇宙的未來
．1 宇宙正在膨脹嗎？
．2 無法觀測的宇宙成分──暗物質、暗能量
．3 宇宙發展的下一個階段
．4 古人眼裡的宇宙
◎後記
◎參考文獻・資料來源
序／導讀
前言
這本書為了讓逃避微積分、討厭數學的文化類讀者，也能夠愉快閱讀著名的愛因斯坦「相對論」，特別以簡單易懂的方式解說。
這世上有好幾種堪稱經典的理論，像是歐幾里得（Euclid）的「幾何學」、牛頓（Isaac Newton）的「自然哲學的數學原理」、馬克士威（James Clerk Maxwell）的「電磁學」、克勞修斯（Rudolf Clausius）等人的「熱力學」、愛因斯坦（Albert Einstein）的「相對論」、路易．德布羅意（Louis de Broglie）等人的「量子論」等等。這些經典理論就像是在比誰最艱深似地，長得一副「怎麼能讓你輕易看懂！」的模樣。
但是到了20世紀以後，已經確立的相對論和量子論不只是艱深費解，還包含了令人難以置信的觀點，相繼提出讓人覺得根本不可能成立的論調。在理解這些觀點以前，必須先破除僵化的思維、讓思考更靈活一點。
也就是說，在閱讀這種理論時，先別想著「我要看懂」。不管它談了什麼都無所謂，你只需要一心一意地讀下去。如此一來，這些「難以置信的觀點」就會刻進你的腦海裡。
第一次閱讀只要這樣就好，別奢求能夠理解多少。重點在於後面。第一次從頭通讀到最後，接著趁自己還沒有忘記太多內容時，再重新讀一次。這樣的話，一開始還難以置信的觀點，就會漸漸讓你覺得「這可能是真的」了。
到了這個程度，它就是屬於你的知識了。即使只有一部分也無妨，請再試著去讀懂你覺得自己好像可以理解的部分。這樣是不是開始覺得讀出一點趣味了呢？
沒錯，相對論其實很有趣。首先，它的格局非凡，談的是無邊無際的宇宙，談的是乘著光線四處馳騁、超越時間大幅飛躍。
如果大家都能透過本書體會到相對論的樂趣，我會非常高興。
2021年6月 齋藤勝裕