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「思考，思考，再思考。」
亞伯‧愛因斯坦（Albert Einstein）:「科學研究好像鑽木板，有人喜歡鑽薄的，
我喜歡鑽厚的。」
洞中一日，世間千年:
同學們聽過一個故事吧！一個樵夫到山中砍柴，不知不覺中誤入仙境，在一個山
洞中看見兩位老人在下棋，看著看著就著了迷，等到天黑尋路回家時，卻發現家
鄉已經經過了幾百年，早就改朝換代了。於是，他嘆息著說：「洞中一日，世間
千年」。這個故事說明了：仙界和凡間「時間」的長度顯然是不同的，是相對的。
用這個故事來介紹愛因斯坦的相對論，顯然是太過簡單和膚淺；不過可以確定的
是，建立在絕對時間和絕對空間基礎上的牛頓力學，顯然存在著一些問題。
愛因斯坦1879 年3 月14 日生於德國的小鎮烏姆(Ulm)，他在慕尼黑度過童年時
代，未入學之前，有一件事使他終身難忘。他回憶道：「在我4 歲時，我父親送
我一只羅盤，當時我覺得宛如看到一個奇蹟，我突然覺得各種事物的背後一定有
某些東西隱藏著；在某種意義上來說，一件神奇的東西可以使人的思想世界飛揚
起來」。少年時期的他熱愛平面幾何學的證明方法，他用心讀了「自然科學通俗
讀本」，這本書把光速的問題放在最前面，給他留下了深刻的印象。
在他高中的最後一年，父親移民到義大利，愛因斯坦決定放棄德國國籍，前往瑞
士繼續學業。高中畢業之後，他進入蘇黎士的聯邦工科大學。事實上，他並不是
一個老師心目中好的學生，因為他常常被某些問題深深的吸引，而投入全部的興
趣和時間，對於不感興趣的必修科目，一點也不想費心思。
1900 年大學畢業之後，由於愛因斯坦給教授的印象不佳，使他沒能如願留校擔
任助教。失業兩年後，他在瑞士的專利局謀得一份工作，職務是對所有的發明作
初審，並將每一件發明的細節，用清晰而有系統的文字表達出來，這是一件很不
容易的事，卻使他有機會學到新奇的觀念，對於任何提出的假設，都能很快的把
握住要點和結果。
1905 年，愛因斯坦26 歲，在沒有任何名師指導，缺乏研究的儀器和資料下，他
利用一切空餘的時間，完成了革命性的論文。其中一篇《分子大小的新測定法》
為他贏得了博士學位；另外其它三篇分別是：第一篇是解釋「光電效應」的文章。
由一個嶄新的角度來探討光的輻射和能量，他認為光是由分離的粒子所組成。17
年後這篇論文使他獲得1921 年諾貝爾物理獎。第二篇是證明膠體溶液中的「布
朗運動」。1827 年英國植物學家布朗做了一個實驗，他將花粉灑在水裡，然後
用顯微鏡觀察，發現花粉不斷在舞動，這種現象稱為布朗運動。愛因斯坦以獨特
的眼光分析是微小的水分子在作祟，還利用數學方法計算出分子的大小和亞佛加
厥常數，證明分子的存在。3 年後，法國物理學家佩蘭通過實驗印證了愛因斯坦
的理論。
最重要的一篇《論運動物體的電動力學》，就是所謂的「狹義相對論」，愛因斯
坦在論文中提出了兩個原理：光速恆定以及相對性原理。
這兩條原理有著驚人的推論，它根本地改變了牛頓的時空觀、改變了人類對宇宙
的看法，將牛頓定律視為一個特殊例子，只有在速度很慢時才適用。
用通俗的例子來舉例：一卷錄音帶，如果在地面的收音機裡播放，需一個小時；
在飛快速度的飛船裡，飛船裡的人測定也是一個小時。但是如果是地面人員用自
己的鐘錶，測定飛船中錄音帶播放完的時間呢？根據牛頓的絕對時間理論，應該
也是一小時；但是愛因斯坦認為應該是一個多小時，時間是相對的，不同情況下
測量的時間長度是不一樣的。就像文章一開始的「洞中一日，世間千年」故事，
