愛因斯坦的方程式(CK0017)
God’s Equation : Einstein, Relativity, and the Expanding Universe

類別： 自然‧科普‧數理>天文
叢書系列：科學人文系列
作者：阿米爾．艾克塞爾
       Amir D. Aczel
譯者：戴季全、姚若潔
出版社：時報文化
出版日期：2001年08月20日
定價：250 元
售價：198 元(約79折)
開本：25開／平裝／264頁
ISBN：9571334626

【艾克塞爾的追溯之旅｜宇宙學的發現之旅 1｜宇宙學的發現之旅 2｜書摘 1｜書摘 2｜書摘 3｜書摘 4｜書摘 5】

▼  艾克塞爾的追溯之旅

也許你曾經問過這樣的問題：我們居住的宇宙，究竟誕生於何時？有沒有可能滅亡？一個世紀以來，許多宇宙學家及天文物理學家，正在探索同樣的問題。對他們而言，愛因斯坦曾經樹立的里程碑，正是今日探索之旅的起點。而你是否知道，尋找宇宙本質的青年愛因斯坦，他的學術生涯因獨立自我的叛逆性格而曾遭數度挫折，而與他人互動時，也曾經因為強大的野心而磨難了其他的年輕科學家？

《愛因斯坦的方程式》作者阿米爾．艾克塞爾（Amir D. Aczel），為瞭解 1998 年天文學上一個最新的結論，開始了對於上述問題的追溯之旅；身為數學家、統計學家及科普作家的他，除了嘗試演算相關的數學問題，更親自走訪瑞士與德國，尋找愛因斯坦曾居住過的公寓，及收藏有愛因斯坦許多筆記資料的蒲朗克學院。這段旅程不僅帶我們走過愛因斯坦特殊相對論與廣義相對論的發展史，瞭解他著名的「場域方程式」之由來，更挖出了一批埋藏於圖書館的德文信函—那是愛因斯坦與一名年輕德國天文學家之間長達廿年的通訊。於是艾克塞爾首次將這兩個人之間的故事公開於英語世界及一般大眾面前。

這個嶄新的愛因斯坦樣貌是令人驚異的—廣義相對論尚未成熟、但亟欲證實其正確性的愛因斯坦，瞭解到他需要的是天文學上的證據，於是一位偶然間聯繫上的年輕天文學家弗倫狄區（Erwin Freundlich），就成了他熱烈專注的「合作」對象。愛因斯坦不僅僅是以已經嶄露頭角的物理學家之身分，請益於一位天文學新手的意見而已；他努力自修天文學知識、盤算著該做什麼樣的觀測，往往在長篇大論後才詢問一句：「你的看法呢？我希望能看到你的進展。」而當他們終於決定實踐日蝕觀測計畫之後，愛因斯坦簡直不讓弗倫狄區有一刻離開視線—他經常到這年輕天文學家的家中晚餐，餐後直接在桌布上塗寫方程式，「工作」起來。但不幸的是，由弗倫狄區帶領的日蝕觀測隊伍正向著俄國前進時，第一次世界大戰爆發，觀測隊被俘虜了。雖然觀測隊終究全員平安歸來，但觀測計畫畢竟泡湯。自此之後，愛因斯坦與弗倫狄區的關係漸行漸遠，甚至當弗倫狄區請求他介紹工作時，還語出冷淡責難之言。看來，在這段情誼上，愛因斯坦顯得野心勃勃而缺乏人情，甚至到忘恩負義的程度。

但是換個角度來說，如果我們能夠瞭解愛因斯坦的執拗脾氣，也許不難想像他與弗倫狄區這段故事的成因。這種性格從他十分年輕的時候就可以看出來。由於僅有數學一科成績優異而無法進入大學，愛因斯坦努力一年後總算進入瑞士聯邦理工學院就讀；然而他自行認定物理學才是解釋宇宙法則的唯一主角、數學只是其工具，並居然就此故意與數學教授唱反調。這使得他在畢業時無法得到任何一位教授的推薦信、以申請學術職位，只好經由好友父親的介紹，到瑞士專利局工作。然而，愛因斯坦從未放棄他的科學探索。在他身上，我們看見一個專注執著的科學家，深信抽象理論解釋宇宙的價值；這種信念不僅不受既往權威的羈絆，亦強過所有凡塵俗務的煩擾。

除了愛因斯坦個人的故事，對於想要從數學角度稍微瞭解相對論與時空概念的讀者，這本書也絕對不會讓你失望。艾克塞爾是個說數學故事的能手。他說：幾何學發源的老祖宗—巴比倫人和亞述人—居住於廣大的沖積平原上，也因而他們所發展出來的、非常適合於丈量土地面積的幾何學，已經預設了世界是平坦的。但是在地球上確實有某些地方，你可以看到海平面是條曲線而非直線。如果那兒也有孕育幾何學的文明產生，也許今日的幾何學歷史會完全不一樣。愛因斯坦相對論中需要的幾何學，正是「平坦」的幾何學所不足的。艾克塞爾一步步告訴我們什麼是「非歐幾里德幾何學」，教我們想像空間如何能夠彎曲，而不只是直覺中最容易接受的均勻空間；更進一步，也幫助我們想像宇宙形狀與命運的問題。

1920 年代，大霹靂（big bang）理論述說了宇宙的誕生。自大霹靂以來，宇宙不停擴張的推測與證據，一直為科學家們接受；但是宇宙的結構與後續發展究竟如何，卻有許多不同的看法。在 50 及 60 年代最受歡迎的一種看法是，宇宙擴張的速度會漸漸減慢、然後開始收縮，造成吞沒一切的「大混沌（big crunch）」，然後也許下一次的大霹靂又會將宇宙製造出來，如此在大霹靂與大混沌之間輪迴不止。這個看法雖然並未獲得全面的支持，但絕大部分的天文學家至少還是相信宇宙的擴張應該正在減速。

所以，1998 年 1 月的最新結論公諸於世時，那是一個連天文學家自己都感到震驚的宇宙圖像—我們宇宙擴張的速度，不僅沒有減少，反而正以非常快的速度在增加；這意味著我們的宇宙終將稀薄零落。事實上，想要測量宇宙擴張的研究團隊並不只一組人馬，而且十年前他們策劃研究之初，預期得到的是宇宙擴張減速的資訊。但隨著資料的累積，擴張加速已經被幾個獨立研究的小組共同認定為最能解釋觀測結果的事實。但這該如何給予理論性的解釋呢？科學家們回到了愛因斯坦的場域方程式，以及場域方程式中，一度創造出來，卻又被其創造者稱為「最大的謬誤」而摒棄的「宇宙常數」。愛因斯坦結果還是對的，而他的方程式，至今仍是我們想要瞭解宇宙時，最根本而完善的憑藉。

艾克塞爾因而將愛因斯坦的場域方程式譽為「上帝的方程式」；而科學家們的工作當然也還未結束，就在你我讀著這本書時，這個地球上，正有許多長年懷著熱忱、以廣大太空作為研究基地的科學家們，操作著巨大、先進的望遠鏡，隨著地球自轉黑夜到臨，忙碌搜尋空中的星體，致力於解答我們宇宙命運的問題。