Re: [問卦] 有沒有愛因斯坦強到不像話的卦?已回收
引述《ian1107 (高雄喬許哈奈特)》之銘言：
: 物理領域神人 阿爾伯特˙愛因斯坦
: 在當時科技尚未成熟，人類未登月、太空望遠鏡也還沒發射
: 就創立許多不可撼動 難以超越的理論
: 如 狹義/廣義 相對論、E = mc2、波粒二象性、宇宙學 …… 等等
: 深深影響著後世的科學
: 有沒有 愛因斯坦強到不像話的卦?
: 0.0
愛因斯坦一些偉大的發現是在1902年到1909年，也是他在在專利局工作的7年，可說是
他一生中最愉快並取得驚人的科學成就的時期。他在1905年這短短的一年內，發表了
四篇在物理領域中開創性的論文，改變了物理學的發展，人們稱這一年是愛因斯坦
的「奇蹟年」。
首先是在3月，發表了「光電效應」的論文，提出「光量子」，因此獲得1921年諾貝爾獎
。5月，完成關於布朗運動的論文，解釋微小分子隨機運動的現象；6月，發表了
《論動體的電動力學》，提出了狹義相對論基本原理。為了總結這個理論，9月，
提出質量與能量的等價概念，並導出了全世界最著名的方程式E=MC^2。
當時愛因斯坦才26歲(試問大家在26時在做甚麼呢？)，很難想像一個在專利局辦公室
的小職員竟然能有如此驚人的成就，也只有牛頓可以與他相比。
自他16歲開始，他經常問自己一個問題：「要是你追上一束光線，會花生省魔術？」
他花了10年的時間來思考這個問題，並研究了光在「以太」中的傳播，最後得出結論：
「牛頓的『絕對時間』與『絕對空間』是錯的！」
因為根據牛頓的理論，光速就是光速，沒有什麼特別，要超越光速絕對辦得到。只要
你跑得跟光一樣快，光在你眼前看起來就是凍結在時間中一串靜止的波。不過，
並沒有人看過光完全靜止的狀態，因此，牛頓的理論在此是說不通的。
愛因斯坦更在電磁大師馬克士威的理論中發現，光速是一個定值，不管你跑得多快，
光永遠以相同的速度前進。因此他認為，時間的同時性都是相對於某個參考系而來，
絕對的「同時」是不存在的，即「相對性原理(Principle of relativity)」。
從這樣一個超越牛頓理論的時空觀點出發，經由複雜的數學推導和運算，愛因斯坦
得出了狹義相對論（Special Relativity）結論。舉例來說，一艘在加速前進的太
空船內，時間的流動會隨著速度變快而變慢，同時，船內的空間也會遭到壓縮。
換句話說，一把尺會因為你移動的速度改變而改變；又或是，想像你站在地球上、
透過望遠鏡看到太空船內部，你會發現，裡頭的時間變慢了，船員的行動變得跟
烏龜一樣緩慢，身體也變得跟扁魚一樣扁平。
如果可以的話，要是太空船以光速前進，內部的時間將會停止、太空船會一直壓扁到
消失不見，質量則會膨脹到無限大！
你會想說，夭壽喂～這種情況怎麼會花生？？！！是啊，也就是如此，愛因斯坦才說
要突破光障(light barrier)是不可能的！如同二次元宅宅與三次元現充總是存在不可
交流的次元之壁一樣。
物體移動越快，重量越重，表示移動的能量轉換成質量，你可以透過E=MC^2來知道
有多少能量轉換成質量。這個關於質能等價性原理，日後成為研究原子彈的理論基礎。
至此，愛因斯坦自少年時期的疑問終於獲得解答：
「不論你跑得多快，光永遠會以同樣的速度離開你。」
然而，愛因斯坦並沒有滿足現況，他知道狹義相對論只適用特定案例，即向一個方向
等速運動的物體，可是現實世界卻是加速度運動，也就是說，他想要擴展這個理論