也是蘊含有樸素的相對論原理。
狹義相對論的問題發表後，愛因斯坦著手廣義相對論的問題，整整思考了八年。
廣義相對論實質上是萬有引力的問題，愛因斯坦在大學時代同學格羅斯曼的幫助
下掌握了數學形式，並用於表達他的物理思想。1913 年，他們合作發表了論文
《廣義相對論和引力理論綱要》，1916 年3 月，發表了總結的論文：《廣義相
對論基礎》，在這篇僅60 頁的文章裡，愛因斯坦假定重力不是一個力，而是在
時空連續體(space-time continuum)中一個扭曲的場，而這個扭曲是由於質量存
在造成的。這篇論文被認為是20 世紀理論物理研究的最高峰。
愛因斯坦不尋常的主張，自然引起了爭論，幸好理論終於找到機會驗證：1919
年5 月29 日有一次日全蝕，利用廣義相對論計算星光經過太陽邊緣時產生的偏
折，會比傳統牛頓力學計算的大上一倍。英國天文學會派遣了兩支觀察隊，一支
到巴西，一支到西非進行觀察測量，來驗證愛因斯坦的理論是否正確，全世界的
科學家都屏息以待。此時，愛因斯坦的好友普朗克(量子力學創始者)徹夜未眠，
急著想知道觀測結果，而愛因斯坦卻信心十足，安心的去睡覺，他說：「如果普
朗克真正瞭解廣義相對論，那麼他一定跟我一樣，安心地睡大覺了！」
結果觀察隊的觀察證實了愛因斯坦的預測，這馬上成為所有媒體的頭條新聞，轟
動了全世界，一般大眾也開始認定愛因斯坦是世界級的人物。
愛因斯坦的後半生，可以說是奉獻給兩件事：一是「統一場論」的發展，一是倡
導世界和平。
統一場論是一個將電磁現象和重力理論整合在一起的理論。愛因斯坦自己認為相
對論有3 個發展階段(1)狹義相對論—牛頓運動定律的修正(2)廣義相對論—牛
頓萬有引力定律的改造(3)統一場論—廣義相對論的推廣。
他不倦的思索研究了30 多年而終未成功，晚年他曾感慨的說：「統一場論將被
遺忘，但在未來會被人們重新發現的！」有些人批評愛因斯坦，一個問題花了
30 多年竟然得不到結果，但是，科學的重點不在尋求答案，而在發掘問題，愛
因斯坦當時所發掘出來的許多問題，或許在未來會被人們所解決。
1922 年11 月，瑞典皇家科學院決定，諾貝爾物理獎必須頒給對人類有重大用途
的新發現者。但是沒有人敢肯定他的相對論是否是個新發現，至於這個理論對人
類是否有用，更是莫衷一是，甚至成為眾多攻擊的焦點。於是瑞典皇家學院想出
一個變通的方法，頒獎給愛因斯坦。得獎理由十分簡單扼要：「此獎頒給愛因斯
坦，因為他對光電理論及理論物理學上的重大頁獻。」
愛因斯坦的相對論，以及他對時空的看法，的確激起了大家強烈的興趣，也使他
成為大眾所景仰的偶像。然而他不僅只是科學家，更是一個和平主義和人道主義
者，他關心社會底層的勞苦大眾；在戰爭頻仍的時代裡，他譴責軍國主義的侵略
者。1933 年為了抗議希特勒的法西斯獸行，愛因斯坦毅然決然下了決定：只要
納粹政權存在一天，他就永不返回德國。納粹政府也沒收了他在德國境內的所有
財產，使他變得一無所有。於是愛因斯坦舉家遷往美國的普林斯頓，應聘為普林
斯頓高等研究院教授。
以後的歲月中，他除了埋首於研究的工作外，並以全力協助歐洲難民的移民。在
納粹及赤色暴政之下，獲得愛因斯坦營救的著名科學家不知有多少。也正因為這
些科學家脫險抵美國，而使得後來美國政府能夠憑藉著他們的智慧和技能，創造
出人類史上的第一顆原子彈。
1914 年的《告歐洲人民書》、1930 年《全世界裁軍宣言》、1955 年的《羅素—
愛因斯坦宣言》，愛因斯坦簽署的這三個和平宣言，一再闡揚他和平、反戰的一
