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

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▼  書摘 3

早年的愛因斯坦

宇宙常數，愛因斯坦將它插入他的重力場域方程式，稍後又從方程式中移除。而場域方程式，是愛因斯坦在 20 世紀第 20 個年頭發展廣義相對論時的登峰造極之作，是愛因斯坦輝煌科學榮冠上的耀眼寶石。這麼一個清晰洞察大自然隱而不見法則的偉大方程式，在愛因斯坦之前無人能見，其預言能力令人難以置信；以 10 年為一週期，一次又一次以出人意料的方式展現它真理的強大力量。一個人怎麼能夠如此的瞭解宇宙的祕密，讓一代又一代的科學家不斷的發現他的方程式能夠預知這個神祕宇宙的清楚輪廓？

亞伯特‧愛因斯坦（Albert Einstein, 1879-1955）在 1879 年 3 月 14 日這一天，出生在德國西南方斯瓦比亞（Swabia）烏爾木市（Ulm）的一個中產階級猶太家庭。據記憶，他們的祖先已經在這個地區生活了好幾個世代。當愛因斯坦尚在襁褓待哺的時候，他們舉家遷移至德國南部的大都市，慕尼黑。在那兒，愛因斯坦的爸爸赫曼．愛因斯坦（Hermann Einstein, 1848-1920）和弟弟一起經營一個小小的電氣化學工廠；赫曼管理生意的往來，而愛因斯坦的叔叔則負責工程技術上的問題。家中除了媽媽寶琳．愛因斯坦（Pauline Kock Einstein, 1858-1920）；還有一個妹妹瑪雅．愛因斯坦（Maja Einstein）。

小愛因斯坦在早年便表露出對周遭世界的強烈好奇心；當他五歲大的時候，他父親給了他一個羅盤，這小孩為此著迷不已，並深深好奇於那股引導指針永遠指向北方的看不見神祕力量。後來追憶往事，愛因斯坦也提到了說不定就是這些插曲，驅使著往後的他研究重力場。在他 6 到 13 歲的這段日子裡，由於他那擁有音樂天分的母親的鼓勵，他一直持續著學習小提琴的課程。愛因斯坦成為一個不錯的小提琴家，並且終其一生演奏著這優美的樂器。 1886 到 1888 年間，愛因斯坦到一所慕尼黑的公立學校就讀，但由於宗教信仰上的要求，他們家族還是必須在家裡面額外授予愛因斯坦猶太人的教育，雖然他們看來並沒有嚴格執行。1888 年，愛因斯坦進入慕尼黑盧波特大學（Luitpold）預科學校學習。該校的建築物於二次世界大戰被炸毀，在戰後於另一處所重建，並更名為亞伯特‧愛因斯坦大學預科學校。

就在這個大學預科學校裡，愛因斯坦種下了厭惡極權和懷疑權威的種子，成為他生命裡的另一項特點。和愛因斯坦談起他早年的學校生活，愛因斯坦總是會把初等學校的老師，拿來和部隊裡的軍官以及大學預科裡的少尉做比較。這種對權威的嫌惡，使得年輕的愛因斯坦在幾年後由於普魯士當局的緣故，讓他憶起當時大學預科學校的教育方式，那種充滿了恐怖和強迫的管理方法，於是進而放棄了德國公民身分而成為瑞士人。愛因斯坦認為在這段日子裡他學會了質疑權威，事實上是，他學會了質疑所有既存的事實。許多愛因斯坦的傳記者也這麼推論，這樣的觀念也影響了他往後的科學發展。在 1891 年裡，有另一個如同指南針的事件，也被公認為影響了愛因斯坦一生的方向：當每個人在學校要分組選讀參考書的時候，他被指定一本歐幾里德（Euclid）幾何學的書，他在開學前就懷著驚訝好奇之情讀完了它；也許愛因斯坦早在 12 歲的時候，就開始質疑歐幾里德幾何的前提假設，而在 20 年後，以這個觀點為基礎發展出一套革命性的理論：我們是活在一個非歐幾里德式的空間中。

1894 年，愛因斯坦的家人搬到義大利；他父親在慕尼黑經商失敗後，希望可以在此建立一個嶄新的局面。他的父母帶著他的妹妹瑪雅一起去，卻留下愛因斯坦寄住在一個遠親家，繼續完成他在大學預科學校的學業。然而愛因斯坦卻獨自決定，無論如何，一定要離開這個惹人厭的學校，回到遠在義大利的家。他再也無法忍受這個嚴厲、霸道、專制的學校，更何況他厭倦了這裡所重視的學科：古典希臘文和拉丁語。他渴望能夠學習些更偏向數學和物理學領域方面的課程等他自幼就非常有興趣的學科。六個月後，愛因斯坦設計一個逃脫的計劃；一個醫生給了他一封信，說他已經崩潰，需要回家休養，這似乎可以讓他的學校鬆一口氣，因為終於找到藉口讓愛因斯坦回家，而不必再面對他不停擾亂團體秩序的行為。