可以適用所有的情況，包括無處不在的力量─重力！
他決定挑戰已有數百年歷史的牛頓萬有引力定律，這項工作極為艱鉅，連他的朋友
德國物理學家、量子理論的創始者普朗克（Max Planck）說：「身為你的朋友，
又比你年長幾歲，我必須勸你放棄。首先，你不會成功；即使你成功了，也不會
有人鳥你。」
但這些勸退的聲音並沒有讓愛因斯坦停下腳步，反而讓他更投入破解重力之謎。
開局選最難，但自帶主角光環跟幸運S的他，如同狹義相對論是受到一個兒時的問題
的啟發，他再一次地做了一個白日夢(X)、思想實驗(O)來解決這個難題。
「當你搭乘電梯時，如果纜繩斷了，會花生省魔術？」答案絕不是趕快直播或打卡；
現實情況是，你會和電梯以相同的速度落下而感覺處在無重力狀態；即便你和電梯
是在地球的重力場內加速落下，但兩者的加速度是一樣的。
反過來想，當一個人處在加速度上升的電梯中，則會感受到有一股力量在拉著。
1907年，愛因斯坦在其發表的論文中提到：「處在重力場所受到的引力與一個物體
在加速度運動所受到的慣性是完全一樣的。」這個簡單的論點被稱為「等效原理」
（equivalence principle），是廣義相對論(General Relativity)的基礎。
1916年，愛因斯坦提出了比狹義相對論更強大的武器：廣義相對論，換一個字，
當然差很多。根據廣義相對論，時空就像西索的念能力『伸縮自如的愛』一樣，
能縮能伸；在特定情況下，這塊布可以延伸得比光還快！狹義相對論只能適用於
局部地區，如太陽系；要是考慮整個宇宙，就必須改用廣義相對論！
《狹義相對論》修正了牛頓運動定律中的「時間」與「空間」，而《廣義相對論》則是
對牛頓萬有引力（重力）定律的改造，讓「時間」、「空間」與「物質」三者產生關聯。
依據廣義相對論，萬有引力並不是真正的力，而是時空彎曲的表現，是由於質量存在
造成的。想像將一顆保齡球放在四邊都拉緊的床單上，保齡球的重量會讓床單產生凹陷。
此時，若將一顆彈珠扔到床單，彈珠將會沿著圓形(或是橢圓形)軌道繞行著保齡球。
以此類推，月球繞地球運行，是因為地球的存在造成空間彎曲。
國外示範影片: https://youtu.be/MTY1Kje0yLg
這也是重力波形成的原因，N年前，台北天文館也有放影片說明，大家可以回味一下
https://youtu.be/vNXJfDvNc2s
三分鐘搞懂重力波
我們之所以會站在地球上而不會被拋向外太空，並不是因為萬有引力，而是由於
地球在我們的周圍持續形成空間彎曲所致。萬有引力不再被科學家視為獨立的力，
而是空間的幾何學概念，在那個空間中，所有的物質都順著巨大質量造成的彎曲
沿短程線(geodesics，在彎曲空間中廣義的最短直線）前進。
為了驗證廣義相對論，愛因斯坦作出了3點神預測。首先是「水星近日點的進動」。
由於牛頓力學無法解釋這個現象，但通過廣義相對論的理論計算與說明，水星的進動
為每百年43秒，這與觀測值非常接近。
其次是「光的重力紅位移」，即光從強的引力場遠離時，光的頻譜會往紅色端移動。
這點也被天文觀測所證實。此外，由於太陽的存在，扭曲了從遙遠恆星傳來的星光，
造成約1.75角秒的偏折。1919年，英國天文學家愛丁頓透過日蝕攝影，驗證了這一
現象。這個最具有說服力的結果，頓時讓愛因斯坦和相對論成了家喻戶曉的名詞
，人們將他與牛頓相提並論。
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