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書摘 1
序曲 光束騎士 THE LIGHT-BEAM RIDER
「我一共會寫出四篇論文，」年輕的專利審查員在給朋友的信中寫道。 這封日後成為重要科學史料的信，重要性卻被當事人一貫促狹淘氣的口吻掩蓋了，畢竟他開頭才稱朋友是「死傢伙」，還說抱歉寫了一封「胡言亂語」的信。不過談到這些空暇時間寫出來的論文，還是多少能看出他清楚它們的分量。 他解釋道：「第一篇論文講光的輻射和能量特性，是相當具革命性的。」是的，這篇論文確實具革命性，主張光不僅可視為一種波，也可當成小粒子構成的量子束（quanta）。從這理論所進一步解釋的，宇宙並沒有嚴格因果關係或確定性，後來也終其一生纏繞著他。 「第二篇論文是確定原子的真實尺寸。」雖然當時對原子存在仍有爭論，但已是這一批論文中最明確的，也是為何他選博士論文題目時，會認為這是最安全的賭注。此刻，他正在對物理學進行革命，但不管想找學術工作，或獲得博士學位以便從專利局三等審查員升級到二等職位，他的努力都屢屢遭受挫折。 第三篇論文利用隨機碰撞的統計分析，來解釋液體中微小粒子的顫動，在這過程中確立了原子和分子真的存在。 「第四篇論文目前只是構思階段，主要是利用修正後的時空理論來探討運動物體的電動力學（electrodynamics）。」好吧，這肯定不是胡言亂語了。愛因斯坦純粹靠思考實驗（在腦海而非在實驗室中進行），已經決定丟棄牛頓絕對空間和時間的概念，這將會變成日後的狹義相對論（Special
Theory of Relativity）。 當時他沒有告訴朋友（他也還沒想到），是那年他會寫出第五篇論文（是第四篇論文的補遺），提出能量和質量之間的關係，從此誕生了物理學最出名的方程式：E＝mc2。 回顧二十世紀，大家會記得是一個願意打破古典束縛並展望未來的新時代，具有孕育滋養科學創新需要的創造力。當中最突出的一位，也是我們這個時代最重要的偶像：這名逃避迫害的難民生性良善，一頭狂野的頭髮、閃爍慧黠的目光、博愛人道的精神和異常聰穎的天資，讓他的臉孔成為象徵，讓他的名字等同於天才。 現今愛因斯坦的檔案已完全公開了，讓我們得以探究他私人的一面，包括不墨守成規、天性叛逆、好奇心強、熱愛求知和超然離群等等，如何與政治面及科學面交織纏繞。瞭解愛因斯坦可幫助我們瞭解其科學源頭，反之亦然；個性、想像和創造天分統統相關，有如統一場（unified
field）環環相扣。 愛因斯坦的生活與工作反映的是，二十世紀初現代主義氛圍下，社會確定性與道德絕對性的瓦解。當時，空氣中奔馳著無拘無束的想像力，畢卡索、喬伊斯、佛洛伊德、史特拉汶斯基和荀伯格等人紛紛打破傳統的束縛。帶動這種氛圍是一種新信念：在我們的宇宙，空間、時間和粒子特性會隨觀察而改變。 然而，愛因斯坦不是一個真正的相對主義論者，雖然許多人如此解讀，包括一些對他嗤之以鼻的反猶太主義者；事實上他的所有理論（包括相對論）都是在追尋不變、確定與絕對。愛因斯坦感覺到，在宇宙法則下有一個和諧的真實存在，科學的目標即是發現它。 一八九五年十六歲的他開始探索之旅，突發奇想說若是與一道光束並肩前進，不知道會是何光景。十年後「奇蹟之年」誕生了，如前面信件所述，從此為二十世紀物理學兩大突破相對論和量子論（quantum
theory）奠定基礎。 再過十年光陰，一九一五年他在自然界更臻至高無上，創造出廣義相對論（general theory
of relativity），成為最美的科學理論之一。如同狹義相對論，他透過思考實驗推敲思索，想像自己被關在一具於太空加速向上的電梯中，感受到與重力一樣的效應。 他認為重力是空間與時間的彎曲，並根據物質、運動和能量之間的交互作用，提出描述曲率動態的方程式。這可用另一個思考實驗說明︰想像將一顆保齡球放置於二維平面的彈簧床上，接著在上面滾動幾粒撞球，撞球會滾向保齡球，不是因為保齡球有什麼神祕吸力，而是它使彈簧床的質材彎曲所致。現在想像這一切發生在四度空間和時間中。當然那並不容易，這也是為什麼我們不是愛因斯坦的原因了。 十年後到一九二五年，學術生涯走到一半的愛因斯坦，出現了轉捩點。他一手推動的量子革命此時以不確定性和機率為基礎，正蛻變成一種新的力學。那年他仍對量子力學做出最後的重大貢獻，同時卻也開始加以抗拒。接下來的三十年，甚至一九五五年臨終前在病榻寫下的潦草算式，他都固執地要批評量子力學不完整，努力將它納入統一場理論。 不管是革命性的三十年，或後來抗拒性的三十年，愛因斯坦自始至終都能怡然自得、淡然處世、不守成規。他擅長獨立思考，想像力帶領他打破傳統智慧的疆界；他不僅特立獨行，也是可敬的反叛者，雙眼炯炯發亮，深信上帝不會玩骰子，允許事物隨機發生。 他的故事包含現代科學的大震盪：從極小到無限、從光子（photon）發射到宇宙擴張。即便他的偉大功績已超過百年，我們仍然活在愛因斯坦的宇宙中，一個可巨觀用相對論定義，亦可微觀用量子力學定義的宇宙；這個亙古恆久的宇宙至今仍讓人惶惶困窘。 今日科技處處可見愛因斯坦的身影，包括光電電池和雷射、核能和光纖、太空旅行，甚至半導體都可追溯到其理論。他簽署致羅斯福總統的信件，警告原子彈製造的可能性，此後只要我們想像原子彈的蕈狀雲，內心總是會浮現他講述能量與質量關係的著名方程式。 如果他沒有觸電般的頭髮與充滿穿透力的目光，還會是科學界最耀眼醒目的海報明星嗎？假如我們也用思考實驗，設想他長得像蒲朗克（Max
Planck）或波耳（Niels Bohr），會淪為同等級的名人，只是位著名的科學天才而已嗎？或者他照樣會登入萬神殿，與亞里斯多德、伽利略和牛頓一起受供奉呢？ 我相信，答案還是後者！ 面對二十一世紀的需求，應盡可能恢復大眾對科學的喜愛與探索。這不是說每個主修文學者應該選物理課，或者法律顧問應該擁抱量子力學，而是指學習與認識科學方法是一項有用的資產，可以幫助我們做一個好公民。 這就是為什麼值得花時間研究愛因斯坦的生平了。在愛因斯坦生命接近尾聲時，紐約州教育局曾請教他應該加強哪類課程，他回答道：「在上歷史課時，應該多探討哪些人靠著獨立的個性和判斷力，造福全人類。」這正是愛因斯坦的寫照。
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