愛因斯坦非常喜歡義大利。那裡盛行著一種文化氣氛：慶祝所有讓生命更有價值的事物；這種氣氛和他討厭的日耳曼教條成為一種強烈的對比，因此他像被施了魔法般的，著迷於那些北義大利博物館裡美妙的藝術作品，他的足跡甚至從米蘭越過亞平寧山脈（Apennines）一直到地中海力久利安海岸的熱那亞海港（Genoa）。但是好景不常，父親的生意又一次的失敗，迫使愛因斯坦回到現實，他得要有個文憑，才能繼續他的學業及自力更生。年輕的愛因斯坦原本相信，憑著他對數學和物理的透澈瞭解，可以讓他不用一張預科學校的畢業證書便得以進入一所大學。但這會兒他碰到了個大釘子，事實擺在眼前，沒有文憑，他哪兒也去不了。

1895 年，愛因斯坦在瑞士聯邦理工學院（Swiss Federal Institute of Technology，廣為人知的 ETH）的入學考試中受挫；他原本希望以此代替文憑以順利進入學校，但愛因斯坦只有在數學這一科中表現出色，而其他領域像語言學、植物學、動物學等都在學校的標準之下。話雖如此，愛因斯坦出類拔萃的數學能力，讓主任對這個年輕人留下深刻印象；主任建議他可以先進去瑞士阿勞（Aarau） 市區的市立學校取得必要的文憑。愛因斯坦背負著不安與恐懼，進入了這所市立學校，他依然揮之不去以前強硬無理的德式教育所留下來的陰影。但讓他感到驚喜的是，這所瑞士學校的教育方式截然不同，完全沒有軍事般的訓條，而這意味著他可以獲得完全的放鬆，可以輕鬆的學習，當然還有交朋友。愛因斯坦在這段期間住在他的一個學校老師家，並且和老師的兒女變成要好的朋友，他們常常會一起去爬山或旅遊之類的。在學校待了一年後，愛因斯坦拿到了文憑並申請獲准進入瑞士聯邦理工學院；他決定要研究數學和物理，準備以後要當一個老師。他一直沉迷於用精確的數學語言來解釋大自然的想法；對他而言，物理只是一個科學工具，目的在於發現優雅的數學方程式以掌握真實。

1896 年的 10 月 29 日，愛因斯坦搬往蘇黎世到瑞士聯邦理工學院就讀，在這兒，愛因斯坦會遇上他生命中兩個很重要的人：密莉娃．馬立奇（Mileva Maric）——之後成為愛因斯坦的第一任妻子；和馬塞爾．格羅斯曼（Marcel Grossmann）——一個數學家，而在他畢業後其成果將會幫助愛因斯坦發展相對理論。在瑞士聯邦理工學院的第二年，愛因斯坦亦會認識米榭．安哲羅．貝索（Michele Angelo Besso），一個一輩子的朋友，像個響板般的給予愛因斯坦發展特殊相對論的第一個靈感。

在瑞士聯邦理工學院的第一年間，愛因斯坦對他的學術方向作了一個決定性的轉變；在這之前，他一直對數學深感興趣，並自豪於他在該學術領域的知識。然而，愛因斯坦決定把他最主要的興趣放在物理，而數學只是用來量化物理定律的方法，是一種以簡明的方式敘述物理所發現的宇宙法則的媒介。但愛因斯坦並不滿意瑞士聯邦理工學院的教育內容，物理教授們總是傳授老舊的理論，卻完全不討論這門學術的新發展。於是愛因斯坦便開始了他一輩子將持之以恆做的事：藉獨立閱讀和研究來自我教育。很自然的，他並沒有放很多心思在課堂上，而且還故意和許多教授唱反調。撇開物理等科目不談，數學的情況更是糟透了。自從愛因斯坦決定數學只是一個敘述的媒介而不是一門學術之後，他幾乎漠視不管學校提供的數學教育。最明顯的莫過於明可夫斯基（Hermann Minkowski, 1864-1901）的課；他是有名的俄裔數學家，卻一直被這充滿了傲慢「騎士精神」的學生耽誤課程，以至於他後來乾脆叫愛因斯坦「懶骨頭（a lazy dog）」。也許是命運使然，當愛因斯坦在離開學校幾年後，建構特殊相對論的時候，就是明可夫斯基發展了描述相對性的物理所需要的整套數學。