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时间:2019-02-21
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1、【中時電子報獨家披露-科學人物理特刊】愛因斯坦小職員大遺澤愛因斯坦(AlbertEinstein)可說是20世紀物理學的代表人物。當愛因斯坦的相對論全然推翻時空的絕對性,在此之前,時空具絕對性的論點主宰了物理學界達兩世紀之久。 1905物理奇蹟年【吳俊輝-中時張毅民】94.10.101905年愛因斯坦發表了五篇重要論文,對後世科學甚至日常生活有了重大的影響。因此聯合國將科文組織為紀念愛因斯坦,訂2005為世界物理年。1905被成稱為物理奇蹟年,除了相對論外,光電效應其實才是愛因斯坦獲得諾貝爾獎的論文。...... 撰文/斯
2、蒂克斯翻譯/王孫崇(中央研究院物理研究所博士後研究員,主要研究實驗核子物理、複雜系統及生物資訊)(更多詳細內容,請看本期《科學人》)科學人世界物理年特刊當時,這位26歲的專利局辦事員除了幾年前才被退回的博士論文之外,並沒有什麼研究成果;他也只在閒暇時間,或在上班時間偷空從事物理研究。但是他卻魯莽地宣稱當代物理學家膚淺,並且努力驗證他的論點。除了狹義及廣義相對論之外,他的其他著作也推動了量子力學及現代統計力學的發展。愛因斯坦的研究還提供分子存在及其行為的證據,讓化學及生物科技受益匪淺。讓人訝異的是,這些高見有許多都是出現在1
3、905年這奇蹟的一年中,愛因斯坦所發表的一系列論文裡。如此豐碩的個人科學成就,史上僅有一例可與之比擬,就是最早被稱為奇蹟年的1665~66年,那時牛頓待在家鄉躲避瘟疫,因而開始他在微積分、重力論及色彩理論的奠基工作。國際物理學界已經宣佈2005年為世界物理年,以紀念愛因斯坦的百年貢獻。物理及工程界裡諸多領域的科學家,窮盡整個20世紀來測試、了解並應用愛因斯坦的想法。眾所周知,愛因斯坦的質能互換公式(E=mc2)是原子彈原理,以及所有因原子彈而衍生之歷史故事的核心。愛因斯坦對光電效應的解釋,也為光電二極體和電視映像管等技術奠
4、下了基礎。100年後的今天,科技人員仍然在嘗試利用愛因斯坦的理論來開發新事物。透過實驗充份探究一項新理論所需的時間長短,可當做衡量一個天才的標準;從這角度來看,愛因斯坦的評價還在往上衝:一個用來檢驗廣義相對論各項預測的探測器最近才發射。然而,物理學家並不會等到所有答案都出現了才問下一個問題。目前物理學界最熱切的目標,就是超脫於愛因斯坦之外:超越愛因斯坦的想法,並解開愛因斯坦花了30年直到臨終仍未能解決的難題。很明顯的,廣義相對論和粒子物理並無法完整描述物理學,因為粒子物理的本質是量子力學,把廣義相對論和量子放在一起,就像油
5、和水般不相容。愛因斯坦努力了數十年,卻仍然找不到能夠統合相對論與電磁學的理論架構。他希望找出具確定性的物理學,而不像量子力學是架構在或然率和非因果性之上,也因為如此,所以他離開了量子力學這個他協助建立的學科。然而,現今一代的科學家對基本作用力的了解比愛因斯坦更全面,而且面對挑戰時也不會對量子力學預設偏見,因此他們正奮力發展自己的統合理論。至於成功的獎勵,對勝出的物理學家來說,就是如同愛因斯坦和牛頓般英名不朽;對一般人而言,則是得以一窺宇宙的本質和嶄新的技術,雖然這些內容對我們來說,就像黑洞與量子電腦對於百年前的人一樣,是那
6、麼的深奧難懂。想超越愛因斯坦,就必須了解他的所有成就。1905年春天,這位自嘲是「專利局奴役」的年輕人,寫了一封信給朋友哈比希特(ConradHabicht),說他有一堆不重要的嘮叨要發,意指他將寄出一系列論文。其中他唯一指稱「很有革命性」的一篇,與相對論無關,但卻為他贏得1921年諾貝爾獎,並於1922年領獎。那就是1905年3月完成的〈一個關於光的產生與轉換的啟發性看法〉,將普朗克(MaxPlanck)的量子理念加以推廣。所謂普朗克量子說,是指發熱物體的能量具有特定的不連續能階,因此其發射或吸收的能量是不連續的。這是1
7、905年愛因斯坦發表的五篇重要論文之一,他利用量子概念來解釋光電效應,說明帶靜電的金屬被光照射時會釋放電子的原因。他認為光是由粒子(即後來所知的光子)組成,這與當時認為光是波的主流思想大相逕庭。這篇論文發表於1905年6月的《物理年報》,為光的粒子波動二重性鋪下道路,而這二重性正是量子力學的基礎。後來,光電效應也成為許多技術的根基。那時愛因斯坦還沒有拿到博士學位。瑞士蘇黎士大學退回了他在1901年遞交的博士論文,那是關於氣體運動理論的尋常研究。愛因斯坦幾乎放棄了他稱為「喜劇」的博士學位計畫,但1905年他決定再試一次。根據
8、他的妹妹馬雅所說,愛因斯坦先遞出他的狹義相對論,但是蘇黎士大學覺得這「有點不可思議」。於是他就挑了4月30日完成的〈決定分子維度的新方法〉,這篇終於在7月被接受。據說這篇論文的靈感,是愛因斯坦在他與好友貝索(MicheleBesso)茶敘時得到的,席間愛因斯坦沉思液體黏度與被溶解的糖分子大小的相關性。他
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