貫立場，在1955 年的這個最後宣言裡，他更是呼籲：停止軍備競賽、禁止使用
核武。
1952 年，以色列共和國請愛因斯坦去擔任總統，因為以色列都是猶太人，愛因
斯坦是猶太人心目中的精神領袖。然而他沒有接受，他覺得自己的個性並不適合
當總統。由於過度的運用腦力，使愛因斯坦體力衰退，看起來總是比實際年齡老。在1955
年4 月18 日午夜，在普林斯頓醫院的愛因斯坦呼吸困難，主動脈瘤破裂導致大
溢血，與世長辭，享年七十六歲。 他死時像生時那樣寧靜平淡，沒有病痛、沒
有傷感、沒有悔恨，只是靜靜的讓死亡降臨。愛因斯坦的女兒曾經說過：「甚至
在他死時，也教我們如何生。」
相對論是愛因斯坦對物理學所做的最大貢獻，相對論打開了人類的眼界，使人們
獲得了去探究宇宙奧秘的方法，提升了人們認識宇宙的能力。
愛因斯坦曾說道：「牛頓先生，很抱歉推翻了您的理論，不過您的成就是您那個
時代一個人的智力和創造力所能達到的顛峰，您所創造的許多觀念直到今日都仍
在引導我們的物理思維。雖然我們知道，當我們對宇宙萬物有了更深入的瞭解以
後，這些觀念將會被一些更抽象的新觀念所取代。」
也許將來某一天，會有一位少不更事的科學家說道：「愛因斯坦先生，很抱歉推
翻了您的理論，不過您的成就是您那個時代一個人的智力和創造力所能達到的顛
峰.....」
在原子科學的領域裡，愛因斯坦的名望凌駕於其他科學家之上，且歷久不衰。這
位具有猶太血統的科學家，幼年在德國渡過，高中時遷居義大利，大學時代則在
瑞士蘇黎世工藝學院就讀。在1900 年愛因斯坦完成了大學的學業。1902 年任職
於瑞士專利局，工作乏味，下班後在家中進行自已所喜歡的研究。在他26 歲時，
也就是1905 年，發表了最引人注目的是他所提出相對論的質量和能量的關係，
這兩者是一體的兩面，可以互相轉換，這導致核能的實現
(質量的損失可以轉變成能量)。1912 年秋天愛因斯坦回瑞士母校任教，他的座
右銘為「研究的目的在追求真理」，時常告誡學生不要選擇輕鬆的途徑。1914
年他遷居柏林，任職於普魯士皇家科學院及柏林大學。由於身具猶太人血統，在
德國受到歧視，他於1931 年接受美國普林斯頓高級研究所的邀請，於第二年離
開德國前往美國。1938 年德國在希特勒統治下已經發現以中子撞擊鈾會產生核
分裂的現象。美國科學家乃上書羅斯福總統，由愛因斯坦具名簽署，信中建議展
開鈾實際用途的研究，終於研製出核武器。第二次世界大戰戰後愛因斯坦倡議原
子能的和平用途，阻止戰爭的再發生。愛因斯坦一生和志同道合的朋友共同探討
科學的未知領域，休閒生活則為演奏音樂與讀書，淡泊明志，為本世紀的科學巨
人。
愛因斯坦最主要的成就是相對論。在狹義相對論中，他把牛頓力學中各自獨立、
互不相干的時間和空間綁在一起；在1915 年發表的廣義相對論中，原本牛頓力
學中用「力」來解釋物質間的交互作用的觀念，現在變成是物質的質量使時空扭
曲而造成運動狀態的改變。原本超然「物」外的「時空」，在廣義相對論中變成
是可以被物質所扭曲改變，物質之間的作用則是透過扭曲的時空來互相影響。而
他所使用的數學也從以往平坦的歐基里得幾何，變成用於彎曲空間的非歐幾何。
愛因斯坦花了好幾年的時間，終於在1915 年找到了一個滿意的場方程式來描述
時空的構造。這個方程式一邊是描寫時空性質的幾何量，一邊則是描寫物理性質
的物理量。靠著這個方程式，就可以知道時空和物質（質量、電荷、…）是如何
互相產生影響了。
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